DE3841249A1 - Stroemungsmessgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Strömungsmeßgerät, insbesondere ein thermisches Strömungsmeßgerät, bei dem wärmeempfind­ liche Widerstände verwendet werden, um den Strömungsdurchsatz von Fluiden, beispielsweise Gasen, zu messen.

Es ist ein Strömungsmeßgerät bekannt, welches den Strömungs­ durchsatz eines Fluids mißt, und zwar ausgehend von einem abgeglichenen Zustand einer Brückenschaltung, die einen wärmeempfindlichen Widerstand aufweist, der in dem Fluid angeordnet ist.

Fig. 1A ist eine Vorderansicht im Schnitt eines herkömmlichen thermischen Luftströmungsmeßgerätes, und

Fig. 1B ist eine Seitenansicht im Schnitt des Meßgerätes gemäß Fig. 1A.

Wie aus Fig. 1A und 1B ersichtlich, weist das Meßgerät ein Gehäuse 1, welches die Hauptpassage für das Fluid bildet, sowie eine tragende Rohrpassage 2 auf, die im wesentlichen im Zentrum des Gehäuses 1 angeordnet ist.

Ein wärmeempfindlicher Widerstand RH, der beispielsweise aus einem kleinen Platin-Dünnschicht-Widerstand besteht, ist innerhalb der tragenden Rohrpassage 2 vorgesehen, um eine durch das Fluid hervorgerufene Temperaturänderung in eine entsprechende Änderung seines Widerstandswertes umzu­ setzen. Ein Lufttemperaturmeßfühler RC ist ebenfalls innerhalb der tragenden Rohrpassage 2 vorgesehen, um die Lufttemperatur zu messen und es somit zu ermöglichen, eine Schwankung bzw. Änderung der Lufttemperatur zu korrigieren.

Leitungen 3 und 4 sind für den wärmeempfindlichen Widerstand RH bzw. den Lufttemperaturmeßfühler RC vorgesehen. Die Leitungen 3 und 4 gehen durch nicht dargestellte Durchgangs­ löcher im Gehäuse 1 und die tragende Rohrpassage 2 hindurch und sind an eine Steuerschaltung 5 angeschlossen, die am Außenumfang des Gehäuses 1 angebracht ist.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer Brückenschaltung mit dem wärmeempfindlichen Widerstand RH und dem Lufttemperatur­ meßfühler RC sowie einer Steuerschaltung, um die Steuerung in der Weise vorzunehmen, daß die Brückenschaltung in einem abgeglichenen Zustand gehalten wird. Die Brückenschaltung weist Widerstände R 1 und R 2 zusätzlich zum wärmeempfindlichen Widerstand RH und dem Lufttemperaturmeßfühler RC auf.

Die Brückenschaltung hat Knotenpunkte bzw. Anschlüsse b und f , die an die Eingänge eines Differenzverstärkers 6 angeschlossen sind, dessen Ausgang mit der Basis eines Transistors 7 ver­ bunden ist. Der Emitter des Transistors 7 ist mit dem einen Knotenpunkt oder Anschluß der Brückenschaltung verbunden, während sein Kollektor an die Anode bzw. den positiven Pol einer Gleichstromquelle 8 angeschlossen ist. Das Fluid strömt in der Richtung, die mit einem Pfeil 9 angedeutet ist.

Mit dem herkömmlichen Strömungsmeßgerät der oben beschriebenen Art wird der Strömungsdurchsatz in der folgenden Weise bestimmt. Bevor man ein Fluid strömen läßt, wird eine bestimmte Spannung an die Brückenschaltung angelegt, um dafür zu sogen, daß der wärmeempfindliche Widerstand RH Wärme erzeugt. Wenn das Fluid, beispielsweise Luft, mit dem Widerstand RH in Kontakt kommt, nimmt die Temperatur des Widerstandes RH ab und bewirkt somit eine Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes RH.

Man läßt einen Strom IH, erhöht um einen Wert, der der Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes RH und damit dem Strömungsdurchsatz des Fluids entspricht, durch den Widerstand R 2 fließen und bringt dadurch die Brückenschaltung in einen abgeglichenen Zustand. In diesem abgeglichenen Zustand sind die Spannungen an den Knotenpunkten b und f gleich. Auf der Basis des Stromes bzw. der Stromstärke IH wird die Spannung V 0 = IH × R 2 am Knotenpunkt b als Wert für den Strömungsdurchsatz des Fluids über einen Signalausgang S abgegriffen.

Ein Signal von dem Signalausgang S wird einer nicht darge­ stellten Signalverarbeitungsschaltung zugeführt und dort verarbeitet, um den Strömungsdurchsatz des Fluids zu be­ stimmen. Da Änderungen der Lufttemperaturschwankungen eine Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes RH bewirken, werden die Schwankungen durch Verwendung des Lufttemperatur­ meßfühlers RC korrigiert.

Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen thermischen Strömungs­ meßgerät treten jedoch Probleme auf. Da die Fluidströmung innerhalb des Gehäuses 1 nicht gleichmäßig ist und sie innerhalb derselben Ebene dicht oder grob sein kann, und zwar in Abhängigkeit von Faktoren, wie z. B. der Konfiguration der stromaufwärtigen Rohrleitung, besteht die Gefahr, daß der Strömungsdurchsatz nicht korrekt gemessen werden kann, wenn der Strömungsdurchsatz nur an einer Position gemessen wird, indem man einen einzigen thermoempfindlichen Widerstand RH verwendet, wie es bei dem herkömmlichen thermischen Strömungsmeßgerät der Fall ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein thermisches Strömungs­ meßgerät anzugeben, mit dem es möglich ist, den Strömungs­ durchsatz auch bei ungleichmäßiger Strömung korrekt zu messen.

Gemäß der Erfindung wird ein thermisches Strömungsmeßgerät angegeben, das folgendes aufweist: eine Einrichtung zur Bildung einer Fluidströmung; eine Trageinrichtung, die innerhalb der Fluidströmung angeordnet ist; eine Vielzahl von wärmeempfindlichen Widerständen, die von der Tragein­ richtung getragen und im wesentlichen in derselben Ebene senkrecht zur Fluidströmung angeordnet sind; einen Fluid­ temperaturmeßfühler, der von der Trageinrichtung getragen ist; eine Brückenschaltung, welche die wärmeempfindlichen Widerstände, den Fluidtemperaturmeßfühler und eine Vielzahl von Widerständen umfaßt; eine Steuerschaltung zur Aufrecht­ erhaltung eines abgeglichenen Zustandes der Brückenschaltung; und einen Signalausgang zur Abgabe eines Strömungsdurchsatz­ signals, das aus der Brückenschaltung erhalten wird, wenn diese in einem abgeglichenen Zustand ist.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1A eine Vorderansicht im Schnitt eines her­ kömmlichen thermischen Strömungsmeßgerätes;

Fig. 1B eine Seitenansicht im Schnitt des Strömungs­ meßgerätes gemäß Fig. 1A;

Fig. 2 ein Schaltbild des Strömungsmeßgerätes gemäß Fig. 1A und 1B;

Fig. 3 eine Vorderansicht im Schnitt eines thermischen Strömungsmeßgerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und in

Fig. 4 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Strömungsmeßgerätes gemäß Fig. 3.

Die Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht im Schnitt eines thermischen Strömungsmeßgerätes, beispielsweise eines thermischen Luft­ strömungsmeßgerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei weist das Strömungsmeßgerät folgende Komponenten auf: ein Gehäuse 1, durch welches man ein Fluid, beispielsweise Gas oder Luft strömen läßt; eine Trageinrichtung, z. B. eine tragende Rohrpassage 2, die innerhalb des Gehäuses 1 und im wesentlichen in dessen Zentrum angeordnet ist; eine Vielzahl von wärmeempfindlichen Widerständen RH, beispiels­ weise in einer Anzahl von drei Widerständen, die am Außenumfang der tragenden Rohrpassage 2 vorgesehen und im wesentlichen in derselben Ebene senkrecht zur Fluidströmung 9 angeordnet sind; einen einzelnen Fluid- oder Lufttemperaturmeßfühler RC, der innerhalb der tragenden Rohrpassage 2 vorgesehen ist und als Fluidtemperaturmeßfühler dient.

Die drei thermoempfindlichen Widerstände RH sind elektrisch miteinander in Reihe geschaltet, und sie bilden, zusammen mit dem Fluidtemperaturmeßfühler RC und den Widerständen R 1 und R 2, eine Brückenschaltung, die in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Obwohl die wärmeempfindlichen Widerstände RH gemäß Fig. 4 in Reihe geschaltet sind, können sie alter­ nativ dazu auch parallel geschaltet sein.

Die elektrische Schaltung des thermischen Luftströmungsmeß­ gerätes mit dem obigen Aufbau arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise wie ein herkömmliches thermisches Strömungs­ meßgerät. Das bedeutet, eine Steuerschaltung stellt die Spannung in der Weise ein, daß die Brückenschaltung, welche die wärmeempfindlichen Widerstände RH und den Fluid­ temperaturmeßfühler RC umfaßt, in einem abgeglichenen Zustand gehalten wird, wobei die Spannungen an den Knotenpunkten b und f gleich sind. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Strom, der dem Strömungsdurchsatz des Fluids entspricht, durch die wärmeempfindlichen Widerstände RH, und die Spannung V 0 am Knotenpunkt b wird als Strömungsdurchsatzsignal von einem Signalausgang S abgegriffen und einer nicht dargestellten Signalverarbeitungsschaltung zugeführt, die dann den Strömungsdurchsatz des Fluids berechnet.

Im Gegensatz zum herkömmlichen Strömungsmeßgerät, bei dem nur ein wärmeempfindlicher Widerstand vorgesehen ist, ist das erfindungsgemäße Strömungsmeßgerät mit einer Vielzahl von wärmeempfindlichen Widerständen RH, beispielsweise drei solchen wärmeempfindlichen Widerständen ausgerüstet, die in voneinander getrennten Positionen angebracht sind. Zweckmäßigerweise werden diese wärmeempfindlichen Widerstände gleichmäßig um den Umfang der tragenden Rohrpassage ange­ ordnet. Wenn aufgrund der örtlichen Gegebenheiten besondere Einflüsse oder Schwankungen zu erwarten sind, können die wärmeempfindlichen Widerstände an den entsprechenden Positionen angeordnet sein. Mit einer derartigen Anordnung liefert das Strömungsmeßgerät als Strömungsdurchsatzsignal den Durchschnitt von Strömungsdurchsatzwerten, die von den jeweiligen wärmeempfindlichen Widerständen RH abgetastet werden. Dementsprechend kann der Strömungsdurchsatz des Fluids auch dann korrekt bestimmt werden, wenn die Fluid­ strömung innerhalb einer bestimmten Ebene, welche die wärmeempfindlichen Widerstände RH enthält, versetzt zum Zentrum ausgebildet ist.

Auch wenn bei der oben beschriebenen Ausführungsform drei wärmeempfindliche Widerstände verwendet werden, ist die Anzahl dieser wärmeempfindlichen Widerstände keinesfalls auf die Zahl drei beschränkt. Unter Umständen können bereits zwei solche wärmeempfindlichen Widerstände ausreichend sein, jedoch kann es zweckmäßig sein, auch mehr solche wärmeempfindlichen Widerstände zu verwenden, beispiels­ weise vier oder fünf solche Widerstände.

Claims (8)

1. Strömungsmeßgerät, gekennzeichnet durch

• - eine Einrichtung (1) zur Bildung einer Fluidströmung (9);
• - eine Trageinrichtung (2), die innerhalb der Fluidströmung (9) angeordnet ist;
• - eine Vielzahl von wärmeempfindlichen Widerständen (RH), die von der Trageinrichtung (2) getragen und im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind, die senkrecht zur Fluidströmung (9) verläuft;
• - einen Fluidtemperaturmeßfühler (RC), der von der Tragein­ richtung (2) getragen ist;
• - eine Brückenschaltung, welche die wärmeempfindlichen Widerstände (RH), den Fluidtemperaturmeßfühler (RC) sowie eine Vielzahl von Widerständen (R 1, R 2) umfaßt;
• - eine Steuerschaltung (6, 7, 8), um die Brückenschaltung im abgeglichenen Zustand zu halten; und
• - einen Signalausgang (S) zur Abgabe eines Strömungsdurch­ satzsignals, welches von der Brückenschaltung erhalten wird, wenn diese sich in einem abgeglichenen Zustand befindet.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von wärmeempfindlichen Widerständen (RH) elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind.

3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung (2) eine tragende Rohrpassage auf­ weist.

4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeempfindlichen Widerstände (RH) auf dem Außen­ umfang einer tragenden Rohrpassage (2) angeordnet sind.

5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß drei wärmeempfindliche Widerstände (RH) vorgesehen sind.

6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei wärmeempfindliche Widerstände (RH) vorgesehen sind.

7. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vier wärmeempfindliche Widerstände (RH) vorgesehen sind.

8. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeempfindlichen Widerstände (RH) gleichmäßig um den Umfang einer tragenden Rohrpassage (2) in einem Gehäuse angeordnet sind.