DE2718474C3 - 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 elektritcher 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 Fluidten-peratur berücksichtigt und. falls das Meßgerät über einen größeren Bereich der Fluidtemperatur ohne Nachjustierung arbeiten soll, ihr Einfluß kompensiert werden. I Iber einen engen Bereich der Fluidtemperatur kann eine Kompensation erreicht werden, indem man einen /weiten temperaturempfindlichen Widerstand mit der Heizsonde in einer Brückenschaltung vorsieht (DE-OS 24 32 342). Wenn man über einen großen Bereich der Fluidtemperatur oder bei inflationärer Strömung zu messen hat, ist die Betriebsart »konstanter Strom« nicht anwendbar, weil sich die Temperatur der Heizsonde dann ebenfalls iri 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 Fluidtemperatür 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.

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 muß einerseits mit großen Schwankungen der Fluidtemperatur gerechnet werden; andererseits kommen in Kraftfahrzeugen nur wenig aufwendige Durchflußmesser in Frage.

Bekannt ist ferner, 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 Fluidtempera tür 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 /mt Kompensation der Fluidtemperatur auch bei Kaltleiti_rheizsonden 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 /u regeln und den Quotienten aus der Heizleistung und aus der Differenz von Hei/· jinperatur und Fluidtemperatur zu bilden. Damit hätte man jedoch auch die erwähnten Nachteile der Brückenschaltung (Kompensation nur über enge Bereiche der Fluid temperatur) bzw. der Temperaturregelung (großer Aufwand). Aus der Literatur (messen + prüfen. September 1970. 6. [hg. H 9. Seite 709 — 711) sind Kaltleiterheizsonden als selbstregehde Thermostaten bekannt Mit dieser Thermostaicnwirkiing ergibt sich in der Praxis z. 15. bei 10" C" Fluidtemperaturänderung eine Heiztemperaturände rung von etwa 2C Daher ist die Kaltleiterheizsonde. die an fester Spannung betneben wird, über große Bereiche der Huidtemperatur keine Heizsonde mit konstanter Temperatur Aus diesem Grund mußte man auch bei Kaltleiterheizsonden eine zusätzliche Kon stant-Temperatur Regelung vorsehen, wenn man die für die Betriebsart »konstante Temperatur« bekannte Methode der Kompensation der Fluidtemperatur für

<>5 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 Differenzbildner 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 Durchflußmeßsignal 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 erfin- JO dungsgemäß 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 Bezugstemperatur der Kaltleiterheizsonde liegenden Temperatur proportional ist. Diese feste, über der Bezugstemperatur liegende Temperatur wird durch den Widerstandstemperaturkoeffizienten und die Bezugsumperatur 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 Kaltltiterheizsonde unabhängige Spannung erzeugt, und, daß zur +5 Messung des Stromes in der Kaltleiterheizsonde ein Meßwiderstand mit der Kaltleiterheizsonde in Serie geschaltet wird, dessen Widerstandswert klein gegenüber dem Betriebswiderstand der Kaltleiterheizsonde 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 Differenzenbildner 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 Kaltle-terheizsonde (2) ist in der in der Figur gezeigten Stellung des Umschalters '' <) in Serie mit einem kleinen meßwidersiand (4) an eiiic Gleichspannungsquelle (1) angeschlossen. Die Spannung an dem Meßwiderstand (4) wird einem Eingang (8) eines elektrischen Analogdividierers (5) eingegeben. Zur Messung Jer Fluidtemperatur wird die Kaltleiterheizsonde (2) mit dem Umschalter (11) an eine Widerstandsmeßeinrichtung (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 P 310-A 11 das Potentiometer (13) so eingestellt, dafi die Ausgangss.pannung des elektrischen Differenzbildners (6) dem Ausdruck »64° C weniger Fluidtemperatur in "(_,< proportional ist. Die Ausgangsspannung des elektrischen Differenzbildners (6) wird dem Eingang (9) des elektrischen Analogdividierers (5) eingegeben. An dem Ausgang (10) des Analogdividierers (5) ist das von der Fluidtemperatur unabhängige Durchflußmeßsignal abnehmbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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 einem 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 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (1) eine vom Strom in der Kaltleiterheizsonde (2) unabhängige Spannung erzeugt.

3. Thermisciier Durchflußmesser nach Anspiuch 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) eingegeber 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 Widerstandsn: .ßeinrichtung (7) angeschlossen wird, deren Ausgangssignal nvttels ei~°r Speichervorrichtung (12) solange dem Differenzenbildner (6) eingegeben wird, wie die Kaltleit^heizsonde (2) mit dem Umschalter (11) an die Spannungsquelle (1) angeschlossen wird.