DE19749524C2 - Einrichtung zum Messen des Volumenstromes eines strömenden Mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen des Volumenstromes eines strömenden Mediums, insbesondere eines Luftvolumenstromes, mit mindestens einem in der Strömung des Mediums angeordneten ersten temperaturabhängigen Widerstand, dessen jeweiliger Widerstandswert ein Maß für die Masse des strömenden Mediums ist, und mindestens einem zweiten tempera­ turabhängigen Widerstand, der außerhalb der Medienströmung dem Medium ausgesetzt ist.

Aus der DE-OS 31 03 051 ist bereits ein Durchflußmengenmesser dieser Gattung bekannt. Da normalerweise die Temperatur des strömenden Mediums nicht konstant ist, kann die Masse des Mediums nur dann korrekt ermittelt werden, wenn die jeweilige Temperatur des Mediums berücksichtigt wird, was durch den zweiten temperaturabhängigen Widerstand erfolgt, der außerhalb der Medienströmung angeordnet ist. Derartige Durchflußmengenmesser, die beispielsweise zur Erfassung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine verwendet werden, haben den Nachteil, daß sie verhältnismäßig ungenau sind und zwar umso ungenauer, je geringer das Volumen des strömenden Mediums ist. Sie eignen sich daher insbesondere nicht zur Ermittlung des Gehalts eines bestimmten Schadstoffes in der Atemluft eines Probanden, da bei den dabei angewandten physikalisch-chemischen Analyseverfahren Volu­ menströme zwischen 10 L/h und 200 L/h auftreten.

Dies gilt in gleicher Weise auch für andere Durchflußmeßeinrichtungen, die aus der JP-OS 5-164 583 und der WO 89/12803 bekannt sind, die anstelle eines Dividierers, wie er in der DE-OS 31 03 051 benutzt wird, Multiplizierer verwenden.

Aus der US-PS 4 437 339 ist des weiteren die Verwendung eines Line­ arisierungsnetzwerks bei Durchflußmengenmessern bekannt.

Zur Messung obengenannter Volumenströme sind Durchflußmesser bekannt, die nach dem Schwebekugelverfahren mit geeichten Rohren und feinteiliger, nichtlinearer Skala arbeiten. Derartige Durchflußmesser haben jedoch den Nachteil, daß sie kein elektrisches Signal zur automatischen Weiterverarbeitung in einem Rechner liefern.

Für Kontaminationsanalysen von Atemluft benötigt man ein Durchfluß­ meßverfahren, das eine kontinuierliche, druckverlustarme und thermisch rückwirkungsfreie Messung des Volumenstromes unabhängig von der Temperatur des Analysevolumens erlaubt. Zudem besteht bei modernen Meßeinrichtungen der Wunsch nach einem analogen elektrischen Ausgangssignal, einer Rechnerschnittstelle, einer digitalen Anzeige, automatischer Bereichsumschaltung, einer Integration des Volumen­ stromes und damit einer direkten Volumenangabe, einer Voreinstellung des zu analysierenden Volumens, einer Endabschaltung, nach Über­ wachungsfunktionen sowie einer Spannungsversorgung mit 24 V Gleich­ spannung. Diesen Anforderungen wird bisher keine der verfügbaren Meßeinrichtungen gerecht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Volumenstrommeßeinrichtung zu schaffen, die nicht nur die vorgenannten Forderungen erfüllt, sondern auch zur Messung kleiner Volumenströme geeignet ist. Zudem soll die Meßeinrichtung möglichst wenig aufwendig in der Herstellung sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Widerstand und der zweite Widerstand von mindestens einer Stromquelle gespeist sind, daß die am ersten Widerstand abfallende Spannung und die am zweiten Widerstand abfallende Spannung einem ersten Differenzverstärker sowie die am zweiten Widerstand abfallende Spannung und eine Referenzspannung einem zweiten Differenzverstärker zugeführt sind und daß die Ausgänge der beiden Differenzverstärker mittelbar oder unmittelbar mit einem Multiplizierer in Verbindung stehen, der durch die Multiplikation der über die mittelbare oder unmittelbare Verbindung zugeführten Größen die Temperaturabhängigkeit der Dichte des strömenden Mediums berücksichtigt und der über eine Linea­ risierungsstufe für die Funktion U = f(V), wobei U die Ausgangsspannung des ersten Differenzverstärkers und V der Volumenstrom ist, mit einem Anzeigeinstrument verbunden ist.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die am Ausgang des ersten Differenzverstärkers auftretende Spannung zwischen 10°C und 40°C fast gänzlich vom Temperatureinfluß befreit. Da jedoch der Massenstrom m des strömenden Mediums die Abkühlung oder Erwärmung der NTC- Widerstände bewirkt, andererseits aber der Volumenstrom V bestimmt werden soll, muß die Temperaturabhängigkeit der Dichte des strömenden Mediums, in vorliegendem Fall der Luft, berücksichtigt werden. Dies erfolgt dadurch, daß die dem temperaturkompensierten Massenstrom m proportionale Spannung multiplikativ mit der Temperatur des strömenden Mediums bewertet wird. Die Ausgangsspannung des Multiplikators stellt eine nichtlineare Funktion mit einer hohen Steilheit im Anfangsbereich dar, die Voraussetzung für die Erfassung kleiner und sehr kleiner Volumenströme ist: bei kleiner Veränderung des Volumenstroms erhält man größere, gut auswertbare Meßspannungsänderungen als bei großen Volumenstromänderungen. Da es wünschenswert ist, ein Anzeigesignal zu erhalten, das proportional zum Volumenstrom ist, wird die Multi­ plikatorausgangsspannung linearisiert, beispielsweise durch Verwendung eines Tabellenspeichers in Form eines EPROM. Der jeweilige Spei­ cherwert hat diejenige Größe, die die nichtlineare Funktion zur benötigten Nullpunktgeraden ergänzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind als temperaturabhängige Widerstände solche mit einem negativen Temperaturkoeffizienten, also NTC-Widerstände, vorgesehen. Nichtsdestoweniger können auch tem­ peraturabhängige Widerstände mit positiven Temperaturkoeffizienten, also sogenannte PTC-Widerstände, beispielsweise Platin-Folien-Wider­ stände, benutzt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind dem ersten und dem zweiten Widerstand jeweils eine Konstantstromquelle zugeordnet. Mit einer so aufgebauten Einrichtung lassen sich kleine und sehr kleine Volumenströme mit einem relativ kleinen Meßfehler einwandfrei erfassen.

Ein Gedanke zur Weiterbildung der Erfindung in Hinblick auf das Messen sehr kleiner und kleinster Volumenströme, die mit der vorbe­ beschriebenen Einrichtung nur mit dem Nachteil eines größeren relativen Meßfehlers bestimmt werden können, bezieht sich auf meßtechnische Auswertung des Anstiegs der Funktion U = f(V).

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform einer solchen Einrichtung ist der erste Widerstand in Strömungsrichtung des Mediums beweglich im strömenden Medium angeordnet und die jeweilige Änderung des Anstiegs des Wertes der Ausgangsspannung an dem ersten Dif­ ferenzverstärker wird erfaßt und dem Multiplizierer zugeführt. Bei der Bewegung des Widerstandes in Strömungsrichtung des Mediums ergibt sich zusätzlich zu der Bestimmungsgröße V die konstante Änderung von ± ΔV und somit am Ausgang des ersten Differenzverstärkers eine Ausgangsspannung von U ± ΔU wovon ΔU für die Bestimmung von V von Bedeutung ist, da der Volumenstrom V = const./(ΔU)² ist, wie sich aus der Wurzelgleichung U = k√V ableiten läßt. Durch Messung der Span­ nungsänderung ΔU, die von der aufgeprägten Geschwindigkeitsänderung des ersten Widerstandes herrührt, ist also der Volumenstrom V be­ stimmbar.

Die Bewegung des ersten Widerstandes in der Strömungsrichtung des Mediums kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Denkbar ist eine durch eine Spindel oder einen Exzenter hervorgerufene Longitudinalbewegung. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, den ersten Widerstand im freien Endbereich eines einseitig drehbar gelagerten Hebels anzuordnen, der mit einem von einem variablen Strom beaufschlagten, den Hebel drehenden elektrodynamischen System ver­ bunden ist.

Vorteilhafter ist jedoch die Anordnung des ersten Widerstandes im freien Endbereich eines einseitig eingespannten piezoelektrischen Biege­ elements, das von einer variablen Spannung beaufschlagbar ist. Eine solche Lösung ist besonders raumsparend, enthält keine mechanisch bewegten und damit verschleißenden Teile und läßt sich ohne großen Aufwand realisieren.

Eine andere vorteilhafte Ausführung besteht darin, den ersten Widerstand unbeweglich im strömenden Medium anzuordnen, die Mediumsströmung durch eine Pulseinrichtung vorzugsweise harmonisch zu modulieren und den jeweiligen Anstieg des Wertes der Ausgangsspannung an dem ersten Differenzverstärker zu erfassen und dem Multiplizierer zuzuführen.

Die Speisung des ersten und des zweiten Widerstandes erfolgt bei einer solchen Ausführungsform vorteilhafterweise mit jeweils einer Konstant­ stromquelle.

Bei einer anderen, besonders vorteilhaften Ausführungsform einer solchen, die Änderung des Anstiegs des Wertes der Ausgangsspannung erfassenden Einrichtung sind der erste und der zweite Widerstand als temperaturabhängige Widerstände mit einem positiven Temperaturko­ effizienten ausgebildet, dem ersten Widerstand eine Stromquelle mit einem gegen die Ansprechverzögerungszeit des ersten Widerstandes sich langsam verändernden Strom zugeordnet und dem zweiten Widerstand eine Konstantstromquelle, wobei die jeweilige Änderung des Ausgangsspannungsanstiegs erfaßt und dem Multiplizierer zugeführt wird.

Diese Ausführungsform geht von der Erkenntnis aus, daß bei Speisung des ersten Widerstandes mit einem langsam zeitveränderlichen Strom am ersten Differenzverstärker eine Ausgangsspannung ΔU erscheint, die bei klei­ nem Volumenstrom V groß und bei großem Volumenstrom V klein ist. Man kann also die langsame Bewegung des ersten Widerstandes in der Medienströmung durch eine langsame Änderung des ihn speisenden Stromes ersetzen. Dies bedeutet, daß diese erfindungsgemäße Ein­ richtung ohne bewegliche Teile auskommt, sie also mit besonderes geringem Aufwand realisierbar ist. Dies ist der besondere Vorteil einer solchen Einrichtung mit temperaturabhängigen Widerständen mit po­ sitivem Temperaturkoeffizienten.

Um den von der Temperatur abhängigen Meßfehler dieser Einrichtung möglichst klein zu halten, empfiehlt es sich, die dem zweiten Widerstand zugeordnete Konstantstromquelle durch eine Stromquelle mit einem sich langsam verändernden Strom und einem nachgeschalteten Tiefpass zu substituieren. Aus dem gleichen Grunde empfiehlt es sich, daß beide Stromquellen gleiches Zeitverhalten aufweisen und zeitsynchronisiert sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist zur Erfassung der jeweiligen Änderung des Anstiegs des Wertes der Ausgangsspannung an dem ersten Differenzverstärker eine Schaltung zum Feststellen der minimalen und der maximalen Ausgangsspannung und deren Differenz­ bildung vorgesehen.

Ist die erfindungsgemäße Einrichtung zum Erfassen des Volumens eines strömenden Mediums, insbesondere des Luftvolumens zur Messung der Schadstoffbelastung von Atemluft vorgesehen, empfiehlt es sich, den Ausgang der Linearisierungsstufe mit einer Integrationsstufe zu be­ schalten. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, als Integra­ tionsstufe ein frei programmierbares Gate Array vorzusehen.

Solche frei programmierbaren Gate Arrays werden üblicherweise als Kopplungsknoten für wiederholte programmierbare Durchschaltungen bestimmter Potentiale verwendet. Da ein Durchschaltpunkt eine binäre Speicherzelle darstellt, lassen sich mit solchen Gate Arrays auch Rechen­ aufgaben kleineren Umfangs durchführen. Da sie weniger als Mikro­ prozessoren kosten, ist eine so aufgebaute Integrationsstufe mit be­ sonders geringem Aufwand realisierbar.

Nach einem Gedanken zur Weiterbildung der Erfindung können Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 3 und solche gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 4 oder desjenigen des Anspruches 9 kombiniert werden, mit Schaltmitteln zum Umschalten von der einen Betriebsart auf die andere in Abhängigkeit von der Größe des Volumenstromes. Die Schaltmittel können dabei von Hand betätigbar sein oder, was besonders vorteilhaft ist, selbsttätig bei Unter- bzw. Überschreiten eines vorgegebenen Volumenstromes.

Wie erinnerlich, ist die Einrichtung mit Merkmalen gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 3 besonders gut zur Erfassung kleiner und sehr kleiner Volumenströme mit kleinem Meßfehler geeignet, während eine Einrich­ tung mit Merkmalen gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 4 oder des Anspruches 9 zur Erfassung sehr kleiner und kleinster Volumenströme bei kleinem Meßfehler heranzuziehen sein wird. Vor diesem Hintergrund führt die Kombination beider Meßverfahren in einem einzigen Meßgerät zu einem optimal einsetzbaren Meßgerät.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die drei Ausführungsbeispiele enthält, näher erläutert. Es zeigen im einzelnen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Messen des Volumenstromes eines Mediums durch Heranziehen des Differenzverstärkerausgangsspannungswertes,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Messen des Volumenstromes eines Mediums durch Heranziehen des Differenzverstärkerausgangsspannungsanstiegs,

Fig. 3 ein Signalflußdiagramm einer Einrichtung zum Messen sowohl kleiner und sehr kleiner als auch sehr kleiner und kleinster Volumenströme,

Fig. 4 eine mögliche Anordnung der beiden temperaturab­ hängigen Widerstände in einem Meßrohr, und

Fig. 5 ein Meßrohr mit den beiden temperaturabhängigen Widerständen und einer Pulseinrichtung.

Die Einrichtung zum Messen kleiner und sehr kleiner Volumenströme besteht, wie den Fig. 1 und 4 entnehmbar ist, aus einem ersten NTC- Widerstand 1, der im Meßrohr 2 unmittelbar der Strömung des Mediums ausgesetzt ist, dessen Volumenstrom gemessen werden soll, und einem zweiten NTC-Widerstand 3, der außerhalb der Strömung des Mediums, aber in Berührung mit dieser, in einem stömungsberuhigten Sack 4 des Meßrohres 2 angeordnet ist.

Die beiden NTC-Widerstände 1 und 3 werden jeweils von einer Konstantstromquelle 5 bzw. 6 mit einem konstanten Strom gespeist, der den jeweiligen Widerstand auf die gleiche Temperatur erwärmt, so daß beide Widerstände auf demselben Arbeitspunkt liegen. Die an den beiden Widerständen abfallenden Spannungen werden einem ersten Differ­ enzverstärker 7 zugeführt, dessen Ausgangsspannung U proportional dem Massenstrom m ist. Die Ausgangsspannung U ist zwischen 10°C und 40°C nahezu vollständig vom Temperatureinfluß befreit.

Da der Meßeffekt, nämlich die Abkühlung des NTC-Widerstandes 1, durch den Massestrom zustande kommt, muß die Temperaturab­ hängigkeit der Dichte des Mediums berücksichtigt werden, um den Volumenstrom bestimmen zu können. Dies erfolgt dadurch, daß die am zweiten NTC-Widerstand 3 abfallende Spannung zusammen mit einer Referenzspannung zum Abgleich auf eine Nenntemperatur von 20°C einem zweiten Differenzverstärker 8 zugeführt wird und die Aus­ gangsspannung dieses Differenzverstärkers 8 einem Multiplizierer 9, dessen anderer Eingang von dem Ausgangssignal des ersten Dif­ ferenzverstärkers 7 beaufschlagt ist. Die am Ausgang des Multiplizierers 9 erscheinende Spannung ist mit dem Volumenstrom durch die Funktion U = f(V) verbunden. Es handelt sich um eine Wurzelfunktion, deren Kennlinie im Anfangsbereich eine hohe Steilheit aufweist, die Vor­ aussetzung für die Erfassung kleiner und sehr kleiner Volumenströme V ist. Bei bestimmter kleiner Veränderung von V erhält man größere, gut auswertbare Meßspannungsänderungen von U als bei großem Volu­ menstrom V.

Da es wünschenswert ist, ein Anzeigesignal zu erhalten, das streng proportional zu V ist, wird nach Digitalisierung der Ausgangsspannung des Multiplizierers 9 durch einen Analog-Digital-Wandler 10 zur Linearisierung ein EPROM 11 herangezogen. Der jeweilige Speicherwert hat diejenige Größe, die die Wurzelfunktion zur benötigten Geraden durch den Nullpunkt ergänzt. Das binäre Datenwort der jeweils vorliegenden Spannung U stellt die Adresse der aufzurufenden Speicherzelle dar.

Das Ausgangssignal des EPROM 11 kann über einen Wandler 12 zur Anzeige des Volumenstroms pro Zeiteinheit und über eine Integra­ tionsstufe 13 zur Anzeige der Gesamtmenge des Volumenstromes herangezogen werden. Die Integrationsstufe 13 besteht aus einem frei programmierbaren Gate Array, was eine besonders kostengünstige Lösung darstellt.

Wie ersichtlich, kann zwischen dem Multiplizierer 9 und dem Analog- Digital-Wandler 10 über einen Spannung-Strom-Wandler 14 ein Ana­ logausgang für SPS geschaffen werden, sowie zwischen dem EPROM 11 und dem Wandler 12 ein Ausgang für eine serielle Rechnerschnittstelle.

Eine Einrichtung zum Messen sehr kleiner und kleinster Volumenströme ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Einrichtung werden anstelle der NTC- Widerstände 1 und 3 sogenannte PTC-Widerstände verwendet, die mit 15 und 16 bezeichnet sind und jeweils von einer Stromquelle 17 und 18 mit einem Strom I = I_c + i sin(ωt) beaufschlagt sind, wobei zwischen der Stromquelle 18 und dem PTC-Widerstand 16 ein Tiefpass 19 angeordnet ist. Zur zeitlichen Synchronisation beider Stromquellen ist ein Steuer­ generator 20 vorgesehen, der darüber hinaus auch die Meßablauf­ steuerung 21 triggert.

Die am PTC-Widerstand 15 abfallende Spannung und die am PTC- Widerstand 16 abfallende Spannung werden den Eingängen des Differ­ enzverstärkers 7 zur Verfügung gestellt und die am PTC-Widerstand 16 abfallende Spannung zusammen mit einer Referenzspannung dem Differ­ enzverstärker 8.

Die Ausgangsgröße des Differenzverstärkers 7 liefert bei einem bestimmten Massestrom eine sinusförmige Ausgangsspannung U ± ΔU, die einen Maximalwert U_max und einen Minimalwert U_min aufweist. Der Maximal- und der Minimalwert werden jeweils mit den Stufen 22 und 23 erfaßt und einem Differenzverstärker 24 zugeführt, der daraus ein Ausgangssignal von 2ΔU bildet. Der Meßablauf und die Bereitstellung dieser Größe mit einem Sample-Schalter 25 werden von dem Steuer­ generator 20 in Verbindung mit der Meßablaufsteuerung 21 gesteuert. Der erhaltene Wert 2ΔU ist proportional zum Kehrwert der Wurzel des Massestroms.

Um ein Signal zu erzeugen, das proportional zum Massestrom ist, muß noch quadriert und vom Ergebnis der Kehrwert gebildet werden. Diesen Maßnahmen dient der Quadrierer 26 und der Dividierer 27.

Wie bei der zuvor beschriebenen Einrichtung muß der so erhaltene Massestrom m einer Temperaturbewertung unterzogen werden, um zum Volumenstrom V zu gelangen. Hierzu werden das Massestromsignal und das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 7 über jeweils einen Analog-Digital-Wandler 28 bzw. 29 einem Multiplizierer 9' zugeführt. Die Ausgangsspannung des Multiplizierers 9' hängt nichtlinear mit dem Volumenstrom zusammen und wird in einem EPROM 11' linearisiert. Die weitere Signalverarbeitung erfolgt wie bei der zuvor beschriebenen Einrichtung, wobei der Analogausgang nunmehr dem EPROM-Ausgang über einen Digital-Analog-Wandler 30 und einen Spannung-Strom- Wandler 31 zugeordnet ist. Ebenfalls dem EPROM-Ausgang ist die serielle Rechnerschnittstelle zugeordnet. Mit 32 und 33 sind die Anzeigeeinrichtungen bezeichnet.

Die Bestromung der PTC-Widerstände 15 und 16 kann auch mit einem Rechteckstrom plus Gleichstrom-Offset anstelle der Sinusbestromung erfolgen. Grundsätzlich besteht kein Unterschied für die Spannungsaus­ wertung. Man muß lediglich beim jeweiligen Maximum und Minimum des Stromes so lange warten, bis nach einem Vielfachen der Widerstand­ zeitkonstanten die Maximalspannung U_max und die Minimalspannung U_min verfügbar sind. Dadurch ergeben sich auch Schaltungsvereinfachungen für die Abfrage von U_max und U_min, was mit sample-and-hold-Technik erfol­ gen kann. Das Schaltungskonzept läßt sich auf diese Weise kosten­ günstiger realisieren.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung können die PTC-Widerstände 15 und 16 und die dazugehörigen Stromquellen 17 und 18 sowie der Tiefpass 19 durch die NTC-Widerstände 1 und 3 und die dazugehörigen Konstantstromquellen 5 und 6 substituiert werden, sofern die NTC- Widerstände 1 und 3 in einem Meßrohr mit einer Pulseinrichtung angeordnet sind. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, weist das Meßrohr 2' einen strömungsberuhigten Sack 4' sowie in Strömungsrichtung vor dem NTC-Widerstand 1 einen Querstutzen 34 auf, an dessen Ende eine Pulseinrichtung 35 angeflanscht ist.

Das in Fig. 3 dargestellte Signalflußdiagramm basiert, wie ersichtlich, auf einem Meßrohraufbau, wie er in Fig. 5 dargestellt und oben bereits beschrieben ist. Nach dem Einschalten des Gerätes wird abgefragt, ob die erste Messung stattfindet, und zwar mit der Entscheidungsstelle 36. Ist dies der Fall -"ja"-, werden die nach dem Ausschlagverfahren ermittelten Werte zur Überprüfung herangezogen, ob eine Meßbe­ reichsüberschreitung vorliegt. Ist dies der Fall, wird das Kennsymbol dafür von der Ausgabe 37 angezeigt. Die Ermittlung der Werte im Aus­ schlagverfahren erfolgt durch die im linken Teil der Fig. 3 dargestellte Schaltung, wobei die Pulseinrichtung 35 abgeschaltet ist. Liegt keine Bereichsüberschreitung vor -"nein"-, wird das nach dem Ausschlag­ verfahren ermittelte Massestromsignal an den Multiplizierer 9 wei­ tergeleitet, wo es mit dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers 8 multipliziert wird. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 9 wird der Linearisierungsstufe 11" zugeführt, die den Volumenstrom dV/dt er­ rechnet, der in der Ausgabeeinheit 32 angezeigt wird. Das geschieht mit einem Rechenalgorithmus, der grundsätzlich die weiter oben erwähnte Rechenoperation der Stufe 11 umfaßt. Insoweit ist der in Fig. 3 vorliegende Verfahrensablauf gegenüber demjenigen in Fig. 1 (Ausschlagverfahren) verändert. Der so ermittelte Volumenstrom kann fehlerhaft sein, weil die Verstärkung der Differenzverstärker 7 und 8 noch nicht optimal eingestellt ist. Das erfolgt mit jeder weiteren Messung durch die Stufe 38. Mit dem dann erhaltenen Signal wird in der Stufe 39 geprüft, ob ein kleiner Volumenstrom dV/dt im Vergleich zum Umschaltwert (dV/dt)_U vorliegt. Ist dies nicht der Fall -"nein"-, erfolgt die weitere Messung im Ausschlagverfahren.

Liegt ein kleiner Volumenstrom dV/dt gegenüber dem Umschaltwert (dV/dt)_U vor -"ja"-, was in der Stufe 39 geprüft wird, wird die Puls­ einrichtung 35 aktiviert und das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 7 wird nach dem Anstiegsverfahren ausgewertet, das in Fig. 2 dar­ gestellt und in der dazugehörigen Beschreibung erläutert ist. Das für den Volumenstrom signifikante Ausgangssignal des Multiplizierers 9' wird in der Stufe 11" in den Volumenstrom dV/dt umgerechnet und zwar mit einem Rechenalgorithmus, der grundsätzlich die weiter oben erwähnten Rechenoperationen in den Stufen 11', 26 und 27 umfaßt. Insoweit ist der in Fig. 3 vorliegende Verfahrensablauf gegenüber demjenigen in Fig. 2 (Anstiegsverfahren) verändert.

Claims (16)

1. Einrichtung zum Messen des Volumenstromes eines strömenden Mediums, insbesondere eines Luftvolumenstromes, mit mindestens einem in der Strömung des Mediums angeordneten ersten temperaturabhängigen Widerstand (1, 15), dessen jeweiliger Widerstandswert ein Maß für die Masse des strömenden Mediums ist, und mindestens einem zweiten temperaturabhängigen Widerstand (3, 16), der außerhalb der Medienströmung dem Medium ausgesetzt ist und dessen Widerstandswert ein Maß für die Temperatur des strömenden Mediums ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wider­ stand (1, 15) und der zweite Widerstand (3, 16) von mindestens einer Stromquelle (5, 6; 17, 18) gespeist sind, daß die am ersten Widerstand (1, 15) abfallende Spannung und die am zweiten Widerstand (3, 16) abfallende Spannung einem ersten Differenzverstärker (7) sowie die am zweiten Widerstand (3, 16) abfallende Spannung und eine Referenz­ spannung einem zweiten Differenzverstärker (8) zugeführt sind und daß die Ausgänge der beiden Differenzverstärker (7, 8) mittelbar oder unmittelbar mit einem Multiplizierer (9, 9') in Verbindung stehen, der durch Multiplikation der über die mittelbare oder unmittelbare Verbindung zugeführ­ ten Größen die Temperaturabhängigkeit der Dichte des strömenden Mediums berücksichtigt und der über eine Lineari­ sierungsstufe (11, 11') für die Funktion U = f(V), wobei U die Ausgangsspannung des ersten Differenzverstärkers (7) und V der Volumenstrom ist, mit einem Anzeigeinstrument (32, 33) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als temperaturabhängige Widerstände NTC-Widerstände (1, 3) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Wert der Ausgangsspannung an dem ersten Differenzverstärker (7) unmittelbar dem Multiplizierer (9) zugeführt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (15) in Strömungsrichtung des Mediums beweglich im strömenden Medium angeordnet ist und daß der jeweilige Anstieg des Wertes der Ausgangsspannung an dem ersten Differenzverstärker (7) von einer Erfassungs­ einrichtung erfaßt wird, deren Ausgang dem Multiplizierer (9') zugeführt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (15) im freien Endbereich eines einseitig drehbar gelagerten Hebels angeordnet ist, der mit einem von einem variablen Strom beaufschlagten, den Hebel drehenden elektrodynamischen System verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (15) im freien Endbereich eines einseitig eingespannten piezoelektrischen Biegeelementes angeordnet ist, das von einer variablen Spannung beauf­ schlagbar ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (15) unbeweglich im strömenden Medium angeordnet ist, die Mediumsströmung durch eine Pulseinrichtung (35) vorzugsweise harmonisch moduliert ist und der jeweilige Anstieg des Wertes der Ausgangspannung an dem ersten Differenzverstärker (7) erfaßt und dem Multiplizierer (9') zugeführt ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten und dem zweiten Widerstand (1, 3) jeweils eine Konstantstromquelle (5, 6) zugeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erster und zweiter Widerstand temperaturabhängige Widerstände (15, 16) mit einem positiven Temperaturkoeffi­ zienten vorgesehen sind, daß dem ersten Widerstand (15) eine Stromquelle (17) mit einem gegen die Ansprechver­ zögerungszeit des ersten Widerstandes (15) sich langsam verändernden Strom zugeordnet ist und dem zweiten Wider­ stand (16) eine Konstantstromquelle und daß die jeweilige Änderung des Anstiegs des Wertes der Ausgangsspannung an dem ersten Differenzverstärker (7) von einer Erfassungsein­ richtung erfaßt wird, deren Ausgang dem Multiplizierer (9') zugeführt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zweiten Widerstand (16) zugeordnete Konstant­ stromquelle durch eine Stromquelle (18) mit einem sich langsam verändernden Strom und einem nachgeschalteten Tiefpass (19) substituiert ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stromquellen (17, 18) gleiches Zeitverhalten auf­ weisen und zeitsynchronisiert sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der jeweiligen Änderung des Anstiegs des Wertes der Ausgangsspannung an dem erstem Differenzverstärker (7) eine Schaltung (22, 23, 24) zum Feststellen der minimalen und der maximalen Ausgangs­ spannung und deren Differenzbildung vorgesehen ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen des Volumens eines strömenden Mediums, insbesondere des Luftvolumens zur Messung der Schadstoffbelastung von Atemluft, der Ausgang der Linearisierungsstufe (11, 11') mit einer Integrations­ stufe (14) verbunden ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Integrationsstufe (13) ein frei progammierbares Gate Array vorgesehen ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß umschaltbar zur Zuführung des erfaßten jeweiligen Anstiegs des Wertes der Ausgangsspannung am ersten Differenzverstärker (7) dem Multiplizierer (9, 9') auch der jeweilige Wert der Ausgangsspannung am ersten Differenzver­ stärker (7) unmittelbar zuführbar ist, wobei die Schalt­ mittel zum Umschalten in Abhängigkeit von der Größe des Volumenstromes arbeiten.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung selbständig bei Unter- bzw. Überschreiten eines vorgegebenen Volumenstromes erfolgt.