Sensorik/Aktorik

7.6 Ultraschallverfahren
• Laufzeitdifferenzmessung (Dopplereffekt) auf schräg (Winkel α) im Rohr eingebauter Strecke
v =
L t 2 − t 1
(16)
2 cos α t 1 t 2
• Regelung der Frequenz, so daß Wellenlänge konstant bleibt (λ-locked loop)
• auf jeder Seite ein Sender und Empfänger
• Vorteile: Verfahren mit größter Genauigkeit (???)
• unabhängig vom Medium
7.7 Laser-Doppler-Anemometrie
• Aufteilung eines Laserstrahls
• Messung im Schnittpunkt der beiden Strahlen
• Frequenzverschiebung des Streulichts gegenüber einfallendem Licht durch Dopplereffekt (bei einem
Strahl positiv, bei dem anderen negativ) → Schwebung, wenn die Strahlen wieder zusammengeführt
werden
• Schwebungsfrequenz proportional Strömungsgeschwindigkeit
• Genauigkeit 1%, Probleme beim Umschlag laminar–turbulent
7.8 Massendurchflußmessung – Coriolisverfahren
• F = m⃗v × ⃗ Ω
• Medium wird durch ein schwingendes Rohr geleitet
• Drehmoment auf die Rohrschleife um Achse 2–2 (siehe Bild 259, S. 196)
• Verdrehung des Rohrs um α ∼ ṁ
• linear, Fehler 0,2%
7.9 Thermische Meßverfahren (Hitzdrahtanemometer)
• beheiztes Sensorelement (Wolframdraht mit Platinbeschichtung oder Film) wird von der Strömung
abgekühlt
– oft ein weiterer Temperatursensor dahinter, der die Fluidtemperatur mißt
– manchmal ein dritter Sensor, der die Fluidtemperatur vor dem Aufheizen mißt
• Verschiebung des sonst symmetrischen Temperaturprofils
• konvektiver Wärmetransport → hohe Nusselt-Zahl (Verhältnis Wärmeübergang zu Wärmeleitfähigkeit)
• bei konstanter Temperatur ist die abgeführte Leistung linear abhängig von √ v (Kingsches Gesetz)
• Ergebnis vom Wärmeübergang zwischen Heizer und Fluid abhängig
Auswerteschaltungen
Konstantstromverfahren: Stromquelle an Meßbrücke; Nachteil: thermische Trägheit, Durchbrennen
des Hitzdrahts möglich
Konstanttemperaturverfahren: Regelung des Stroms so, daß sich die Brücke stets im Gleichgewicht
befindet
• dominierendes Verfahren
• I 2 , U 2 ∼ ṁ ∼ v
Kennwerte: Hitzdrahtsonden bis 800 ◦ C, Meßbereich 0,15 bis 200 m/s; Hitzfilmsonden bis 80 ◦ C, Messbereich
bis 20 m/S, Auflösung bis 0,01 m/s
Übersicht Skript S. 210
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