DE3112144A1

DE3112144A1 - "thermischer durchflussmesser"

Info

Publication number: DE3112144A1
Application number: DE19813112144
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Phys. Dr. 6102 Pfungstadt Eiermann; Wolfgang Dipl.-Phys. Dr. 6000 Frankfurt Schäfer
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1981-03-27
Filing date: 1981-03-27
Publication date: 1982-10-07

Description

Thermischer Durchflußmesser
Die Erfindung betrifft einen termischen Durchflußmesser zur Messung des Massenstroms eines in einer Leitung fliessenden gasförmigen oder flüssigen Mediums, bestehend aus einem von dem Medium durchströmten, mit einem Heizelement versehenen metallischen Rohrabschnitt und Elementen zur Messung der Temperatur des Mediums, wobei als Heizelement ein oder mehrere Schichtwiderstände auf einem elektrisch isolierenden thermisch gut leitenden Substrat dienen, die über eine metallische Zwischenschicht mit der Außenfläche des metallischen Rohrabschnitts wärmeschlüssig verbunden sind.
Thermische Durchflußmesser, die dem zu messenden Massenstrom eine bekannte Wärmemenge zuführen, sind seit langem bekannt ( z.B. DE-PS 854 105). Grundlage des Meßprinzips ist die Beziehung zwischen aufgenommener Wärmeleistung Q und der resultierenden Temperaturerhöhung4T des Mediums Q = M . C . T = V .t . c.oT Hierbei ist M der Massenstrom, V der Volumenstrom, 9die Dichte und c die spezifische Wärme des Mediums. Das Verhältnis von Q und bT ist somit ein lineares Maß für die Durchflußmenge.
Bisher bekannte Geräte, die nach diesem Prinzip arbeiten, verwenden z.B. eine Heizwicklung auf einem metallischen Rohrabschnitt, um dem Medium Wärme zuzuführen.
Dieser Aufbau hat den Nachteil, daß nur ein schlechter Wärmekontakt zwischen Heizwicklung und dem Rohrabschnitt erzielt wird, da die Kontaktfläche klein ist ( im Verhältnis zur Oberfläche des Heizdrahtes) und zusätzlich eine Isolierschicht zwischen Heizwicklung und Rohr angebracht werden muß.
Der daraus resultierende Wärmewiderstand zwischen der Heizwicklung und dem durchströmten Rohrabschnitt bedingt, daß erstens die Temperatur der Heizwicklung kein Maß für die Temperatur der Wand und des durchstromten Rohrabschnitts ist und daß zweitens die von der Heizwicklung aufgenommene elektrische Leistung kein exaktes Maß für die von dem Medium aufgenommene Wärme ist. So ist z.B. das Verhältnis von aufgenommener elektrischer Leistung und Temperaturerhöhung bei einer Vorrichtung nach DE-PS 854 105 nicht proportional dem Massendurchfluß.
Weiterhin ist ein thermischer Durchflußmesser vorgeschlagen worden ( DE-OS 30 06 584), bei dem als Heizelement ein Schichtwiderstand verwendet wird. Dadurch ist es möglich, die Probleme bei der Verwendung einer Heizwicklung zu umgehen. Weiterhin ist bei diesem Durchflußmesser für die Messung der Temperaturerhöhung des fließenden Mediums die Verwendung von Schichtwiderständen vorgesehen, die stromauf- und stromabwärts vom Heizelement angeordnet sind. Es erweist sich jedoch als schwierig, diese Schichtwiderstände für die Temperaturmessung so anzuordnen, daß jeweils die mittlere Fluidtemperatur gemessen werden kann.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen thermischen Durchflußmesser der beschriebenen Art zu schaffen, bei der die Temperaturerhöhung des strömenden Mediums auf einfache und zuverlässige Art gemessen werden kann.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der beheizte Rohrabschnitt aus einem Material mit bekannter thermoelektrischer Kraft besteht und die beiden Enden dieses Rohrabschnittes mit jeweils einem Draht aus einem Material mit anderer thermoelektrischer Kraft verbunden sind. Natürlich kann an Stelle eines Drahtes auch ein Stab oder ein anderes Formgebilde treten. Für die Bestimmung der Temperaturdifferenz wird die Thermospannung gemessen,die sich ausbildet zwischen den Enden des durchströmmten, mit dem Heizelement verbundenen Rohrabschnitts und den an diesen Enden mit dem Rohr wärmeschlüssig verbundenen Drähte aus einem Material mit anderer thermoelektrischer Kraft, Dadurch, daß das durchströmte Rohr selbst einen Schenkel der an den Enden des Rohrabschnitts erzeugten Thermopaare darstellt, wird eine überraschend einfache Messung der Temperaturerhöhung des Fluid möglich.
Die Abbildung zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflußmessers. Auf einem metallischen Rohrabschnitt (1) aus einem Material mit bekannter thermoelektrischer Kraft, das von dem zu messenden Medium durchflossen wird, sind wärmeschlüssig ein oder mehrere Schichtwiderstände (2) aufgebracht, die elektrisch beheizt werden.
An den beiden Enden (4) des Rohrabschnitts (1), dessen Länge und Querschnitt so gewählt sind, daß sich sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts vom Heizelement (2) ein thermisches Gleichgewicht zwischen Rohrwand und mittlerer Fluidtemperatur einstellt, ist jeweils ein Draht (3) angebracht, aus einem Material mit einer anderen thermoelektrischen Kraft als die des Rohres (1). Die Verbindungsstellen (5) zwischen dem Rohr (l) und den Drähten (3) können sowohl punktförmig ausgebildet sein als auch sich über den gesamten Umfang des Rohrendes (4) erstrecken.
Zwischen den freien Enden (6) der Drähte (3) entsteht eine Termospannung, die ein Maß fUr die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Rohrenden (4) ist.
Es ist vorteilhaft, mit einem angeschlossenen Analogrechner oder Microprocessor das Verhältnis von der vom Heizelement (2) des beheizten Rohrabschnitts (1) aufgenommenen elektrischen Leistung und der gemessenen Differenz zwischen Eintritts-und Austrittstemperatur das fließende Medium zu bilden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE Thermischer Durchflußmesser 1. Thermischer Durchflußmesser zur Messung des Massenstroms eines in einer Leitung fließenden gasförmigen oder flüssigen Mediums, bestehend aus einem von dem Medium durchströmten, mit einem Heizelement versehenen metallischen Rohrabschnitt und Elementen zur Messung der Temperatur des Mediums stromauf- und stromabwärts von diesem Heizelement, wobei als Heizelement ein oder mehrere Schichtwiderstände auf einem elektrisch isolierenden, thermisch gutleitenden Substrat dienen, die über eine metallische Zwischenschicht mit der Außenfläche des metallischem Rohrabschnitts wärmeschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der beheizte Rohrabschnitt (1) aus einem Material mit bekannter thermoelektrischer Kraft besteht und die beiden Enden (4) dieses Rohrabschnittes (1) mit jeweils einem Draht (3) aus einem Material mit anderer thermoelektrischer Kraft verbunden sind.
2. Thermischer Durchflußmesser nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mit einem angeschlossenen Analogrechner oder Microprocessor das Verhältnis von der vom Heizelement ( 2) des beheizten Rohrabschnitts (1) aufgenommenen elektrischen Leistung und der gemessenen Differenz zwischen Entritts- und Austrittstemperatur des Mediums gebildet wird.