DE3320561A1

DE3320561A1 - Anordnung zur mengenflussmessung

Info

Publication number: DE3320561A1
Application number: DE3320561A
Authority: DE
Inventors: James H. Brockton Mass. Ewing; Fred G. Salem Mass. Ramberg
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 1982-07-12
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1984-01-12
Anticipated expiration: 2003-06-08
Also published as: IT1169746B; JPS5918423A; FR2530014B1; JPH0534608B2; CH669255A5; FR2530014A1; DE3320561C2; GB8313531D0; IT8322022A0; NL8302378A; GB2123960B; GB2123960A; NL192467B; CA1207408A; NL192467C; US4464932A

Description

Anordnung zur Mengenflußmessung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Mengenf lußmessung gernäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere zur Wärmeflußmessung.

Die Mengenmessung bzw. Messung einer Fluidströmung kann auf verschiedenartigste Weise vorgenommen werden, wobei die Wahl einer speziellen Näherung im allgemeinen durch solche Faktoren wie Zusammenstellung bzw. Zusammensetzung, Volumen und Strömungsraten bzw. Strömungsgeschwindigkeiten des fließenden oder strömenden Materials festgelegt wird und durch die Masse, die Kosten und die Energieerfordernisse der Ausrüstung, welche die gewünschte Zuverlässigkeit und Präzision im Ausdruck der Ausgangsmessungen und/oder Regelung in spezifierten Zeiten bzw. Begriffen anbieten. Für einige Zwecke können nur grobe Charakterisierungen der Strömung ausreichend sein und durch Fluid induzierte Bewegungen von relativ einfachen Kugel- oder Rotorelementen können überwacht oder auf andere Weise erfaßt werden, um eine solche Information zu liefern. Verdrängerpumpeinheiten können verwendet werden, wenn das Volumen den interessierenden Parameter darstellt, ebenso können gewisse

Flügelrotoreinheiten verwendet werden und die Menge bzw. Masse kann mit Hilfe von Korrekturen der Dichte ausgerechnet werden, wenn Temperatur- und Viskositätsprobleme gelöst werden sollen. Druckempfindliche Einrichtungen nach Art von Venturi-,Düsen-/ Düsenstrahl- und Pitot-Rohr-Arten sind robust und billig und wurden ebenfalls weitgehend benutzt. Die Strömungsmengenrate und Integrationen derselben zum gesamten Mengenfluß sind Daten, die speziell bedeutsame Beziehungen zu dem haben, was in chemisch reagierenden oder energieabhängigen Prozessen enthalten sein kann oder bei der Zufuhr oder bei der Ausgabe von Flüssigkeiten; unter den Bemühungen, solche Daten direkt zu erhalten, befinden sich die bekannten Drehimpulseinheiten, beispielsweise solche, die mitwirkende Flügelrad- und Reaktonsturbinenelemente enthalten.

Unter den Instrumentenklassen, die für gasförmige Fluidmessungen bekannt sind, befinden sich speziell sogenannte "Hitzedraht" (hot wire) - Strömungsmeßgeräte, die nach dem Prinzip arbeiten, daß ein strömendes Fluid, das einer Masse bei höherer Temperatur begegnet, dazu tendiert, in einem Umfang abzukühlen, der wenigstens zum Teil von der Strömungsrate abhängt. Als Beispiel sei angegeben, daß bei einer Form eines derartigen thermischen Strömungsmessers bzw. Mengenmessers es bekannt ist, einen elektrischen Heizer in einen Strom einzuführen, wobei die Speisung für die elektrische Leistung gleichgehalten wird; die Differenzen zwischen den stromauf und stromab liegenden Temperaturen werden als Messungen der Strömung interpretiert. Heizeinheiten und Temperaturdetektoren, die innerhalb einer Strömung angeordnet sind, können aber laminare Strömungsbedingungen aus dem Gleichgewicht bringen bzw. umkippen lassen; derartige Messungen tendieren dann dazu, in höchstem Grade nicht linear zu sein. Ferner ist es bekannt, die Strömungsmenge dadurch zu messen, daß Temperaturdifferentiale zwischen den temperaturempfindlichen Heizwicklungen festgelegt werden, die sich in stromauf und stromab liegenden Beziehungen gegenüber dem Fluid befinden und welche Elemente

einer elektrische Brückenschaltung sind, die sowohl zum Messen als auch zum Heizen dient; eine derartige Strömung wurde in einer laminaren Strömungs-bypass-Röhre geführt/ wobei eine Isolierung die umwickelte Röhre umschließt, wie dies in den US-PS 3 939 384 und 3 851 526 beschrieben ist. In der US-PS 4 297 881 sind weiterhin thermische Mengenmesser angegeben, bei welchen zwischen Geräten mit fester Temperatur und fester Temperaturdifferenz unterschieden wird und in welcher die zugehörige elektrische Brückenschaltung beschrieben ist. In der US-PS 4 300 391 sind Hitzedraht-Anemometer und die bei diesen auftretenden Probleme erläutert. Widerstände vom Drahttyp mit einer befestigten Probe zu Messungen des Mengenflusses sind in der US-PS 4 304 beschrieben und Siliziumwiderstände sowie Dünnfilm-Metallwiderstände sind in den Mengenmessern nach den US-PS'en 4 319 483 und 4 320 655 erläutert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung ztir Mengenfluß- bzw. Strömungsmessung zu schaffen, bei welcher das durchströmende Fluid zuerst exakt auf eine Temperatur geregelt wird und dann über einen vorbestimmten Wert sofort bezüglich der Temperatur geändert wird, wobei die dabei beinhalteten Energiewechsel in der induzierten Temperaturänderung benutzt werden, um die Strömung zu charakterisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Anordnung sowie eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zur Durchführung von Mengenflußmessungenergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung schafft somit eine Anordnung und ein Verfahren zur verbesserten, genauen überwachung einer Fluidströmungdurch Warme-

aastauschprozesse die derart aufeinander abgestimmt sind, um Verzögerungenjm Ansprechverhalten zu unterdrücken und vorteilhafterweise zur Charakterisierung der Strömungsmengenrate beitragen. Die Erfindung schafft insbesondere eine verbesserte und relativ unkomplizierte Anordnung zur Mengenflußmessung, bei welcher eine mehrstufige/ aufeinanderfolgende und geregelte Erwärmung eines fließenden oder strömenden Mediums erfolgt, wobei dieses automatisch konditioniert wird, um eine außergewöhnliche hohe Ansprechgeschwindigkeit sowie Präzision und Stabilität bei den Messungen gegenüber derjenigen Energie zu fördern, die einer der Stufen zugeführt wird.

Die Arbeitsweise von thermischen Mengenflußmessern und der Systeme, die sie steuern bzw. regeln, kann somit gemäß der Erfindung bedeutsam verbessert werden, insbesondere im Hinblick auf Faktoren, die auf die kritische Ansprechempfindlichkeit bzw. Ansprechgeschwindigkeit bezogen sind, indem geregelte Temperaturverteilungen festgelegt werden, die effektive Abhängigkeiten von relativ großen thermischen Zeitkonstanten beseitigen, welche durch Materialien auferlegt werden, aus denen die die Messung durchführenden Strömungskanäle angefertigt sind. Eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung enthälteinen Mengenf lußmesser in einer Bypass-Messkanalanordnung, die einer Hauptströmungsleitung zugeordnet ist, durch welche das Gas unter Steuerung eines Ventils geführt wird, das seinerseits in Abhängigkeit von der Strömungsmessung betätigt wird. Der Meßkanal wird durch ein längliches Strömungsrohr definiert, um welches drei verteilte Wicklungen herum angeordnet sind, die aus einem Widerstandsdraht mit hohem Temperaturkoeffizienten hergestellt sind und in einem unmittelbaren End-zu-End- Verhältnis in drei Abschnitten aufeinanderfolgend in Richtung entlang des Stromes der laminaren Strömung, zu dem ein Bypass vorgesehen ist. Die Wicklung in der am weitest stromauf lieger "en Relation wird erregt, um z.u gewährleisten, daß das Fluid auf eine erste Temperatur erhitzt wird, die über der höchsten, zu erwartenden Umgebungstemperatur

Ak

liegt» Unmittelbar stromab derselben wirkt die nächste Wicklung als primäres Meßelement, wobei die Energie, der Spannungsabfall oder Stromparameter der elektrischen Energiezuführung während der Erwärmung des Fluids auf eine noch höhere zweite Temperatur ausgelegt wird, um die stattfindende Strömung zu charakterisieren. Die thermische Zeitkonstante des Meßkanales, welche im wesentlichen die Verzögerung ergeben würde, die in den Strömungsrohren enthalten wäre, wenn man eine neue Gleichgewichtstempeatur voraussetzt, nachdem eine Strömungsänderung im Mengenflußmesser aufgetreten ist und der vorerwähnte stromauf liegende Wicklungsabschnitt nicht beinhaltet wäre, wird vorteilhafterweise zu einer relativen Unbedeutsamkeit reduziert und stattdessen scheint der Primärfaktor, welcher die Meßempfindlichkeit bzw. Meßgeschwindigkeit beeinträchtigt, nur die Transportverzögerung zu sein, nämlich die normalerweise sehr kurze Zeit, die erforderlich ist, damit ein geänderter Strömungszustand im System das primäre Meßelement erreicht. Die dritte Wicklung steht ihrerseits in stromabwärts liegender, naheliegender Beziehung zu dem primären Meßelement und wird erregt, um eine geregelte Kühlung des Fluids auf eine Temperatur zwischen den ersten und zweiten Temperaturwerten herbeizuführen. Der dritte Abschnitt reduziert nicht nur die Störungen der thermischen Bedingungen, die andererseits nachteilig die Systemmessungen beeinträchtigen könnten, sondern trägt auch zu einer höchst wünschenswerten linearen Proportionalität bei, die zwischen der Mengenflußrate und dem Spannungsabfall an dem primären Wicklungselement realisiert werden kann. Dieses lineare Verhältnis erleichtert die elektrische Regelung der motorangetriebenen und durch Ventile gesteuerten Systemströmung. Um voll den Vorteil der eigenen Fähigkeiten einer derartigen Flußmessung mit hoher Ansprechempfindlichkeit bzw. hoher Ansprechgeschwindigkeit auszunutzen, sollen die durch die verschiedenen Wicklungen geregelten Heizeinheiten und die zugehörigen Messungen, die durch das primäre Element ausgeführt werden, keine wesentlichen Verzögerungen beinhalten; aus diesem Grund ist jede temperaturempfindliche Wicklung als Teil

eines elektrische Brückennetzwerkes ausgestaltet, welches tatsächlich sofort automatisch über eine zugeordnete Operationsverstärker- und Leistungstransistorschaltung ausgeglichen wird. Wenn unkontrollierte Änderungen der Umgebungstemperatur die Flußmessung beeinträchtigen könnten, wird eine Immunität demgegenüber durch eine temperaturstabilisierte künstliche Umgebung für die Wicklungen des Strömungsrohres geschaffen, in dem vorzugsweise eine elektrisch erhitzte Umhüllung verwendet wird, in welcher die automatisch geregelte Temperatur höher als jede erwartete Umgebungstemperatur ist.

Die Erfindung schafft ein Verfahren, mit dem präzis die Fluidströmung mit hoher Empfindlichkeit charakterisiert werden kann, wobei sequentiell exakt geregelte, d.h. fein geregelte Erwärmungen des Fluids durch geführt werden, und bei dem die Mengenflußrate auf die Energie bezogen ist, die zum Anheben der Fluidtemperatur um einen vorbestimmten Umfang von einem künstlich angehobenen festen Wert verbraucht wird.

Die Erfindung schafft ferner eine empfindliche und stabile Anordnung zur Flußmessung relativ unkomplizierten Aufbaus mit günstigen Kosten, welche fähig ist, auf Fluidströmungsänderungen tnit außergewöhnlicher Ansprechgeschwindigkeit zu reagieren; die Anordnung enthält sequentiell angeordnete elektrische Widerstandsheizeinheiten, durch welche die Referenztemperaturbedingungen festgelegt bzw. hervorgerufen werden und eine vorbestimmte Temperaturänderung mit einem folgenden Energieverbrauch bewirkt wird, der zur Strömung auf einer tatsächlichen augenblicklichen Basis in Beziehung steht.

Die Erfindung schafft ferner eine Anordnung zur thermischen Mengenflußmessung bzw. Wärmeflußmessung, die sich insbesondere für Anwendungen eignet, wie beispielsweise strömungsregelndejn Systemen, die eine hohe Ansprechempfindlichkeit bezüglich der Mengenflußrate gasförmiger Fluids haben, wobei erfindungs-

gemäß drei elektrische Heizelemente vorgesehen sind, die jeweils aus einem Material mit hohem Temperaturkoeffizienten bestehen und in selbstabgleichenden Brückennetzwerken angeordnet sind, durch deren schnelle Wirkungen vorbestimmte Temperaturänderungen hervorgerufen werden, die durch das strömende Gas in stromauf- und stromabwärts liegender Beziehung einem primären Meßort gegenüber hervorgerufen werden; die Temperatur an dem letztgenannten Meßort wird durch einen vorbestimmten Betrag erhöht, während die Strömung tatsächlich augenblicklich durch die Beziehung zur Energie charakterisiert wird, die zur Temperaturerhöhung involviert ist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Anordnung sowie eines Verfahrens zur Durchführung der thermischen Flußmessung anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise schematische und teilweise in Blocke schaltbildform gehaltene Darstellung der miteinander zusammenwirkenden Teile einer Anordnung zur Wärmeflußmessung gemäß der Erfindung zusammen mit den Charakterisierungen aufeinander folgender Strömungsabschnitte,, über welche vorbestimmte Temperaturverteilungen entwickelt sind,

Figur 2 eine Darstellung eines Strömungsrohrsensors gemäö der Erfindung, der drei Stufen von externen Drahtwicklungen mit hohem Temperaturkoeffizienten innerhalb einer die Umgebung regelnden Umhüllung aufweist.

Figur 3 eine teilweise in Schnittansicht dargestellte Strömungswandlereinheit, bei welcher ein Strömungsrohr-Sensor in Bypass-Beziehung zu einer Strömungsleitung angeordnet ist, und

Figur 4 eine schematische und in Blockschaltbildform gehaltene Darstellung von Einzelheiten der Schaltung zur elektrischen

Ventilsteuerung, bei der hohe Ansprechempfindlichkeit durch die verbesserte Mengenflußmessung erreicht wird.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verschiedene Ausführungsformen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen identische oder einander entsprechende Elemente oder Einheiten angeben. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer Anordnung zur thermischen Flußmessung, die mit 5 bezeichnet ist und elektrische Wärmetauscherelemente 6, 7 und in dieser Reihenfolge gegenüber einer Fluidströmung aufweist, deren laminarer Strömungsverlauf entlang eines durch gestrichelte Grenzen 9 dargestellten Verlaufes durch einen stromauf befindlichen Pf eil und einen stromab befindlichen Pfeil 11 charakterisiert ist. Die Elemente 6 bis 8 sind in Form elektrischer Widerstände, beispielsweise einem Draht, dargestellt, die durch Ströme erhitzt werden, welche durch diese Elemente geführt werden und die dann selbst aufgrund ihrer Herstellung aus einem Material mit hohem Temperaturkoeffizient, beispielsweise einem Draht mit einem positiven Koeffizient von + 3500 ppm/°C selbst hochtemperaturempfindlich sind. Die Wirkungen solcher Elemente sind gezielt entlang des Strömungsweges verteilt, derart, daß die zugehörigen Wechselwirkungen mit dem Fluid auch dann vollständig sind, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids groß sind; die aufeinander folgenden Verteilungen befinden sich in unmittelbaren End-zu-End Beziehungen , die dazu tendieren, die Verzögerungen zwischen voneinander abhängigen Wirkungen der drei zusammen wirkenden Elemente zu minimisieren. Die erste derartige Verteilung oder Aufteilung 6A (Figur 1) muß anfangs eine kritische Konditionierung bezüglich des ankommenden Fluids bzw. der ankommenden Flüssigkeit hervorrufen, und überzieht daher einen Abschnitt des Strömungsweges, der unmittelbar stromauf des auf ähnliche Weise geteilten primären Meßelementes 7 liegt, ünt^r der Kontrolle eines automatisch sich abgleichenden Brückennetzwerkes 63, von dem es einen Teil bildet, fügt das aufgeteixte Element 6 eine solche Erwärmung dem strömenden Fluid bei, daß gesichert ist,

QO

daß die Fluidtemperatur auf einen ersten Wert geregelt wird» der über jeder Temperatur des Fluids liegt, die normalerweise von dem Fluid erwartet werden kann, wenn es die Flußmeßanordnung erreicht. Unmittelbar danach beaufschlagt das Meßelement 7, welches eine Auf- oder Verteilung 7A entlang des Strömungsweges hat, das Fluid mit Wärme unter der Regelung eines zweiten, sich automatisch abgleichenden Brückennetzwerkes 7B, von dem es wiederum einenen Teil bildet. Diese zweite Erwärmungsstufe hat eine wesentliche Fühl- oder Meßbedeutung, da die damit verbundene Energie in Beziehung zu der stattfindenden Strömung steht. Insbesondere wenn gewährleistet ist, daß das gesamte strömende Fluid, d.h. das gesamte flüssige oder gasförmige strömende Medium in einem bekannten Umfang von einem bekannten Wert durch das Element aufgeheizt wird, dann wird festgestellt, daß die involvierte Energie als Maß der Massengeschwindigkeit der Strömung interpretiert werden kann. Für solche Zwecke enthält die Anordnung nach Figur 1 eine Meßeinheit 7C, die parallel liegt zum Element 7 und schickt aufgrund von Spannungsabfällen an dem Brückenglied 7B Heizströme durch dieses Element mit verschiedener Stärke, wie es durch die unterschiedlichen Bedingungen der Strömung zu unterschiedlichen Zeiten erforderlich ist. Ein wesentlicher Vorteil, der sich aus der feinen Regelung der Temperatur des Fluids vor dessen Eintritt in den Strömungswegabschnitt 7A ergibt, ist die außergewöhnliche Mitwirkung, die sich in Bezug auf die Geschwindigkeit des Ansprechens des Strömungsmessers bzw. Mengenmessers ergibt. Relativ träge thermische Zeitkonstanten von Teilen des Flußmesseraufbaus, die andererseits auf neue Gleichgewichtstemperaturen bei jeder Änderung der Strömung einjustiert werden müßten, können als ein gewichtiger Faktor abgezogen werden und stattdessen scheint eine sehr schnelles Ansprechverhalten . der verbesserten Flußmeßanordnung hauptsächlich durch die sogenannte "Transportverzögerung" bestimmt zu werden, was die Zeit bedeutet, die für ein Umschlagen in der Strömung erforderlich ist, um das Meßelement

zu erreichen. Wenn die zugehörigen Heiz- und Meß- und Regelnetzwerke ebenfalls hohes Ansprechverhalten haben, können Operationen tatsächlich augenblicklich und isoliert von vorliegenden Verzögerungen ausgeführt werden, die andererseits als Quelle ernsthafter Defekte bestehen bleiben könnten.

Ein drittes Wärmeaustauscher- bzw. Wärmeübertragerelement befindet sich unmittelbar stromab des Meßelementes 7 und ist in ähnlicher Weise ein Heizelement mit über eine Länge 8A des Strömungsweges verteilten Wirkungen. Die Temperatur des Fluids wird in Bezug auf einen Wert geregelt, der vorzugsweise zwischen dem Wert im stromauf liegenden Abschnitt 6A und dem Wert im mittleren Abschnitt 7A liegt; ein automatisch nachgleichendes Brückenglied 8B, von dem das Wärmeübertragerelement 8 einen Teil darstellt, führt diese Regelung aus. Es ist zu beachten, daß das weiterströmende Fluid nach einer kritischen Weiteraufwärmung im Meßabschnitt 7A in Bezug auf einen unteren Temperaturwert durch das Element etwas abkühlen kann, auch wenn der stromab liegende Konditionierabschnitt 8A, in welchen dann das Fluid strömt, ebenfalls mit Wärme versorgt wird. Das geregelte Abkühlen, das auf diese Weise bewirkt wird, wirkt einen gewünschten Einfluß auf die Messungen aus und hat den klar vorteilhaften Effekt, den Spannungsabfall am Meßelement 7 im wesentlichen linear proportional zur Mengenströmungsrate zu gestalten. Bei anderen Anordnungen ist beispielsweise das Verhältnis im wesentlichen hyperbolisch und zugeordnete Anzeigen und Steuerungen müssen mit den Nachteilen fertig werden, die einer solchen . Nicht-.linearität anhaften. Das Temperaturprofil, welches entlang des Strömungsweges durch die miteinander in Wechselwirkung stehenden Abschnitte erzeugt wird, ist solcherart, daß das Fluid eine erste Temperatur annimmt, wenn es in den mittleren Meßabschnitt 7A eintritt; die Temperatur wird darin auf einen etwas höheren Wert angehoben und daraufhin wird eine Kühlung unter geregelten Bedingungen auf eine niedrigere zweite Temperatur über den Zeitraum gestattet, bis es die Position erreicht, an welcher das Fluid den Mittelabschnitt verläßt. Die Durchschnitts-

temperatur im Mittelabschnitt oder in der "verteilten" Heizstufe 7A ist immer im wesentlichen konstant gehalten, unabhängig von Änderungen in der Strömung bzw. in der Durchfluß¹· menge. Die Energie charakterisiert die Mengenflußgeschwindig¹-keit bzw. Mengenflußrate, wobei dies die Energie ist, um die vorbestimmte Durchschnittstemperatur hervorzurufen, sobald das Fluid erstmals getrennt konditioniert wurde, um eine geregelte untere Temperatur zu erreichen. Die Messung dieser elektrischen Energie oder des bestreffenden Stromes kann nützliche Informationen geben; der Spannungsabfall am Element hat jedoch eine lineare, proportionale Beziehung zur Mengenflußgeschwindigkeit, im folgenden Mengenflußrate genannt, und ist daher ein bevorzugter Parameter für die Messung.

Die drei automatisch nachgleichenden Brückenglieder 6B, 7B und 8B sind im wesentlichen einander gleich; die Wärmeübertragungselemente bzw. Widerstandselemente 6, 7 und 8 mit hohem Temperaturkoeffizienten bilden jeweils einen Zweig einer normalen vollständigen Brücke; die drei anderen Brückenzweige 6a - 6c, 7a - 7c, und 8a - 8c sind jeweils aus im wesentlichen konstanten Impedanzen gebildet, die relativ niedrige Temperaturkoeffizienten aufweisen, sodaß der Brückenabgleich in jedem Fall nicht wesentlich durch Leistungsänderungen beeinträchtigt wird, da den Heizwiderstandseiementen unterschiedlich Leistung unter sich verändernden Bedingungen zugeführt wird, die die Zuführung unterschiedlicher Wärmemengen erfordern . Die jeweiligen Energiequellen 6d, 7d und 8d erregen die Brücken über ihre Eingangspunkte entsprechend den Vorgaben der Steuereinheiten 6e bis 8e, die auf Bedingungen einer nicht abgeglichenen Brücke ansprechen, wobei diese Bedingungen an den Brückenausgangsanschlüssen auftreten bzw. in Erscheinung treten. Die Impedanz, welche die Meßeinheit 7c gegenüber dem primären Meßwiderstandselement 7 zeigt, ist verhältnismäßig groß und ist daher im wesentlichen gegenüber dem Brückenabgleich und dem Heizelement isoliert; ferner beeinträchtigt diese Impedanz materiell weder den Brückenabgleich, noch das Heizelement. Wenn die Fluidströmung damit beginnt, eines der Elemente

unter die gewünschte Temperatur abzukühlen, fällt jeweils sein Widerstand ab und die zugehörige Brücke ist nicht mehr abgeglichen; der Nichtabgleich wird sofort durch die zugehörige Steuereinheit erfaßt und die die Brücke speisende Quelle wird unverzüglich dazu gebracht, eine größere Leistung bzw. Energie zuzuführen und damit das Element weiter aufzuheizen. Der entgegengesetzte Prozeß tritt automatisch und im wesentlichen sofort auf, wenn eine Erwärmung über die beabsichtigte Temperatur beginnt.

Temperaturänderungen in der Umgebung, in welcher die Mengenflußmessung bzw. Durchflußmessung stattfindet, kann deren Betrieb beeinträchtigen; daher ist derartigen Temperaturänderungen durch eine sehr gute Isolierung mittels eines Mantels bzw. einer Umhüllung zu begegnen, wie dies durch die gestrichelte Linie 12 in Figur 1 und durch das rohrförmige Gegenstück dazu in Bezug auf Figur 2 durch das Bezugszeichen 12' angedeutet ist. Obgleich ein einfacher thermisch isolierender Mantel bzw. ein thermisch isolierendes Gehäuse um den Strömungskanal und die verteilten Heiz- und Meßelemente vorteilhaft sein kann, wird eine bevorzugte Isolierung und eine ständige Verbesserung des Betriebs des Flußmessers durch Regelung der unmittelBar umgebenden Temperatur auf einen im wesentlichen festen Wert realisiert, der über jeder zu erwartenden Umgebungstemperatur liegt, die bei dem beabsichtigten Gebrauch der Anordnung vorliegen kann. Zu diesem Zweck ist das in Figur 2 mit 9¹ bezeichnete strömungsführende Rohr mit einem hohlen zylindrischen Rohr 12* umgeben, das sich über den Einlaßabschnitt, Meßabschnitt und Auslaßabschnitt 6A', 7A¹ und 8A¹ des Rohres 9¹ erstreckt sowie über die zugehörigen, verteilten Heiz- und Meßelemente 6¹, 7¹ und 8*. Ein geeignetes wärmebeständiges Isolierrohr 12', das durch Verschlußabschnitte an seinen Enden gelagert ist, befindet sich in geeignetem radialem Abstand zu dem dünnwandigen und länglichen Sensor·™ rohr 9¹ aus rostfreiem Stahl; das Rohr 12* dient vorteilhafterweise als Träger für einen gedruckten Schaltungseinsatz 13,

mit dem die Enden der Abschnittswicklungen 6', 7' und 8' Verbunden sind, die entlang der Außenseite des Rohres 9¹ in enger, wärmeübertragender, jedoch elektrisch isoliereöder Beziehung dazu stehen. Eine elektrische Widerstandsheizwicklung ist um das Äußere des rohrförmigen Isoliergehäuses 12' entlang verteilt und vorzugsweise aus einem Draht mit hohem Töntperaturkoeffizienten hergestellt, sodaß es ähnlich den Wicklungen 6¹, 7' und 8¹ Teil eines dynamischen, automatisch nachregelnden Netzwerkes ist, das sowohl die Temperatur erfaßt, als auch die erforderliche Wärme zuführt. Das Rohr 9¹ ist derart konzipiert, daß es laminare Strömungsbedingungen fördert, die bei einer Durchflußmessung der in Rede stehenden Art bevorzugt werden; bei einer Ausfuhrungsform ist dieses Rohr sehr klein ausgebildet und hat als Beispiel einen Innendurchmesser¹ VOn 0,635 mm (0,025 inch) und eine Länge von etwa

7/62 _Cm (3 inch), wobei ein Verhältnis zwischen Innendurchmesser und Länge von etwa T : 100 eingehalten wird, um die erwähnten Strömungsbedingungen zu begünstigen. In Bezug auf die Temperaturzonenachsen, die als Teil von Figur 2 dargestellt sind, ist zu beachten, daß entsprechend vorstehender Beschreibung zu Figur 1 die Erwärmung durch die Wicklung 6' das gasförmige Fluid dazu bringen sollte, durch den Einlaßabschnitt oder die Zone 6A¹ zu strömen, um einei vorbestimmten Temperaturwert 15 zu erreichen; die Durchschnittstemperatur, die für die folgende Strömung durch die Meßzone 7A¹ geregelt wird, sollte auf einem höheren Wert 16 liegen, und die nächste Temperaturregelung in der Auslaßzone 8A' sollte einen Abfall beinhalten, wie dies durch den Wert 17 in Figur 2 gezeigt ist. Die tatsächlichen Wärmeübergänge des Fluids bei seinem Durchgang durch diese Zonen verlaufen natürlich allmählich bzw. graduell und ändern sich mit den Strömungsbedingungen. In der Einlaßzone 6A¹ kann die Temperatur des einströmenden Fluids entweder nahebei oder wesentlich niedriger als das Temperaturniveau 15 sein und muß daher um kleine oder große Beträge über eine vorgegebene Länge dieser Zone angehoben werden; sowohl die Fluiddichte als

auch die Geschwindigkeit, mit der das Fluid strömt, beeinträchtigt die Quantität der Wärme, die zugeführt werden muß, über welche Zeit auch immer das Fluid durch diese Zone strömt. Außerdem kann der "Endeffekt" am stromabwärts liegenden Ende der Wicklung 6', die nahe einem beheizten, stromauf liegenden Ende der Wicklung 7¹ liegt und durch diese beeinflußt wird, unterschiedlich gegenüber dem Effekt am stromauf liegenden Ende sein, an welchem das ankommende Fluid unterschiedliche Wärme- oder Kältegrade haben kann. Solche "Endeffekte" liegen in gleicher Weise auch im Falle der Meßwicklung 7¹ vor, jedoch sollte dessen stromauf liegendes Ende eine relativ stabile Temperatur auf dem Temperaturniveau 15 aufzeigen, während sein stromabwärts liegendes Ende variable Temperaturabsenkungen erfährt, die vom Kühlen abhängen, das durch die benachbarte, unterschiedlich beheizte, jedoch relativ kühlere Ausgangswicklung 8* ermöglicht wird. Die letztgenannten Wechselwirkungen zwischen dem stromab liegenden Abschnitt der Meßwicklung 7¹ und der Auslaßwicklung 8¹ in unmittelbarer Nähe stromab derselben sind sehr wichtig, da sie die erwähnte lineare Proportionalität auf die Massendurchflußrate fördern. 3ei Abwesenheit einer solchen Auslaßwicklung existiert auch eine nützliche Fühl- und/oder Meßbeziehung zwischen der Strömung und dem Aufheizen, das in der Meßzone stattfindet. Vorzugsweise liegt eine geregelte, relative Kühlung stromabwärts vor. Obgleich das Profil der Temperaturänderungen entlang der Meßzone sich mit der Strömung ändert und zuerst eine positive Steigungszunahme über einen bestimmten Abstand aufweist, dem eine negative Steigungsabnahme über die restliche Zone folgt, verbleibt die Durchschnittstemperatur im wesentlichen gleich für alle Strömungsbedingungen innerhalb eines Strömungsbereiches, für den das Gerät ausgelegt ist. Es ist festzuhalten, daß die Durchschnittstemperatur einen Aufwand an Heizenergie beinhaltet, der sich mit der Strömung ändert und sie ziemlich exakt bzw. getreu charakterisiert.

Eine bevorzugte praktische Ausführungsform des Flußmessers ist in Figur 3 gezeigt. Das Rohr 9¹ steht in einer Bypass-Beäiehung mit einer Strömungsleitung 18, die durch eine Basis 19 aus rostfreiem Stahl hindurch geht, die an ihren Enden mit Innengewinden versehene öffnungen aufweist/ die beispielsweise zur Verbindung mit dem stromauf befindlichen Anschlußstück 20 dienen. Kanäle 21 und 22, durch welche das Fluid von der Leitung 18 durch das kleine Rohr 9¹ als Bypass geführt wird, sind teilweise durch die Basis 19 und teilweise durch die Befestigungs- und Verbindungsstützteile 23 bzw. 24 gebildet. Verbindungsstreifen 13 und ähnliche Streifen für die Heizwicklung 14 zur Umgebungstemperaturregelung sind derart vorgesehen, daß sie auf die zugehörigen Kantenverbindungen einer gedruckten Schaltungsplatte 25 passen, die die zugehörigen elektrischen Brücken und andere Schaltkreise und Komponenten trägt, welche in Verbindung mit dem Fühler verwendet werden.

Bezüglich der letzterwähnten Ausführungsbeispiele zeigt Figur 4 einen Schaltkreis und andere Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform eines Flußmeßsystems, einschließend drei elektronische Regeleinheiten 6B', 7B', 8B·, die Gegenstücke zu den Einheiten sind, die durch entsprechende Bezugszeichen in Figur 1 angegeben sind. Außerdem ist eine vierte, ähnliche Regeleinheit 14B¹ vorgesehen, welche für die Widerstandsheizwicklung 14' vorgesehen ist und die Umgebungstemperatur regelt, welche durch die stromauf befindliche Wicklung 6 ' , die im Mittelabschnitt befindliche primäre Meßwicklung 7· und die stromab liegende 8' gemessen werden. Die letztgenannten drei Wicklungen sind in wärmeübertragenden Beziehungen gegenüber dem Fluid angeordnet, das durch die laminare Strömungsleitung oder das Strömungsrohr 9 hindurchgeführt wird und haben im wesentlichen kontinuierliche Verteilungen entlang der jeweiligen stromauf, im Mittelbereich liegenden und stromab liegenden Abschnitte des Sensors, bzw. des Fühlers.

Unter Bezugnahme auf die Regeleinheit 6B¹ als Beispiel ist zu beachten, daß das relativ hohe Temperaturkoeffizienten aufweisende Material der Wicklung 6' sich in einem Zweig der kompletten Brücke befindet, daß die anderen drei Arme der Brücke Widerstände 6a¹, 6b¹ und 6c¹ mit nur relativ niedrigem Temperaturkoeffizienten aufweisen und daß der Ausgang der Brücke durch einen Operationsverstärker 26 erfaßt wird, der tatsächlich und augenblicklich einen Leistungs-Booster-Transisitor 27 steuert, um die Ströme zu ändern, welche dem Brückenwicklungswiderstand 6¹ auf solche Weise zugeführt werden, daß die Fluidtemperatur entsprechend geregelt wird. Bezüglich der Regeleinheit 8B¹, welche der Wicklung 8' zugeordnet ist, ist ein ähnlicher Operationsverstärker 28 und ein steuernder Leistüngs-Booster-Transistor vorgesehen. Auf ähnliche Weise enthält die Regeleinheit 14B¹ einen Heizwiderstand 14* für die Umgebung in Form eines Armes der kompletten Brücke, der einen hohen Temperaturkoeffizienten aufweist, wobei die verbleibenden Zweige der Brücke 14A¹- 14C vernachlässigbar niedrige Temperaturkoeffizienten haben; ferner ist ein auf die Brücke ansprechender Operationsverstärker vorgesehen, welcher einen Leistungs-Booster-Transistor 31 steuert, um den Heizstrom zuwandern, wenn die erfaßten bzw. gemessenaiUmgebungstemperaturbedingungen sich ändern. Ein Operationsverstärker 32 und ein weiterer Leistungs-Booster-Transistor 33 führen vergleichbare Funktionen in Bezug auf die Arbeitsweise der Steuereinheit 7B' durch, welche die primäre Meßwicklung T enthält. Der Spannungsabfall an der Wicklung ist besonders wesentlich vom Standpunkt der Flußmessung und kann gemäß vorstehender Beschreibung als im wesentlichen linear proportional zur Flußmengenrate angesehen werden. Demzufolge verlaufen diese Spannungen auf einer kontinuierlichen Basis infolge eines isolierenden Nachlauf-Ver-Stärkers 34 hoher Impedanz, eine daß die Aufheizung oder die Temperaturerfassung, welche durch die Wicklung 7' vorgenommen wird, beeinträchtigt werden. Durch Verstärker 35 und 36 wird eine nachfolgende Verstärkung vorgenommen,

wobei eine Verstärkungsfaktoreinstellung durch ein Potentiometer 37 und einen Gegenwert bzw. eine Gegenspannung möglich ist, die über ein Potentiometer 38 in Beziehung auf einen Referenzwert zugeführt wird, der seinerseits durch eine Zenereinrichtung (Zenerdiode) festgelegt wird. Dieser Gegenwert, bzw. diese Gegenspannung soll solche Systemwirkungen kompensieren, die bei Messungen unter Bedingungen auftreten können, unter welchen keine Strömung vorliegt, bzw. eine sogenannte "O"-Bedingung vorliegt. Die erfaßten und verarbeiteten Signale, die für die Mengenrate der Strömung repräsentativ sind und von einer Ausgangskopplungseinheit 40 erhalten werden, werden an eine zugehörige Endeinheit 41 angelegt, beispielsweise eine bekannte Anzeigeeinheit, eine Aufzeichnungseinheit oder eine Steuereinheit. Wenn der Strömungsfühler als Teil eines Systems benutzt wird, welches das über eine Hauptleitung 42 zugeführte Fluid mittels eines Ventils 43 regelt, aktiviert dann die Steuereinheit 41 in geeigneter Weise einen Motor oder ein anderes Ventilbetätigungsglied 44.

In geeigneten Fällen können die Durchflußmessungen der Mengenrate integriert werden, um den gesamten Mengenfluß zu liefern. Ferner können auch zusätzliche Bypass-Anordnungen verwendet werden, um die Meßbereiche zu vervielfachen, die mit einer Ausführung eines Flußmessers durchgeführt werden können. Obgleich eine Form einer vollständigen Brücke vorstehend beschrieben wurde, können andere Brücken benutzt werden, um die gleichen bzw. ähnlichen Ergebnisse zu erreichen, einschließend solche Brücken, die Temperaturmessungen separat mittels einer Wicklung eines Paares durchführen, während das Heizen durch das Heizen der anderen Wicklung des gleichen Paares realisiert wird. Die Wicklungen müssen nicht spiralförmig sein und leitfähige Filme bzw. Schichten und andere Äquivalente eines Drahtes können selbstverständlich ersetzt werden. Gerade Leitungen mit laminarer Strömung werden für die Gas-Mengenmessung bzw. Strömungsmessung bevorzugt.

die vorstehend beschrieben wurde, jedoch können Sensoren oder Fühler mit nicht-linearen öder nicht gleichförmigen Querschnitten ebenfalls angewandt werden und zur Messung von Flüssigkeitsströmungen, breiförmigen Fluids und anderen Gemischen verwendet werden. Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beinhalten drei Wicklungsabschnitte, wobei die am meisten stromabwärts befindliche Wicklung ein Heizelement darstellt, das die Abkühlung des Fluids auf eine Temperatur zwischen dem stromauf regulierten Temperaturwert und dem Durchschnittswert der Temperaturen im mittleren Abschnitt zulassen, kann; wenn jedoch ein gewisser Grad an Trägheit und Nichtlinearität im Ansprechverhalten bzw. in der Empfindlichkeit toleriert und/oder kompensiert werden kann, muß die Temperatur des stromabwärts befindlichen Abschnittes nicht zwischen den anderen Temperaturwerten liegen. Während es bevorzugt ist, daß die Charakterisierung der Strömung durch einen Meßabschnitt bewirkt wird, der sich gerade stromabwärts eines ersten Abschnittes befindet, in welchem die Fluidtemperatur oberhalb oder unterhalb der Umgebungstemperaturen geregelt wird, mit welcher das Fluid ankommen kann, ist es möglich, nützliche, auf die Strömung, bzw. Strömungsmenge bezogene Information von einem oder mehreren der vielen Abschnitte abzunehmen. In Verbindung mit letzterem kann die Energie oder die auf die Energie bezogene Wirkung der stromauf liegenden Wicklungsabschnitte 6 zugeführten und/oder der stromab liegenden Wicklung 8 und/oder der Wicklung 7 und einer oder beiden Wicklungen und 8 zugeführten Energie erfaßt bzw. charakterisiert werden, um die Strömung zu messen bzw. zu erfassen und um die Messung oder Regelung durchzuführen.

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Mengenflußmessung, insbesondere Wärmemengenflußmessung, gekennzeichnet durch eine Konditioniereinrichtung (6B, 7B, 8B) zur Temperaturregelung 'eines strömenden Fluids durch Wärmeübertragung auf das Fluid abhängig von einer Energiezuführung, durch thermische Einrichtungen (6, 7, 8), welche in wärmeübertragender Beziehung zu dem bezüglich der Temperatur durch die Konditioniereinrichtung geregelten Fluid steht, um eine Wärmeübertragung gegenüber dem Fluid auszuführen und um Temperaturänderungen elektrisch zu charakterisieren, die durch die Strömung des Fluids hervorgerufen werden, durch auf Temperatüränderungen ansprechende Regeleinrichtungen (6e bis 8e), wobei die Temperaturänderungen durch die thermischen Einrichtungen charakterisiert sind und Energie zu den thermischen Einrichtungen (b, 7, 8) zugeführt wird, welche

die Temperatur des Fluids vom Wert seiner eingeregelten Temperatur auf unterschiedliche Werte ändert, und durch eine Strömungs- bzw. Mengenmeßeinrichtung (6A, 7A, 8A), welche die zu wenigstens einer der Konditioniereinrichtungen und thermischen Einrichtungen zugeführte Energie charakterisiert bzw. angibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konditioniereinrichtung die Temperatur des Fluids durch Aufheizen in der erforderlichen Weise regelt, um eine erste Temperatur desselben über den erwarteten Temperaturen zu realisieren, mit welchen das Fluid die Konditioniereinrichtung erreicht, und daß diese verschiedenen

Temperaturwerte über der ersten Temperatur

liegen, wobei die thermische Einrichtung das Fluid auf die verschiedenen Temperatürwerte erwärmt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Leitungseinrichtung mit einem durch diese durchgehenden Strömungskanal vorgesehen ist, daß die thermische Einrichtung in wärmeübertragender bzw. wärmeaustauschender Beziehung mit dem Fluid in einer im wesentlichen kontinuierlichen Verteilung entlang eines Meßabschnitts des Strömungskanales steht, und daß die Mengenmeßeinrichtung diejenige Energie charakterisiert, welche der thermischen Einrichtung durch die Regeleinrichtung zugeführt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konditioniereinrichtung die Temperatur des Fluids durch Aufheizen in erforderlicher Weise reguliert, um eine erste Temperatur des Fluids innerhalb der Leitungseinrichtung unmittelbar stromauf zum Meßabschnitt des Strömungskanals zu realisieren, wobei die erste Temperatur über den erwarteten Temperaturen liegt, mit weichen das Fluid in den Strömungskanal eintritt.

·■

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konditioniereinrichtung in einer wärxneübertragenden Beziehung gegenüber dem Fluid und in einer im wesentlichen kontinuierlichen Verteilung entlang eines Konditionierabschnittes des Strömungskanales unmittelbar stromauf des Meßabschnittes angeordnet ist, und daß die Konditioniereinrichtung sowohl Wärme gegenüber dem Fluid austauscht bzw. überträgt als auch elektrisch die Temperaturänderungen charakterisiert, die durch das Fluid hervorgerufen werden.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine stromauf liegende Regeleinrichtung vorgesehen ist, die auf Temperatüränderungen anspricht, welche durch die Konditioniereinrichtungen charakterisiert werden, und daß die Regeleinrichtung Energie auf solche Weise zur Konditioniereinrichtung führt, wie sie erforderlich ist, um das Fluid auf die erste Temperatur aufzuheizen, wobei die Einrichtung zur Mengenbzw. Strömungsmessung die durch wenigstens eine der Regeleinrichtungen und die stromauf befindliche Regeleinrichtung zugeführte Energie charakterisiert.

7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Einrichtung Wärme gegenüber dem Fluid dadurch austauscht, daß die Temperatur des Fluids über den Wert der geregelten Temperatur erhöht wird, daß die Regeleinrichtung so viel Energie zu der thermischen Einrichtung zuführt, um die Durchschnittstemperatur entlang des Meßabschnittes des Strömungskanals auf einem im wesentlichen festen Wert beizubehalten, der höher ist als der Wert der geregelten Temperatur.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Einrichtung thermisch empfindliches elektrisches Widerstandsmaterial aufweist und daß die Regeleinrichtung eine elektrische Brücke enthält, die das thermische Material

in einem ihrer Arme aufweist, um die diese Temperaturänderungen charakterisierenden Brückenausgangssignale zu erzeugen.

9. Anordnung nach Anspruch 8_f dadurch gekennzeichnet/ daß das thermisch empfindliche elektrische Widerstandsmaterial einen relativ hohen positiven Temperaturwiderstandskoeffizienten aufweist und daß keine andere Impedanz mit einem wesentlichen Temperaturkoeffizienten der Brücke vorgesehen ist, daß die Regeleinrichtung elektrische Ströme durch die Brücke führen läßt, welche das Material auf diese Weise erwärmen und die Temperatur des Fluids über die geregelte Temperatur ansteigen lassen, bis die Brückenausgangssignale nicht langer Änderungen erkennen lassen bzw. charakterisieren, die ein weiteres Aufheizen erfordern.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial den einzigen variablen Widerstand in der Brücke darstellt und daß die anderen Stromwege in der Brücke nur solche Widerstände haben, die einen relativ niedrigen Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweisen, und daß die Regeleinrichtung eine elektronische Einrichtung enthält,-die den elektrischen Stromfluß von einer Stromquelle durch die Brücke abhängig von den Ausgangssignalen der Brücke steuert.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial in einem Zweig des vier Brückenzweige aufweisenden Brückennetzwerkes vorgesehen ist und daß die Regeleinrichtung einen elektronischen Verstärker aufweist, der auf die Ausgangssignale der Brücke anspricht, sowie einen Leistungsverstärker, der durch den elektronischen Verstärker steuerbar ist, um den elektrischen Stromfluß zu steuern.

12. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konditioniereinrichtung wärmeempfindliches elektrisches Widerstandsmaterial aiiweist, das einen relativ hohen Widerstands-Temperaturkoeffizienten hat, daß eine elektrische Brücke vorgesehen ist, die das erwähnte Material in einem ihrer Zweige aufweist und im übrigen Teil der Brücke nur Widerstände mit relativ niedrigem Temperaturkoeffizienten vorgesehen sind, daß die stromauf liegende Regeleinrichtung eine elektronische Einrichtung zur Steuerung des elektrischen Stromflusses von einer Stromquelle durch die Brücke abhängig von den elektrischen Ausgangssignalen der Brücke enthält, um dadurch das Material durch den Stromfluß aufheizen zu lassen und die Temperatur zu regeln, damit die erste Temperatur des Fluids realisiert wird.

13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermische Ausgangskonditioniereinrichtung zur Temperaturregelung des Fluids unmittelbar stromab der thermischen Einrichtung auf eine Temperatur zwischen dem erwähnten Temperaturwert und dem Durchschnitt der unterschiedlichen Temperaturwerte vorgesehen ist, und daß die Regeleinrichtung Energie zur thermischen Einrichtung liefert, welche den Durchschnittswert der ,unterschiedlichen Temperatürwerte im wesentlichen konstant hält.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Einrichtung ein wärmeempfindliches elektrisches Widerstandsmaterial aufweist, daß die Regeleinrichtung elektrische Ströme zu dem elektrischen Widerstandsmaterial zuführt, um dadurch die Fluidtemperatur zu ändern, daß die Mengenmeßeinrichtung Spannungsabfälle an dem Widerstandsmaterial charakterisiert bzw. anzeigt und daß die Spannungsabfälle im wesentlichen linear und proportional zur Mengenrate der Fluidströmung ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenmeßeinrichtung eine Einrichtung mit vergleichbar hoher Impedanz aufweist, die elektrisch zur Widerstandseinrichtung parallelgeschaltet ist sowie auf jeden Spannungsabfall ai dieser Widerstandseinrichtung anspricht, ohne einen bedeutsamen elektrischen Strom von dem Widerstandselement abzuziehen oder dessen wirksame Temperaturwiderstandscharakteristiken bedeutsam zu beeinträchtigen.

16. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmeausgangs-Konditioniereinrichtung zur Temperaturregelung des Fluids abhängig von der Energiezuführung unmittelbar stromab der thermischen Einrichtung vorgesehen ist und daß die Mengenmeßeinrichtung die zu wenigstens einer der Konditionier-, thermischen und thermischen Ausgangs-Konditioniereinrichtung geführte Energie charakterisiert.

17. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Ausgangs-Konditioniereinrichtung in wärmeübertragender Beziehung zu dem Fluid unmittelbar stromab des ilcSabschnittes des Kanals vorgesehen ist, um die Fluidtemperatur stromab des Meßabschnittes zu regeln und um die durch das Fluid hervorgerufenen Temperaturänderungen elektrisch zu charakterisieren, daß eine stromabwärts angeordnete Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche auf Temperaturänderungen anspricht, die durch die Ausgangs-Konditioniereinrichtung charakterisiert werden, um die Temperatur des Fluids stromab der Meßeinrichtung durch Aufheizung in der erforderlichen Weise zu regulieren, damit eine kühlere Temperatur desselben realisiert bzw. erreicht wird, die höher liegt als die erste Temperatur, aber niedriger als die Durchschnittstemperatur.

18. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs-Konditioniereinrichtung wärmeempfindliches elektrisches Widerstandsmaterial aufweist, das einen relativ

hohen Widerstands-Temperaturkoeffizienten besitzt, daß außerdem eine elektrische Brücke vorgesehen ist, die das Material in einer ihrer Brückenzweige enthält und daß im übrigen Teil der Brücke nur Widerstände bzw. Widerstandsmaterial mit relativ niedrigem Widerstands-Temperaturkoeffizienten vorgesehen sind, daß die stromab liegende Regeleinrichtung eine elektronische Einheit enthält, die den elektrischen Stromfluß von einer Quelle durch die Brücke abhängig von den elektrischen Ausgangssignalen der Brücke steuert und dadurch das Material durch den Stromfluß aufheizen läßt und die Temperatur regelt, so daß die kühlere Temperatur erreicht bzw. realisiert wird.

19. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umgebungstemperatur-Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche die Umgebungstemperatur um die Konditioniereinrichtung und die thermische Einrichtung regelt, wobei diese Regeleinrichtung eine Heizeinheit enthält, die künstlich und automatisch die Umgebungstemperatur auf einen Wert über den erwarteten Temperaturen der normalen Umgebung hält, in welcher die Anordnung verwendet wird.

?0. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung für die Umgebungstemperatur um den Strömungskanal und die Konditioniereinrichtung sowie die thermische Einrichtung und die thermische Ausgangs-Konditioniereinrichtung herum vorgesehen ist, wobei die Einrichtung für-die Temperaturregelung der Umgebungstemperatur künstlich und automatisch die Umgebungstemperatur innerhalb des Gehäuses auf einem Wert hält, der über dem erwarteten Temperaturwert der normafen Umgebung liegt, in welcher die Anordnung verwendet wird.

21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungseinrichtung ein längliches Rohr mit kleinem

Durchmesser aufweist, welches den Strömungskanal festlegt, daß die Konditioniereinrichtung, thermische Einrichtung Und Ausgangs-Konditioniereinrichtung jeweils elektrisch leitfähiges Material in einem gewundenen Weg um das Rohr enthalten, daß das Gehäuse rohrförmig und koaxial zu dem Rohr ausgebildet und angeordnet ist, und daß die Heizeinrichtung elektrisch leitendes Material in einem gewundenen Weg um das Rohr herum aufweist.

22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr solche Größenverhältnisse und solchen Aufbau hat, daß eine laminare Strömung des durch dieses Rohr hindurchströmenden Fluids gefördert ist und daß eine Einrichtung vorgesehen : ist, die einen Beipaß für ein Teil der Fluidströmung gegenüber der anderen Strömungsleitung durch das Rohr festlegt.

23. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Konditioniereinrichtung, thermische Einrichtung und Ausgangs-Konditioniereinrichtung jeweils ein separates Element aus wärmeempfindlichem elektrischem Widerstandsmaterial aufweist, das einen relativ hohen Widerstands-Temperaturkoeffizienten besitzt und in wärmeübertragender Beziehung zu dem FjLuid in einer im wesentlichen kontinuierlichen Verteilung gegenüber einem stromauf liegenden Abschnitt des Strömungskanals und entlang dem Meßabschnitt unmittelbar stromab desselben sowie entlang eines Äuslaßabschnittes " des Strömungskanales unmittelbar stromab' zum Meßabschnitt vorgesehei

■ ist, daß die aus diesem Material bestehenden Elemente jeweils in einem Zweig einer separaten elektrischen Brücke vorgesehen sind, die darüber hinaus Widerstände mit einem relativ niedrigen Widerstands-Temperaturkoeffizienten enthält, daß eine stromauf liegende Regeleinrichtung vorgesehen ist, die der Konditioniereinrichtung zugeordnet ist, daß die Regeleinrichtung und die stromauf liegende Regeleinrichtung sowie die stromab liegende Regeleinrichtung jeweils

BAD ORIGINAL

elektrische Steuereinrichtungen zur Steuerung des Stromflusses von Quellen durch die jeweiligen elektrischen Brücken abhängig von elektrischen Ausgangssignalen der Brücken enthalten und dadurch die Elemente aus elektrischem Widerstandsmaterial entsprechend aufheizen lassen.

24. Verfahren zur Mengenflußmessung, dadurch gekennzeichnet, daß ein strömendes Fluid durch Regelung seiner Temperatur konditioniert wird, daß die Temperatur des temperaturgeregelten Fluids auf unterschiedliche Werte während der Strömung des Fluids durch Wärmeübertragung bzw. Wärmeaustausch verändert wird und daß die Energie erfaßt bzw. charakterisiert wird, die bei wenigstens einem der Schritte der Temperaturregelung und Temperaturänderung verbraucht wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Konditionierung das Aufwärmen des Fluids in der erforderlichen Weise zum Erreichen einer ersten Temperatur des Fluids über den erwarteten Temperaturen des Fluids vor seiner Konditionierung beinhaltet und daß die Änderung der Temperatur durch Erwärmen des Fluids auf die unterschiedlichen Temperaturwerte erfolgt.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß beim Konditionieren des Fluids das Erwärmen des Fluids über einen im wesentlichen kontinuierlichen stromauf liegenden Weg der Strömung verteilt durchgeführt wird, daß bei der Temperaturänderüng ein weiteres Erwärmen des Fluids über einen im wesentlichen kontinuierlichen Strömungsweg unmittelbar stromab des stromauf liegenden Strömungsweges verteilt durchgeführt wird und daß das Erfassen oder Charakterisieren der abgegebenen Energie das Zuführen und überwachen der Energie für das weitere Aufwärmen des Fluids beinhaltet.

27. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Konditionieren des Fluids nach einer Temperaturänderung desselben durch wiederholtes Regeln seiner Temperatur vorgenommen wird, daß beim Erfassen oder Charakterisieren dör Energie die Energie in wenigstens einem der Regelschritte für die Temperatur oder Änderung der Temperatur und wiederholte Regelung der Temperatur erfaßt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Konditionierung des Fluids nach dessen Temperaturänderung dadurch ausgeführt wird, daß unmittelbar stromab des stromab liegenden Strömungsweges nur eine solche Wärme bzw. Wärmemenge zugeführt wird, daß das Fluid auf eine Temperatur abkühlen kann, die avischen der ersten Temperatur und dem Durchschnittswert der unterschiedlichen Temperatürwerte liegt und daß das Charakterisieren der Energie das Feststellen bzw. Erkennen der Mengenrate der Strömung des Fluids in im wesentlichen linearer Proportionaltität zu dieser Energie beinhaltet,

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte der Konditionierung und Änderung der Temperatur und weiteren Konditionierung in einer im wesentlichen temperaturkonstanten Umgebung, die über den erwarteten Temperaturen der normalen Umgebungstemperatur liegen, beibehalten und fortgeführt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die laminare Strömung des Fluids aufrecht erhalten wird, während gleichzeitig und kontinuierlich das Konditionieren und Ändern der Temperatur sowie das weitere Konditionieren durchgeführt werden.

31. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schritt des Konditionierends und Änderns der Temperatur und des weiteren Konditionierens sowohl das Erfassen der Tempe-

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ratur und Aufheizen des Fluids umfaßt, wobei glebhzeitig auf den elektrischen Widerstand entsprechend reagiert wird und das zugehörige elektrische Aufwärmen des temperatur empfindlichen Materials durchgeführt wird, das einen relativ hohen Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweist, und daß beim Charakterisieren der Mengenrate der Strömung jeder Spannungsabfall an dem temperaturempfindlichen Material gemessen wird, das bei der Änderung der Temperatur verwendet ist.