DK142295B - Apparat til temperaturafhængig måling af størrelse og retning af en fluidstrøm. - Google Patents

Description

142295

Den foreliggende opfindelse angår et apparat til temperaturafhængig måling af størrelse og retning af en fluidstrøm omfattende et følerorgan med to temperaturafhængige følerelementer, der er således beskafne, at 5 den elektriske modstand af hvert element varierer med temperaturen, og hvor elementerne er langstrakte og anbragt i nogen afstand fra hinanden side om side parallelt med følerorganets længdeakse og er forsynet med et termisk isolerende legeme, der danner en barriere imel-10 lem elementerne til forhindring af fluidstrømning imellem dem, hvorhos der findes organer til at sende en elektrisk strøm igennem elementerne til opvarmning af disse til en højere temperatur end omgivelsernes.

Sådanne apparater kendes f.eks. fra US-PS 15 3.603.147 og US-PS 3.604.261. Ved disse kendte apparater har anvendelsen af en strømningsføler med to modstandselementer til formål at kunne bestemme en fluidstrømning ikke alene med hensyn til massestrøm, men også med hensyn til retning. Massestrømmen udledes af summen af 20 de af de to modstandselementer afgivne varmemængder, medens forholdet mellem disse varmemængder giver et mål for strømningens retning.

Til den hertil nødvendige analyse findes der ved de kendte apparater to brokoblinger, i hver af hvilke 25 arbejdsmodstanden udgøres af et af de to modstandselementer. Disse befinder sig meget tæt ved hinanden på et i tværsnit cirkulært bærelegeme. Herved opstår der gensidige termiske påvirkninger, der må kompenseres af hensyn til den tilstræbte retningsbestemmelse, hvil-30 ket søges tilvejebragt ved hjælp af en forholdsvis omstændelig impulsstyring af de to brokoblinger.

Fra US-PS 3.677.085 kendes der er strømningsføler med to modstandselementer, der er anbragt med større afstand fra hinanden på et bærelegeme, der 35 imellem modstandselementerne er udformet som en bro, der forhindrer mediestrømning imellem modstandselementerne. Denne kendte strømningsføler anvendes imidlertid ikke i dette apparat i en analysekobling, der muliggør 142295 2 en retningsbestemmelse.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe et apparat af den indledningsvis nævnte art, ved hvilket der med simple midler kan fås en direkte bestemmelse 5 både af massestrømmen og af fortegnet på retningen af en strømning forbi strømningsføleren.

Dette tilvejebringes ifølge opfindelsen ved, at de to følerelementer er elektrisk seriekoblet og indkoblet i én og samme gren af en brokreds, til hvilken 10 der er sluttet en reguleringsanordning indrettet til at regulere strømmen gennem elementerne på en sådan måde, at den totale resistans af de seriekoblede elementer holdes konstant ved uforandret omgivelsestemperatur, hvorhos der findes organer til måling af den elektriske 15 strøms styrke samt yderligere et følerorgan til afføling af omgivelsernes temperatur forsynet med et ele-met, hvis resistans varierer med temperaturen, hvilket element er indkoblet i en gren af brokredsen, som er forskellig fra den gren, som indeholder de to første 20 følerelementer, idet det yderligere følerorgan er indrettet til at bringe reguleringsanordningen til at ændre den regulerede strøm på en sådan måde, at denne bliver kompenseret for variationer i omgivelsernes temperatur, hvorhos der findes en til følerorganets to 25 elementer sluttet elektrisk kreds, der er indrettet til at afføle forskel i resistans mellem de to følerelementer for derved at tilvejebringe en indikation af fluidstrømningsretningen .

Ved apparatet ifølge opfindelsen fås der som 30 følge af den i og for sig kendte udformning af strømningsføleren en upåklagelig termisk adskillelse af de to modstandselementer, hvilket er en forudsætning for en nøjagtig måling. Ved at de to i serie koblede modstandselementer udgør arbejdsmodstanden i en enkelt 35 kun med en reguleringsanordning koblet brokobling, bliver apparatet simpelt i konstruktion og driftssikkert uden særlig overvågning. Alligevel kan massestrømmen i strømningen forbi føleren aflæses direkte 3 142295 uden yderligere signalbearbejdelse ved hjælp af spændingsfaldet over brokoblingens arbejdsmodstand. Retningens fortegn fås direkte af komparatordelens udgangssignal, der som resultat viser, hvilket af de 5 to modstandselemeriter, der i hvert øjeblik har den største modstandsværdi og således ligger henholdsvis forrest eller bagest i strømningen. Den for opfindelsen ejendommelige udformning af et apparat til strømningsmåling udgør endelig forudsætning for simpel 10 undersøgelse af en strømning med nøjagtig, altså ikke blot fortegnsmæssig angivelse af strømningsretningen, idet to eller tre apparater ifølge opfindelsen med vinkelret på hinanden stående strømningsfølere kan anvendes til bestemmelse af de to- eller tre-dimensio-15 nåle vektorer i en strømning.

Udformningen ifølge opfindelsen gør det også muligt på simpel måde at kompensere for indflydelsen af vekslende temperaturer af det medium, hvis strømning undersøges.

20 Opfindelsen er forklaret nærmere i det følgende ved hjælp af et skematisk vist udførelseseksempel.

På tegningen viser fig. 1 et perspektivisk billede af en strømningsføler til et apparat til strømningsmåling, 25 fig. 2 et snit efter linien II-II i fig. 1, fig. 3 og 4 tilsammen de elektriske koblinger i et apparat til strømningsmåling, og fig. 5 i polære koordinater en følsomhedskurve for det i fig. 1-4 illustrerede apparat.

30 Fig. 1 og 2 viser en strømningsføler til et apparat til strømningsmåling. Denne føler indeholder to modstandselementer 10a og 10b, der består af rørformede legemer af et elektrisk ledende materiale med en høj temperaturkoefficient for den elektriske mod-35 stand. De to modstandselementer er anbragt parallelt med hinanden med indbyrdes afstand og bæres af et bærelegeme 25 af elektrisk og termisk isolerende materiale, f.eks. hårdtbrændt porcelæn, silicongummi eller 4 142295 plast, hvilket legeme udgør en bro imellem modstandselementerne. Bærelegemet 25 holder de to modstandselementer godt adskilt fra hinanden i termisk henseende og forhindrer en strømning af mediet imellem disse, 5 så at der fremkommer en betydelig afkølingsforskel mellem de to modstandselementer, fordi det ene skygger for det andet afhængigt af strømningsretningen. Det broformede afstandsstykke 25 strækker sig som vist i fig. 1 i strømningsfølerens fulde længde, der som 10 vist er væsentlig større end følerens tykkelse. Modstandselementerne har ved enderne elektriske tilslutningsfaner henholdsvis 14a, 15a og 14b, 15b.

’ I en ændret, ikke vist udførelsesform for strømningsføleren kan bærelegemet 25 bestå ikke alene 15 af det midterste brostykke, men også af to rørformede afsnit på hver sin side af dette, på hvilke de to modstandselementer er påført som film, fortrinsvis af platin eller platinlegeringer. Disse film kan desuden være beskyttet af et elektrisk isolerende overtræk.

20 Den i fig. 1 og 2 viste strømningsføler indgår i en elektrisk kobling, der fremgår af fig. 3 og 4. Koblingen består i det væsentlige af en Wheatstone-bro med fire ben mellem aftagningspunkter 31 og 32 for bro- eller fejlspændingen og tilslutningspunkter 33 25 og 34 for brofødespændingen. To ben af brokoblingen imellem tilslutningspunktet 34 og de to aftagningspunkter 31 og 32 udgøres af to faste modstande 26 og 28. Mellem aftagningspunktet 31 og det andet, til jord sluttede tilslutningspunkt 33 ligger brokob-30 lingens arbejdsmodstand, der udgøres af de to i serie koblede modstandselementer 10a og 10b i strømningsføleren. Imellem det andet aftagningspunkt 32 og tilslutningspunktet 33 ligger et modstandselement 27 i en temperatursonde, der ligesom strømningssonden er 35 påvirket af det medium, hvis strøm skal undersøges.

Den elektriske modstandsværdi af dette modstandselement er temperaturafhængig og har samme temperaturkoefficient som modstandselementerne i strømningsføleren.

5 142295

Til aftagningspunkterne 31 og 32 er der sluttet en elektrisk forstærker 29 for brospændingen, hvilken forstærker igen er sluttet til en strømforstærker 30, hvis udgang er koblet tilbage til brokoblingens 5 tilslutningspunkt 34. Forstærkerne 29 og 30 udgør tilsammen en reguleringsanordning, der ved forandring af brokoblingens fødestrøm til stadighed holder brokoblingen i ligevægt også ved forandringer af dens arbejdsmodstand, nemlig de seriekoblede modstandselementer 10a, 10b. Størrelsen af modstanden 38 er derhos 10 således valgt, at broens ligevægt indstiller sig ved en strøm gennem arbejdsmodstanden, der fører til en opvarmning af modstandselementerne 10a og 10b til over omgivelsernes temperatur.

For at tilbagekoblingen over reguleringsanordningen 15 29, 30 også skal være virksom efter indkoblingen, frem bringer reguleringsanordningen en lille differensspænding, når broen befinder sig i nøjagtig ligevægt.

Den over arbejdsmodstanden mellem punkterne 31 og 33 aftagne spænding svarer til strømningens masse-20 strøm ud for strømningsføleren. Denne spænding kan anvendes til angivelse af størrelsen pV eller mas-. sestrømmen. Når p er konstantv er signalet et hastighedssignal. Signalet er ikke lineært, og det indeholder en konstant komponent, der svarer til opvarmningssignalet 25 ved massestrømmen 0, en eksponentiel komponent, der er en funktion af den fjerde rod af massestrømmen, og en turbulenskomponent, der hidrører fra svingninger i strømkomponenterne.

Til bestemmelse af fortegnet for strømningens retning 30 tjener den i fig. 4 viste del af koblingen, der for overskuelighedens skyld er vist separat. Parallelt med brokoblingens arbejdsmodstand er der i punkterne 31 og 33 tilsluttet en spændingsdeler bestående af to seriekoblede modstande 36a og 36b. Spændingsdelerens 35 midtpunkt er forbundet med den ene indgang i en kompa-rator 37, medens den anden indgang over en formodstand 36c er sluttet til forbindelsespunktet 35

Claims (1)

142295 mellem de to modstandselementer 10a og TOb. Ved sin udgang 39 afgiver komparatoren 37 en spænding, der med de angivne polariteter er negativ, når modstandsværdien af modstandselementet 10a på grund af en 5 strømning imod modstandselementet 10b er forhøjet, medens spændingen bliver negativ, hvis strømningen er rettet imod modstandselementet 10a. Det af komparatoren 37 aftagne potential i punktet 35 ændrer sig ikke under den eksisterende strømning, så længe strøm-10 ningsretningen er beliggende i et plan, der er parallelt med modstandselementerne 10a's og 10b's akse og vinkelret på et plan, der indeholder disse akser. Ved « alle andre strømningsbetingelser bevæger potentialet ved punktet 35 sig i forhold til potentialet ved 15 midtpunktet af spæhdingsdeleren 36a, 36b svarende til den forskellige ændring af modstandselementerne 10a's og 10b's modstandsværdier på grund af det forskellige varmetab ved disse to modstandselementer. Fig. 5 viser det udgangssignal, der opnås med 20 apparatet ifølge fig. 1-4, når komparatoren 37's udgang 39 tjener til omskiftning af fortegnsretningen af en forstærker for det mellem punkterne 31 og 33 aftagne massestrømsignal. Det ses, at hver af de to flige eller vinger af diagrammet har forskelligt elektrisk 25 fortegn, og at udgangsspændingen set i retvinklede koordinater med det i fig. 5 anvendte koordinatsystem nærmer sig en cosinus-funktion. Alment udtrykt er udgangssignalet af formen i vw cos Θ, 30 hvor p er det omgivende mediums densitet, p0 en referencedensitet under standardiserede betingelser, Vw er mediets strømningshastighed, og 0 azimutvinklen for mediets hastighedsvektor. Apparat til temperaturafhængig måling af stør-35 relse og retning af en fluidstrøm omfattende et føler-