DE2618349A1

DE2618349A1 - Waermeuebergangsmessgeraet

Info

Publication number: DE2618349A1
Application number: DE19762618349
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Ing Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-27
Filing date: 1976-04-27
Publication date: 1977-11-10

Description

Wärmeübergangsmeßgerät
Die Erfindung betrifft ein Warmeübergangsmeßgerat, insbesondere ein Wärmeleitfähigkeitsmeßgerat, mit mindestens einem temperaturabhängigen Meßwiderstand. Die Erfindung betrifft auch, losgelöst von der Verwendung in einem Wärme übergangsmeßgerät, einen Meßwiderstand.
Wärmeübergang findet bekanntlich durch Leitung, Konvektion und/oder Strahlung statt. Das Wärmeübergangrsmeßgerät, mit dem sich die Erfindung beschäStigt, ist grundsätzlich umfassend einsetzbar, also sowohl bei Leitung als auch bei Konvektion als auch bei Strahlung Das in Rede stehende Wärmeübergangsmeßgerät wird Jedoch am häufigsten zur Bestimmung des Wärmeübergangs durch Leitung eingesetzt, so daß vorzugsweise von einem Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät gesprochen wird.
Wrmeleitfähigkeitsmeßgeräte werden vielfach verwendet, unter anderem zur Messung der Konzentration eines bestimmten Gases in Luft, z. B. zur Messung der C02-Konzentration in Luft, zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten und Gasen usw.
Bei den bekannten Wärmeleitfähigkeitsmeßgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, ist der temperaturabhängige Meßwiderstand als diskretes Bauelement zumeist in Pillen- oder Scheibenform ausgeführt und mit einem schützenden Glas- oder Lacküberzug versehen. Im übrigen werden bei den bekannten Wärmeleitfähigkeitsmeßgeräten, von denen die Erfindung ausgeht, die Meßwiderstände zumeist direkt - durch elektrischen Strom - erwärmt; es sind allerdings auch Wärmeleitfähigkeitsmeßgeräte bekannt, bei denen die Meßwiderstände indirekt, nämlich durch besondere Heizwiderstände, erwärmt werden.
Weiter ist bei den bekannten Wärmeleitfähigkeitsmeßgeräten zumeist zusätzlich zu dem Meßwiderstand noch ein Referenzwiderstand vorgesehen; in der Regel arbeitet man mit zwei I4eßwiderständen und zwei Referenzwiderständen, die miteinander zu einer Brückenschaltung verbunden sind.
Die bekannten Wärmeleitfähigkeitsmeßgeräte, von denen die Erfindung ausgeht, sind insoweit nachteilig, als die beschriebene husfUhrung der Meiiderstände - mit volumenspezifisch kleiner Oberfläche - dazu führte daß diese Wärieleitfähigkeitsmeßgeräte relativ trg sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde anzugeben, wie das zuvor beschriebene Wärmeübergangsmeßgerät, insbesondere Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät, auszugestalten und weiterzubilden ist, um die Nachteile zu vermeiden, die aus Meßwiderständen mit volumenspezifisch kleiner Oberfläche resultieren.
Das erfindungsgemäße Warmeübergangsmeßgerät, insbesondere Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand aus auf einem Widerstandsmaterialträger flächenhaft verteilt aufgebrachten temperatur abhängigen Meßwiderstandsmaterial besteht, - wobei der Widerstandsmaterialträger zweckmäßigerweise selbst ebenfalls flächenhaft ausgeführt ist und aus einem keramischen Material besteht. Erfindungsgemäß liegt also ein Wärmeübergangsmeßgerät, insbesondere ein Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät, vor, dessen Meßwiderstand eine volumenspezifisch besonders groBe Oberfläche und die damit verbundenen Vorteile aufweist.
Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Wärmeübergangsmeßgerät, insbesondere Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät, auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.
Weil bei dem erfindungsgemäßen Wärmeübergangsmeßgerät, insbesondere Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät, der Meßwiderstand eine volumenspezifisch besonders große Oberfläche aufweist, empfiehlt es sich, zur Aufheizung des Meßwiderstandes einen besonderen Heizwiderstand vorzusehen, also nicht den Meßwiderstand direkt durch durch ihn hindurchgeleiteten elektrischen Strom - zu;erwarmendDabei empfiehlt es sich, die in bezug auf den Meßwiderstand gegebene Lehre der Erfindung auch auf den Heizwiderstand anzuwenden, d. h., die den Heizwiderstand betreffende Ausgestaltung und Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wärmeübergangsmeßgerätes, insbesondere Wärmeleitfähigkeitsmeßgerätes, so zu realisieren, daß der Heizwiderstand aus auf dem Widerstansmaterialträger im Bereich des Meßwiderstandsmaterials flächenhaft verteilt aufgebrachtem Heizwiderstandsmaterial besteht. Im einzelnen kann dabei das Meßwiderstandsmaterial auf der einen Seite und das Heizwiderstandsmaterial auf der anderen Seite des Widerstandsmaterialträgers aufgebracht sein. Es kann jedoch zweckmäßig sein, auf der gleichen Seite des Widerstandsmaterialträgers zuerst das Heizwiderstandsmaterial, darauf eine elektrisch isolierende Zwischenschicht und darauf das Meßwiderstandsmaterial aufzubringen. Bei dieser zuletzt beschriebenen Ausführungsform läßt sich der Meßwiderstand thermisch besser an den Heizwiderstand ankoppeln.
Normalerweise kommt es auf den Temperaturkoeffizienten des Hiezwiderstandsmaterials nicht entscheidend an. Es sind Jedoch Ausführungsformen des erfindungagemäßen Wärmeübergangs meßgerätes, insbesondere Wärmeleitfähigkeitsmeßgerätes, denkbar, bei denen es vorteilhaft ist, wenn der Heizwiderstand aus einem temperaturabhängigen Heizwiderstandsmaterial besteht.
Im übrigen wird man auch bei dem erfindnngsgemtßen WErmeübergangsmeßgerät, insbesondere Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät, wie auch bei den bekannten Wärmeübergangsmeßgeräten, zusätzlich zu dem Meßwiderstand bzw. den Meßwiderständen einen Referenzwiderstand bzw. Referenzwiderstände vorsehen. Dabei empfielt es sich, auch auf den Referenzwiderstand die Lehre der Erfindung anzuwenden, d. h. den Referenzwiderstand als auf dem Widerstandsmaterialträger flächenhaft verteilt aufgebrachtes Referenzwiderstandsmaterial auszuführen. Vorzugsweise ist das Referenzwiderstandsmaterial in gleicher Weise wie das Meßwiderstandsmaterial temperaturabhängig und/oder auf dem Widerstandsmaterialsträger aufgebracht und/oder ist dem Referenzwiderstandsmaterial in gleicher Weise wie dem Meßwiderstandsmaterial Heizwiderstandsmaterial zugeordnet.
Schließlich geht eine weitere Lehre der Erfindung dahin, auf einem Widerstandsmaterialträger zwei Meßwiderstände und zwei Referenzwiderstände vorzusehen und zu einer Brückenschaltung miteinander zu verbinden. Dabei können die Referenzwiderstände von den Meßwiderständen räumlich getrennt sein, z. B. durch eine Umhüllung der Referenzwiderstände. Bei einer solchen Ausführungsform kann das Wärmeübergangsmeßgerät insgesamt z. B. in eine Gasströmung eingebracht werden. Die Umhüllung der Refernzwiderstände führt dazu, daß nur die Meßwiderstände durch die Gasströmung direkt beeinflußtwerden, daß aber gleichwohl das gesamte W§rmeübergangsmeßgerät temperaturkompensiert ist, d. h., daß nur der Einfluß der Gasströmung, nicht aber der Einfluß der Gastemperatur erfaßt wird.
Das erfindungsgemäße Wärmeübergangsmeßgerät insbesondere Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät, kann, wie im Stand der Technik zumeist üblich, so betrieben werden, daß den Heizwiderständen der Meßwiderstände die gleiche elektrische Leistung zugeführt wird wie den .izwiderständen der Referenzwiderstände. Der Unternehied zwischen der Teperstur an den Meßwiderständen und der Tempratiir an den Referenzwid.rständen ist dann ein Maß für die Wärmeleitfähigkeit der Gasströmung, - woraus man dann auch die Strömungsgeschwindigkeit des Gases bestimmen kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Heizwiderständen der Meßwiderstände einerseits und den Heizwiderständen der Referenzwiderstände andererseits Jeweils soviel elektrische Energie zuzufUhren, daß die Temperaturen der Meßwiderstände einerseits und der Rererenzwiderstände andererseits gleich sind. Aus dem Unterschied zwischen der den Heizwiderständen der Meßwiderstände zugeführten elektrischen Energie und der den Heizwiderständen der Referenzwiderstände zugeführten elektrischen Energie gewinnt man dann eine Aussage über den relevaten Wärmeübergang.
Gegenstand der Erfindung sind auch Meßwiderstände, losgelöst von der Verwendung in einem Wärmeübergangsmeßgerät, die von den zuvor erläuterten Lehren Gebrauch machen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; die einzige Figur zeigt schematisch einen Teil einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmeübergangsmeßgerätes Zu dem in der Figur im übrigen nicht dargestellten Wärme übergangsmeßgerät, nämlich Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät, gehört zunächst ein Widerstandsmaterialträger 1, der flächenhaft ausgeführt ist und aus einem keramischen Material besteht. Auf dem Widerstandsmaterialträger 1 sind flächenhaft verteilt aufgebracht temperaturabhängiges Meßwiderstandsmaterial 2, Heizwiderstandsmaterial 3 und Referenzwiderstands material 4. Das Meßwiderstandsmaterial 2 gehört zu zwei Meßwiderständen, das Heizwiderstandsmaterial 3 zu vier Heizwiderständen und das Referenzwiderstandsmaterial 4 zu zwei Referenzwiderständen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf der gleichen Seite is Widerstandsmaterialträgers 1 zuerst das Heizwiderstandsmaterial 3, darauf eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 5 und darauf dasMeßwiderstandsmaterial 2 bzw.
das Referenzwiderstandsmaterial 4 aufgebracht. Das Referenzwiderstandsmaterial 4 ist in gleicher Weise wie das Meßwiderstandsmaterial 2 temperaturabhängig und auf dem Widerstandsmaterialträger 1 aufgebracht und in gleicher Weise wie das Meßwiderstandsmaterial 2 dem Heizwiderstandsmaterial 3 zugeordnet. Die beiden Meßwiderstände und die beiden Referenzwiderstände sind elektrisch miteinander verbunden, nämlich zu einer Brückenschaltung zusammengefaßt, Jedoch besteht eine räumliche Trennung zwischen den Referenzwiderständen und den Meßwiderständen, nämlich dadurch, daß die Referenzwiderstände von einer Umhüllung 6 umgeben sind0

Claims

Patentansprüche: Wärmeübergangsmeßgerät, insbesondere Wärmeleitfähigkeitsmeßgerät, mit mindestens einem temperaturabhängigen Meßwiderstand, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Meßwiderstand aus auf einem Widerstandsmaterialträger (1) flächenhaft verteilt aufgebrachten temperaturabhängigen Meßwiderstandsmaterial (2) besteht.
2. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsmaterialträger (1) flächenhaft ausgeführt ist.
3. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsmaterialträger (1) aus einem keramischen Material besteht.
4. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem dem Meßwiderstand zugeordneten Heizwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand aus auf dem Widerstandsmaterialträger (1) im Bereich des Meßwiderstandsmaterials (2) flächenhaft verteilt aufgebrachtem Heizwiderstandsmaterial (3) besteht.
5. Wärmeübergangsmeßgerät nach Ansprcuh 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwiderstandsmateial auf der einen Seite und das Heizwiderstandsmaterial auf deranderen Seite des Widerstandsmaterialträgers aufgebracht ist.
u. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gleichen Seite des Widerstandsmaterialträgers (1) zuerst das Heizwiderstandsmaterial (3), darauf eine elektrisch isolierende Zwischenschicht (5) und darauf das Meßwiderstandsmaterial (2) aufgebracht sind.
7, Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand aus einem temperaturabhängigen Heizwiderstandsmaterial (3) besteht.
8. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Referenzwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwiderstand aus auf dem Widerstandsmaterialträger (1) flächenhaft verteilt aufgebrachtem Referenzwiderstandsmaterial (4) besteht.
9. ärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzwiderstandsmaterial (4) in gleicher Weise wie das Meßwiderstandsmaterial (2) temepraturabhängig und/oder auf dem Widerstandsmaterialträger (1) aufgebracht ist und/oder das dem Referenzwiderstandsmaterial (4) in gleicher Weise wie dem Meßwiderstandsmaterial (2) Heizwiderstandsmaterial (3) zugeordnet ist.
lo. Wärmeübergangsmeßgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Widerstandsmaterialträger (1) zwei Meßwiderstände und zwei Referenzwiderstände vorgesehen und zu einer Brückenschaltung miteinander verbunden sind.
11. Wärmeübergangsmeßgerät nach einem der Ansprüche 8 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwiderstand bzw. die Referenzwiderstände von dem Meßwiderstand bzw. den Meßwiderständen räumlich getrennt sind, z. B. durch eine Umhüllung (6) des Referenzwiderstandes bzw. der Referenzwiderstände.
12. Meßwiderstand, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e tJ daß der aus auf einem Widerstandsmaterialträger (1) flächenhaft verteilt aufgebrachten temperaturabhängigen MeßaJiderstandsmaterial (2) besteht.
13. Meßwiderstand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsmaterialträger (1) flächenhaft ausgeführt ist.
14. Meßwiderstand nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsmaterialträger (1) aus einem keramischen Material besteht.
15. Meßwiderstand nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßwiderstand ein Heizwiderstand zugeordnet ist und der Heizwiderstand aus auf dem Widerstandsmaterialträger (1) im Bereich des Meßwiderstandsmaterials (2) flächenhaft verteilt aufgebrachtem Heizwiderstandsmaterial (3) besteht.
16. Meßwiderstand nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwiderstandsmaterial auf der einen Seite und das Heizwiderstandsmaterial auf der anderen Seite des Widerstands materialträgers aufgebracht ist.
17. Meßwiderstand nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gleichen Seite des Widerstandsmaterialträgers (1) zuerst das Heizwiderstandsmaterial (3), darauf eine elektrisch isolierende Zwischenschicht (5) und darauf das Meßwiderstandsmaterial (2) aufgebracht sind.
18. Meßwiderstand nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand aus einem temperaturabhängigen Heizwiderstandsmaterial (3) besteht.