DE1473190C

DE1473190C - Device for monitoring the flow of a medium

Info

Publication number: DE1473190C
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Schaller, Dipl.-Ing. Werner, 6840 Lampertheim

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Überwachung der Strömung eines Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases in Rohrleitungen, das einen im Strömungsbereich des Mediums liegenden, in einer Prüfsonde eingebauten, elektrisch beheizten Widerstand aufweist.The invention relates to a device for monitoring the flow of a medium, for example a Liquid or a gas in pipelines that contains a fluid located in the flow area of the medium, has an electrically heated resistor built into a test probe.

Es sind Geräte zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen bekannt, bei denen im Gasstrom liegende, elektrisch beheizte Metalldrahtwicklungen oder Halbleiterwiderstände mit negativem Temperäturkoeffizienten je nach der Geschwindigkeit des Gases mehr oder weniger stark gekühlt werden, wobei die Widerstandsänderung als Maß für die je- - weilige Strömungsgeschwindigkeit angezeigt wird. Es ist bei einem Durchflußmeßgerät auch nicht mehr neu, einen elektrisch beheizten, temperatüräbhängigen Platinwiderstarid in eine in den Durchflußkanal hineinragende Prüfsonde einzubauen. ,:;,,,,There are known devices for measuring the flow rate of gases in which in the gas flow lying, electrically heated metal wire windings or semiconductor resistors with negative Temperature coefficients are cooled to a greater or lesser extent depending on the speed of the gas, The change in resistance is displayed as a measure of the respective flow velocity. It is no longer new with a flow meter, an electrically heated, temperature-dependent one Platinum resistor to be built into a test probe protruding into the flow channel. ,:; ,,,,

Die bei diesen bekannten Anordnungen"-verwende· * ten Widerstände weisen alle eine mehr oder weniger so lineare Widerstandskennlinie auf, die ,zwar 4ür die Messung der Strömungsgeschwindigkeit günstigj aber für eine digitale Aussage über die Strömungsverhältnisse nicht vorteilhaft ist, da diese Widerstände einen zu geringen Temperäturkoeffizienten besitzen, um einen starken Effekt auszulösen, falls die Strömungsgeschwindigkeit einen bestimmten Grenzwert unter-. schreitet. ;- : \ '*,-. '^; .^;'y>V'■-■■'The resistors used in these known arrangements all have a more or less linear resistance characteristic which, although favorable for measuring the flow velocity, is not advantageous for a digital statement about the flow conditions, since these resistances are too low Have temperature coefficients to trigger a strong effect if the flow velocity falls below a certain limit.; -: \ '*, -. '^; . ^; 'Y>V' ■ - ■■ '

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine digitale Aussage über die Strömungsverhältnisse errhöglicht, ohne daß zusätzliche Verstärker^ einheiten erforderlich; sind; und bei dem die beiden;. anzuzeigenden Strömungszustände durch zwei extrem verschiedene Widerstandswerte des der Strömung ausgesetzten Widerstands dargestellt werden.The invention is therefore based on the object of creating a device of the type mentioned at the beginning, this is a digital statement about the flow conditions made possible without the need for additional amplifier units; are; and where the two ;. flow states to be displayed by two extremely different resistance values of the flow exposed resistance.

Diese Aufgabe, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Widerstand ein Kaltleiter vorgesehen ist, . der im niedrigen Temperaturbereich keine oder keine nennenswerte und im anschließenden höheren Temperaturbereich; bei,'s Erreichen- .de'sV« Durchflußwertes _n eine extrem hohe positive, den Anzeige für-""·'"This object is achieved according to the invention in that a PTC thermistor is provided as the resistor. the no or no significant temperature range in the low temperature range and the higher temperature range thereafter; at 's Erreichen- .de'sV "flow value _{n is} an extremely high positive, the indicator -""·'"

eine Warn- oder Schaltvorrichtung auslösende Änderung seines ohmschen^Widerstandswertes aufweist. has a warning or switching device triggering change in its ohmic resistance value.

Durch die Verwendung eines derartigen Kaltleiters wird erreicht, daß das in der Rohrleitung strömende ■;'■:.-■ und den Kaltleiterwiderstand in Abhängigkeit von der Durchflußmehge mehr oder weniger stark kühlende Medium keinerlei Impulse im Überwächungs-'ίί ~- gerät erzeugt, solange sich die Durchflußmenge in den gewünschten Grenzen bewegt. In diesem Temperaturbereich: des. Kaltleiter ^By using such a PTC thermistor it is achieved that the flowing in the pipeline ■; '■: .- ■ and the PTC resistor as a function of the flow rate more or less strong cooling Medium no impulses in the monitoring-'ίί ~ - device is generated as long as the flow rate is in moved to the desired limits. In this temperature range: des. PTC thermistors ^

^: Widersitaindskennlinie f; keine Widerständsänderung, d. h.: einen TemperaturkoeffizientenVvojin annäherndk ί-gleich Null auf. Erst wenn der purchflüß unzulässig stark absinkt oderganzaufhört,^wini derKaitleiter·- widerstand nicht mehr ausreichefad'gekü'hit'und err . wärmt sich auf eine Temperatur,; die; oberhalb des - Knickpunktes der Widerstandskennlinie liegt^ in des- i: sen Bereich also; die Widerstandskennlinie einen ; extrem hohen positiven Temperaturkoeffizienten be- J sitzt, d. h. steil nach oben ansteigt. Durch den steilen. Anstieg der Kaltleiterkerinlinie oberhalb des ,Knickpunktes ergibt sich eine sehr große'.Widerstands-· . änderung und damit eine enorme Änderung im elekirischen Stromkreis, die direkt als Anzeigeimpuls auf eine Warn- oder Schaltvorrichtung übertragen werden kann. ■■··■-■■· ^: Resistance characteristic f; no change in resistance, ie: a temperature coefficient Vvojin approximately k ί equal to zero. Only when the purchase flow drops in an inadmissibly large amount or stops entirely, ^ wini derKaitleiter - no longer resisted sufficiently fad'gekü'hit 'and err. warms up to a temperature; the; above the kink point of the resistance curve lies ^ in its area, ie; the resistance characteristic one; has an extremely high positive temperature coefficient, ie it rises steeply upwards. Through the steep. The rise of the PTC thermistor line above the "kink point" results in a very large "resistance". change and thus an enormous change in the electrical circuit, which can be transmitted directly as a display pulse to a warning or switching device. ■■ ·· ■ - ■■ ·

Abgesehen hiervon ist eine Selbstzerstörung des Kaltleiters nicht möglich, da der Kaltleiter mit zunehmender Temperatur infolge des höheren elektrischen Widerstandes einen geringeren Strom aufnimmt, so daß sich ein Endzustand einstellt, bei welchem die elektrisch zugeführte Wärmeleistung gleich der durch Übertragung an das Medium abgeführten Wärmeleistung, ist.Apart from this, self-destruction of the PTC thermistor is not possible, as the PTC thermistor increases with Temperature absorbs a lower current due to the higher electrical resistance, so that a final state is established in which the electrically supplied heat output is the same the heat output dissipated by transmission to the medium.

Ein weiterer Vorteil von besonderer Bedeutung liegt darin, daß auf jegliche Mittel zur Kompensierung unterschiedlicher Temperaturen des fließenden Mediums selbst und der Umgebung verzichtet werden kann, da in diesem Temperaturbereich der Temperaturkoeffizient ungefähr gleich Null ist und Temperaturänderungen des Mediums bzw. der Umgebung somit keine Reaktionen im Gerät zur Auslösung bringen. Um so empfindlicher rea'giert das ,Gerät, wenn bei nachlassender Strömung der Widerstand durch eine ständige elektrische Energiezufuhr so weit aufgeheizt wird, daß die Temperatur über den Knickpunkt der Widerstandskennlinie ansteigt.Another benefit of particular importance lies in the fact that any means of compensating for different temperatures of the flowing The medium itself and the environment can be dispensed with can, since in this temperature range the temperature coefficient is approximately zero and temperature changes of the medium or the environment, there are no reactions in the device to triggering bring. The more sensitive the device reacts if, when the flow decreases, the resistance is so high due to a constant supply of electrical energy is heated so that the temperature is above the break point the resistance curve increases.

Bei einer.weiteren Ausgestaltung des erfindurigs- _r gemäßen Geräts kann^! auch ·die Anordnung einer- ^v Prüfsonde Anwendung finden, die mit einem aus zwei Teilwiderständen zu einer Kombination kombiniertem Widerstand versehen ist, ■ von denen der eine einen hohen positiven und der andere einen wesentlich niedrigeren negativen Temperaturkoeffizienten aufweist und die so einander überlagert sind, daß sich eine resultierende Widerstandskennlinie ergibt, die im niedrigen Temperaturbereich einen horizontalen oder "annähernd' horizontalen Kurven verlauf und im anschließenden;, höheren Temperaturbereich einen steil ansteigenden Kurvenverlaüf besitzt.Can at einer.weiteren design of modern equipment erfindurigs- _^r! also refer to the arrangement found on the one ^v probe application, which is provided with one of two partial resistors combined to a combination of resistor, ■ one of which is a high positive and the other has a lower substantially negative temperature coefficient and which are superposed on each other that a resulting resistance characteristic is obtained which has a horizontal or "almost" horizontal curve in the low temperature range and a steeply rising curve in the subsequent, higher temperature range.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt ,The invention is illustrated in the drawing on the basis of exemplary embodiments. It shows ,

Fig. i die einfächste, ,Ausführungsmöglichkeit eines Gerätes zur Überwachung der Durchflußbewegung eines Strömungsmittels in schematischer Darstellung, wobei" die Rohrleitung nur teilweise sowie im Längsschnitt veranschaulicht ist, ■-. ■' .^Fig. I the simplest,, possible embodiment of a device for monitoring the flow movement of a fluid in a schematic representation, wherein "the pipeline is only partially illustrated and in longitudinal section, ■ -. ■ ' . ^

Fig. 2 die Kennlinie eines in der Prüfsonde zur Anwendung kommenden elektrischen Widerstandes , mit hohem positivem Temperäturkoeffizienten in einem bestimmten Arbeitsbereich, .Fig. 2 shows the characteristic curve of a in the test probe for Application of the coming electrical resistance, with a high positive temperature coefficient in a specific work area,.

F i g. 3 die resultierende Kennlinie, die sich aus der Kombination zweier elektrischer Widerstände mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten und einem · weiteren·mitf negätiyerfTemperäturkoeffizienten;er-F i g. 3 the resulting characteristic curve, which results from the Combination of two electrical resistances with high positive temperature coefficient and a further negative temperature coefficient;

In der Zeichnung ist mit 1 eine Rohrleitung bezeichnet, die_mit einer öffnung yersehen ist, welche der Aufnahme eines Änschiußstücks 2 dient. Das Ärischlußstück:2 kann hierbei mittels Gewinde oder auf andere Weise, mit der Rohrleitung 1 fest verbunden sein; In das ^^ein^r." zentralen Gewindebohrung la verseHene '^schlußstück 2 ist eine Prüfsonde 3 einschraubbäri Weseritiicher Bestandteil dieser als Einschraubnippel ausgebildeten Prüf sonde 3 ist ein elektrischer Widerstand 4, dessen ohmscher Widerstand sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Wie aus Fig. 1: ersichtlich, kann der elek-: irische Widerstand 4 im Strömungsbereich eines die Rohrleitung 1 durchfließenden Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases, angeordnet sein. Der Widerstand 4 selbst liegt im Stromkreis 5 einer Strom- bzw. Spannungsquelle 6.In the drawing, 1 denotes a pipeline which is provided with an opening which is used to receive a connecting piece 2. The connecting piece: 2 can be firmly connected to the pipeline 1 by means of a thread or in some other way; In the ^^ a ^ r. "Central threaded hole la verseHene '^ end piece 2 is a test probe 3 screw-in. A real component of this test probe 3, which is designed as a screw-in nipple, is an electrical resistor 4, the ohmic resistance of which changes as a function of the temperature 1: It can be seen that the electrical resistor 4 can be arranged in the flow area of a medium, for example a liquid or a gas, flowing through the pipeline 1. The resistor 4 itself is located in the circuit 5 of a current or voltage source 6.

Die dem Widerstand 4 zugeführte elektrische '.;.The electrical '.;. Supplied to the resistor 4.

Energie wird hier in Wärmeenergie umgewandelt, so daß der Widerstand eine gewisse Aufheizung erfährt. Durch das m der Rohrleitung 1 strömende Medium wird dem Widerstand 4 jedoch stetig wieder Wärme entzogen, so daß sich dieser Widerstand auf einen bestimmten Temperaturwert einstellt, sofern . die Durchflußmenge konstant bleibt. Als Widerstand 4 ist ein Kaltleiter vorgesehen, der im niedrigen Temperaturbereich keine und im anschließenden höheren Temperaturbereich bei Erreichen des Durchflußgrenzwertes eine extrem hohe positive Änderung sei- · nes ohmschen Widerständswertes aufweist. !Verringert sich die Durchflußmenge oder hört das Medium ganz auf zu fließen, erfährt der Widerstand eine über die bisherige Temperatur hinausgehende Aufheizung, die bei Überschreitung des Grenzwertes zu einer ex- : tremen Widerstandsänderung führt. .· : ·Energy is converted into thermal energy here, see above that the resistance experiences a certain amount of heating. Through the m of the pipeline 1 flowing medium However, heat is continuously withdrawn from the resistor 4, so that this resistor is on a sets a certain temperature value, provided. the flow rate remains constant. When resistance is 4 a PTC thermistor is provided which has no temperature range in the low temperature range and a higher one in the subsequent temperature range Temperature range when the flow limit value is reached, an extremely high positive change is nes ohmic resistance value. ! Does the flow rate decrease or the medium hears to flow completely, the resistance experiences one over the previous temperature, which leads to an ex-: tremendous change in resistance. . ·: ·

_In der Flg. 2. ist die Widerstandskennlinie des! Kaltleiters dargestellt, wobei auf der Abszisse die Temperatur T und auf der Ordinate der ohmsche ao. Widerstand R verzeichnet ist. An Hand dieser Wider-" . : Standskennlinie ist erkennbar, daß der Temperatur-¹-, ,koeffizient des Kaltleiters im Temperaturbereich .? unterhalb T₁₁ gleich Null ist und in einem sich diesem anschließenden Bereich oberhalb T_u jedoch extrem as positiv wird. Wird ein Widerstand mit einer solchen Kennlinie durch einen stetenWärmeentzug seitens des in der Rohrleitung 1 fließenden Mediums im Temperaturbereich von 0 bis T_u gehalten, so ist er elektrisch gut leitend, und die im Stromkreis 5 angeordnete Lampe 7 der in Fig. 1 gezeigten Schaltung leuchtet ; auf und zeigt damit einen normalen Strömungsverlauf des Mediums an, solange dieses in der Rohrleitung 1 tatsächlich in. Bewegung ist. Die Lampe 7 erlischt dann,.wenn der. ohmsche Widerstand des Kaltleiters infolge ungenügenden Wärmeentzugs durch das Me-■■■;.. drum stark ansteigt, bedingt durch einen Strömungsabfall. : . · . ■ .;.... ,..',/.I'-. . . V _In the wing. 2. is the resistance characteristic of the! PTC thermistor, with the temperature T on the abscissa and the ohmic ao on the ordinate. Resistance R is recorded. . According to these contradictions ": Stand characteristic is seen that the temperature ¹ -, coefficient of the PTC thermistor in the temperature range below T ₁₁ is equal to zero and, however, in a to this subsequent region above T _u extremely as positive is Will.?. If a resistor with such a characteristic is kept in the temperature range from 0 to T _u by constant heat extraction by the medium flowing in the pipeline 1, it has good electrical conductivity and the lamp 7 of the circuit shown in FIG. 1 arranged in the circuit 5 lights up; and thus shows a normal flow of the medium as long as it is actually in motion in the pipeline 1. The lamp 7 then goes out when the ohmic resistance of the PTC thermistor is due to insufficient heat extraction by the meter. therefore rises sharply, due to a decrease in flow.:. ·. ■.; ...., .. ', /. I'-... V

SoIl^ mit der vorbeschriebehen Anordnung eines Kaltleitcrs in einer Prüfsonde 3 die Strömung eines m der Rohrleitung 1 fließenden Mediums überwacht werden, so kann mit Bezug auf den in Fig. 2 gezeigten Widerstandskennlinienveriauf des Kaltleiters der Arbeitspunkt P_u bei der Temperatur T₀ entsprechend gewählt werden. Zu diesem Zweck kann dem Kaltleiter bzw. der Schaltung eine in der Zeichnung nicht, weiter veranschaulichte Trimmeinrichtung zugeordnet s^m.;Der Kaltleiter ist gegen erhöhte Strömung und' ' dem damit verbundenen übermäßigen Wärmeentzug unempfindlich, ebenso gegen unterschiedliche Eigen-V. temperaturen: des" fließenden Mediums, worauf der : horizontale Verlauf der: Widerstandskennlinie im Ar- -beits-bzw. Temperaturbereich von Ö bis T₀ schließen . läßt. An Stelle einer optischen könnte auch eine akustische Signaleinrichtung in Verbindung mit einer geeigneten Schaltung zur Anwendung kommen, derart, daß der Strömungsabfall durch Auslösung von Hupsignalen angezeigt wird.If the above-described arrangement of a PTC thermistor in a test probe 3 is to monitor the flow of a medium flowing in the pipeline 1, the operating point P _u at the temperature T _{0 can} be selected accordingly with reference to the resistance characteristic curve of the PTC thermistor shown in FIG . For this purpose, the PTC thermistor or the circuit can be assigned a trimming device, which is not further illustrated in the drawing; the PTC thermistor is insensitive to increased flow and the associated excessive heat extraction, as well as to different eigenv temperatures: of the "flowing medium, whereupon the: horizontal course of the:... resistance characteristic in the working -beits-or temperature range from east to T Close ₀ An can place the optical one could also be an acoustic signal device in conjunction with a suitable circuit for use come in such a way that the drop in flow is indicated by triggering horn signals.

_ Die in Fig.^.veranschaulichte Widerstandskennlinie kann auch durch zwei zu einer Kombination zusammengefaßte elektrische Widerstände erreicht werden. Eine solche Kombination (Fig. 3) könnte z.B. aus einem elektrischen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten. und einer etwa parabel- \ förmig verlaufenden Kennlinie R₊ und einem weite- ■ ren elektrischen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten mit linearem oder annähernd linearem Kennlinien verlauf Äj gebildet werden. Dabei könnte die Auslegung bzw. die Überlagerung der miteinander kombinierten elektrischen Widerstände so getroffen sein, daß sich die in Fig. 3 mit strichpunktierter Linie .angedeutete resultierende Widerstandskennlinie ' R&; ergibt; die;- anfänglich," und zwar von bis T_u, einen horizontalen; oder zumindest annähernd horizontalen Kürvenverlauf hat, ferner in einem weiteren Arbeits-y bzw.' Temperaturbereich oberhalb T₀ dine steil ansteigende Kennlinie besitzt. Bei einer derartigen Kombination zweier elektrischer Widerstände hat der den positiven Temperaturkoeffizienten aufweisende den größeren Effekt oberhalb der Temperatur T_u. The resistance characteristic illustrated in Fig. ^. Can also be achieved by combining two electrical resistances in a combination. Such a combination (FIG. 3) could, for example, consist of an electrical resistance with a positive temperature coefficient. and an approximately parabolic \ -shaped characteristic curve R ₊ and a further electrical resistance with a negative temperature coefficient with a linear or approximately linear characteristic curve Aj can be formed. The design or the superposition of the electrical resistances combined with one another could be made such that the resulting resistance characteristic ' R & ; results; which; - initially, "from to T _u , has a horizontal; or at least approximately horizontal curve, furthermore in a further working y or ' The temperature range above T _{0 has a} steeply rising characteristic. With such a combination of two electrical resistances, the one with the positive temperature coefficient has the greater effect above the temperature T _u .

Claims

Patent claims:

1. Device for monitoring the flow of a medium, for example a liquid or a gas in pipelines, which has an electrically heated resistance built into a test probe in the flow area of the medium, d ad ufch gekerinzeich- ■ η et that as a resistance ( 4) a PTC thermistor is provided, which in the low temperature range (O. to T ₁₁ ) has no or no appreciable and in the subsequent higher temperature range (T ₁ to T ₀ ) an extremely high positive when the flow limit is reached, the display pulse for a warning - Has switching device triggering change in its ohmic resistance value. _v

2. Monitoring device according to claim 1, characterized in that the test probe (3) with one of two partial resistances combined. Resistance (4) is provided, one of which one high positive and the other a much lower negative temperature coefficient and which are superimposed on each other in such a way that a resulting resistance

j level characteristic yields which — in the low temperature range (0 to T _n ) has a horizontal or approximately horizontal curve and in the subsequent higher temperature range (T ₀ _t to T ₀ ) has a steeply rising curve (FIG. 3). ^;

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings