DE889845C - Vorrichtung zur Messung der Stroemungsgeschwindigkeit eines laengs einer Wand stroemenden Mediums bzw. von von demselben trans-portierten Waermemengen - Google Patents

Vorrichtung zur Messung der Stroemungsgeschwindigkeit eines laengs einer Wand stroemenden Mediums bzw. von von demselben trans-portierten Waermemengen

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DE889845C
DE889845C DET5178A DET0005178A DE889845C DE 889845 C DE889845 C DE 889845C DE T5178 A DET5178 A DE T5178A DE T0005178 A DET0005178 A DE T0005178A DE 889845 C DE889845 C DE 889845C
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DE
Germany
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medium
heat
line
measuring
thermocouple
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DET5178A
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Nils Gottfrid Lindstroem
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Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
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Description

  • Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines längs einer Wand strömenden Mediums bzw. von von demselben transportierten Wärmemengen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines längs einer Wand fließenden Mediums bzw. von von demselben transportierten Wärmemengen und beruht darauf, daß die Wärmeübergangszahl zwischen einem strömenden Medium und einem wärmeleitenden Körper mit der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums variiert. Wenn die Temperatur des Mediums bekannt und konstant ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums für die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit durch das Medium strömt, allein maßgebend.
  • Nach der Erfindung wird ein im Medium befindlicher, von der Wand wärmeisolierter Teil eines wärmeleitenden Körpers vom Medium erwärmt oder abgekühlt, von welchem Körper ein anderer auf der entgegengesetzten Seite der Wand befindlicher Teil mit einem wärmeableitenden Mittel anderer Temperatur als das vorgenannte Medium in wärmeleitender Verbindung steht, wobei eine Meßvorrichtung zur Messung des Temperaturunterschiedes zwischen zwei verschiedenen Teilen des wärmeleitenden Körpers vorhanden ist.
  • Wenn die Temperatur des Mediums, wie auch die der wärmeableitenden oder wärmeabgebenden Mittel konstant ist, wird ein Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit des Mediums und dem Temperaturunterschied tg-tk (Fig. I) zwischen zwei verschiedenen Teilen des wärmeleitenden Körpers erhalten, welcher Zusammenhang durch die Kurve 1 der Fig. 7 der Zeichnung veranschaulicht ist. Durch ein Thermo- element-kann-eine zu dem Temperaturunterschied tg-tk propbrtionale elektrische Spannung erhalten werden, die an ein Galvanometer angeschlossen-werden kann, dessen Skala der Kurven der Fig. 7 so angepaßt ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit q des Mediums direkt abgelesen werden kann. Bei großen Strömungsgeschwindigkeiten nähert sich die Kurve asymptotisch einem Grenzwert für tv-tk wobei die Meßgenauigkeit abnimmt. Die Meßvorrichtung erhält darum ein begrenztes Meßgebiet. Wenn der Temperaturunterschied zwischen dem strömenden Medium und der wärmeableitenden oder wärme. abgebenden Mittel nicht genügend konstant ist, zum ein zufriedenstellendes Resultat zu erhalten, kann man die Variationen des Tempteraturuhterschiedes dadurch kompensieren, daß man den Zusammenhang zwischen dem Ausschlag der Meßvorrichtung und dem Temperaturunterschied zwischen zwei verschiedenen Teilen des wärmeleitenden Körpers in -Abhängigkeit von dem Temperaturunterschied zwischen dem Medium und genannter Mittel ändert.
  • Die Kurve I der Fig. 7 stellt keine lineare Funktion dar, weshalb die der Kurve entsprec'he'nde' MeßVorrichtung nicht für integrierende Messungen geeignet ist. Außerdem geht die Kurve 1 nicht durch den Koordinatenursprung, - weshalb immer ein konstanter Abzug bei Wärmemengenmessungen gemacht werden muß. Diese Mängel können jedoch durch verschiedene Maßnahmen kompensiert werden. Der Temperaturunterschied tg-tk = X, wenn das Medium stillstehend ist, ist proportional zu dem Temperaturunterschied tv-tk zwischen dem Medium und dem wärmeableitenden oder wärmeabgebenden Mittel. Dadurch, daß man tg-tk mittels eines zweiten Thermoelementes mißt und einen dem Wert X entsprechenden Teil der Spannung, die tv-tk angibt, abzieht, oder indem man das letztgenannte Thermoelement und das Thermoelement in oder Meßvorrichtung so schaltet, daß sie einander entgegenwirken, kann man eine Spannung erzeugen, die tg-tk-X entspricht. Hierdurch wird ein der Kurve II in Fig. 7 entsprechender Zusammenhang zwischen dem Ausschlag der Meßvorrichtung und der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums erhalten.
  • Bei Wärmemengenmessungen sind integrierende Messungen oder Messung des Mitfelwertes des Wärmemengenverbrauchers während einer Zeitperiode notwendig. Bei derartigen Messungen ist es wünschenswert, daß ein lineares Verhältnis zwischen dem Ausschlag der Meßvorrichtung und der -Wärmeinenge, die pro Zeiteinheit verbraucht wird, herrscht. Dies wird dadurch herbeigeführt, daß man wärmeleitende Körper an zwei Stellen ins Medium einführt; wo die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ungleich ist oder welche Körper verschieden voneinander sind, wonach eine Lötstelle für ein Thermoelement in jedem von diesen Körpern angeordnet ist, wobei die - Anordnung der Lötstellen so gewählt ist, daß die Spannung dieses Thermoelementes der Kurve III in Fig. 7 folgt.
  • Bei Subtraktion dieser Spannung, die durch die Xurve II der Fig. 7 dargestellt wird, erhält man einen linearen Zusammenhang zwischen dem Ausschlag der Meßvorrichtung und der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums. Daß dies möglich ist, wird aus der Beschreibung -der. Ausführungsformen der Erfindung hervorgehen, die in Fig. 9 und 10 gezeigt sind.
  • Die Erfindung soll beispielsweise an Hand der Zeichnungen (Fig. I bis Io) beschrieben werden.
  • Fig. I zeigt die prinzipielle Anordnung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums. Ein Medium mit der Temperatur tv strömt längs einer Wand I, in welche eine Buchse 7 von wärmeisolierendem Material eingesetzt ist. In dieser Buchse ist ein wärmeleitender Körper 3 so angebracht, daß ein Teil desselben sich innerhalb des Mediums befindet und ein,-anderer Teil in wärmeleitender Verbindung mit einem wärmeableitenden oder wärmeabgebenden Körper 2 steht, der eine von der Temperatur des Mediums verschiedene Temperatur tk hat. Der Körper 2 kann kalt oder warm~oder von Zimmertemperatur sein.
  • Im letztgenannten Falle muß jedoch sein wärmeableitendes oder wärmeabgebendes Vermögen so groß sein, daß ein genügender Temperaturunterschied tv-tk aufrechterhalten wird. Innerhalb des wärmeleitenden Körpers 3 befinden sich temperaturangebende Teile 4 und 5; Die Temperatur des Teiles 5 stimmt mit der Tempe.råturwtk~des Körpers 2 überein. Der wärmeableitende oder wärmeabgebende Körper 2 dient als Vergleichsobjekt. Die Temperatur tg des Teiles 4 ist von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums abhängig. Wenn sich das Medium nicht bewegt, wird ein relativ IdeinerTemperaturunterschied tg-tk zwischen den Teilen 4 und 5 erhalten. wobei angenommen wird, daß die Temperatur des Teiles 5 tv ist. Wenn die Geschwindigkeit sehr groß ist, wird die Temperatur tg sich der Temperatur tv des Mediums nähern. 4 und 5 sind in Fig. I Lötstellen eines Thermoelementes, deren Lötpunkte in Reihe geschaltet sind. Der Spannungsunterschied «.wischen dem ersten und dem letzten Lötpunkt der Reihe sind einem Galvanometer 6 zugeführt, dessen Ausschlag die Strömungsgeschwindigkeit q des Mediums angibt. Bei der beschriebenen Anordnung wird vorausgesetzt, daß der Temperaturunterschied tv-tk konstant ist, z. B. durch Regelung der Temperatur tk automatisch oder von Hand oder dadurch, daß tv-tk ein so großer Wert gegeben wird, daß die Variationen in tk vernachlässigt werden können.
  • Die Messung kann jedoch auch durch Kompensation der Änderung des Temperaturunterschiedes tv-tk ausgeführt werden. Zu diesem Zweck ist ein zweipoliger Umschalter 10 vorgesehen, mit dessen Hilfe das Galvanometer entweder an das Thermoelement 4, 5, wie oben beschrieben, oder an ein Thermoelement 8, 9 geschaltet werden kann, das eine dem Temperaturunterschied tv-tk proportionale Spannung gibt. Das Thermoelement 8, 9 besteht aus zwei Gruppen von Lötstellen 8 bzw. 9, die die Temperatur des Mediums bzw. des Vergleichsobjektes 2 annehmen. Zuerst wird die Spannung des Thermoelernentes 8, 9 gemessen.
  • Danach wird ein Spannungsteiler II auf Grund des erhaltenen Ausschlages des Galvanometers 6 nach einer Tabelle oder Hilfskurve (nicht gezeichnet) eingestellt. Eine solche Hilfskurve ist eine lineare Funktion von tv-tk und kann bei stillstehendem Medium aufgenommen werden. Hierdurch wird das Galvano meter an den Spannungsteiler Ir geschaltet. Da jeder Ausschlag des Galvanometers dem Temperaturunter- schied tg-tk proportional ist, kann das Galvanometer so geeicht werden, daß es die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums unmittelbar angibt.
  • Wenn die Erfindung für Geschwindigkeitsmessungen z. B. als Log eines Schiffes, angewandt wird, kann es wünschenswert sein, daß der Temperaturunterschied tv-th automatisch geregelt wird oder daß seine Änderungen automatisch ausgeglichen werden. Dies kann dadurch geschehen, daß eine zu tv-tk proportionale Spannung mittels eines separaten Thermoelementes hergestellt wird und dadurch, daß man die so erhaltene Spannung entweder die Temperatur tv oder den Strom, der dem Galvanometer 6 von dem Log zugeführt wird, regeln läßt. Man kann sich auch denken, z. B. den Meßpunkt 4 längs des wärmeleitenden Körpers 3 unter Kontrolle einer dem Temperaturunterschied tv-tk entsprechenden Spannung einer Thermoelementes so zu versetzen, daß der Ausschlag des Galvanometers 6 die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums unabhängig von tv-tk angibt.
  • Fig. 2 zeigt, wie Änderungen von tv-tk automatisch ausgeglichen werden können. Hier sind I bis 7 dieselben Einzelheiten wie in Fig. I. Bei 8 ist ein Thermoelement angeordnet, das die Temperatur tk annimmt und bei g ein von der Wand 1 isoliertes Thermoelement, das schnell die Temperatur tv des Mediums annimmt. Der Spannungsunterschied zwischen den Elementen 8 und 9 steuert eine Elektronenröhre Eo Eine andere Elektronenröhre E1 wird durch einen Spannungsteiler rl gesteuert. Beide Elektronenröhren bekommen ihren Glühstrom und ihre Anodenspannung von einer Stromquelle B mit konstanter Spannung, die auch den Spannungsteiler 1' speist. Der Glühstrom wird durch den Widerstand r1 geregelt. In jedem Anodenkreis gibt es eine dem polarisierten Relais R zugehörige VVicklung. Die Wicklungen wirken einander so entgegen, daß das Relais sich normalerweise in einer Zwischenlage befindet, in welcher keiner der Kontakte 2I oder 22 des Relais geschlossen ist. Wenn der Temperaturunterschied tv-th sich ändert, wird das Gleichgewicht gestört, und das Relais R zieht seinen Anker nach der einen oder anderen Seite an, wobei der eine der Kontakte 21 und 22 geschlossen wird. Hierbei wird eine Strombahn von dem Pluspol der Batterie B gebildet, durch die eine Statorwicklung des Gleichstrommotors M, den entsprechenden Kontakt 21 bzw. 22, die Rotorwicklung des GleichstrommotorsM nach dem Minuspol der Batterie gebildet. Der Motor M wird in Gang gesetzt und verschiebt über ein Schneckengetriebe S einen Stab 10', der die beweglichen Kontakte zweier Schieberheostaten r und r2 trägt. Die Bewegung setzt sich fort, bis der Rheostat r3 so eingestellt ist, daß der Anodenstrom der Elektronenröhre E1 wieder dem Anodenstrom der Elektronenröhre E2 das Gleichgewicht hält, wobei das Relais R in seiner Zwischenlage zurückgeht. Der Motor M bleibt stehen. Hierbei ist der Rheostat r2 so verschoben worden, daß der Ausschlag des Galvanometers 6 den richtigen Wert der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums trotz der Anordnung des Temperaturunterschiedes tv-tk angibt.
  • Fig. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung auf Wärmemengenmessung für den Fall, daß das wärmetransportierende Medium konstante Temperatur hat und eine NTergleichsvorrichtung mit gleichfalls konstanter Temperatur zugänglich ist. Solche Verhältnisse können vorliegen, z. B. bei einer Warmwasserheizungsanlage, wo das Warmwasser annähernd auf konstanter Temperatur gehalten und in einem Zimmer verbraucht wird, dessen Temperatur nur innerhalb enger Grenzen schwankt. In Fig. 3 ist I eine Rohrleitung, durch die das wärmetransportierende Medium geführt wird. Ein Stück 7 dieser Leitung ist aus wärmeisolierendem Material ausgeführt. Durch die Wand dieses Teiles der Leitung ist ein wärmeleitender Körper 3 in die Leitung hineingesteckt. Der Körper 3 steht in wärmeleitender Verbindung mit einer Wand oder Platte 2, die die Temperatur der Umgebung und ein großes wärmeleitendes Vermögen besitzt. In dem wärmeleitenden Körper 3 ist ein Thermoelement 5 eingebaut. Wenn ein Galvanometer 6 an das Thermoelement angeschlossen wird, kann sein Ausschlag für die Anzeige der gerade pro Zeiteinheit durch die Leitung passierenden Wärmemengen verwendet werden.
  • Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Hier sind zwei parallel laufende Rohrleitungen I und 2' gezeigt, die die Abfluß- bzw. Zuflußleitungen einer wärmeverbrauchenden Anordnung bilden. Ein zu einer Röhre geformter, wärmeleitender Körper 3 durchdringt die beiden Röhrenleitungen und ist an den Wänden der Abflußleitung festgeschweißt.
  • Die Zuflußleitung 2' ist an der Stelle, wo die Röhre. durch die Leitung geht, aus einem wärmeisolierenden Einsatzstück 7 ausgeführt. Die Röhre 3 ist inwendig mit Gewinden versehen und enthält ein nach Fig. 5 ausgeführtes Thermoelement 5. Das Thermoelement 5 besteht aus zwei Platten a und b von einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Kunstharz. Die Platten a und b sind an je einem Ende einer Stange c befestigt und mit Löchern e versehen. Zwischen diesen Löchern sind Drähte, bzw. d2 aus verschiedenem metallischem Material gespannt, welche Drähte so zusammengewickelt und mit einer Lötung g versehen sind, daß sie in den Löchern e festgehalten werden können, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Die eine Platte, a, ist mit Gewinde versehen, um in die Röhre 3 eingeschraubt werden zu können. Die andere Platte, b, ist in der Röhre 3 längs beweglich, liegt aber dicht än der Röhrenwandung an, so daß gute Wärmeübertragung zwischen der Röhre und der Platte erhalten wird. Die Röhre 3 ist an dem Ende, das in der Zuleitung sitzt, durch eine Schraube 7' aus wärmeisolierendem Material, z. B.
  • Holz, geschlossen. Damit das Galvanometer 6 Null zeigen soll, wenn das Medium in den Leitungen die Geschwindigkeit Null hat, ist ein Thermoelement 8 vorgesehen, dessen Lötstellen dadurch in guter wärmeleitender Verbindung mit den Leitungen stehen, daß sie in der Röhrenwandung bei 9' und I0' eingelassen sind. Das Thermoelement 8 ist so geschaltet, daß seine Spannung der Spannung des Thermoelementes 5 entgegenwirkt.
  • Der Zusammenhang zwischen der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in der - Zufiußleitung 2' und dem Ausschlag des Galvanometers wird durch die Kurve I der Fig. 7 angegeben. Die Temperatur des Mediums in der Zuflußleitung wird mit tv bezeichnet und diejenige in der Abflußleitung mit tk. Infolge Wärmeleitung in der Röhre 3 wird das Thermoelement 5 durch einen Teil des Temperaturunterschiedes tv-tk beeinflußt. Dieser Teil wird tg-tk bezeichnet, wobei angenommen wird, daß die nicht geschnittene Platte des Thermoelementes 5 die Temperatur tk annimmt. Wenn das Medium stillsteht, sollen die Spannungen der Thermoelemente 5 und 8 einander aufheben. Es ist hierbei angenommen, daß jedes Element eine Spannung X nach der Fig. 7 gibt. Wenn das Medium in Bewegung kommt, wird die Spannung des Thermoelementes 8 nicht geändert, währenddem die Temperatur tg zunimmt. Der Wert tg-tk-X folgt der Kurve II der Fig. 7. Wenn auch die Temperaturen tv und tk sich ändern, verursacht dies eine Einwirkung auf die beiden Elemente 5 und 8. Der Temperaturunterschied X wird hierbei zu tv-tk proportional, weshalb tg-lk-X wie tg-tk für jeden einzelnen Wert von q zu dem Temperaturunterschied tv-tk proportional sein wird. Bei kleinen Geschwindigkeiten des Mediums, z. B. zwischen o und dem Wert q1 1/Min., innerhalb welches Intervalles die Kurve II der Fig. 7 annähernd als linear betrachtet werden kann, kann man die Temperatur tg-tk-X als proportional zu der Geschwindigkeit des Mediums annehmen, solange der Temperaturunterschied tv-tk konstant ist. Wenn das Galvanometer 6 so geeicht ist, daß es die Strömungsgeschwindigkeit q des Mediums bei einem gewissen Wert von tv-tk = T unmittelbar angibt, gilt die folgende Gleichung für andere Werte des Temperaturunterschiedes tv-tk innerhalb des Intervalles: q = 0 bis q = ql; T q = K tg-tk-X ts tk = I, wenn tv-tk = T, worin tv-tk größer, gleich oder kleiner als T werden kann.
  • Für den Wärmeverbrauch gilt: Q = q tv-tk = KT tg-tk-X.
  • Hier ist K die Konstante des Galvanometers bei Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, und KT wird die Konstante des Galvanometers bei Messung des Wärmeverbrauchers. Der Wärmeverbrauch wird folglich innerhalb des Intervalles q = o zu q = q1 proportional zu dem Ausschlag des Galvanometers oder zu dem durch die Thermoelemente 5 und 8 gelieferten elektrischen Strom. Dies gibt eine Möglichkeit zu integrierenden Messungen, z. B. dadurch, daß das Galvanometer durch einen Elektrolytmesser ersetzt wird.
  • Zum praktischen Gebrauch kann ein Wärmemengenmesser nach Fig. 4 infolge ungenügender Meßgenauigkeit, die daraus entsteht, daß die Kurven I und II der Fig. 7 nicht gerade Linien sind, nicht immer als zufriedenstellend erachtet werden. In den Fig. 9 und 10 sind jedoch zwei verschiedene Anordnungen zur Erzeugung von thermoelektrischen Strömen gezeigt, die zum Wärmeverbrauch eines Apparates, dessen Zufluß-und Abflußleitungen für Messung zugänglich sind, proportional sind.
  • In Fig. g ist die Zuflußleitung I in zwei Zweige 2' und 3' aufgeteilt. Im Zweig 2' ist eine Drosselscheibe 9" eingebaut, durch welche die Geschwindigkeit des wärmetransportierenden Mediums im Zweig 2', im Vergleich zu seiner Geschwindigkeit im Zweig 3,, herabgesetzt wird. Ein wärmeleitender Körper 3, der die Form einer Röhre hat, durchdringt die Zweigleitungen 2' und 3' und die Abflußleitung 4'. Die Röhre 3 ist von den Zweigleitungen 2' und 3' durch Buchsen 7 wärmeisoliert, ist aber an die Abflußleitung festgeschweißt. Die Röhre 3 wirkt folglich wie zwei verschiedene wärmeableitende Körper, von welchen der eine Wärme von der Röhre 2' nach der Röhre 4' und der andere Wärme von der Röhre 3' nach der Röhre 4' leitet.
  • Ein Thermoelement 5 ist in die Röhre 3, wie oben bei Fig. 4 beschrieben ist, eingeführt, und ein anderes Thermoelement 8 kompensiert den Temperaturunterschied X bei der Strömungsgeschwindigkeit Null des Mediums. Die Thermoelemente 5 und 8 geben folglich zusammen eine der Kurve II der Fig. 7 entsprechende Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit q des Mediums und einem thermoelektrischen Strom, der proportional zu lg-tk-X ist, wobei tg von der Temperatur und Geschwindigkeit des Mediums in der Zuflußleitung abhängig ist, tk seine Temperatur in der Abflußleitung ist und X der Temperaturunterschied, der zwischen den zwei Gruppen von Lötstellen des Thermoelementes 5 entsteht, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums Null ist. Um den Temperaturunterschied X mittels des Thermoelementes 8 genau ausbalancieren zu können, ist ein Spannungsteiler 12 vorhanden, mittels dessen die Spannungsabnahme des Thermoelementes 8 eingestellt wird.
  • Außerdem sind zwei weitere Thermoelemente 6' und 8' vorgesehen, die in der Röhre 3 eingeschraubt sind. Von diesen liegt das eine in dem Teil der Röhre, der von dem Medium der Zweigleitung 2' umschlossen ist, und das andere in dem Teil der Röhre, der von dem Medium der Zweigleitung 3' umschlossen ist. Wenn die Geschwindigkeit des Mediums Null ist, werden diese Thermoelemente die gleiche Temperatur erhalten, weshalb kein elektrischer Strom von diesen geliefert wird. Wenn das Medium in Bewegung ist, erhält jedoch das Thermoelement 8' eine höhere Temperatur als 6', weil die Geschwindigkeit des Mediums in der Zweigleitung3' größer ist als in der Zweigleitung 2'. Bei großer Geschwindigkeit des Mediums nimmt der Temperaturunterschied wieder ab. Der Temperaturunterschied zwischen den Thermoelementen 6' und 8' wird der Kurve III der Fig. 7 bei variierendem q folgen. Durch kleine Versetzungen der Elemente 6' und 8' und mit Hilfe eines Spannungsteilers I3 kann man der Kurve III eine solche Form geben, daß der Unterschied zwischen den Kurven II und III annähernd durch eine gerade Linie IV innerhalb eines Intervalles q = o zu q = q2 wird. Weil die Temperaturen der Thermoelemente 6' und 8' durch den Temperaturabfall längs der Röhre 3 bestimmt werden, wird der Unterschied zwischen den genannten Temperaturen für jeden einzelnen Wert von q proportional zum Temperaturunterschied tv-tk sein.
  • Wenn die Ordinate der Kurve III mit y bezeichnet wird, erhält man : q = K # tg-tv-X-y # T/tv-tk wo tv-tk größer, gleich oder kleiner als T werden kann, und Q = T IC K lg-lv-z-y ist.
  • Mit Hilfe der Thermoelemente 6', 5, 8' und 8 wird folglich eine Spannung oder ein elektrischer Strom erhalten, der zu dem Wärmeverbrauch proportional ist.
  • Dadurch, daß man diese Spannung an einen Elektrolytmesser anschließt, kann der Wärmeverbrauch während eines Zeitintervalles gemessen werden. Es ist nicht notwendig, die Zuflußleitung in zwei Zweigleitungen mit verschiedenen Durchströmungsgeschwindigkeiten zu teilen. Man kann Meßpunkte mit verschiedener Strömungsgeschwindigkeit des Mediums erhalten, wenn man der Zuflußleitung verschiedene lichte Weiten in verschiedenen Teilen der Leitung gibt und zwei Röhren anordnet, eine für die Thermoelemente 5 und 8' und eine für das Thermoelement 6'. Es ist auch nicht notwendig, zwei Meßpunkte mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten beim Medium zu haben, sondern man kann zwei Röhren mit ungleich großen oder ungleich effektiv wirkenden wärmeübertragenden Flächen in die Zuflußleitung einführen und Thermoelemente anbringen, die zusammen eine dem Wärmeverbrauch proportionale Spannung innerhalb dieser Röhren liefern.
  • Eine Ausführungsform eines entsprechenden Wärmemengenmessers ist in Fig. 10 gezeigt. Hier ist I die Zuflußleitung und 2' die Abflußleitung eines wärmeverbrauchenden oder wärmeabgebenden Apparates.
  • Die Zuflußleitung hat einen vertikalen Teil, in welchem drei Meßröhren 33, 34 und 35 eingeführt sind und in welchem das wärmetransportierende Medium, z. B.
  • Wasser, sich aufwärts bewegt, damit eventuell Luftblasen, die auf den Meßröhren gebildet werden, weggeführt werden sollen. Die Meßröhren sind daneben rostfrei und blank poliert, um Korrosion und Schlammbildung, die die Wärmeübergangszahl zwischen den Röhren und dem Medium ändern können zu vermeiden. Die Meßröhren 33 bis 35 sind von der Zuflußleitung I durch je eine Buchse 7 wärmeisoliert und an der Abflußröhre 2' festgelötet oder festgeschweißt.
  • Eventuell können die Meßröhren mit Gewinde versehen oder mit guter Passung in äußeren Röhren eingedrückt sein, die in der Abflußröhre festgeschweißt sind, so daß die Meßröhren zum Reinmachen und Austausch auswechselbar sind. Bei den Buchsen 7 sind in solchem Falle Packungen notwendig. Die Röhre 35 hat einen kleineren Außendurchmesser in der Zuflußleitung als die Röhren 34 und 33, die gleich sind. In allen Meßröhren sind Thermoelemente vorhanden. Die Thermoelemente der Röhren 34 und 35 haben doppelt so viele Lötpunkte wie das Thermoelement der Röhre 33. Die Temperatur des Mediums in der Zuflußleitung wird mit tv und in der Abflußleitung mit tk bezeichnet.
  • Die Temperatur der Gruppe von Lötstellen, die in der Meßröhre 33 auf der Seite der Zuflußleitung liegt, sei mit tg bezeichnet. Es ist angenommen, daß alle Lötstellen, die sich auf der Seite der Abflußleitung 2' befinden, die Temperatur tk haben.
  • Die Meßröhre 33 gibt eine elektrische Spannung, die durch die Kurve A1 oder A2 der Fig. 8 dargestellt wird, wo q die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ist. Die Kurve A1 entspricht folglich dem Temperaturunterschied tg-tk, wenn tv-tk = T1, weil A1 asymptotisch gegen den Wert T1 geht. Die Kurve A2 entspricht tg-tk bei einem anderen Wert von tv-tk, z. B.
  • T2. Ein Thermoelement 8 gibt eine zu tv-tk proportionale Spannung, von der ein Teil X1 bzw. X2 mittels des Spannungsteilers 12 entnommen und so geschaltet wird, daß er der Spannung der Meßröhre 33 entgegenwirkt. Der Wert X1 gilt, wenn tv-tk = T1, und X2, wenn tv-tk = T2. Es gilt die Proportion: X1 T1 X2 T2 Die Meßröhre 34 ist von gleichen Abmessungen wie die Meßröhre 33, aber ihr Thermoelement hat doppelt so viele Lötstellen. Der halbe Wert der Spannung, die vom Thermoelement der Meßröhre 34 erhalten wird, folgt somit der Kurve A1 bzw. A2 der Fig. 8. Der halbe Wert der Spannung, die von dem Thermoelement 35 erhalten wird, folgt dagegen einer der Kurven B1 bzw.
  • B2. Nach diesen Kurven steigt der Temperaturunterschied tg-tk der Meßröhre 35 langsamer mit der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums als in der Meßröhre 34, was darauf beruht, daß der Durchmesser oder die effektive wärmeübertragende Fläche der Röhre in der Zuflußleitung kleiner ist, als die entsprechende Fläche der Meßröhre 34. Durch Verschiebung der Lage des Thermoelementes in der Röhre 35 und Justierung des Spannungsteilers 12 kann man die Kurven B1 bzw. B2 die Kurven A1 bzw.
  • A2 bei q = o und q = q2 kreuzen lassen. Der Durchmesser der Röhre 35 ist dabei im Verhältnis zu den Röhren 33 und 34 so abgepaßt, daß, wenn der Unterschied zwischen den Kurven A1 und B1 bzw. A2 und B2 von B1 bzw. B2 subtrahiert wird oder wenn der doppelte Unterschied von A1 bzw. A2 subtrahiert wird, gerade Linien erhalten werden. Wird dazu die Spannung X1 bzw. X2 abgezogen, so werden die Linien C bzw. C2 erhalten. Die Kurven des doppelten Unterschiedes 2 (A 1 - B1) bzw. 2 (A2 - B2) sind in Fig. 8 gezeichnet. Weil die Röhre 33 in ihren Abmessungen gleich der Röhre 34 ist, muß in diesem Falle der doppelte Unterschied zwischen den Kurven A1-B1 bzw.
  • A2-B2 von den Kurven A1 bzw. A2 abgezogen werden.
  • Wenn dagegen die Röhre 33 gleich der Röhre 35 wäre, würde der einfache Unterschied von den Kurven B bzw. B2 abzuziehen sein, und die Anzahl von Lötstellen in den Thermoelementen würde für alle drei Meßröhren 33 bis 35 dieselbe sein.
  • Die thermoelektrischen Spannungen der Meßröhren 33 bis 35 und die des Spannungsteilers 12 werden in Reihe geschaltet, wobei die Spannungen der Meßröhre 34 und die des Spannungsteilers 12 miteinander zusammenwirken, aber der Spannung der Meßröhren 33 und 35 entgegenwirken. Die resultierende Spannung wird zu einem Meßinstrument, z. B. einem Elektrolytmesser, geleitet, der den gesamten Wärmeverbrauch während einer Meßperiode registriert. Für jeden Wert auf die Geschwindigkeit q gilt nämlich: wo A1, A2, B1, B2, C1, C2 die Ordinaten der Kurven bezeichnen und K T eine Konstante ist, in dem K eine Zahl ist und T eine Temperaturdifferenz tv-tk. Hierdurch wird der Wärmeverbrauch erhalten: Q = K. T wo C die resultierende Spannung der Thermoelemente der Meßanordnung nach Fig. 10 ist. Die Meßanordnung hat selbstverständlich ein begrenztes Meßgebiet, das durch die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums bestimmt wird, die zwischen den Werten o und q2 in Fig. 8 liegen muß.
  • Damit die Meßröhren nicht durch äußere Einflüsse, wie Strahlung und Wärme absorption von umgebenden Körpern beeinflußt werden, kann die Meßanordnung in einer wärmeisolierenden Hülle eingeschlossen sein.

Claims (8)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines längs einer Wand strömenden Mediums, bzw. von Wärmemengen, die von dem strömenden Medium transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Medium befindlicher, von der Wand wärmeisolierter Teil eines wärmeleitenden Körpers vom Medium erwärmt oder abgekühlt wird, von welchem Körper ein anderer auf der entgegengesetzten Seite der Wand befindlicher Teil mit einem wärmeableitenden oder wärmeabgebenden Mittel anderer Temperatur als das vorgenannte Medium in wärmeleitender Verbindung steht, und dadurch, daß eine Meßvorrichtung zur Messung des Temperaturunterschiedes zwischen zwei verschiedenen Teilen des wärmeleitenden Körpers vorhanden ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Regelvorrichtung, die in Abhängigkeit des Temperaturunterschiedes zwischen dem Medium und dem genannten wärmeableitenden oder wärmeabgebenden Mittel die Übersetzung von dem Ausschlag der Meßvorrichtung zu dem Temperaturunterschied zwischen den genannten zwei verschiedenen Teilen des wärmeleitenden Körpers ändert.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Messung von Wärmemengen, die durch ein durch eine Leitung strömendes Medium transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeleitende Körper in der Wand der Leitung befestigt und von ihr wärmeisoliert ist und dadurch, daß die Meßvorrichtung das Produkt der Geschwindigkeit des Mediums und den Temperaturunterschied zwischen dem Medium und dem wärmeableitenden oder wärmeabgebenden Mittel angibt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch3, dadurch gekennzeichnet, daß genannte Leitung die Zuflußleitung zu und das wärmeableitende oder wärmeabgebende Mittel die Abflußleitung von einem wärmeverbrauchenden oder wärmeerzeugenden Gegenstand ist, dessen Wärmeverbrauch bzw.
    Wärmeerzeugung gemessen werden soll.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der wärmeleitende Körper mit einer Höhlung versehen ist, in der zwei in Reihe geschaltete Gruppen von Lötstellen eines Thermoelementes angeordnet sind, welche Gruppen sich in der Wärmeströmung durch den Körper zwischen dem Medium in der Zuflußleitung und der Abflußleitung in verschiedener Entfernung von der Abflußleitung befinden.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Thermoelement angeordnet ist, welches den Temperaturunterschied zwischen dem wärmetransportierenden Medium in der Zuflußleitung und der Abflußleitung mißt und welches mit dem Thermoelement innerhalb des Körpers in Reihe geschaltet und diesem entgegenwirkend und so abgeglichen ist, daß die Meßvorrichtung die Wärmemenge Null angibt, wenn die Geschwindigkeit des Mediums in der Zuflußleitung Null ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in zwei Teilen der Zuflußleitung verschieden ist, und daß zwei wärmeleitende Verbindungen zwischen dem Medium in der Zuflußleitung und der Abflußleitung an zwei Stellen, wo das Medium verschiedene Strömungsgeschwindigkeit hat, angeordnet und von der Zuflußleitung wärmeisoliert sind, und daß ein drittes Thermoelement, dessen eine Lötstelle in einer der genannten wärmeleitenden Verbindungen und dessen andere Lötstelle (8) in der anderen der genannten Verbindungen liegt, mit den in Anspruch 6 genannten Thermoelementen (7 und II) in Reihe geschaltet ist, der resultierenden Spannung dieser Thermoelemente entgegenwirkt und so abgeglichen ist, daß eine zur Differenz zwischen der in der Zuflußleitung und der in der Abflußleitung pro Zeiteinheit durchströmenden Wärmemenge proportionale Spannung erzeugt wird.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere wärmeleitende Körper, deren Fläche gegenseitig verschiedene Wärmeübertragungsfähigkeit haben, in der Zuflußleitung eingeführt und von dieser wärmeisoliert sind und mit der Abflußleitung in wärmeleitender Verbindung stehen, daß ferner in jedem von diesen Körpern ein Thermoelement zur Messung des Temperaturunterschiedes zwischen zwei Stellen innerhalb des Körpers angeordnet ist, welche Thermoelemente einander entgegenwirken und mit den in Anspruch 6 genannten Thermoelementen in Reihe geschaltet sind, und daß die resultierende Spannung der genannten zweiThermoelemente der resultierenden Spannung der in Anspruch 6 genannten Thermoelemente entgegenwirkt und so abgeglichen ist, daß eine zur Differenz zwischen der in der Zuflußleitung und der in der Abflußleitung pro Zeiteinheit durchströmenden Wärmemenge proportionale Spannung erzeugt wird.
DET5178A 1946-02-18 1947-02-18 Vorrichtung zur Messung der Stroemungsgeschwindigkeit eines laengs einer Wand stroemenden Mediums bzw. von von demselben trans-portierten Waermemengen Expired DE889845C (de)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1013092B (de) * 1954-01-08 1957-08-01 Otto Lingemann Einrichtung zur Ermittlung von Waermemengen, insbesondere fuer Heizungsanlagen
DE1062442B (de) * 1953-09-08 1959-07-30 Nat Res Dev Geraet zur Feststellung der Bewegung eines Mediums
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DE2828102A1 (de) * 1978-06-27 1980-01-10 Bosch Gmbh Robert Einrichtung zur luftmengenmessung
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WO2002039071A1 (en) * 2000-11-09 2002-05-16 Rosemount Aerospace, Inc. Method and sensor for mass flow measurement using probe heat conduction

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