DE4404395A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer in einer Leitung strömenden Flüssigkeit - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer in einer Leitung strömenden Flüssigkeit

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer in einer Leitung strömenden Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit über ein an der Leitung angeordnetes Heizelement erwärmt und die Temperaturen in der Flüssigkeit mit Hilfe von in Abständen von dem Heizelement angeordneten Temperaturfühlern gemessen werden.
Die bei Infusionen von Medikamenten verwendeten Fließgeschwindigkeiten von Infusionslösungen umfassen einen sehr weiten Bereich, beispielsweise von ca. 1 ml/h bis über 100 ml/h, um dem Patienten jeweils die ideale Menge eines Medikamentes verabreichen zu können. Zur Messung von Durchflußgeschwindigkeiten kleiner als 100 ml/h sind einige Meßverfahren bekannt und die dazugehörigen Meßgeräte auf dem Markt.
Von K.-P. Bonfig beispielsweise werden in "Technische Durchflußmessung" , Vulkan Verlag Essen, 1977, eine Reihe von Meßverfahren zur Ermittlung der Durchflußgeschwindigkeit beschrieben. Bei dem sogenannten Aufheizverfahren erwärmt eine an der Leitung angebrachte Wärmequelle die Flüssigkeit, während die Temperaturen der Flüssigkeit über zwei beiderseits der Wärmequelle an der Leitung angeordnete Temperaturfühler erfaßt werden. Bei konstant gehaltener Temperaturdifferenz zwischen den beiden Meßstellen wird die dazu erforderliche Heizleistung UHeiz ermittelt und als Maß für die Durchflußgeschwindigkeit herangezogen. Dieses Verfahren ist für geringe Durchflüsse nicht geeignet, da bei kleinen Durchflußraten sich Änderungen in der Durchflußgeschwindigkeit nur in geringem Maße auf die Heizleistung auswirken und das Verfahren deshalb in diesem Bereich relativ unempfindlich arbeitet. Je größer der Durchfluß ist, um so größer ist auch die für die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz benötigte Heizleistung.
Bei dem von Bonfig beschriebenen Differenzverfahren wird die Temperaturdifferenz zwischen zwei symmetrisch beiderseits der Wärmequelle angebrachten Temperaturfühlern erfaßt. Bei strömender Flüssigkeit wird die über die Wärmequelle in die Flüssigkeit eingebrachte konstante Wärme besser in Flußrichtung geleitet, was zu einem Temperaturunterschied an den beiden Meßfühlern führt. Aus diesem Unterschied läßt sich die Durchflußgeschwindigkeit bestimmen. Dieses Verfahren eignet sich gut für kleine Durchflußgeschwindigkeiten, da in diesem Geschwindigkeitsbereich die Temperatur auf kleine Änderungen der Durchflußgeschwindigkeit empfindlich anspricht.
Aus der DE-PS 38 27 444 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis einer Strömung eines Mediums in einer Leitung bekannt, die ebenfalls nach dem Differenzverfahren arbeiten und eine Bestimmung der Flußrichtung sowie der Strömungsgeschwindigkeit ermöglichen.
Als Nachteil erweist sich, daß beide Verfahren nicht lageunabhängig arbeiten. Bei nicht waagerechter Anordnung der Leitung im Bereich der Wärmequelle und der Temperaturfühler stellt sich eine Konvektion ein, die einen erhöhten Wärmestrom in vertikaler Richtung bewirkt und die empfindlichen Messungen beeinflußt.
Weiterhin ist in der DE-OS 41 27 675 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung und Kontrolle der Strömung eines Fluids offenbart. Bei diesem Verfahren werden dem Fluid Wärmeimpulse zugeführt, deren Heizzeiten und die dazwischen liegenden Pausenzeiten auf die Strömungsgeschwindigkeit abgestimmt sind und die in einem Abstand von der Wärmequelle stromabwärts abgetastet werden. Aus der über die Heizzeit eingestellten Impulshöhe kann die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit abgeleitet werden. Dieses Verfahren eignet sich für kleine Volumenströme im Bereich zwischen 0,1 und 10 ml/h. Nachteilig ist, daß auch dieses Verfahren nicht lageunabhängig arbeitet.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung von Durchflußgeschwindigkeiten strömender Flüssigkeiten zu entwickeln, mit dem ein sehr weiter Bereich von Durchflußgeschwindigkeiten erfaßbar ist, und die für den praktischen Einsatz geeignete Vorrichtung anzugeben. Die Vorrichtung soll bei dem geforderten großen Meßbereich nur einen geringen Meßfehler aufweisen, einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sowie lageunabhängig verwendbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitung in einem Bereich zu einem U-förmigen Abschnitt mit zwei Schenkeln gebogen und an den beiden Schenkeln je ein Durchflußsensor angebracht wird, daß von jedem Durchflußsensor der Durchflußgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit proportionale physikalische Meßgrößen nach mindestens zwei Meßverfahren bestimmt werden, daß diese Meßgrößen einer Auswerteeinheit zugeführt werden, in der aus ihnen Mittelwerte jeweils einer physikalischen Meßgröße gebildet werden und daraus die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit ermittelt wird.
Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, daß von jedem Durchflußsensor der Durchflußgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit proportionale physikalische Meßgrößen nach dem Aufheizverfahren und nach dem Differenzverfahren ermittelt werden.
Eine sinnvolle Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß von jedem Durchflußsensor der Durchflußgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit proportionale physikalische Meßgrößen nach dem Aufheizverfahren und nach dem Wärmeimpulsverfahren bestimmt werden.
Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung einen U-förmigen Abschnitt mit zwei Schenkeln aufweist und an jedem Schenkel je ein Durchflußsensor angeordnet ist, daß die Durchflußsensoren in Bezug zu der strömenden Flüssigkeit gleichsinnig ausgerichtet sind und jeder Durchflußsensor aus einem Heizelement, aus zwei stromaufwärts zu dem Heizelement in verschiedenen Abständen angeordneten Temperaturfühlern und aus einem stromabwärts von dem Heizelement angeordneten weiteren Temperaturfühler besteht, daß der stromaufwärts von dem Heizelement weiter entfernt angeordnete Temperaturfühler und der stromabwärts von dem Heizelement weitere Temperaturfühler zu einer Brücke zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal über einen Regler die für die Einstellung und Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz zwischen diesen äußeren Temperaturfühlern erforderliche Heizspannung UHeiz steuert, daß ferner der dem Heizelement stromaufwärts unmittelbar benachbarte Temperaturfühler und der stromabwärts von dem Heizelement angeordnete weitere Temperaturfühler ebenfalls zu einer anderen Brücke zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal die Temperaturdifferenz Tdiff in der Flüssigkeit zwischen diesen Temperaturfühlern darstellt und daß schließlich eine Auswerteeinheit die von den Durchflußsensoren an den beiden Schenkeln erfaßten Werte der Heizspannungen UHeiz 1, UHeiz 2 und der Temperaturdifferenzen Tdiff 1, Tdiff 2 zu Mittelwerten der Heizspannungen Heiz und der Temperaturdifferenzen diff aufbereitbar sind und aus ihnen die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit bestimmbar ist.
Eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung einen U- förmigen Abschnitt mit zwei Schenkeln aufweist und an jedem Schenkel je ein Durchflußsensor angeordnet ist, daß die Durchflußsensoren in Bezug zu der strömenden Flüssigkeit gleichsinnig ausgerichtet sind und jeder Durchflußsensor aus einem Heizelement, aus einem stromaufwärts von dem Heizelement angeordneten Temperaturfühler und aus einem stromabwärts von dem Heizelement angeordneten weiteren Temperaturfühler besteht, daß der stromaufwärts von dem Heizelement angeordnete Temperaturfühler und der stromabwärts von dem Heizelement angeordnete weitere Temperaturfühler zu einer Brücke zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal über einen Regler die für die Einstellung und Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz zwischen diesen äußeren Temperaturfühlern erforderliche Heizspannung UHeiz steuerbar ist, daß über das Heizelement der strömenden Flüssigkeit über das Heizelement Wärmeimpulse zuführbar sind, daß ferner das Heizelement und der stromabwärts von dem Heizelement angeordnete, weitere Temperaturfühler ebenfalls zu einer anderen Brücke zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal die Laufzeit t der Flüssigkeit zwischen dem Heizelement und dem weiteren Temperaturfühler darstellt und daß schließlich in einer Auswerteeinheit die von den Durchflußsensoren an den beiden Schenkeln erfaßten Werte der Heizspannungen UHeiz 1, UHeiz 2 zu Mittelwerten der Heizspannungen Heiz und der Laufzeiten aufbereitbar sind und aus ihnen die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit bestimmbar ist.
Die Erfindung sieht vor, daß die Durchflußsensoren an den Schenkeln der Leitung identisch aufgebaut sind.
Es erweist sich als zweckmäßig, daß die beiden dem Heizelement benachbarten Temperaturfühler gleichen Abstand von dem Heizelement aufweisen.
Zur Erzielung hoher Ansprechgeschwindigkeiten ist es vorteilhaft, wenn die beiden dem Heizelement benachbarten Temperaturfühler möglichst nahe an dem Heizelement angeordnet sind.
Schließlich ist es sinnvoll, daß ein oder mehrere Temperaturfühler als Infrarotstrahlungsdetektor ausgebildet sind.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung Durchflußgeschwindigkeiten strömender Flüssigkeiten in einem sehr weiten Meßbereich von ca. 0,1 ml/h bis über 1000 ml/h erfaßbar sind und ein Meßfehler kleiner als 10% in jeder Betriebslage einhaltbar ist. Die Vorrichtung ist aus einfachen Bauteilen aufgebaut, kostengünstig herstellbar und arbeitet lageunabhängig und ohne invasiven Eingriff in die Flüssigkeit.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 schematisch einen Durchflußsensor,
Fig. 2 einen Durchflußsensor in verschiedenen Betriebslagen,
Fig. 3 den schematischen Aufbau eines neuartigen Durchflußsensors,
Fig. 4 das zu dem in Fig. 3 dargestellten Durchflußsensor gehörige Blockschaltbild,
Fig. 5 Bauteile eines erfindungsgemäßen Durchflußsensors von Fig. 3,
Fig. 6 ein Diagramm über den Verlauf der Mittelwerte UHeiz und Tdiff von Heizspannung und Temperaturdifferenz in Abhängigkeit von der Durchflußgeschwindigkeit bei verschiedenen Betriebslagen des Durchflußsensors aus Fig. 3,
Fig. 7 schematisch einen weiteren Durchflußsensor.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer in einer Leitung 1 in Pfeilrichtung strömenden Flüssigkeit 12. Die Vorrichtung ist mit dem Bezugszeichen 2 versehen und wird in der weiteren Beschreibung als Durchflußsensor bezeichnet. Der Durchflußsensor 2 weist auf dem Außenumfang bzw. der Außenseite der Leitung 1 dicht anliegend ein Heizelement 3, stromaufwärts in verschiedenen Abständen von dem Heizelement 3 zwei Temperaturfühler 5, 6, beispielsweise Thermoelemente, und stromabwärts von dem Heizelement 3 einen weiteren Temperaturfühler 4 auf. Der stromaufwärts weiter von dem Heizelement 3 entfernte Temperaturfühler 6 und der stromabwärts von dem Heizelement 3 angeordnete Temperaturfühler 4 sind zu einer Brücke 8 zusammengeschaltet. Das Ausgangssignal der Brücke 8 wird dem Regler 9, der beispielsweise ein Proportional- Integral-Regler sein kann, zugeführt und dient zur Regelung der zur Versorgung des Heizelementes 3 erforderlichen Heizspannung UHeiz. Die Heizspannung UHeiz wird so geregelt, daß sich zwischen diesen beiden äußeren Temperaturfühlern 4, 6 eine konstante Temperaturdifferenz in der Flüssigkeit 12 einstellt.
Die dem Heizelement 3 stromaufwärts und stromabwärts unmittelbar benachbarten Temperaturfühler 4, 5 haben gleichen Abstand von dem Heizelement 3 und messen die Erwärmung der Flüssigkeit 12 durch das Heizelement 3. Diese Temperaturfühler 4, 5, die zur Erzielung einer hohen Ansprechgeschwindigkeit möglichst nahe an dem Heizelement 3 angeordnet sind, sind zu einer anderen Brücke 7 zusammengeschaltet, deren Ausgangssignal die Temperaturdifferenz Tdiff zwischen diesen beiden Temperaturfühlern 4, 5 angibt. Strömt die Flüssigkeit 12 nicht, breitet sich bei waagerechter Anordnung der Leitung 1 die von dem Heizelement 3 ausgehende Wärme gleichmäßig in beide Richtungen aus; es entsteht kein Unterschied der Temperatur an den Temperaturfühlern 4, 5. Fließt die Flüssigkeit 12, beispielsweise durch die Pumpe 13 angetrieben, entsteht ein Temperaturunterschied Tdiff an den beiden Temperaturfühlern 4, 5.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Werte der Heizspannungen UHeiz und Temperaturdifferenzen Tdiff werden - wie später noch beschrieben - zur Ermittlung der aktuellen Durchflußgeschwindigkeit herangezogen.
Die in Fig. 1 dargestellte Leitung 1 ist Teil einer U- förmig gebogenen Leitung 1a. Erfindungsgemäß ist jeder Schenkel 10, 11 der U-förmig gebogenen Leitung 1a mit einem Durchflußsensor 2 versehen. Diese in Fig. 3 gezeigte Doppelanordnung ist erfindungsgemäß vorgesehen, da ein einzelner Durchflußsensor 2 nicht lageunabhängig arbeitet. Dreht man den Durchflußsensor 2, wie in Fig. 2 gezeigt, aus der waagerechten Stellung, so wird aufgrund der Konvektion der Wärmestrom, dargestellt durch die von dem Heizelement 3 ausgehenden Pfeile, nach oben größer, und dadurch verändert sich die Temperaturverteilung an den beiden Temperaturfühlern 4, 5. Um diese Fehlerquelle auszuschließen oder zu minimieren, wurde die in Fig. 3 dargestellte und bereits erwähnte erfindungsgemäße Doppelanordnung gewählt. Die an den beiden Schenkeln 10, 11 der U-förmig gebogenen Leitung 1a angeordneten Durchflußsensoren 2 sind schaltungstechnisch identisch und gleichsinnig in Flußrichtung an der Leitung 1 angebracht.
Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß der Effekt der Konvektion bei dem Durchflußsensor 2 an dem einen Schenkel 10 in Flußrichtung und bei dem Durchflußsensor 2 an dem anderen Schenkel 11 gegen Flußrichtung wirkt. Die beiden an jedem Schenkel 10, 11 der U-förmig geführten Leitung 1 angeordneten Durchflußsensoren 2 sind, wie in Fig. 3 durch die gestrichelte Umrandung angedeutet, zu einem integrierten Durchflußsensor zusammengeschaltet, der in Fig. 3 mit dem Bezugzeichen 2a bezeichnet und dessen Blockschaltbild in Fig. 4 dargestellt ist. Die Ausgangssignale des integrierten Durchflußsensors 2a, d. h. die an beiden Schenkeln 10, 11 gemessenen Heizspannungen UHeiz 1, UHeiz 2 und Temperaturdifferenzen Tdiff 1, Tdiff 2, werden einer Auswerteeinheit 17 zugeführt, die aus diesen Meßwerten die jeweiligen Mittelwerte Heiz und diff bildet, die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit daraus ermittelt und anzeigt. Durch die Mittelwertbildung läßt sich der Einfluß der Lage der beiden Durchflußsensoren 2 eliminieren bzw. minimieren, so daß durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung lageunabhängige Meßwerte zur Ermittlung der aktuellen Durchflußgeschwindigkeit zur Verfügung stehen.
In der Auswerteeinheit 17, in der gängige Schaltungstechnik mit geeigneter Software Anwendung findet, werden zur Ermittlung der aktuellen Durchflußgeschwindigkeit aus den zur Verfügung stehenden Mittelwerten Heiz und diff jeweils die Werte ausgewählt, die von dem auf Änderung der Durchflußgeschwindigkeit empfindlicher ansprechenden Meßverfahren stammen.
Bei einer praktischen Ausbildung des in Fig. 3 dargestellten Durchflußsensors 2a wird die Leitung 1 in eine U-förmig ausgebildete Nut 14 gelegt, die in eine Grundplatte oder Platine 15 eingebracht ist und sicherstellt, daß die Leitung 1 U-förmig ausgeführt und fixiert wird. Fig. 5 zeigt in perspektivischer Darstellung einen geraden Abschnitt einer U-förmig ausgebildeten Nut 14, in dem die Temperaturfühler 3, 4, 5 und das Heizelement 3 untergebracht sind. In der Nut 14 befinden sich thermische Anschlüsse, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, für die Temperaturfühler 4, 5, 6 und das Heizelement 3, die die Leitung 1 bereits beim Einlegen der Leitung in die Nut 14 berühren. Die Deckplatte 16 weist ebenfalls thermische Anschlüsse für die Temperaturfühler 4, 5, 6 und das Heizelement 3 auf und nach dem Verschrauben der Deckplatte 16 mit der Grundplatte 15 werden die thermischen Anschlüsse bei geeigneter Größe der Nut 14 von oben und von unten gegen die Leitung 1 gepreßt, wobei ein invasiver Eingriff in die Leitung 1 vermieden wird.
In Fig. 6 ist der Verlauf der Mittelwerte Heiz und diff, die bei verschiedenen Betriebslagen des Durchflußsensors 2a aufgenommen wurden, über der Durchflußgeschwindigkeit aufgetragen. Die Kurven entsprechen waagerechter und senkrechter Betriebslage des Durchflußsensors 2a, wobei bei senkrechter Betriebslage die Zuführung der Leitung 1 einmal von unten und einmal von oben erfolgt. Die Abweichung der ermittelten von der tatsächlichen Durchflußgeschwindigkeit bei unterschiedlicher Betriebslage ist gering. Deshalb ist es möglich, den aktuellen Durchfluß mit einem Fehler kleiner als 10% zu bestimmen, bei einem erweiterten Meßbereich, der sich von 0,1 ml/h bis etwa 1000 ml/h erstreckt.
Fig. 7 zeigt wie Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer in Leitung 1 in Pfeilrichtung strömenden Flüssigkeit 12, wobei allerdings an Stelle des Differenzverfahrens das Wärmeimpulsverfahren tritt, die vorstehenden Ausführungen also in analoger Weise gelten.
Die Vorrichtung ist mit dem Bezugszeichen 2 versehen und wird in der weiteren Beschreibung als Durchflußsensor bezeichnet. Der Durchflußsensor 2 weist auf dem Außenumfang bzw. der Außenseite der Leitung 1 dicht anliegend ein Heizelement 3, stromaufwärts von dem Heizelement 3 einen Temperaturfühler 6, beispielsweise ein Thermoelement, und stromabwärts von dem Heizelement 3 einen weiteren Temperaturfühler 4 auf. Der stromaufwärts von dem Heizelement 3 liegende Temperaturfühler 6 und der stromabwärts von dem Heizelement 3 angeordnete Temperaturfühler 4 sind zu einer Brücke 8 zusammengeschaltet. Das Ausgangssignal der Brücke 8 wird dem Regler 9, der beispielsweise ein Proportional- Integral-Regler sein kann, zugeführt und dient zur Regelung der zur Versorgung des Heizelementes 3 erforderlichen Heizspannung UHeiz. Die Heizspannung UHeiz wird so geregelt, daß sich zwischen diesen beiden äußeren Temperaturfühlern 4, 6 eine konstante Temperaturdifferenz in der Flüssigkeit 12 einstellt.
Des weiteren ist es möglich, über das Heizelement 3 der strömenden Flüssigkeit 12 Wärmeimpulse zuzuführen und in einem Abstand davon stromabwärts diese Wärmeimpulse durch den Temperaturfühler 4 oder auch einen separaten Temperaturfühler (nicht dargestellt) abzutasten.
Selbstverständlich kann auch ein separates Heizelement lediglich zum Zuführen der Wärmeimpulse vorgesehen sein (nicht dargestellt). Von einem in Fig. 7 nicht dargestellten Mikroprozessor gesteuert, gibt das Heizelement 3 Temperaturimpulse an die strömende Flüssigkeit 12 ab, die von dem Temperaturfühler 4 detektiert werden. Die Zeit zwischen aufeinander folgenden Wärmeimpulsen ergibt, da der Abstand zwischen Heizelement 3 und Temperaturfühler 4 bekannt ist, die Strömungsgeschwindigkeit t der Flüssigkeit. t entspricht somit Tdiff des Differenzverfahrens und wird auch in analoger Weise, wie bereits in Fig. 1 erläutert, einer Auswerteeinheit zugeführt, die die Mittelwerte und Heiz aus den jeweiligen Meßwerten eines Schenkels 10, 11 bildet, die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit daraus ermittelt und anzeigt. Auch hier läßt sich durch die Mittelwertbildung der Einfluß der Lage der beiden Durchflußsensoren 2 eliminieren bzw. minimieren, so daß durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung lageunabhängige Meßwerte zur Ermittlung der aktuellen Durchflußgeschwindigkeit zur Verfügung stehen.
In der Auswerteeinheit 17, in der gängige Schaltungstechnik mit geeigneter Software Anwendung findet, werden zur Ermittlung der aktuellen Durchflußgeschwindigkeit aus den zur Verfügung stehenden Mittelwerten und Heiz jeweils die Werte ausgewählt, die von dem auf Änderung der Durchflußgeschwindigkeit empfindlicher ansprechenden Meßverfahren stammen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer in einer Leitung strömenden Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit über ein an der Leitung angeordnetes Heizelement erwärmt und die Temperaturen in der Flüssigkeit mit Hilfe von in Abständen von dem Heizelement an der Leitung angeordneten Temperaturfühlern erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung in einem Bereich zu einem U-förmigen Abschnitt mit zwei Schenkeln gebogen und an den beiden Schenkeln je ein Durchflußsensor angebracht wird, daß von jedem Durchflußsensor der Durchflußgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit proportionale physikalische Meßgrößen nach mindestens zwei Meßverfahren bestimmt werden, daß diese Meßgrößen einer Auswerteeinheit zugeführt werden, in der aus ihnen Mittelwerte jeweils einer physikalischen Meßgröße gebildet werden und daraus die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit ermittelt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem Durchflußsensor der Durchflußgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit proportionale physikalische Meßgrößen nach dem Aufheizverfahren und nach dem Differenzverfahren ermittelt werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem Durchflußsensor der Durchflußgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit proportionale physikalische Meßgrößen nach dem Aufheizverfahren und nach dem Wärmeimpulsverfahren bestimmt werden.
4. Vorrichtung, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (1) einen U-förmigen Abschnitt (1a) mit zwei Schenkeln (10, 11) aufweist und an jedem Schenkel (10, 11) je ein Durchflußsensor (2) angeordnet ist, daß die Durchflußsensoren (2) in Bezug zu der strömenden Flüssigkeit (12) gleichsinnig ausgerichtet sind und jeder Durchflußsensor (2) aus einem Heizelement (3) , aus zwei stromaufwärts von dem Heizelement (3) in verschiedenen Abständen angeordneten Temperaturfühlern (5, 6) und aus einem stromabwärts von dem Heizelement (3) angeordneten weiteren Temperaturfühler (4) besteht, daß der stromaufwärts von dem Heizelement (3) weiter entfernt angeordnete Temperaturfühler (6) und der stromabwärts von dem Heizelement (3) angeordnete weitere Temperaturfühler (4) zu einer Brücke (8) zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal über einen Regler (9) die für die Einstellung und Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz zwischen diesen äußeren Temperaturfühlern (4, 6) erforderliche Heizspannung UHeiz steuert, daß ferner der dem Heizelement (3) stromaufwärts unmittelbar benachbarte Temperaturfühler (5) und der stromabwärts von dem Heizelement (3) angeordnete, weitere Temperaturfühler (4) ebenfalls zu einer anderen Brücke (7) zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal die Temperaturdifferenz Tdiff in der Flüssigkeit (12) zwischen diesen Temperaturfühlern (4, 5) darstellt und daß schließlich in einer Auswerteeinheit (17) die von den Durchflußsensoren (2) an den beiden Schenkeln (10, 11) erfaßten Werte der Heizspannungen UHeiz 1, UHeiz 2 und der Temperaturdifferenzen Tdiff 1, Tdiff 2 zu Mittelwerten der Heizspannungen Heiz und der Temperaturdifferenzen diff aufbereitbar sind und aus ihnen die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit bestimmbar ist.
5. Vorrichtung, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (1) einen U-förmigen Abschnitt (1a) mit zwei Schenkeln (10, 11) aufweist und an jedem Schenkel (10, 11) je ein Durchflußsensor (2) angeordnet ist, daß die Durchflußsensoren (2) in Bezug zu der strömenden Flüssigkeit (12) gleichsinnig ausgerichtet sind und jeder Durchflußsensor (2) aus einem Heizelement (3), aus einem stromaufwärts von dem Heizelement (3) angeordneten Temperaturfühler (6) und aus einem stromabwärts von dem Heizelement (3) angeordneten weiteren Temperaturfühler (4) besteht, daß der stromaufwärts von dem Heizelement (3) angeordnete Temperaturfühler (6) und der stromabwärts von dem Heizelement (3) angeordnete weitere Temperaturfühler (4) zu einer Brücke (8) zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal über einen Regler (9) die für die Einstellung und Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz zwischen diesen äußeren Temperaturfühlern (4, 6) erforderliche Heizspannung UHeiz steuerbar ist, daß der strömenden Flüssigkeit (12) über das Heizelement (3) Wärmeimpulse zuführbar sind, daß ferner das Heizelement (3) und der stromabwärts von dem Heizelement (3) angeordnete, weitere Temperaturfühler (4) ebenfalls zu einer anderen Brücke (7) zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal die Laufzeit t der Flüssigkeit (12) zwischen dem Heizelement (3) und dem weiteren Temperaturfühler (4) darstellt und daß schließlich in einer Auswerteeinheit (17) die von den Durchflußsensoren (2) an den beiden Schenkeln (10, 11) erfaßten Werte der Heizspannungen UHeiz 1, UHeiz 2 und der Laufzeiten t₁, t₂ zu Mittelwerten der Heizspannungen Heiz und der Laufzeiten aufbereitbar sind und das ihnen die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit bestimmbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußsensoren (2) an den Schenkeln (10, 11) der Leitung (1) identisch aufgebaut sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dem Heizelement (3) benachbarten Temperaturfühler (4, 5) gleichen Abstand von dem Heizelement (3) aufweisen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dem Heizelement (3) benachbarten Temperaturfühler (4, 5) möglichst nahe an dem Heizelement (3) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Temperaturfühler als Infrarotstrahlungsdetektor ausgebildet sind.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19647350A1 (de) * 1996-11-15 1998-05-20 Invent Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur selbstkompensierenden Messung des Volumendurchflusses von Gasen
US6058774A (en) * 1996-06-10 2000-05-09 Trilog Thermotechnik Gmbh Device for detecting flow of a fluid including a temperature measuring instrument
EP1070940A1 (de) * 1999-07-08 2001-01-24 Lockheed Martin Corporation Durchflussmesser mit Konstanttemperaturdifferenz
EP1615001A2 (de) * 2000-03-30 2006-01-11 Berkin B.V. Massendurchflussmesser
WO2012148356A1 (en) * 2011-04-27 2012-11-01 Freddie Eng Hwee Lee Intravenous infusion monitoring apparatus, system and method
WO2014070112A1 (en) * 2012-10-31 2014-05-08 Lee Eng Hwee Freddie Intravenous (iv) infusion monitoring method and system
US8960499B2 (en) 2011-04-27 2015-02-24 Freddie Eng Hwee Lee Fluid delivery apparatus
US9642966B2 (en) 2012-10-31 2017-05-09 Freddie Eng Hwee Lee Intravenous (IV) infusion monitoring method and system
CN107708788A (zh) * 2015-09-14 2018-02-16 泰尔茂株式会社 给药液装置
CN111214725A (zh) * 2020-01-22 2020-06-02 济南大学 一种基于热量散失的输液监测方法及***

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2953022A (en) * 1955-07-08 1960-09-20 Laub John Harry Thermal flow meter
DE1913544A1 (de) * 1969-03-18 1970-10-01 Appbau Gauting Gmbh Messverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Stroemungsgeschwindigkeit und Stroemungsrichtung eines Mediums
DE4127675A1 (de) * 1991-08-21 1993-02-25 Braun Melsungen Ag Verfahren und vorrichtung zum ueberwachen und messen der stroemung eines fluids in einer leitung, insbesondere fuer infusionssysteme
DE4324040A1 (de) * 1992-07-21 1994-01-27 Bosch Gmbh Robert Massenstromsensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2953022A (en) * 1955-07-08 1960-09-20 Laub John Harry Thermal flow meter
DE1913544A1 (de) * 1969-03-18 1970-10-01 Appbau Gauting Gmbh Messverfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Stroemungsgeschwindigkeit und Stroemungsrichtung eines Mediums
DE4127675A1 (de) * 1991-08-21 1993-02-25 Braun Melsungen Ag Verfahren und vorrichtung zum ueberwachen und messen der stroemung eines fluids in einer leitung, insbesondere fuer infusionssysteme
DE4324040A1 (de) * 1992-07-21 1994-01-27 Bosch Gmbh Robert Massenstromsensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 2-141621 in: Patents Abstracts of Japan, P-1092, Bd.14/Nr.376, 14.08.1990 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6058774A (en) * 1996-06-10 2000-05-09 Trilog Thermotechnik Gmbh Device for detecting flow of a fluid including a temperature measuring instrument
DE19647350A1 (de) * 1996-11-15 1998-05-20 Invent Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur selbstkompensierenden Messung des Volumendurchflusses von Gasen
EP1070940A1 (de) * 1999-07-08 2001-01-24 Lockheed Martin Corporation Durchflussmesser mit Konstanttemperaturdifferenz
EP1615001A2 (de) * 2000-03-30 2006-01-11 Berkin B.V. Massendurchflussmesser
EP1615001A3 (de) * 2000-03-30 2011-01-19 Berkin B.V. Massendurchflussmesser
WO2012148356A1 (en) * 2011-04-27 2012-11-01 Freddie Eng Hwee Lee Intravenous infusion monitoring apparatus, system and method
US8960499B2 (en) 2011-04-27 2015-02-24 Freddie Eng Hwee Lee Fluid delivery apparatus
US9186457B2 (en) 2011-04-27 2015-11-17 Freddie Eng Hwee Lee Intravenous infusion monitoring apparatus, system and method
WO2014070112A1 (en) * 2012-10-31 2014-05-08 Lee Eng Hwee Freddie Intravenous (iv) infusion monitoring method and system
US9642966B2 (en) 2012-10-31 2017-05-09 Freddie Eng Hwee Lee Intravenous (IV) infusion monitoring method and system
CN107708788A (zh) * 2015-09-14 2018-02-16 泰尔茂株式会社 给药液装置
CN111214725A (zh) * 2020-01-22 2020-06-02 济南大学 一种基于热量散失的输液监测方法及***

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