DE2209413C3

DE2209413C3 - Device for measuring a flow velocity

Info

Publication number: DE2209413C3
Application number: DE19722209413
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Ausscheidung in: 22 65 180 Ulrich, Helmut, Dipl.-Chem., 8000 München
Filing date: 1972-02-28
Publication date: 1977-07-14

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit mit einer Brückenschaltung, in deren einem Zweig ein der Strömung ausgesetzter Meßwiderstand liegt, an deren einer Diagonalen der Steuereingang eines zur Regelung der Temperatur des Meßwiderstandes auf konstanten Wert relativ zur Umgebungstemperatur dienenden Reglers gelegt ist und deren andere Diagonale an den Reglerausgang angeschlossen ist, welcher außerdem mit Anzeigemitteln in Verbindung steht.The invention relates to a device for measuring a flow rate with a Bridge circuit, in one branch of which there is a measuring resistor exposed to the flow a diagonal of the control input to regulate the temperature of the measuring resistor to constant Value is placed relative to the ambient temperature serving controller and its other diagonal to the Controller output is connected, which is also connected to display means.

Eine derartige Einrichtung ist aus Seite 14 des Gesamtkataloges der Firma DlSA, Herlev, Dänemark, »Wissenschaftliche Forschungs-Instrumentierung«, Juni 1970, bekannt. Wird die Temperatur des Meßwiderstandes auf einen konstanten Wert geregelt, so bewirken Änderungen der zu messenden Strömungsgeschwindigkeit keine Temperaturänderung des Meßwiderstandes, sondern eine Änderung der Energie zur Konstanthaltung der Temperatur des Meßwiderstandes, weshalb die Wärmekapazität des Meßwiderstandes keinen Einfluß auf die thermische Zeitkonstante des Systems hat. Diese thermische Zeitkonstante kann bei Einrichtungen der vorstehend beschriebenen Art unter Ausnutzung eimer großen Verstärkung im Regelkreis auf sehr kleine Bruchteile einer Sekunde erniedrigt werden. Die verbleibende Zeitkonstante ist im wesentlichen nur durch die Temperaturleitfähigkeit und die Dicke des Meßwiderstandes, also durch Ausgleichsvorgänge innerhalb des Meßwiderstandes bedingt.Such a device is from page 14 of the complete catalog of the company DlSA, Herlev, Denmark, "Scientific Research Instrumentation", June 1970, known. Is the temperature of the measuring resistor Regulated to a constant value, this causes changes in the flow velocity to be measured no change in temperature of the measuring resistor, but a change in the energy to keep it constant the temperature of the measuring resistor, which is why the heat capacity of the measuring resistor has no effect has on the thermal time constant of the system. This thermal time constant can be used in facilities of the type described above, taking advantage of a large gain in the control loop to very small ones Fractions of a second. The remaining time constant is essentially only by the thermal diffusivity and the thickness of the measuring resistor, i.e. by compensatory processes within of the measuring resistor.

Bei sehr geringen Strömungsgeschwindigkeiten bis hinab zu wenigen Millimetern je Sekunde ist jedoch das vom Regler den Anzeigemitteln zugeführte Signal nicht mehr proportional zur Strömungsgeschwindigkeit, da in diesem Bereich die Diffusionsgeschwindigkeit der an dem Meßwiderstand erhitzten Gasteilchen mit der Strömungsgeschwindigkeit vergleichbar ist, so daß sich der Meßwiderstand bei diesen niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten praktisch eine verhältnismäßig stärker erwärmte Umgebung schaffen kann. Fällt der gewünschte Meßbereich mit diesem als Anlaufgebiet zu bezeichnenden Bereich zusammen, so ist die resultierende Anzeige verfälscht.At very low flow velocities down to a few millimeters per second, however, that is The signal supplied by the controller to the display means is no longer proportional to the flow velocity, since in In this range the diffusion rate of the gas particles heated at the measuring resistor with the Flow velocity is comparable, so that the measuring resistor at these low flow velocities can practically create a relatively more heated environment. If the one you want falls Measuring range together with this area, which is to be designated as the starting area, is the resulting Display falsified.

Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 18 76 734 ist es ferner bekannt, einen Strömungsdetektor für niedrige Strömungsgeschwindigkeiten in der Weise aufzubauen, daß neben dem als Heißleiterperle in einem Strömungskanal befindlichen Meßwiderstand in Strömungsrichtung im wesentlichen fluchtend ein zweiter, ebenfalls als Heißleiterperle ausgebildeter Meßwiderstand angeordnet ist. Die beiden Heißleitei perlen liegen bei der bekannten Einrichtung in benachbarten Zweigen einer Brückenschaltung und erzeugen am Ausgang einer Brückendiagonalen eine als Anzeige auswertbare Spannung, wenn sie sich aufgrund einer Gasströmung in dem genannten Kanal unterschiedlich erwärmen bzw. abkühlen.From the German utility model 18 76 734 it is also known to use a flow detector for low flow velocities in the manner build that next to the thermistor bead located in a flow channel measuring resistor in the direction of flow A second measuring resistor, also designed as a thermistor bead, is essentially in alignment is arranged. The two heat guiding pearls are in the known device in adjacent branches a bridge circuit and generate an evaluable as a display at the output of a bridge diagonal Voltage, if they heat up differently due to a gas flow in the named channel or cooling down.

Diese bekannte Einrichtung hat /war den Vorteil, daß sie auf außerordentlich geringe Strömungsgeschwindigkeiten anspricht, derart, daß die Diffusionsgeschwindigkeit der Gasmoleküle keinen begrenzenden Faktor darstellt, doch ist die in den Anzeigemitteln verwertbare Spannung wegen der Beschallung der Heißleiterperlen im Bereich niedriger Strömungsgeschwindigkeiten nicht linear und es ist eine zeitliche Trägheit festzustellen, so daß die Messung raschen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit nicht zu folgen vermag.This known device has / was the advantage that it responds to extremely low flow velocities, such that the diffusion velocity of the gas molecules is not a limiting factor, but that is usable in the display means No tension due to the sonication of the thermistor beads in the area of low flow velocities linear and there is a temporal inertia, so that the measurement changes rapidly in the flow velocity unable to follow.

Demgemäß soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß bei außerordentlich kleinen Strömungsgeschwindigkeiten eine Linearität der Abhängigkeit zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Meßsignal gleichzeitig mit einer sehr hohen Ansprechgeschwindigkeit erreicht wird.Accordingly, the object is to be achieved by the invention, a device of the type described at the outset Kind to train in such a way that a linearity at extremely low flow velocities the dependence between flow velocity and measurement signal at the same time with a very high Response speed is reached.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise zusätzlich zu dem als Heißleiterperle in einer Blendenöffnung befindlichen Meßwiderstand in Strömungsrichtung im wesentlichen fluchtend ein zweiter, ebenfalls als Heißleiterperle ausgebildeter Meßwiderstand angeordnet ist, daß dieser zweite Meßwiderstand in entsprechender Weise wie der erstgenannte einer zweiten Brückenschaltung und einem zweiten Regler zugeordnet ist und daß die Reglerausgänge an einen Differenzverstärker angeschlossen sind, von dessen Ausgang ein Meßsignal entsprechend der Differenz der Energiezufuhr zu den beiden Heißleiterperlen Jen Anzeigemitteln zuführbar ist.This object is achieved according to the invention in that in addition to the as Thermistor bead located in a diaphragm opening essentially in the direction of flow aligned a second, also designed as a thermistor bead measuring resistor is arranged that this second measuring resistor in the same way as the first-mentioned a second bridge circuit and is assigned to a second controller and that the controller outputs are connected to a differential amplifier are, from the output of a measurement signal corresponding to the difference in energy supply to the both thermistor beads Jen display means can be fed.

Hierdurch erhält man am Ausgang des Differenzverstärkers auch für den Bereich kleiner Strömungsgeschwindigkeiten eine nahezu vollständig geradlinig verlaufende Kennlinie und somit eine proportionaleThis also gives the output of the differential amplifier for the range of low flow velocities an almost completely straight characteristic curve and thus a proportional one

Abhängigkeit zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und dem zur Anzeige gelangenden Meßsignal.Dependency between the flow rate and the measured signal to be displayed.

Eine außerordentlich niedrige Anzeige-Zeitkonstante in Verbindung mit dem Ansprechen auf minimale Strömungsgeschwindigkeiten ermöglicht die Anwendung der hier vorgeschlagenen Einrichtung für die Messung sich sehr rasch ändernder Strömungsvorgänge, beispielsweise beim Füllen von Zylinderräumen, bei der Verfolgung und Abtastung von Turbulenzen an umströmten Körpern, bei Schwingungsvorgängen in Gasen u.dgl.An extremely low display time constant coupled with the response to minimal Flow velocities allows the use of the device proposed here for Measurement of rapidly changing flow processes, for example when filling cylinder spaces the tracking and scanning of turbulence on bodies in flow, with vibration processes in Gases and the like

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der hier vorgeschlagenen Einrichtung sind im übrigen Gegenstand der anliegenden Unteransprüche. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellen darAppropriate refinements and developments of the device proposed here are otherwise Subject of the attached subclaims. A preferred embodiment is shown below Explained in more detail with reference to the accompanying drawing. It represent

Fig. ! ein Schaltbild einer Einrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit zur Erläuie.ung des Prinzips der Regelung auf konstante Temperatur,Fig.! a circuit diagram of a device for measuring a flow velocity to explain the principle of regulation at constant temperature,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit mit auch im Bereich kleiner Meßwerte linearer Abhängigkeit zwischen Meßsignal und Strömungsgeschwindigkeit,Fig. 2 is a block diagram of a device for measuring a flow rate with also im Range of small measured values with a linear relationship between the measured signal and the flow velocity,

Fig. 3 ein praktisches Ausführungsbeispiel für die Anordnung der in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Heißleiterperlen und3 shows a practical embodiment for the arrangement of the one behind the other in the direction of flow Thermistor beads and

Fig.4 und 5 graphische Darstellungen zur Erläuterung des Betriebsverhaltens der Meßwiderstände nach F i g. 4.4 and 5 graphic representations for explanation the operating behavior of the measuring resistors according to FIG. 4th

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird dem Meßwiderstand 1 dadurch die zur Konstanthaltung seiner Temperatur erforderliche, ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des den Meßwiderstand umspülenden Gasstromes bildende Energie zugeführt, daß ein ihn durchfließender, elektrischer Strom entsprechend geregelt wird. Der Meßwiderstand 1 liegt hierbei in einer Brückenschaltung 8, welche über ihre durch die Klemmen 9 und 10 bestimmte Diagonale vom Ausgang eines Reglers U gespeist wird, der eine Spannungsquelle enthält oder an eine Spannungsquelle angeschlossen ist. Die Höhe der Spannung am Ausgang des Reglers Il hängt von dem zum Eingang 12 des Reglers gelangenden Eingangssignal ab, das von der durch die Klemmen 13 und 14 bestimmten Brückendiagonale abgegriffen wird, Die Höhe der Ausgangsspannung dn Reglers 11 wird von dem Meß-Anzeigegerät 7' angezeigt, welches mit dem Ausgang des Reglers 11 verbunden ist und eine Anzeige in Abhängigkeit von der Energie liefert, welche die Temperatur des Meßwidersmndes 1 zu verändern sucht.In the circuit shown in FIG. 1, the measuring resistor 1 is supplied with the energy required to keep its temperature constant, a measure of the flow rate of the gas stream flowing around the measuring resistor, that an electric current flowing through it is regulated accordingly. The measuring resistor 1 lies in a bridge circuit 8, which is fed via its diagonal determined by the terminals 9 and 10 from the output of a controller U which contains a voltage source or is connected to a voltage source. The amount of voltage at the output of the regulator Il depends on the the input 12 of the regulator entering input signal which determined by the by the clamps 13 and 14 bridge diagonal is picked up, the height of the output voltage dn regulator 11 is supplied from the measurement display unit 7 ' displayed, which is connected to the output of the controller 11 and provides a display as a function of the energy that seeks to change the temperature of the measuring resistor 1.

Die Einrichtung gemäß Fig. 2 enthäli zwei Baueinheiten 21/4 bzw. 21B, von welchen jede im Prinzip so aufgebaut ist wie die in F i g. 1 dargestellte Schaltung. Dabei werden die Meßwiderstände 1 innerhalb der Baueinheiten21/4 und21Bvon den in Fig. 3mit 38bzw. 39 bezeichneten Heißleiterperlen gebildet, welche fluchtend in Strömungsrichtung hintereinander innerhalb der in einer Isolierstoffplatie vorgesehenen Blendenöffnung 37 angeordnet sind. Die Baueinheit 21/4 liefert also ein Ausgangssignal entsprechend der zur Konstanthaltung der Temperatur der Heißleiterperle 38 dienenden Energie und die Baueinheit 21B liefert ein Ausgangssignal entsprechend der zur Konstanthaltung der Temperatur der Heißleiterperle 39 dienenden Energie.The device according to FIG. 2 contains two structural units 21/4 and 21 B, each of which is constructed in principle like that in FIG. 1 circuit shown. The measuring resistors 1 within the structural units 21/4 and 21 B are differentiated from those shown in FIG. 39 designated thermistor beads, which are aligned one behind the other in the flow direction within the aperture 37 provided in an insulating material plate. The assembly 21/4 thus provides an output signal corresponding to the for keeping constant the temperature of the thermistor bead 38 serving energy and the unit 21 supplies an output signal B corresponding to the for keeping constant the temperature of the thermistor bead 39 serving energy.

Die Ausgangssignale werden einem Differenzverstärker 24 zugeführt, wonach das Subtraktionsergebnis zu dein Anzeigeverstärker 25 mit dem Justierkreis 26 gelangt und schließlich vom Meß-Anzeigegerät TB angezeigt wird.The output signals are fed to a differential amplifier 24, after which the subtraction result reaches the display amplifier 25 with the adjustment circuit 26 and is finally displayed by the measuring display device TB.

Am Ausgang des Differenzverstärkers 24 erhält man ein Spannungssignal, dessen Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit durch die Blendenöffnung 37 in Fig.5 als durchgehend eingezeichnete Kennlinie wiedergegeben ist, wobei diese Kennlinie den Nullpunkt mit einer Steigung durchläuft, welche etwa doppelt so groß ist wie die Steigung des geraden Teils der Kennlinie gemäß F i g. 4, die für die Ausgangsspannung der Schaltung 21/4 gemäß Fig. 1 gilt, wobei in dem durch Pfeile deutlich gemachten Bereich kleiner Strömungsgeschwindigkeiten ein Anlaufgebiet festzustellen ist.At the output of the differential amplifier 24 is obtained a voltage signal whose dependence on the Flow rate through the orifice 37 in FIG. 5 as a continuously drawn characteristic curve is shown, this characteristic curve passing through the zero point with a slope which is about twice as high is as large as the slope of the straight part of the characteristic curve according to FIG. 4 responsible for the output voltage the circuit 21/4 according to FIG. 1 applies, with smaller in the area made clear by arrows Flow velocities a starting area is to be determined.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patentansprüche:Patent claims:

t. Device for measuring a flow velocity, with a bridge circuit, in one branch of which there is a measuring resistor exposed to the flow, on one diagonal of which the control input of a regulator serving to regulate the temperature of the measuring resistor is placed at a constant value relative to the ambient temperature and the other diagonal on the other the controller output is connected, which is also connected to display means, characterized in that, in a known manner, in addition to the thermistor bead (38) located in an aperture (37) in the direction of flow, a second measuring resistor, also as a thermistor bead ( 39) trained measuring resistor is arranged that this second measuring resistor is assigned to a second bridge circuit and a second controller (21B) in a manner corresponding to the former and that the controller outputs are connected to a differential amplifier (24), of which Output a measurement signal corresponding to the difference in the energy supply to the two thermistor beads can be supplied to the display means.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the controllers are formed by operational amplifiers.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the connections to the thermistor beads (38, 39) as guide layers on an insulating material, the aperture opening (37) having plate are formed.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flow through a direct flow of fluid can be superimposed on the aperture (37).

5. Use of a device according to one of claims 1 to 4 as a pressure wave or sound wave detector.