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DurchflußmeBeinrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchflußmeßeinrichtung, insbesondere
zur Messung des momentanen Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen, mit einer von
dem zu messenden Fluid umspülten, auf eine konstante Temperatur erwarmten Sonde
und einem Stromkreis zur Kompensation der Temperatur des zu messenden Fluids mit
einem in das Fluid eintauchenden HeiBleite~.
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Bekanntlich ist die elektrische Leistung in mit konstanter Heiztemperatur
betriebenen Sonden zur Strömungsmessung, wie beispielsweise in Hitzdrähten an Konstant-Iiderstands-Reglern
oder in selbstgeheizten Kaltleitern mit bereichsweise sehr großem Siderstands-Temperatur-Koeffizienten
außer von der Strömungsgeschwindigkeit bzw. dem Durchfluß des Fluids auch von der
Fluidtemperatur abhängig. Daher muß bei schwankender Fluidtemperatur eine Korrektur
oder Kompensation des Leistungssignals der Sonde vorgenommen werden, um ein von
der Fluidtemperatur unabhängiges DurchfluBsignal zu erhalten
Eine
bekannte Möglichkeit hierzu besteht darin, daB in der Strömung eine zweite, auf
eine andere Temperatur aufgeheizte Sonde vorgesehen wird und die Leistungssignale
der beiden Sonden beispielsweise in einem Differenzverstärker voneinander subtrahiert
werden. Neben dem Nachteil des zusätzlichen Aufwandes durch die zweite Sonde und
dem Differenzverstärker ergeben sich bei diesem Vorgehen Schwierigkeiten, wenn in
engen Rohren, wie sie auch bei Kraftstoffleitungen üblich sind, gemessen werden
soll und die beiden Sonden dabei hintereinander angeordnet werden. In diesem Fall
beeinflußt die von der ersten Sonde abgegebene Wärme die Leistung in der zweiten
stromabwärts angeordneten Sonde und die Kompensation wird' fehlerhaft.
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Eine weitere bekannte Mdglichkeit zur Kompensation des EinfluSes der
Fluidtemperatur besteht darin die Temperatur des Fluids nit einem temperaturabhängigen
Widerstand zu erfassen, hieraus ein zur Übertemperatur der Sonde--proportionales
elektrisches Signal zu bilden und dieses Signal dem Nennereingang eines elektrischen
Quotientenhildners zuzufuhren. Das Leistungssignal der Sonde Bird dabei dem Zählereingang
des QuDtientenbildners zugefuhrt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß aufwendige
elektrische, analog oder digital arbeitende Quotientenblldner und im Falle eines
digitalen quotaentenbildners mindestens noch ein Analog-Digitel-Wandler benötigt
werden.
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Schließlich ist es auch bekannt, die Sonden und einen Fühler zur Erfassung
der Fluidtemperstur in einer Brückenschaltung zu betreiben und die Brückenausgangsspannung
anzuzeigen oder weiter zu verarbeiten Hierbei ist jedoch infolge des in der Brückenschaltung
entstehenden nicht linearen Zusammenhangs zwischen cnr Fluidtmperatur und dem elektrischen
Signal eine Kompensation nur über enge Bereiche der Fluidtemperatur möglich.
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Diese Nachteile der bekannten Durchflußmeßeinrichtungen sollen durch
die Erfindung überwunden werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine DurchfluBmeBeinrichtung
zu schaffen, bei der mit möglichst geringem Aufwand der Einfluß der Fluidtemperatur
auf das DurchfluBsignal über einen seiten Bereich der Fluidtemperatur kompensiert
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Heißleiter-Widerstands-Kombination
mit einem mit der HeiBleitertemperatur linear abnehmenden Widerstandswert und ein
in Reihe mit dieser geschalteter Widerstand als Kompensationsstromkreis vorgesehen
sind, der mit einer der Heizleistung der Sonde proportionalen Spannung beaufschlagt
ist und an dessen Widerstand das temperaturkompensierte Meßsignal abnehmbar ist.
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Durch die Speisung der Reihenschaltung des Widerstandes und der eine
lineare Widerstands-TemperEtur-Kennlinie aufweisenden HeiBleiter-Widerstands-Kombination
mit einer der Heizleistung der Sonde proportionalen Spannung ist der durch den Widerstand
fließende Strom nur noch vom Durchfluß und nicht mehr von der Temperatur des Fluids
abhängig, sofern der Widerstand und die HeiBleiter-Widerstands-Kombination entsprechend
dimensioniert sind. Die erfindungsgemäße Lösung hat den besonderen Vorteil, daB
sie mit ganz wenigen und darüber hinaus äußerst billigen Bauteilen - lediglich einige
Widerstände - realisierbar ist. Sie eignet sich daher im besonderen Maße für Land-,
Luft- und Wasserfahrzeuge, wo es unter anderem auf besondere Robustheit und ein
geringes Gewicht der einzelnen Geräte immer mehr besonders ankommt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zur Bildung
der der Heizleistung der Sonde proportionalen Spannung ein Widerstand vorgesehen,
der zusammen mit der Sonde in Reihe geschaltet an einer Konstantapannungaquelle
liegt. Um keine Verfälschung des Meßsignals zu erhalten, sollte der Widerstand wesentlich
kleiner sein als der kleinste Siderstandsuert der Sonde.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist der durch den Widerstand
des Kompensationsstromkreises fließende Strom einem Verstärker zugeführt, dessen
Ausgang mit einer in Reihe liegenden Zenerdiode und einem Ableitwiderstand beschaltet
ist. Dadurch kann in einfacher Weise erreicht werden, daß der durch den Ableitwiderstand
fließende Strom und damit die an diesem Ableitwiderstand abfallende Spannung sich
linear mit dem Durchfluß ändert. Diese Möglichkeit der Linearisierung des Ausgangssignals
der Durchflußmeßeinrichtung ist nur in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Durchflußmeßeinrichtung
realisierbar.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, die zwei Ausführungsbeispiele
enthält, näher erläutert.
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Bei der in der Figur 1 dargestellten Durchflußmeßeinrichtung ist als
Sonde ein Kaltleiter 1 vorgesehen, der in Reihe mit einem Widerstand 2 an eine Konstantspannungsquelle
3 angeschlossen ist.
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Die an dem Widerstand 2 abfallende Spannung ist der Heizleistung des
Kaltleiters 1 proportional, sofern der Widerstand 2 wesentlich kleiner als der kleinste
auftretende Widerstandswert des Kaltleiters 1 ist. In vorgenanntem Fall beträgt
der Widerstandswert des Widerstandes 10 Ohm.
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Die an dem Widerstand 2 abfallende Spannung wird über die Anschlüsse
4 und 5 an den Stromkreis 6 zur Kompensation der Temperatur des zu messenden Fluide,
in dem sich der Kaltleiter 1 befindet, zugefrt.
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Der Kompensationsstromkreis 6 enthält eine HeiBleiter-Siderstands-Kombination
7, deren Widerstandswert linear mit der Heißleitertemperatur abnimmt Derartige Heißleiter-Widerstands-Kombinatic:ien
sind im Handel erhältlich. Der HeiBleiter-Siderstands-Kombination 7 ist ein Widerstand
8 nachgeschaltet, der an den invertierenden Eingang eines Operationsuerstärkere
9 angeschlossen ist.
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Der Widerstandswert des Widerstandes 8 ist entsprechend der Heiztemperatur
des Kaltleitere 1 und der Kennlinien der HeiBleiter-Widerstands-Kombination dimensioniert.
Bei einem Kaltleiter des Typs P 350-A 11 und einer HeiDleiter-Widerstands-Kombination
des Typs YSI 44203 hat der Widerstand 8 einen Wert von 535 Ohm.
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Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 9 steht
einerseits mit der Klemme 5 und andererseits mit der Ausgangsklemme 10 in Verbindung.
Die Ausgangsklemme 11 ist über eine Zenerdiode 12 an den Ausgang des Operationsverstärkers
9 angeschlossen. Beide Ausgangsklemmen 10 und 11 sind über einen nielerohmigen Widerstand
13 miteinander verbunden. Zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
9 und dessen Ausgang ist ein Gegenkopplungswiderstand 14 geschaltet, dessen Widerstandswert
so bemessen ist, daß die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 9, die von der
Temperatur des Fluids unabhängig ist, Werte im Bereich der Zener-Spannung der Zenerdiode
12 annimmt. Damit steigt der Strom in der Zenerdiode 12 bzw. im Widerstand 13 überproportional
zur Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 9 an. Um einen möglichst linearen
Zusammenhang zwischen dem DurchfluB und dem Strom im Widerstand 13 bzw. der Spannung
an den Ausgangsklemmen 10 und 11 zu erhalten, wird der Wert des Widerstandes 13
in etwa so bemessen, daß die Strom-Spannungs-Kennlinie der Serienschaltung aus der
Zenerdiode 12 und dem Widerstand 13 der Umkehrfunktion der Leistungs-Durchfluß-Kennlfnie
des Kaltleiters 1 entspricht. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist bei einer
Zener-Spannung von 3,6 Volt der Zenerdiode 12 ein Widerstand 13 mit einem Widerstandswert
von etwa 150 Ohm vorgesehen.
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Die in der Figur 2 dargestellte Durchflußmeßeinrichtung umfaßt wiederum
die gleiche Sonden-Widerstandseinheit wie bei der Dur=hflußmeßeinrichtung gemäß
Figur 1, die über die Klemme 4 und 5 an einen Kompensationsstromkrsis 15 angeschlossen
ist.
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Dieser besitzt einen wesentlich einfacheren Aufbau als der zuvor beschriebene
Kompensationsstromkreis 6, und zwar enthält er neben dem Widerstand 8 und der Heißleiter-Widerstands-Kombination
7, die den gleichen Aufbau und die gleichen Werte wie zuvor aufweisen, einen Strommesser
16, der mit der Heißleiter-Widerstands-Kombination 7 und dem Widerstand 8 in Reihe
liegt. Bei dieser Ausführungsform wird also auf eine elektrische Linearisierung
des Durchflußsignals verzichtet und der durch den Widerstand 8 fließende temperaturkompensierte
Strom unmittelbar durch das Anzeigeinstrument gemessen, dessen Anzeigeskala in Durchflußwerten
skaliert ist.
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