DE2144265A1

DE2144265A1 - Strömungsmeßgerät

Info

Publication number: DE2144265A1
Application number: DE19712144265
Authority: DE
Inventors: Patrick William London. M Peebles
Original assignee: COBB SLATER INSTR CO Ltd
Current assignee: COBB SLATER INSTR CO Ltd
Priority date: 1970-09-04
Filing date: 1971-09-03
Publication date: 1972-04-20
Also published as: FR2105276B3; FR2105276A3; IT938807B

Description

DR.-ING. RICHARD GLAWE · DIPL-ING. KLAUS DELFS · DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLL

MÜNCHEN HAMBURG MÜNCHEN

8MÜNCHEN26 2 HAMBURG 52

POSTFACH 37 WAITZSTR. 12

LIEBHERRSTR. 20 TEL. (C411) 89 22 55 TEL (08U) 22(55 48

IHRENACHRICHTVOM UNSERZEICHEN MÜNCHEN

A 15

The Cobb-Slater Instrument Company Limited

Darley Dale, Matlock / England

Strümungsmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein Strömungsmeßgerät, welches insbesondere zum Hessen bzw. Peststellen sehr kleiner Strömungen oder i-iikr ο strömungen von Flüssigkeiten oder insbesondere Gasen geeignet ist, jedoch auch bei größeren Strömungen angewendet werden kann,

Ls sind bereits Strömungsmeßgeräte fürFlüssigkeiten und Gase bekannt, die Einrichtungen aufweisen, deren elektrischer '//iderstand temperaturabhängig ist, insbesondere Thermistoren. Diese sind in dem Strömungsweg angeordnet und werden durch einen durch die Einrichtung geleiteten

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• elektrischen Strom erhitzt. Wenn das Strömungsmedium an den Einrichtungen vorbeiströmt, ändert sich deren Temperatur, und die sich hieraus ergebende Änderung des elektrischen Widerstandes ändert den elektrischen Strom in der Schill tung, in der sie liegen. Diese Änderungen des elektrischen Stroms können als Haß für die Strömungsgeschwindigkeib des Strömungsmediums verwendet werden.

ψ Derartige Einrichtungen arbeiten zufriedenstellend

bis herab zu verhältnismäßig niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten; bisher war es jedoch nicht möglich, Strömungsgeschwindigkeiten unterhalb etwa 2 cc./min befriedigend zu messen. Han nimmt an, daß dies auf örtlichen Luftkonvektionsströmungen beruht, die durch das Heizen der Thermistore entstehen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil auszuschalten oder zu verringern.

Bei dem erfindungsgemäßen Strömungsmeßgerät mit einer Einrichtung, deren elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, ist diese direkt im Strömungsweg angeordnet,und. es sind Mittel vorgesehen um den auf der einen Seite der temperaturempfindlichen Einrichtung liegenden Teil des Strömungsweges auf einer anderen Temperatur zu halten als den auf dar andsrsn Seite liegenden Teil des Strömungsweges. Auf diese weise ist es nicht erforderlich, das temperaturempfindlich a ;sli;:is/vL;

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so stark zu heizen, wie dies sonst erforderlich wäre.

Im allgemeinen ist ein gewisses Ausmaß an Erwärmung des Elementes erforderlich, jedoch kann durch Erzeugen der Temperaturschwankungen durch Heizen oder Kühlen des strömenden i-iediums der elektrische Stromfluß durch die temperaturempflindliche Einrichtung herabgesetzt werden. Hierdurch werden Örtliche Luftkonvektionsströmungen verringert und die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung insbesondere fur Mikroströmungen erhöht.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung ist das temperaturempfindliche Element ein Thermistor, wobei der Strömungsweg auf der einen Seite des Thermistors gegenüber der Raumtemperatur gekühlt und der Strömungsweg auf der anderen Seite des Thermistors geheizt wird. Auf diese V/eise bringt eine Luftströmimg durch den Strömungsweg in der einen oder anderen Richtung erhitzte oder gekühlte Luft zum Thermistor, wodurch dessen Temperatur und damit sein Widerstand geändert werden. Die Widerstandsänderung kann erforderlichenfalls verstärkt und dann als I-Iaß für die üti'omungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums verwendet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei Thermistore verwendet, die im Abstand längs des Stromungs-

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weges angeordnet sind. Die äußeren Teile des Strömungsweges werden auf Raumtemperatur gehalten und der Teil zwischen den Thermistoren wird erwärmt. Auf diese Weise bewirkt eine Luftdui'chströmung eine Kühlung des Thermistors am Eingangsende und eine Erwärmung des Thermistors am Ausgangsende, wodurch die gesamte Widerstandsänderung verstärkt wird. Die Thermistore können vorteilhafterweise in einer BrÜGkenschaltung geschaltet sein, wodurch ein zur Geschwindigkeit und Richtung der Strömung proportionales Signal erhalten werden kann.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Hessen von Flüssigkeits- oder Gasströmungen, welches darin besteht, daß man das Strömungsmedium in direktem Kontakt mit einem elektrischen Element, dessen elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist, strömen läßt, und daß man die Temperatur des Strömungsmediums auf mindestens einer Seite des temperaturempfindlichen Elementes ändert und die. Änderungen des elektrischen Stromflusses in dem Element mißt, die sich aus den Widerstandsänderungen ergeben, die ihrerseits von den auf dem Vorbeiströmen des Strömungsmediums an dem Element beruhenden Temperaturänderungen verursacht werden.

Man kann hierbei das Strömungsmedium nacheinander an zwei derartigen Elementen vorbeiströmen lassen, und zwar von einem Einlaßbereich zu einem Auslaßbereich, wobei diese

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beiden Bereiche auf gleicher Temperatur gehalten werden und durch einen auf einer anderen Temperatur gehaltenen Zwischenbereich voneinander getrennt sind.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Grundform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform.

Fig. 3 bis 5 zeigen in Vorderansicht, Rückansicht und auseinandergezogener Draufsicht eine praktische Ausführungsform der in Fig. 2 schematisch gezeigten Anordnung.

Gemäß Fig. 1 ist ein perlenförmiger Thermistor 5 in einem abgedichteten Gehäuse 6 zwischen einem Einlaßrohr und einem Auslaßrohr 8 aufgehängt. Die Rohre und das Gehäuse bilden einen Teil eines Strömungsweges, durch welchen ein Gas, z.B. Luft, mit einer zu messenden Strömungsgeschwindigkeit strömt. Das Einlaßrohr 7 ist geheizt und das Auslaßrohr 8 ist relativ zur Raumtemperatur gekühlt. Der Thermistor liegt in einem Arm einer Wheatstone'sehen

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¹ Brückenschaltung 9 mit einem Nullanzeigegerät 10.

Bei Betrieb dieser Ausführungsform nimmt der Thermistor eine Temperatur an, die etwa in der Mitte zwischen den Temperaturen der beiden Rohrabschnitte liegt. Bei dieser Temperatur ist sein Widerstand so groß, daß die Brücke abgeglichen ist und das Meßgerät 10 null anzeigt. Wenn Luft durch die Einrichtung von dem Rohr 7 zum Rohr 8 strömt,

* wird der Thermistor von warmer Luft umströmt, so daß seine Temperatur ansteigt, sein Widerstand sich entsprechend ändert und Ie Brücke aus dem Gleichgewicht kommt. Der Temperaturanstieg des Thermistors mit der Luftströmung und die temperaturabhängige Widerstandsänderung sind derart, daß das Anzeigegerät 10 einen Ausschlag zeigt, der innerhalb der gewünschten Grenzen direkt proportional zu der Luftströmung ist. Wenn die Luft vom Rohr 8 zum Rohr 7 strömt, wird der Thermistor durch die Luftströmung gekühlt, und die sich ergebende Widerstandsänderung bewirkt wiederum ein der Luftströmung proportionales Ungleichgewicht der Brücke, jedoch in entgegaigesetzer Richtung. Somit ergibt das Meßgerät eine Anzeige sowohl der Richtung als auch des Betrages der Strömungsgeschwindigkeit. Andere strömende Medien ergeben natürlich ähnliche Resultate.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind im Strömungsweg zwei perlenförmige Thermistore 15 und 16 in je einem ρΛ—

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gedichteten Gehäuse 17 angeordnet, die durch ein geschlossenes Rohr 18 getrennt sind, welches durch eine Widerstandsdrahtwicklung 19 erhitzt werden kann. Einlaß- und Auslaßrohre 20 und 21 sind vorgesehen, und beide Thermistore sind in getrennten Zweigen einer Brückenschaltung 22 angeordnet, die ein Anzeigegerät 23, wie dargestellt, enthält. Die beiden Rohre 20 und 21 werden beide auf Raumtemperatur gehalten, und sie können zu diesem Zweck durch ein Halteelement aus Aluminium oder· einem anderen wärmeleitenden Stoff verbunden sein.

Bei Betrieb dieser Ausführungsform bewirkt eine Luftströmung durch die Einrichtung in der einen oder anderen Richtung eine Abkühlung des Thermistors am Einlaßende und eine Zufuhr von Warmluft aus dem Rohrabschnitt 18 zum Thermistor am Auslaßende, wodurch dessen Temperatur erhöht wird. Infolgedessen wird der Widerstand des einen Thermistors fallen und der des anderen Thermistors ansteigen, wodurch das Ungleichgewicht der Brückenschaltung vergrößert und eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale Anzeige erhalten wird. Das Ungleichgewicht hat bei verschiedener Strömungsrichtung der Strömung unterschiedliches Vorzeichen, so daß die Einrichtung sowohl dieRichtung als auch den Betrag der Strömung anzeigt. Strömungen anderer Strömungsmedien können in gleicher Weise erfaßt werden.

Die Figuren 3 bis 5 zeigen eine praktische Form der

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Ausführungsform gemäß Fig. 2. Die Thermistore 15, 16 werden durch ihre Anschlußdrähte in Halterungen 25 aus Perspex gehalten, die Mittelöffnungen 26 aufweisen, in denen die Perlen aufgehängt sind. Die Einlaß- und Auslaßrohre 20 und 21 werden von einer Kupferplatte 27 getragen, und die Halterungen aus Perspex sind zwischen der Kupferplatte und einer Aluminiumplatte 28 angeordnet. Diese weist Öffnungen auf, die die Enden des mittleren Rohrabschnittes aufnehmen, und

W sie dient dazu, diese zu verbinden und auf der gleichen Temperatur zu halten. Der Zwischenabschnitt umfaßt Endstücke 29, 30 aus Messing, die von einem Formteil 21 aus Perspex gehalten werden und durch ein Stück flexiblen Schlauches J>2. verbunden sind. Ein Kupferstreifen 33 ist an den Endstücken 29, 30 befestigt und wird durch eine Heizwicklung 34 erhitzt, wodurch die Endstücke und die Luft in dem dazwischen befindlichen Schlauch erhitzt werden. Die ganze Anordnung kann in geeigneter Weise zusammengeklammert werden und in einem geeigneten Gehäuse eingeschlossen werden. Selbstverständlich können verschiedene andere leitende und isolierende Materialien an Stelle der genannten verwendet werden.

Versuche mit entsprechend Figuren 2 bis 5 konstruierten Einrichtungen haben exakte Messungen von Strömungen bis herab zu Geschwindigkeiten von 1/40 cc. pro Minute ergeben. Ein Meßbereich von 0 bis 2 cc. kann ohne weiteres für so spezielle Anwendungszwecke wie die Messung der Blutströ-

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mung bei Transfusionen herangezogen werden. Strömungen bis herab zu 1/100 cc. pro Hinute können in einer kontrollierten Atmosphäre, in der LuftdruckSchwankungen eliminiert sind, durchgeführt werden. Da Instrumente mit linearer Skala verwendet werden können, kann die Ablesung dieser Strömungsgeschwindigkeiten bequem und exakt durchgeführt werden.

Die außerordentlich verbesserte Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Mei3geräte beruht vermutlich auf der Tatsache, daß die Temperatur der strömenden Luft gegenüber der Umgebungstemperatur geändert wird, während bei bisher berkannten Meßinstrumenten mit temperaturempfindlichen Widerstandselementen darauf beruhten, daß Luft mit Raumtemperatur auf die erhitzten Widerstandselemente einwirkte. Es wird angenommen, daß das bisher erforderliche Heizen der WiderStandselemente bei Verwendung von Raumluft zu örtlichen Konvektionsströmungen um die Widerstandselemente herum führte, die bei der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der die Temperatur der strömenden Luft bzw. des Strömungsmediums geändert wird, verringert oder vermieden werden. Die Widerstandselemente sind selbstverständlich direkt im Strömungsweg angeordnet, so daß sie in direktem physischen Kontakt mit dem Strömungsmedium stehen.

Verschiedene Änderungen sind ohne Abweichen vom Erfindungsgedanken möglich. So können z.B. an Stelle von Thermi-

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stören als tempei'aturempfindliche Widerstandselemente andere Einrichtungen verwendet werden, deren elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist, z.B. Pallistoren. Ferner können erforderlichenfalls die temperaturabhängigen Signale verstärkt werden, bevor sie dem Anzeigegerät zugeführt werden. Bei der Anordnung mit zwei Thermistoren kann das dazwischen liegende Rohrstück, falls gewünscht, gekühlt anstatt geheizt werden, und die Einlaß-und Auslaßabschnitte " brauchen nicht auf Raumtemperatur gehalten zu sein, vorausgesetzt, daß ihre Temperatur die gleiche ist.

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Claims

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Patentansprüche

(1·) Strömungsmeßgerät mit einem temperaturabhängigen elektrischen Wider standselernent, dadurch gekennzeichnet, daß das WiderStandselement (5) direkt in einem Strömungsweg (7, 8) angeordnet ist und daß Mittel vorgesehen sind, um den auf der einen Seite des Widerstandselementes liegenden Teils (7) des Strömungsweges auf einer anderen Temperatur zu halten als den Teil (8) auf der anderen Seite.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Widerstandselement (5) ein Thermistor ist und daß der Strömungsweg (7) auf der einen Seite des Thermistors gekühlt und der Strümungsweg (8) auf der anderen Seite des Thermistors geheizt wird.
3. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Thermistore (15, 16), die in einem Abstand längs des Strömungsweges angeordnet sind, und durch Mittel zum Halten der Endteile des Strömungsweges auf Raumtemperatur und zum Heizen des zwischen den Thermistoren liegenden Abschnitts (18) des Strömungsweges.

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4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermistore (15, 16) in einer Brückenschaltung (22) angeordnet sind, die ein dem Betrag und der Richtung der Strömung proportionales Signal ergibt.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 Ms 4, gekennzeichnet durch Mittel zum Verstärken der sich aus den Widerstandsänderungen des oder der Wider-

" Standselemente (5, 15, 16) ergebenden Signale.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennz e i chne t, daß das oder jedes temperaturabhängige Widerstandselement ein Thermistor (5, 15, 16) ist, dessen Zuleitungsdrähte sich quer über den Strümungsweg (7, 8; 20, 18, 21) erstrecken, wobei das Thermistor in einem abgedichteten Gehäuse (6, 17) angeordnet ist.
7. Verfahren sum Anzeigen und/oder quantitativen Hessen von Flüssi^eits- oder Gasströmungen, dadurch g e k e η η -zeichnet, daß man das Strömungsmedium in direktem Kontakt an einem Element (5) vorbeiströmen läßt, dessen elektrischer "./iderstand temperaturabhängig ist, daß man die Temperatur dec Strömungsmediums auf mindestens einer Seite (7, β) des temperaturempfindiichen Elementes (5) variiert, und deß nan die Änderungen ces durch das ^Le-

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ment fließenden elektrischen Stromes mißt, die sich aus den Widerstandsänderungen ergeben, die von den auf der Strömung des Strömungsmediums beruhenden Temperaturschwankungen verursacht werden.
8. Verfahren ηειοη Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daij man das strömungsmedium nacheinander über zwei tempei'atui'empfindiiche Elemente (15, 16) von einem Einlaßbereich (20) zu einem Auslaßbereich (21) strömen läßt, daß man die beiden Bereiche auf der· gleichen Temperatur hält und daß man einen dazwischen liegenden .Bereich (13) auf einer anderen Temperatur hält.
y. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß- und Ausiaßbereich (Zj, 21) auf KaU₁Iitemperatur gehalten werden und der dazwischen liegende Bereich (ld) guheizt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche V bis 9, dadurch [i ο k e η η zoic h η e t, daii uan Lufixiruckschwankungeii im Bereich jedes der temperaturempxLndLiehen Elemente (^cj, Ii), Iu) verringert oder auKüchaltet.

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