DE4216086A1

DE4216086A1 - Thermischer Durchflußmesser

Info

Publication number: DE4216086A1
Application number: DE19924216086
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Merkel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1993-11-18

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Durchflußmesser nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der DE-PS-23 50 848 ist ein thermischer Durchflußmesser bekannt, bei dem auf der Außenseite eines rohrförmigen Meß kanals zwei in Reihe geschaltete Spulen aufgewickelt sind, die mit zwei weiteren Widerständen Bestandteil einer Brücken schaltung sind. Die Brückenschaltung wird von einer Spannungs- oder Stromquelle versorgt,wodurch sich die Spulen erwärmen. Bei Vorhandensein einer Fluidströmung im Meßkanal entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden spulenförmigen- Meßwiderständen und somit Widerstandsänderungen, die von einem Meßinstrument erfaßt werden können und ein Maß für den Massenstrom sind. Um Meßverfälschungen auf Grund von Konvektion oder von Temperaturgradienten über den rohrförmigen Meßkanal zu verhindern, sind die beiden Spulen von einem offenzelligen Schaumstoff umhüllt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen thermischen Durchflußmesser zu schaffen, der einfach im Aufbau und somit kostengünstig zu fertigen ist, der eine lageunabhängige Messung bei geringem Druckverlust erlaubt, der unempfindlich gegen mechanische Beanspruchung, leicht zu zerlegen und zu reinigen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Durch das Vorsehen eines Meßkanals, der als flache mit Einlaß und Auslaß versehene Vertiefung in einem Block ausgebildet ist, der einen relativ großen Strömungsquerschnitt aufweist und einer mit einem Einlaß versehenen Kompensationskammer, die ebenfalls als Vertiefung in dem Block ausgebildet ist, der mit einem zwei in Reihe geschalteten elektrisch beheizten Widerständen als Flächenmuster tragendes Substrats abgedeckt ist, wobei der Widerstand im Meßkanal durch das strömende Fluid gekühlt wird, der Widerstand in der Kompensationskammer jedoch durch das Fluid nicht beströmt und nicht gekühlt wird, läßt sich bei geringem Druckverlust ein hoher Meßeffekt erzielen. Der Widerstand in der Kompensationskammer dient nur zur Tempe raturkompensation des elektrischen Nullpunktes der Brücken schaltung (Fluidströmung Null). Durch die über den Widerständen befindliche Kappe mit mindestens je einer Vertiefung über den Widerständen wird einerseits eine gegen thermische Konvektion und anderseits gegen Strahlung geschirmte und durch den ther mischen Kurzschluß um die Widerstände herum eine elektrisch stabile, driftarme Meßanordnung geschaffen.

Bei dem in DE-PS 23 50 848 beschriebenen Verfahren wird bei Fluid- Strömung durch das Meßrohr der von der Strömung zuerst durch flossene Rohrteil und damit der dort aufgewickelte Widerstand gekühlt, während sich das nachfolgende Rohrteil und der dort aufgewickelte Widerstand in der Temperatur durch das im ersten Rohrteil aufgeheizte Fluid erhöht. Diese Methode führt zu einem gegenläufigen Effekt, so daß sich ein Wärmestrom im Meßrohr ausbildet, der durch das Temperaturgefälle in den Rohrabschnit ten versucht, die Temperatur des zuerst gekühlten Rohrabschnittes wieder zu erhöhen. Daraus ergibt sich nur eine geringe Temperatur differenz zwischen den beiden Widerstandshälften und damit ein geringer Meßeffekt.

In der erfindungsgemäß gelösten Aufgabe wird nur ein Wider stand der in Reihe geschalteten Widerstände durch das strömende Fluid gekühlt, was zu einer wesentlich höheren Meßempfindlich keit führt (bei gleicher Temperaturkompensation des Nullpunktes). In anderen beschriebenen Verfahren werden zwei beheizte Wider stände in zwei Brückenzweigen zusammengeschaltet, was zu einem höheren elektrischen Energiebedarf für maximalen Meßeffekt führt. In der erfindungsgemäß gelösten Aufgabe kann der zweite Brücken zweig mit so hochohmig ausgeführten Widerständen gebildet werden daß deren Energiebedarf vernachlässigbar gegen den Energiebedarf im ersten Brückenzweig mit den in Reihe geschalteten beheizten Widerständen ist, was zu einem reduzierten Energiebedarf führt.

Nach der erfindungsgemäß gelösten Aufgabe enthält das Widerstands substrat mindestens je einen Durchgang in Form eines Loches zu den Vertiefungen zur Kappe, so daß das, aus thermischen Gründen dünn zu haltende, Substrat beidseitig dem gleichen statischen Fluiddruck unterliegt und somit das Substrat auch bei größeren Fluiddrücken mechanisch nicht beansprucht wird. Die mechanische Konstruktion des Durchflußmessers aus Kappe, Widerstandssubstrat und Block, die durch mindestens zwei lösbare Verbindungselemente zusammengefügt wird, erlaubt ein leichtes Zerlegen und Reinigen des Durchflußmessers. Entgegen üblichen Durchflußmessern mit Kapillaren muß kein Ultraschallbad zur Reinigung desselben ein gesetzt werden. Die erfindungsgemäß gelöste Aufgabe mit Strömungs querschnitten, die mindestens eine 60-fach größere Strömungsquer schnittfläche haben als bei Kapillardurchflußmessern, führt zu einem geringen Druckverlust bei Strömung, so daß auch Fluid strömungen mit geringem Vordruck gemessen werden können.

Beschreibung

Ein Fluid strömt, wie in Fig. 2 gezeigt, durch den Einlaßstut zen (13) in die Meßkammer (3) und gegebenenfalls durch den Bypass (12) und kühlt dabei den beheizbaren Widerstand (1), was zu einer Verstimmung der in Fig. 4 gezeigten Brückenschal tung führt und die Meßwertanzeige (16) aktiviert. Der zweite beheizbare Widerstand (2), der mit dem Widerstand (1) in Reihe geschaltet ist, befindet sich in der Kompensationskammer (9) und hat Wärmekontakt zum Fluid, wird von diesem jedoch nicht beströmt. Bei nicht vorhandener Fluidströmung sind die Wider stände (1), (2) im thermischen Gleichgewicht, die Meßwertanzeige (16) in Fig. 4 zeigt Null bei Verwendung einer Brückenschaltung, die aus den Widerständen (1), (2), (17), (18) und der Stromver sorgung (15) besteht. Die Löcher (10), (11) im Substrat (4) mit den Widerständen (1), (2) schaffen eine Verbindung zu den Ver tiefungen (6), (7) der Kappe (5). Dadurch wird sichergestellt, daß das Substrat (4) beidseitig mit dem gleichen statischen Fluiddruck belastet wird und somit mechanisch durch den Fluid druck nicht beansprucht wird.

Claims

1. Thermischer Durchflußmesser, bei dem ein Fluid durch einen Meßkanal strömt, dadurch gekennzeichnet, daß ein folienför miger elektrisch beheizbarer temperarurabhängiger Widerstand (1), der vom Fluid beströmt wird, mit einem beheizbaren tem peraturabhängigen Widerstand (2) in Reihe geschaltet ist, der nicht vom Fluid beströmt wird, wobei beide Widerstände gemein sam auf einem Substrat (4) aufgebracht sind, daß auf der Rückseite mit einer dünnen Metallschicht bedeckt ist und mit einer Kappe (5), die mindestens je eine Vertiefung (6), (7) über den Widerständen (1), (2) aufweist, sowie mit einem Block (8), der einen relativ flachen zu ihrer Länge und Breite Meßkanal (3) und eine Kompensationskammer (9) enthält, mit mindestens 2 lösbaren Verbindungselementen zusammengefügt ist.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) mit den Widerständen (1), (2) mindestens 2 Löcher (10), (11) aufweist, die für das Fluid mindestens je einen Durchgang vom Meßkanal (3) und der Kompensationskammer (9) zu den Vertiefungen (6), (7) der Kappe (5) schaffen.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom strömenden Fluid berührte Widerstand (1) den Meßkanal (3) quer zur Strömungsrichtung soweit überdeckt, daß die Wirkung von Änderungen des Strömungsprofils im Meßkanal (3) durch die integrale Wirkung des quer zur Strömungsrichtung ausgebildeten Widerstandes (1) unterdrückt wird.

4. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) mit der Kappe (5) verklebt ist.

5. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (8) mit dem Meßkanal (3) einen Bypass (12) ent hält, der das einströmende Fluid in einen Teilstrom durch den Meßkanal (3) und den Hauptstrom durch den Bypass (12) teilt.

6. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kappe (5) und Block (8) aus Metall bestehen.

7. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) zum Korrosionsschutz gegen aggressive Fluide und/oder zur Isolierung der elektrischen Zuführungen mit einer isolierenden Schicht abgedeckt ist.

8. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) so elastisch ist, daß die lösbare Verbindung Kappe (5), Substrat (4), Block (8) nach dem Zusammenfügen mit Hilfe der Verbindungselemente gasdicht ist.

9. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängigen Widerstände (1), (2) und/oder die dünne Metallschicht auf der Rückseite des Substrats (4) durch aufsputtern, aufdampfen oder aufwalzen mit nachfolgen dem Ausätzen erzeugt werden.

10. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßstutzen (13) für das Fluid aus einer Schnell verschlußkupplung besteht, die in ihrem Inneren die Fluid strömung so umlenkt, daß das Strömungsprofil am Bypass (12) und am Meßkanaleinlaß (14) nicht durch dynamisches Biegen oder einen starren Bogen der Fluidzuführungslei tungen verändert wird.

11. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Widerstände (1), (2) annähernd den gleichen elektrischen Widerstandswert bei Strömung Null haben.