DE1943034A1

DE1943034A1 - Method for measuring the velocity of gaseous or liquid media

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Publication number: DE1943034A1
Application number: DE19691943034
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-08-23
Filing date: 1969-08-23
Publication date: 1971-03-04

Description

Verfahren zum Messen der Geschwindigksif strömender gasförmiger oder flüssiger Medien Die erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Geschwindigkeit strömender gasförmiger oder flüssiger Medien, vorzugsweise laminar strömender x.dien in Rohren oder dgl., durch Messen des Wertes der Ausgangsgröße von in Medium befindlichen, temperaturabhängigen elektrischen Meßfühlern. Method of measuring the speed of flowing gaseous or liquid media The invention relates to a method for measuring speed flowing gaseous or liquid media, preferably laminar flowing x.dien in pipes or the like, by measuring the value of the output quantity of those in the medium, temperature-dependent electrical sensors.

Es ist schon ein Verfahren bekannt, nach dem die Geschwindigkeit von Gasen oder Flüssigkeiten in Rohren oder dgl. mittels temperaturabhängiger elektrischer Widerstände gemessen wird.A method is already known according to which the speed of Gases or liquids in pipes or the like. By means of temperature-dependent electrical Resistances is measured.

Bei diesem Verfahren liegt an einem in strömenden Medium befindlichen Widerstand eine Spannung, die einen vom Jeweiligen Widerstandzwert abhängigen Stromfluß erzeugt. Der Widerstandswert dieses Widerstandes wird durch dessen Erwärmung bzw.This method is due to a medium in flowing Resistance a voltage that generates a current flow that is dependent on the respective resistance value generated. The resistance value of this resistor is determined by its heating or

dessen Temperatur bestimmt, die sich wiederum infolge unterschiedlicher Geschwindigkeiten des strömenden Mediums ändert durch unterschiedliche Abfuhr von Wärme aus dem Widerstand.its temperature is determined, which in turn is due to different Velocity of the flowing medium changes due to different discharge of Heat from the resistor.

Ferner wird mittels eines weiteren temperaturabhängigen Widerstandes die Temperatur des Mediums gemessen. Der Unterschied der Temperaturen beider temperaturabhängiger Widerstand ist ein Maß für die zu messende Geschwindigkeit des Mediums.Furthermore, by means of a further temperature-dependent resistor the temperature of the medium measured. The difference in temperatures both temperature-dependent Resistance is a measure of the medium's speed to be measured.

Der Nachteil des beannten Verfahrens zum Messen der Geschwindigkeit strömender Medien liegt zunächst in dem verhältnismässig hohen Aufwand, der insbesondere in der elektrischen Schaltung zum Auswerten der Meßergebnisse getrieben werden DUß, da die festgestellte Temperaturdifferenz beider Widerstände keineswegs proportional abhängig von der Geschwindigkeit des Mediums ist. Ferner wirkt sich das nichtlinesre Verhalten der Meßfühler erschwerend auf die Bildung eines annähernd richtigen Ergebisses aus. Als besondere Schwierigkeit kommt hinzu, dass die erhaltenen Temperaturdfferenzen sehr von der Viskosität und den Wärmeleitvermögen des Mediums abhängig sind.The disadvantage of the mentioned method of measuring the speed flowing media is primarily due to the relatively high effort involved DUß are driven in the electrical circuit to evaluate the measurement results, because the determined temperature difference between the two resistors is by no means proportional depends on the speed of the medium. Furthermore, the non-linear re Behavior of the measuring sensor aggravates the formation of an approximately correct result the end. Another particular difficulty is that the temperature differences obtained are very dependent on the viscosity and thermal conductivity of the medium.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren werden diese Schwierigkeiten umgangen.With the method according to the invention, these difficulties become apparent bypassed.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Mediums an einem vorbestimmten, ersten Ort impulsartig geändert wird und das die Zeit gemessen wird von der Vornahme dieser Temperaturänderung bis zum Feststellen einer Temperaturänderung an einem zweiten Ort, der in einem vorbestimmten Abstand in Strömungsrichtung hinter dein ersten Ort liegt.The inventive method is characterized in that the Temperature of the medium is changed in a pulsed manner at a predetermined, first location and that the time is measured from making that temperature change to Detecting a change in temperature at a second location, which is in a predetermined Distance in the direction of flow behind your first location.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren muß also keineswegs eine mit vielen Schwierigkeiten verbundene Auswertung von Temperaturdifferenzen stattfinden, sondern auf dem Weg über einen induzierten Wärmeimpuls und eine entsprechende impulsartige Temperaturänderung des strömenden Mediums wird tatsächlich die Geschwindigkeit des Mediums gemessen; denn das Medium dient als Wärmetransporteur bzv.als Transporteur einer kleinen Menge über die allgemeine Temperatur erwärmten Mediums, wobei dfe Zeit gemessen wird, die das erwärmte Medium zum Durchlaufen einer vorbestimmten Strecke benötigt. Diese Strecke ist bemn durch den Ort der Induzierung der Wärme und durch den Ort der Messung einer Temperaturänderung.In the case of the method according to the invention, there is no need for one evaluation of temperature differences associated with many difficulties, but on the way via an induced heat pulse and a corresponding pulse-like The change in temperature of the flowing medium is actually the speed of the Medium measured; because the medium serves as a heat transporter or as a transporter a small one Amount of medium heated above the general temperature, wherein dfe is the time taken for the heated medium to pass through a predetermined Route needed. This distance is determined by the place where the heat is induced and by the location of the measurement of a temperature change.

Die Geschwindigkeit eines strömenden Mediums in einem Rohr oder dgl. ist keineswegs über den gesamten Rohrquerschnitt konstant, sondern sie ändert sich vielmehr vom Wert Null an der Rohrwandung bis zu einem maximalen Wert in der Mitte der Rohres. Der Verlauf der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der jeweiligen Meßstelle in einem ohrquorschnitt ist von der Viskosität des Mediums abhängig. Um Aufschluß über die Verteilung der Geschwindigkeit über den Rohrquersehnitt zu erhalten, werden nach einem besonderen Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens Messungen in unterschiedlichen Abständen von ar wandung des Rohres od.r dgl. vorgenommen.The speed of a flowing medium in a pipe or the like. is by no means constant over the entire pipe cross-section, but changes rather, from the value zero on the pipe wall to a maximum value in the middle the pipe. The course of the speed as a function of the respective measuring point in a cross-section of the ear depends on the viscosity of the medium. For information about the distribution of the velocity over the pipe cross-section according to a special feature of the inventive method measurements in different Distances from the wall of the pipe or the like.

Bei wenigstens annähernd laminarer Strömung des Mediums genügt es, dass die Temperaturänderung eines Teils des Mediums lediglich über einen Strömungsquerschnitt erfolgt, der etwa in der Größenordnung des in Strömungsrichtung gesehenen uerschnitts des die Temperaturänderung feststellenden Temperaturfühlers liegt.With at least approximately laminar flow of the medium, it is sufficient to that the temperature change of a part of the medium only over a flow cross-section takes place, which is approximately in the order of magnitude of the cross-section seen in the direction of flow of the temperature sensor determining the temperature change.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zum Durchführen des errindungsgemässen Verfahrens. Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Medium umtromtes elektrisches Heizelement vorgesehen ist, das zum Zwecke einer Messung mit einer Energierqulle verbindbar ist, dass ferner in vorbestimmter Entfernung in Strömungsrichtung hinter dem Heizelement ein vom Medium umströmter elektrischer Meßfühler vorgesehen ist, der über bekannte Schaltmittel zur Differentiation und ggfs. Verstärkungsmittel einen Schalter steuert, der einen zu Beginn einer Messung auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladenen und sich während einer, Messung über einen Widerstand entladenden Kondensator mit einem Anzeigeinstrument für die Spannung des Kondensators verbindet.The invention also relates to a device for performing of the method according to the invention. This facility is characterized by that an electrical heating element surrounded by the medium is provided, which for the purpose a measurement can be connected to an energy source that furthermore in a predetermined Distance in the direction of flow behind the heating element a medium flowing around it electrical Sensor is provided which has known switching means for differentiation and possibly. Amplification means controls a switch that controls a charged to a predetermined voltage at the beginning of a measurement and during a measurement via a resistor discharging capacitor with a display instrument for the voltage of the capacitor connects.

Anhand der einzigen Figur der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.The invention is described below with reference to the single figure of the drawing explained in more detail.

In der L.ichnung ist ein Rohr 1 dargestellt, das von einem Medium 2 in der bezeichnet Richtung durchströmt wird. An dem mit 3 bezeichneten Ort des Rohres 1 befindet sich ein Heizelement 4. An dci mit 5 bezeichneten Ort dss Rohres 1 befindet sich ein temperaturabhängiger elektrischer Meßfühler 6. Der Meßfühler 6 liegt in Strömungarichtung im Abstand d hinter dem Heizelement 4. Der Querschnitt des Heizelementes 4 in Strömungsrichtung gesehen kann bei laminarer oder wenigstens annähernd laminarer Strömung etwa dem in der gleichen Richtung gesehenen Querschnitt des Meßfühlers 6 entsprechen.In the drawing, a pipe 1 is shown, which is from a medium 2 is flowed through in the designated direction. At the place marked 3 des Tube 1 is a heating element 4. At dci with 5 designated location dss tube 1 there is a temperature-dependent electrical sensor 6. The sensor 6 lies in the direction of flow at a distance d behind the heating element 4. The cross section of the heating element 4 seen in the direction of flow can be laminar or at least approximately laminar flow roughly the cross-section seen in the same direction of the sensor 6 correspond.

Das Heizelement * ist einmal, mit dem kontakt 11 eines Schalters 10 verbunden und zum anderen mit dem einen Beleg eines Kondensators 7. Der andere Beleg des Kondensators 7 ist mit dem Kontakt 12 des Schalters 10 verbunden. Am Kontakt 13 des Schalters 10 liegt der eine Pol einer Spannungsquelle 8, während der andere Pol der Spannungsquelle 8 wie der eine Beleg des Kondensators 7 an der mit 9 bezeichneten Masse liegt.The heating element * is single, with the contact 11 of a switch 10 connected and on the other hand with one document of a capacitor 7. The other document of the capacitor 7 is connected to the contact 12 of the switch 10. At the contact 13 of the switch 10 is one pole of a voltage source 8, while the other Pole of the voltage source 8 like the one slip of the capacitor 7 on the designated 9 Mass lies.

in den Kontakt 11 des Schalters 10 ist eine Diode 14 angeschlossen, deren anderer Pol mit einem an Masse 9 liegenden Widerstand 15 verbunden ist. Parallel zum Widerstand 15 ist ein Kondensator 16 geschaltet.a diode 14 is connected to contact 11 of switch 10, the other pole of which is connected to a resistor 15 connected to ground 9. Parallel A capacitor 16 is connected to the resistor 15.

Der Meßfühler 6 ist über einen der Differentiation des Meßwertes dienenden Kondensator 17 mit parallelgeschaltetem Widerstand 18 an einen Verstärker 19 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers 19 liegt am Eingang eines als Schalter dienenden Transistors 20, in dessen Ausgangsstromkreis der Kondensator 16 und ein Anzeigeinstrument 21 liegen. Daa Anzeigeinstrument 21 kann s.B. bei ausreichender Spannung ein mit äußent geringen Verlust behaftetes statisches Meßinstrument sein.The measuring sensor 6 is used to differentiate the measured value Capacitor 17 with resistor 18 connected in parallel is connected to an amplifier 19. The output of the amplifier 19 is at the input of a transistor serving as a switch 20, in whose output circuit the capacitor 16 and a display instrument 21 lie. Daa display instrument 21 can s.B. if there is enough tension a with utter be a low-loss static measuring instrument.

Die Wirkungsweise der in der Zeichnung gezeigten Einrichtung ist Nie folgt: Vor einer Messung befindet sich der Schalter 10 in der gestrichelt dargestellten Stellung. Hierdurch ist der Kondensator 7 auf die Spannung der Spannungsquelle 8 aufgeladen.The operation of the device shown in the drawing is never follows: Before a measurement, the switch 10 is shown in dashed lines Position. As a result, the capacitor 7 is at the voltage of the voltage source 8 charged.

Zum Zwecke einer Messung der Geschwindigkeit des strömenden Mediums 2 im Rohr 1 wird der Schalter 10 in die andere Stellung geschaltet. Hierdurch wird über die Diode 14 der Kondensator 16 etwa auf die Spannung des Kondensators 7 aufgeladen, ohne dass sich der Kondensator 16 bei abnehmender Spannung des Kondensators 7 über das Heizelement 4 entladen könnte. die im Kondensator 7 gespeicherte Energie wird demnach im wesentlichen im Heizelement 4 in Wärme umgewandelt.For the purpose of measuring the speed of the flowing medium 2 in the pipe 1, the switch 10 is switched to the other position. This will The capacitor 16 is charged via the diode 14 to approximately the voltage of the capacitor 7, without the capacitor 16 overflowing when the voltage of the capacitor 7 decreases the heating element 4 could discharge. the energy stored in the capacitor 7 becomes therefore essentially converted into heat in the heating element 4.

Diese Umwandlung geschieht impulsartig. Dementsprechend erwärmt sich der ii Bereich des Heizelementes 4 befindliche Teil des Mediums 2. Während der auf diese Weise erwärmte Teil des Mediums 2 mit der Geschwindigkeit des strömenden Mediums auf den Meßfühler 6 zubewegt wird, entlädt sich der Kondensator 16 über den Widerstand 15. Sobald der erwärmte Teil des Mediums den im Abstand d vom Heizelement 4 entfernt angeordneten Meßfühler 6 erreicht hat, wird ein entaprechender Impuls auf den Eingang des Verstärkers 19 gegeben. Nach Verstärkung dieses Impulses durch den Verstärker 19 wird der als Schalter arbeitende Transistor 20 offengesteuert, so dass die am Kondensator 16 liegende Spannung an das, Anzeigeinstruient 21 gelangt. Die von dem vorzugsweise sehr träge arbeitenden Anzeigeinstrument angezeigte Spannung ist ein Maß für die Zeit, die vergangen ist von der Erwärmung eines Teils des Mediums 2 bis zur Fest-Stellung dieser Erwärmung durch den Meßfühler 6. Bei Kenntnis des Abstandes d zwischen Heizelement 4 und Meßfühler 6 stellt der vom Anzeigeinstrument 21 angezeigte Wert ein Maß für die Geschwindigkeit des strömenden Mediums 2 dar.This transformation happens in a pulsed manner. Accordingly, it warms up the ii area of the heating element 4 located part of the medium 2. During the on in this way heated part of the medium 2 at the speed of the flowing medium is moved towards the sensor 6, the capacitor 16 discharges through the resistor 15. As soon as the heated part of the medium is removed from the heating element 4 at a distance d Arranged sensor 6 has reached, a corresponding pulse on the input of the amplifier 19 is given. After this impulse has been amplified by the Amplifier 19, the transistor 20 operating as a switch is controlled open, see above that the voltage on the capacitor 16 reaches the display instrument 21. The voltage displayed by the display instrument, which preferably works very slowly is a measure of the time that has passed before a part of the medium has been heated 2 until this heating is fixed by the sensor 6. If you know the Distance d between heating element 4 and sensor 6 is that of the display instrument 21 represents a measure of the speed of the flowing medium 2.

Um die Geschwindigkeit des strömenden Mediums in unterschiedlichen Entfernungen von der Wandung des Rohres 1 zu messen, sind z.B. weitere Heizelemente 22 und 23 vorgesehen, denen Meßfühler 24 bzw. 25 zugeordnet sind.To the speed of the flowing medium in different Measuring distances from the wall of the pipe 1 are e.g. additional heating elements 22 and 23 are provided, to which sensors 24 and 25 are assigned.

Die in der Zeichnung dargestellte elektrische Schaltung dient lediglich zur Erläuterung des Erfindungsgedankens.The electrical circuit shown in the drawing is only used to explain the idea of the invention.

Es sind weitere, insbesondere umfangreichere Schaltungen möglich, die bai der Auswertung der Meßergebnisse gewisse Vorteile bringen, durch die Jedoch der Erfindungsgedanke nicht beeinflußt wird.Further, especially more extensive circuits are possible, the bai the evaluation of the measurement results bring certain advantages, however the idea of the invention is not affected.

Anstelle von als elektrische Widerstände betriebenen Heizelementen können auch solche Heizelemente verwendet werden, die mit einer elektrischen Entladung arbeiten. Außerdem, müssen nicht notwendigerweise Heizelemente verwendet werden, sondern ebenso können entsprechend arbeitende Kühlelemente verwendet werden, z.B. nach dem sogenannten Ieltier-Effekt arbeitende Elemente.Instead of heating elements operated as electrical resistors such heating elements can also be used, which with an electrical discharge work. In addition, heating elements do not necessarily have to be used, but also correspondingly working cooling elements can be used, e.g. elements working according to the so-called Ieltier effect.

Claims

Patent claims

1. Method of measuring the velocity of flowing gaseous or liquid media, preferably laminar flowing media in pipes and the like., by measuring the value of the output quantity of temperature-dependent ones in the medium electrical sensors, characterized in that the temperature of the medium is changed in a pulse-like manner at a predetermined, first location and that the time is measured is from the time this temperature change is made until a temperature change is detected at a second location, a predetermined distance behind in the direction of flow the first place.

2. The method according to claim 1, characterized in that measurements Made at different distances from the wall of the pipe or the like will.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the case of at least approximately laminar flow of the medium, its temperature change only over a flow cross section takes place, which is in the order of magnitude of the flow direction seen cross section of the temperature change detecting sensor lies.

4. Device for performing the method according to the claims 1 to 3, characterized in that the medium (2) flows around an electrical Heating element (4) is provided for the purpose of a measurement with an energy source (8) can be connected, that further at a predetermined distance in the direction of flow behind the heating element (4) is an electrical circuit around which the medium flows Sensor (6) is provided, which uses known switching means for differentiation (17, 18) and ggra. Amplification means (19) a switch (20) controls the one charged to a predetermined voltage at the beginning of a measurement and during a measurement via a resistor '(18) discharging capacitor (16) with a Connects display instrument (21) for the voltage of the capacitor.