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Die
Erfindung bezieht sich auf Massendurchsatzmesser des Typs, welcher
einen Widerstandsdraht aufweist.
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Die
Anmelderin hat bereits in ihrer Patentanmeldung FR-2.728.071 einen
Durchsatzmesser mit Heizdraht, welcher geeignet ist, einen Massendurchsatz
zu messen, vorgeschlagen.
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Darin
werden Stromstöße zu dem
Widerstandsdraht während
gegebenen Zeitspannen gesandt und es wird die Abkühlungsgeschwindigkeit des
Drahts zwischen den Stößen gemessen.
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Es
wird beobachtet, dass solche Messwertgeber mit Heizdraht eine Messabweichung
mit der Zeit aufweisen können
insbesondere aufgrund der Tatsache, dass Fettteilchen sich auf dem
Widerstandsdraht abscheiden können,
welche so das thermische Verhalten von jenem verfälschen.
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Ein
Ziel der Erfindung besteht darin, einen Massendurchsatzmesser vorzuschlagen,
der Mittel umfasst, die es erlauben, diese Messabweichung zu detektieren.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung besteht darin, einen Massendurchsatzmesser
vorzuschlagen, welcher Mittel umfasst, die es erlauben, Funktionsfehler der
mit dem Durchsatzmesser verbundenen Elektronik zu detektieren.
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Es
ist bereits aus
US 4 335 605 bekannt,
gemessene Werte mit Schwellenwerten zu vergleichen, um etwaige Funktionsfehler
eines Durchsatzmessers zu detektieren.
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Eine
solche Behandlung weist keine große Wirksamkeit auf und erlaubt
nicht, eine etwaige Messabweichung oder etwaige Fehler ausreichend
frühzeitig
zu bestimmen.
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Sie
erlaubt auch nicht eine Bestimmung, welche erlaubt, die etwaigen
Messabweichungen oder Fehler zu korrigieren.
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Die
Erfindung schlägt
ihrerseits einen Massendurchsatzmesser des Typs, umfassend eine Heizsonde,
welche in dem Weg eines Fluids, von welchem man den Durchsatz zu
messen wünscht, angeordnet
ist, Mittel, um auf die Sonde Stromstöße auszuüben, Messmittel, um deren Abkühlungsgeschwindigkeit
zwischen den Stößen zu bestimmen, vor,
welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass er Verarbeitungsmittel
umfasst, welche vorgesehen sind, um einen charakteristischen Parameter
von wenigstens einem Abschnitt einer Abkühlungskurve des Fluids zu bestimmen
und um aus diesem Parameter eine Information, welche sich auf eine(n)
etwaige(n) Funktionsabweichung oder Funktionsfehler bezieht, abzuleiten.
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Vorteilhafterweise
bestimmen die Verarbeitungsmittel den Parameter am Ende der Erzeugung eines
Stromstoßes
in Abwesenheit von Fluidzirkulation und umfassen Mittel, um einen
solchen Stoß während der
Detektion eines Einsatzphasenbeginns des Durchsatzmessers, bevor
die Zirkulation des Fluids sich etabliert hat, zu erzeugen.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsweise
umfassen die Verarbeitungsmittel Mittel, um einen Parameter zu bestimmen,
der charakteristisch ist für
eine erste Abkühlungsphase,
während welcher
die Heizsonde sich durch Leitung durch das Material, aus welchem
sie besteht, wie auch durch ihre Ummantelung und etwaige ölartige,
fettartige oder feste Ablagerungen hindurch abkühlt, wobei die Verarbeitungsmittel
gleichfalls Mittel umfassen, um aus diesem Parameter eine Information,
welche sich auf eine etwaige Abweichung aufgrund der ölartigen, fettartigen
oder festen Ablagerungen bezieht, abzuleiten.
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Die
Verarbeitungsmittel können
gleichfalls Mittel, um einen Parameter zu bestimmen, der charakteristisch
ist für
eine zweite Abkühlungsphase, während welcher
die Heizsonde sich gleichfalls durch Leitung in dem Fluid, aber
bei einen Fluiddurchsatz von Null, nicht durch Konvektion abkühlt, wie
auch Mittel, um aus diesem Parameter eine Information, welche sich
auf einen etwaigen Funktionsfehler der Elektronik des Durchsatzmessers
bezieht, abzuleiten, umfassen.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch aus der folgenden
Beschreibung hervorgehen.
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Diese
Beschreibung dient rein der Veranschaulichung und ist nicht einschränkend. Sie
muss in Hinblick auf die beigefügten
Zeichnungen gelesen werden, in welchen:
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die 1 eine
senkrechte axiale Schnittansicht eines Massendurchsatzmessers mit
Heizdraht ist;
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die 2 eine
Querschnittsansicht des Durchsatzmessers der 1 ist;
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die 3 ein
Diagramm der Temperatur des Drahts in Abhängigkeit von der Zeit ist;
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die 4 eine
perspektivische schematische Darstellung eines stromlinienförmig hergestellten
Körpers,
in welchen der Draht eines erfindungsgemäßen Durchsatzmessers aufgenommen
werden kann, ist.
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In
den 1 und 2 ist ein Massendurchsatzmesser
mit Heizdraht dargestellt, welcher beispielsweise vom Typ von jenem,
der in der Patentanmeldung FR-2.728.071 der Anmelderin, auf welche man
sich vorteilhafterweise beziehen kann, beschrieben worden ist, ist.
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Dieser
Durchsatzmesser umfasst einen im Allgemeinen zylindrischen hohlen
Körper 10,
in welchem das Fluid, von welchem man den Massendurchsatz zu messen
wünscht,
zirkuliert. Dieser Körper 10 ist
mit Fluidzuführ-
und Fluidabführleitungen durch
geeignete dichte Mittel bzw. Abdichtungsmittel verbunden.
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In
dem Körper 10 erstreckt
sich diametral ein Widerstandsdraht 18, welcher beispielsweise
aus einem Widerstandsleiter, der an seinem unteren Ende um 180° gebogen
ist und sich doppelt in einer Umhüllung erstreckt, gebildet wird.
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Das
untere Ende des Drahts 18 wird von einem zylindrischen
Ring 20 eingefasst, der in eine Bohrung des Körpers 10 gelötet oder
geschweißt
ist.
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An
seinem oberen Ende durchquert der Widerstandsdraht elektrisch isolierend
eine zentrale Bohrung einer Fassung 16, die in einer anderen
Bohrung des Körpers 10 durch
Löten oder
Schweißen
fixiert worden ist, wobei der Draht 18 an der Fassung 16 fixiert
ist. Auf dieser Fassung ist ein Verbindungsstück 12 für die Verbindung
des Drahts 18 mit einer elektronischen Verarbeitungseinheit 30 montiert.
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In
Funktion bewirkt man eine Erwärmung
des Widerstandsdrahts 18, indem man darauf sorgfältig festgelegte
Stromstöße ausübt, und
man untersucht die Neigung der Abkühlungskurve des Drahts, wenn zwischen
den aufeinanderfolgenden Stößen nur
ein schwacher, nicht signifikanter Strom diesen durchfließt.
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Die
Kenntnis dieser Neigung erlaubt es der Verarbeitungseinheit 30,
den Massendurchsatz des Fluids zu berechnen, da die Neigung tatsächlich direkt
von dem Massendurchsatz abhängig
ist.
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Der
elektronische Schaltkreis des Durchsatzmessers ist so gestaltet,
dass die Steuerungseinheit 30 in einem jeden Moment einerseits
die Spannung U an den Klemmen des Drahts 18 und andererseits
den Strom I, der diesen durchfließt, kennen kann. Man leitet
daraus den Momentanwert von dessen Widerstand R = U/I und folglich
den Momentanwert von dessen Temperatur ab, da der Widerstand abhängig von
der Temperatur gemäß einem
monotonen Gesetz, das vorab bekannt ist, variiert.
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Dank
der Tatsache, dass die Messung durch Bestimmung einer Neigung (differentielle
Messung) erfolgt, benötigt
der Durchsatzmesser keinerlei Referenz im Gegensatz zu der Hauptanzahl
der zuvor bekannten Systeme.
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So
ist der Durchsatzmesser unempfindlich gegenüber den Temperaturschwankungen
des Fluids, dessen Durchsatz man zu messen wünscht.
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Die
Verarbeitungseinheit 30 umfasst getaktete Mittel, um auf
den Draht Stromstöße mit jedes Mal
dem gleichen konstanten Stromwert gemäß einem sorgfältig festgelegten
Taktverhältnis
auszuüben.
Sie umfasst gleichfalls Mittel, die in der Lage sind, während jedes
Zeitraums, der zwei aufeinanderfolgende Stromströße trennt, die Temperatur des Drahts
durch Messung von dessen Widerstand zu ermitteln. Um diese Messung
ausführen
zu können,
ist es erforderlich, einen sehr schwachen konstanten Strom in dem
Draht zirkulieren zu lassen, wobei der Wert dieses Stroms so gewählt ist,
dass er das thermische Verhalten des Drahts während seiner Abkühlung nicht
beeinflusst. Beispielsweise wird der Strom derart gewählt, dass
eine Leistung von einigen Milliwatt bewirkt wird verglichen mit
einigen zehn Watt während
der Stromstöße im eigentlichen
Sinne. So ist die Temperatur des Drahts während seiner Abkühlung direkt
proportional zu der Spannung an seinen Klemmen.
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Die
Verarbeitungseinheit 30 umfasst einen Stromkreis zur Ableitung
dieser Spannung abhängig von
der Zeit. Die so erhaltene Ableitung ist eine Funktion des Massendurchsatzes
und die Verarbeitungseinheit 30 umfasst Umrechnungsmittel,
die den Massendurchsatz abhängig
von der Ableitung der Spannung bestimmen. Beispielsweise umfasst
die Einheit 30 Speichermittel, in denen Umrechnungstabellen gespeichert
sind.
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Außerdem umfasst
die Verarbeitungseinheit 30 Mittel, um die hinsichtlich
Spannung oder hinsichtlich Temperatur erhaltenen Reaktionen mit
vorab gespeicherten theoretischen Reaktionen zu vergleichen.
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Beispielsweise
sendet die Verarbeitungseinheit 30 vor einer jeglichen
Injektion von Fluid (beispielsweise Kerosin) in den Körper 10 in
den Leiterdraht 18 einen Stromstoß.
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Die
daraus resultierende Temperaturreaktion wird mit einer theoretischen
Reaktion, die jene des Durchsatzmessers beim Verlassen der Fertigungsanlage
in Abwesenheit eines Durchsatzes ist, verglichen.
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Genauer
bestimmt die Verarbeitungseinheit 30 auf der Abkühlungskurve
zwei Phasen I und II, die durch eine Diskontinuität der Abkühlungsweise
voneinander getrennt sind.
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Die
Erfinder haben tatsächlich
bemerkt, dass die Abkühlungskurve
zwei unterschiedliche Abschnitte umfasst:
Eine erste Phase,
wo die durch den Stromstoß erzeugte
Wärme einzig
durch das Material, aus welchem der Draht 18 besteht, durch
die Umhüllung
von jenem und gegebenenfalls durch die ölartigen, fettartigen oder
festen Ablagerungen um die Umhüllung herum
geleitet wird (Phase I in der 3).
Eine
zweite Phase, wo, soweit die Konvektion um den Durchsatzmesser herum
noch nicht etabliert ist, die Wärme
in das Fluid geleitet wird (Phase II in der 3).
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Die
Abkühlungskurven
während
der einen und der anderen dieser zwei Phasen sind Kurvenabschnitte
bei exp (-t/t1) und exp(-t/t2),
worin t1 und t2 Zeitkonstanten
sind, die für
die eine und die andere der beiden Phasen charakteristisch sind.
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Nun
ist für
einen gegebenen Heizdraht der Parameter t1 abhängig von
dem Massendurchsdatz konstant.
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Die
Zeitkonstante t2 nimmt ihrerseits abhängig von
dem Massendurchsatz ab.
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Die
Bestimmung der Zeitkonstante t1 durch die
Verarbeitungseinheit 30, wenn ein Stromstoß in den
Leitungsdraht 18 in Abwesenheit einer Zirkulation von Fluid
in dem Körper 10 gesandt
wird, erlaubt es der Verarbeitungseinheit 30, die Anwesenheit
von ölartigen,
fettartigen oder festen Ablagerungen zu detektieren
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Die
Einheit 30 korrigiert gegebenenfalls die Verarbeitungsparameter,
die sie einsetzt, um die auf diese Ablagerungen zurückzuführende Messabweichung
zu integrieren.
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Die
Verarbeitungseinheit bestimmt gleichfalls den Parameter t2. Sie vergleicht den für diesen Parameter t2 in Abwesenheit einer Zirkulation von Fluid
in dem Körper 10 erhaltenen
Wert mit einem theoretischen Wert. In dem Falle, wo der Unterschied zwischen
diesem theoretischen Wert und dem für den Parameter t2 bestimmten
Wert höher
als ein gegebener Schwellenwert ist, leitet die Verarbeitungseinheit 30 daraus
das Vorliegen eines Fehlers bei der Funktion der mit dem Durchsatzmesser
verbundenen Elektronik ab.
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Gemäß einem
anderen vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann der Draht
18 des
Durchsatzmessers in einem stromlinienförmig hergestellten Körper oder
Profilteil des Typs von jenem, der in der Patentanmeldung
FR 91 10845 der Anmelderin,
auf welche man sich vorteilhafterweise beziehen kann, beschrieben
worden ist, aufgenommen werden.
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Ein
solcher stromlinienförmig
hergestellter Körper
wurde in der 4 dargestellt, in welcher er mit
dem Bezugszeichen C versehen worden ist. Er weist eine Form vom
Typ einer Flugzeugtragfläche, die
symmetrisch oder nicht symmetrisch sein kann, auf.
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Eine Öffnung O
durchquert den stromlinienförmig
hergestellten Körper
C, wobei der Draht 18 sich in der Länge dieser Öffnung erstreckt.
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Die
Form der Öffnung
O und der Anstellwinkel des stromlinienförmig hergestellten Körpers C
in dem Fluidstrom sind derart, dass die Randschicht und der zu messende
Strom in die Öffnung
O derart eindringen, dass die Aufschläge von Teilchen (von Feststoff
im Falle eines flüssigen
Fluids; von Feststoff und Flüssigkeit
im Falle eines gasförmigen
Fluids) vermieden oder verringert werden.