DE2447617A1 - Kalorimetrischer stroemungswaechter - Google Patents

Kalorimetrischer stroemungswaechter

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DE2447617A1 DE19742447617 DE2447617A DE2447617A1 DE 2447617 A1 DE2447617 A1 DE 2447617A1 DE 19742447617 DE19742447617 DE 19742447617 DE 2447617 A DE2447617 A DE 2447617A DE 2447617 A1 DE2447617 A1 DE 2447617A1
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Description

Dipl.-Ing. E. Tergau I M-AdWft-WW-f
ο * * ι* 8/31 (740422) Patentanwalt ' :
Nürnberg, den -^ QKt.
Ellenberger & Poensgen GmbH, Altdorf
Kalorimetrischer Strömungswächter
Die Erfindung bezieht sich auf einen kalorimetrischen Strömungswächter mit einem Meßkopf, der mit einer metallischen Hülse mit einem Gewinde zum Einschrauben in ein ein Strömungsmedium aufweisendes Rohr und mit einem mit der metallischen Hülse dicht verbundenen, aus ihr herausragenden Isolierblock versehen ist, der einen mittels einer Heizwicklung beheizten und einen unbeheizten Heißleiter trägt, die in das Strömungsmedium hineinragen, das den unbeheizten Heißleiter auf die Temperatur des Strömungsmediums bringt und den beheizten Heißleiter um eine von der Strömungsgeschwindigkeit abhängige Temperatur abkühlt, mit einer elektrischen Brücke, in der die beiden Heißleiter liegen und die mit einer elektronischen Schaltung verbunden ist.
Es ist ein kalorimetrischer Strömungsmesser dieser Art bekannt (US-PS 3 335 606), in dessen metallische Hülse eine weitere dünnere metallische Hülse eingesetzt ist,
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Nürnberg Il Telefon (0911) Telex Telegramm· Deutach· Bank Bayer. Vereinsbank Stadtapirkassa Postscheckkonto Hefneriplitz3 204)81-83 OS/22327 "Patwatz·!' NbB-368810 Nbg. 8311685 1528354 Nürnberg 11151-853
die zur Führung eines Kabels dient, das sechs Einzelleitungen aufweist, mit denen die beiden Heißleiter und die Heizwicklung für den beheizten Heißleiter verbunden sind. Im Bereich der den Heißleitern und der Heizwicklung zugewandten Enden dieser sechs Einzelleitungen ist der Innenraum der dünneren metallischen Hülse mit Gießharz dicht ausgegossen. Durch dieses Gießharz ist das untere Ende der Bohrung der dünneren metallischen Hülse dicht abgeschlossen,, Aus dem Gießharz ragen die beiden Heißleiter heraus und in das Strömungsmedium hineino Die dünnere metallische Hülse weist außen einen Bund auf, mit dem sie sich an der unteren Stirnwand der äußeren metallischen Hülse abstützt. Das obere Ende der dünneren metallischen Hülse weist außen ein Gewinde auf, auf das eine Kappe aufgeschraubt ist, die sich am oberen Stirnende der äußeren metallischen Hülse abstützt. Durch die Verwendung einer dünneren inneren metallischen Hülse und einer Kappe, die auf das obere Ende der dünneren metallischen Hülse aufgeschraubt ist, wird die Herstellung-^dieses bekannten Meßkopfes erschwert und verteuert,, Außerdem sind die beiden Heißleiter direkt dem Strömungsmedium ausgesetzt, eo daß diese Heißleiter durch feste Teile im strömungsmedium beschädigt werden können« Ferner wird dadurch der Abgleich der elektrischen Brücke erschwert, da schon kleinste Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit einen genauen Abgleich verhindern»
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Der Erfindung liegt die&ufgabe zugrunde, einen kalorimetrischen Strömungsmesser der obenbezeichneten Art zu schaffen, bei dem eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit stufenlos einstellbar ist, Vergrößerungen und Verkleinerungen dieser Strömungsgeschwindigkeit sowie Heizkreis fehler und .Fühlerdrahtbrüche angezeigt werden und der Meßkopf so ausgebildet ist, daß er leicht herstellbar ist, eine gute Wärmeleitfähigkeit vom Strömungsmedium bis zu den Heißleitern gegeben ist und die Heißleiter gegen äußere Einflüsse, z.B. hohen Druck, Stöße und chemische Einflüsse geschützt sind. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die elektrische Brücke mit den beiden Eingängen zweier als Differenzverstärker ausgebildeter Operationsverstärker verbunden ist und daß der eine Operationsverstärker zur Ermittlung der Vergrößerungen und Verkleinerungen der Strömungsgeschwindigkeit und der andere Operationsverstärker zur Heizkreis- und Fühlerdrahtbruchüberwachung vorgesehen ist, daß in dem Isolierblock des Meßkopfes zwei abstehende, mit einer Sackbohrung versehene Stifte aus gut wärmeleitendem, druck- und biegefestem, chemisch indifferentem Werkstoff dicht befestigt, z.B. eingeschraubt, sind und daß in der Sackbohrung des einen Stiftes der. nicht beheizte Heißleiter isoliert und in der Sackbohrung dee anderen Stiftes eine Hülse aus gut wärmeleitendem Metall, z.B. Kupfer, angeordnet ist, auf
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der außen eine isolierte Heizwicklung und in der der beheizte Heißleiter isoliert angeordnet ist„
Durch den einen Operationsverstärker werden die Vergrößerungen und Verkleinerungen der Strömungsgeschwindigkeit ermittelt, während durch den anderen Operationsverstärker der Heizkreis überwacht und Fühlerdrahtbrüche angezeigt werden.
Durch die Anordnung der Heißleiter in mit einer Sackbohrung versehenen Stiften aus gut wärmeleitendem, druck- und biegefestem, chemisch indifferentem Werkstoff werden die beiden Heißleiter vor Beschädigungen geschützt. Der gut wärmeleitende Werkstoff der beiden Stifte bewirkt eine schnelle Abkühlung der beiden Heißleiter durch das Strömungsmedium. Da der Werkstoff der beiden Stifte außerdem chemisch indifferent ist, werden die beiden Stifte chemisch nicht angegriffen· Weil die beiden Stifte im Isolierblock befestigt, z.B. eingeschraubt, sind, bildet der isolierblock mit den beiden Stiften, in denen die beiden Heißleiter und die Heizwicklung für den beheizten Heißleiter untergebracht sind, eine leicht montierbare Baueinheit, die sich in einfacher Weise herstellen und in der metallischen Hülse befestigen, Z0B. einschrauben, läßt· Dadurch wird eine einfache Herstellung des Meßkopfes
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erreicht.
Die elektrische Brücke ist so ausgebildet, daß sie bei einer vorbestimmten Temperaturdifferenz zwischen den beiden Heißleitern, z.B. von 1O°C, abgleichbar ist, wodurch gleichzeitig eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit eingestellt ist. Diese Temperaturdifferenz zwischen beiden Heißleitern ist durch Einstellung des Stromes in der Heizwicklung des beheizten Heißleiters erreichbar. Der Heizstrom muß natürlich konstant gehalten werden. Zu diesem Zweck ist eine Stabilisationsvorrichtung vorgesehen, die ein oder zwei Potentiometer zur genauen Einstellung des Stromes aufweist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausgang des Operationsverstärkers zur Ermittlung der Vergrößerungen und Verkleinerungen der Strömungsgeschwindigkeit mit einem Eingang eines als Komparator ausgebildeten Operationsverstärkers verbunden, an dessen Ausgang ein Strömungsüberwachungsrelais angeschlossen und deseem anderen Eingang eine konstante Bezugspannung zugeführt ist« Zur Erzeugung der konstanten Bezugsspannung ist eine Hinter-' einanderschaltung von zwei Zenerdioden und einer Diode vorgesehen.
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Der Ausgang des anderen Operationsverstärkers ist mit
einem Schwellwertschalter verbunden, der z.B. aus einer
Zenerdiode und einem Transistor bestehen kann und mit einem Störungsrelais in Verbindung stehto
Zur genauen Justierung des Stromes in der Heizwicklung ist im Stromkreis zwischen dem Operationsverstärker zur Ermittlung der Vergrößerungen und Verkleinerungen der Strömungsgeschwindigkeit und dem als Komparator ausgebildeten Operationsverstärker eine rote und eine grüne Leuchtdiode vorgesehene Wird die Strömung langsamer als der eingestellte Schwellwert, dann leuchtet die rote Lampe aufo Wird die Strömung schneller, dann leuchtet die grüne Lampe auf.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig» dargestellt» Es zeigt
Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Meßkopf eines Strömungswächters gemäß der Erfindung,
Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen Stift des Meßkopfes gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 eine elektronische Schaltung des Strömungswächters gemäß der Erfindung.
Ein Meßkopf 1 gemäß Fig. 1 weist eine metallische Hülse
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2 auf, die ein Innengewinde 3 und ein Außengewinde 4 besitzt, mit dem der Meßkopf 1 in eine entsprechende Gewindebohrung eines Rohres dicht eingeschraubt werden kann, in dem ein Strömungsmedium fließt. Hierbei kann es sich um ein gasförmiges, flüssiges oder granulöses Strömungsmedium handeln. Der Meßkopf 1 weist ferner einen Isolierblock 5 mit einem Außengewinde 6 auf, mit dem der Isolierblock 5 in das Innengewinde 3 der metallischen Hülse 2 dicht eingeschraubt isto Der Isolierblock 5 ist mit zwei durchgehenden Bohrungen 7 versehen, die am unteren Ende ein Gewinde 8 aufweisen,» In die Gewinde 8 beider Bohrungen 7 sind metallische Stifte 10 mit einem entsprechenden Außengewinde 9 dicht eingeschraubt Wie aus Fig, 2 ersichtlich ist, die einen Axialschnitt sines Stiftes 10 darstellt, weist der Stift 10 eine Sackbohrung 11 aufo In der Sackbohrung 11 ist eine Hülse 12 aus Kupfer angeordnet^ die . an ihren beiden Enden Erweiterungen 13 aufweist. In die obere Erweiterung 13 der Hülse 12 ist ein Heißleiter 14 eingelegt, der mit zwei Zuleitungen 15 versehen ist. Der Heißleiter 14 kann natürlich auch in die untere Erweiterung 13 eingelegt sein. Auf die Hülse 12 ist eine Heizwicklung 16 aufgewickelt, die Anschlußleitungen 17 aufweist» Der
gesamte Innenraum des Stiftes 10 ist mit einem Gießharz ausgegossen. Der andere Stift 10 ist ebenfalls mit einer Hülse 12 aus Kupfevünd einem Heißleiter 14 versehen. Jedoch ist auf diesetiülse 12 eine Heizwicklung 16 nicht
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aufgewickelt, so daß der Heißleiter 14 nicht beheizt wird. Die hohlen Stifte 10 können entweder aus einem gut wärmeleitenden, druck- und biegefesten sowie chemisch nicht angreifbaren Kunststoff oder aus Metall, insbesondere nichtrostendem Stahl bestehen. Zum Ausgießen der hohlen Stifte 10 wird ein gut wärmeleitendes Gießharz verwendet, so daß die beiden Heißleiter 14 von dem Strömungsmedium schnell abgekühlt werden.
Wie Fig. 3 zeigt, befinden sich die beiden Heißleiter 14,die identisch ausgebildet sind, in einer elektrischen Brücke 18, die außerdem Widerstände 19 bis 22 aufweist. Die beiden hintereinandergeschalteten Widerstände 21 und 22 dienen als Kompensationswiderstände zur Schältpunktstabilisierung innerhalb eines weiten Temperatürbereiches des Strömungsmediums· Die elektrisch©Brücke 18 ist so berechnet, daß bei einer Temperaturdifferenz von 10°C die Brückelm Gleichgewicht ist, was gleichzeitig dem Schaltpunkt (Schwellwert) entspricht« Die Temperaturdifferenz von 100C wird dadurch erreicht, daß der Heizwicklung 16 des beheizten Heißleiters 14 ein einstellbarer Strom zugeführt wird. Der strom kann mit Hilfe zweier Potentiometer 23 und 24 genau eingestellt werden. Hierbei dient das Potentiometer 23 zur Grobeinstellung und das Potentiometer 24 zur Feineinstellung. Um im Betriebe den Strom in der Heizwicklung 16 konstant zu halten, ist eine Stabi-
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lisationsvorrichtung 25 vorgesehene Eine weitere Stabilisationsvorrichtung 26 dient dazu, die Betriebsspannung für die gesamte elektronische Schaltung konstant zu halten.
Die Ausgangsspannung der elektrischen Brücke 18 wird zwei als Differenzverstärker arbeitenden Operationsverstärkern 27 und 28 zugeführt,, Hierbei dient der Operationsverstärker 27 zur überwachung der Strömungsgeschwindigkeit und der Operationsverstärker 28 zur indirekten Heizkreis- und Fühlerdrahtbruchüberwachung.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 27 gelangt über eine Entkopplungsdiode 29 an einen als Komparator arbeitenden Operationsverstärker 30, mit dessen Ausgang ein Strömungsüberwachungsrelais 31 verbunden ist» Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 28 wird einem Schwellwertschalter zugeführt, der aus einer Zenerdiode 32 und einem Transistor 33 besteht. Dieser Schwellwertschalter erregt über einen Verstärker, der aus einem Transistor 34 besteht, ein Störungsrelais 35.
Zwei Zenerdioden 36 und 37 sowie eine Diode 38 bilden eine feste Bezugsspannung, die an den anderen Eingang des Operationsverstärkers 30 gelegt ist. Diese Bezugsspan-
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nung bildet -einen Bezugspunkt für die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 27, die ja, wie bereits erwähnt, ebenfalls an den Operationsverstärker 30 angelegt ist.
Im Stromkreis zwischen den beiden Operationsverstärkern 27 und 30 befinden sich eine rote Leuchtdiode 39 und eine grüne Leuchtdiode 40, die zum Festlegen des Schaltpunktes und zur Anzeige des Strömungszustandes dienen. Ist der Schaltpunkt erreicht, sind beide Leuchtdioden 39 und 40 dunkel. Ist die Strömung langsamer als der eingestellte Schwellwert, dann wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 27 positiv gegenüber dem Bezugspunkt. Dadurch werden Transistoren 41 und 42 leitend, so daß die rote Leuchtdiode 39 aufleuchtet. Wird die Strömung schneller, dann wird durch das negative Signal über Transistoren 43 und 44 die grüne Leuchtdiode 40 zum Aufleuchten gebracht«
Die elektronische Schaltung gemäß Fig. 3 ist in einem Kasten 45 gemäß den Fig„ 4 und 5 aus Isolierstoff untergebracht, der aus einem Unterteil 46 und einem Oberteil
47 besteht. Im Unterteil 46 sind drei Kabeleinführungen
48 bis 50 vorgesehen, von denen die Kabeleinführung 48 zur Einführung der Meßkopfleitungen, die Kabeleinführung
49 zur Einführung der Netzleitung und die Kabeleinführung
50 zur Einführung der Ausgangsleitungen dient*
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Claims (7)

  1. - 11 Patentansprüche
    ( 1 ο)Kalorimetrischer Strömungswächter mit einem Meßkopf, der mit einer metallischen Hülse mit einem Gewinde zum Einschrauben in ein ein-Strömungsmedium aufweisendes Rohr und mit einem mit der metallischen Hülse dicht verbundenen, aus ihr herausragenden Isolierblock versehen ist, der einen mittels einer Heizwicklung beheizten und einen unbeheizten Heißleiter trägt, die in das Strömungsmedium hineinragen, das den unbeheizten Heißleiter auf die Temperatur des Strömungsmediums bringt und den beheizten Heiß- leiter um eine von der Strömungsgeschwindigkeit abhängige Temperatur abkühlt, mit einer elektrischen Brücke, in der die beiden Heißleiter liegen und die mit einer elektronischen Schaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die&lektrische Brücke (18) mit den beiden Eingängen zweier als Differenzverstärker ausgebildeter Operationsverstärker (27,28) verbunden ist und daß der eine Operationsverstärker (27) zur Ermittlung der Vergrößerungen und Verkleinerungen der Strömungsgeschwindigkeit und der andere Operationsverstärker (28) zur Heizkreis- und Fühlerdrah tbruchüberwachung vorgesehen ist, daß in dem Isolierblock (5) des Meßkopfes (1) zwei abstehende, mit einer Sackbohrung (11) versehene Stifte (10) aus gut wärmeleitendem, druck- und biegefestem, chemisch indifferentem Werk-
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    stoff dicht befestigt, z.B. eingeschraubt, sind und daß in der Sackbohrung (11) des einen Stiftes (10) der nicht beheizte Heißleiter (14) isoliert und in der Sackbohrung (11) des anderen Stiftes (10) eine Hülse (12) aus gut wärmeleitendem Metall, z.B. Kupfer, angeordnet ist, auf der außen eine isolierte Heizwicklung (16) und in der der beheizte Heißleiter (14) isoliert angeordnet isto
  2. 2. Strömungswächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Brücke (18) bei einer vorbestimmten Temperaturdifferenz zwischen den beiden Heißleiteren (14), z.B. von 1O°C, abgleichbar ist0
  3. 3. Strömungswächter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz zwischen beiden Heißleitern (14) durch Einstellung des Stromes in der Heizwicklung (16) des beheizten Heißleiters (14) erreichbar ist.
  4. 4. Strömungswächter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Stromes in der Heizwicklung (16) eine Stabilisationsvorrichtung (25) vorgesehen ist, dieein oder zwei Potentiometer (23,24) zur genauen Einstellung des Stromes aufweist.
  5. 5. Strömungswächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-
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    net, daß der Ausgang des Operationsverstärkers (27) zur Ermittlung der Vergrößerungen und Verkleinerungen der Strömungsgeschwindigkeit mit einem Eingang eines als Komparator ausgebildeten Operationsverstärkers (30) verbunden ist, an dessen Ausgang ein Strömungsüberwachungsrelais (31) angeschlossen und dessem anderen Eingang eine konstante Bezugsspannung zugeführt ist«,
  6. 6· Strömungswächter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der konstanten Bezugsspannung eine Hintereinanderschaltung von zwei Zenerdioden (36,37) und einer Diode (38) vorgesehen isto
  7. 7. Strömungswächteraach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des anderen Operationsverstärkers (28) mit einem Schwellwertschalter (Zenerdiode 32, Transistor 33) verbunden ist, der mit einem Störungsrelais (35) in Verbindung steht«,
    8o Strömungswächter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis zwischen dem Operationsverstärker (27) zur Ermittlung der Vergrößerungen und Verkleinerungen der Strömungsgeschwindigkeit und dem als Komparator ausgebildeten Operationsverstärker (30) eine rote (39) und eine grüne Leuchtdiode (40) vorgesehen sind, die zur genauen Justierung des Stromes in der Heizwicklung (16) dienenα
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