DE19721054A1

DE19721054A1 - Durchflußmesser für Gase und Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE19721054A1
Application number: DE1997121054
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl Ing Hoffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1998-11-26

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser für Gase und Flüssigkeiten nach dem Prinzip eines Konstanttemperatur-Anemometers und Konstanttemperatur differenz Anemometers zur Messung des spezifischen flächenbezogenen Durchflusses ρW [kg/sm²] bestehend in bekannter Weise aus einem tempe raturabhängigen Widerstand G als Meßwertgeber und Vergleichswiderstän den P und R3 ergänzt mit den festen Widerständen R1 und R2 zu einer Wheatstone'schen Brücke, sowie einer Regeleinrichtung, die den Brücken strom I im Sinne eines dauernden Brückenausgleichs regelt, dadurch ge kennzeichnet, daß neben der Spannung am Geber U_G zur Bestimmung des Geberstroms I_G der Spannungsabfall an einem der Widerstände R1 oder R2 gemessen und die elektrische Leistung am Geber Q bestimmt wird, aus der ihrerseits in einem Linearisierungsnetzwerk eine dem spezifischen Durchfluß proportionale Spannung ergibt U_Q erzeugt wird, wobei diese zur Kompensation der Fluid temperatur T mit Hilfe eines Differenzverstärkers mit dem Verhältnis (T/T₀)^ω multipliziert wird.

Durchflußmesser zur Bestimmung des spezifischen Durchflusses ρW der eingangs erwähnten Art gibt es zwar, diese haben jedoch bedeutende Nach teile:

Es wird die Spannung am Geber linearisiert, die dann so skaliert wird, daß die gewonnene Spannung dem spezifischen Durchfluß ρW proportional ist. Dadurch wird aber eine einfache Berücksichtigung der Temperatur T des Strömungsmediums unmöglich. Diese Verfahren ergibt einen systematischen Fehler, der vom Durchflußmedium abhängig ist und für Luft z. B. 0.3%/°C be trägt. Durchflußmesser nach dem Stand der Technik liefern somit nur bei der Nenntemperatur T den richtigen Spannungswert für den spezifischen Durch fluß.

Es gilt andererseits für die am meisten verwendeten zylindrischen und platten förmigen Geber:

Die Gültigkeit der exakten Beziehung (1) ist durch eigene und fremde Ex perimente hinreichend gesichert.

Hier ist A eine Konstante, die die Stoffaten und die Geometrie berücksichtigt, T die Strömungstemperatur und T₀ die Bezugstemperatur zur Bestimmung der Stoffdaten. ω ist eine mediumspezifische Konstante. Für Luft z. B. beträgt sie 0.80.

Man kann den Ausdruck (T/T₀)^ω im Bereich der interessierenden Temperatur 173<T<373 K mit einem Fehler von weniger als 0.1% linear approximieren:

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für einen Durchflußmesser derart vorzugeben, daß dieser den spezifischen Durchfluß gemäß der Beziehung (1) ermittelt und die Nachteile der Durchf lußmesser gemäß dem Stand der Technik vermeidet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß neben der Geber spannung U_G der Spannungsabfall an einem der Widerstände R1 oder R2 gemessen und so der Geberstrom I_G bestimmt wird. Die Linearisierung wird erreicht indem man zunächst das Produkt U_GI_G bestimmt und dieses anschlie- ßend quadriert. Der Spannungswert U_Q entsprechend dem Durchfluß wird schließlich mit Hilfe eines Differenzverstärkers gemäß der Beziehung (2) ver stärkt. Der so gewonnene Spannungswert UM entspricht exakt der Beziehung (1) und ist proportional dem Durchfluß ρW.

An einem Ausführungsbeispiel ausgeführt mit analogen Multiplizierern, dar gestellt in der Fig. 1 wird die Erfindung erläutert:
G ist der Meßwertgeber, der ein Hitzdraht oder eine Heißfolie sein kann. Im gegenüberliegenden Zweig der Brücke befinde sich ein temperaturabhängiger Widerstand P, der die Strömungstemperatur T fühlt. Mit ihm in Serie ist ein weiterer fester Widerstand R3 verbunden. Schließlich werden die genannten Widerstände mit zwei weiteren Widerständen R1 und R2 zu einer Wheat stone'schen Brücke ergänzt. Der Brückenstrom I wird z. B. mit einer von der DE 05 43 42 235 her bekannten Regeleinrichtung im Sinne eines dauernden Brückenausgleichs gesteuert.

Mit Hilfe des OV (OV=Operationsverstärker) IC1-A324-ID wird die Spannung am Geber G und mit Hilfe des OV ICI-A324-IC ein dem Geberstrom ent sprechender Spannungswert ermittelt. Im Funktionsblock LINEARISIERUNG, der aus zwei analogen Multiplizierern besteht, wird zunächst das Produkt U_GI_G gebildet und dieses anschließend quadriert. Der so gewonnene Spannungs wert entspricht der elektrischen Leistung am Geber U_Q und ist bis auf einen temperaturabhängigen Faktor linear proportional zum spezifischen Durchfluß. Um den spezifischen Durchfluß ρW bei einer beliebigen Fluidtemperatur T zu bestimmen, muß dieser Spannungswert noch mit dem Faktor (T/T₀)^ω multi pliziert werden.

Dies geschieht mit Hilfe des Differenzverstärkers IC2-A324-1A, wobei in der Rückkopplung ein weiterer temperaturabhängiger Widerstand angebracht ist, der ein PT1000 mit dem T_K=0.00371 Ω/°C und R_K=1 kΩ sein soll. Ferner soll das Verhältnis der Widerstände R9/R8 = 1-ω betragen.

Claims

1. Konstanttemperatur-Anemometer und Konstanttemperaturdifferenz-Anemome ter als Durchflußmesser zur Messung des spezifischen Durchflusses ρW für Gase und Flüssigkeiten bestehend in an sich bekannter Weise aus einem Ge ber G und einem oder mehreren Vergleichswiderständen P und R3 verbunden mit zwei weiteren Festen Widerständen R1 und R2 zu einer Wheatsto ne'schen Brücke und einer Regelschaltung, die den Brückenstrom in Sinne eines dauernden Brückenausgleichs steuert, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Linearisierungsnetzwerk, das z. B. aus analogen Multiplizierern be stehen kann, zunächst ein dem Produkt aus Geberstrom und Geberspannung U_GI_G entsprechender Spannungswert gewonnen und dieser anschließend quadriert wird um so einen Spannungswert U_Q linear proportional zum Durch fluß ρW zu erhalten.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Line arisierungsnetzwerk ein Microprozessor ist.

3. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeich net, daß die Temperatur des Fluids T berücksichtigt wird indem der der elektrischen Leistung am Geber entsprechende Spannungswert U_Q mit dem Faktor (T/T₀)^ω mit Hilfe eines Differenzverstärkers multipliziert wird, wobei ein temperaturabhängiger Widerstand zur Erfassung der Temperatur als Gegen kopplung dient.

4. Durchflußmesser nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der tem peraturabhängige Widerstand ein PT1000 ist mit einem Temperaturkoeffizi enten T_K wie folgt: 0.003700<T_K<0.003751 Ω/°C.

5. Durchflußmesser nach Anspruch 3 und Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Widerstände R9/R8 = 1-ω beträgt.

6. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 3, 4 und 5 dadurch gekenn zeichnet, daß der Widerstand R7 den Wert R_K/ω hat.