FI75046B - TERMISTORGIVARE FOER MAETNING AV GASENS STROEMNINGSHASTIGHET. - Google Patents
TERMISTORGIVARE FOER MAETNING AV GASENS STROEMNINGSHASTIGHET. Download PDFInfo
- Publication number
- FI75046B FI75046B FI860055A FI860055A FI75046B FI 75046 B FI75046 B FI 75046B FI 860055 A FI860055 A FI 860055A FI 860055 A FI860055 A FI 860055A FI 75046 B FI75046 B FI 75046B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- thermistor
- flow
- sensor
- wire
- portions
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
1 750461 75046
TERMISTORIANTURI KAASUN VIRTAUSNOPEUDEN MITTAAMISEENTHERMISTOR SENSOR FOR GAS FLOW RATE MEASUREMENT
Keksinnön kohteena on termistorianturi, jota voidaan käyttää kaasun virtausnopeusmittarin eli anemometrin anturina mitattaessa pieniä virtausnopeuksia esimerkiksi huonetiloissa.The invention relates to a thermistor sensor which can be used as a sensor for a gas flow meter, i.e. an anemometer, when measuring low flow rates, for example in rooms.
5 Alhaisten ilman virtausnopeuksien mittaamiseksi on olemassa useilla eri periaatteilla toimivia mittareita. Yleisin mittalaiteryhmä tällä alueella on ns. termiset anemometrit, joissa tuntoelimenä eli anturina toimii ilman lämpötilaa korkeampaan lämpötilaan kuumennettu vastus, joka voi olla 10 esim. lanka tai termistori. Termisiä anemometrejä on kaupallisesti tarjolla laaja valikoima. Aiheeseen liittyvä julkaisujen määrä on erittäin suuri. Esimerkiksi sarja-julkaisut TSI QUARTERLY, A Quarterly Publication of TSI Incorporated tai DISA Information, Measurement and Analysis 15 sekä useat mittausalan julkaisut käsittelevät aihetta.5 To measure low air flow rates, there are meters that work on a number of different principles. The most common group of measuring devices in this area is the so-called thermal Anemometers, in which a sensor heated to a temperature higher than the air temperature acts as a sensor, which can be 10 e.g. a wire or a thermistor. A wide range of thermal anemometers is commercially available. The number of related publications is very high. For example, the series publications QUQTERLY, A Quarterly Publication of TSI Incorporated or DISA Information, Measurement and Analysis 15, as well as several publications in the field of measurement, deal with the topic.
Kaikki termiset anemometrit ovat jossain määrin suuntariip-puvia, ts. anturia kohtaavan virtauksen tulosuunta vaikuttaa saatuun mittaustulokseen. Kuumalanka-anturit ovat erityisen herkkiä virtauksen tulosuunnan suhteen suoran, 20 lankamaisen rakenteensa vuoksi. On myös olemassa pallomaisia antureita, jotka on pyritty konstruoimaan siten, että suuntariippuvuus olisi mahdollisimman vähäinen. Pal-loanturin kiinnitystangon suuntaan jää kuitenkin laajahko katvealue, mistä aiheutuu parhaillakin antureilla jopa 25 35...50 % virhe mitattuun virtausnopeuden arvoon, esim.All thermal anemometers are to some extent direction-dependent, i.e. the incoming direction of the flow facing the sensor affects the measurement result obtained. Hot wire sensors are particularly sensitive to the flow inlet direction due to their straight, wire-like structure. There are also spherical sensors that have been designed to minimize directional dependence. However, there is a large blind spot in the direction of the mounting rod of the fire sensor, which causes an error of up to 25 35 ... 50% in the measured flow rate value, even with the best sensors, e.g.
Fitzner K., Richtungsabhängige Anemometer in Raumströmungen, Klima-Kälte-Heizung, no 11, 1980, ss 441-6; Finn E. Jorgensen, An Omnidirectional Thin-film Probe for Indoor Climate Research, DISA information no 24, May 1979, 30 ss 24-9. Sellaisissa mittaussovellutuksissa, joissa vir-taussuunta on tuntematon ja mahdollisesti jopa vaih't’elee mittauksen aikana, on mittausanturin mahdollisimman täydellinen suuntariippumattomuus erittäin arvokas ominaisuus.Fitzner K., Richtungsabhängige Anemometer in Raumströmungen, Klima-Kälte-Heizung, no 11, 1980, pp. 441-6; Finn E. Jorgensen, An Omnidirectional Thin-film Probe for Indoor Climate Research, DISA information no 24, May 1979, 30 ss 24-9. In measuring applications where the flow direction is unknown and possibly even changes during the measurement, the complete possible direction independence of the measuring sensor is a very valuable feature.
2 750462 75046
Esimerkiksi ilman virtausnopeuksien mittaaminen huonetilassa edellyttää käytettävän anemometrin anturilta mainittua ominaisuutta.For example, the measurement of air flow rates in a room requires the aforementioned feature of the anemometer sensor to be used.
Keksinnön raukaisen anturin avulla saadaan aikaan oleel-5 linen parannus siihen epäkohtaan, joka on edellä esitetty. Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.The cunning sensor of the invention provides a substantial improvement over the drawback described above. To achieve this, the device according to the invention is characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 1.
Keksinnön etu nykyisiin mittausantureihin verrattuna on 10 se, että anturin suuntariippuvuus on keksinnön mukaisella konstruktiolla saatu erittäin pieneksi. Suurimmillaan virtaussuunnan vaihtelun vaikutus on vain noin ± 3 % mitatusta nopeuden arvosta, eikä mitään erityisiä katvealueita ole lainkaan vaikuttamassa. Tämä tekee mahdolli-15 seksi virtausnopeuden mittaamisen ilman että virtauksen suunta käytännöllisesti katsoen lainkaan vaikuttaa saatavaan tulokseen.The advantage of the invention compared to current measuring sensors is that the directional dependence of the sensor has been made very small with the construction according to the invention. At its maximum, the effect of flow direction variation is only about ± 3% of the measured velocity value, and no specific blind spots are affected at all. This makes it possible to measure the flow rate without the direction of the flow practically affecting the result obtained.
Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti oheisiin piirustuksiin viittaamalla.In the following, the invention will be explained in detail with reference to the accompanying drawings.
20 Kuva 1 esittää termistoria lankoineen suorakulmaisessa koordinaatistossa.20 Figure 1 shows a thermistor with wires in a rectangular coordinate system.
Kuva 2 esittää mittausanturia kokonaisuudessaan.Figure 2 shows the measuring sensor in its entirety.
Kuva 3 esittää virtaussuunnan vaihtelun vaikutusta mittaustulokseen.Figure 3 shows the effect of flow direction variation on the measurement result.
25 Kuvan 1 mukaisesti termistorin 1 sähköä johtavat metalli-langat 2, 3, k on taivutettu termistorin molemmin puolin koordinaattiakselien suuntaisiin osuuksiin, joiden pituudet ovat a, b ja c termistorista päin lukien (a<b<c). Virtausnopeutta mitattaessa termistorin läpi johdetaan 30 sähkövirta. Termistorissa kehittyvä lämpöteho aiheuttaa 11 3 75046 termistorin lämpötilan nousun ympäröivää väliainetta korkeampaan lämpötilaan. Osa kehittyvästä tehosta siirtyy konvektion vaikutuksesta suoraan termistorista väliaineeseen, esim. ilmaan. Koska termistori on likimain pallon 5 muotoinen, ei termistoria kohtaavan virtauksen suunnalla ole vaikutusta tähän tapahtumaan. Loppuosa lämpötehosta siirtyy termistorista johtumalla metallilankoihin ja niistä edelleen konvektion avulla väliaineeseen. Koska lämmönsiirtokerroin langan pinnalla ja niinollen myös 10 langasta poistuva lämpöteho riippuvat kohtaavan virtauksen tulosuunnasta, on termistorianturin langat taivutettu koordinaattiakselien suuntaisiksi ja pituudet a, b ja c valittu siten, että anturin luovuttama lämpöteho on vakio kohtaavan virtauksen suunnasta riippumatta. Pi-15 tuudet on laskettu ripateoriaa käyttäen, esim. Ryti H., Stationäärinen lämmön siirtyminen, Tekniikan käsikirja 5, 1970, ss 1-76.According to Fig. 1, the electrically conductive metal wires 2, 3, k of the thermistor 1 are bent on both sides of the thermistor in sections parallel to the coordinate axes, the lengths of which are a, b and c from the thermistor (a <b <c). When measuring the flow rate, 30 electric currents are passed through the thermistor. The thermal power generated in the thermistor causes the temperature of the 11 3 75046 thermistor to rise to a higher temperature than the surrounding medium. Some of the developing power is transferred directly from the thermistor to the medium, e.g. air, by the effect of convection. Since the thermistor is approximately spherical in shape, the direction of flow facing the thermistor has no effect on this event. The rest of the thermal power is transferred from the thermistor to the metal wires and from there on to the medium by convection. Since the heat transfer coefficient on the surface of the wire and thus also the heat output from the wire 10 depends on the incoming flow direction, the thermistor sensor wires are bent parallel to the coordinate axes and the lengths a, b and c are selected so that the heat output of the sensor is constant regardless of the flow direction. Pi-15 values have been calculated using rib theory, e.g., Ryti H., Stationary Heat Transfer, Technical Manual 5, 1970, pp. 1-76.
Kuvassa 2 on esitetty mittausanturi kokonaisuudessaan. Termistori 1, jonka langat 2, 3* 4- on taivutettu edellä-20 esitetyn periaatteen mukaan, on kiinnitetty metallilan-gasta tehtyyn kehikkoon 5. Kehikon vastakkaiset puolet ovat galvaanisesti yhteydessä keskenään ainoastaan termistorin välityksellä. Näin kehikko toimii sähköäjohta-vana osana kytkettäessä anturi anemometriin. Kun kehik-25 ko tehdään riittävän suureksi, ei virtausta häiritseviä rakenteita ole termistorin läheisyydessä, eikä näinollen synny myöskään mittausvirhettä aiheuttavia katvealueita.Figure 2 shows the measuring sensor in its entirety. The thermistor 1, the wires 2, 3 * 4 of which are bent according to the principle described above, is attached to a frame 5 made of metal wire. The opposite sides of the frame are galvanically connected to each other only by means of a thermistor. In this way, the frame acts as an electrically conductive part when connecting the sensor to the anemometer. When the frame is made large enough, there are no structures interfering with the flow in the vicinity of the thermistor, and thus no blind spots are created which cause a measurement error.
Anturia kohtaavan virtauksen tulosuunnan vaikutus edellä esitetyllä tavalla konstruoidulle anturille, joka on lii-30 tetty vakiolämpötilaperiaatteella toimivaan anemometriin, on esitetty kuvassa 3. Kuvan pystyakselilla on kohtaus-kulman arvolla « mitatun virtausnopeuden v* ja referens-sinopeuden vq suhteellinen erotus. Vaaka-akselilla on kohtauskulma <x. . Kuvasta nähdään, että virtauksen tulo-35 suunnan vaikutus mittaustulokseen on suurlmmiliankin vain noin Jt 3 % mitatun nopeuden arvosta.The effect of the input direction of the flow encountering the sensor on a sensor constructed as described above and connected to a constant temperature anemometer is shown in Figure 3. The vertical axis of the figure shows the relative difference between the flow velocity v * and the reference velocity vq. The horizontal axis has an angle of attack <x. . It can be seen from the figure that the effect of the flow inlet-35 direction on the measurement result is only about Jt 3% of the measured velocity value.
4 750464,75046
Seuraavassa .on esitetty anturin mitoituksen periaatteellinen toteutus.The following is the basic implementation of the sensor dimensioning.
Kumpaakin termistorista lähtevää lankaa voidaan pitää ripana. Tällöin kullekin lankaosuudelle 2, 3 ja U voidaan ylilämpö-5 tila 0 ympäristöön nähden esittää muodossa 0 = Acosh(wx) + Bsinh(wx), missä = -j^ ja edelleen x on etäisyys termistorista lankaa pitkin, h on lämmönsiirto-kerroin langan ja sitä ympäröivän väliaineen välillä, P on 10 langan poikkileikkauksen piiri, L on langan läramönjohtavuus ja A on langan poikkipinta-ala.Both wires leaving the thermistor can be considered as a rib. Then for each wire section 2, 3 and U the superheat-5 state 0 with respect to the environment can be represented in the form 0 = Acosh (wx) + Bsinh (wx), where = -j ^ and further x is the distance from the thermistor along the wire, h is the heat transfer coefficient of the wire and between the surrounding medium, P is the cross-sectional area of the wire 10, L is the thermal conductivity of the wire, and A is the cross-sectional area of the wire.
Reunaehtoina lankaosuuksien 2, 3 ja A välisissä taitoskoh-dissa käytetään lämpötilan ja sen derivaatan jatkuvuutta.Continuity of temperature and its derivative is used as boundary conditions at the bends between the wire portions 2, 3 and A.
Kun reunaehdot sijoitetaan yllä olevaan lämpötilan yhtälöön, 15 saadaan kuuden yhtälön yhtälöryhmä, josta kunkin lankaosuu-den lämpötila voidaan ratkaista. Langasta ympäristöön siirtyvän lämpövirran lausekkeeseen q = jhP0(x)dx voidaan nyt sijoittaa lämpötiloille johdetut yhtälöt, jolloin : : 20 ylläolevan lausekkeen integrointi on mahdollista.When the boundary conditions are placed in the above temperature equation, a group of equations of six equations is obtained, from which the temperature of each wire section can be solved. Equations derived for temperatures can now be placed in the expression q = jhP0 (x) dx of the heat flow from the wire to the environment, whereby:: 20 the integration of the above expression is possible.
Mitoituksen periaatteena on nyt valita kullekin osuudelle 2, 3 ja 4 sellainen pituus, että langoista poistuva kokonais-lämpövirta :·. q “ «2 + q3 + “U · 25 joka on eri lankaosien lämpövirtojen summa, pysyisi vakiona virtauksen tulosuunnan ja sen mukana lämmönsiirtokertoimen .·· . vaihdellessa. Tämä mitoitusvaihe täytyy tehdä kokeilemalla 5 75046 lankaosuuksille erilaisia pituuksia ja laskemalla sitten yllä esitetyllä tavalla kokonaislämpövirta virtauksen tulosuunnan funktiona, sillä ratkaisua ei saada analyyttiseen muotoon. Sitä pituuksien kombinaatiota, joka antaa pienim-5 män vaihteluvälin kokonaislämpövirran arvolle tulosuunnan funktiona, voidaan pitää etsittynä ratkaisuna.The principle of dimensioning is now to select a length for each section 2, 3 and 4 such that the total heat flux leaving the wires: ·. q “« 2 + q3 + “U · 25, which is the sum of the heat flows of the different wire sections, would remain constant in the flow direction and with it the heat transfer coefficient. fluctuating. This sizing step must be done by experimenting with different lengths for the 5 75046 wire sections and then calculating the total heat flux as a function of the flow direction as described above, as the solution cannot be obtained in analytical form. The combination of lengths that gives the smallest range for the value of the total heat flux as a function of the input direction can be considered as the solution sought.
Mitoitukseen vaikuttavat siis lähinnä langan paksuus ja materiaali sekä vähäisemmässä määrin lämmönsiirtokerroin. Termistorin lämpötilalla ei ole merkitystä. Esimerkiksi 10 langan halkaisijan ollessa 0,2 mm ja materiaalin ollessa kuparia on lankaosuuden 2 optimaalinen pituus noin 3 mm ja lankaosuuden 3 pituus noin 5 mm. Viimeisen lankaosuuden 4 pituus ei ole kriittinen, kunhan se vain on riittävän pitkä, tässä tapauksessa noin $ cm, sillä lämpövirta kaukana ter-15 mistorista on pieniThe dimensioning is therefore mainly influenced by the thickness and material of the wire and, to a lesser extent, the heat transfer coefficient. The temperature of the thermistor does not matter. For example, with a wire diameter of 0.2 mm and a material of copper, the optimal length of the wire portion 2 is about 3 mm and the length of the wire portion 3 is about 5 mm. The length of the last wire section 4 is not critical, as long as it is long enough, in this case about $ cm, because the heat flux far from the ter-15 mistor is small
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI860055A FI75046C (en) | 1986-01-07 | 1986-01-07 | Thermistor sensor for measuring the gas flow rate. |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI860055 | 1986-01-07 | ||
FI860055A FI75046C (en) | 1986-01-07 | 1986-01-07 | Thermistor sensor for measuring the gas flow rate. |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI860055A0 FI860055A0 (en) | 1986-01-07 |
FI860055A FI860055A (en) | 1987-07-08 |
FI75046B true FI75046B (en) | 1987-12-31 |
FI75046C FI75046C (en) | 1988-04-11 |
Family
ID=8521921
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI860055A FI75046C (en) | 1986-01-07 | 1986-01-07 | Thermistor sensor for measuring the gas flow rate. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI75046C (en) |
-
1986
- 1986-01-07 FI FI860055A patent/FI75046C/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI75046C (en) | 1988-04-11 |
FI860055A0 (en) | 1986-01-07 |
FI860055A (en) | 1987-07-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100397055C (en) | Calibrating temperature sensors of weathering devices by means of contactless temperature measurement | |
US8785856B2 (en) | Infrared temperature measurement and stabilization thereof | |
US4244217A (en) | Gas flow monitor | |
US20080053196A1 (en) | Detector of low levels of gas pressure and flow | |
US5259243A (en) | Flow sensor | |
JPH045945B2 (en) | ||
US3592055A (en) | Directional sensor | |
CA2441879A1 (en) | Sensor probe for measuring temperature and liquid volumetric fraction of a liquid droplet laden hot gas and method of using same | |
US8583385B2 (en) | Thermal, flow measuring device | |
Lundström et al. | Radiation influence on indoor air temperature sensors: Experimental evaluation of measurement errors and improvement methods | |
JPH0495820A (en) | Thermal mass flowmeter | |
KR101917041B1 (en) | Apparatus and method for calculating correction factor for correcting errors in temperature measurement using thermocouple | |
US10260954B2 (en) | Infrared temperature measurement and stabilization thereof | |
US3417617A (en) | Fluid stream temperature sensor system | |
FI75046B (en) | TERMISTORGIVARE FOER MAETNING AV GASENS STROEMNINGSHASTIGHET. | |
US5582628A (en) | Unit and system for sensing fluid velocity | |
WO2013085115A1 (en) | Device for measuring heat flux and system for measuring heat flux using same | |
JPH08316533A (en) | Thermoelectric conversion performance evaluation method and device | |
JPS5921505B2 (en) | Trace gas flow detector | |
Rupnik et al. | Modelling of a thermal dispersion mass flow meter | |
KR101955483B1 (en) | Thermocouple module | |
Friehe | Fine-scale measurements of velocity, temperature, and humidity in the atmospheric boundary layer | |
Kwikkers | Two thick film thermal sensors | |
Griffith et al. | Experimental techniques for measuring temperature and velocity fields to improve the use and validation of building heat transfer models | |
US4671664A (en) | Photometer for measuring hot gases |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Patent lapsed |
Owner name: KOVANEN, KEIJO AULIS Owner name: SIREN, KAI-ERIK |