DE917512C - Windmesswerk nach dem Druckprinzip - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Windmeßwerk nach dem Druckprinzip zur Messung der Windgeschwindigkeit.

Hinsichtlich ihrer Arbeitsweise können Windmeßgeräte in zwei Arten eingeteilt werden, nämlich in Dreh- und Druckmesser.

Die Drehmeßwerke verwenden Propeller oder Schalenkreuze, die von dem Wind mit einer Drehzahl, die der Windgeschwindigkeit proportional ist, in Umdrehungen versetzt wird. Im allgemeinen wird die Anzahl der Umdrehungen während einer bestimmten Zeit aufgezeichnet, wodurch dann der Mittelwert der Windgeschwindigkeit während dieses Zeitraums erhalten wird. Die Meßgeräte können auch so ausgebildet sein, daß Ablesungen der augenblicklichen Windgeschwindigkeit vorgenommen werden können, die häufig von größerem Interesse ist. Jedoch sind in dieser Weise aufgebaute Drehmeßwerke verhältnismäßig kompliziert und teuer.

Die Druckmeßinstrumente benutzen den dynamischen Druck des Windes, der dem Quadrat der Windgeschwindigkeit verhältnisgleich ist, und ergeben immer eine direkte Anzeige. Die bekannten, auf dem Druckprinzip arbeitenden Windmeßgeräte können in folgende drei Gruppen eingeteilt werden:

i. Eine drehbar angeordnete Platte od. dgl. wird direkt vom Wind beeinflußt und um einen bestimmten Winkel gedreht, bis zwischen dem Winddruck und der Direktionskraft des Meßsystems Gleichgewicht erhalten wird. Diese Einrichtung ist einfach und verhältnismäßig billig, aber das Meßsystem hat eine geringe Eigendämpfung, die eine genaue Ablesung verhindert. Besondere Vorrich-

tungen zur Erzielung einer wirksamen Dämpfung dieser Instrumente machen sie wesentlich teurer.

2. Das Prinzip einer Platte, die sich unter dem Einfluß des Winddruckes dreht, wird auch bei Luftzugindikatoren gefunden. Jedoch bewegt sich hierbei die Platte in einer geschlossenen Kammer, und die Luft wird in die Kammer durch ein abgeändertes Pitotrohr zugeführt und aus der Kammer entnommen. Das Pitotrohr ist in solcher Weise

ίο ausgebildet, daß die erforderliche Luftmenge durch den Indikator strömen kann. Innerhalb der Kammer strömt die Luft durch einen schmalen Schlitz zwischen der Platte und der Kammerwand, und die Platte findet eine Gleichgewichtslage, die durch den Druck auf die Platte und die Direktionskraft einer Feder bestimmt ist. Diese Meßinstrumente sind sehr gut gedämpft, aber verhältnismäßig teuer.

3. Zu der dritten Gruppe der Druckmeß werke kann man schließlich verschiedene Arten von Flüssigkeits- und Membranmanometern in Verbindung mit einem Pitotrohr rechnen. Im Gegensatz zu der zuletzt erwähnten Gruppe arbeiten diese Instrumente rein statisch, d. h. es strömt keine Luft durch das Meßsystem hindurch.

Der Windmesser nach der Erfindung hat ein Meßsystem in Form eines Schwimmermeß Instrumentes, durch das der Winddruck einen bestimmten Luftstrom durch geeignet angeordnete Einlaß- und Auslaßöffnungen treibt. In dieser Weise unterscheidet er sich von vorher bekannten Windmeßgeräten, da Schwimmermeßvorrichtungen bisher nicht für Windmesser verwendet worden sind. Wie allgemein bekannt ist, ist ein bestimmter Druck erforderlich, um den Schwimmer in einem Schwimmerinstrument zu heben, wobei dieser Druck durch das Gewicht und die Fläche des Schwimmers bestimmt ist. Damit das Windmeßgerät einen Ausschlag für möglichst niedrige Windgeschwindigkeiten machen soll, wenn der dynamische Winddruck verhältnismäßig gering ist, muß der Schwimmer so leicht wie möglich sein. Deshalb wurde dem Schwimmer die Form einer dünnen Platte oder Scheibe gegeben, die mit einer Nabe versehen ist, die auf einer Welle in der Mitte des Meßrohres geführt wird.

Mit diesem Meßsystem, das im Hinblick auf Windmesser neu ist, erhält man ein Instrument mit sehr guten Eigenschaften hinsichtlich Genauigkeit und Dämpfung, mit dem sogar Ablesungen der Windgeschwindigkeit bei Windstößen ohne störende Schwingungen vorgenommen werden können. Außerdem kann das Instrument leicht in solcher Weise entwickelt werden, daß es verhältnismäßig billig herstellbar ist. Das Schwimmermeß system setzt dem Meßbereich eine bestimmte untere Grenze, da der Schwimmer nicht ausschlagen kann, bevor die Windgeschwindigkeit einen bestimmten Wert überschreitet. Jedoch ist dies nicht von großer praktischer Bedeutung, da es sich nur um einen verhältnismäßig kleinen Bereich unter ungefähr 3 bis 4 m/s handelt, der auf diese Weise nicht gemessen werden kann.

Das Schwimmermeßinstrument war lange Zeit bekannt, wurde aber bisher nur zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten in Rohren verwendet. Hierbei wird die Geschwindigkeit entweder in solcher Weise gemessen, daß die Gesamtströmung (Flüssigkeit oder Gas) durch das Schwimmerinstrument verläuft, oder das Schwimmerinstrument kann in Verbindung mit einem Nebenschluß oder einer Abzweigung in dem Rohr benutzt werden. Nur ein kleinerer Teil der Strömung, der durch den Strömungswiderstand in dem Schwimmerinstrument mit seinen Verbindungsrohren und dem Druckabfall in dem Nebenschluß (Venturirohr, Drosselflansch od. dgl.) bestimmt ist, verläuft dann durch das Schwimmerinstrument.

Die Erfindung wird weiterhin an Hand der Zeichnung beschrieben, die ein Beispiel eines Windmeßgerätes des neu erfundenen Typs darstellt. In der Mitte eines konischens Rohres 1 kreisförmigen Querschnitts, das an beiden Enden geschlossen und aus durchsichtigem Material hergestellt ist, ist eine Welle 2 zwischen dem Deckel und dem Boden des Rohres angeordnet. Eine mit einer Nabe versehene Scheibe 3 kann frei längs der Welle zwischen zwei Endstellungen gleiten, und zwar einer unteren Stellung in der Nähe des Bodens und einer oberen Stellung in der Nähe des oberen Deckels. Die Lage der Scheibe kann gegen eine Skala auf der Außenseite des durchsichtigen Rohres abgelesen werden. Ein Lufteinlaß in Form eines Loches 4 ist an dem unteren Ende des Rohres so angeordnet, daß sich die Scheibe in der unteren Endstellung gänzlich über dem Loch befindet. Ein Luftauslaß in Form eines Loches 5 ist an dem oberen Ende des Rohres auf der dem unteren Loch diametral entgegengesetzten Seite in solcher Weise angebracht, daß sich die Scheibe gänzlich unterhalb des Loches innerhalb des gesamten Skalenbereiches befindet. Ein hohler Handgriff 6 aus durchsichtigem Material ist unterhalb des Rohres angeordnet.

Bei der Durchführung von Messungen wird das Instrument so gerichtet, daß das Rohr 1 senkrecht und das untere Loch 4 gegen den Wind gerichtet ist. Wenn der Wind an dem Rohr 1 vorbeiströmt, entsteht ein bestimmter, dem Quadrat der Windgeschwindigkeit proportionaler Druckunterschied zwischen dem unteren Loch 4 auf der Druckseite und dem oberen Loch 5 auf der Abströmseite. Dadurch wird der Druck auf der Unterseite der Scheibe 3 größer als der Druck auf der Oberseite. Wenn diese Druckdifferenz einen Wert überschreitet, der gleich dem Gewicht der Scheibe ist, wird diese gehoben. Da das Rohr 1 konisch ist, vergrößert sich der ringförmige Schlitz zwischen der Scheibe und dem Rohr in der Breite, je höher die Scheibe gehoben ward. Für eine gegebene Windgeschwindigkeit wird der Druckunterschied deshalb vermindert, je höher die Scheibe in dem Rohr gelangt, bis sie eine neue Gleichgewichtslage findet, die durch den Druckunterschied zwischen der unteren und oberen Seite der Scheibe bestimmt ist, die gleich dem Gewicht der Scheibe ist. Die

Verschiebung der Scheibe von der unteren Endlage ist infolgedessen ein Maß für die Windgeschwindigkeit.

Da die Gleichgewichtslage der Scheibe, nachdem diese von der unteren Endstellung hochgehoben wurde, immer durch den Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der Scheibe gekennzeichnet ist, der konstant ist, muß die Luftgeschwindigkeit in dem Schlitz zwischen der Scheibe und dem

ίο Rohr auch konstant sein. Die Luftmenge, die durch das Rohr getrieben wird, wird durch den Druckunterschied zwischen dem unteren und dem oberen Loch sowie durch den gesamten Strömungswiderstand in dem Windmeßgerät bestimmt, der hauptsächlich aus dem Strömungswiderstand in dem Schlitz sowie in dem Einlaßloch und dem Auslaßloch besteht. Wenn der Schlitz klein ist, überwiegt der Druckabfall in dem Schlitz, wenn aber die Scheibe in dem Rohr weiter nach oben gelangt,

ao wird der Schlitz breiter, so daß der Druckabfall hier mehr und mehr vernachlässigbar im Verhältnis zu dem Druckabfall in den Löchern wird. Bei höheren Windgeschwindigkeiten wird die durch das Rohr strömende Luftmenge infolgedessen angenähert proportional der Windgeschwindigkeit. Sofern die Luftgeschwindigkeit in dem Schlitz konstant ist, wenn sich die Scheibe im Gleichgewicht befindet, und die Vergrößerung des Schlitzquerschnitts angenähert proportional der Verschiebung der Scheibe ist, hat eine in Einheiten der Windgeschwindigkeit geeichte Skala eine angenähert lineare Einteilung bei höheren Windgeschwindigkeiten.

Falls sich der Meßbereich des Gerätes nach unten erstrecken soll, um möglichst kleine Windgeschwindigkeiten zu erfassen, muß die Scheibe so leicht wie möglich sein. Außerdem muß der Schlitzquerschnitt gleichzeitig klein im Verhältnis zur Fläche des Einlaß- und Auslaßloches sein, so daß der größere Teil des Druckabfalles in dem Gerät in dem Schlitz entsteht, der auf die Scheibe eine Hebewirkung ausübt. Damit der gewünschte Meßbereich innerhalb einer bestimmten Skalenlänge für ein gegebenes Gewicht und eine gegebene Fläche der Scheibe erhalten wird, muß der Querschnitt des Einlaßloches und des Auslaßloches ein bestimmtes festes Verhältnis zu dem Durchmesser und der Konizität des Meßrohres haben.

Das Windmeßwerk gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform hat ein konisches Meßrohr, wodurch die Skala bei höherer Windgeschwindigkeit angenähert linear wird. Dem Meßrohr kann auch eine solche Form gegeben werden, daß sich sein Querschnitt in einer anderen Weise als linear nach oben vergrößert, wobei eine andere gewünschte Skalencharakteristik erhalten werden kann. In einem solchen Falle ist es nur wichtig, daß das Rohr einen Querschnitt hat, der sich nach oben vergrößert, da der Schwimmer keine stabile Gleichgewichtslage innerhalb eines Bereiches finden kann, dessen Querschnitt sich nach oben vermindert.

In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung, durch die der Winddruck einen bestimmten Luftstrom durch das Meßgerät treibt, so einfach wie möglich ausgebildet. Es sind auch andere Ausführungsformen und Anordnungen denkbar, wobei es nur wesentlich ist, daß die öffnungen so angeordnet sind, daß ein bestimmter Druckunterschied zwischen den äußeren Mündungen der Öffnungen erhalten wird, um einen Luftstrom neben dem Schwimmer durch das Meßrohr zu treiben.

Der unterhalb des Rohres befindliche Handgriff dient zum Festhalten des Meßgerätes mit der einen Hand, während eine Messung vorgenommen wird. Er kann zweckmäßig hohl und aus durchsichtigem Material hergestellt sein, wobei er einen lesbaren Text tragen kann, z. B. Richtlinien für den Gebrauch oder eine Windtabelle.

Claims (5)

Patentansprüche/

1. Windmeßgerät nach dem Druckprinzip, das ein Schwimmermeßsystem aufweist, das aus einem Schwimmer in einem Meßrohr besteht, dessen Achse sich im Betrieb in senkrechter Stellung befindet, einen sich nach oben vergrößernden Querschnitt hat und mit einem Lufteinlaß in seinem unteren Teil und einem Luftauslaß in seinem oberen Teil versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Mündungen des Lufteinlasses und des Luftauslasses so mit Bezug aufeinander angeordnet sind, daß eine außerhalb des Meßgerätes verlaufende Luftströmung einen Druckunterschied zwischen den Mündungen hervorrufen kann.

2. Windmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer aus einer Scheibe oder Platte besteht, die in axialer Richtung auf einer Welle (2) beweglich ist, die in dem Meßrohr in solcher Weise angeordnet ist, daß sich der Schwimmer unbehindert von dem Meßrohr bewegen kann.

3. Windmeßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen. Handgriff, der unterhalb des Bodens des Meßrohres angebracht ist.

4. Windmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Handgriff mit einer geschlossenen Höhlung ausgeformt ist.

5. Windmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Handgriff aus durchsichtigem Material hergestellt ist und daß ein von außen lesbarer Text in der Höhlung eingeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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