DE4404395C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer in einer Leitung strömenden Flüssigkeit - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer in einer Leitung strömenden FlüssigkeitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer in einer
Leitung strömenden Flüssigkeit.
Die bei Infusionen von Medikamenten verwendeten
Fließgeschwindigkeiten von Infusionslösungen umfassen
einen sehr weiten Bereich, beispielsweise von ca. 1 ml/h
bis über 100 ml/h, um dem Patienten jeweils die ideale
Menge eines Medikamentes verabreichen zu können. Zur
Messung von Durchflußgeschwindigkeiten kleiner als 100
ml/h sind einige Meßverfahren bekannt und die
dazugehörigen Meßgeräte auf dem Markt.
Von K.-P. Bonfig beispielsweise werden in "Technische
Durchflußmessung", Vulkan Verlag Essen, 1977, eine Reihe
von Meßverfahren zur Ermittlung der
Durchflußgeschwindigkeit beschrieben. Bei dem sogenannten
Aufheizverfahren erwärmt eine an der Leitung angebrachte
Wärmequelle die Flüssigkeit, während die Temperaturen der
Flüssigkeit über zwei beiderseits der Wärmequelle an der
Leitung angeordnete Temperaturfühler erfaßt werden. Bei
konstant gehaltener Temperaturdifferenz zwischen den
beiden Meßstellen wird die dazu erforderliche
Heizleistung UHeiz ermittelt und als Maß für die
Durchflußgeschwindigkeit herangezogen. Dieses Verfahren
ist für geringe Durchflüsse nicht geeignet, da bei
kleinen Durchflußraten sich Änderungen in der
Durchflußgeschwindigkeit nur in geringem Maße auf die
Heizleistung auswirken und das Verfahren deshalb in
diesem Bereich relativ unempfindlich arbeitet. Je größer
der Durchfluß ist, um so größer ist auch die für die
Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz
benötigte Heizleistung.
Bei dem von Bonfig beschriebenen Differenzverfahren wird
die Temperaturdifferenz zwischen zwei symmetrisch
beiderseits der Wärmequelle angebrachten
Temperaturfühlern erfaßt. Bei strömender Flüssigkeit wird
die über die Wärmequelle in die Flüssigkeit eingebrachte
konstante Wärme besser in Flußrichtung geleitet, was zu
einem Temperaturunterschied an den beiden Meßfühlern
führt. Aus diesem Unterschied läßt sich die
Durchflußgeschwindigkeit bestimmen. Dieses Verfahren
eignet sich gut für kleine Durchflußgeschwindigkeiten, da
in diesem Geschwindigkeitsbereich die Temperatur auf
kleine Änderungen der Durchflußgeschwindigkeit
empfindlich anspricht.
Aus der DE 38 27 444 A1 sind ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Nachweis einer Strömung eines Mediums in
einer Leitung bekannt, die ebenfalls nach dem
Differenzverfahren arbeiten und eine Bestimmung der
Flußrichtung sowie der Strömungsgeschwindigkeit
ermöglichen.
Als Nachteil erweist sich, daß beide Verfahren nicht
lageunabhängig arbeiten. Bei nicht waagerechter Anordnung
der Leitung im Bereich der Wärmequelle und der
Temperaturfühler stellt sich eine Konvektion ein, die
einen erhöhten Wärmestrom in vertikaler Richtung bewirkt
und die empfindlichen Messungen beeinflußt.
Weiterhin ist in der DE 41 27 675 A1 ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Messung und Kontrolle der Strömung
eines Fluids offenbart. Bei diesem Verfahren werden dem
Fluid Wärmeimpulse zugeführt, deren Heizzeiten und die
dazwischen liegenden Pausenzeiten auf die
Strömungsgeschwindigkeit abgestimmt sind und die in einem
Abstand von der Wärmequelle stromabwärts abgetastet
werden. Auf der über die Heizzeit eingestellten
Impulshöhe kann die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit
abgeleitet werden. Dieses Verfahren eignet sich für
kleine Volumenströme im Bereich zwischen 0,1 und 10 ml/h.
Nachteilig ist, daß auch dieses Verfahren nicht
lageunabhängig arbeitet.
Aus der JP 2-141621 ist ein Verfahren zum Messen der
Durchflußgeschwindigkeit einer in einer Leitung
strömenden Flüssigkeit bekannt, wobei die Leitung in
einem Bereich zu einem U-förmigen Abschnitt mit zwei
Schenkeln gebogen und an den beiden Schenkeln je eine
Durchflußmeßeinrichtung angebracht wird und die von den
Durchflußmeßeinrichtungen ermittelten physikalischen
Meßgrößen einer Auswerteeinheit zugeführt werden, in der
aus ihnen die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit ermittelt
wird.
Es ist aus der US 2,953,022 bekannt,
Durchflußgeschwindigkeiten alternativ auf zweierlei
Weisen zu messen, nämlich durch Messung einer
Temperaturdifferenz bei konstanter Heizleistung oder
durch Messung der Heizleistung, die zur Aufrechterhaltung
einer konstanten Temperaturdifferenz nötig ist.
Aus der DE 43 24 040 A1 ist ein Massenstromsensor mit
einem Heizer, zwei Temperaturfühlern, einem
Heiztemperaturfühler und einem Medientemperaturfühler
sowie Regelmitteln bekannt. Hierbei wird zwar nach zwei
Meßverfahren gemessen, das Ergebnis des zweiten
Meßverfahrens jedoch nicht registriert, sondern bewußt
verworfen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Messung von Durchflußgeschwindigkeiten
strömender Flüssigkeiten zu entwickeln, mit dem ein sehr
weiter Bereich von Durchflußgeschwindigkeiten erfaßbar
ist, und die für den praktischen Einsatz geeignete
Vorrichtung anzugeben. Die Vorrichtung soll bei dem
geforderten großen Meßbereich nur einen geringen
Meßfehler aufweisen, einfach aufgebaut und kostengünstig
herstellbar sowie lageunabhängig verwendbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer in einer
Leitung strömenden Flüssigkeit gelöst, bei dem die
Flüssigkeit einen U-förmig gebogenen Leitungsabschnitt
durchströmt, in jedem der beiden U-Schenkel eine Durch
flußmeßeinrichtung der Durchflußgeschwindigkeit der
strömenden Flüssigkeit proportionale physikalische Meß
größen gleichzeitig nach mindestens zwei Meßprinzipien
ermittelt und die ermittelten physikalischen Meßgrößen
einer Auswerteeinheit zugeführt werden, in der aus ihnen
gemeinsam die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit bestimmt
wird.
Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, daß von je
der Durchflußmeßeinrichtung der Durchflußgeschwindigkeit
der strömenden Flüssigkeit proportionale physikalische
Meßgrößen nach einem Verfahren mit einer
Heizgrößenmessung und nach einem Verfahren mit einer
Temperaturdifferenzmessung ermittelt werden.
Eine sinnvolle Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, daß von jeder Durchflußmeßein
richtung der Durchflußgeschwindigkeit der strömenden
Flüssigkeit proportionale physikalische Meßgrößen nach
einem Verfahren mit einer Heizgrößenmessung und nach
einem Verfahren mit einer Wärmeimpuls-Laufzeitmessung
ermittelt werden.
Erfindungsgemäß ist auch eine Vorrichtung zum Messen der
Durchflußgeschwindigkeit einer in einer Leitung strömen
den Flüssigkeit, bei der die Leitung für die strömende
Flüssigkeit einen U-förmigen Abschnitt mit zwei
Schenkeln aufweist, an jedem Schenkel je eine Durchfluß
meßeinrichtung angeordnet ist, die Durchflußmeßeinrich
tungen in Bezug zu der strömenden Flüssigkeit gleich
sinnig ausgerichtet sind, jede Durchflußmeßeinrichtung
aus einem Heizelement, aus zwei stromaufwärts von dem
Heizelement in verschiedenen Abständen angeordneten
Temperaturfühlern und aus einem stromabwärts von dem
Heizelement angeordneten weiteren Temperaturfühler
besteht, wobei der stromaufwärts von dem Heizelement
weiter entfernt angeordnete Temperaturfühler und der
stromabwärts von dem Heizelement angeordnete weitere
Temperaturfühler in einer Brücke zusammengeschaltet sind,
deren Ausgangssignal über einen Regler die für die Ein
stellung und Aufrechterhaltung einer konstanten Tempera
turdifferenz zwischen diesen äußeren Temperaturfühlern
erforderliche Heizspannung UHeiz steuert und wobei der
dem Heizelement stromaufwärts unmittelbar benachbarte
Temperaturfühler und der stromabwärts von dem Heizelement
angeordnete weitere Temperaturfühler in einer anderen
Brücke zusammengegeschaltet sind, deren Ausgangssignal
der Temperaturdifferenz Tdiff in der Flüssigkeit
zwischen diesen Temperaturfühlern entspricht, und in
einer Auswerteeinheit die von den Durchflußmeßeinrich
tungen an den beiden Schenkeln erfaßten Werte der Heiz
spannungen UHeiz 1, UHeiz 2 und die jeweils gleichzeitig
erfaßten Werte der Temperaturdifferenzen Tdiff 1, Tdiff 2
zu Mittelwerten der Heizspannungen Heiz und der Tempera
turdifferenzen diff aufbereitbar sind und aus ihnen ge
meinsam die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit bestimmbar
ist.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Vorrichtung zum
Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer strömenden
Flüssigkeit, bei der die Leitung für die strömende
Flüssigkeit einen U-förmigen Abschnitt mit zwei Schenkeln
aufweist, an jedem Schenkel je eine Durchflußmeßeinrich
tung angeordnet ist, die Durchflußmeßeinrichtungen in
Bezug zu der strömenden Flüssigkeit gleichsinnig ausge
richtet sind, jede Durchflußmeßeinrichtung aus einem
Heizelement, aus einem stromaufwärts von dem Heizelement
angeordneten Temperaturfühler und aus einem stromabwärts
von dem Heizelement angeordneten weiteren Temperaturfühler
besteht, wobei der stromaufwärts von dem Heizelement
angeordnete Temperaturfühler und der stromabwärts von dem
Heizelement angeordnete weitere Temperaturfühler in einer
Brücke zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal über
einen Regler die für die Einstellung und Aufrechterhal
tung einer konstanten Temperaturdifferenz zwischen diesen
äußeren Temperaturfühlern erforderliche Heizspannung
UHeiz steuert, der strömenden Flüssigkeit über das
Heizelement zusätzlich Wärmeimpulse zuführbar sind,
die durch den stromabwärts von dem Heizelement angeord
neten, weiteren Temperaturfühler detektiert werden und
deren Laufzeit t in der Flüssigkeit zwischen dem Heiz
element und dem weiteren Temperaturfühler gemessen wird,
und in einer Auswerteeinheit die von den Durchflußmeß
einrichtungen an den beiden Schenkeln erfaßten Werte der
Heizspannungen UHeiz 1, UHeiz 2 und die gleichzeitig
erfaßten Werte der Laufzeiten t₁, t₂ zu Mittelwerten der
Heizspannungen Heiz und der Laufzeiten aufbereitbar
sind und aus ihnen gemeinsam die aktuelle
Durchflußgeschwindigkeit bestimmbar ist.
Es erweist sich als zweckmäßig, daß die beiden dem
Heizelement benachbarten Temperaturfühler gleichen
Abstand von dem Heizelement aufweisen.
Zur Erzielung hoher Ansprechgeschwindigkeiten ist es
vorteilhaft, wenn die beiden dem Heizelement benachbarten
Temperaturfühler möglichst nahe an dem Heizelement
angeordnet sind.
Vorteilhaft ist weiterhin, daß die Durchflußmeßeinrich
tungen an beiden Schenkeln der Leitung identisch
aufgebaut sind.
Schließlich ist es sinnvoll, daß ein oder mehrere
Temperaturfühler als Infrarotstrahlungsdetektor
ausgebildet sind.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß aufgrund des erfindungsgemäßen
Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung Durchflußge
schwindigkeiten strömender Flüssigkeiten in einem sehr
weiten Meßbereich von ca. 0,1 ml/h bis über 1000 ml/h
erfaßbar sind und ein Meßfehler kleiner als 10% in jeder
Betriebslage einhaltbar ist. Die Vorrichtung ist aus
einfachen Bauteilen aufgebaut, kostengünstig herstellbar
und arbeitet lageunabhängig und ohne invasiven Eingriff
in die Flüssigkeit.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen
Fig. 1 schematisch eine Durchflußmeßeinrichtung,
Fig. 2 eine Durchflußmeßeinrichtung in verschiedenen
Betriebslagen,
Fig. 3 den schematischen Aufbau einer neuartigen
Durchflußmeßeinrichtung,
Fig. 4 das zu der in Fig. 3 dargestellten Durchfluß
meßeinrichtung gehörige Blockschaltbild,
Fig. 5 Bauteile einer erfindungsgemäßen
Durchflußmeßeinrichtung von Fig. 3,
Fig. 6 ein Diagramm über den Verlauf der Mittelwerte
UHeiz und Tdiff von Heizspannung und
Temperaturdifferenz in Abhängigkeit von der
Durchflußgeschwindigkeit bei verschiedenen
Betriebslagen des Durchflußsensors aus Fig. 3,
Fig. 7 schematisch einen weiteren Durchflußsensor.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung
zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer in einer
Leitung 1 in Pfeilrichtung strömenden Flüssigkeit 12. Die
Vorrichtung ist mit dem Bezugszeichen 2 versehen und wird
in der weiteren Beschreibung als Durchflußsensor
bezeichnet. Der Durchflußsensor 2 weist auf dem
Außenumfang bzw. der Außenseite der Leitung 1 dicht
anliegend ein Heizelement 3, stromaufwärts in
verschiedenen Abständen von dem Heizelement 3 zwei
Temperaturfühler 5, 6, beispielsweise Thermoelemente, und
stromabwärts von dem Heizelement 3 einen weiteren
Temperaturfühler 4 auf. Der stromaufwärts weiter von dem
Heizelement 3 entfernte Temperaturfühler 6 und der
stromabwärts von dem Heizelement 3 angeordnete
Temperaturfühler 4 sind zu einer Brücke 8
zusammengeschaltet. Das Ausgangssignal der Brücke 8 wird
dem Regler 9, der beispielsweise ein Proportional-
Integral-Regler sein kann, zugeführt und dient zur
Regelung der zur Versorgung des Heizelementes 3
erforderlichen Heizspannung UHeiz. Die Heizspannung UHeiz
wird so geregelt, daß sich zwischen diesen beiden äußeren
Temperaturfühlern 4, 6 eine konstante Temperaturdifferenz
in der Flüssigkeit 12 einstellt.
Die dem Heizelement 3 stromaufwärts und stromabwärts
unmittelbar benachbarten Temperaturfühler 4, 5 haben
gleichen Abstand von dem Heizelement 3 und messen die
Erwärmung der Flüssigkeit 12 durch das Heizelement 3.
Diese Temperaturfühler 4, 5, die zur Erzielung einer
hohen Ansprechgeschwindigkeit möglichst nahe an dem
Heizelement 3 angeordnet sind, sind zu einer anderen
Brücke 7 zusammengeschaltet, deren Ausgangssignal die
Temperaturdifferenz Tdiff zwischen diesen beiden
Temperaturfühlern 4, 5 angibt. Strömt die Flüssigkeit 12
nicht, breitet sich bei waagerechter Anordnung der
Leitung 1 die von dem Heizelement 3 ausgehende Wärme
gleichmäßig in beide Richtungen aus; es entsteht kein
Unterschied der Temperatur an den Temperaturfühlern 4, 5.
Fließt die Flüssigkeit 12, beispielsweise durch die Pumpe
13 angetrieben, entsteht ein Temperaturunterschied Tdiff
an den beiden Temperaturfühlern 4, 5.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Werte
der Heizspannungen UHeiz und Temperaturdifferenzen Tdiff
werden - wie später noch beschrieben - zur Ermittlung der
aktuellen Durchflußgeschwindigkeit herangezogen.
Die in Fig. 1 dargestellte Leitung 1 ist Teil einer U-
förmig gebogenen Leitung 1a. Erfindungsgemäß ist jeder
Schenkel 10, 11 der U-förmig gebogenen Leitung 1a mit
einem Durchflußsensor 2 versehen. Diese in Fig. 3
gezeigte Doppelanordnung ist erfindungsgemäß vorgesehen,
da ein einzelner Durchflußsensor 2 nicht lageunabhängig
arbeitet. Dreht man den Durchflußsensor 2, wie in Fig. 2
gezeigt, aus der waagerechten Stellung, so wird aufgrund
der Konvektion der Wärmestrom, dargestellt durch die von
dem Heizelement 3 ausgehenden Pfeile, nach oben größer,
und dadurch verändert sich die Temperaturverteilung an
den beiden Temperaturfühlern 4, 5. Um diese Fehlerquelle
auszuschließen oder zu minimieren, wurde die in Fig. 3
dargestellte und bereits erwähnte erfindungsgemäße
Doppelanordnung gewählt. Die an den beiden Schenkeln 10,
11 der U-förmig gebogenen Leitung 1a angeordneten
Durchflußsensoren 2 sind schaltungstechnisch identisch
und gleichsinnig in Flußrichtung an der Leitung 1
angebracht.
Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß der Effekt der
Konvektion bei dem Durchflußsensor 2 an dem einen
Schenkel 10 in Flußrichtung und bei dem Durchflußsensor 2
an dem anderen Schenkel 11 gegen Flußrichtung wirkt. Die
beiden an jedem Schenkel 10, 11 der U-förmig geführten
Leitung 1 angeordneten Durchflußsensoren 2 sind, wie in
Fig. 3 durch die gestrichelte Umrandung angedeutet, zu
einem integrierten Durchflußsensor zusammengeschaltet,
der in Fig. 3 mit dem Bezugzeichen 2a bezeichnet und
dessen Blockschaltbild in Fig. 4 dargestellt ist. Die
Ausgangssignale des integrierten Durchflußsensors 2a,
d. h. die an beiden Schenkeln 10, 11 gemessenen
Heizspannungen UHeiz 1, UHeiz 2 und Temperaturdifferenzen
Tdiff 1, Tdiff 2, werden einer Auswerteeinheit 17
zugeführt, die aus diesen Meßwerten die jeweiligen
Mittelwerte Heiz und diff bildet, die aktuelle
Durchflußgeschwindigkeit daraus ermittelt und anzeigt.
Durch die Mittelwertbildung läßt sich der Einfluß der
Lage der beiden Durchflußsensoren 2 eliminieren bzw.
minimieren, so daß durch diese erfindungsgemäße
Vorrichtung lageunabhängige Meßwerte zur Ermittlung der
aktuellen Durchflußgeschwindigkeit zur Verfügung stehen.
In der Auswerteeinheit 17, in der gängige
Schaltungstechnik mit geeigneter Software Anwendung
findet, werden zur Ermittlung der aktuellen
Durchflußgeschwindigkeit aus den zur Verfügung stehenden
Mittelwerten Heiz und diff jeweils die Werte
ausgewählt, die von dem auf Änderung der
Durchflußgeschwindigkeit empfindlicher ansprechenden
Meßverfahren stammen.
Bei einer praktischen Ausbildung des in Fig. 3
dargestellten Durchflußsensors 2a wird die
Leitung 1 in eine U-förmig ausgebildete Nut 14 gelegt,
die in eine Grundplatte oder Platine 15 eingebracht ist
und sicherstellt, daß die Leitung 1 U-förmig ausgeführt
und fixiert wird. Fig. 5 zeigt in perspektivischer
Darstellung einen geraden Abschnitt einer U-förmig
ausgebildeten Nut 14, in dem die Temperaturfühler 3, 4, 5
und das Heizelement 3 untergebracht sind. In der Nut 14
befinden sich thermische Anschlüsse, die in der Zeichnung
nicht dargestellt sind, für die Temperaturfühler 4, 5, 6
und das Heizelement 3, die die Leitung 1 bereits beim
Einlegen der Leitung in die Nut 14 berühren. Die
Deckplatte 16 weist ebenfalls thermische Anschlüsse für
die Temperaturfühler 4, 5, 6 und das Heizelement 3 auf
und nach dem Verschrauben der Deckplatte 16 mit der
Grundplatte 15 werden die thermischen Anschlüsse bei
geeigneter Größe der Nut 14 von oben und von unten gegen
die Leitung 1 gepreßt, wobei ein invasiver Eingriff in
die Leitung 1 vermieden wird.
In Fig. 6 ist der Verlauf der Mittelwerte Heiz und
diff, die bei verschiedenen Betriebslagen des
Durchflußsensors 2a aufgenommen wurden, über der
Durchflußgeschwindigkeit aufgetragen. Die Kurven
entsprechen waagerechter und senkrechter Betriebslage des
Durchflußsensors 2a, wobei bei senkrechter Betriebslage
die Zuführung der Leitung 1 einmal von unten und einmal
von oben erfolgt. Die Abweichung der ermittelten von der
tatsächlichen Durchflußgeschwindigkeit bei
unterschiedlicher Betriebslage ist gering. Deshalb ist es
möglich, den aktuellen Durchfluß mit einem Fehler kleiner
als 10% zu bestimmen, bei einem erweiterten Meßbereich,
der sich von 0,1 ml/h bis etwa 1 000 ml/h erstreckt.
Fig. 7 zeigt wie Fig. 1 den schematischen Aufbau einer
Vorrichtung zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit einer
in Leitung 1 in Pfeilrichtung strömenden Flüssigkeit 12,
wobei allerdings an Stelle des Differenzverfahrens das
Wärmeimpulsverfahren tritt, die vorstehenden Ausführungen
also in analoger Weise gelten.
Die Vorrichtung ist mit dem Bezugszeichen 2 versehen und
wird in der weiteren Beschreibung als Durchflußsensor
bezeichnet. Der Durchflußsensor 2 weist auf dem
Außenumfang bzw. der Außenseite der Leitung 1 dicht
anliegend ein Heizelement 3, stromaufwärts von dem
Heizelement 3 einen Temperaturfühler 6, beispielsweise
ein Thermoelement, und stromabwärts von dem Heizelement 3
einen weiteren Temperaturfühler 4 auf. Der stromaufwärts
von dem Heizelement 3 liegende Temperaturfühler 6 und der
stromabwärts von dem Heizelement 3 angeordnete
Temperaturfühler 4 sind zu einer Brücke 8
zusammengeschaltet. Das Ausgangssignal der Brücke 8 wird
dem Regler 9, der beispielsweise ein Proportional-
Integral-Regler sein kann, zugeführt und dient zur
Regelung der zur Versorgung des Heizelementes 3
erforderlichen Heizspannung UHeiz. Die Heizspannung UHeiz
wird so geregelt, daß sich zwischen diesen beiden äußeren
Temperaturfühlern 4, 6 eine konstante Temperaturdifferenz
in der Flüssigkeit 12 einstellt.
Des weiteren ist es möglich, über das Heizelement 3 der
strömenden Flüssigkeit 12 Wärmeimpulse zuzuführen und in
einem Abstand davon stromabwärts diese Wärmeimpulse durch
den Temperaturfühler 4 oder auch einen separaten
Temperaturfühler (nicht dargestellt) abzutasten.
Selbstverständlich kann auch ein separates Heizelement
lediglich zum Zuführen der Wärmeimpulse vorgesehen sein
(nicht dargestellt). Von einem in Fig. 7 nicht
dargestellten Mikroprozessor gesteuert, gibt das
Heizelement 3 Temperaturimpulse an die strömende
Flüssigkeit 12 ab, die von dem Temperaturfühler 4
detektiert werden. Die Zeit zwischen aufeinander
folgenden Wärmeimpulsen ergibt, da der Abstand zwischen
Heizelement 3 und Temperaturfühler 4 bekannt ist, die
Strömungsgeschwindigkeit t der Flüssigkeit. t entspricht
somit Tdiff des Differenzverfahrens und wird auch in
analoger Weise, wie bereits in Fig. 1 erläutert, einer
Auswerteeinheit zugeführt, die die Mittelwerte und
Heiz aus den jeweiligen Meßwerten eines Schenkels 10, 11
bildet, die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit daraus
ermittelt und anzeigt. Auch hier läßt sich durch die
Mittelwertbildung der Einfluß der Lage der beiden
Durchflußsensoren 2 eliminieren bzw. minimieren, so daß
durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung lageunabhängige
Meßwerte zur Ermittlung der aktuellen
Durchflußgeschwindigkeit zur Verfügung stehen.
In der Auswerteeinheit 17, in der gängige
Schaltungstechnik mit geeigneter Software Anwendung
findet, werden zur Ermittlung der aktuellen
Durchflußgeschwindigkeit aus den zur Verfügung stehenden
Mittelwerten und Heiz jeweils die Werte ausgewählt,
die von dem auf Änderung der Durchflußgeschwindigkeit
empfindlicher ansprechenden Meßverfahren stammen.
Claims (9)
1. Verfahren zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit
einer in einer Leitung strömenden Flüssigkeit, bei
dem die Flüssigkeit einen U-förmig gebogenen
Leitungsabschnitt durchströmt, in jedem der beiden U-
Schenkel eine Durchflußmeßeinrichtung der
Durchflußgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit
proportionale physikalische Meßgrößen gleichzeitig
nach mindestens zwei Meßprinzipien ermittelt und die
ermittelten physikalischen Meßgrößen einer
Auswerteeinheit zugeführt werden, in der aus ihnen
gemeinsam die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit
bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß von jeder Durchflußmeßeinrichtung der
Durchflußgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit
proportionale physikalische Meßgrößen nach einem
Verfahren mit einer Heizgrößenmessung und nach einem
Verfahren mit einer Temperaturdifferenzmessung
ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß von jeder Durchflußmeßeinrichtung der
Durchflußgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit
proportionale physikalische Meßgrößen nach einem
Verfahren mit einer Heizgrößenmessung und nach einem
Verfahren mit einer Wärmeimpuls-Laufzeitmessung
ermittelt werden.
4. Vorrichtung zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit
einer in einer Leitung strömenden Flüssigkeit, bei der
- - die Leitung (1) für die strömende Flüssigkeit einen U-förmigen Abschnitt (1a) mit zwei Schenkeln (10, 11) aufweist,
- - an jedem Schenkel (10, 11) je eine Durchflußmeßeinrichtung (2) angeordnet ist,
- - die Durchflußmeßeinrichtungen (2) in Bezug zu der strömenden Flüssigkeit (12) gleichsinnig ausgerichtet sind,
- - jede Durchflußmeßeinrichtung (2) aus einem Heizelement (3), aus zwei stromaufwärts von dem Heizelement (3) in verschiedenen Abständen angeordneten Temperaturfühlern (5, 6) und aus einem stromabwärts von dem Heizelement (3) angeordneten weiteren Temperaturfühler (4) besteht, wobei der stromaufwärts von dem Heizelement (3) weiter entfernt angeordnete Temperaturfühler (6) und der stromabwärts von dem Heizelement (3) angeordnete weitere Temperaturfühler (4) in einer Brücke (8) zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal über einen Regler (9) die für die Einstellung und Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz zwischen diesen äußeren Temperaturfühlern (4, 6) erforderliche Heizspannung UHeiz steuert und wobei der dem Heizelement (3) stromaufwärts unmittelbar benachbarte Temperaturfühler (5) und der stromabwärts von dem Heizelement (3) angeordnete weitere Temperaturfühler (4) in einer anderen Brücke (7) zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal der Temperaturdifferenz Tdiff in der Flüssigkeit (12) zwischen diesen Temperaturfühlern (4, 5) entspricht, und
- - in einer Auswerteeinheit (17) die von den Durchflußmeßeinrichtungen (2) an den beiden Schenkeln (10, 11) erfaßten Werte der Heizspannungen UHeiz 1, UHeiz 2 und die jeweils gleichzeitig erfaßten Werte der Temperaturdifferenzen Tdiff 1, Tdiff 2 zu Mittelwerten der Heizspannungen Heiz und der Temperaturdifferenzen diff aufbereitbar sind und aus ihnen gemeinsam die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit bestimmbar ist.
5. Vorrichtung zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit
einer in einer Leitung strömenden Flüssigkeit, bei der
- - die Leitung (1) für die strömende Flüssigkeit einen U-förmigen Abschnitt (1a) mit zwei Schenkeln (10, 11) aufweist,
- - an jedem Schenkel (10, 11) je eine Durchflußmeßeinrichtung (2) angeordnet ist,
- - die Durchflußmeßeinrichtungen (2) in Bezug zu der strömenden Flüssigkeit (12) gleichsinnig ausgerichtet sind,
- - jede Durchflußmeßeinrichtung (2) aus einem Heizelement (3), aus einem stromaufwärts von dem Heizelement (3) angeordneten Temperaturfühler (6) und aus einem stromabwärts von dem Heizelement (3) angeordneten weiteren Temperaturfühler (4) besteht, wobei der stromaufwärts von dem Heizelement (3) an geordnete Temperaturfühler (6) und der stromabwärts von dem Heizelement (3) angeordnete weitere Tempera turfühler (4) in einer Brücke (8) zusammengeschaltet sind, deren Ausgangssignal über einen Regler (9) die für die Einstellung und Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz zwischen diesen äußeren Temperaturfühlern (4, 6) erforderliche Heizspannung UHeiz steuert,
- - der strömenden Flüssigkeit (12) über das Heizelement (3) zusätzlich Wärmeimpulse zuführbar sind, die durch den stromabwärts von dem Heizelement (3) an geordneten, weiteren Temperaturfühler (4) detektiert werden und deren Laufzeit t in der Flüssigkeit (12) zwischen dem Heizelement (3) und dem weiteren Temperaturfühler (4) gemessen wird, und
- - in einer Auswerteeinheit (17) die von den Durchfluß meßeinrichtungen (2) an den beiden Schenkeln (10, 11) erfaßten Werte der Heizspannungen UHeiz 1, UHeiz 2 und die gleichzeitig erfaßten Werte der Laufzeiten t₁, t₂ zu Mittelwerten der Heizspannungen Heiz und der Laufzeiten aufbereitbar sind und aus ihnen gemeinsam die aktuelle Durchflußgeschwindigkeit bestimmbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden dem Heizelement (3) benachbarten
Temperaturfühler (4, 5) gleichen Abstand von dem
Heizelement (3) aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden dem Heizelement (3)
benachbarten Temperaturfühler (4, 5) möglichst nahe an
dem Heizelement (3) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Durchflußmeßeinrichtungen (2)
an beiden Schenkeln (10, 11) der Leitung (1) identisch
aufgebaut sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Temperaturfühler
als Infrarotstrahlungsdetektor ausgebildet sind.
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