DE3048096A1

DE3048096A1 - Vorrichtung zur messung und/oder ueberwachung der stroemungsgeschwindigkeit eines stroemenden mediums

Info

Publication number: DE3048096A1
Application number: DE19803048096
Authority: DE
Inventors: Lennart 95100 Luleå Edström; Kenth 96190 Boden Uddin
Original assignee: ELUW ELECTRONIC AB
Current assignee: ELUW ELECTRONIC AB
Priority date: 1979-12-19
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1981-09-24
Also published as: GB2065894B; GB2065894A; SE421248B; SE7910485L

Description

PATENTANWÄLTE

iJ, S(¹IIIILZ-I)OTUwVM <V TIIOKNIiS 30A 8096

EUFIOPEAN PATENT ATTORNfIYS

Elinv Electronic AB S-9 51 28 Luleä

KARL-HEINZ SCHAUMBURG, Dipl.-Ing

WOLFGANG SCHULZ-DönLAM Ingenieur dlplöme E.N.S.I. Grenoble

L)R. DIETER THOENES. Oipl.-Phyo.

19. Dezember 1980 E 7030 DE - SBgw

Vorrichtuna zur Messung und/oder überwachung der Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums

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P O BOX 8015G0 · D-BOOO MÜNCHEN 80 · MAUEnKinCHERSTRASSE Ti=LETON (OBOi <-?i7- - iid 987898 · TELEX 5?2019 ESPAT D

3 O A 8 O 9

Die Erfindung betrifft eine Vorn: icht.ung zur Messung und/ odc r (Jlxnwachung der Strömungsgeschwindigkeit eines .strömenden Medium« mittels einer Temperaturmeßvorrichtung, die in dem Modi um anzuordnen ist und eine erste und eine zweite elektrische Schaltung umfaßt, die jeweils in einem wärme!eitfähigen Gehäuse angeordnet sind und einen als Temperatursensor wirkenden Diodenstromzweig enthalten, WoIh¹I die ernte Schaltung ferner eine Heizvorrichtung enthält, die mit einer innerhalb eines großen Temperaturberoichη eine konstante Leistung erzeugenden Spannung gespeist ist, und wobei die beiden Diodenstromzweige mit einer Vergleichsschaltung zum Vergleich ihrer Ströme und damit Messung und/oder Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums verbunden sind.

Durch die US-PS 3 733 897 ist eine Sensoranordnung bekannt, mit der StröraungsHchwankungen in der Leitung eines StrömungsmesHors mittels eines erhitzten, integrierten Transistorelements festgestellt werden, das der Strömung ausgesetzt ist und durch sie gekühlt wird. Das Transistorelement ist mit einer externen Schaltung verbunden und bildet mit ihr einen Gleichstromverstärker, dessen Basisstrom weitgehend konstant ist, dessen Kollektorstrom aber mit der durch die Strömung dem Transistorelement entzogenen Wärme veränderlich ist. Auf diese Weise wird ein dieser Änderung entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. Hierbei wird also die Temperaturabhängigkeit des Verstärkungsfaktors e ines Transistorelements ausgenutzt. Es ist jedoch keine Bezugsgröße zur Berücksichtigung der Umgebungstemperatur vorgesehen.

Aus der US-PS ϊ 992 940 ist ein Strömungssensor bekannt, bei dem drei Fe:>t körporanordnungen so vorgesehen sind,

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daß eine ein Schaltungselement und eine weitere, eng benachbarte zwei Schaltelemente enthält. Die erste Anordnung enthält eine Diode, die elektrisch mit einer externen Stromquelle verbunden ist und sich im leitenden Zustand befindet. Die zweite Anordnung enthält eine mit einer externen Stromquelle verbundene und leitende Diode sowie ein Transistorelement, das als Heizelement genutzt wird, um die Temperatur der zweiten Diode um einen votbrn-itimmten Betrag gegenüber derjenigen der ersten Diode zu erhohen. Signale der beiden Dioden, die bei Beeinflussung durch eine Strömung abgegeben werden, führen durch einen Vergleich zu einer Steuergröße zur Steuerung des Transistors derart, daß die zweite Festkörperanordnung eine korn;tante Temperatur behält.

Aus der DE-OS 24 56 372 ist eine Vorrichtung eingangs genannter Art bekannt. Bei ihr dient die zweite Schaltung als Referenz bezüglich der Umgebungstemperatur. Wenn die beiden Schaltungen nicht unter dem Einfluß einer Strömung stehen, so beeinflussen sich die beiden Temperatursensoren gegenseitig konstant und unabhängig von der Umgebungstemperatur. Werden sie jedoch einer Strömung ausgesetzt, so wird der erwärmte Sensor entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit abgekühlt. Dadurch ändert sich die gegenseitige Beeinflussung der beiden Temperatürsensoren proportional der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums .

Bei der bekannten Vorrichtung sind die beiden Schaltungen zwei im wesentlichen identische monolithisch integrierte Anordnungen, die jeweils die Form eines monolithischen Kristalls haben, der in einem wärmeleitfähigen Gehäuse angeordnet ist. In beiden Fällen besteht der Diodenstrom-

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zweig /ur Temperaturmessung (Tempera tür fühler) au. tiner Anzahl in Serie geschalteter Basis-Emitter-Dioden (Strecken) von Transistoren, die in der jeweiligen Anordnung integriert sind. Die Heizvorrichtung der ersten Schaltung besteht .ilia einer in :!perr ich tang betriebenen Basis -L¹K: l Lter binde (Strecke) eiiu't; ,-/eiteren integrierten Transistors.

[Jit· bekannte Vorrichtung itbeitot in der Vrmils sicher und -JH r/t; rl äsy Lg, j;:do.:h ist sie hinsichtlich Empfind-I i.irhki.ii. t, iiirer Het ;tel lungskosten und ihres Aufbaus nocn 'v-rbt-;:;t;r ungsbefliir t t.iti. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine •;olihi Vet b.-sser ung ariiuigebtiii.

ΐΗ-.ϊί; * "aifgabf wird ! iii: eine Vorrichtung eingangs .j-aiaruiter At t- t't ι i ridungs jehi.'ii. laduivh cfelöst, daß die erste Schaltun) i.-intiii Ttaii^i.l >c enthält, der einerseits e in> u Teil ihu-j DiuileiiiiU.iii/.; lt;;, xnleterseits einen Ttjil .Ija Stromkreises der II, ι/-/or r icht ung bildet.

[Hitch die Verwirkli hung d-'t* tleiv:- und ileßfutikt ion Ln ein an 1 demselben i,. Ii -/due 1 leu Tr.msistoreltiiaent w.;r;len bi-i fiii-.^::r Vorrichtung eingangs genannter Art die folgenden 'Ab err t; i t-.tit:

I. Der Abstanl ---./ischen dem Ileizpimkt und deüi Maßpunkt wird geringer als in einer integrierten Schaltung - sie können zusammenfallen;

2. Es ergibt sich eine höhere Empfindlichkeit bzw. ein schnelleres Ansprechen infolge der geringeren !tasse des Transistors in dem wärmeIeitfähigen Gehäuse, verglichen mit der Masse der integrierten Schaltung in der bekannten Vorrichtung;

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3. Die Vorrichtung wird hinsichtlich einer Prüfung einfacher, da sie für einen Transistor weniger V'irbindungspunkte als für eine integrierte Schaltung benötigt;

4. Der Transistor ist billiger und ein weitläufiger eingesetztes Schaltelement als eine integrierte Mt. haltung ·

Vorzug.^;\v ise, in erster Linie aus meßtechnischen Gründen, ist di< zweite Schaltung ein zweiter, mit dem ersten gleich-irt i ger Tran si stör, dessen Basis-Kmi tter-Diode (Strecke) einen als Temperatursensor zu nutzenden Dioden-■tromzwig bildet. Prinzipiell ist Bedingung für eine fehlerfreie Arbeitsweise der Vorrichtung, daß die erste und die zweite Schaltung einen übereinstimmenden Temperaturkoeffizienten haben. Dies kann neben der Auswahl identischer Transistoreigenschaften für beide Transistoren '"inch durch ein anderes Bauelement, nämlich eine Diode, - ι reicht v/erden, wenn die Masse dieselbe ist und ihr Meßstrom mit zugeordneten Elementen so eingestellt wird, daß der Temperaturkoeffizient demjenigen der Basis-Emitter-I.'iode nes Transistors der ersten Schaltung entspricht.

'ie Erfindung wird im folgenden weiter anhand der Figuren ■" rläutert, die jeweils ein Ausführungsbeispiel zeigen.

!ie Transistoren T3 und T4 sind identische Transistoren, ren Basiselektroden durch einen an eine stabilisierte r-ci serp-mnung W eingeschalteten Spannungsteiler R30, R31 ^; ti Giii-i iiij[if>nd(^ Tpannungen erhalten. Der Kollektor des 11 nnsif/toi fj Ti ist mit: eier Speisespannung verbunden, ■"ähren-1 d'^jr KoI lc-l;tor dos Transistors T4 nicht beschaltet

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ist. Die Emitter der beiden Transistoren T3 und T4 sind mit einer Vergleichsschaltung IC2 verbunden.

Die externe Beschaltung dieser schematisch dargestellten Schaltung kann mit derjenigen nach der DE-OS 24 56 372 übereinstimmen. Die Transistoren T3 und T4 ersetzen dabei die beiden aus monolithischen Kristallen bestehenden Sensoren und sind in einem gut wärmeleitfähigen Gehäuse so angeordnet, wie es in Fig. 1 der DE-OS 24 56 372 dargestellt ist. Dem Fachmann ist es möglich, die in Fig. 1 gezeigte Schaltung in eine größere Schaltung der bekannten Art einzugliedern, um dieselben Funktionen zu verwirklichen. Ein Beispiel einer solchen Gesamtschaltung zeigt Fig. 3, und für diese Schaltung sind Bezugszeichen verwendet, die denjenigen nach Fig. 3 der DE-OS 24 56 3 72 entsprechen. Bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung wird mit der Schaltung IC3 eine konstante, belastungsunabhängige Spannungsteilung durchgeführt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dienen die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren T3 und T4 als Temperatürsensoren, die übereinstimmende Temperaturkoeffizienten haben. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T3 erhält eine Konstantspannung, so daß die Betriebsgrößen dieses Transistors konstant sind. Der Wert des Widerstandes R32 ist so gewählt, daß der Transistor T3 zu einem vorbestimmten Grade aufgeheizt wird. Durch den Wert des Widerstandes R33 wird der Meßstrom über die Basis-Emitter- S tr ecke des Transistors T4 eingestellt.

Die prinzipielle Arbeitsweise der beiden Transistoren T3 und T4 als Temperatursensoren zur Messung und/oder überwachung der Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Me-

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diums wurde vorstehend kurz erklärt. Eine ausführlichere Erläuterung enthält die DE-OS 24 56 372, so daß hier weitere Ausführungen nicht erforderlich sind.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dient die Kollektor-Basis-Strecke des Transistors T3 als Temperatursensor, seine Basis-Emitter-Strecke als HeizStromkreis. Der Widerstand R34 dient zur Heizungseinstellung. Die Widerstände R35 und R36 dienen zur Einstellung des MeßStroms.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur Messung und/oder Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums mittels einer Temperatürmeßvorrichtung, die in dem Medium anzuordnen ist und eine erste und eine zweite elektrische Schaltung umfaßt, die jeweils in einem wärmeleitfähigen Gehäuse angeordnet sind und einen als Temperatursensor wirkenden Diodenstromzweig enthalten, wobei die erste Schaltung ferner eine Heizvorrichtung enthält, die mit einer innerhalb eines großen Temperaturbereichs eine konstante Leistung erzeugenden Spannung gespeist ist, und wobei die beiden Diodenstromzweige mit einer Vergleichsschaltung zum Vergleich ihrer Ströme und damit Messung und/oder Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung einen Transistor (T3) enthält, der einerseits einen Teil ihres Diodenstromzweigs, andererseits einen Teil des Stromkreises der Heizvorrichtung bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß der Transistor (T3) der ersten Schaltung den Diodenstromzweig mit der Basis-Emitter-Strecke und den Teil des Stromkreises der Heizvorrichtung mit der Kollektor-Emitter-Strecke bildet (Fig.1).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T3) der ersten Schaltung dem Diodenstromzweig mit der Kollektor-Basis-Strecke und den Teil des Stromkreises der Heizvorrichtung mit der Basis-Emitter-Strecke bildet.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung einen zweiten Transistor (T4) enthält, der mit denjenigen den Transistors ['['.]) der ersten Schaltung Ldentischt¹ Eigenschaften aufweist und mit seiner Basis-Emitter-Strecke den als Temperatursensor wirkenden Diodenstromzweig bildet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung eine gekapselte Diode enthält, deren thermische Eigenschaften weitgehend identisch mit denjenigen des Transistors (T3) der ersten Schaltung sind und deren pn-übergang den als Temperatursensor wirkenden Diodenstromzweig bildet.

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