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Einrichtung zum Messen der Vertikalgeschwindigkeit von Fahrzeugen,
insbesondere Luftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum
Messen der Vertikalgeschwindigkeit von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen,
bei der in Abhängigkeit von der Vertikal geschwindigkeit des Fahrzeuges eine aus
einem Behälter aus- bzw. in denselben hineinströmende Luftmenge an zwei temperaturempfindlichen
Meßorganen vorbeiströmt und in einer die genannten Meßorgane enthaltenden Differenzschaltung
meßbar ist.
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Es sind bereits Meßeinrichtungen dieser Art vorgeschlagen worden,
bei denen zur Ermittlung der Größe und Richtung der aus- bzw. in den Behälter einströmenden
Luftmrer4ge für jede Ströltungsrichtung mindestens eine Düsenholometeranordnung
mit im Luftstrom liegenden, vorzugsweise schlitzförmigen Düsen vorgesehen ist. Die
Empfindlichkeit dieser Einrichtungen ist jedoch ziemlich gering, weil die iiber
die ganze Länge des Bolometerdrahtes angeordneten Düsenschlitze eine verhältnismäßig
große Länge, einen entsprechend großen Querschnitt und daher eine entsprechend geringe
Luftgeschwindigkeit aufweisen.
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Ferner sind Verfahren zumw Messen der Sink- oder Steiggeschwindigkeit
von in Gasräumen bewegten Körpern, insbesondere Luftfahrezugen, beakannt, bei denen
das Gas entsprechend den Änderungsgeschwindigkeiten seines Druckes durch eine Düse
in Gefäße ein-oder aus diesen Gefäßen ausströmt und nur in einer Richtung in bezug
auf in der Nähe der Düse angebrachte Heizfäden die Eigenschaft einer gerichteten
Strömung hat und deren Temperatur ändert, die elektrisch mittels einer Widerstandsmeßbrücke
gemessen wird.
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Schließlich sind Verfahren zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit
von Dämpfen und Gasen auf kalorimetrischem Wege bekannt,
bei denen
die Zuführung von Wärem aus einer Wärmequelle in die Dämpfe oder Gase in selbsttätiger
Weise derart geregelt wird, daß die Wärmemenge oder die durch letztere in einem
der Elemente bedingte Temperaturänderung konstant erhalten und die Wirkung dieser
Wärmeübertragung in einem der Ele@ mente bestimmt wird.
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Man könnte nun auf den Gedanken kvi men, das letztgenannte Verfahren
bei richtungen, die nach dem vorletzt erwähnte Verfahren arbeiten, anzuwenden. Dabei
wäre dann z. B. für 1# Änderung des atmosphärischen Druckes je Sekunde und dem Gasinhalt
eines Speichers von z. B. o, 5 1 eine Menge von 0,5 γ/sek. zu erfassen. Die
Mengenströme und entsprechenden Strömungsgeschwindigkeiten würden sich also wie
I : I09 verhalten.
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Da sich nun aber der Düseneffekt nicht bei beliebig, insbesondere
so kleinen Geschwin- -diglieiten, wie sie sich hier ergeben, ausnutzen läßt, ist
der erwähnten Anwendung des obigen Verfahrens eine Grenze gesetzt.
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Eine derartige Grenze besteht bei der Einrichtung nach der Erfindung
nicht, denn sie ermöglicht es, die Messung bis zu den kleinsten interessierenden
Vertikalgeschwindigkeiten mit stets gleichbleibender und ausreichender Empfindlichkeit
durchzuführen. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß zwei Hitzdrähte eine strömungsrichtungsabhängige
Temperaturdifferenz auch dann abzuleiten gestatten, wenn unter Vermeidung der unbefriedigend
arbeitenden Düsen der eine der Hitzdrähte beim Auftreten einer Luftgeschwindigkeit
erwärmt wird, während der Vergleiehsdrabt, sofern erhitzt, sich im Luftstrom abkühlt.
Gemäß der Erfindung sind die beiden temperaturempfindichen Meßorgane hintereinander
in den Gasstrom geschaltet unter Verwendung einer zwischen ihnen angeordneten Heizvorrichtung,
derart, daß abhängig von der Grölle und Richtung des Gasstromes das im Gasstrom
hinter der Heizeinrichtung liegende Meßorgan erwärmt wird.
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Zweckmäßig wird jedes Temperaturmeßorgan in Form eines möglichst
trägheitslosen Widerstandsdrahtes in der Längsachse einer Bohrung eines EIetallblockes
angeordnet, der gegen die aus einem gut wärmeleitenden Gehäuse bestehenden, von
einer Heizwicklung umgebenen Heizvorrichtung durch eine Luftschicht und durch Abstandsringe,
die gleichzeitig zur Abdichtung des Luftführungskanal 5 dienen, wärmeisoliert ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
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In Fig. I bedeutet I den mit einem Vakuummantel 18 umgebenen Behälter,
aus dem bzw. in den die Luft infolge der beim Steigen und Sinken des Luftfahrzeuges
eintretenden Luftdruckänderungen strömt. 14 und 15 sind Widerstandsthermometer,
die innerhalb bzw. außerhalb des Behälters in Richtung des ein-bzw. ausströmen den
Wärmeflusses angeordnet sind. 5 ist ein Metallblock im Schnitt der durch eine Leitung
2 mit dem Behälter I und durch eine Leitung I7 mit der Außenluft in Erfindung steht,
wobei die Leitung 17 im @uftfahrzeug derart angeordnet ist, daß an @nrer Mündung
der statische Druck herrscht.
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Der Metallcblock ist ferner mit Bohrungen versehen, die vorzugsweise
symmetrisch angeordnet sind und in denen Metallröhrchen 4 und 4', beispielsweise
aus Aluminium, stecken.
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In diese ragen möglichst trägheitslose dünne Drähte 3 und 3' hinein.
Außerdem ist eine Bohrung vorgesehen, in der zwei Widerstandsdrähte I3, von denen
in der Figur nur einer sichtbar ist, angeordnet sind. Mit 7 ist ein gut wärmeleitendes
Gehäuse liezeidinet, welches von einer elektrischen heizweicklung 8 umgeben ist.
In dem Gehäuse sind ein Kanal (3 und eine Bohrung vorgesehen, in der zwei Widerstandsdrähte
12 angeordnet sind. Der geheizte Körper 7 ist gegen den ungeheizteil Körper 5 durch
Ahstandsringe g isoliert, die gleichzeitig auch den von ihnen umschlossene Zwischenraum
luftdicht abschließen.
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In Fig. 2 ist dargestellt, in welcher Weise die Widerstandskörper
3, 3', I2, I3, I4, I5 in zwei Wheatstoneschen Brücken miteinander verbunden sind.
16 ist ein in der einen Brücke angeordnetes Ereuzspulinstrument.
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Die Wirkungsweise der neuen ÄIeßeinriehtung ist folgende: Es sei
angenommen, daß das Luftfahrzeug sinkt. Dann besteht ein Druckunterschied zwischen
der in dem Behälter 1 vorhandenen Luft und der Außenluft, in welche die Leitung
I7 mündet. Es fließt Luft durch die Leitung 17 in das Röhrchen 4, dort an dem Draht
3 vorbei, dann durch den Kanal 6, wo sie erwärmt wird, darauf in das Röhrechen 4'.
wo sie an dem Draht 3' vorbeiströmt und denselben erwärmt, und schließlich durch
die Leitung 2 in den Behälter I.
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Steigt dagegen das Flugzeug, so fließt die Luft aus dem Behälter
1 an dem Draht 3' vorbei in den geheizten Körper 7, führt voll dort die Heizenergie
entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit an den Draht 3 heran und strömt dann durch
die Leitung I7 in die Außenluft.
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Der Temperaturunterschied zwischen deii Drähten 3 und 3' ist demnach
ein blaß für die Größe und Richtung der Vertikalgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges.
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Die Meßempfindlichkeit kann noch dadurch gesteigert werden, daß die
beiden Drähte 3 und 3'elektrisch erhitzt werden. Der Draht 3 wird dann beim Sinken
des Luftfahrzeuges
durch die eintretende kältere Luft entsprechend
ihrer Geschwindigkeit abgekühlt, und der Draht 3' erhält durch die infolge der Aufheizung
in dem Körper 7 aufgenommenc Wärmemenge eine Übertemperatur, während beim Steigen
des Luftfahrzeuges die umgekehrten Vorgänge eintreten. In diesem Fall ist der besondere
Heizkörper 7 nicht unbedingt nötig.
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Die Erwärmung des zweiten Meßdrahtes kann auch durch den ersten geschehen.
Die Messung erfolgt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, vorzugsweise unter Verwendung
von zwei Wheatstoneschen Brücken mittels eines Kreuzspul instrumentes, dessen Richtstrom
durch die zweite Brücke gebildet wird, in der die in den Körpern 7 und 5 untergebrachten
Widerstandsdrähte 12 und I3 gegeneinander geschaltet sind. Dadurch ist erreicht,
daß die Temperatur des geheizten Körpers 7, die in die Messung eingeht, wieder ausgemerzt
wird.
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Um auch zu verhindern, daß ein Temperaturwechsel beispielsweise eine
Erwärmung der Luft in dem Behälter 1, die ein Abfließen der Luft aus dem Behälter
zur Folge hat, ein Steigen des Luftfahrzeuges vortäuscht, ist der Behälter nicht
nur, wie oben erwähnt und in Fig. 1 dargestellt, mit einer wärmeisolierenden Umhüllung
18 versehen, sondern es sind anßerdem noch zwei Widerstandsthermometer I4 und I5
nach Art von Wärmeflußmessern senkrecht zum vzu-bizw. abströmenden Wärmefluß innerhalb
bzw. außerhalb des Behälters I angeordnet und als Vergleichswiderstände für die
Drähte 3 und 3' in der einen Wheatstoneschen Brücke geschaltet.
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Diese- Anordnung zur Ausmerzung des Einflusses von Temperaturänderungen
des Luftspeichergefäßes läßt sich selbsstverständlich auch bei anderen elektrischen
Vertikalgeschwindigkeitsmessern anwenden, vorzugsweise dadurch, daß die beiden Widerstandsthermometer
zur Erfassung des Ävärmeflusses als Vergleichszweige zu den die eigentliche Meßgröße
darstellenden Widerständen in Wheatstonescher Brückenschaltung vereinigt werden.
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Die Abhängigkeit der Anzeige der Vertikalgeschwindigkeitsmesser vom
Luftdruck, d. h. von der Höhe, die das Flugzeug einnimmt, läßt sich gemäß der Erfindung
ebenfalls durch die Anwendung von temperaturabhängigen Widerständen ausmerzen. Es
gelingt z. durch Anordnung von je einem Hitzdraht in waagerechter und senkrechter
Lage einen Temperaturunterschied und damit einen Unterschied im Widerstand der Hitzdrähte
zu erzeugen, der proportional dem Druck der die Hitzdrähte umgehenden Luft ist.
Schaltet man die beiden Meßdrähte, die sich in verhältnismäßig großen Lufträumen
befinden müssen, damit die Konvexion an dem waagerechten Draht eine größere Abkühlung
bewirkt als an dem senkrecht aufgehängten, in eine Wheatstonesche Brücke, so ist
der Diagonalstrom in erster Näherung proportional dem Luftdruck und daher geeignet,
die Anzeige des Vertikalgesehwindigkeitsmessers dadurch unabhängig vom Luftdruck
zu machen, daß dieser Brückenausgleichstrom das Richtmoment des Quotientenmeßgerätes
bildet. Um unabhängig von der Betriebsspannung zu messen, schaltet man alle verwendeten
Wheatstoneschen Brücken an dieselbe Stromquelle.