DE3234894C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 23 30 498 ist eine Meßvorrichtung ähnlicher Art bekannt, bei der die Berechnung der Durchflußrate des Strömungsmittels durch Gleichsetzung des Wärmestromes über eine Wärmebrücke mit dem Wärmeverlust in dem über eine Oberfläche der Wärmebrücke strömenden Strömungsmittel erfolgt. Zu diesem Zweck sind die Wärmeleitflächenanordnungen der Wärmebrücke mit Rippen versehen, um bei jedem Strömungsgeschwindigkeitszustand eine intensive Turbulenz zu erzeugen.

Mit dieser bekannten Meßvorrichtung kann der Durchsatz des Strömungsmittels nur bei Kenntnis von vier gemessenen Temperaturen bestimmt werden. Darüber hinaus muß im bekannten Fall zumindest 10% der verfügbaren Wärme über die Wärmebrücke kurzgeschlossen werden, um eine mit ausreichender Genauigkeit meßbare Veränderung der Temperatur des über die erste Wärmeleitflächenanordnung der Wärmebrücke strömenden Strömungsmittels feststellen zu können. Der Energieverbrauch dieser Meßvorrichtung ist somit verhältnismäßig hoch.

Aus der PCT-WO 80/02071 ist eine Meßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei der die erste Wärmeleitflächenanordnung so ausgebildet ist, daß sie eine Grenzschichtfläche ausbilden kann. Allerdings ist es auch mit dieser bekannten Meßvorrichtung erforderlich, vier Temperaturen zu messen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die bei geringer Energieaufnahme mit weniger Meßstellen auskommt und eine hohe Empfindlichkeit hat.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird von dem aus der DE-OS 23 30 498 bekannten Meßprinzip, bei dem die Temperaturen stromauf und stromab der Wärmeleitflächenanordnungen und der Temperaturabfall über die Wärmebrücke gemessen werden, Abstand genommen und statt dessen von dem Effekt Gebrauch gemacht, daß sich mit sich änderndem Durchsatz des Strömungsmittels durch ein Leitungssystem nicht nur die Grenzschicht, sondern damit nach einer reproduzierbaren Gesetzmäßigkeit auch der Wärmeübergangskoeffizient ändert, so daß eine Eichkurve bestimmt werden kann, auf deren Basis es gelingt, mit lediglich drei Temperaturmessungen sehr exakt und mit geringem Wärmeverlust den Massendurchsatz des Strömungsmittels zu bestimmen. Durch den zweischichtigen Aufbau der Wärmebrücke gelingt es darüber hinaus, einerseits die Temperaturmessung an eine sehr leicht zugängliche Stelle zu verlegen, und andererseits die Möglichkeit zu eröffnen, die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung mit einfachsten Mitteln zu steuern, indem das Verhältnis zwischen kalter und warmer Oberfläche variiert wird. So gelingt es für den Fall, daß die kalte Oberfläche wesentlich größer als die warme Oberfläche gehalten wird, die Empfindlichkeit zu steigern.

Zwar ist in der PCT-WO 80/02071 die Einbeziehung eines von der Durchflußrate abhängigen Wärmeübergangs in der Grenzschicht der Strömung angesprochen. Die bekannte Lehre geht jedoch gerade davon aus, die Temperaturen stromauf der Wärmeübergangsstelle und am Übergang zur Wärmebrücke zu messen, so daß die erfindungsgemäße Lehre, eine dieser Meßstellen einzusparen, durch diesen Stand der Technik nicht nahegelegt wird. Darüber hinaus ist im bekannten Fall die Wärmebrücke abweichend vom Erfindungsgegenstand nicht aus zwei Werkstoffen aufgebaut, von denen der eine gute und der andere eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit besitzt. Im übrigen ist gemäß PCT-WO 80/02071 die zweite Wärmeleitflächenanordnung nicht unabhängig von den Grenzschichtbedingungen an der ersten Wärmeleitflächenanordnung auf einer bestimmten Temperatur gehalten, wodurch sich allerdings der zusätzliche Vorteil des Erfindungsgegenstandes ergibt, daß die erfindungsgemäße Meßvorrichtung sowohl für geschlossene als auch für offene Kreisläufe verwendet werden kann.

Die Erfindung macht somit von dem Effekt Gebrauch, daß sich zwischen der Flüssigkeit und der Wärmeleitflächenanordnung bzw. zugeordneten Fläche eine Grenzschicht ausbildet, deren Dicke von der Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Weise abhängt, daß die Grenzschicht dünner wird, sobald die Geschwindigkeit der Flüssigkeit ansteigt. Diese Grenzschicht wirkt als Wärmeisolierschicht zwischen der Wärmeleitflächenanordnung 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 einem Punkt innerhalb der Wärmebrücke, d. h. einer Zwischenstelle (Tm) und der zweiten Wärmeleitflächenanordnung bzw. 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 geeignete Kurve. Zu diesem Zweck können jedoch auch andere Verhältnisse, wie beispielsweise das Verhältnis Tm-Tc/Th-Tc herangezogen werden.

Vorzugsweise hat der gut wärmeleitende Teil der Wärmebrücke ein Wärmeleitvermögen, das mindestens das Zehnfache desjenigen des schlechter 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 schlechter wärmeleitende Teil durch eine verhältnismäßig dünne Schicht aus wärmeisolierendem Material gebildet werden oder alternativ die Wärmebrücke eine gleichförmige Struktur erhalten, wobei der schlechter wärmeleitende Teil eine verringerte Breite erhält.

Wenn sich die Temperatur der über die erste Fläche strömenden Flüssigkeit ändert, ist eine Gestaltung zweckdienlich, 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 kann die Meßvorrichtung zum Messen des Durchsatzes der Flüssigkeit durch das System eingesetzt werden, wobei zum Erzeugen der notwendigen Temperaturdifferenz die ankommende Flüssigkeit über die erste Fläche geleitet wird, während die austretende Flüssigkeit über die zweite Fläche strömt. Bei derartigen Anordnungen kann die 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 Temperaturdifferenz zwischen der zweiten Fläche und der ersten Fläche eine zweite Flüssigkeitsströmung verwendet wird, müssen Maßnahmen zum Ausschalten der Isolierwirkung einer Grenzschicht an der zweiten Fläche getroffen werden. Durch einen wärmeleitenden Körper mit einer großen Oberfläche, über den die zweite Flüssigkeitsströmung strömt und der in Wärmeleitverbindung zu der zweiten Fläche steht, 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. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Meßvorrichtung;

Fig. 2 eine Eichkurve für die in Fig. 1 gezeigte Meßvorrichtung;

Fig. 3 eine Abwandlung der bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendeten Wärmebrücke; und

Fig. 4 eine bei der Meßvorrichtung verwendbare weitere Form einer Wärmebrücke.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte 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 wie beispielsweise ein Thermoelement 27 angebracht. Ferner sind (nicht gezeigte) Temperaturmeßvorrichtungen an den Einlässen 10 und 19 angebracht, so daß die Differenz zwischen der Temperatur Tm an einem Punkt in einem Zwischenabschnitt 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 am Zwischenabschnitt ermittelt werden können.

Die vorstehend beschriebene Meßvorrichtung ist in ein geschlossenes System, wie beispielsweise ein Heizungssystem 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 Meßvorrichtung geführt, wobei die Verbindung zwischen dem Vorlaufrohr 25 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 Stapels aus 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 23 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 entsteht. Die Temperatur Tm am Zwischenabschnitt der Wärmebrücke zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang des Rings 23 ist folglich eine Funktion der Temperaturen an dem Innenumfang und dem Außenumfang 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 Temperaturdifferenz 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 an einem Punkt im Zwischenabschnitt der Wärmebrücke 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 Temperatur 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 Flüssigkeits-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 mit Preßsitz 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 geringerem 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 Temperatur Tm an einem Punkt in einem Zwischenabschnitt der Wärmebrücke gesteigert ist. In einer weiteren Abwandlung kann die Wärmebrücke eine homogene bzw. gleichartige Struktur haben, wobei der schwach wärmeleitende Außenteil dadurch gebildet wird, daß der Wärmedurchgangs- Querschnitt dieses Teils verkleinert wird. Die Verwendung der dicken Isoliermaterial-Blöcke bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erübrigt die anhand der Fig. 1 beschriebenen Leitringe 14.

Die Empfindlichkeit der Meßvorrichtung kann dadurch weiter gesteigert werden, daß die Tm im Zwischenabschnitt 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 schlechter wärmeleitenden Teil der Brücke bildet, mit einem Außenteil 43 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 Ringe 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.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Innenflächen des Hauptrings 40 bzw. des Nebenrings 44 den Grenzschicht- Bedingungen ausgesetzt, so daß folglich die über diese Flächen übertragene Wärme eine Funktion ihrer Flächeninhalte und der Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit bzw. des Flüssigkeitsdurchsatzes 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 Hauptring 40 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 Messingzylinder 45 angeschlossen ist. Infolgedessen entsteht an dem zwischen der Innenfläche des Nebenrings 44 und dem Innenteil 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 Temperatur Tm im Zwischenabschnitt eine Funktion zweiter Ordnung der Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit über den Innenflächen der Ringe 40 und 44. Die auf diese Weise erzielte Empfindlichkeitssteigerung kann dadurch eingestellt werden, daß die gegenüber der von dem Einlaß 10 zu dem Auslaß 11 strömenden Flüssigkeit freiliegenden Flächenbereiche des Hauptrings 40 und des Nebenrings 44 verändert werden. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit über dem Betriebsbereich der Meßvorrichtung verbessert werden und insbesondere die Signalsättigung bei höheren Durchflußgeschwindigkeiten bzw. Durchsätzen verringert werden, um damit den Arbeitsbereich der Meßvorrichtung zu erweitern.

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.

Claims (16)

1. Meßvorrichtung zur Messung des Durchsatzes eines Strömungsmittels durch ein Leitungssystem, mit einem Einlaß und einem Auslaß für das Strömungsmittel, einer Wärmebrücke zur wärmeleitenden Verbindung zwischen einer zwischen dem Einlaß und dem Auslaß liegenden ersten Wärmeleitflächenanordnung, über die das Strömungsmittel bei Ausbildung einer Grenzschicht strömt, und einer davon entfernten zweiten Wärmeleitflächenanordnung, mit der eine Einrichtung zusammenwirkt, die eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Wärmeleitflächenanordnung aufrecht erhält, wobei die Wärmebrücke aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen aufgebaut ist und mit drei Temperaturmeßeinrichtungen zur Messung der Temperatur des Strömungsmittels, der Temperatur der zweiten Wärmeleitflächenanordnung und der Temperatur an einem Punkt innerhalb der Wärmebrücke, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Wärmebrücke aus einem an die erste Wärmeleitflächenanordnung angrenzenden, gut wärmeleitenden Werkstoff und angrenzend an die zweite Wärmeleitflächenanordnung (17) einem schlechter leitenden Abschnitt besteht,
• b) die den beiden Wärmeleitflächenanordnungen nicht zugeordneten Oberflächen der Wärmebrücke (16, 17, 23; 30; 40) derart gegenüber der Umgebung isoliert sind, daß ein Wärmestrom auf eine Bahn zwischen den beiden Wärmeleitflächenanordnungen begrenzt wird.
• c) die mit der zweiten Wärmeleitflächenanordnung (17) zusammenwirkende Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Wärmeleitflächenanordnungen die zweite Wärmeleitflächenanordnung unabhängig von Grenzschichtbedingungen an der ersten Wärmeleitflächenanordnung auf einer bestimmten Temperatur hält, und
• d) eine Temperaturmeßeinrichtung (27; 47) so angeordnet ist, daß sie die Temperatur (T _m ) an einem Punkt in einem Zwischenabschnitt (23) der Wärmebrücke (16, 17, 23) im wärmeleitenden Werkstoff mißt.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gut wärmeleitende Teil (23; 41) der Wärmebrücke (16, 17, 23; 40) ein Leitvermögen hat, welches mindestens das Zehnfache desjenigen des verhältnismäßig schlechter leitenden Teils (16; 42) beträgt.

3. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wärmeleitflächenanordnung mittels einer zweiten Flüssigkeitsströmung auf der Temperaturdifferenz gegenüber der ersten Wärmeleitflächenanordnung gehalten ist, wobei die mit der zweiten Wärmeleitflächenanordnung verbundene Einrichtung (18 bis 21) zur Aufrechterhaltung der Temperaturdifferenz die zweite Wärmeleitflächenanordnung im wesentlichen auf der gleichen Temperatur (Tc) wie die zweite Flüssigkeitsströmung hält.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über die erste Wärmeleitflächenanordnung strömende erste Flüssigkeitsströmung und die zweite Flüssigkeitsströmung in einer Vorlaufleitung (25) bzw. einer Rücklaufleitung (26) eines geschlossenen Systems geführt sind, in welchem mit der durch das System strömenden Flüssigkeit Wärme übertragen wird.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Wärmeleitverbindung zur zweiten Wärmeleitflächenanordnung ein Körper mit verhältnismäßig gutem Wärmeleitvermögen und einer großen Oberfläche so angeordnet ist, daß die zweite Flüssigkeitsströmung darüberströmt, um die zweite Wärmeleitflächenanordnung im wesentlichen auf der Temperatur (Tc) der zweiten Flüssigkeitsströmung zu halten.

6. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wärmeleitflächenanordnung, die zweite Wärmeleitflächenanordnung und die Wärmebrücke durch eine Ringscheibe (16, 17, 23; 30; 40) gebildet sind, die einen von einem Teil (16; 42) mit schlechterem Wärmeleitvermögen umgebenen Teil (23; 41) mit gutem Wärmeleitvermögen hat und zwischen dem Einlaß (10) und dem Auslaß (11) der Meßvorrichtung so angeordnet ist, daß die durch die Meßvorrichtung strömende Flüssigkeit über die die erste Wärmeleitflächenanordnung bildende innere zylindrische Umfangsfläche des 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 Wärmeleitflächenanordnung bildende äußere zylindrische Umfangsfläche der Ringscheibe führt.

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, 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.

8. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (40) gleichförmige Zusammensetzung hat, wobei der schlechter wärmeleitende Teil (42) eine verringerte Querschnittfläche hat.

9. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine große Platte (21) mit gutem Wärmeleitvermögen in die die Ringscheibe (16, 17, 23; 30; 40) umgebende Kammer (18) ragt und in Wärmeleitverbindung zu der äußeren zylindrischen Umfangsfläche der Ringscheibe steht.

10. Meßvorrichtung nach Anspruch 9, 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.

11. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung (27) an einer Stelle des gut wärmeleitenden Teils (23) der Ringscheibe (16, 17, 23; 30) angeordnet ist.

12. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung (47) an einer Stelle eines thermischen Nebenwegs (44, 45) angeordnet ist, der sich zwischen der ersten Wärmeleitflächenanordnung und der Zwischenstelle an dem gut wärmeleitenden Teil (41) der Wärmebrücke (40) erstreckt.

13. Meßvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Wärmebrücke (40) benachbart, jedoch in Abstand zu dieser eine zweite Ringscheibe (44) mit gutem Wärmeleitvermögen angeordnet ist, deren innere zylindrische Umfangsfläche der von dem Einlaß (10) zu dem Auslaß (11) strömenden Flüssigkeitsströmung ausgesetzt ist und die an die Zwischenstelle an dem gut wärmeleitenden Teil (41) der Wärmebrücke über ein Verbindungsglied (45) mit schlechterem Wärmeleitvermögen angeschlossen ist, wobei die Temperaturmeßeinrichtung (47) an einer Stelle der zweiten Ringscheibe angeordnet ist.

14. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, 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 Umfangsfläche zur anderen Umfangsfläche im wesentlichen radial verläuft.

15. Meßvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Wärmebrücke abwechselnd mit Isolierringen (13) jeweils mindestens ein Leitring (14) angeordnet ist, der an seiner zylindrischen Innenumfangsfläche der Strömung der Flüssigkeit vom Einlaß (10) zum Auslaß (11) ausgesetzt ist und an seiner zylindrischen Außenumfangsfläche mit einer Hülle (17) aus gut wärmeleitendem Material thermisch verbunden ist.

16. Wärmemeßeinrichtung zum Messen der von einer durch ein geschlossenes System strömenden Flüssigkeit zu- oder abgeführten Wärmemenge mit der Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung derart in die Vorlaufleitung (25) und die Rücklaufleitung (26) des geschlossenen Systems eingesetzt ist, daß über die erste Wärmeleitflächenanordnung die Flüssigkeit mit einer ersten Temperatur (Th) strömt und über die zweite Wärmeleitflächeneinrichtung die Flüssigkeit mit einer sich davon unterscheidenden 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 gemessenen Temperaturdifferenz zwischen der Vorlaufleitung (25) und der Rücklaufleitung (26) berechnet.