DE3234894A1 - Durchfluss-messvorrichtung - Google Patents

Description

Durchfluß-Meßvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Durchfluß- bzw. Durchsatz-Meßvorrichtungen .

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung hat eine Meßvorrichtung zum Messen des Durchsatzes eines Fluids bzw. einer Flüssigkeit einen Einlaß und einen Auslaß für die
Flüssigkeit, eine zwischen dem Einlaß und dem Auslaß liegende erste Fläche, über die die Flüssigkeit beim Durchlauf vom Einlaß zum Auslaß strömt, eine die erste Fläche mit einer zweiten Fläche verbindende Wärmebrücke, eine mit der zweiten Fläche verbundene Vorrichtung zum Aufrechterhalten einer Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fläche, wobei die Wärmebrücke einen

A/22

-8- DE 2481

an die erste Fläche thermisch angeschlossenen, verhältnismäßig gut wärmeleitenden Teil und einen verhältnismäßig schlecht wärmeleitenden Teil zwischen dem verhältnismäßig gut wärmeleitenden Teil und der zweiten Fläche hat und die Wärmebrücke so isoliert ist, daß der Wärmestrom wirksam auf die durch die Wärmebrücke zwischen der ersten und der zweiten Fläche gebildete Bahn eingegrenzt ist, eine auf die Temperatur an einer Zwischenstelle in dem verhältnismäßig gut wärmeleitenden Teil der Brücke ansprechende Temperaturmeßvorrichtung und Temperaturmeßvorrichtungen zum Messen der Temperatur der über die erste Fläche strömenden Flüssigkeit bzw. der Temperatur der
zweiten Fläche.

Wenn die Flüssigkeit über die erste Fläche strömt, erzeugt die Viskosebewegung zwischen der Flüssigkeit und der Fläche eine Grenzschicht. Die Dicke dieser Grenzschicht hängt von der Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Weise ab, daß die Grenzschicht dünner wird, sobald die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ansteigt. Diese

Grenzschicht wirkt als Wärmeisolierschicht zwischen der Fläche und der Hauptmasse der Flüssigkeit, wobei das Ausmaß der Isolierung von der Dicke der Grenzschicht und damit von der Geschwindigkeit der Flüssigkeit abhängt. Dieser veränderbare. Wärmewiderstand in dem Wärmestrom über die erste Fläche beeinflußt den Wärmestrom über die Wärmebrücke und infolgedessen die Temperatur an der Zwischenstelle der Wärmebrücke. Das Auftragen des Verhältnisses des Temperaturabfalls zwischen der Zwischenstelle (Tm) und der zweiten Fläche (Tc) zu dem Temperaturabfall zwischen der über die erste Fläche strömenden Flüssigkeit (Th) und der Zwischenstelle (Tm) (nämlich des Verhältnisses Tm-Tc/Th-Tm) gegen den Flüssigkeitsströmungsdurchsatz ergibt eine für die Eichung der Meßvorrichtung brauchbare Kurve. Zu diesem Zweck können jedoch auch andere Verhält-

-9- DE 2481

nisse, wie beispielsweise das Verhältnis Tm-Tc/Th-Tc herangezogen werden.

Vorzugsweise hat der verhältnismäßig gut wärmeleitende Teil der Wärmebrücke ein Wärmeleitvermögen, das mindestems das Zehnfache desjenigen des verhältnismäßig
schlecht wärmeleitenden Teils ist. Dies kann dadurch erzielt werden, daß Materialien mit geeigneter Wärmeleitfähigkeit gewählt werden und/oder die Abmessungen der Teile entsprechend festgelegt werden. Beispielsweise kann der verhältnismäßig schlecht wärmeleitende Teil durch eine verhältnismäßig dünne Schicht aus wärmeisolierendem Material gebildet werden oder alternativ die Wärmebrücke eine gleichförmige Struktur erhalten, wobei der verhältnismäßig schlecht wärmeleitende Teil eine verringerte Breite erhält.

Wenn sich die Temperatur der über die erste Fläche strömenden Flüssigkeit ändert, ist eine Gestaltung zweckdienlieh, bei der sich auch die Temperatur der zweiten Fläche ändert; die zweite Fläche kann jedoch aber auch auf einer konstanten Temperatur gehalten werden, die außerhalb des Betriebstemperaturbereichs der Flüssigkeit liegt.

Die Temperatur der zweiten Fläche kann mittels einer

zweiten Flüssigkeitsströmung auf einer von der Temperatur der ersten Fläche verschiedenen Temperatur gehalten werden. Diese Ausführungsart der Meßvorrichtung ist besonders für den Einsatz in geschlossenen Systemen wie

beispielsweise Heizungssystemen geeignet, bei welchen eine Flüssigkeit mit einer Temperatur zugeführt wird und mit einer davon verschiedenen Temperatur zurückgeführt wird. In diesen Fällen kanr. aie Meßvorrichtung zum Messen des Durchsatzes der Flüssigkeit durch das System eingesetzt werden, wobei zum Erzeugen der notwendigen Tempera-

• · ■·

•ι

-10- DE 2481

turdifferenz die ankommende Flüssigkeit über die erste Fläche geleitet wird, während die austretende Flüssigkeit über die zweite Fläche strömt. Bei derartigen Anordnungen kann die Durchsatz-Meßvorrichtung zu einer Wärme- bzw. Wärmemengen-Meßeinrichtung gestaltet werden, da die in dem System verbrauchte Wärme eine Funktion aus dem Flüssigkeitsdurchsatz und dem Unterschied zwischen der Einlaß- bzw. Vorlauftemperatur und der Auslaß- bzw. Rücklauftemperatur des Systems ist und mittels einer geeigneten Recheneinheit berechnet werden kann. Wenn zum Aufrechterhalten einer Differenztemperatur der zweiten Fläche gegenüber der ersten Fläche eine zweite Flüssigkeitsströmung verwendet wird, müssen Maßnahmen zum Ausschalten der Isolierwirkung einer Grenzschicht an der zweiten Fläehe getroffen werden. Durch einen wärmeleitenden Körper mit einer großen Oberfläche, über den die zweite Flüssigkeitsströmung strömt und der in Wärmeleitverbindung zu der zweiten Fläche ist, kann die zweite Fläche im wesentlichen auf der Temperatur der zweiten Flüssigkeitsströmung gehalten werden, wobei durch Änderungen der Geschwindigkeit der zweiten Flüssigkeitsströmung keine
merkbaren Temperaturänderungen entstehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Durchsatz-Meßvorrichtung gemäß einem

Ausführungsbeispiel.
30

Fig. 2 zeigt eine Eichkurve für die in Fig. 1 gezeigte

Meßvorrichtung.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlungsform einer bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendeten Wär

mebrücke .

-11- DE 2481

* Fig. 4 zeigt eine bei der Meßvorrichtung verwendbare andere Form einer Wärmebrücke.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Strömungs- bzw. Durchsatz-Meßvorrichtung hat einen Einlaß 10 und einen Auslaß 11, die miteinander über einen direkten Durchlaß

12 verbunden sind, welcher durch die Innendurchmesser
bzw. den Innenumfang eines Stapels aus abwechselnden Nylon-Ringen 13 und Kupfer-Ringen 14 gebildet ist, die in einem Nylon-Gehäuse 15 zusammengespannt sind. Die Ringe

13 und 14 sind an ihrem Außenumfang von einer Nylon-Hülle 16 umgeben, welche von einer Kupfer-Hülle 17 umgeben ist. Der Stapel aus den Ringen 13 und 14 ist von einer flüssigkeitsdichten Kammer 18 umgeben, die mit einem Einlaß 19 und einem Auslaß 20 versehen ist. Die Kammer 18 ist durch eine Kupfer-Umlenkwand 21 zweigeteilt, durch die hindurch an einer von dem Einlaß 19 und dem Auslaß 20 entfernten Stelle eine Öffnung 22 ausgebildet ist, so daß die von dem Einlaß 19 durch die Kammer 18 zu dem Auslaß 20 strömende flüssigkeit um den Außenumfang des Stapels aus den Ringen 13 und 14 herum strömt.

An einer Stelle zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang eines in der Mitte des Stapels aus den Ringen 13 und 14 angeordneten Kupfer-Rings 23 ist eine Temperaturmeßvorrichtung v/ie beispielsweise ein Thermoelement 27 angebracht. Ferner sind (nicht gezeigte) Temperaturmeßvorrichtungen an den Einlassen 10 und 19 angebracht, so daß die Differenz zwischen der Temperatur Tm an der Zwischenstelle des Kupfer-Rings 23 und der Temperatur Tc an dem Einlaß 19 sowie die Differenz zwischen der Temperatur Th an dem Einlaß 10 und der Temperatur Tm an der Zwischenstelle ermittelt v/erden können.

Die vorstehend beschriebenen Meßvorrichtung ist in ein geschlossenes System wie beispielsweise ein Heizungssy-

-12- DE 2481

* stem eingefügt, bei dem warme Flüssigkeit in das System einströmt und verhältnismäßig kalte Flüssigkeit aus dem System·zurückströmt. Ein Einlaß- bzw. Vorlaufrohr 25 des Systems ist über den Einlaß 10 und den Auslaß 11 der Meßb vorrichtung geführt, wobei die Verbindung zwischen dem Vorlauf rohr ;'b und dem Einlaß 10 bzw. dem Auslaß 11 aus wärmeisolierendem Material wie Nylon besteht, damit die Wärme nicht längs des Rohrs 25 zu dem Stapel aus den Nylon- und Kupferringen 13 und 14 geleitet wird. In ein

Rücklaufrohr 26 des Systems sind der Einlaß 19 und der Auslaß 20 der Kammer 18 eingesetzt. Auf diese Weise
strömt die in das geschlossene System eintretende warme Flüssigkeit durch den Durchlaß 12 über die Innenflächen des Stapels aus den Nylon-Ringen 13 und den Kupfer-Ringen 14 sowie des Kupfer-Rings 23, während die das geschlossene System verlassende, verhältnismäßig kühle Flüssigkeit durch die Kammer 18 hindurch um die Außenumfänge des Stapeln aur· den Ringen 13 und 14 sowie des Kupfer-Rings 23 herum strömt. Da das System geschlossen ist, ist der

Durchsatz der ankommenden Flüssigkeit gleich dem Durchsatz der austretenden Flüssigkeit.

Im Betrieb werden die Innenflächen der aufgestapelten
Ringe 13, 14 und 23 von der warmen Flüssigkeit erwärmt während die Außenflächen von der verhältnismäßig kühlen Flüssigkeit gekühlt werden, so daß die einander gegenüberliegenden Flächen der aufgestapelten Ringe 13, 14 und 23 auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden. Die Kupferringe 14 beiderseits des Kupferrings 23 werden auf gleichartigen Temperaturgradienten wie der mittige Kupferring ?3 gehalten und wirken als Leitringe, die sicherstellen, daß die Wärme radial durch den Kupferring 23
strömt und infolgedessen zwischen dessen Innenumfang und Außenumfang ein gleichmäßiger Temperaturgradient ent-

steht. Die Temperatur Tm zwischen dem Innenumfang und dem

-13- DE 2481

Außenumfang des Rings 23 ist folglich eine Funktion der Temperaturen an dem Innenumfang und dem Außenurnfang und des Temperaturgradienten an dem Ring 23.

Sobald die Flüssigkeit über die Innenflächen der Ringe 13 und 14 sowie des Kupfer-Rings 23 strömt, entsteht eine Grenzschicht, deren Dicke eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist, Diese Grenzschicht
bildet eine Isolierschicht zwischen der Hauptmasse der Flüssigkeit und der Innenfläche des Rings 23, so daß

folglich die Temperatur dieser Innenfläche des Rings 23 unter der Temperatur Th der Hauptmasse der Flüssigkeit liegt. Die Temperaturdifferens zwischen der Flüssigkeit und der Innenfläche des Rings 23 ergibt daher ein Maß für die Dicke der Grenzschicht und infolgedessen für die
Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Da sich die
Temperatur Tm zwischen der Innenfläche und der Außenfläche des Kupfer-Rings 23 mit der Temperatur der Innenfläche des Rings 23 verändert, ändert sie sich auch mit der Strömungsgeschwindigkeit der über die Innenfläche strömenden Flüssigkeit. Das Auftragen des Verhältnisses (Tm-Tc)/(Th-Tm) gegen den Flüssigkeitsdurchsatz ergibt die in Fig. 2 gezeigte Kurve, die zum Eichen der Durchsatz-Meßvorrichtung herangezogen werden kann.

Die den Stapel aus den Ringen 13, 14 und 23 umgebende Nylon-Hülle 16 verringert die Temperaturdifferenz an dem Kupfer-Ring 23, wodurch die Empfindlichkeit der Temperatur Tm zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang des Rings 23 in Bezug auf eine Änderung der Temperatur an der Innenfläche des Rings 23 gesteigert wird und damit die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung erhöht wird. Bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist angenommen, daß die Temperatur der Außenfläche der die Nylon-Hülle 16 und den Ring 23 umgebenden Kupfer-Hülle 17 gleich der Tempe-

-14- DE 2481

* ratur der durch die Kammer 18 strömenden Flüssigkeit ist. Wie bei der über die Innenfläche des Rings 23 strömenden Flüssigkeit besteht zwischen der durch die Kammer 18
strömenden Flüssigkeit und der Außenfläche der Kupfer-Hülle 17 eine Grenzschicht. Durch die Wärmeübertragung zwischen der Kupfer-Umlenkwand 21, die eine'verhältnismäßig große Oberfläche hat und die in Wärmeleitverbindung zu der Kupfer-Hülle 17 steht, und der durch die Kammer 18 strömenden Flüssigkeit ist jedoch gewährleistet, daß die Kupfer-Hülle 17 im wesentlichen auf der gleichen Temperatur wie die durch die Kammer 18 strömende Flüssigkeit gehalten wird und durch Änderungen des Strömungsdurchsatzes keine merkbaren Temperaturänderungen entstehen. Diese Wirkung muß nicht unbedingt mit der Umlenkwand 21 herbeigeführt werden, sondern kann auch mittels irgendeines

Körpers mit großer Oberfläche und hohem Wärmeleitvermögen hervorgerufen werden, der der zweiten Flüssigkeitsströmung ausgesetzt ist und in Wärmeleitverbindung zu der Außenfläche der Wärmebrücke steht. Beispielsweise kann die Kupfer-Hülle 17 mit Wärmeaustauschrippen versehen werden.

Unter Verwendung der in Fig. 2 gezeigten Eichkurve und geeigneter elektronischer Aufbereitungsschaltungen kann die Meßvorrichtung so ausgebildet werden, daß sich eine Ablesung des FlUssigkeits-Durchsatzes ergibt. Da die dem geschlossenen Kreislauf zugeführte Wärme bzw. Wärmemenge dem Durchsatz sowie der Temperaturdifferenz Th-Tc zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des Systems proportional ist, kann alternativ ein elektronischer Schaltungsaufbau derart ausgebildet werden, daß sich eine Ablesung der von dem System verbrauchten Wärmemenge ergibt.

Bei einer in Fig. 3 gezeigten Abwandlungsform hat die
Wärmebrücke einen Kupfer-Ring 23, dessen Innenfläche gegenüber der von dem Einlaß 10 zu dem Auslaß 11 strömenden Flüssigkeit freilegt. Um den Kupfer-Ring 23 ist in Preß-

-15- DE 2481

sitz ein Edelstahl-Ring 30 gesetzt. Die Baueinheit aus dem Kupfer-Ring 23 und dem Edelstahl-Ring 30 ist derart in die Kammer 18 eingesetzt, daß die Umlenkwand 21 in
Wärmeleitverbindung zu der Außenfläche des Edelstahl-Rings 30 steht und diese Fläche auf die vorangehend beschriebene Weise auf der Temperatur Tc der durch die Kammer 18 strömenden Flüssigkeit hält. Beiderseits der Baueinheit aus dem Kupfer-Ring und dem Edelstahl-Ring sind zwei Blöcke 31 aus Isoliermaterial mit Bohrungen angeordnet, die der Bohrung des Kupfer-Rings 23 entsprechen, so daß ein Durchlaß zwischen dem Einlaß 10 und dem Auslaß 11 gebildet ist und auch gewährleistet ist, daß der Wärmestrom durch die Baueinheit aus dem Kupfer-Ring 23 und dem Edelstahl-Ring 30 hindurch radial verläuft. Gemäß der Beschreibung anhand der Fig. 1 ist an den Kupfer-Ring 23 eine Temperaturmeßvorrichtung 27 angeschlossen.

Diese abgewandelte Wärmebrücke wirkt in der gleichen Weise wie die anhand der Fig. 1 beschriebene Brücke. Der

Edelstahl-Ring 30 bildet einen Teil mit verhältnismäßig geringem Wärmeleitvermögen, so daß daher auf die gleiche Weise wie mit der anhand der Fig. 1 beschriebenen Hülle 16 die Temperaturdifferenz an dem Kupfer-Ring 23 verringert und damit die Empfindlichkeit der Zwischenstellen-Temperatur Tm gesteigert ist. In einer weiteren Abwandlung kann die Wärmebrücke eine homogene bzw. gleichartige Struktur haben, wobei der verhältnismäßig schwach wärmeleitende Außenteil dadurch gebildet wird, daß der Wärmedurchgangs-Querschnitt dieses Teils verkleinert wird.

Die Verwendung der aicken Isoliermaterial-Blöcke bei dem in Fip. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erübrigt die anhand der Fig. 1 beschriebenen Leitringe 14.

Die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung kann dadurch weiter gesteigert werden, daß die Zwischenstellen- bzw. Mit-

-16- DE-2481

' t,e 1-Temperatur Tm an einem Nebenweg zwischen der ersten Fläche und der Wärmebrücke gemessen wird. Dies kann in der in·Fig. 4 veranschaulichten Weise erfolgen. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Wärmebrücke einen Hauptring 40 aus Messing. Der Hauptring 40 hat einen Innenteil 41, dessen Innenfläche gegenüber der von dem Einlaß 10 zu dem Auslaß 11 strömenden Flüssigkeit freilegt. Der Innenteil 41 des Rings 40 ist über einen verhältnismäßig dünnen Mittelteil 42, der den verhältnismäßig schlecht

wärmeleitenden Teil der Brücke bildet, mit einem Außen-LeIl 4ü verbunden. Der Hauptring 40 ist aus den vorangehend angegebenen Gründen derart in die Kammer 18 eingesetzt, daß die Umlenkwand 21 mit dem Außenteil 43 in Wärmeleitverbindung steht.

Koaxial zu dem Hauptring 40, jedoch in Abstand von diesem zu dem Auslaß 11 hin ist ein zweiter bzw. Nebenring 44 aus Kupfer angeordnet. Die Innenfläche dieses Nebenrings 44 liegt gleichfalls gegenüber der von dem Einlaß 10 zu dem Auslaß 11 strömenden Flüssigkeit frei. Der Nebenring 44 ist über einen dünnen Messingzylinder 45 an den Innenteil 41 des Hauptrings 40 angeschlossen. Der Messingzylinder 45 ist mittels eines isolierenden Zylinders 46 gegenüber der von dem Einlaß 10 zu dem Auslaß 11 strömenden Flüssigkeit isoliert. An einer Stelle des Nebenrings 44 ist eine Temperaturmeßvorrichtung 47 angebracht. Der
Hauptring 40 und der Nebenring 44 sind von Isolierblöcken 48 umgeben, die dazu dienen, zwischen dem Einlaß 10 und dem Auslaß 11 einen Durchlaß über die Innenflächen der Hinge 40 und 44 zu bilden, und die auch sicherstellen, daß der Wärmestrom zwischen der Innenfläche und der Außenfläche des Hauptrings 40 über den Mittelteil 42 sowie zwischen der Innenfläche des Nebenrings 47 und der Außenfläche des Hauptrings 40 über den Messingzylinder 45 und den Mittelteil 42 verläuft.

-17- D?: 2481

Bei diesem Ausführungnbeispiel sind die beiden Innenflächen des Hauptrings 40 bzw. des Nebenrings 44 den Grenzschicht-Bedingungen aufgesetzt, so daß folglich die über diese Flächen übertragene Wärme eine Funktion Ihrer FIn--5 oheninhalte und der Flüssigkeits-ötrömungsgenchwind Lgkei t. bzw. des Flusslgkeitsdurchsatzes ist. Der über die Innenfläche des Hauptrings 40 verlaufende Wärmestrom ruft auf die gleiche Weise wie bei den anhand der Fig. 1 und .3 beschriebenen Brücken einen Wärmegradienten an dem Haupt-

X0 ^r'iⁿß ^Q hervor. Die sich aus einer Änderung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. des Durchsatzes ergebende Änderung der Wärmeübertragung über die Fläche ergibt folglich eine Änderung der Temperatur in dem Innenteil 41 des Hauptrings 40 an derjenigen Stelle, an der der Μβσ-

j5 singzylinder 45 angeschlossen ist. Infolgedessen entsteht an dem zwischen der Innenfläche des Nebenrings 44 und dem Xnnenteil 41 des Hauptrings 40 durch den Nebenring 44 und den Zylinder 45 gebildeten Nebenweg eine Temperaturdifferenz, die sich an den jeweiligen Enden mit Änderungen des Durchflusses verändert. Demzufolge ist die in dem Nebenring 44 mittels der Temperaturmeßvorrichtung 47 gemessene mittlere Temperatur Tm eine Funktion zweiter Ordnung der FlUssigkeits- Strömungsgeschwindigkeit über den Innenflächen der Ringe 40 und 44. Die auf diese Weise erzielte Empfindlichkeitssteigerung kann dadurch einger.tellt werden, daß die gegenüber der von dem Einlaß 10 au dem Auslaß 11 strömenden Flüssigkeit freiliegenden Flächenbereiche des Hauptrings 40 und des Nebenrings 44 verändert werden. Auf diese V/eise kann die Empfindlichkeit über dem Betriebsbereich der Meßvorrichtung verbessert werden und insbesondere die S3gnalsattigung bei höheren Durchf3ußgesehwindigkeiten bzw. Durchsätzen, verringert werden, um damit den Arbeitsbereich der Meßvorrichtung zu erweitern.

-18- DE 2481

An den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können ohne Abweichung von dem Grundgedanken verschiedenerlei ' Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise können für die verschiedenen Bauteile abwechselnd wärmeleitende und wärmeisolierende Materialien verwendet werden. Die den Flüssigkeitsströmen ausgesetzten Flächen der Bauteile können nötigenfalls mit dünnen Schichten aus wärmeleitfähigen korrosionsbeständigen Materialien überzogen werden. Alternativ können unter Wahl geeigneter Kombinationen von Materialien die Bauteile selbst aus korrosionsbeständigen Materialien geformt werden.

Der Arbeitsbereich bzw. das Aufnahmevermögen der Meßvorrichtungen hängt von dem Flächeninhalt der Fläche ab, die der von dem Einlaß 10 zu dem Auslaß .12 strömenden Flüssigkeit ausgesetzt ist. Die Meßvorrichtung kann folglich für einen bestimmten Zweck einfach dadurch gestaltet werden, daß der Flächeninhalt verändert wird, wie z.B. durch Ändern der Dicke oder des Innendurchmessers des Rings 23.

Zum Messen des Durchsatzes einer Flüssigkeit wird eine Meßvorrichtung angegeben, die einen Einlaß und einen Auslaß für die Flüssigkeit, eine zwischen dem Einlaß und dem Auslaß liegende Fläche, über die die Flüssigkeit beim Durchlaufen vom Einlaß zum Auslaß strömt, eine zweite Fläche, die auf einer Differenztemperatur gegenüber der ersten Fläche gehalten ist und mit dieser über eine Wärmebrücke verbunden ist, und Meßeinrichtungen zum Messen der Temperatur der über die erste Fläche strömenden Flüssigkeit, der Temperatur der zweiten Fläche und der Temperatur an einer Zwischenstelle der Wärmebrücke aufweist, so daß die Meßvorrichtung ein Maß für die Wärmeisolierwirkung einer durch die Flüssigkeitsströmung über der ersten Fläche gebildeten Grenzschicht und damit ein Maß für den Flüssigkeitsdurchsatz abgibt.

Claims (17)

1. Ticrt-ru-c — RriLji im« -^L- «ifikfkffr**"- -'*·."*. Patentanwälte und IEDTKE DUHLING .· fMftNE·..: . .-. y Vertreter beim EPA

   Gr% ··/%*·* ""** ** * Dipl.-Ing. H.Tiedtke f

   RUPE - rELLMANN - IJIRAMS Dipl.-Chem. G. Bühling

   Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann 3234894 Di_Pl,,ng.K.Grams

   : Bavariaring 4, Postfach 20 24 Oi

   8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24 845 tipat cable: Germaniapatent Müncher

   21.September 1982 DE 2481

   case PP1361 TIGS

   Patentansprüche

   / 1.)Meßvorrichtung zum Messen des Durchsatzes einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch einen Einlaß (10) und einen Auslaß (11) für die Flüssigkeit, eine zwischen dem Einlaß und dem Auslaß liegende erste Fläche, über die die Flüssigkeit bei dem Durchlauf vom Einlaß zum Auslaß strömt, eine die erste Fläche mit der zweiten Fläche verbindende Wärmebrücke (16,17,23;30;40), die einen thermisch an die erste Fläche angeschlossenen, verhältnismäßig gut wärmeleitenden Teil (23;4l) und einen verhältnismäßig schlecht wärmeleitenden Teil (16;42) zwischen dem verhältnismäßig gut wärmeleitenden Teil und der zweiten Fläche hat und die so isoliert ist, daß der Wärmestrom wirksam auf die durch die Wärmebrücke zwischen der ersten und der zweiten Fläche gebildete Bahn begrenzt ist, eine mit der zweiten Fläche verbundene Vorrichtung (18 bis 21) zum Aufrechterhalten einer Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Fläche, eine Temperaturmeßvorrichtung (27;47) , die so angeordnet ist, daß sie auf die Temperatur (Tm) an einer Zwischenstelle in dem verhältnismäßig gut wärmeleitenden Teil der Wärmebrücke anspricht, und Temperaturmeßvorrichtungen, die zum Messen der Temperatur (Th) der über die erste Fläche strömenden

   A/22

   Dresdner Bank (München) KIo. 3 939 844 Bayer Vereinsbank (München) KSo. 508 941 Postschick (München) Klo. 670-43-804

   -2- ■ DE 2481

   Flüssigkeit bzw. der Temperatur (Tc) der zweiten Fläche angeordnet sind.
2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Eichen der Meßvorrichtung eine Kurve verwendet wird, mit der das Verhältnis des Temperaturabfalls (Tm-Tc) zwischen der Zwischenstelle und der zweiten Fläche zu dem Temperaturabfall (Th-Tm) zwischen der über die erste Fläche strömenden Flüssigkeit und der Zwischenstelle gegen den Flüssigkeits-Durchsatz aufgetragen ist.
3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verhältnismäßig gut wärmeleitende Teil (23; 41) der Wärmebrücke (16 ,17 ,23; 40) ein Leitvermögen hat, welches mindestens das Zehnfache desjenigen des verhältnismäßig schlecht wärmeleitenden Teils (16;42) ist.
4. 4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche mittels einer zweiten Flüssigkeitsströmung auf der Temperaturdifferenz gegenüber der ersten Fläche gehalten ist, wobei die mit der zweiten Fläche verbundene Vorrichtung (18 bis 21) zum Aufrechterhalten der Temperaturdifferenz die

   zweite Fläche im wesentlichen auf der gleichen Temperatur (Tc) wie die zweite Flüssigkeitsströmung hält.
5. 5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die über die erste Fläche strömende erste Flüssigkeitsströmung und die
   zweite Flüssigkeitsströmung in einer Vorlaufleitung (25) bzw. einer Rücklaufleitung (26) eines geschlossenen Systems gebildet sind, in welchem mit der durch das System strömenden Flüssigkeit Wärme übertragen wird.
6. 6. Meßvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Wärmeleitverbindung zur zweiten

   -3- DE 2481

   Fläche ein Körper mit verhältnismäßig gutem Wärmeleitvermögen und einer großen Oberfläche so angeordnet ist, daß die zweite Flüssigkeitsströmung darüberströmt, um die
   zweite Fläche im wesentlichen auf der Temperatur (Tc) der zweiten Flüssigkeitsströmung zu halten.
7. 7. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche, die zweite Fläche und die Wärmebrücke durch eine Ringscheibe (16,17, 23;30;40) gebildet sind, die einen von einem Teil (16;42) mit verhältnismäßig schlechtem Wärmeleitvermögen umgebenen Teil (23;41) mit verhältnismäßig gutem Wärmeleitvermögen hat und die zwischen dem Einlaß (10) und dem Auslaß (11) der Meßvorrichtung so angeordnet ist, daß die durch die Meßvorrichtung strömende Flüssigkeit über die die erste Fläche bildende innere zylindrische Umfangsfläche des verhältnismäßig gut wärmeleitenden Teils der Ringscheibe strömt, welche innerhalb einer Kammer (18) angeordnet
   ist, die eine Bahn für die zweite Flüssigkeitsströmung bildet, wobei die Bahn über die die zweite Fläche bildende äußere zylindrische Umfangsfläche der Ringscheibe
   führt.
8. 8. Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenteil (16;30) der Wärmebrücke durch eine ringförmige Scheibe oder Hülle aus einem Material gebildet ist, das in Bezug auf das den Innenteil (23) der Ringscheibe bildende Material eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat.
9. 9. Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (40) gleichförmige Zusammensetzung hat, wobei der verhältnismäßig schlecht wärmeleitende Teil (42) eine verringerte Querschnittfläche

   hat.

   -4- DE 2481

   *
10. 10. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine große Platte (21) mit verhältnismäßig gutem Wärmeleitvermögen in die die Ringscheibe (16,17,23;30;40) umgebende Kammer (18) ragt und in Wärmeleitverbindung zu der äußeren zylindrischen Umfangsflache der Ringscheibe steht.
11. 11. Meßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (21) eine Umlenkplatte bildet, die die zweite Flüssigkeitsströmung durch die Kammer (18) und um die äußere zylindrische Umfangsfläche der Ringscheibe (16,17,23;30;40) leitet.
12. 12. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßvorrichtung (27) zum Messen der Temperatur (Tm) an einer Stelle des verhältnismäßig gut wärmeleitenden Teils (23) der
    Ringscheibe (16,17,23;30) angeordnet ist.
13. 13. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßvorrichtung (47) zum Messen der Temperatur (Tm) an einer Stelle eines thermischen Nebenwegs (44,45) angeordnet ist, der sich zwischen der ersten Fläche und der Zwischenstelle an dem verhältnismäßig gut wärmeleitenden Teil (41) der Wärmebrücke (40) erstreckt.
14. 14. Meßvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Wärmebrücke (40) benachbart, jedoch in Abstand zu dieser eine zweite Ringscheibe (44) mit

    verhältnismäßig gutem Wärmeleitvermögen angeordnet ist, deren innere zylindrische Umfangsfläche der Flüssigkeitsströmung von dem Einlaß (10) zu dem Auslaß (11) ausgesetzt ist und die an die Zwischenstelle an dem verhältnismäßig gut wärmeleitenden Teil (41) der Wärmebrücke

    -5- DE 2481

    über ein Verbindungsglied (45) mit verhältnismäßig

    schlechtem Wärmeleitvermögen angeschlossen ist, wobei die Temperaturmeßvorrichtung (47) zum Messen der Temperatur (Tm) an einer Stelle der zweiten Ringscheibe angeordnet ist.
15. 15. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Ringscheibe (16,17,23;30;40) Scheiben (13;31;48) aus wärmeisolierendem Material angebracht sind, um sicherzustellen, daß der Wärmestrom von einer Umfangsflache zur anderen Umfangsflache im wesentlichen radial verläuft.
16. 16. Meßvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Wärmebrücke abwechselnd mit Isolierringen (13) jeweils mindestens ein Leitring (14) angeordnet ist, der an seiner zylindrischen Innenumfangsflache dor Strömung der Flüssigkeit von dem Einlaß (10) zu dem Auslaß (11) ausgesetzt ist und an seiner zylindrisehen Außenumfangsflache mit. . einer Hülle (17) aus verhältnismäßig gut wärmeleitendem Material thermisch
    verbunden ist.
17. 17. Wärmemeßeinrichtung zum Messen der von einer

    durch ein geschlossenes System strömenden Flüssigkeit zu- oder abgeführten Wärmemenge mit der Meßvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung derart in die Vorlaufleitung (25) und die Rücklaufleitung (26) des geschlossenen Systems eingesetzt ist, daß über die erste Fläche die Flüssigkeit mit einer ersten Temperatur (Th) strömt und über die zweite Fläche die Flüssigkeit mit einer unterschiedlichen zweiten Temperatur (Tc) strömt, und daß eine Recheneinrichtung vorgesehen ist, welche die von der durch das System strömenden Flüssigkeit aufgenommene oder abgegebene Wärmemenge aus dem gemessenen Flüssigkeitsdurchsatz und der

    -6- DE 2481

    gemessenen Teraperaturdifferenz zwischen der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung berechnet.