Die Erfindung betrifft einen thermischen Durchflußmesser
nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a thermal flow meter
according to the preamble of the main claim.
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.From DE-PS-23 50 848 is a thermal flow meter
known in which on the outside of a tubular measuring
two coils connected in series are wound,
which with two further resistors is part of a bridge
circuit. The bridge circuit is powered by a voltage
or power source, causing the coils to heat up.
If there is a fluid flow in the measuring channel
a temperature difference between the two coil-shaped
Measuring resistances and thus changes in resistance by
a measuring instrument can be detected and a measure of the
Mass flow are. To falsify measurements due to convection
or of temperature gradients via the tubular measuring channel
To prevent the two coils from an open cell
Foam encased.
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.The invention has for its object a thermal
To create flow meters that are simple in construction and thus
is inexpensive to manufacture, the position-independent measurement
allowed with low pressure loss, the insensitive to
mechanical stress, easy to disassemble and clean
is.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen
des Oberbegriffs gelöst.This object is achieved by the characterizing
Features of the main claim in connection with the features
of the generic term solved.
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.By providing a measuring channel that is flat with inlet
and the recess provided in the outlet is formed in a block,
which has a relatively large flow cross section and
a compensation chamber provided with an inlet, the
is also formed as a recess in the block that
with a two electrically heated in series
Resistors covered as a surface pattern bearing substrate
is, the resistance in the measuring channel by the flowing fluid
is cooled, but the resistance in the compensation chamber
is not flowed through by the fluid and is not cooled
achieve a high measurement effect with a low pressure drop.
The resistance in the compensation chamber is only for temperature
rature compensation of the electrical zero point of the bridges
circuit (zero fluid flow). By over the resistors
located cap with at least one recess each over the
Resistance becomes thermal convection
and on the other hand shielded against radiation and by the ther
mix short circuit around the resistors one electrically
stable, low-drift measuring arrangement created.
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 the method described in DE-PS 23 50 848 with fluid
Flow through the measuring tube from the flow through first
flowed tube part and thus the resistance wound there
cooled while the subsequent pipe part and there
wound resistance in temperature by that in the first
Pipe part heated fluid increased. This method leads to one
opposite effect, so that there is a heat flow in the measuring tube
trains that due to the temperature gradient in the pipe section
tried the temperature of the first cooled pipe section
increase again. This results in only a low temperature
difference between the two resistance halves and thus a
low measuring effect.
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.
In the problem solved according to the invention there is only one contradiction
stood the resistors connected in series by the flowing
Fluid cooled, resulting in a significantly higher measurement sensitivity
speed (with the same temperature compensation of the zero point).
In other methods described, two heated resistors
would be connected in two bridge branches, resulting in one
leads to higher electrical energy requirements for maximum measurement effect.
In the problem solved according to the invention, the second bridge can
branch are formed with such high impedance resistors
that their energy requirements are negligible compared to energy requirements
in the first bridge branch with the heated ones connected in series
Resistance is what leads to a reduced energy requirement.
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.
After the problem solved according to the invention, the resistance contains
substrate at least one passage in the form of a hole
the wells to the cap, so that, for thermal reasons
thin to keep, substrate on both sides the same static
Fluid pressure is subject and therefore the substrate even with larger ones
Fluid pressure is not mechanically stressed. The mechanical
Construction of the flow meter from cap, resistance substrate
and block by at least two releasable fasteners
assembled, allows easy disassembly and cleaning
of the flow meter. Contrary to the usual flow meters
Capillaries do not need an ultrasonic bath to clean them
be set. The problem solved according to the invention with flow
cross sections that are at least a 60 times larger flow cross
cut surface than with capillary flow meters, leads to
a low pressure drop in flow, so that fluid
flows can be measured with low admission pressure.
Beschreibungdescription
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.A fluid flows, as shown in Fig. 2, through the inlet connector ( 13 ) into the measuring chamber ( 3 ) and optionally through the bypass ( 12 ) and thereby cools the heatable resistor ( 1 ), which leads to a detuning of the in Fig. 4 shown bridge circuit leads and the measured value display ( 16 ) activated. The second heatable resistor ( 2 ), which is connected in series with the resistor ( 1 ), is located in the compensation chamber ( 9 ) and has thermal contact with the fluid, but is not flowed through by it. If there is no fluid flow, the resistors ( 1 ), ( 2 ) are in thermal equilibrium, the measured value display ( 16 ) in FIG. 4 shows zero when using a bridge circuit, which consists of the resistors ( 1 ), ( 2 ), ( 17 ) , ( 18 ) and the power supply ( 15 ). The holes ( 10 ), ( 11 ) in the substrate ( 4 ) with the resistors ( 1 ), ( 2 ) create a connection to the recesses ( 6 ), ( 7 ) of the cap ( 5 ). This ensures that the substrate ( 4 ) is loaded on both sides with the same static fluid pressure and is therefore not mechanically stressed by the fluid pressure.