DE3127081A1

DE3127081A1 - "vorrichtung zur messung der stroemungsgeschwindigkeit von gasen und fluessigkeiten"

Info

Publication number: DE3127081A1
Application number: DE19813127081
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Phys. Dr. 6102 Pfungstadt Eiermann; Eberhard Ing.(grad.) 8752 Mainaschaff Horlebein; Kurt 6458 Rodenbach Lißmann; Wolfgang Dr. 6000 Frankfurt Schäfer
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Sensycon Gesellschaft fur Industrielle Sensorsyst
Priority date: 1981-07-09
Filing date: 1981-07-09
Publication date: 1983-01-27
Also published as: FR2509470B1; JPH0145852B2; FR2509470A1; US4449402A; GB2103804B; GB2103804A; JPS5818169A; DE3127081C2

Description

81 176 ET

Degussa Aktiengesellschaft Weißfrauenstr. 9, 6000 Frankfurt am Main

Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere der Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, mit einem oder mehreren temperaturabhängigen elektrischen Widerständen, die in Wärmekontakt mit dem strömenden Medium stehen, wobei einer oder mehrere der elektrischen Widerstände mit Hilfe einer Regelschaltung beheizt werden und der oder die beheizten Widerstände Filmwiderstände sind, bestehend aus einer dünnen Metallschicht auf einem elektrisch isolierenden Träger.

Im Interesse der Reinhaltung der Luft ist es erforderlich, die von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Kraftfahrzeugen, erzeugten Schadstoffe zu vermindern. Dieses Ziel wird u.a. durch eine Verbesserung des Verbrennungsablaufs erreicht. Dazu ist es erforderlich, daß möglichst genaue Informationen über die jeweils angesaugten Luftmengen zur Verfügung stehen, und zwar

^QW mit einer möglichst kleinen Zeitverzögerung.

Hitzdrahtanemometer verschiedener Bauart sind bereits für die Messung der von Verbrennungsmotoren angesaugten Luftmenge vorgeschlagen worden. Der entscheidende Nachteil herkömmlicher Hitzdrahtanemometer ist, daß in der angesaugten Luft mitgeführ'te Schmutzpartikel sich auf dem beheizten Widerstand ablagern und dadurch die Eichcharakteristik der Wärmeabgabe verändern.

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In der DE-OS 30 35 769 wird vorgeschlagen; einen Metallfilmwiderstand zu verwenden, der die Form einer Platte hat, die parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist, und die angeströmte Schmalseite mit einer wärmeisolierenden Schutzschicht zu bedecken. Durch diesen Aufbau kann der Einfluß der Verschmutzung in zufriedenstellendem Maß unterdrückt werden. 10

Der elektrische Widerstand eines solchen Metallfilmwiderstands wird vorteilhaft auf einen gewünschten Wert gebracht, indem mit einem Laser in der Metallschicht Schnitte erzeugt werden, so daß eine mäanderförmige Stromlaufbahn entsteht. Üblicherweise wird bei solchen Metallfilmwiderständen die Geometrie der Stromlaufbahnen so gewählt, daß der erzeugte Widerstand pro Flächeneinheit über die gesamte Widerstandsfläche nahezu gleichmäßig verteilt ist.

Die mit einem solchen Metallfilmwiderstand erzielbaren Ansprechzeiten bei plötzlicher Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten reichen jedoch meist nicht aus, um die für die Regelung eines Verbrennungsmotors notwendigen Anforderungen zu erfüllen. Es ist bekannt, daß die Ansprechzeiten eines solchen Anemometers mit beheiztem Metallfilmwiderstand umso kürzer sind, je kleiner die Dicke des Trägermaterials ist. Diese kann jedoch nicht beliebig verkleinert werden, da_/durch den Aufbau bedingt, der beheizte Metallfilmwiderstand selbsttragend und mechanisch ausreichend stabil sein muß.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung," eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere der Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, zu finden, mit einem oder mehreren temperatu.rabhängigen elektrischen Wider-

ständen, die in Wärmekontakt mit dem strömenden Medium stehen, wobei einer oder mehrere der elektrischen Widerstände mit Hilfe einer Regelschaltung beheizt werden und der oder die beheizten Widerstände Filmwiderstände sind, bestehend aus einer dünnen Metallschicht auf einem elektrisch isolierenden Träger, derart, daß der Verschmutzungseinfluß in zufriedenstellendem Maß unterdrückt wird und eine möglichst kurze Ansprechzeit bei Veränderung der Luftgeschwindigkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in der Metallschicht erzeugten Stromlaufbahnen so dimensioniert sind, daß der resultierende elektrische Widerstand pro Flächeneinheit in einem konstanten Verhältnis zur örtlichen Wärmeübergangszahl steht. Die örtliche Wärmeübergangszahl «C ist dabei bei gegebener Temperaturdifferenz Δ Τ zwischen beheizter Fläche und strömendem Fluid ein Maß für den örtlich pro Flä-.einheit abgeführten Wärmestrom P.

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Durch diese Maßnahme läßt sich überraschenderweise die Ansprechzeit entscheidend verkürzen. Die Abbildungen I und III zeigen schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, während

__n Abbildung II einen Filmwiderstand herkömmlicher Art «au

wiedergibt.

Abbildung I zeigt den Querschnitt durch einen.Filmwiderstand (7), bestehend aus einer dünnen Metall-„_ schicht (1) auf einem elektrisch isolierenden Träger-

körper (2). Dieser Filmwiderstand hat die Form einer Platte, die parallel zu der Strömungsrichtung des zu messenden Mediums ausgerichtet ist. Die örtliche Wärme-

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Übergangszahl-eines solchen beheizten Widerstands nimmt in charakteristischer Weise in der Strömungsrichtung mit zunehmendem Abstand von der angeströmten Kante ab.

Die Abbildungen II und III zeigen die Aufsicht auf die Metallschicht (2) eines solchen Filmwiderstands.

Die Abbildung II zeigt schematisch ein Filmwiderstand der herkömmlichen Art. Zwischen den Kontaktflächen (3 und 4) wird vorteilhafterweise mit Laserschnitten (5), die den Metallfilm (1), nicht aber den Träger (2) durchtrennen, eine mäanderförmige Stromlaufbahn (6) erzeugt. •5 Der hierdurch erzeugte Widerstand pro Flächeneinheit ist auf der gesamten Fläche nahezu konstant. Um Strömungsgeschwindigkeiten zu messen, wird ein solcher Widerstand, der einen möglichst hohen Temperaturkoeffizienten haben soll, mit Hilfe einer elektrischen Regelung in an sich bekannter Weise beheizt, so daß sich eine konstante Übertemperatur, d.h. ein konstanter mittlerer Widerstandswert, einstellt. Dadurch, daß die von der Strömung abgeführte Wärmestromdichte mit zunehmendem Abstand von der angeströmten Kante abnimmt, stellt sich ein Temperaturprofil entlang der Strömungsrichtung ein.

Der Verlauf dieses Temperaturprofils hängt ab von der Strömungsgeschwindigkeit, von der Wärmeleitfähigkeit und der Geometrie des Trägerkörpers. Die Veränderung des Temperaturprofils in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwin-^υ digkeit bedingt die relativ große Ansprechzeit dieser bekannten Anordnung.

Die Abbildung III zeigt einen erfindungsgemäßen Widerstand. Die mäanderförmige Stromlaufbahn (6) ist hierbei

so ausgelegt, daß der Widerstand pro Flächeneinheit und somit auch die Heizleistungsdichte in Strömungsrichtung', abnimmt, und zwar in demselben Maß wie die abgeführte Wärmestromdichte. Hierdurch gelingt e3, unabhängig von

der Strömungsgeschwindigkeit, die Temperatur des gesamten Widerstands konstant zu halten.

Dies führt zu einer erheblichen Verkürzung der Ansprechzeit .

Vorzugsweise besitzen die Filmwiderstände die Form einer Platte und sind parallel zur Strömungsrichtung des zu messenden Fluids ausgerichtet, wobei der elektrische Widerstand pro Flächeneinheit in Strömungsrichtung mit zunehmendem Abstand von der angeströmten Plattenkante in demselben Verhältnis abnimmt wie die örtliche Wärmeübergangszahl. Außerdem ist es oft von Vorteil, die angeströmten Platten schmalseitig mit einer wärmeisolierenden Schutzschicht und die Metallschicht mit einer dünnen, gut wärmeleitenden Schutzschicht abzudecken.

PAT/Dr.Br.-Ka
01.07.1981

Leerseite

Claims

81 176 ET

Degussa Aktiengesellschaft Weißfrauenstr. 9, 6000 Frankfurt am Main

Vorrichtung zur Mesung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten

PATENTANSPRÜCHE

[ l.jVorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere der Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, mit einem oder mehreren temperaturabhängigen elektrischen Widerständen, die in Wärmekontakt mit dem strömenden Medium stehen, wobei einer oder mehrere der elektrischen Widerstände

mit Hilfe einer Regelschaltung beheizt werden und der oder die beheizten Widerstände Filmwiderstände sind, bestehend aus einer dünnen Metallschicht auf einem elektrisch isolierenden Träger, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Metallschicht (1) erzeugten Strom-

laufbahnen (6) so dimensioniert sind, daß der resultierende Widerstand pro Flächeneinheit in einem konstanten Verhältnis zur örtlichen Wärmeübergangszahl steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Filmwiderstämde (7) die Form einer Platte haben, die parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet sind, wobei der elektrische Widerstand pro Flächeneinheit in der Strömungsrichtung mit zunehmendem Abstand von der angeströmten Kante in demselben Verhältnis abnimmt wie die örtliche Wärmeübergangszahl .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die angeströmte Schmalseite der Platte mit einer wärmeisolierenden und die Metallschicht (1) mit einer dünnen, gut wärmeleitenden Schutzschicht abgedeckt ist.