DE2718474B2 - Thermischer Durchflußmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Durchflußmesser mit einer von einer Spannungsquelle gespeisten Kaltleiterheizsonde und mit einer Einrichtung zur Messung und Kompensation der Fluidtemperatur.

Bekanntlich können Strömungsgeschwindikgeiten mit erhitzten Sonden gemessen werden, deren elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist. Hierbei ist es üblich, die Heizsonde entweder mit konstantem Strom oder mit konstanter Temperatur zu betreiben (Instruments and Control Systems, May 1973, Seite 59—61). Bei der Betriebsart »konstante Temperatur« ist nachteilig, daß eine aufwendige Regeleinrichtung benötigt wird. In beiden Betriebsarten muß die Fluidtemperatur berücksichtigt und, falls das Meßgerät über einen größeren Bereich der Fluidtemperatur ohne Nachjustierung arbeiten soll, ihr Einfluß kompensiert werden. Über einen engen Bereich der Fluidtemperatur kann eine Kompensation erreicht werden, indem man einen zweiten temperaturempfindlichen Widerstand mit der Heizsonde in einer Brückenschaltung vorsieht (DE-OS 24 32 342). Wenn man über einen großen Bereich der Fluidtemperatur oder bei instationärer Strömung zu messen hat, ist die Betriebsart »konstanter Strom« nicht anwendbar, weil sich die Temperatur der Heizsonde dann ebenfalls in einem weiten Bereich nach komplizierten Gesetzmäßigkeiten verändern würde, so daß eine Kompensation der Fluidtemperatur nicht möglich ist (Instruments and Control Systems, May 1973 Seite 59—61). Technische Bedeutung hat daher in solchen Fällen die Betriebsart »konstante Temperatur« erlangt. Hierbei kann der Einfluß der Fluidtemperatur kompensiert werden, indem man ein der Heizleistung der Heizsonde proportionales Signal durch ein Signal dividiert, das der Differenz aus der konstanten Heiztemperatur der Heizsonde und der Fluidtempera-

IQ tür proportional ist. Um ein der Heizleistung proportionales Signal zu erhalten, muß der Strom oder die Spannung der Heizsonde quadriert werden. Dies erfordert einen zusätzlichen schaltungstechnischen Aufwand.

!5 Die Nachteile der bekannten Meßverfahren — fehlende Möglichkeit der Kompensation des Einflusses der Fluidtemperatur über große Bereiche und in instationärer Strömung bei der Betriebsart »konstanter Strom« und großer Aufwand bei der Methode »konstante Temperatur« sind ein Grund dafür, daß thermische Durchflußmesser bisher z. B. als Kraftstoffverbrauchsmesser keine Verbreitung gefunden haben. In Kraftfahrzeugen maß einerseits mit großen Schwankungen der Fluidtemperatur gerechnet werden; an- dererseits kommen in Kraftfahrzeugen nur wenig aufwendige Durchflußmesser in Frage.

Bekannt ist feresr, daß man als Heizsonden für Strömungsmesser Kaltleiter verwenden kann, die man durch eine hinreichend hohe Spannung über ihre Bezugstemperatur aufheizt und deren Strom man als Durchflußmeßsignal verwendet (messen + prüfen, September 1970,6. Jhg. H. 9, Seite 709- 711, und Elektronik, 1971, Heft 5, Seite 165—167). Auch hier ist es natürlich erforderlich, den Einfluß der Fluidtemperatur zu kompensieren, wenn bei schwankender Fluidtemperatur gemessen werden soll. In der Literatur sind jedoch . keine speziell an Kaltleiterheizsonden angepaßten Methoden zur Kompensation des Einflusses der Fluidtemperatur veröffentlicht Naheliegend wäre es, die oben erwähnten Methoden zur Kompensation der Fluidtemperatur auch bei Kaltleiterheizsonden zu verwenden, d. h. entweder die Kaltleiterheizsonde mit einem zweiten temperaturempfindlichen Widerstand in einer Brücke anzuordnen, oder die Heiztemperatur der Kaltleiterheizsonde auf einen festen Wert zu regeln und den Quotienten aus der Heizleistung und aus der Differenz von Heiztemperatur und Fluidtemperatur zu bilden. Damit hätte man jedoch auch die erwähnten Nachteile der Brückenschaltung (Kompensation nur ober enge Bereiche der Fluidtemperatur) bzw. der Temperaturregelung (großer Aufwand). Aus der Literatur (messen + prüfen, September 1970, 6. Jhg. H. 9, Seite 709—711) sind Kaltleiterheizsonden als selbstregelnde Thermostaten bekannt Mit dieser Thermostats tenwirkung ergibt sich in der Praxis z. B. bei 10° C Fluidtemperaturänderung eine Heiztemperaturänderung von etwa 2° C. Daher ist die Kaltleiterheizsonde, die an fester Spannung betrieben wird, über große Bereiche der Fluidtemperatur keine Heizsonde mit

m> konstanter Temperatur. Aus diesem Grund müßte man auch bei Kaltleiterheizsonden eine zusätzliche Konstant'Temperatur-Regelung vorsehen, wenn man die für die Betriebsart »konstante Temperatur« bekannte Methode der Kompensation der Fluidtemperatur für große Bereiche der Fluidtemperatur anwenden wollte. Damit hätte man weiterhin den Nachteil des großen Aufwandes für die Temperaturregelung und die Messung der Heizleistung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen thermischen Durchflußmesser mit einer Kaltleiterheizsonde zu schaffen, bei dem der Einfluß der Fluidtemperatur über einen weiten Bereich kompensiert wird und mit dem der bei der Betriebsart »konstante Temperatur« notwendige Aufwand für die Temperaturregelung und die Leistungsmessung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem elektrischen Differenzenbildner aus einem der Fluidtemperatur proportionalen Signal und aus einem festen Signal, das einer über der Bezugstemperatur der Kaltleiterheizsonde liegenden Temperatur entspricht, ein Differenzsignal gebildet wird, das einem Eingang eines Dividierers zugeführt wird, dessen anderer Eingang ein dem Strom in der Kaltleiterheizsonde proportionales Signal erhält und an dessen Ausgang ein von der Fluidtemperatur unabhängiges Durchfluiimeßsignal abnehmbar ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Heiztemperatur der Kaltleiterheizsonde bei konstanter Durchflußmenge mit der Fluidtemperatur zunimmt, wenn keine Konstant-Temperatur-Regelung vorhanden ist, und daß aufgrund des hohen Widerstandstemperaturkoeffizienten der Kaltleiterheizsonde in guter Näherung eine lineare Änderung der Heiztemperatur mit der Fluidtemperatur vorliegt. Wenn die Kaltleiterheizsonde mit fester Spannung betrieben wird, ist ihr Strom unmittelbar ein Maß für die abgegebene Heizleistung. Ein von der Fluidtemperatur in einem weiten Bereich unabhängiges Durchflußmeßsignal wird daher erfindungsgemäß gewonnen, indem man in einem elektrischen Dividierer den Quotienten aus einem dem Strom im Kaltleiter proportionalen Signal und aus einem Signal bildet, das der Differenz aus der Fluidtemperatur und aus einer festen über der Bezugsiemperatur der J5 Kaltleiterheizsonde liegenden Temperatur proportional ist Diese feste, über der Bezugstemperatur liegende Temperatur wird durch den Widerstandstemperaturkoeffizienten und die Bezugstemperatur der Kaltleiterheizsonde bestimmt und kann z. B. experimentell ermittelt werden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kaltleiterheizsonde von einer Spannungsquelle gespeist wird, die eine vom Strom in der Kaltleiterheizsonde unabhängige Spannung erzeugt, und, daß zur Messung Ass Stromes in der Kaltkiterheizsonde ein Meßwiderstand mit der Kaltleiterheizsonde in Serie geschaltet wird, dessen Widerstandswert klein gegenüber dem Betriebswiderstand der Kaltleiierheizsonde ist und dessen Spannung einem Eingang des Dividierers zugeführt wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß man zum Gewinnen des der Fluidtemperatur proportionalen Signals die Kaltleiterheizsonde selbst benutzt, indem man sie mittels eines Umschalters zeitweilig an eine Widerstandsmeßeinrichtung anschließt und das Signal der Widerstandsmeßeinrichtung über eine Speichervorrichtung solange dem Differenzenbildr.er zuführt, wie die Kaltleiterheizsonde mit dem Umschalten an die Spannungsquelle angeschlossen wird.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß mit geringem Aufwand Durchflußmessungen über einen weiten Bereich der Fluidtemperatur durchführbar sind.

Ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher beschrieben.

Die Kaltleiterheizsonde (2) ist in der in der Figur gezeigten Stellung des Umschalters (HJ in Serie mit einem kleinen Meßwiderstand (4) an eine Gleichspannungsquelle (1) angeschlossen. Die Spannung an dem Meßwiderstand (4) wird einem Eingang (8) eines elektrischen Analogdividierers (5) eingegeben. Zur Messung der Fluidtemperatur wird die Kaltleiterheizsonde (2) mit dem Umschalter (11) an eine Widerstandsme 3ei !richtung (7) angeschlossen, deren Ausgangssignal einer Speichervorrichtung (12) zugeführt wird. Diese gibt das der Fluidtemperatur proportionale Meßsignal weiter an einen Eingang eines elektrischen Differenzenbildners (6), und zwar auch während der Zeit, in der sich der Umschalter (11) in der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet. Dem zweiten Eingang des elektrischen Differenzenbildners (6) wird eine feste Spannung zugeführt, die an dem von der Gleichspannungsquelle (1) gespeisten Potentiometer (13) eingestellt wird. Z. B. wird bei Verwendung eines Kaltleiters P310-A 11 das Potentiometer (13) so eingestellt, daß die Aus^angsspannung des elektrischen Differenzenbildners (6) dem Ausdruck »64° C weniger Fluidtemperatur in °C« proportional ist. Die Ausgangssppjinung des elektrischen Differenzenbildners (6) wird dem Eingang (9) des elektrischen Analogdividierers (3) eingegeben. An dem Ausgang (10) des Analogdividierers (5) ist das von der Fluidtemperatur unabhängige Durchflußmeßsignal abnehmbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Thermischer Durchflußmesser mit einer von einer Spannungsquelle gespeisten Kaltleiterheizsonde und mit einer Einrichtung zur Messung und Kompensation der Fluidtemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß in einem elektrischen Differenzbildner (6) aus einem der Fluidtemperatur proportionalen Signal und aus einem festen Signal, das einer über der Bezugstemperatur der Kaltleiterheizsonde (2) liegenden Temperatur entspricht, ein Differenzsignal gebildet wird, das einen Eingang (9) eines Dividierers (5) zugeführt wird, dessen anderer Eingang (8) ein dem Strom in der Kaltleiterheizsonde (2) proportionales Signal erhält und an dessen Ausgang (10) ein von der Fluidtemperatur unabhängiges Durchflußmeßsignal abnehmbar ist

2. Thermischer Durchflußmesser nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (1) eine vöji Strom in der Kaltleiterheizsonde (2) unabhängige Spannung erzeugt

3. Thermischer Durchflußmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Stroms in der Kaltleiterheizsonde (2) ein gegenüber dem Kaltleiterwiderstand kleiner Meßwiderstand (4) mit der Kaltleiterheizsonde (2) in Reihe geschaltet ist, dessen Spannung am Eingang (8) des Dividierers (5) eingegeben wird.

4. Thermischer Durchflußmesser nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Fluidtemperatur die Kaltleiterheizsonde (2) zeitweilig mit einem Umschalter (11) an eine WiderstancismeßeinrichtungV/) angeschlossen wird, deren Ausgangssignal mittils einer Speichervorrichtung (12) solange dem Dii.^-renzenbildner (6) eingegeben wird, wie die Kaltleiterheizsonde (2) mit dem Umschalter (11) an die Spannungsquelle (1) angeschlossen wird.