DE3231663C2 - Messvorrichtung zum Messen der Str¦mungsgeschwindigkeit und/oder des Durchflussvoluments eines Fluids - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Durchflußmenge eines Fluids nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist allgemein üblich, die Durchflußmenge eines Fluids dadurch zu messen, daß das Fluid mit Wärmeimpulsen an einer stromaufwärts gelegenen Stelle in einem Rohr, durch das das Fluid strömt, aufgeheizt, das aufgeheizte Fluid an einer Stelle, die um eine gewisse Strecke stromabwärts bezüglich der Aufheiz-Stelle liegt, erfaßt, und der Zeitraum gemessen wird, der zwischen Aufheizen des Fluids und dem Erfassen des aufgeheizten Fluids verstreicht, um dadurch die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zu messen. Die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit v läßt sich folgendermaßen ausdrücken:

wobei L das Durchflußvolumen des Fluids in ml/s und S die Querschnittsfläche des Rohres in cm² ist, durch das das Fluid strömt.

Wenn man annimmt, daß die stromaufwärts in dem Rohr gelegene Heizvorrichtung zum Aufheizen des Fluids von einer thermoempfindlichen Einheit stromabwärts bezüglich der Heizeinheit in dem Rohr in einem Abstand d (cm) angeordnet sei und daß ein Zeitintervall T verstreiche, nachdem das Fluid durch die Heizeinheit aufgeheizt wurde und bevor das aufgeheizte Fluid von der wärmeempfindlichen Einheit erfaßt wird, dann kann die folgende Gleichung abgeleitet werden:

Wie man aus Gleichung (2) entnehmen kann, nimmt das Zeitintervall T bei Ansteigen des Durchflußvolumens L des Fluids umgekehrt proportional ab. Bekannte Heißdraht- Strömungsmesser haben das Fluid periodisch aufgeheizt. Es war schwierig, die Periode, mit der das Fluid durch die Heizeinheit aufzuheizen war, in einem System einzustellen, in welchem der Durchfluß des Fluids großen Änderungen unterworfen ist. Wäre insbesondere die Heiz- Periodendauer zu groß, so würde die Meßzeit verlängert, und man könnte raschen Änderungen des Fluid-Durchflusses nicht folgen. Wäre die Aufheiz-Periodendauer zu kurz, würde das stromabwärts in dem Rohr pro Zeiteinheit erfaßte Fluid abträglich beeinflußt durch den Aufheizvorgang in der nächsten Periode, mit dem Ergebnis, daß das Erfassen des aufgeheizten Fluids nicht genau erfolgen würde. Zu messende Fluide besitzen eine Vielfalt von Zusammensetzungen, die einen großen Bereich von Durchflußmengen abdecken können, und ihre Durchflußmengen werden unter verschiedenen Bedingungen, beispielsweise Umgebungstemperatur, Druck u. dgl., gemessen. Unter derartigen verschiedenen Bedingungen werden die Fluide von der Heizeinheit unter veränderten Bedingungen aufgeheizt und können nicht auf eine konstante Temperatur aufgeheizt werden. Wenn beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ansteigt, geht eine erhöhte Menge an Wärmeenergie aus der Heizvorrichtung verloren, deren Widerstand dann herabgesetzt wird, so daß das Fluid weniger intensiv aufgeheizt wird. Meßvorrichtungen der oben allgemein beschriebenen Art sind z. B. in der DE-OS 19 54 835 und DE-OS 26 39 729 beschrieben.

In Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschreibt die US-PS 42 37 730 eine Meßvorrichtung, bei der die auswertende Schaltung nicht nur auf die von dem Detektor erzeugten Signale anspricht und das Zeitintervall mißt, das nach dem pulsierenden Aufheizen der Heizvorrichtung bis zum Erfassen des von dem Detektor erzeugten Signals verstreicht, sondern außerdem das Zeitintervall aufeinanderfolgender Heizvorgänge der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Zeitintervall zwischen einer Aufheizung der Heizvorrichtung und dem Erfassen des Detektorsignals bestimmt. Die gelieferte Anzeige, die auf der Grundlage des Zeitintervalls zwischen zwei Aufheizvorgängen geliefert wird, ist dann ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit und/oder die Durchflußmenge des Fluids.

Zum Aufheizen des Fluids wird eine endliche Zeit benötigt, und dementsprechend ist auch der Volumenbereich, in welchem das Fluid aufgeheizt wird, nicht ein sehr kleiner, scharf abgegrenzter Bereich, sondern ein relativ großer Bereich mit ziemlich schlecht definierten Grenzen. Dementsprechend ist auch das von dem Wärme-Detektor gewonnene Signal ein relativ breiter Impuls. Die Anwendung des oben erläuterten Grundprinzips des selbsttätigen Auslösens der Heizschaltung durch vom Wärme-Detektor erzeugte Impulse (Impuls-Frequenz- Prinzip) führt dazu, daß bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten die Heizschaltung mit hoher Frequenz aktiviert wird. Zwischen den einzelnen Aufheizvorgängen hat die Heizvorrichtung kaum Zeit abzukühlen. Dies bedingt, daß der Temperaturunterschied zwischen aufgeheiztem Fluidvolumen und nicht-aufgeheiztem Fluidvolumen weniger scharf ausgeprägt ist, also um so kleiner wird, desto höher die Fluidgeschwindigkeit ist. Zählt man beispielsweise das Zeitintervall zwischen Aufheizung und Erfassung des aufgeheizten Volumenbereiches mit Hilfe von Impulsen konstanter Frequenz aus, so wird bei hohen Aufheizimpuls-Frequenzen die Messung naturgemäß ungenau.

Wollte man diesem Nachteil dadurch begegnen, daß man den Abstand zwischen Heizvorrichtung und Wärme-Detektor vergrößert, so würde sich nicht-aufgeheiztes und aufgeheiztes Fluid zwischen den beiden Stellen zu stark vermischen, um noch eine deutliche Messung zu ermöglichen.

Um der obigen Problematik Rechnung zu tragen, ist in der erwähnten US-PS 42 37 730 ein Zeitgeber mit Verzögerungsschaltkreis vorgesehen, der den Ausgangsimpuls gegenüber dem verstärkten Eingangsimpuls verzögert und die Aufgabe hat, durch die Verzögerung den Thermoelementen eine gewisse Zeit zur Abkühlung vor Beginn eines nachfolgenden Heizimpulses zu geben. Die Zeitverzögerung ist unabhängig von der vorhandenen Strömungsgeschwindigkeit immer konstant, so daß zwar in einem gewissen Strömungsgeschwindigkeits- Bereich eine relativ gute Meßgenauigkeit erzielt wird, in den übrigen Bereichen von Strömungsgeschwindigkeiten jedoch mit ziemlich großen Fehlern gerechnet werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Proportionalität zwischen der Strömungsgeschwindigkeit bzw. dem Durchflußvolumen und dem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufheizvorgängen beibehalten wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Während im Stand der Technik ein durch Erfassen eines aufgewärmten Volumenbereiches erzeugter Impuls die sofortige bzw. um eine bestimmte kurze Zeitspanne verzögerte Neubetätigung der Heizschaltung veranlaßt, wird bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung mit dem erneuten Betätigen der Heizschaltung doppelt, dreifach, vierfach . . . so lange gewartet, wie Zeit zwischen einem Aufheizvorgang und der Erfassung des entsprechenden Wärmeimpulses vergeht.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird einmal erreicht, daß der Heizvorrichtung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Heizvorgängen genügend Zeit zum Abkühlen verbleibt. Zum anderen wird durch die ganzzahlige Beziehung erreicht, daß die Proportionalität zwischen Strömungsgeschwindigkeit und dem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufheizvorgängen der Heizvorrichtung beibehalten bleibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Meßvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein teilweise in Blockform dargestelltes Schaltungsdiagramm einer wärmeempfindlichen Detektorschaltung und anderer Schaltungen der in Fig. 1 dargestellten Meßvorrichtung,

Fig. 3 eine Schaltungsskizze einer Zeitsteuersignal- Schaltung der in Fig. 1 gezeigten Meßvorrichtung,

Fig. 4 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen dem Durchflußvolumen und der Aufheizperiode der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung zeigt,

Fig. 5 ein Diagramm, das eine Heizvorrichtung und Detektoren veranschaulicht, die zum Messen des Durchflußvolumens eines in eine erste und in eine zweite entgegengesetzte Richtung fließenden Stroms angeordnet sind,

Fig. 6 ein Schaltungsdiagramm einer Heizschaltung der in Fig. 1 gezeigten Meßvorrichtung,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht mit teilweise herausgebrochenen Teilen von Heizvorrichtungen und Detektoren gemäß einer anderen Ausführungsform,

Fig. 8 ein Grundriß der in Fig. 7 dargestellten Heizvorrichtungen und Detektoren,

Fig. 9 ein Blockdiagramm einer Meßvorrichtung mit einem breiteren Meßbereich gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht mit teilweise weggebrochenen Teilen einer Heizvorrichtung und von Detektoren, die vorzugsweise in der in Fig. 9 gezeigten Meßvorrichtung angeordnet sind.

Fig. 1 veranschaulicht die Anordnung einer im folgenden als Wärmeimpuls-Strömungsmesser bezeichneten Meßvorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Durchflußvolumens eines Fluids. Der Wärmeimpuls-Strömungsmesser besitzt ein Rohr 11 zum Durchströmen eines zu messenden Fluids 101, wobei das Rohr einen an einer Seite an einer stromaufwärts gelegenen Stelle des Rohres 10 angeordneten Strömungsbeunruhigungsgenerator 12 besitzt. Der Strömungsbeunruhigungsgenerator 12 kann beispielsweise ein Metallmaschendraht sein, der in einer sich senkrecht zur Strömungsrichtung des zu messenden Fluids 101 erstreckenden Ebene liegt. Das in das Rohr 11 eingegebene Fluid 101 weist eine im allgemeinen laminare Strömung auf, die in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Ebene eine gewisse Geschwindigkeitsverteilung besitzt. Das somit mit einer laminaren Strömung eingegebene Fluid 101 wird durch den Strömungsbeunruhigungsgenerator 12 beunruhigt, so daß das Fluid 102 eine gleichförmige Durchschnitts-Strömungsgeschwindigkeit in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Ebene besitzt.

Stromabwärts bezüglich des Strömungsbeunruhigungsgenerators 12 ist in dem Rohr 11 eine Heizvorrichtung 13 montiert, die sich quer zum Fluidstrom diametral bezüglich des Rohres 11 erstreckt. Die Heizvorrichtung 13 kann beispielsweise einen Wolframdraht mit einem Durchmesser von 5 µm aufweisen. Die Heizvorrichtung 13 dient zum Abgeben eines Wärmeimpulses in das Fluid 101, um dieses aufzuheizen. Es ist eine Heizschaltungseinheit 14 mit einer Heizschaltung 18 vorgesehen, die durch einen Heizstromimpuls vorgegebener Impulsbreite erregbar ist, der von einer Heizimpulsbreiten-Einstellschaltung 10 erzeugt wird. Die Heizvorrichtung 13 ist an die Heizschaltung 18 angeschlossen, so daß die Heizvorrichtung 13 aufgeheizt wird, wenn die Heizschaltung 18 erregt wird, um dadurch das Fluid 101 mit einem solchen Wärmeimpuls aufzuheizen.

In dem Rohr 11 befindet sich eine stromabwärts bezüglich der Heizschaltungseinheit 14 angeordnete wärmeempfindliche Detektorschaltung 15 mit einem Detektor 19, der in dem Rohr 11 angeordnet ist und auf die Temperatur des Fluids 101 anspricht. Der Detektor 19 besitzt Ausgangsanschlüsse, die an eine wärmeempfindliche Schaltung 20 angeschlossen sind, deren Ausgangsanschlüsse an einen Verstärker 21 gekoppelt sind, dessen Ausgangsanschlüsse an ein Filter 9 angeschlossen sind. Das durch den Wärmeimpuls aufgeheizte zu messende Fluid wird von dem Detektor 19 und der wärmeempfindlichen Schaltung 20 als elektrischer Impuls erfaßt, und eine Gleichstromkomponente eines solchen elektrischen Impulses wird von dem Filter 9 abgeblockt. Ein Ausgangssignal des Filters 9 gelangt über den Verstärker 20 an einen Schmitt-Trigger 7, der an seinem Ausgang ein Betätigungssignal S _D erzeugt, wenn das von dem Verstärker 21 gelieferte Impulssignal einen gewissen Wert übersteigt.

Das Betätigungssignal S _D treibt eine Zeitsteuersignalschaltung 16, damit diese ein Treiber-Zeitsteuersignal S _T mit einem Zeitverhalten erzeugt, das von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 101 abhängt. Das Fluid 101 wird auf der Grundlage eines solchen Treiber-Zeitsteuersignals S _T aufgeheizt.

Das Fluid 101 wird somit durch einen von der Heizvorrichtung 13 erzeugten Wärmeimpuls aufgeheizt. Das aufgeheizte Fluid 101 erreicht den Detektor 19 nach einem Zeitintervall, welches von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids abhängt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit groß ist, so benötigt das Fluid 101 nur eine kurze Zeit, um den Detektor 19 zu erreichen. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit niedrig ist, ist die Zeit, in der das Fluid 101 den Detektor 19 erreicht, lang. Nach dem Erfassen durch den Detektor 19 wird die Heizvorrichtung 13 erneut aufgeheizt, um das Fluid 101 aufzuheizen. Ein solcher Vorgang wird laufend wiederholt. Die Periodendauer, mit der die Heizvorrichtung 13 aufgeheizt wird, d. h., die Periodendauer des Treiber-Zeitsteuersignals S _T , wird kürzer, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 101 größer wird, und sie wird länger, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 101 niedriger wird. Die Strömungsgeschwindigkeit oder das Durchflußvolumen des Fluids 101 kann durch Messen einer solchen Periodendauer gemessen werden. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 101 in dem Rohr 11 kleiner ist als ein vorgegebener Wert, wird das Fluid 101 unabhängig von dem Treiber-Zeitsteuersignal S _T mit einer gewissen Wiederholungsperiodendauer aufgeheizt, selbst wenn das Fluid 101 in dem Rohr 11 nicht gemessen werden soll oder nicht durch das Rohr 11 strömt. Ein Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Wärmeimpuls- Strömungsmessers ist das Messen des Durchflußvolumens beim Ausatmen und Einatmen. Da sich das Durchflußvolumen eines derartigen Fluids abrupt und in einem großen zeitlichen Bereich ändert, ist es notwendig, daß die Heizvorrichtung 13 aufgeheizt wird, um periodische Wärmeimpulse an das Fluid abzugeben, um dessen Durchflußvolumen selbst dann exakt zu messen, wenn das Durchflußvolumen einer abrupten Schwankung unterliegt. Hierzu sind Mittel zum periodischen Aktivieren der Heizvorrichtung 13 hinzugefügt.

Der hierzu vorgesehene Hilfsimpulsgenerator ist wie folgt aufgebaut: Es ist eine Zeitsteuerung 4 vorgesehen, die auf ein Zeitintervall eingestellt ist, das etwas länger ist als die Periodendauer des Treiber-Zeitsteuersignals S _T entsprechend dem gemessenen Minimum-Durchflußvolumen des Fluids. Die Zeitsteuerung 4 wird getrieben durch das Treiber-Zeitsteuersignal S _T , um während eines eingestellten Zeitintervalls ein Sperrsignal Sg zum Schließen des Gatters einer Schalteranordnung 6 zu erzeugen. Solange der Zeitsteuerung 4 während des eingestellten Zeitintervalls das Treiber-Zeitsteuersignal S _T zugeführt wird, bleibt das Gatter der Schalteranordnung 6 geschlossen. Wenn nach dem Verstreichen des durch das vorausgehende Treiber-Zeitsteuersignal eingeleiteten, eingestellten Zeitintervalls das nächste Treiberzeitsteuersignal S _T an die Zeitsteuerung 4 gelegt wird, so erzeugt diese das Sperrsignal nicht vor Empfang dieses Treiber-Zeitsteuersignals, währenddessen das Gatter der Schalteranordnung 6 geöffnet wird, so daß Impulse vom Impulsgenerator 5 an die Heizschaltung 18 gelangen können.

Die Zeitsteuergeneratorschaltung 16 enthält einen Vorwärts- Rückwärts-Zähler 24, der mit dem Zählen eines Signals, beispielsweise eines Signals mit einer Schwingungsfrequenz von 20 kHz, das von einem Oszillator 25 erzeugt wird, in Abhängigkeit eines Heizimpulses S _H von der Impulsbreiten- Einstellschaltung 10 beginnt, während die Heizschaltung 18 von dem Treiber-Zeitsteuersignal S _T getrieben wird. Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 24 zählt das Signal während eines Zeitintervalls, in welchem das aufgeheizte Fluid von der Heizvorrichtung 13 zu dem Detektor 19 fließt, hinauf, und er zählt das Signal in Abhängigkeit des Betätigungssignals S _D von der Wärmedetektorschaltung 15 herunter. Eine Koinzidenzschaltung 26 stellt fest, wann der Zählerstand beim Herunterzählen mit dem Endzählerstand des Hinaufzählvorgangs übereinstimmt und erzeugt ein Koinzidenzsignal, welches als Treiber-Zeitsteuersignal S _T dient.

Während die Periodendauer, wie sie durch den Detektor 9 festgestellt wird, kleiner ist als das durch die Zeitsteuerung 4 eingestellte Zeitintervall, wird die Heizimpulsbreiteneinstellschaltung 10 durch das Treiber-Zeitsteuersignal S _T mit einer Periodendauer getreiben, die der zweifachen Dauer der Zeit entspricht, die zwischen dem Aufheizen des Fluids und dem Erfassen durch den Detektor 19 verstreicht, um dadurch einen Heizimpuls S _H zu erzeugen. Wenn die Zeitdauer, die durch den Detektor 19 erfaßt wird, größer ist als das durch die Zeitsteuerung 4 eingestellte Zeitintervall, hört die Zeitsteuerung 4 andererseits mit der Abgabe des Sperrsignals Sg auf, um dadurch das Gatter der Schalteranordnung 6 zu öffnen. Ein Impulssignal von beispielsweise 10 Hz gelangt von dem Impulsgenerator 5 über die Schalteranordnung 6 an die Impulsbreiteneinstellschaltung 10, die dann den Heizimpuls S _H abgibt. Der Heizimpuls S _H wird durch ein Sperrgatter 10-G daran gehindert, an den Vorwärts- Rückwärts-Zähler 24 zu gelangen.

Eine Periodendauermeßschaltung 3 ist an einen Ausgang der Impulsbreiteneinstellschaltung 10 angeschlossen. Die Periodendauermeßschaltung 3 ist mit einem Ausgang an eine Anzeigeeinheit 2 angeschlossen, die zum Anzeigen der gemessenen Periodendauer oder Frequenz dient, so wie diese als Durchflußmenge oder Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Fluids kalibriert ist. Im folgenden sollen die Bauteile des Wärmeimpuls-Strömungsmessers detailliert beschrieben werden. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, gelangt über einen Anschluß 17 a ein Startsignal für den Meßvorgang an die Basis eines Transistors 30. Der Transistor 30 erzeugt ein Ausgangssignal zum Treiben der Impulsbreiteneinstellschaltung 10. Die Impulsbreiteneinstellschaltung 10 besteht beispielsweise aus einem monostabilen Multivibrator und weist eine Zeitkonstantenschaltung 10 a auf, deren Zeitkonstante zum Einstellen der Impulsbreite des Heizimpulses S _H justiert wird. Wenn der Heizimpuls S _H an die Heizschaltung 18 gelegt wird, wird die Heizvorrichtung 13 sofort mit einem elektrischen Strom gespeist, welcher die Heizvorrichtung aufheizt.

Die Heizvorrichtung 18 hat den in Fig. 6 dargestellten Aufbau. Zwischen einem Eingangsanschluß 102 und Masse liegen zwei in Serie geschaltete Widerstände 81 und 82. Die Widerstände 81 und 82 sind über einen Verbindungspunkt verbunden, der an die Basis eines Transistors 83 gekoppelt ist, dessen Emitter auf Masse liegt. Ein Widerstand 84 liegt zwischen dem Kollektor des Transistors 83 und einem Spannungsversorgungsanschluß 103, an welchem eine gewisse Spannung von beispielsweise 30 V liegt. Eine Diode 85 ist mit ihrer Anode an den Kollektor des Transistors 83 angeschlossen, und ihre Kathode ist an die Basis eines Transistors 86 angeschlossen. Ein Widerstand 87 liegt zwischen Basis und Emitter des Transistors 86. Der Kollektor des Transistors 86 ist an den Ausgangsanschluß eines Verstärkers 89 angeschlossen, dessen invertierender Eingangsanschluß über einen Widerstand 90 auf Masse liegt und über einen Kondensator 88 an den Ausgangsanschluß des Verstärkers 89 angeschlossen ist. Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 89 ist an die Basis eines Transistors 91 angeschlossen, dessen Emitter an die Basis eines Transistors 92 angeschlossen ist, dessen Emitter über einen Widerstand 93 an den Emitter des Transistors 86 gekoppelt ist. Der Emitter des Transistors 92 ist ferner an die Basis eines Transistors 94 angeschlossen, dessen Emitter mit dem Emitter des Transistors 86 vereinigt ist. Der Kollektor des Transistors 94 ist an den Ausgangsanschluß des Verstärkers 89 und somit an den Kollektor des Transistors 86 angeschlossen.

Eine Brückenschaltung 104 umfaßt die Heizvorrichtung 13, Widerstände 95 und 97 und einen veränderbaren Widerstand 98, und ihre Ausgangsanschlüsse sind angeschlossen an eine Verbindung zwischen dem Widerstand 95 und der Heizvorrichtung 13 sowie eine Verbindung zwischen dem Widerstand 97 und dem veränderbaren Widerstand 98. Die Heizvorrichtung 13 und der Widerstand 98 stehen miteinander über einen auf Masse liegenden Verbindungsanschluß in Verbindung. Die Verbindung zwischen den Widerständen 95 und 97 ist an den Emitter des Transistors 86 angeschlossen. Die Verbindung zwischen der Heizvorrichtung 13 und dem Widerstand 95 ist über einen Widerstand 99 an den invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 89 angeschlossen, und die Verbindung zwischen den Widerständen 97 und 98 ist verbunden mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 89.

Wenn kein Heizimpuls an den Eingangsanschluß 102 gelegt wird, ist der Transistor 83 ausgeschaltet, und somit ist die Diode 85 leitend, um den Transistor 86 zu erregen. Da der Kollektor des Transistors 86 an die Basis des Transistors 91 angeschlossen ist, werden die Transistoren 91 und 92 ausgeschaltet. Wenngleich ein kleiner Strom von dem Spannungsversorgungsanschluß 103 durch die Diode 85 und die Basis und den Emitter des Transistors 86 in die Zweige der Brückenschaltung 104 fließt, bleibt die Heizvorrichtung 13 im wesentlichen ungeheizt.

Wenn an den Eingangsanschluß 102 ein Heizimpuls gelegt wird, wird der Transistor 83 eingeschaltet, um die Spannung an der Anode der Diode 85 abzusenken, woraufhin der Transistor 86 ausgeschaltet wird. Nach dem Ausschalten des Transistors 86 wird ein Ausgangssignal der Brückenschaltung 104 durch den Verstärker 89 verstärkt, welcher ein Ausgangssignal erzeugt, um den Transistor 91 leitend zu machen. Das Erregen des Transistors 91 erregt dann den Transistor 92. Wenn der Transistor 92 eingeschaltet ist, fließt ein Strom von dem Spannungsversorgungsanschluß 103 durch den Transistor 92 und den Widerstand 93 in die Brückenschaltung 104. Wenn der Stromfluß beginnt, bleibt die Heizvorrichtung 13 kalt und besitzt einen geringen Widerstandswert, mit dem Ergebnis, daß die Spannung am nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 89 wesentlich höher ist als die an seinem invertierenden Eingang. Somit erzeugt der Verstärker 89 eine Ausgangsspannung, die einen großen Stromfluß durch die Transistoren 91 und 92 bewirkt. Dieser Strom erhöht den durch die Heizvorrichtung 13 fließenden Strom, die dann aufgeheizt wird und einen sich erhöhenden Widerstandswert bekommt. Der durch die Heizvorrichtung 13 fließende Strom steigt weiter an, bis die Brückenschaltung 104 in einen abgeglichenen oder Gleichgewichtszustand gebracht ist.

Daher kann die Heizvorrichtung 13 bis zu einer bestimmten Temperatur aufgeheizt werden. Die Art und Weise, in der die Heizvorrichtung 13 abkühlt, hängt von der Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Fluids ab. Die in Fig. 6 dargestellte Schaltungsanordnung jedoch gestattet es der Heizvorrichtung 13, das Fluid unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf eine konstante Temperatur aufzuheizen.

Wenn ein zu starker Strom durch den Transistor 92 fließt, wird der Transistor 94 eingeschaltet, um dadurch den Transistor 91 und somit den Transistor 92 abzuschalten.

Wenn die Heizvorrichtung 13 aufgeheizt wird, wird dadurch auch das die Heizvorrichtung 13 passierende Fluid aufgeheizt. Wenn das aufgeheizte Fluid an dem Detektor 19 vorbeiströmt, wird letzter aufgeheizt, und die Aufheizung wird erfaßt. Der Detektor 19 und die wärmeempfindliche Schaltung 20 sind aufgebaut, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der Detektor 19 ist in Form eines wärmeempfindlichen Widerstandes ausgebildet, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Die wärmeempfindliche Schaltung 20 besitzt eine Brücke mit dem Detektor 19 in einem seiner Zweige, und ein Verstärker 35 liegt an den Ausgangsanschlüssen der Brücke 34. Wenn das durch die Heizvorrichtung 13 aufgeheizte Fluid den Detektor 19 passiert, wird letzterer aufgeheizt, und die Brücke 34 wird aus dem abgeglichenen Zustand gebracht, woraufhin der Verstärker 35 das Erfassungssignal Sc erzeugt.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt der Detektor 19 ein Paar eines ersten und zweiten Detektors 19-1 bzw. 19-2, die sich senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids erstrecken, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Das durch die Heizvorrichtung 13 aufgeheizte Fluid strömt an dem einen Detektor 19-1 vorbei, während das aufgeheizte Fluid nicht durch den Detektor 19-2 gelangt. Beim Messen des Ausatemvorgangs werden die Detektoren 19-1 und 19-2 gleichmäßig von der Wärmeenergie beaufschlagt, die beim Ausatmen von dem menschlichen Körper stammt. Die Detektoren 19-1 und 19-2 sind in benachbarten Zweigen der Brücke 34 verschaltet. Jeglicher Einfluß der von dem menschlichen Körper stammenden Wärmeenergie auf das Fluid kann auf diese Weise zwecks richtigen Erfassens des Vorbeiströmens des von der Heizvorrichtung 13 aufgeheizten Fluids beseitigt werden. Wenn das Ausatmen und das Einatmen unabhängig voneinander zu messen sind, werden zwei Sätze von Detektoren 19, 19′ auf jeweils einer Seite der Heizvorrichtung 13 angeordnet, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Der Detektor 19′ enthält Detektoren 19-11 und 19-12, die funktionsmäßig den Detektoren 19-1 bzw. 19-2 entsprechen.

Wiederum bezugnehmend auf Fig. 2 wird das Erfassungssignal Sc, wie es von der wärmeempfindlichen Schaltung 20 erfaßt wird, an eine integrierende Schaltung 36 gelegt, die aus einem Widerstand 37 und einem Kondensator 38 besteht, wodurch die hochfrequenten Rauschanteile aus dem Erfassungssignal entfernt werden. Ein Ausgangssignal der integrierenden Schaltung 36 gelangt an einen Kondensator 39, der eine Gleichstromkomponente des Erfassungssignals Sc abblockt. Das Erfassungssignal Sc, aus dem die Gleichstromkomponente entfernt wurde, wird von Verstärkern 40 und 41 verstärkt, und das verstärkte Erfassungssignal Sc gelangt an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß eines Vergleichers 42 der wärmeempfindlichen Schaltungseinheit 15.

Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 41 ist an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß eines Komparatorverstärkers 43 angeschlossen, dessen Ausgangsanschluß an die Kathode einer Diode 44 angeschlossen ist. Die Diode 44 ist mit ihrer Anorde an einen Anschluß eines Kondensators 45 angeschlossen, dessen anderer Anschluß geerdet ist. Die Anode der Diode 44 ist weiterhin an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß einer Pufferschaltung 46 gekoppelt. Die invertierenden Eingangsanschlüsse des Komparatorverstärkers 43 und der Pufferschaltung 46 sind miteinander verbunden. Die Pufferschaltung 46 ist mit einem Ausgangsanschluß über einen Verstärker 47 an den invertierenden Eingangsanschluß des Vergleichers 42 angeschlossen, der über einen Widerstand 48 an einem beweglichen Anschluß eines veränderbaren Widerstandes 49 liegt. Wenngleich nicht dargestellt, liegt am Widerstand 49 eine Spannungsversorgung. Die Anode der Diode 44 ist an die Kathode einer Diode 50 angeschlossen, deren Anode an einen Ausgangsanschluß eines monostabilen Multivibrators 51 angeschlossen ist. Der Vergleicher 42 ist mit einem Ausgangsanschluß an einen Negator 52 angeschlossen. Der monostabile Multivibrator 51 empfängt an einem Eingangsanschluß den Heizimpuls S _H . Jedesmal, wenn der Heizimpuls S _H zugeführt wird, erzeugt der Multivibrator 51 ein Ausgangssignal, welches den Kondensator 45 über die Diode 50 auf eine vorbestimmte Spannung auflädt. Die Spannung am Kondensator 45 gelangt über die Pufferschaltung 46 an den invertierenden Eingang des Komparatorverstärkers 43. Der Komparatorverstärker 43 vergleicht das Ausgangssignal des Verstärkers 41 bei einem niedrigen Pegel, der keinen Erfassungsimpuls Sc enthält, mit dem Ausgangssignal der Pufferschaltung 46. Der Kondensator 45 fährt fort, über die Diode 44 entladen zu werden, bis die Eingangssignale des Komparatorverstärkers 43 miteinander übereinstimmen. Auf diese Weise erscheint der kleinste Pegel des Verstärkers 41 ohne darin enthaltenen Erfassungsimpuls Sc am Ausgang des Pufferverstärkers 46. Zu diesem kleinsten Pegel wird ein vorbestimmter Wert von dem beweglichen Anschluß des veränderbaren Widerstandes 49 hinzugegeben, und die Summe wird als ein Bezugswert an den Vergleicher 42 gelegt. Wenn der Erfassungsimpuls Sc den Bezugswert überschreitet, erzeugt der Vergleicher 42 ein invertiertes Ausgangssignal mit einem höheren logischen Pegel "1", das als Betätigungssignal S _D über eine Pufferschaltung 52 an einen Anschluß 105 gelegt wird. In Fig. 2 ist der in Fig. 1 gezeigte Schmitt-Trigger durch den Vergleicher 42 ersetzt.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung zum Treiben des Vorwräts- Rückwärts-Zählers 24. Das Betätigungssignal S _D von dem Vergleicher 42 in Fig. 2 gelangt an einen Eingangsanschluß eines NOR-Gliedes 60, welches mit einem weiteren NOR-Glied 61 zur Bildung eines Flipflops zusammenwirkt. Das NOR-Glied 61 ist mit einem Ausgangsanschluß an einen Eingangsanschluß eines NOR-Gliedes 62 gelegt, welches mit einem weiteren NOR-Glied 63 zur Bildung eines Flipflops zusammenwirkt. Das NOR-Glied 63 ist mit einem Eingangsanschluß an den Ausgangsanschluß eines NAND-Gliedes 64 angeschlossen, von dem ein Eingangsanschluß über einen Kondensator 65 geerdet und über einen Widerstand 66 an einen Spannungsversorgungsanschluß 103 angeschlossen ist. Parallel zu dem Kondensator 65 liegt ein Startschalter 67. Ein Ausgangsanschluß des NOR-Gliedes 62 ist über eine Pufferschaltung 68 an einen Eingangsanschluß eines NAND- Gliedes 69 und an einen Negator 70 angeschlossen. Dem anderen Eingangsanschluß des NAND-Gliedes 69 wird von einem Anschluß 25 a eines Oszillators 25 ein Bezugssignal zugeführt. Der Negator 70 ist mit einem Ausgangsanschluß an einen Eingangsanschluß eines NAND-Gliedes 71 angeschlossen, dessen anderer Eingangsanschluß auch ein Bezugssignal von einem Anschluß 25 b des Oszillators 25 empfängt. Die NAND-Gliedes 69 und 71 sind mit ihren Ausgangsanschlüssen an Eingangsanschlüsse eines NOR- Gliedes 72 angeschlossen, dessen Ausgangsanschluß an die Taktanschlüsse von in Serie geschalteten Vorwärts- Rückwärts-Zählern 73, 74 und75 angeschlossen sind, welche zusammen den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 24 bilden. Die Vorwärts-Rückwärts-Zähler 73, 74 und 75 besitzen Vorwärtszähl- und Rückwärtszähl-Steueranschlüsse t _c , die mit dem Ausgangsanschluß der Pufferschaltung 68 gekoppelt sind.

Die Steueranschlüsse t _c und Null-Zählerstand-Ausgangsanschlüsse t₀₁, t₀₂ und t₀₃ der Zähler 73, 74 bzw. 75 sind an die Eingangsanschlüsse eines NOR-Gliedes 76 angeschlossen, dessen Ausgang über ein NOR-Glied 77 an den anderen Eingang des NAND-Gliedes 74 gelegt ist. Das NOR-Glied 76 dient als die in Fig. 1 gezeigte Koinzidenzschaltung 26.

Zum Starten des Vorwärts-Rückwärts-Zählers wird der Schalter 67 geschlossen, so daß das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 64 als Startsignal "1" über eine Pufferschaltung 107, ein ODER-Glied 108 und den Anschluß 17 a an die Basis des Transistors 30 (Fig. 2) gelangen kann, woraufhin die Impulsbreiteneinstellschaltung 10 den Heizimpuls S _H erzeugt. Heizimpuls S _H gelangt auch an einen Eingangsanschluß des NOR-Gliedes 61. Wenn das NOR- Glied 63 ein Signal mit einem logischen Pegel "1" von dem NAND-Glied 64 empfängt, erzeugt das NOR-Glied 62 ein Ausgangssignal mit einem logischen Pegel "1", welches über die Pufferschaltung 68 an die Steueranschlüsse t _c der Zähler 73, 74 und 75 geliefert wird, um das Zählen des Bezugssignals mit einer Frequenz von beispielsweise 20 kHz zu starten, welches von dem Anschluß 25 a des Oszillators 25 über das NAND-Glied 69 und das NOR-Glied 72 kommt.

Wenn das Betätigungssignal S _D von der Pufferschaltung 52 abgegeben wird, nachdem der Detektor den dem gemessenen Fluid aufgeprägten Wärmeimpuls erfaßt hat, gelangt das Betätigungssignal S _D über den Anschluß 105 an das NOR-Glied 60. Dann erzeugt das NOR-Glied 61 ein Ausgangssignal mit einem logischen Pegel "1", welches an das NOR-Glied 62 gegeben wird, das ein Ausgangssignal mit einem logischen Pegel "0" erzeugt. Daher gibt die Pufferschaltung 68 ein Ausgangssignal mit einem logischen Pegel "0" ab, woraufhin die Zähler 73, 74 und 75 beginnen, das von dem Anschluß 25 b des Oszillators 25 über das NAND-Glied 71 und das NOR-Glied 72 gelieferte Bezugssignal herunterzuzählen.

Während des Rückwärtszählbetriebes erzeugen die Steueranschlüsse t _c Signale mit einem logischen Pegel "0". Wenn die Zählerstände, die zuvor hochgezählt wurden, in der Rückwärtsbetriebsart heruntergezählt wurden, erzeugen die Ausgangsanschlüsse t₀₁, t₀₂ und t₀₃ Signale mit einem logischen Pegel "0", woraufhin das NOR-Glied 76 an seinem Ausgang das Treiber-Zeitsteuersignal S _T erzeugt. Das Treiber-Zeitsteuersignal S _T gelangt über das NOR-Glied 77 an das NAND-Glied 64. Die Heizvorrichtung 13 wird erneut aufgeheizt, und der Zähler 24 beginnt erneut mit dem Hochzählen des Signals, um dadurch den vorhergehenden Vorgang zu wiederholen. Die Wiederholungsperiodendauer hängt ab von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids. Wenn die Bezugssignale von den Anschlüssen 25 a und 25 b gleiche Frequenz haben, beträgt die Wiederholungsperiodendauer das Doppelte des Zeitraums, den das von der Heizvorrichtung 13 aufgeheizte Fluid zum Erreichen des Detektors 19 benötigt. Bei Bezugssignalen mit gleicher Frequenz kann auf die Verknüpfungsglieder 69, 70, 71 und 72 verzichtet werden, und das Bezugssignal vom Anschluß 25 a kann direkt an den Zähler 24 gelangen. Die Zeitdauer des Treiber-Zeitsteuersignals S _T oder des Heizimpulses S _H wird durch die Meßschaltung 3 (Fig. 1) gemessen, welche die Anzeigeeinheit 2 in die Lage versetzt, die Strömungsgeschwindigkeit oder das Durchflußvolumen des gemessenen Fluids anzuzeigen.

Wie oben beschrieben wurde, gelangt das Treiber-Zeitsteuersignal S _T auch an die Zeitsteuerung 4. Wenn das Treiber-Zeitsteuersignal S _T kleiner ist als die Bezugszeitdauer entsprechend der Minimal-Durchflußmenge, wird die Impulsbreiteneinstellschaltung 10 durch das Treiber- Zeitsteuersignal S _T getrieben. Wenn die Zeitdauer des Treiber-Zeitsteuersignalsa S _T etwas länger ist als die Bezugs-Zeitdauer, stoppt die Zeitsteuerung 4 die Abgabe des Sperrsignals Sg. Dann gelangt das Ausgangssignal S _M von der Schalteranordnung 6 an das ODER-Glied 108, das ein Ausgangssignal erzeugt, um die Impulsbreiteneinstellschaltung 10 zu treiben. Wenn der Spannungsversorgungsschalter in dieser Betriebsart eingeschaltet wird, wird die Heizvorrichtung 13 durch das Ausgangssignal der Schalteranordnung 6 periodisch aufgeheizt, selbst wenn die Durchflußmenge des Fluids Null ist. Dies ist der Fall selbst dann, wenn kein Startschalter 67 installiert ist. Wenn die Zeitsteuerung 4, der Impulsgenerator 5 und die Schalteranordnung 6 vorgesehen sind, kann auf den Widerstand 66, den Kondensator 65, den Schalter 67, die Verknüpfungsglieder 64 und 77 und die Pufferschaltung 107 in Fig. 3 verzichtet werden, und der Ausgang des NOR- Gliedes 76 kann direkt an die Eingänge des NOR-Gliedes 63 und des ODER-Gliedes 108 angeschlossen werden. Weiterhin kann auf die NOR-Gliedes 60 und 61 in Fig. 3 verzichtet werden, um das Signal S _D von dem Anschluß 105 direkt an das NOR-Glied 62 zu führen.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Durchflußvolumen L, gemessen durch den Heißdraht-Impuls-Strömungsmesser nach der vorliegenden Erfindung und dem Zeitintervall, welches nach dem Aufheizen des Fluids bis zum Erfassen desselben verstreicht. Ein Studium des Graphen zeigt, daß der Strömungsmesser in einem weiten Bereich von Durchflußvolumina Linearität aufweist. Gemäß den herkömmlichen Anordnungen wird die Heizvorrichtung 13 periodisch aufgeheizt, und es wird eine Zeitdauer gemessen, die verstreicht, nachdem das Fluid aufgeheizt wurde und bevor das aufgeheizte Fluid von dem Detektor 19 erfaßt wird. Um das Fluid messen zu können, wenn es entweder mit hoher oder mit langsamer Geschwindigkeit strömt, war es notwendig, daß die Heizvorrichtung in längeren Zeitabständen aufgeheizt wurde. Zum Messen des Fluids, welches mit höheren Geschwindigkeiten strömt, wurde ein längeres Zeitintervall als gewünscht benötigt. Wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids rasch ändert, so kann einer solchen Änderung nicht gefolgt werden, und es gab keine richtige Messung. Eine Verkürzung der Heizperiode führt zu einem Fehler bei der Messung des Fluids, welches mit geringen Geschwindigkeiten strömt.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Heizvorrichtung 13 auf der Grundlage des Ausgangssignals des Detektors aufgeheizt, so daß die Heizperiode automatisch verkürzt werden kann, wenn das Fluid mit höheren Geschwindigkeiten strömt, und erhöht werden kann, wenn das Fluid mit geringeren Geschwindigkeiten strömt. Folglich kann, wie in Fig. 4 gezeigt ist, der Strömungsmesser nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Fluide messen, die mit in einem weiten Bereich liegenden Geschwindigkeiten strömen, und er kann Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten folgen, um Meßwerte zu erzeugen.

Der Erfassungsimpuls Sc von dem Detektor 19 kann anstelle des Treiber-Zeitsteuersignals S _T zum Treiben der Impulsbreiteneinstellschaltung 15 verwendet werden. Bei einer solchen Alternative sind die Zeitabstände, in denen die Heizvorrichtung 13 aufgeheizt wird, extrem klein, wenn das Fluid mit höheren Geschwindigkeiten strömt, und wenn die Heizvorrichtung 13 aufgeheizt wird, bevor sie ausreichend abgekühlt ist, steht kein geeigneter Impuls Sc von dem Detektor 19 zur Verfügung. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, sollte das Zeitintervall, welches nach dem Erzeugen des Erfassungsimpulses Sc und vor dem erneuten Aufheizen der Heizvorrichtung 18 verstreicht, erhöht werden. Wenngleich das Durchflußvolumen mit einem solchen konstanten Zeitintervall gemessen werden kann, kann das Zeitintervall abhängig von dem Durchflußvolumen oder der Strömungsgeschwindigkeit gemacht werden, um die arithmetischen Operationen zum Messen des Durchflußvolumens oder der Strömungsgeschwindigkeit in der Meßschaltung 3 zu erleichtern. Wenngleich das Zeitintervall als eine Zeit To beschrieben wurde, die das von der Heizvorrichtung 13 aufgeheizte Fluid benötigt, um den Detektor 19 zu erreichen, so kann das Ausgangs-Bezugssignal am Anschluß 25 b des Oszillators 25 in Fig. 3 eine Periodendauer haben, die doppelt, dreimal, viermal, . . . größer ist als die Periodendauer des Bezugssignals am Anschluß 25 a, so daß das Zeitintervall doppelt, dreimal, viermal, . . . länger ist als die Zeit To.

Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben wurde, kann das gemessene Fluid unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf eine konstante Temperatur aufgeheizt werden, um dadurch das Durchflußvolumen oder die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids zuverlässig mit dem Detektor zu erfassen. Das Ausatmen oder Einatmen kann bezüglich des Durchflußvolumens selbst dann richtig gemessen werden, wenn sich das Durchflußvolumen während des Meßvorgangs in starkem Maß ändert. Die Zeitsteuerung 4, der Impulsgenerator 5 und die Schalteranordnung 6 werden verwendet, um die Heizvorrichtung 13 vorzuheizen, wenn das Durchflußvolumen unter einem bestimmten Wert liegt. Diese Anordnung gestattet die korrekte Messung des Durchflußvolumens des Fluids, wenn es abrupt zu strömen beginnt, wobei sein plötzliches Ansteigen richtig berücksichtigt wird. Somit eignet sich der Strömungsmesser nach der vorliegenden Erfindung zum Messen des Ausatmens und Einatmens. Die Detektoren 19-1 und 19-2 werden verwendet, um das Durchflußvolumen zuverlässig mit dem Detektor 19-1 unabhängig von der Umgebungstempertur und der Temperatur des gemessenen Fluids zu messen.

Wenn das durch das Rohr 11 strömende Fluid externen Vibrationen ausgesetzt ist, so ist es manchmal schwierig für den Detektor 19, das Fluid 101, wenn es aufgeheizt ist, zu erfassen. Ein solches Problem kann durch die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Anordnung beseitigt werden. Das gemäß Zeichnung zum Durchströmen des Fluids 101 vorgesehene Rohr 11 besteht aus Acrylharz und besitzt einen Innendurchmesser von 33 mm und eine Länge von 12 cm. Ein Paar paralleler Heizdrähte 13 a und13 b erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zur Achse des Rohres 11. Die Heizdrähte 13 a und 13 b sind Wolframdrähte mit einem Durchmesser von 5 µm und einer Länge von 30 mm, und ihre Enden sind an der Wandung des Rohrs 11 mittels Halterungen g-1, g-2 bzw. g-3, g-4 befestigt. Die Heizdrähte 13 a und 13 b haben einen solchen Abstand voneinander, daß Zonen 111 a und 111 b des Fluids 101, die durch die Heizdrähte 13 a bzw. 13 b aufgeheizt werden, so dicht wie möglich beieinanderliegen. Die Heizdrähte 13 a und 13 b sind gemeinsam an die Heizschaltungseinheit 14 (Fig. 1) angeschlossen.

Ein Paar paralleler thermoempfindlicher Drahtelemente 19 a und 19 b sind stromabwärts bezüglich der Heizdrähte 13 a und 13 b in Strömungsrichtung des Fluids 101 an einer von den Drähten 13 a und 13 b um eine Entfernung zwischen 4 und 14 mm beabstandeten Stelle angeordnet. Die wärmeempfindlichen Drahtelemente 19 a und19 b bestehen beispielsweise aus Wolframdrähten mit einem Durchmesser von 5 µm und einer Länge von 30 mm, und sie sind mit ihren Enden an der Wandung des Rohres 11 mittels Halterungen g-5, g-6 bzw. g-7, g-8 befestigt. Die wärmeempfindlichen Drahtelemente 19 a und 19 b sind an die in Fig. 1 gezeigte wärmeempfindliche Schaltung 20 angeschlossen, welche die Ausgangssignale der wärmeempfindlichen Drahtelemente 19 a und 19 b ODER-verknüpft.

Wenn die Heizdrähte 13 a und13 b durch den Heizimpuls S _H aufgeheizt werden, wird dadurch das die Heizdrähte 13 a und 13 b passierende Fluid aufgeheizt. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, werden die durch gestrichelte Linien angedeuteten Fluidteile 111 a, 111 b von den Heizdrähten 13 a bzw. 13 b aufgeheizt, und solche aufgeheizten Fluidteile 11 a und 11 b strömen stromabwärts entlang der Achse des Rohres 11.

Solange das Fluid normal, ungestört strömt, passieren die Fluidteile 111 a und 111 b die wärmeempfindlichen Drahtelemente 19 a bzw. 19 b, woraufhin der Fluidteil 111 a von dem wärmeempfindlichen Element 19 a und der Fluidteil 111 b von dem wärmeempfindlichen Drahtelement 19 b erfaßt wird. Der Fluidteil 111 a kann durch eine äußerliche Ursache, beispielsweise durch von außen an das Rohr 11 gelangende Vibrationen, oder eine innere Ursache, beispielsweise eine Temperaturänderung des Fluids selbst, gestört sein und kann entlang den in Fig. 8 angezeigten Pfeilen strömen. Die Strömungsstörung verhindert, daß der aufgeheizte Fluidteil 111 a genau das wärmeempfindliche Drahtelement 19 a erreicht, und erzwingt stattdessen, daß der Fluidteil 111 a in einer zur Achse des Rohres 11 senkrechten Richtung versetzt wird. Daher erfaßt das wärmeempfindliche Drahtelement 19 a den Fluidteil 111 a nicht oder erzeugt ein Ausgangssignal, welches extrem schwach ist. Mit der Ausgestaltung nach den Fig. 7 und 8 kann der aufgeheizte Fluidteil 111 a durch das wärmeempfindliche Drahtelement 19 b erfaßt werden, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Folglich kann der aufgeheizte Fluidteil selbst dann mit hoher Empfindlichkeit erfaßt werden, wenn er senkrecht zur Achse des Rohres 11 um die wärmeempfindlichen Drahtelemente herum versetzt wird. Während in dem in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Heizdrähte und zwei parallele wärmeempfindliche Drahtelemente fest in das Rohr 11 eingespannt sind, reicht es aus, wenn wenigstens entweder die Heizdrähte oder die wärmeempfindlichen Drahtelemente mehrfach vorhanden sind. Beispielsweise können ein einzelner Heizdraht und drei wärmeempfindliche Drahtelemente vorgesehen sein.

Der Strömungsmesser nach der vorliegenden Erfindung kann Fluide messen, die mehr Änderungen in dem Durchflußvolumen unterworfen sind, als es bei herkömmlichen Wärmeimpuls-Strömungsmessern möglich ist.

Für einen breiteren Meßbereich kann der Strömungsmesser so ausgebildet sein, daß er Messungen in unterteilten Betriebsarten vornehmen kann, eine Betriebsart für Durchflußvolumina bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten und die andere für Durchflußvolumina bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten. Eine solche Anordnung ist in Fig. 9 dargestellt. Entsprechende Teile in Fig. 9 sind mit Fig. 1 entsprechenden Bezugszeichen versehen. Ein Detektor 19-1 zum Erfassen von mit niedrigen Geschwindigkeiten strömenden Fluiden ist stromabwärts bezüglich einer Heizvorrichtung 13 angeordnet, und ein Detektor 19-2 zum Erfassen von mit höheren Geschwindigkeiten fließenden Fluiden ist stromabwärts bezüglich des Detektors 19-1 angeordnet. Der Detektor 19-1 für niedrige Fluidgeschwindigkeiten besteht aus Detektoren 19-11, 19-21, die den Detektoren 19-1 bzw. 19-2 in Fig. 1 entsprechen. Der Detektor 19-1 ist an eine wärmeempfindliche Schaltung 20-1 angeschlossen, welche verbunden ist mit einem Filter 9-1, einem Verstärker 21-1 und einem Schmitt-Trigger 7-1. In gleicher Weise ist der Detektor 19-2 für hohe Fluidgeschwindigkeiten an eine wärmeempfindliche Schaltung 20-2 gekoppelt, die verbunden ist mit einem Filter 9-2, einem Verstärker 21-2 und einem Schmitt-Trigger 7-2. Somit sind eine wärmeempfindliche Schaltungseinheit 15-1 für niedrige Fluidgeschwindigkeit und eine wärmeempfindliche Schaltungseinheit 15-2 für hohe Fluidgeschwindigkeit vorgesehen.

Die Schmitt-Trigger 7-1 und 7-2 in der wärmeempfindlichen Schaltungseinheit 15-1, 15-2 für niedrige bzw. hohe Fluidgeschwindigkeit geben ihre Ausgangssignale an eine Schaltanordnung 30 ab.

Die Schaltanordnung 30 wird so gesteuert, daß sie durch ein Ausgangssignal umschaltet, welches von einer Steuerschaltung 31 kommt, deren Eingangsanschluß ein Treiber-Zeitsteuersignal S _T von einer Koinzidenzschaltung 26 empfängt, und deren weiterer Eingangsanschluß ein Ausgangssignal von einem Bezugssignalgenerator 32 empfängt. Die Steuerschaltung 31 dient zum Vergleichen einer Zeitdauer des Treiber-Zeitsteuersignals S _T mit einer Umschaltzeitdauer Tm, die durch den Bezugssignalgenerator 32 vorgegeben wird. Die Umschaltzeitdauer Tm dient als Bezugsgröße beim Umschalten zwischen dem Detektor 19-1 für niedrige Fluidgeschwindigkeit und dem Detektor 19-2 für hohe Fluidgeschwindigkeit, und zwar abhängig von dem Durchflußvolumen des Fluids durch das Rohr 11. Wenn die Zeitdauer des von der Koinzidenzschaltung 26 erzeugten Treiber-Zeitsteuersignals S _T größer ist als die Umschaltzeitdauer Tm, wird ein Ausgangs-Betätigungssignal S _{D 1} von dem Schmitt-Trigger 7-1 aufgegriffen durch die Schaltanordnung 30 und an einen Treiber-Zeitsteuersignalgenerator 16 gegeben, um ein Signal aufzugreifen, das von dem Detektor 19-1 für niedrige Fluidgeschwindigkeit erfaßt wird.

Wenn die Zeitdauer des von der Koinzidenzschaltung 26 kommenden Treiber-Zeitsteuersignals S _T kleiner wird als die Zeitdauer Tm, wenn das Durchflußvolumen des Fluids durch das Rohr 11 ansteigt, wird die Schaltanordnung 30 durch die Steuerschaltung 31 umgeschaltet, um ein Ausgangs-Betätigungssignal S _{D 2} vom Schmitt-Trigger 7-2 an den Treiber-Zeitsteuersignalgenerator 16 zu liefern, so daß ein Signal aufgegriffen wird, das von dem Detektor 19-2 für hohe Fluidgeschwindigkeit erfaßt wird.

Die Steuerschaltung 31 kann beispielsweise einen digitalen Vergleicher aufweisen, um den Zählerstand in einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 24 gerade vor dem Beginn des Abwärtszählvorgangs als Eingangssignal an die Steuerschaltung 31 zu geben für den Vergleich mit der Schaltzeitdauer Tm, die als Digitalwert von dem Bezugssignalgenerator 32 abgegeben wird. Die Schaltanordnung 30 kann dann abhängig von dem Vergleichsergebnis umschalten.

Man sieht leicht, daß die Verwendung der wärmeempfindlichen Schaltungseinheiten 15-1 und 15-2 für niedrige bzw. hohe Fluidgeschwindigkeit zu einem weiteren Meßbereich führt, als er mit dem in Fig. 1 dargestellten Strömungsmesser erreichbar ist. Zum Ausgleichen der Erfassungsempfindlichkeiten der Detektoren 19-1 und 19-2 für niedrige bzw. hohe Fluidgeschwindigkeit kann der Detektor 19-2 für hohe Fluidgeschwindigkeit parallel zu der Heizvorrichtung 13 erstreckt werden, und der Detektor 19-1 für niedrige Fluidgeschwindigkeit kann unter einem Winkel in einer senkrecht auf der Achse des Rohres 11 stehenden Ebene versetzt und etwas zu der Heizvorrichtung 13 geneigt sein, wie in Fig. 10 dargestellt ist.

Claims (8)

1. Meßvorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Durchflußvolumens eines Fluids, mit einer in einem Durchflußmeßaufnehmer angeordneten Heizvorrichtung, die durch eine ansteuerbare Heizschaltung pulsierend aufgeheizt wird, mit einem Detektor, der stromabwärts von der Heizvorrichtung angeordnet ist und auf eine Änderung der Fluid-Temperatur anspricht und ein entsprechendes Signal erzeugt, mit einer auswertenden Schaltung, die auf die vom Detektor erzeugten Signale anspricht und das Zeitintervall mißt, das nach dem pulsierenden Aufheizen der Heizvorrichtung bis zum Erfassen des vom Detektor erzeugten Signals verstreicht, das Zeitintervall aufeinanderfolgender Aufheizvorgänge der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Zeitintervall zwischen einer Aufheizung der Heizvorrichtung und dem Erfassen des Detektorsignals bestimmt, und eine Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Durchflußvolumens des Fluids auf der Grundlage des Zeitintervalls zwischen zwei Aufheizvorgängen der Heizvorrichtung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschaltung (18) in Zeitabständen aktivierbar ist, von denen jeder dem N-fachen des Zeitintervalls zwischen einer Aufheizung der Heizvorrichtung (13) und dem Erfassen des von dem Detektor daraufhin erzeugten Signals entspricht, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich 2 ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auswertende Schaltung (3, 16, 17) einen Zeitsteuersignalgenerator (16) mit einer Zählvorrichtung (24) aufweist, um mit dem Zählen eines Bezugssignals nach dem Aufheizen der Heizvorrichtung (13) zu beginnen und nach dem Erfassen des Detektorsignals das Zählen des Bezugssignals zu beenden, und daß der Zeitsteuersignalgenerator einen Ausgang aufweist zur Abgabe eines Treiberzeitsteuersignals nach dem Erfassen des Detektorsignals.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählvorrichtung einen Vorwärts- Rückwärts-Zähler (24) aufweist, der mit dem Heraufzählen des Bezugssignals nach dem Aufheizen der Heizvorrichtung (18) beginnt, und daß der Vorwärts-Rückwärts- Zähler (24) das Bezugssignal in Abhängigkeit des von dem Detektor (15, 19, 20) erzeugten Signals herunterzählt, so daß das Treiber-Zeitsteuersignal (S _T ) erzeugt werden kann, wenn der Zählwert in dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler bei einem vorausgehenden Rückwärtszählvorgang null wird.

4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschaltung (18) eine Konstantheizung aufweist, um das Fluid unabhängig von den Zuständen des Fluids auf eine im wesentlichen konstante Temperatur aufzuheizen.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (13) einen Heizdraht mit einem Widerstandswert aufweist, der mit der Temperatur ansteigt, und daß die Konstantheizung eine Einrichtung (104, 89) aufweist zum Vergleichen eines Spannungsabfalls an der Heizvorrichtung (13) mit einer Bezugsspannung, um einen durch die Heizvorrichtung fließenden Strom derart zu steuern, daß der Spannungsabfall und die Bezugsspannung abgeglichen sind.

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantheizung eine die Heizvorrichtung enthaltende Widerstandsbrückenschaltung (104), einen Differentialverstärker (89) zum Verstärken des Ausgangssignals der Widerstandsbrückenschaltung (104) und ein veränderbares Impedanzelement aufweist, welches durch ein Ausgangssignal des Differentialverstärkers (89) steuerbar ist und in Reihenschaltung in einem Strompfad der Widerstandsbrückenschaltung liegt.

7. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem den Durchflußmeßaufnehmer enthaltenden Rohr (11) ein mit dem Heizabschnitt des Fluids nicht in Berührung gelangender Kompensationsdetektor angeordnet ist, der auf eine Temperaturänderung anspricht, daß der Kompensationsdetektor die gleiche Temperaturabhängigkeit aufweist wie der Detektor, und daß eine Kompensationseinrichtung vorgesehen ist zum Kompensieren einer Temperaturschwankung des Detektors mit dem Kompensationsdetektor.

8. Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (13) und der Kompensationsdetektor (98) wärmeempfindliche Widerstände aufweisen, und daß die Kompensationseinrichtung eine Widerstandsbrückenschaltung (104) aufweist, in der der Detektor und der Kompensationsdetektor in benachbarten Brückenzweigen liegen.