DE3841249C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Strömungsmeßgerät, umfassend ein Gehäuse, durch das eine Fluidströmung hindurchströmt; eine Trageinrichtung, die innerhalb der Fluidströmung angeordnet ist; eine wärmeempfindliche Widerstandsanordnung, die von der Trageinrichtung getragen und in der Fluidströmung angeordnet ist; einen weiteren Widerstand als Fluidtemperaturmeßfühler, der von der Trageinrichtung getragen und parallel zur wärmeempfindlichen Widerstandsanordnung geschaltet ist; eine Brückenschaltung, welche die wärmeempfindliche Widerstandsanordnung, den Fluidtemperaturmeßfühler sowie weitere Widerstände umfaßt; eine Steuerschaltung, um die Brückenschaltung im abgeglichenen Zustand zu halten; und einen Signalausgang zur Abgabe eines Strömungsdurchsatzsignals, das von der Brückenschaltung in ihrem abgeglichenen Zustand abgegeben wird.

Ein derartiges Strömungsmeßgerät ist aus der US-PS 39 75 951 bekannt.

Fig. 1A zeigt eine Vorderansicht im Schnitt eines solchen herkömmlichen Strömungsmeßgerätes, während Fig. 1B eine Seitenansicht des Strömungsmeßgerätes gemäß Fig. 1A zeigt.

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 Fluidtemperaturmeßfühler RC ist ebenfalls innerhalb der tragenden Rohrpassage 2 vorgesehen, um die Fluidtemperatur zu messen und es somit zu ermöglichen, eine Schwankung oder Änderung der Fluidtemperatur zu korrigieren.

Leitungen 3 und 4 sind für den wärmeempfindlichen Widerstand RH und den Fluidtemperaturmeßfühler 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 R1 und R2 zusätzlich zum wärmeempfindlichen Widerstand RH und dem Fluidtemperaturmeßfühler RC auf.

Die Brückenschaltung hat Knotenpunkte 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 Anschluß der Brückenschaltung verbunden, während sein Kollektor an 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 sorgen, 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 R2 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 der Stromstärke IH wird die Spannung V0 = IH × R2 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 Fluidtemperaturschwankungen eine Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes RH bewirken, werden die Schwankungen durch Verwendung des Fluidtemperatur­ 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.

Ein Strömungsmeßgerät, das dem beschriebenen ähnlich ist, ist aus der DE 31 09 608 A1 bekannt, die eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums beschreibt, wobei diese Vorrichtung insbesondere zur Messung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine Verwendung findet. Ein rohrförmiges Gehäuse ist dabei mit einem Sondenring versehen, der in seinem Innenraum eine Vielzahl von Haken aufweist, welche Stützpunkte bilden, zwischen denen ein Hitzdraht aufgespannt ist. Die Temperatur und der Widerstand dieses Hitzdrahtes verändern sich in Abhängigkeit von der Masse des pro Zeiteinheit hindurchströmenden Mediums, wobei der abgegriffene Meßwert ein Maß für die Masse des Strömungsmediums ist. Die einzelnen Segmente des Hitzdrahtes sind dabei Teilabschnitte eines einzigen Widerstandes, der innerhalb des Sondenringes angeordnet ist. Dieser einzige Hitzdraht wird dabei in Abhängigkeit von der Masse und der Strömungsgeschwindigkeit des hindurchströmenden Mediums mehr oder weniger stark gekühlt, so daß sein Widerstandswert entsprechenden Schwankungen unterliegt. Diese Schwankungen werden als Meßsignal abgegriffen und ausgewertet, um damit beispielsweise die Zufuhr von Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine zu steuern.

Bei der Vorrichtung gemäß der DE 31 09 608 A1 ist durchgehend von einem einzigen Hitzdraht die Rede, wobei lediglich eine größere Anzahl von Stützpunkten ins Auge gefaßt ist. Die Aufteilung des Hitzdrahtes in mehrere, voneinander unabhängige Abschnitte ist ebensowenig ins Auge gefaßt wie die Anordnung von solchen separaten Abschnitten auf dem Außenumfang einer Rohrpassage. Da der Träger für den Hitzdraht dort lediglich als Sondenring ausgebildet ist, aber keine Rohrpassage bildet, kann er keine strömungstechnisch stabilisierende Wirkung auf das strömende Medium ausüben. Das Medium strömt bei der Vorrichtung gemäß der DE 31 09 608 A1 im wesentlichen unkontrolliert durch den Meßbereich hindurch, in welchem der Hitzdraht aufgespannt ist, so daß ohne weiteres Turbulenzen in dem strömenden Medium auftreten und die Messung beeinträchtigen können.

Aus der DE 28 09 455 A1 ist eine weitere Einrichtung zur Luftmengenmessung bekannt, die ebenfalls einen einzigen Hitzdraht verwendet. Dieser Hitzdraht ist in einer V-förmigen Anordnung aufgespannt und mit entsprechenden Zuleitungen an eine elektrische Stromversorgung angeschlossen. Diese herkömmliche Einrichtung hat einen noch einfacheren Aufbau als die Vorrichtung gemäß der DE 31 09 608 A1, denn es wird lediglich der sich ändernde Widerstandswert verwendet, ohne daß eine Brückenschaltung zum Einsatz gelangt.

Die eingangs genannte US-PS 39 75 951 beschreibt eine Meßeinrichtung für den einströmenden Luftdurchsatz für eine Brennkraftmaschine. Dabei wird eine Vielzahl von wärmeempfindlichen, räumlich getrennten Widerständen verwendet, die sich, in Strömungsrichtung des Fluids gesehen, in mehreren aufeinander folgenden Ebenen befinden. Diese Druckschrift gibt keine Anregungen, die Meßwiderstände auf dem Außenumfang einer Rohrpassage anzuordnen, vielmehr durchsetzen die Meßwiderstände dort den Innenraum einer Rohrpassage in Querrichtung.

Die EP 00 08 185 A1 beschreibt ein Strömungsmeßgerät mit einem Hitzdraht, wobei dieser Hitzdraht in einer Vielzahl von Segmenten im Innenraum eines Gehäuses aufgespannt sein kann. Dabei können verschiedene Konfigurationen in Form von Spinnengeweben verwendet werden, wobei eine Vielzahl von Haken oder Befestigungsteilen für den Hitzdraht vorgesehen ist. Eine Aufteilung der wärmeempfindlichen Widerstandsanordnung in separate Widerstandselemente, die in entsprechenden Positionen auf dem Außenumfang einer Rohrpassage angeordnet sind, ist in dieser Druckschrift nicht angesprochen. Vielmehr werden unabhängig von der speziellen Konfiguration des verwendeten Spinnengewebes stets durchgehende Hitzdrähte verwendet, die über ein Paar von Zuleitungen an eine elektrische Stromversorgung angeschlossen sind. Der Hitzdraht verläuft dabei in der Strömungsrichtung des jeweiligen Fluids, also nicht in einer speziellen Ebene quer zur Strömungsrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strömungsmeßgerät anzugeben, das in der Lage ist, den Strömungsdurchsatz auch bei ungleichmäßiger Strömung korrekt zu messen, ohne daß zu diesem Zweck eine komplizierte Meßanordnung erforderlich ist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein Strömungsmeßgerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die wärmeempfindliche Widerstandsanordnung aus einer Vielzahl von separaten wärmeempfindlichen Widerständen besteht, die in räumlich voneinander getrennten Positionen verteilt auf dem Außenumfang einer die Trageinrichtung bildenden Rohrpassage, die innerhalb des Gehäuses und im wesentlichen in dessen Zentrum liegt, angeordnet und elektrisch in Reihe miteinander oder parallel zueinander geschaltet sind, daß der Fluidtemperaturmeßfühler innerhalb der Rohrpassage angeordnet ist und daß die wärmeempfindlichen Widerstände im wesentlichen in derselben Ebene senkrecht zur Fluidströmung auf der Rohrpassage positioniert sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Strömungsmeßgerät die wärmeempfindlichen Widerstände gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachstehend 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 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 Strömungsmeßgerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und in

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

Die Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht im Schnitt eines 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 in Form einer tragenden 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 wärmeempfindlichen Widerstände RH sind elektrisch miteinander in Reihe geschaltet, und bilden, zusammen mit dem Fluidtemperaturmeßfühler RC und den Widerständen R1 und R2, 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 Strömungsmeß­ gerätes mit dem obigen Aufbau arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise wie ein herkömmliches 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 V0 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 ein Strömungsmeßgerät nach dem Patentanspruch 1 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 (3)

1. Strömungsmeßgerät, umfassend

• - ein Gehäuse (1) durch das eine Fluidströmung (9) hindurchströmt;
• - eine Trageinrichtung (2), die innerhalb der Fluidströmung (9) angeordnet ist;
• - eine wärmeempfindliche Widerstandsanordnung, die von der Trageinrichtung (2) getragen und in der Fluidströmung (9) angeordnet ist;
• - einen weiteren Widerstand als Fluidtemperaturmeßfühler (RC), der von der Trageinrichtung (2) getragen und parallel zur wärmeempfindlichen Widerstandsanordnung geschaltet ist;
• - eine Brückenschaltung, welche die wärmeempfindliche Widerstandsanordnung, den Fluidtemperaturmeßfühler (RC) sowie weitere Widerstände (R1, R2) umfaßt;
• - eine Steuerschaltung (6, 7, 8), um die Brückenschaltung im abgeglichenen Zustand zu halten; und
• - einen Signalausgang (S) zur Abgabe eines Strömungsdurchsatzsignals, das von der Brückenschaltung in ihrem abgeglichenen Zustand abgegeben wird,

dadurch gekennzeichnet,
daß die wärmeempfindliche Widerstandsanordnung aus einer Vielzahl von separaten wärmeempfindlichen Widerständen (RH) besteht, die in räumlich voneinander getrennten Positionen verteilt auf dem Außenumfang einer die Trageinrichtung (2) bildenden Rohrpassage, die innerhalb des Gehäuses (1) und im wesentlichen in dessen Zentrum liegt, angeordnet und elektrisch in Reihe miteinander oder parallel zueinander geschaltet sind,
daß der Fluidtemperaturmeßfühler (RC) innerhalb der Rohrpassage angeordnet ist und
daß die wärmeempfindlichen Widerstände (RH) im wesentlichen in derselben Ebene senkrecht zur Fluidströmung (9) auf der Rohrpassage positioniert sind.

2. Strömungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeempfindlichen Widerstände (RH) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.