DE3741972A1 - Elektrischer durchfluss- oder waermemengenmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Durchfluß- oder Wärmemengenmesser mit einem in der Meßstrecke des flüssigen Mediums angeordneten, impulsweise bestromten elektrischen Heizwiderstand und mit einem in Fließrichtung des Mediums mit einigem Abstand vom Heizwiderstand angeordneten Wärme­ sensor, und mit wenigstens einem weiter zugeordneten, die Temperatur des Mediums erfassenden Temperatursensor sowie mit einer zugeordneten Meßelektronik, insbesondere mit Rechner, durch welche die Laufzeit einer vom Heizwiderstand erzeugten Wärmewolke längs der Meßstrecke bis zum Wärmesensor erfaßbar und auf den Wert des gemessenen Durchflußvolumens bzw. der Wärmemenge umrechenbar ist, der vorzugsweise digital anzeigbar ist.

Es ist Zweck der Erfindung, die Möglichkeiten zur Ermittlung von Durchflüssen und/oder von Wärmemengen zu verbessern und zu erweitern.

Es sind Durchflußmesser bekannt, bei denen im Meßrohr durch einen impulsweise bestromten Heizwiderstand im fließenden Medium kurzzeitige Wärmeimpulse erzeugt werden, die durch das strömende Medium im Meßrohr mitgeführt werden.

In einem bestimmten örtlichen Abstand von dem Heizwider­ stand ist - in Flußrichtung des flüssigen Mediums gesehen - ein Wärmesensor angebracht, welcher die mitgeführten Wärmewolken im flüssigen Medium detektiert. Durch eine zugeordnete Meßelektronik wird die Zeitdauer des Durchlaufes einer mitgeführten Wärmewolke im flüssigen Medium vom Heizwiderstand bis zum Wärmesensor erfaßt und hier durch das in der Zeiteinheit durchwandernde Mediumvolumen errechnet.

Das Meßverfahren hat den Vorteil, daß es in einem weiten Meßbereich einsetzbar ist und vergleichsweise genau funktioniert. Das Meßverfahren ist weitgehend variierbar und auch an die verschiedensten Meßbedingungen anpaßbar.

Zur genauen Messung des Durchflußvolumens ist es notwendig, auch die die eigentliche Temperatur des dem Durchfluß nach zu messenden flüssigen Mediums zu erfassen und über die Meßelektronik im Meßergebnis des Durchflußvolumens zu berücksichtigen. Hierzu ist die Zuordnung eines Temperatur­ sensors erforderlich, welcher die Temperatur des Fluidums innerhalb oder wenigstens nahe der Meßstrecke ihrem Betrag nach erfaßt.

Auf diese Weise ist z.B. die Berücksichtigung eines bestimmten Temperaturganges des Meßverfahrens möglich. Die Zuordnung dieses besonderen Temperatursensors, sein Einbau, seine Verdrahtung etc. stellen nun einen nicht zu übersehenden Kosten- und Raumaufwand dar.

Auch für die Wartung eines Durchflußmengenmessers der einleitend zitierten Art bedeutet der zusätzlich vorhandene Temperatur­ sensor einen gewissen Aufwand.

Das vorbeschriebene Wärmeimpulsverfahren zur Durchflußmessung ist auch zur Anwendung bei Wärmemengenmessern geeignet.

Zur Ermittlung einer verbrauchten Wärmemenge ist die Erfassung des z.B. sekundlichen Durchlaufes des die Wärmemenge führenden Mediums sowie des Temperaturgefälles Δ t zwischen Ein- und Ausgang des jeweiligen Wärmetauschers notwendig. Zur Ermittlung des Temperaturgefälles ist also die Zuordnung je eines Temperatursensors am Ein- und Ausgang des Wärmetauscher erforderlich. Eine solche Anordnung ist aber verhältnismäßig aufwendig.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Anordnung eines Durchflußmengenmessers bzw. eines Wärmemengenmessers mit zugeordneter Durchflußmessung nach dem Wärmeimpulsverfahren der vorbeschriebenen Art zu vereinfachen und zu verbilligen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß ein zur Messung der Temperatur des fließenden Mediums zugeordneter Temperatursensor durch den Wärmesensor gebildet ist, der zu diesem Zweck als Temperatursensor ausgebildet ist.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der als Temperatursensor ausgebildete Wärmesensor durch die Meßelektronik auf verschiedene Meßkanäle umschaltbar ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, daß der eine Meßkanal der Aufnahme der von den Wärmewolken erzeugten Impulssignale und der andere Meßkanal der Aufnahme der Temperaturwerte des als Temperatursensor ausgebildeten Wärmesensors dient.

Eine Fortführung der Erfindung wird noch darin erblickt, daß während der Umschaltung des Wärmesensors auf einen anderen als den der Erfassung der durch die Wärmewolken erzeugten Impulssignale dienenden Meßkanal die impulsweise Bestromung des Heizwiderstandes unterbunden bleibt.

Schließlich ist eine zusätzliche Ausgestaltung der Erfindung noch darin zu erkennen, daß die Umschaltung des Wärmesensors von einem Meßkanal auf einen anderen und umgekehrt abhängig von einem zeitlichen Programm erfolgt, das durch die Software des Mikrocomputers vorgegeben ist.

Durch die Anordnung nach der Erfindung ist es möglich, wenigstens einen zusätzlichen Temperatursensor einzusparen, wodurch sich zunächst einmal Kostenvorteile ergeben. Aber auch in räumlicher Hinsicht werden Vorteile erzielt, außerdem entfällt die zusätzliche Verdrahtung.

Die Umschaltung des noch einen als Temperatursensor ausgebildeten Wärmesensors auf unterschiedliche Meßkanäle durch die Meß­ elektronik kann auf problemfreie Weise kontaktlos durch die Halbleiterschaltung erfolgen. Der hierzu notwendige halbleiter­ technische Aufwand ist durchaus tragbar. Er fällt kostenmäßig kaum und räumlich überhaupt nicht ins Gewicht.

Die Erfindung ist in Form eines Ausführungsbeispieles in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und durch die nachfolgende Beschreibung im einzelnen erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine Ausführungsform des Durchflußmengen- bzw. Wärmemengenmessers nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 eine Ausführungsform des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Meßrohr 1 dargestellt, welches das nach seinem Durchflußvolumen zu erfassende flüssige Medium 2, z.B. Wasser, in Richtung der angegebenen Pfeile führt.

Hierzu ist im Meßrohr 1 ein Heizwiderstand 3 vorgesehen, welcher von der Meßelektronik 4 über die Anschlüsse 3 a, 3 b in einem bestimmten Rhythmus durch kurze elektrische Stromimpulse beaufschlagt wird, derart, daß er sich jeweils kurzzeitig erhitzt und diese Erhitzung örtlich begrenzt unmittelbar auf das ihn umströmende flüssige Medium 2 überträgt, welches diese Erwärmung in Form eines örtlich begrenzten Wärmebe­ zirkes 5 oder einer Wärmewolke 5 mit sich führt. Die örtliche Ausdehnung dieses Wärmebezirkes oder der Wärmewolke 5 ist abhängig von Abmessungen des Heizwiderstandes 3 relativ zum Querschnitt des Mediums 2, von der Dauer des dem Heizwider­ stand 3 vermittelten Impulses bzw. von der Fließgeschwindigkeit des flüssigen Mediums 2.

Der Wärmebezirk 5 wandert nun mit dem flüssigen Medium 2 in Fließrichtung weiter und trifft dann nach einer von der Fließgeschwindigkeit vorgegebenen Zeitspanne auf einen auf derselben Höhe wie der Heizwiderstand 3 angeordneten Wärme­ sensor 6, der beispielsweise ein temperaturabhängiger Widerstand sein kann. Der Wärmebezirk 5 umspült den Wärmesensor 6 und vermittelt diesem eine höhere Temperatur als der mittleren Temperatur des flüssigen Mediums 2 entspricht.

Die passierende Wärmewolke 5 wird somit durch den Wärmesensor 6 detektiert und an die Meßelektronik 4 über die Anschlüsse 6 a, 6 b gemeldet. Aus der Zeitdauer, welche der Wärmebezirk 5 für die Passage mit dem flüssigen Medium 2 im Meßrohr 1 von dem Heizwiderstand 3 bis zum Wärmesensor 6 benötigt, errechnet die Meßelektronik 4 vermittels des zugeordneten Mikrocomputers 4 a das in der Zeiteinheit das Meßrohr 1 durchströmende Volumen oder Quantum des betreffenden flüssigen Mediums.

Das beschriebene Meßverfahren der Meßanordnung nach Fig. 1 verfügt zunächst über eine Art Temperaturgang, d.h. eine gewisse Temperaturabhängigkeit, welche nicht gravierend ist, aber bei genauen Messungen Berücksichtigung erfahren muß.

Ferner unterliegt das flüssige Medium 2, welches einem Durchfluß nach in der Meßanordnung nach Fig. 1 erfaßt werden soll, einer temperaturbedingten Volumenänderung, welche bei dem Meßvorgang bei höheren Genauigkeitsansprüchen zu erfassen bzw. zu reduzieren ist. Dasselbe gilt bei der Verwendung der Meßanordnung nach Fig. 1 als Durchflußmesser für eine Wärmemengenmeßeinrichtung.

In all diesen Fällen ist eine genaue Erfassung der Temperatur des flüssigen Mediums 2 zusätzlich erforderlich, um die Genauigkeit der durchzuführenden Messung zu erhöhen.

Hierzu ist nun in der Meßanordnung nach Fig. 1 im Meßrohr 1 ein Temperatursensor 7 vorgesehen, der - in Fließrichtung des Mediums 2 betrachtet - dem Wärmesensor 6 vorgeordnet ist und über Anschlüsse 7 a, 7 b ebenfalls mit der Meßelektronik 4 verbunden ist. Durch diesen Temperatursensor 7 ist nun entweder eine genaue Berücksichtigung des Temperaturganges der Meßanordnung des Durchflußmessers nach Fig. 1 und/oder der temperaturbedingten Volumenänderung des fließenden Mediums 2 möglich.

Der Temperatursensor 7 kann auch - bei der Verwendung des Durchflußmengenmessers nach Fig. 1 als Volumenmesser einer Wärmemengenmeßeinrichtung - als eine der beiden erforderlichen Temperatursonden dienen, welche zur Feststellung des zwischen Ein- und Ausgang des betreffenden Wärmetauschers vorhandenen Temperaturgefälles Δ T notwendig sind.

Die Zuordnung eines zusätzlichen Temperatursensors 7 bedeutet jedoch bei der Meßanordnung nach Fig. 1 einen gewissen Aufwand, welcher nicht unerheblich ist.

Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, den Wärmesensor 6 und den Temperatursensor 7 zu einem einzigen Bauteil zu vereinigen, welcher beide Funktionen sequentiell erfüllen soll.

Diese Meßanordnung nach der Erfindung ist in Fig. 2 darge­ stellt. Hierbei ist der Wärmesensor als Temperatursensor 8 ausgebildet, der über Anschlüsse 8 a, 8 b mit einer elektronischen Schalteinrichtung 4 b verbunden ist, welche einen Teil der Meßelektronik 4 darstellt.

Der gemeinsame Temperatursensor 8 erzeugt an seinen Ausgängen einen der von ihm erfaßten Temperatur proportionalen Spannungs­ wert.

Die elektronische Schalteinrichtung 4 a wird über die Meßelektronik 4 gesteuert, welche ihrerseits wiederum dem Mikrocomputer 4 a unterworfen ist.

Der Temperatursensor 8 ist über die elektronische Schalt­ einrichtung 4 b wechselweise auf verschiedene Meßkanäle 6 a, 6 b und 7 a, 7 b umschaltbar.

Der Meßkanal 6 a, 6 b dient der Laufzeitmessung der Wärmebezirke oder Wärmewolken 5 durch den Temperatursensor 8, wohingegen der Meßkanal 7 a, 7 b für die Temperaturmessung im Medium 2 durch den Temperatursensor 8 vorgesehen ist.

Hierbei ist über die Software des Mikrocomputers 4 a vorgesehen, daß der Temperatursensor 8 wechselweise der Laufzeitmessung der Wärmebezirke 5 oder der Temperaturmessung im Medium 2 zur Verfügung steht.

Während der Umschaltung des Temperatursensors 8 auf den Meßkanal 7 a, 7 b zur Temperaturmessung ist sichergestellt, daß eine Bepulsung des Heizwiderstandes 3 und damit die Verabfolgung von Wärmebezirken 5 in das Medium 2 unterbunden bleibt. Auf diese Weise werden störende gegenseitige Beeinflussungen beider Meßvorgänge vermieden.

Durch den gemeinsamen Temperatursensor 8, der sowohl der Tempe­ raturmessung als auch der Wärmeimpulsdetektion dient, wird bei den Kosten und beim baulichen bzw. räumlichen Aufwand eine erhebliche Ersparnis bei der Meßanordnung nach der Erfindung erzielt.

Der zusätzliche Aufwand im halbleiterelektronischen Teil 4 b bzw. bei der Software des Mikrocomputers 4 a ist tragbar und spielt gegenüber den erzielbaren Ersparnissen keine wesentliche Rolle.

Das von der Meßelektronik 4 vermittels des Mikrocomputers 4 a ermittelte Ergebnis des Durchlaufvolumens bzw. der Wärmemenge wird in dem Anzeigefenster 11 des zugeordneten elektrischen oder elektronischen Zählers 10 digital bleibend angezeigt.

Claims (6)

1. Elektrischer Durchfluß- oder Wärmemengenmesser mit einem in der Meßstrecke des flüssigen Mediums angeordneten, impulsweise bestromten elektrischen Heizwiderstand und mit einem in Fließrichtung des Mediums mit einigem Abstand vom Heizwiderstand angeordneten Wärmesensor und mit wenigstens einem weiter zugeordneten, die Temperatur des Mediums erfassenden Temperatursensor sowie mit einer zugeordneten Meßelektronik, insbesondere mit Rechner, durch welche die Laufzeit einer vom Heiz­ widerstand erzeugten Wärmewolke längs der Meßstrecke bis zum Wärmesensor erfaßbar und auf den Wert des gemessenen Durchflußvolumens bzw. der Wärmemenge um­ rechenbar ist, der vorzugsweise digital anzeigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Messung der Temperatur des fließenden Mediums (2) zugeordneter Temperatursensor (7) durch den Wärmesensor gebildet ist, der zu diesem Zweck als Temperatursensor (8) ausgebildet ist.

2. Elektrischer Durchfluß- oder Wärmemengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Temperatursensor ausgebildete Wärmesensor (8) durch die Meßelektronik (4, 4 a, 4 b) auf verschiedene Meßkanäle (6 a, 6 b; 7 a, 7 b) umschaltbar ist.

3. Elektrischer Durchfluß- oder Wärmemengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Meßkanal (6 a, 6 b) der Aufnahme der von den Wärmewolken (5) am Wärmesensor (8) erzeugten Impulssignale und der andere Meßkanal (7 a, 7 b) der Aufnahme der Temperaturwerte des als Temperatursensor ausgebildeten Wärmesensors (8) dient.

4. Elektrischer Durchfluß- oder Wärmemengenmesser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Umschaltung des Wärmesensors (8) auf einen anderen (7 a, 7 b) als den der Erfassung der durch die Wärmewolken (5) am Wärmesensor (8) erzeugten Impulssignale dienenden Meßkanal (6 a, 6 b) die impulsweise Bestromung des Heizwiderstandes (3) unterbunden bleibt.

5. Elektrischer Durchfluß- oder Wärmemengenmesser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des Wärmesensors (8) von einem Meßkanal (6 a, 6 b) auf einen anderen (7 a, 7 b) und umgekehrt, abhängig von einem zeitlichen Programm erfolgt.

6. Elektrischer Durchfluß- oder Wärmemengenmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektronik (4) einen Mikrocomputer (4 a) aufweist und daß die Umschaltung des als Temperatur­ sensor ausgebildeten Wärmesensors (8) auf einen anderen Meßkanal (6 a, 6 b; 7 a, 7 b) durch die Software des Mikrocomputers (4 a) gesteuert ist.