DE3841249A1 - Stroemungsmessgeraet - Google Patents
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- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
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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.
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