DE1947828A1 - Verfahren zum Messen des Massenflusses eines stroemenden Mediums - Google Patents

Verfahren zum Messen des Massenflusses eines stroemenden Mediums

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DE1947828A1
DE1947828A1 DE19691947828 DE1947828A DE1947828A1 DE 1947828 A1 DE1947828 A1 DE 1947828A1 DE 19691947828 DE19691947828 DE 19691947828 DE 1947828 A DE1947828 A DE 1947828A DE 1947828 A1 DE1947828 A1 DE 1947828A1
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temperature
flow
flowing medium
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heated
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DE19691947828
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Chipperfield Victor James
Thompson Lionel Raymond
Rodgers Maurice Sydney
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Hawker Siddeley Dynamics Ltd
Original Assignee
Hawker Siddeley Dynamics Ltd
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    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
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    • G01P5/12—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables using variation of resistance of a heated conductor
    • G—PHYSICS
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    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
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Description

DR. KURT-RUDOLF EIKENBERG PATENTANWALT HANNOVKR · SCHACK8TRAS8E 1 · TELEFON (0811) 8140 68 · KABEL PATENTION HANNOVER
j Hawker Siddeley Dynamics Ltd. 240/433
Verfahren zum Messen des Massenflusses eines strömenden Mediums
0 0 9 8 U / U 2 9
Of=WGlNAt INSPECTED
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Wärmeleitfähigkeit und insbesondere zum Messen des i Massenflusses eines strömenden Mediums.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß : ein wärmeleitender Körper in die Strömung eingebracht wird,
dem im Inneren eine konstante Heizleistung zugeführt wird und dessen resultierende Temperatur gemessen wird.
Um den Einfluss der endlichen Wärmeleitfähigkeit des Körpermaterials zu verringern, sowie um die Zeitkonstante unter sich ändernden Bedingungen zu verkleinern und um Heizleistung einzusparen, ist es vorteilhaft, daß die Temperaturen des beheizten Körpers an einer Stelle zwischen der Heizquelle und einer mit dem strömenden Medium sich in Kontakt befindenden Oberfläche des Körpers, vorzugsweise so nahe wie möglich an der Grenzschicht zwischen beheiztem Körper und strömenden Medium, gemessen wird. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn eine zweite Temperaturmessung vermittels eines unbeheizten Vergleichskörpers von gleicher Größe und Gestalt sowie gleichem Material und unter den gleichen Strömungsverhältnissen erfolgt.
Es kann gezeigt werden, daß die Differenz zwischen der Temperaturmessung des beheizten Körpers und der Umgebungstemperatur, wie sie in dem unbeheizten Körper gemessen wird, bei jeder konstanten, dem beheizten Körper zugeführten Heizleistung in einem direkten Verhältnis zu der Größe des spezifischen Massenflusses und zu der Wärmeleitfähigkeit und der spezifischen Wärme des strömenden Mediums steht. Es kommt folgende Gleichung zur Anwendung:
0 0 98 U/U29
ORfGlNAL INSPECTED Es bedeuten: P = zügeführte Heizleistung
9φ = Grenzschichttemperatur zwischen beheiztem Körper und strömenden Medium
θ_ = Temperatur des strömenden Mediums
C_ = Wärmeleitfähigkeit des strömenden Mediums
SD a spezifische Wärme des strömenden
Mediums bei konstantem Volumen
M - = Massenfluß des strömenden Mediums ι pro Flächeneinheit senkrecht zur
Strömungsrichtung
K, r: = Konstanten
Der Einfluß von C auf das Meßergebnis des Massen flusses kann durch Modifizieren des Ausgangssignals des Temperatur-Meßfühlers, der die Umgebungstemperatur des strömenden Mediums mißt, beseitigt werden. Zum Beispiel kann bei einem Platin-Widerstandsthermometer ein mit diesem in Serie geschalteter Korrekturwiderstand benutzt
0 0 981 4/U29
BAD O
INSPECTED
werden, der so gewählt ist, daß damit der Einfluß der
Veränderung von Ce mit der Temperatur ausgeglichen werden kann, über den jeweiligen Einsatzbereich der Vorrichtung ist die Veränderung von S_ nur gering und kann vernachlässigt werden.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren
anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Prinzipskizze, die die" wärmeleitenden, in einer Strömung sich befindenden -Körper veranschaulicht,
Figur 2 ein Blockschaltbild einer geeigneten
elektrischen Schaltung,
Figur 3 ein anderes Ausführungsbeispiel, vergleichbar der Anordnung gemäß Figur 1.
Wie in Figur 1 dargestellt, werden die wärmeleitenden Körper A und B, die hinsichtlich des Materials, ihrer Größe und Gestalt gleich sind, unter den gleichen Strömungsverhältnissen einem in Richtung des Pfeiles F durch den
Kanal 22 strömenden Medium ausgesetzt. Die beiden Körper
sind auf einer wärmeisolierenden Grundplatte 20 angeordnet und durch eine wärmeisolierende Zwischenwand 21 voneinander getrennt. Der Körper A wird vermittels einer inneren Heizqu'elle mit konstanter Leistung P beheizt, während der Ver-
0098 1 kl U29
ORK3INAL INSPECTED
gleichskörper B ungeheizt "bleibt. Die sich bei jedem Körper A und B an oder nahe der Oberfläche einstellende Temperatur wird vermittels eines temperaturempfindlichen Meßfühlers gemessen. i
Nachdem die Temperaturmessung θ des Vergleichs-
körpers durch eine temperaturabhängige Punktion korrigiert ; ; worden ist, um den Einfluß der Veränderlichkeit von C_ mit
der Temperatur auszugleichen, wird die Temperaturdiffe - \ ·.
renz zwischen der Temperaturmessung O0, des beheizten Kör- ι ;
pers und der Temperaturmessung O des Vergleichskörpers j ΐ
festgestellt. Das Differenz-Ausgangssignal ist der Quadrat- j j
wurzel des spezifischen Massenflusses umgekehrt proportio - ι ι
nal. : ·
Bei einigen Anwendungsfällen kann es wünschenswert : j
sein, die Tatsache, daß die Meßmethode besonders empfind- ' |
lieh auf Veränderungen der Wärmeleitfähigkeit des strömenden j |
Mediums reagiert, dahingehend auszunutzen, die Veränderungen I
infolge von Verunreinigungen in dem strömenden Medium oder I j
infolge von Zusammensetzungsänderungen des strömenden Mediums usw. festzustellen. Zum Beispiel kann das Verfahren dazu benutzt werden, die Anwesenheit von Methan in einer Kohlenmine oder die Veränderung der Flüssigkeitsströmung j in einer Rohrleitung anzuzeigen. \
j In Figur 2 ist ein elektrisches Schaltbild dargestellt. j
Der Körper A wird hierbei durch ein elektrisches Wider- | Standsheizelement 11 konstanter Leistung beheizt. An den j elektrischen Widerstandstemperaturmessern 1 2 und 1 3 in j den Körpern A bzw. B liegt über verhältnismäßig große Wider- ;
Q098U/U29
stände R^ und R,- eine konstante Spannung (V.. - Vg), um einen im wesentlichen gleichmäßigen Stromfluß durch die Meßelemente 12 und 13 zu erzeugen. Die beiden über den temperaturempfindlichen Widerständen 12 und 13 abgegriffenen Signalspannungen werden über Summierungswiderstände R1 + R2 auf einen Betriebsverstärker 15 gegeben, an dem ebenfalls eine die Temperatur korrigierende Vorspannung V, über einen Widerstand R, anliegt. Eine Verstärker-Rückkopplung erfolgt durch einen Gegenkopplungswiderstand Rg und einen parallel geschalteten Dioden-Unterbrecher 14» oder eine entsprechende Schaltung, um die Verstärkeraus gangsspannung VQ zu linearisieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dazu benutzt -werden, den Zufluß eines aufgeheizten strömenden Mediums zu messen. Indem zum Beispiel bei einem zentralen Heizungssystem der Massenfluß des zirkulierenden Wassers gemessen wird, und durch eine weitere ausgewählte Größe die Tem peraturveränderung zwischen WassereinlaS und Wasserauslaß j eines individuellen Verbrauchers festgestellt wird, j ist es leicht möglich, ein einfaches System zum Messen j der von jedem indidviduellen Verbraucher entnommenen Wärmemenge vorzusehen. Dieses System ist besonders in Wohnblöcken mit einer Warmluft- oder Warmwasserzentralheizung anwendbar.
! Vorteilhaft ist auch die Anwendung von zwei oder ; mehreren solcher Massenfluö-Meßgeräten« um zwei oder mehrere j Strömungskomponenten eines strömenden Mediums anzuzeigen. j Als Beispiel wird die Pahrtmessung eines Schiffes angeführt. Die Messung der Seewasserströmung erfolgt nicht nur nach vorne und achter-aus, wodurch die Vorwärts-
009814/U29
-ORIGINAL !NSPECTEO
komponente der Schiffsgeschwindigkeit festgestellt wird, sondern ebenso dwarsschif fs ,wodurch die seitliche Abdrift ; festgestellt wird. Zu diesem Zweck können zwei Massenfluß-
Meßgeräte in rechtwinklig zueinander angeordneten Höhren j Verwandt werden« um die beiden orthogonalen Komponenten \ der Strömung anzuzeigen.
■ Der Massenfluß in großen Leitkanälen oder dort, wo eine laminare Strömung vorherrscht, kann gemessen wer-' den, wenn Ablenkvorrichtungen oder Störwände benutzt werj den« um um das Meßinstrument herum Wirbel zu erzeugen. j Diese Störwände sind hinsichtlich ihrer Größe und Gestalt so auszuwählen* daß eine zuverlässige Messung des gesamten Massenflusses in dem'Leitungskanal gegeben ist, wenn der von dem Meßinstrument angezeigte Wert des spezifischen Massenflusses mit dem entsprechenden Größenfaktor des Leitungskanals multipliziert wird«
In den Fällen, wo eine höchstmögliche Genauigkeit des Verfahrens gewünscht wird, ist es zweckmäßig, daß zwischen dem beheizte'n Körper und dem Vergleichskörper , wie in Figur 1 dargestellt, ein Wärmeschild angeordnet wird, um den Strahlungsaustausch zwischen beiden Körpern zu verhindern. Wird verlangt, daß Störungen der Strömung vermieden werden, oder daß der Einfluß von Pestteilchenablagerungen oder ähnlichem reduziert wird, dann ist es von Vorteil, wenn der beheizte Körper oder beide Körper um oder in der Wandung der Strömungsleitung oder des StrömungskanalB 22 in Kontakt mit dem strömenden Medium angeordnet werden, wie dies Figur 3 zeigt. Auch hier können wieder Vorkehrungen getroffen werden, um einen Wärmeübergang
009814/1429
ORfGfNAL INSPgCTEO
von dem beheizten Körper zu dem nicht beheizten Körper zu vermeiden. Der Kanal 22 in Figur 5 besitzt z.B. wärme· isolierende Abschnitte 23 und 24 zwischen und zu beiden Seiten der Körper A und B.
Bei weiteren Anwendungsfällen kann zum Beispiel eine Regulierung der dem innerhalb des Körpers sich befindenden Heizelement zugeführten Heizleistung erfolgen, und zwar vorzugsweise in diskreten Stufen, um eine vielseitigere Verwendung zu ermöglichen oder um die Empfindlichkeit in bestimmten Temperaturbereichen" zu steigern.
-Patentansprüche-
0098 1 kl H29
ORiGfNAL INSPECTED

Claims (14)

Patentansprüohe :
1. Verfahren zum Messen des Massenflusses oder der Wärmeleitfähigkeit eines strömenden Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß ein wärmeleitender Körper in die Strömung eingebracht wird, dem im Inneren eine konstante Heizleistung zugeführt wird und dessen resultierende Temperatur gemessen
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des "beheizten Körpers an einer Stelle zwischen der Heizquelle und einer mit dem strömenden Medium sich
in Kontakt "befindenden Oberfläche des Körpers, vorzugsweise sehr nahe dieser Oberfläche, gemessen wird. j
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Temperaturmessung vermittels eines unbeheizten Vergleichskörpers von gleicher Größe und Gestalt sowie gleichem Material und unter den gleichen Strömungsverhältnissen erfolgt und beide gemessenen Temperaturwerte voneinander abgezogen werden, um als Ergebnis eine Temperaturdifferenz zu erhalten, die eine Funktion
0098U/U29
OfilGfNAL INSPECTED
der Größe des Massenflusses des strömenden Mediums j
darstellt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, { dadurch gekennzeichnet! daß dem beheizten Körper die i
Heizleistung vermittels eines elektrischen Widerstands- ; P heizelementes konstanter Leistung zugeführt wird. '
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4i dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturmeßfühler in den beiden Körpern in Serie geschaltete, von einer konstanten Stromquelle gespeiste, ' temperaturempfindliche elektrische Widerstände verwandt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet» daß die über den beiden temperaturempfindlichen Widerständen gemessenen Signalspannungen in einem Differentialverstärker verglichen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6,dadurch gekennzeichnet« daß das Temperatursignal von dem Vergleichskörper zum Ausgleichen des Einflusses infolge Veränderungen der Wärmeleitfähigkeit des strömenden Mediums modifiziert werden kann.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis I9 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem beheizten Körper und dem Vergleichskörper ein Wärmeschild angeordnet wird.
0098U/U29 .,
ORIGINAL
TMTM*
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« daß der beheizte Körper oder beide Körper um oder in der Wandung einer Strömungsleitung oder eines Strömungskanals angeordnet werden.
j
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der dem beheizten
! Körper zugeführten konstanten Heizleistung nach Belieben
; eingestellt werden kann.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, , dadurch gekennzeichnet! daß in dem strömenden Medium um einen oder beide Körper Strömungswirbel erzeugt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Messung des Massenflussee gleichzeitig in zwei senkrecht zueinander angeordneten Richtungen erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Messung der Fahrt eines Schiffes benutzt wird.
j
14. Verfahren nach einem der Ansprüche. 1 bis 11, dadurch ! gekennzeichnet« daß es zur Durchflußmessung benutzt wird.
Lv/kä 0O98U/U29
ORIGINAL INSPECTED
DE19691947828 1968-09-24 1969-09-22 Verfahren zum Messen des Massenflusses eines stroemenden Mediums Pending DE1947828A1 (de)

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GB4537668 1968-09-24

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DE1947828A1 true DE1947828A1 (de) 1970-04-02

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ID=10436993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19691947828 Pending DE1947828A1 (de) 1968-09-24 1969-09-22 Verfahren zum Messen des Massenflusses eines stroemenden Mediums

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CH (1) CH505369A (de)
DE (1) DE1947828A1 (de)
FR (1) FR2018731A1 (de)
NL (1) NL6913067A (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3006584A1 (de) * 1980-02-22 1981-09-03 Degussa Ag, 6000 Frankfurt Thermischer durchflussmesser

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3006584A1 (de) * 1980-02-22 1981-09-03 Degussa Ag, 6000 Frankfurt Thermischer durchflussmesser

Also Published As

Publication number Publication date
FR2018731A1 (de) 1970-06-26
CH505369A (fr) 1971-03-31
NL6913067A (de) 1970-03-26

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