NL2006895C2 - Stromingsmeetapparaat en gebruik daarvan voor het bepalen van een stroming van een medium, alsmede werkwijze daarvoor. - Google Patents

Stromingsmeetapparaat en gebruik daarvan voor het bepalen van een stroming van een medium, alsmede werkwijze daarvoor. Download PDF

Info

Publication number
NL2006895C2
NL2006895C2 NL2006895A NL2006895A NL2006895C2 NL 2006895 C2 NL2006895 C2 NL 2006895C2 NL 2006895 A NL2006895 A NL 2006895A NL 2006895 A NL2006895 A NL 2006895A NL 2006895 C2 NL2006895 C2 NL 2006895C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
flow
measuring device
sensor
tube
measuring
Prior art date
Application number
NL2006895A
Other languages
English (en)
Inventor
Theodorus Simon Josef Lammerink
Joost Conrad Lotters
Marcel Dijkstra
Jeroen Haneveld
Remco John Wiegerink
Original Assignee
Berkin Bv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Berkin Bv filed Critical Berkin Bv
Priority to NL2006895A priority Critical patent/NL2006895C2/nl
Priority to EP12170442.3A priority patent/EP2530438B1/en
Priority to DK12170442.3T priority patent/DK2530438T3/da
Priority to ES12170442T priority patent/ES2743713T3/es
Priority to US13/487,465 priority patent/US8881601B2/en
Priority to JP2012126662A priority patent/JP5969271B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of NL2006895C2 publication Critical patent/NL2006895C2/nl

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • G01F25/13Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters using a reference counter
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6845Micromachined devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78Direct mass flowmeters
    • G01F1/80Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8409Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
    • G01F1/844Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details microfluidic or miniaturised flowmeters
    • G01F1/8445Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details microfluidic or miniaturised flowmeters micromachined flowmeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F7/00Volume-flow measuring devices with two or more measuring ranges; Compound meters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

Korte aanduiding: Stromingsmeetapparaat en gebruik daarvan voor het bepalen van een stroming van een medium, alsmede werkwijze daarvoor.
BESCHRIJVING
5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een stromingsmeetapparaat voor het bepalen van een stroming van een medium, het stromingsmeetapparaat omvattende een stromingsbuis voor het transporteren van het medium waarvan de stroming gemeten moet worden, waarbij de stromingsbuis een toevoeruiteinde en een stroomafwaarts daarvan geplaatst afvoeruiteinde omvat, 10 en waarbij het stromingsmeetapparaat voorzien is van een eerste flowsensor voor het op een eerste positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium. De onderhavige uitvinding betreft tevens het gebruik van een dergelijk stromingsmeetapparaat.
De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het 15 bepalen van een stroming van een medium.
Een dergelijk stromingsmeetapparaat is bekend, bijvoorbeeld uit EP 2078936. Het bekende stromingsmeetapparaat is voorzien van een systeemchip, en omvat een substraat met een opening met daarin een silicium-nitride stroombuis voor het transporteren van medium waarvan de stroming gemeten moet worden. De 20 in EP 2078936 beschreven stromingsbuis maakt deel uit van een Coriolis flowsensor, en is geschikt voor het meten van zeer lage massastromen, tot ver beneden 1 gram per uur. In een andere uitvoeringsvorm maakt de stromingsbuis deel uit van een zogeheten thermische flowsensor.
Het bekende stromingsmeetapparaat en de bekende werkwijze zijn 25 begrensd in de nauwkeurigheid en/of het meetbare bereik daarvan. Alhoewel het bekende stromingsmeetapparaat uitstekend voldoet, bestaat er behoefte aan een stromingsmeetapparaat en een werkwijze waarmee nauwkeuriger en/of met een groter bereik de stroming, zoals bijvoorbeeld de massastroom, bepaald kan worden.
Het is derhalve een doel van de onderhavige uitvinding om een 30 verbeterd stromingsmeetapparaat te verschaffen, en een verbeterde werkwijze voor het bepalen van de stroming, bij voorkeur de massastroom. Het is aanvullend een doel om een stromingsmeetapparaat en werkwijze te verschaffen, waarmee stromingen, en bij voorkeur zeer lage stromingen, zoals bijvoorbeeld massastromen 2 tot ver beneden 1 gram per uur relatief nauwkeurig meetbaar zijn. Daarnaast is het aanvullend een doel van de onderhavige uitvinding om een stromingsmeetapparaat en werkwijze te verschaffen waarmee een relatief groot bereik aan stromingen, met name massastromen, meetbaar is.
5 Daartoe verschaft de onderhavige uitvinding een stromingsmeetapparaat van de in de aanhef genoemde soort, welke gekenmerkt is door het kenmerkende deel van conclusie 1. Het stromingsmeetapparaat omvat een stromingsbuis voor het transporteren van het medium waarvan de stroming gemeten moet worden. Het stromingsmeetapparaat is voorzien van een eerste flowsensor 10 voor het op een eerste positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium. Het stromingsmeetapparaat is tevens voorzien van een tweede flowsensor voor het op een tweede positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium. De eerste flowsensor en de tweede flowsensor zijn ingericht om, bij voorkeur onafhankelijk van elkaar, de stroming door de stromingsbuis te meten. De 15 tweede, aanvullende flowsensor geeft aanvullende meetgegevens, waaruit dus extra informatie over de te meten stroming afleidbaar is. Met deze extra informatie is het mogelijk om de stroming door de stromingsbuis nauwkeuriger te meten, en/of het bereik van het stromingsmeetapparaat te vergroten, hetgeen navolgend verder in detail zal worden toegelicht. Met de aanvullende flowsensor wordt dus een verbeterd 20 stromingsmeetapparaat verkregen. Daarmee is het doel van de onderhavige uitvinding bereikt.
Voordelige uitvoeringsvormen zijn onderwerp van de afhankelijke conclusies 2 tot en met 17. Navolgend zullen enkele van deze uitvoeringsvormen en hun voordelen nader worden toegelicht.
25 Het is mogelijk dat de eerste flowsensor en de tweede flowsensor zijn ingericht om de stroming op dezelfde positie van de stromingsbuis te meten. Om de onafhankelijkheid van de metingen van de twee flowsensoren verder te vergroten, heeft het echter de voorkeur wanneer de tweede positie op afstand van de eerste positie gelegen is.
30 Het is mogelijk dat het stromingsmeetapparaat een flowsensor van het Coriolis-type omvat. Een flowsensor van het Coriolis-type is op zich voor de vakman bekend. Het is daarbij mogelijk dat de eerste of de tweede flowsensor van het Coriolis-type is. Ook een uitvoering, waarbij zowel de eerste als de tweede 3 flowsensor van het Coriolis-type is, is denkbaar. Een flowsensor van het Coriolis-type is bijzonder geschikt voor het meten van de massastroom van de stroming, op basis van stromings-geïnduceerde trillingen in de stromingsbuis.
In een uitvoeringsvorm, omvat het stromingsmeetapparaat een 5 thermische flowsensor. Een dergelijke flowsensor is op zich voor de vakman bekend. Het is daarbij mogelijk dat de eerste of de tweede flowsensor een thermische flowsensor is. In een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm, zoals verderop nader zal worden toegelicht, zijn zowel de eerste als de tweede flowsensor een thermische flowsensor. Een dergelijke sensor is bijzonder geschikt voor het meten van zeer lage 10 massastromen, met behulp van zeer kleine stromings-geïnduceerde temperatuurveranderingen.
De nauwkeurigheid van het stromingsmeetapparaat kan op bijzonder doeltreffende wijze vergroot worden, wanneer het stromingsmeetapparaat kalibratiemiddelen omvat voor het kalibreren van de eerste flowsensor op basis van 15 ten minste een door de tweede flowsensor afgegeven signaal. Een signaal van de tweede flowsensor kan gebruikt worden om de eerste flowsensor te controleren, en indien nodig, deze aanpassen zodanig dat het door de eerste flowsensor afgegeven signaal representatief is voor de stroming.
Voor de flowsensors geldt dat deze zijn ingericht voor het meten van 20 de stroming binnen een bepaald meetbereik. Met meetbereik wordt in de onderhavige uitvinding verstaan: het bereik in waarden van een bepaalde parameter die door de flowsensor (nauwkeurig) meetbaar zijn. Bij het bereik zijn tevens de ondergrens die de flowsensor kan meten, en de bovengrens die de flowsensor kan meten belangrijk. Wanneer de flowsensor is ingericht voor het meten van de 25 volumestroom, bijvoorbeeld, dan kan het bereik uitgedrukt worden in nanoliter per seconde. De eerste flowsensor is ingericht voor het meten van de stroming binnen een eerste meetbereik, en de tweede flowsensor is ingericht voor het meten van de stroming binnen een tweede meetbereik.
Een verdere belangrijke eigenschap van de flowsensors is de 30 responsiesnelheid. Het is belangrijk dat wanneer er een verandering in de stroming optreedt, dat de flowsensor deze verandering snel registreert. De responsiesnelheid van het stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding kan relatief groot zijn, juist doordat gebruik gemaakt wordt van twee flowsensoren.
4
Om het meetbare bereik van het stromingsmeetapparaat op eenvoudige wijze te vergroten, kunnen de flowsensors zo gekozen zijn dat het eerste meetbereik en het tweede meetbereik elkaar overlappen. Bij voorkeur zijn de flowsensors zodanig uitgevoerd dat het eerste meetbereik en het tweede meetbereik 5 elkaar slechts gedeeltelijk overlappen. Op deze wijze kan eenvoudig het meetbare bereik vergroot worden.
Het vergroten van het meetbereik, en/of het kalibreren van de eerste flowsensor, kan in een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm tot stand gebracht worden, wanneer de eerste flowsensor een thermische flowsensor is, en de tweede 10 flowsensor van het Coriolis-type is.
In de uitvoering waarbij zowel de eerste als de tweede flowsensor een thermische flowsensor is, heeft het de voorkeur wanneer de eerste thermische flowsensor voorzien is van: een eerste sensorschakeling, omvattende een eerste weerstandselement dat temperatuurgevoelig is en dat thermisch met de 15 stromingsbuis verbonden is, en een elektrisch in serie daarmee verbindbaar tweede weerstandselement; een elektrisch tussen het eerste en het tweede weerstandselement in aansluitbaar eerste spanningsmeetelement; eerste verwarmingsmiddelen voor het ten minste gedeeltelijk verwarmen van de stromingsbuis ter plaatse van het eerste weerstandselement; en wanneer de tweede 20 thermische flowsensor voorzien is van: een tweede sensorschakeling, omvattende een derde weerstandselement dat temperatuurgevoelig is en dat thermisch met de stromingsbuis verbonden is, en een elektrisch in serie daarmee verbindbaar vierde weerstandselement; een elektrisch tussen het derde en het vierde weerstandselement in aansluitbaar tweede spanningsmeetelement; tweede 25 verwarmingsmiddelen voor het ten minste gedeeltelijk verwarmen van de stromingsbuis ter plaatse van het derde weerstandselement. In deze uitvoering is bij grote voorkeur de eerste sensorschakeling zodanig elektrisch met de tweede sensorschakeling geschakeld dat deze respectievelijk een eerste helft en een tweede helft van een brug van Wheatstone vormen. De stroming is daarbij meetbaar met een 30 volle brug van Wheatstone, waarmee op relatief nauwkeurige wijze de stroming meetbaar is. In deze uitvoering zijn zowel de eerste helft als de tweede helft van de brug van Wheatstone afzonderlijk bruikbaar voor het meten van de stroming. Elke helft van de brug van Wheatstone is daarbij op te vatten als een afzonderlijke 5 thermische flowsensor.
Bij voorkeur is het stromingsmeetapparaat voorzien van schakelmiddelen voor het naar wens vormen van de eerste helft van de brug van Wheatstone uit twee van de weerstandselementen, en voor het naar wens vormen 5 van de tweede helft van de brug van Wheatstone uit twee van de resterende weerstandselementen. De schakelmiddelen kunnen gebruikt worden voor het naar wens vormen van een brug van Wheatstone met vier weerstandselementen, uit de aanwezige vier (of eventueel meer) weerstandselementen. Door op geschikte wijze te schakelen, is het mogelijk om fouten in het stromingsmeetapparaat te elimineren, 10 en eventueel om de eerste helft van de brug van Wheatstone (eerste flowsensor) te corrigeren of te kalibreren op grond van een door de tweede helft van de brug van Wheatstone (tweede flowsensor) verkregen signaal.
Om de nauwkeurigheid van het stromingsmeetapparaat verder te vergroten, heeft het de voorkeur wanneer het tweede weerstandselement en/of het 15 vierde weerstandselement in de brug van Wheatstone temperatuurgevoelig is. Het temperatuurgevoelige weerstandselement kan met de stromingsbuis verbonden zijn, maar het is ook mogelijk dat deze gebruikt wordt om de temperatuur van de systeemchip te meten, om eventueel op deze wijze te kalibreren voor veranderingen in diens temperatuur.
20 Bij zeer grote voorkeur zijn het tweede weerstandselement en/of het vierde weerstandselement thermisch met de stromingsbuis verbonden.
De eerste helft van de brug van Wheatstone kan ingericht zijn voor het meten van de stroming doorheen een eerste deel van de stromingsbuis. De tweede helft van de brug van Wheatstone kan ingericht zijn voor het meten van de 25 stroming doorheen een tweede deel van de stromingsbuis. Deze delen (eerste deel en tweede deel) kunnen gelijk aan elkaar zijn. Het heeft echter de voorkeur wanneer deze eerste en tweede delen in hoofdzaak op afstand van elkaar gelegen zijn. In een uitvoering is het eerste en het tweede weerstandselement verbonden met het eerste deel van de stromingsbuis, en zijn het derde en het vierde weerstandselement 30 verbonden met een tweede deel van de stromingsbuis, waarbij de eerste en tweede delen in hoofdzaak op afstand van elkaar geplaatst zijn.
Om correctie voor inwendige temperatuurgradiënten mogelijk te maken, heeft het de voorkeur wanneer het eerste deel en het tweede deel tegenover 6 elkaar geplaatst zijn. Bij voorkeur strekken de delen zich parallel aan elkaar uit. Daarbij heeft het verder de voorkeur wanneer de delen zodanig geplaatst zijn dat de stromingsrichting door deze delen in hoofdzaak tegengesteld is. Hierdoor wordt het effect van uitwendige temperatuurgradiënten op het signaal van de thermische 5 sensor uitgemiddeld.
Om een compacte en eenvoudige stromingssensor te verkrijgen, heeft het de voorkeur wanneer de eerste verwarmingsmiddelen ten minste het eerste en/of het tweede weerstandselement omvatten. Aanvullend, of los daarvan, is het mogelijk dat de tweede verwarmingsmiddelen ten minste het derde en/of het vierde 10 weerstandselement omvatten.
Aanvullend voordeel van het stromingsmeetapparaat volgens de uitvinding, is dat deze bijzonder geschikt is voor het meten aan verschillende type media, waaronder verschillende gassen en/of vloeistoffen. Bij gebruik van een thermische flowsensor met een Coriolis-flowsensor, kan de thermische flowsensor 15 gekalibreerd worden, om zo te corrigeren voor verschillen in bijvoorbeeld dichtheid van het medium.
Volgens een aspect voorziet de werkwijze in het gebruik van een stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding. Het gebruik staat de gebruiker toe om op relatief nauwkeurige wijze de stroming te bepalen. Aanvullend, 20 of daarnaast, staat het gebruik van het stromingsmeetapparaat toe dat de stroming met een groter meetbereik bepaald kan worden. Verdere voordelen van een dergelijk gebruik van een stromingsmeetapparaat zijn hierboven reeds aan bod gekomen.
Volgens een aspect wordt voorzien in een werkwijze voor het bepalen van een stroming van een medium, bij voorkeur met een 25 stromingsmeetapparaat zoals hierboven omschreven. De werkwijze omvat de stappen van A. het verschaffen van een stromingsbuis; B. het transporteren van een medium waarvan de stroming bepaald moet worden door de stromingsbuis; C. het op een eerste positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium; D. het aan de hand van een of meer verkregen meetgegevens bepalen van de stroming 30 van het medium. De werkwijze is gekenmerkt door de verdere stap van E. het op een tweede positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium. Volgens de werkwijze wordt de stroming doorheen de stromingsbuis middels twee verschillende stappen gemeten. Bij voorkeur zijn de stappen onafhankelijk van elkaar 7 uitgevoerd, zodanig dat de eerste meting de tweede meting niet, of althans nauwelijks, beïnvloedt. Het meten op de tweede positie geeft aanvullende meetgegevens, waaruit dus extra informatie over de te meten stroming afleidbaar is. Met deze extra informatie is het mogelijk om de stroming door de stromingsbuis 5 nauwkeuriger te meten, en/of het bereik van het stromingsmeetapparaat te vergroten, hetgeen hierboven al nader toegelicht is, maar navolgend nogmaals specifiek met betrekking tot de werkwijze zal worden toegelicht.
Voordelige uitvoeringsvormen van de werkwijze zijn onderwerp van de afhankelijke conclusies 20 tot en met 26. Navolgend zullen enkele van deze 10 uitvoeringsvormen en hun voordelen nader worden toegelicht.
In een uitvoeringsvorm van de werkwijze verschilt de tweede positie ten opzichte van de eerste positie. Door op twee verschillende posities te meten, wordt de onafhankelijkheid van de verschillende metingen verder vergroot.
Bij voorkeur wordt stap E. gelijktijdig met stap C. uitgevoerd. Het 15 gelijktijdig meten zorgt ervoor dat tijdseffecten op de stroming geen, of althans in mindere mate, een rol spelen bij het vergelijken van de verschillende meetwaarden.
Zoals hierboven reeds toegelicht, is het denkbaar dat bij stap C. de stroming binnen een eerste meetbereik gemeten wordt, en dat bij stap E. de stroming binnen een tweede meetbereik gemeten wordt. Deze meetbereiken kunnen gelijk aan 20 elkaar zijn, maar kunnen ook van elkaar verschillen. Daarbij is het mogelijk dat het eerste meetbereik en het tweede meetbereik elkaar overlappen. Het eerste meetbereik en het tweede meetbereik kunnen elkaar slechts gedeeltelijk overlappen. Ook is het denkbaar dat de meetbereiken elkaar geheel niet overlappen.
Het is bijzonder voordelig wanneer stap C. wordt uitgevoerd met een 25 eerste flowsensor, en waarbij de werkwijze de verdere stap omvat van het op basis van een of meer van in stap E. verkregen meetgegevens corrigeren en/of kalibreren van de eerste flowsensor.
In een de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm, is de eerste flowsensor een thermische flowsensor, en wordt stap E. uitgevoerd met een tweede 30 flowsensor van het Coriolis-type. De flow-sensor van het Coriolis-type kan uitstekend gebruikt worden bij het corrigeren en/of kalibreren van de eerste flowsensor, zoals bijvoorbeeld de thermische flowsensor. Andersom is het uiteraard ook mogelijk dat de thermische flowsensor gebruikt wordt voor het kalibreren van de Coriolis 8 flowsensor.
De uitvinding zal navolgend worden toegelicht aan de hand van een figuurbeschrijving met bijbehorende figuren. In de figuren tonen:
Fig. 1a - een aanzicht in perspectief van een uitvoeringsvorm van 5 een stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding;
Fig. 1b - een bovenaanzicht van het stromingsmeetapparaat volgens
Fig. 1a;
Fig. 1c - een aanzicht in doorsnede van het stromingsmeetapparaat volgens Fig. 1a; 10 Fig. 2a - een aanzicht in perspectief van een uitvoeringsvorm van een stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding;
Fig. 2b - een aanzicht in perspectief van een uitvoeringsvorm van een stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding;
Fig. 2c - een aanzicht in perspectief van een uitvoeringsvorm van 15 een stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding;
Fig. 2d - een eerste schakelschema;
Fig. 2e - een tweede schakelschema;
Fig. 2f - een schematisch overzicht van mogelijke schakelingen van meetweerstanden in een uitvoeringsvorm van een stromingsmeetapparaat; 20 Fig. 3a - een aanzicht in perspectief van een uitvoeringsvorm van een stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding;
Fig. 3b - een aanzicht in perspectief van een thermische flowsensor; Fig. 3c - een aanzicht in perspectief van een uitvoeringsvorm van een stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding; 25 Fig. 3d - een aanzicht in perspectief van een uitvoeringsvorm van een stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding;
Fig. 4a-d - een schematisch bovenaanzicht van uitvoeringsvormen van een stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding;
Fig. 5a-d - schematische overzichten van het meetbereik van een 30 uitvoeringsvorm van een stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding.
Figuur 1a toont een stromingsmeetapparaat 1. Het stromingsmeetapparaat 1 is voorzien van een systeemchip omvattende een 9 monokristallijn siliciumsubstraat 16, voorzien van twee daarin geëtste openingen 51, 52. De monolitische systeemchip 16, is samengebouwd met twee tegenover elkaar gelegen permanente magneten 31, 32, bevestigd aan een drager 14, zoals bijvoorbeeld een PCB (printed circuitboard) die keramisch is of van kunststof met 5 daarop kopersporen. Het substraat 16 is gemaakt uit een Si-plak, gemonteerd op de drager 14. De elektrische verbindingen tussen de systeemchip en de drager worden verzorgd door zogenoemde bond-draden in groepen 81,82, 83.
In en op de systeemchip is een stromingsbuis 21, 22 voor het transporteren medium waarvan de stroming gemeten moet worden voorzien. De 10 stromingsbuis 21,22 omvat een toevoeruiteinde 4 en een stroomafwaarts daarvan gelegen afvoeruiteinde 6. De stromingsbuis is voorzien van een eerste flowsensor 11 en een tweede flowsensor 12 voor het respectievelijk op een eerste en een tweede positie meten van de stroming doorheen de stromingsbuis 21,22.
Het stromingsmeetapparaat 1 omvat een Coriolis flowsensor 11, in 15 de getoonde uitvoering met een siliciumnitride Coriolisbuis 21 die vrij is opgehangen in een eerste opening 51. Een dergelijke stromingsmeter is op zich voor de vakman bekend, bijvoorbeeld uit EP 2078936, welk document hierbij door middel van verwijzing is opgenomen in de onderhavige octrooiaanvrage. Voor het begrip van een dergelijke sensor volstaat hier dat een massastroom door de Coriolisbuis zal 20 leiden tot een trilling van de Coriolisbuis die gerelateerd is aan die massastroom. De trilling is uitleesbaar door middel van uitleeselementen. De Coriolisbuis is lusvormig en heeft in dit geval een rechthoekige lusvorm. Andere lusvormen, zoals driehoekig, trapeziumvormig of U-vormig, zijn uiteraard ook denkbaar.
Het is mogelijk dat de systeemchip volgens Figuur 1 een absolute 25 druksensor 18, zoals een Pirani druksensor 18, omvat, bijvoorbeeld doordat deze in of op het substraat 16 is geïntegreerd. De druksensor 18 kan gebruikt worden om de gemeten trilling van de Coriolisbuis 21 te corrigeren voorde luchtdruk.
Op een tweede positie van de stromingsbuis is een thermische flowsensor 12 voorzien, met een siliciumnitride buisdeel 22 dat vast is opgehangen in 30 een tweede opening 52. De tweede positie bevindt zich op afstand van de eerste positie. In de in Fig. 1a getoonde situatie, steekt het buisdeel 22 van de thermische flowsensor 12 de opening geheel over, en is het verbindingsdeel 23 van het buisdeel met de uitlaat een embedded kanaal 23 in het substraat (zie Fig. 1b). Een thermische 10 flowsensor is op zich voor de vakman bekend, alhoewel deze op veel manieren uitgevoerd kan zijn. Navolgend zullen enkele mogelijke uitvoeringsvormen van de thermische flowsensor nader toegelicht worden.
In een uitvoeringsvorm, omvat de thermische stromingssensor een 5 hier niet nader getoonde brug van Wheatstone met vier weerstandselementen, waarvan ten minste één temperatuurgevoelige weerstand thermisch verbonden is met de stromingsbuis. Een verwarmingselement verwarmt een gedeelte van de stromingsbuis dat in de nabijheid van de temperatuurgevoelige weerstand gelegen is. De stroming in de buis zal, afhankelijk van de massastroom in de buis, warmte 10 stroomafwaarts meevoeren. Hierdoor zal ter plaatse van de temperatuurgevoelige weerstand de temperatuur toenemen of afnemen, afhankelijk van of de temperatuurgevoelige weerstand stroomafwaarts of stroomopwaarts ten opzichte van het verwarmingselement, respectievelijk, geplaatst is. De toename of afname in temperatuur zorgt voor een verandering in de weerstand van de 15 temperatuurgevoelige weerstand, die vervolgens met behulp van de brug van Wheatstone uitleesbaar is, en relateerbaar is aan een maat voor de stroming, en bij voorkeur relateerbaar aan de massastroom van het medium.
In een niet nader getoonde uitvoeringsvorm omvat de thermische stromingssensor twee tegenover elkaar gelegen buisdelen, die elk voorzien zijn van 20 een temperatuurgevoelige weerstand. Elke temperatuurgevoelige weerstand is daarbij opgenomen in één helft van de brug van Wheatstone. Uiteraard zijn meer variaties in de thermische stromingssensor denkbaar.
Een op zich bekende uitvoeringsvorm van een thermische sensor is getoond in Fig. 3b. De hier getoonde thermische flowsensor 301 omvat een 25 stromingsbuis 320, die twee siliciumnitride buisdelen 321,322 omvat die vast zijn opgehangen in een opening in het substraat 314. Via embedded kanalen met een toevoer 304 en een afvoer 306 zal medium doorheen de stromingsbuizen 321, 322 kunnen stromen. Op het eerste buisdeel zijn twee heater-elementen 340 geplaatst, in het midden van het buisdeel. Ook op het tweede buisdeel 322 zijn heater-elementen 30 340 geplaatst. Twee thermozuilen 331,332 zijn symmetrisch gearrangeerd tussen de twee benen 321,322 aan weerszijden van de heaters 340. Tussen de twee benen is een film 341,342 voorzien, waarop de thermozuilen 331,332 telkens rusten.
In een verder niet getoonde uitvoeringsvorm van de thermische 11 flowsensor, omvat deze een lusvormige buis met in hoofdzaak de vorm van een U die vrij is opgehangen. Een stookweerstand is gearrangeerd in het midden van het verbindingsbeen van de vrije buis. Een thermozuil is gearrangeerd tussen de twee benen van de vrije buis om een temperatuurverschil tussen de benen te meten, welk 5 temperatuurverschil een maat is voor de stroming. Een dergelijke flow-sensor is bijvoorbeeld bekend uit EP 774649. Eventueel kan de U-vormige buis met het verbindingsbeen van de U aan de er tegenovergelegen wand van de opening vastzitten, of via een embedded kanaal in het substraat verlopen (analoog aan de uitvoering zoals getoond in Fig. 2b). Een dubbele uitvoering van de hierboven 10 beschreven thermische sensor wordt verkregen door het aanbrengen van een heater weerstand op de beide benen, bijvoorbeeld in het midden daarvan. Thermozuilen kunnen symmetrisch gearrangeerd zijn tussen de twee benen aan weerszijden van de heaters.
Figuur 1b toont een bovenaanzicht van de systeemchip volgens 15 Figuur 1a. Overeenkomstige onderdelen zijn telkens met hetzelfde referentiecijfer aangeduid. Hier is goed te zien dat de systeemchip een stromingsbuis 20 omvat, die zich uitstrekt tussen de eerste aansluiting 4, en de tweede aansluiting 6. De stromingsbuis 20 maakt ter plaatse van de eerste opening 51 onderdeel uit van een Coriolis stromingsmeter 11. Ter plaatse van een tweede opening 52 maakt de 20 stromingsbuis 20 onderdeel uit van een thermische flowsensor 12. Afhankelijk van de gekozen aansluiting is het mogelijk dat het medium eerst door het stromingsbuisgedeelte van de thermische flowsensor 12 stroomt, en vervolgens door het stromingsbuisgedeelte van de Coriolis-flowsensor 11, of andersom. De te kiezen volgorde van de twee flowsensoren is daarbij niet beperkt.
25 Figuur 1c toont de inrichting van Figuur 1a, langs een doorsnede ter plekke van de thermische flowsensor 12. Hier is goed te zien hoe de hydraulische koppeling tussen de aansluitingen 6 (eindgedeelten) van de stromingsbuis 20 en verdere stromingsbuizen 61 tot stand komt met behulp van een drukblok 71 en drukblok 15.
30 Figuur 2a toont een stromingsmeetapparaat 101 volgens een andere uitvoeringsvorm. Het stromingsmeetapparaat 101 is in de getoonde uitvoeringsvorm voorzien van een systeemchip omvattende een monokristallijn siliciumsubstraat 114, voorzien van een daarin geëtste opening 152. De systeemchip kan analoog aan de 12 zoals hierboven aan de hand van figuur 1a omschreven systeemchip gemaakt zijn.
In en op de systeemchip is een stromingsbuis 120 voor het transporteren van medium waarvan de stroming gemeten moet worden voorzien. De stromingsbuis 120 omvat een toevoeruiteinde 104 en een stroomafwaarts daarvan 5 gelegen afvoeruiteinde 106. De stromingsbuis 120 is lus-vormig, met twee benen 121, 122 en een verbindingsdeel 123. De twee benen steken de opening 152 geheel over, en er is een embedded kanaal 123 (gestippeld weergegeven) in het substraat 114 dat het verbindingsdeel van de twee benen vormt. De stromingsbuis is voorzien van een eerste 111 en een tweede 112 thermische flowsensor voor het op een 10 eerste en een tweede positie meten van de stroming doorheen de stromingsbuis 120.
De eerste thermische flowsensor 111 is op het eerste been 121 voorzien. De eerste thermische flowsensor 111 is voorzien van een eerste weerstandselement 131 dat temperatuurgevoelig is en dat thermisch met de stromingsbuis 121 verbonden is. Op afstand van het eerste weerstandselement 131 15 is een tweede weerstandselement 132 voorzien. In het getoonde uitvoeringsvoorbeeld is dit tweede weerstandselement temperatuurgevoelig en thermisch met de stromingsbuis 121 verbonden, alhoewel dit niet strikt noodzakelijk is. De weerstandselementen 131, 132 zijn opgenomen in een eerste sensorschakeling. Het eerste weerstandselement 131 is elektrisch in serie met het 20 tweede weerstandselement 132 verbonden. Tussen het eerste 131 en het tweede 132 weerstandselement in, is een eerste spanningsmeetelement aansluitbaar. De weerstandselementen vormen verwarmingsmiddelen voor het ten minste gedeeltelijk verwarmen van de stromingsbuis 121 ter plaatse van het eerste weerstandselement 131. Het is echter ook mogelijk om met het oog op dit doel aparte 25 verwarmingselementen te voorzien, zoals bijvoorbeeld aan de hand van Fig. 3b hierboven beschreven.
De tweede thermische flowsensor 112 is op het tweede been 122 voorzien. Analoog aan de eerste thermische flowsensor, is de tweede thermische flowsensor 112 voorzien van een tweede sensorschakeling, omvattende een derde 30 weerstandselement 133 dat temperatuurgevoelig is en dat thermisch met de stromingsbuis 122 verbonden is, en een elektrisch in serie daarmee verbindbaar vierde weerstandselement 134. Het vierde weerstandselement 134 is in de getoonde uitvoeringsvorm temperatuurgevoelig, en thermisch met de stromingsbuis 122 13 verbonden, alhoewel dit niet strikt noodzakelijk is. Tussen het derde 133 en het vierde 134 weerstandselement in, is een tweede spanningsmeetelement aansluitbaar. Ook het tweede been 122 omvat verwarmingsmiddelen voor het ten minste gedeeltelijk verwarmen van de stromingsbuis 122 ter plaatse van het derde 5 weerstandselement 133. In deze uitvoering vormen de weerstandselementen de verwarmingsmiddelen, alhoewel andere uitvoeringen denkbaar zijn.
Fig. 2c toont schematisch de twee op afstand van elkaar gelegen buisdelen 121, 122 volgens Fig. 2a. De stromingsrichting doorheen de buisdelen 121, 122 is aangegeven met pijlen F1,F2. In het eerste buisdeel 121 verloopt de 10 stroming van links naar rechts in de tekening (aangegeven met pijl F1), in het tweede buisdeel 122 verloopt de stroming tegengesteld, en wel van rechts naar links in de tekening (aangegeven met pijl F2). Het eerste buisdeel 121 omvat twee op afstand van elkaar geplaatste weerstanden 131, 132, die temperatuurgevoelig zijn. De twee weerstanden vormen onderdeel van een eerste helft van een brug van Wheatstone, 15 zoals hierboven aan de hand van Fig. 2a beschreven. De weerstanden 131, 132 zijn tevens uitgevoerd als verwarmingselementen voor het verwarmen van het buisdeel 121. Het tweede buisdeel 122 is analoog aan het eerste buisdeel 121 uitgevoerd, met twee temperatuurgevoelige weerstanden 133, 134 die thermisch met het tweede buisdeel 122 verbonden zijn. Ook deze weerstanden fungeren als 20 verwarmingselement voor het verwarmen van het tweede buisdeel. Met een stippellijn MO, MO' is het temperatuurprofiel van de twee buisdelen getoond, in de situatie dat er geen stroming doorheen het buisdeel is.
Indien er stroming optreedt, zal de temperatuur in de buisdelen 121, 122 veranderen. Dit is schematisch aangegeven met de doortrokken lijn M1, MT. In 25 het eerste buisdeel 121 zal, ten gevolge van de stroming, stroomopwaarts van het midden van het buisdeel de temperatuur dalen, en stroomafwaarts daarvan de temperatuur toenemen. De afname en toename zijn een maat voor de stroming. Voor het tweede buisdeel 122 geldt hetzelfde. Ten gevolge van de stroming zal ook hier de temperatuur achtereenvolgens afnemen en toenemen. Met de 30 temperatuurgevoelige weerstanden 131, 132, 133, 134 is relatief nauwkeurig het temperatuurverloop in de tijd te bepalen, waardoor de stroming doorheen de buisdelen 121, 122 ook meetbaar is. Eventuele temperatuur-gradiënten in de stromingsrichting F1, F2 (bijvoorbeeld doordat één zijde van het substraat warmer is 14 dan het andere) worden uitgemiddeld, doordat het effect van de temperatuurgradiënt op de meetresultaten voor het eerste buisdeel precies tegengesteld is aan het effect van de temperatuurgradiënt op de meetresultaten van het tweede buisdeel.
Zoals getoond in Fig. 2d, kunnen het eerste 131 en het tweede 132 5 weerstandselement zodanig elektrisch geschakeld zijn, dat deze een halve brug van Wheatstone vormen. Met behulp van referentie-weerstanden 150, 151 is dan de maat voor de stroming te bepalen, aan de hand van de weerstandsverandering in het eerste 131 en/of het tweede 132 weerstandselement. Het derde 133 en het vierde 134 weerstandselement kunnen op dezelfde wijze uitgevoerd zijn, als een halve brug 10 van Wheatstone geschakeld, met referentie-weerstanden 150, 151 als de complementerende helft van de brug van Wheatstone.
De eerste 111 en de tweede 112 thermische flowsensor zijn in een bijzondere uitvoeringsvorm, zoals schematisch getoond in Fig. 2e, elektrisch met elkaar verbonden, en wel zodanig dat de eerste sensorschakeling en de tweede 15 sensorschakeling respectievelijk een eerste helft en een tweede helft van een brug van Wheatstone vormen. De stroming is daarbij meetbaar met een volle brug van Wheatstone, waarmee op relatief nauwkeurige wijze de stroming meetbaar is. In deze uitvoering zijn zowel de eerste helft als de tweede helft van de brug van Wheatstone afzonderlijk bruikbaar voor het meten van de stroming. Elke helft van de 20 brug van Wheatstone is daarbij op te vatten als een afzonderlijke thermische flowsensor.
In een bijzondere uitvoeringsvorm zijn de onderlinge weerstanden in de brug van Wheatstone naar wens schakelbaar. Daartoe kan het stromingsmeetapparaat voorzien zijn van schakelmiddelen voor het naar wens 25 vormen van de eerste helft van de brug van Wheatstone uit twee van de weerstandselementen, en voor het naar wens vormen van de tweede helft van de brug van Wheatstone uit twee van de resterende weerstandselementen. Daarbij zijn verschillende configuraties mogelijk, welke in Fig. 2f zijn weergegeven. Daarbij is een door de stroming gekoelde weerstand (temperatuur ter plaatse van de weerstand 30 gaat omlaag) aangegeven met een gestippelde lijn, en een door de stroming verwarmde weerstand (temperatuur ter plaatse van de weerstand gaat omhoog) aangegeven met een doorgetrokken lijn.
In de eerste configuratie, aangeduid in Fig. 2f met de letter A, wordt 15 een meetschakeling verkregen die gebruikt kan worden voor het meten van de stroming. Daarbij omvat de eerste helft van de brug van Wheatstone een koude R1 en een warme R2 weerstand, en de tweede helft van de brug van Wheatstone ook een koude R4 en een warme R3 weerstand. In de in Fig. 2c getoonde situatie, komt 5 R1 bijvoorbeeld overeen met weerstandselement 131, R2 komt overeen met weerstandselement 132, R3 komt overeen met weerstandselement 134, en R4 komt overeen met weerstandselement 133. De warme weerstanden R2, R3 zijn in de brug van Wheatstone als het ware schuin tegenover elkaar gelegen, en de koude weerstanden R1, R4 ook. Permutaties van de verschillende weerstanden zijn 10 uiteraard denkbaar. Dit schakelen in deze A configuratie kan gebruikt worden om te corrigeren voor een vaste fout.
In de tweede configuratie, aangeduid met de letter B in Fig. 2f, wordt een meetschakeling verkregen die gebruikt kan worden voor het kalibreren van de meetschakeling. In deze configuratie is de zogeheten common offset meetbaar. 15 Daarbij omvat de eerste helft van de brug van Wheatstone een koude R1 en een warme weerstand R2, en de tweede helft van de brug van Wheatstone ook een koude R4 en een warme R3 weerstand. De warme weerstanden zijn als het ware naast elkaar geplaatst, en de koude ook. Permutaties van de verschillende weerstanden zijn uiteraard denkbaar.
20 In de derde configuratie, aangeduid met de letter C in Fig. 2f, wordt een meetschakeling verkregen met twee delen van de brug van Wheatstone die elkaar normaal gesproken tegenwerken. De eerste helft van de brug van Wheatstone omvat alle warme weerstanden R3, R2, terwijl de tweede helft van de brug van Wheatstone alle koude weerstanden R1, R4 omvat. De gemeten waarde van de brug 25 van Wheatstone zou in deze situatie gelijk moeten zijn aan nul. Indien er een afwijking is, kan hiervoor gecorrigeerd worden. Permutaties van de verschillende weerstanden zijn uiteraard denkbaar.
Het stromingsmeetapparaat 101 volgens Fig. 2a is ook toe te passen als thermische flowsensor 101 in combinatie met de Coriolis-flowsensor 11 zoals 30 getoond in Fig. 1a.
Fig. 2b toont een aanzicht van het stromingsmeetapparaat 171 volgens Fig. 1a, waarbij de thermische flow-sensor 12 uit Fig. 1a-c is vervangen door het stromingsmeetapparaat 101 uit Fig. 2a. In feite wordt hier een 16 stromingsmeetapparaat 171 met een stromingsbuis met drie flowsensors verkregen, voor het op drie (verschillende) posities meten van de stroming van het medium.
Fig. 3a toont een uitvoeringsvorm van een stromingsmeetapparaat 201 met in totaal vier thermische flowsensoren. Het stromingsmeetapparaat omvat 5 een stromingsbuis 220 met een aanvoer 204 en een afvoer 206, en met in totaal vier buisdelen 221, 222, 223, 224 die elk vrij zijn opgehangen in een opening in een substraat 214. Via embedded kanalen 225, 226, 227 wordt een lusvormige stromingsbuis verkregen. Elk buisdeel omvat een halve brug van Wheatstone, met telkens twee weerstandselementen (231, 232; 233, 234; 235, 236; 237, 238) die 10 temperatuurgevoelig zijn en die tevens dienen als verwarmingselement. De vier halve bruggen van Wheatstone kunnen naar wens met elkaar gecombineerd worden tot een volle brug van Wheatstone. Met deze uitvoeringsvorm is het mogelijk om te corrigeren voor zowel temperatuurgradiënten in de stromingsrichting (langsrichting van het buisdeel), als voor temperatuurgradiënten in een richting loodrecht op de 15 stromingsrichting, in het vlak van de buisdelen. Aanvullend is het mogelijk dat de afzonderlijke weerstanden in de Wheatstone schakeling naar wens geschakeld worden, zoals hierboven omschreven aan de hand van Fig. 2f.
Fig. 3c toont een uitvoering van een stromingsmeetapparaat 401 met een aantal thermische flowsensoren, die op een stromingsbuis 420 geplaatst 20 zijn. De stromingsbuis omvat wederom een toevoeruiteinde 404 en een afvoeruiteinde 406. Ook hier zijn enkele (in totaal vier) buisdelen 421, 422, 423, 424 voorzien, die zich vrij uitstrekken tussen een opening in het substraat 414. De verschillende buisdelen 421, 422, 423, 424 zijn verbonden via embedded kanalen 425, 426, 427, voor het vormen van een lusvormige stromingsbuis 420. In het midden 25 van elk buisdeel zijn heater-elementen 440 voorzien. Aangrenzende buisdelen zijn telkens met elkaar verbonden door middel van een thermozuil 431, 432, 433, 434, 435, 436, analoog aan de aan de hand van Fig. 3b beschreven thermische flowsensor. Echter, de uitvoeringsvorm volgens Fig. 3c heeft als voordeel dat gecorrigeerd kan worden voor temperatuurgradiënten in het vlak van het substraat 30 414.
Fig. 3d toont een uitvoering van een stromingsmeetapparaat 501 met een stromingsbuis omvattende vier buisdelen 521, 522, 523, 524, die voorzien zijn van twee thermische flowsensoren 533, 553. De buisdelen zijn verbonden via 17 embedded kanalen 525, 526, 527. De buisdelen zijn elk voorzien van heater-elementen 540, in het midden van elk buisdeel. Aan weerszijden daarvan is telkens een thermozuil 533, 553 geplaatst. Elke thermozuil strekt zich loodrecht op de stromingsrichting, over in totaal vier buisdelen uit. Aansluitingen 531, 532, 551, 552 5 voor het uitlezen van de thermozuilen 533, 553 zijn voorzien. Ook in deze uitvoeringsvorm kan gecorrigeerd worden voor temperatuurgradiënten in het vlak van het substraat 514.
Fig. 4a tot en met Fig. 4d tonen alternatieven van een stromingsmeetapparaat volgens de onderhavige uitvinding. In de figuren zijn de 10 afvoer en de toevoer telkens benoemd. Het moge echter duidelijk zijn voor de vakman dat de afvoer ook gebruikt kan worden als toevoer, en andersom.
Daarbij toont Fig. 4a een uitvoering van een stromingsmeetapparaat 601 met een stromingsbuis 620 met een toevoer 604 en een afvoer 606. De stromingsbuis 620 omvat een Coriolis stromingssensor 611, en een thermische 15 stromingssensor 612, bijvoorbeeld in de vorm van de thermische flowsensor volgens Fig. 3a of 3c of 3d. Echter, ook een uitvoering met twee thermische flowsensoren 612, 613, bijvoorbeeld volgens Fig. 3b, in serie geplaatst is denkbaar. Tussen de Coriolis stromingssensor 611 en de thermische stromingssensor 612, 613 is een verdere inlaat 605 of uitlaat voorzien, die naar wens gebruikt kan worden om of de 20 Coriolis stromingssensor 611, of de thermische stromingssensor(s) 612, 613 te bypassen.
Fig. 4b toont een stromingsmeetapparaat 701 met een stromingsbuis 720 met een toevoer 704 en een afvoer 706. De stromingsbuis 720 omvat een Coriolis-flowsensor 711, en twee parallel aan elkaar geschakelde 25 thermische flowsensors 712, 713, bijvoorbeeld volgens Fig. 2a. Elke thermische flowsensor kan dus effectief uit meer thermische flowsensors bestaan. Voor het parallel aan elkaar schakelen is een T-splitsing 705 voorzien die in het substraat 714 is ingebed.
Fig. 4c toont een stromingsmeetapparaat 801 met een stromingsbuis 30 820 met een toevoer 804 en een afvoer 806. De stromingsbuis 820 omvat een
Coriolis-flowsensor 811 en een thermische flowsensor 812, bijvoorbeeld volgens Fig. 2a. Dit stromingsmeetapparaat is voorzien van een of meer parallel aan de thermische flowsensor geschakelde “shunt”-buizen 826, 827, die ingebed zijn in het 18 substraat 814. Met de toevoeging van “shunt”-buizen 826, 827 is het mogelijk om relatief ten opzichte van de thermische stromingssensor 812, meer stroming doorheen de Coriolis-flowsensor 811 te laten stromen, en zo de stroming af te stemmen op het bereik van de individuele stromingssensoren.
5 Fig. 4d toont daarbij een stromingsmeetapparaat 901 met een
Coriolis-flowsensor 911 en een thermische flowsensor 912, bijvoorbeeld volgens Fig. 2a, waarbij de “shunt”-buizen 926, 927 enigszins anders gepositioneerd zijn, en wel zodanig dat juist de Coriolis-flowsensor 911 een lagere stroming krijgt dan de thermische stromingssensor 912.
10 Fig. 5a tot en met Fig. 5d tonen een grafische weergave van het meetbereik van een stromingsmeetapparaat met een stromingsbuis met ten minste een Coriolis-flowsensor en met ten minste een thermische flowsensor. Daarbij is het meetbereik van de Coriolis-flowsensor weergegeven met een donkere stippellijn, en het meetbereik van de thermische flowsensor met een doorgetrokken lijn. Op de 15 horizontale as staat de werkelijke massastroom van het medium doorheen de stromingsbuis. Op de verticale as staat het uitgangssignaal van de sensor.
In de figuren is telkens het uitgangssignaal van de twee flow-sensoren belangrijk. Het eerste uitgangssignaal is weergegeven op as Y1; het tweede op as Y2. Het betreft hierbij dus twee signalen die ieder in een bepaald 20 gebied een afbeelding zijn van de massastroom X, die op de horizontale as staat.
De Coriolis sensor is van nature een mass-flow sensor. Het signaal is dus in grote mate slechts afhankelijk van de werkelijke massastroom. De thermische flowsensor is welliswaar gevoeliger, maar is daarnaast ook gevoelig voor de dichtheid en de warmtecapaciteit van het stromende medium.
25 In Fig. 5a wordt getoond hoe de Coriolis sensor 95 gebruikt kan worden als kalibratie-middel voor de thermische flowsensor. De Coriolis sensor 95 heeft een bepaalde gevoeligheid, met een mass-flow bereik dat loopt van b tot e. Hiermee kan de thermische flowsensor gekalibreerd worden. Dit kan door middel van het schalen van het uitgangssignaal bij gelijkblijvende massflow. De helling van de 30 thermische flowsensor kan dus zodanig gekalibreerd worden dat deze bij een bepaalde mass-flow van het medium de gevoeligheid heeft die overeenkomt met de gevoeligheid van de Coriolis sensor. Signaal 93 heeft daarbij dezelfde gevoeligheid als de Coriolis-sensor. Signalen 91,92 zijn te gevoelig; signaal 94 is te ongevoelig.
19
In Fig. 5b wordt getoond hoe het signaal van de thermische flow-sensor door middel van versterking aangepast kan worden voor het aanpassen van de gevoeligheid van thermische flowsensor. Bij een bepaalde massastroom wordt de gevoeligheid van beide sensoren gelijk gemaakt, door middel van het kiezen van de 5 juiste versterking van de thermische flowsensor. Op deze wijze kan een stromingsmeetapparaat verkregen worden met een relatief groot dynamisch bereik (a tot e). Het bereik van de twee sensoren overlapt elkaar hierbij gedeeltelijk.
In Fig. 5c wordt getoond hoe de toepassing van shunts, zoals beschreven aan de hand van Fig. 4c, gebruikt kan worden. Fig. 5c toont daarbij het 10 uitgangssignaal van een combinatie van een Coriolis sensor 95 en een thermische flowsensor 91,92, 93, 94. Daarbij toont signaal 91 een thermische flowsensor zonder shunt. Met shunts kan het meetbereik vergroot worden, ten koste van de gevoeligheid van de thermische flowsensor. Het onderste bereik van de thermische flowsensor schaalt langs de mass-flow as X, maar niet langs de uitgangssignaal-as 15 Y2.
In Fig. 5d wordt getoond hoe de toepassing van shunts, zoals beschreven aan de hand van Fig. 4d, gebruikt kan worden. Fig. 5d toont daarbij het uitgangssignaal van een combinatie van een Coriolis sensor 91,93,94,95 (met of zonder shunts) en een thermische flowsensor 92. Daarbij toont signaal 91 de Coriolis 20 sensor zonder shunt. Bij toepassing van shunts zal het meetbare bereik toenemen, maar de gevoeligheid echter afnemen. Echter, de ondergrens van het meetbereik zal ook toenemen bij toepassing van meer shunts.
Het moge duidelijk zijn voor de vakman dat de onderhavige uitvinding hierboven beschreven is aan de hand van enkele uitvoeringsvormen, 25 welke de voorkeur genieten. De uitvinding is echter niet beperkt tot deze uitvoeringsvormen.
Zo is de uitvinding in hoofdzaak toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvorm, waarin gebruik gemaakt wordt van een systeemchip. Het is echter ook mogelijk om de uitvinding toe te passen in andere (grotere) 30 stromingsmeetapparaten.
Binnen het kader van de uitvinding zijn equivalente en/of al dan niet voor de vakman voor de hand liggende variaties denkbaar. Deze variaties vallen mogelijk binnen de gevraagde beschermingsomvang zoals gedefinieerd in de 20 aangehechte conclusies.
5

Claims (26)

1. Stromingsmeetapparaat voor het meten van een stroming van een medium, het stromingsmeetapparaat omvattende een stromingsbuis voor het 5 transporteren van het medium waarvan de stroming gemeten moet worden, waarbij de stromingsbuis een toevoeruiteinde en een stroomafwaarts daarvan geplaatst afvoeruiteinde omvat, waarbij het stromingsmeetapparaat voorzien is van een eerste flowsensor voor het op een eerste positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium, met het kenmerk, dat het stromingsmeetapparaat 10 voorzien is van een tweede flowsensor voor het op een tweede positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium.
2. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 1, waarbij de tweede positie op afstand van de eerste positie gelegen is.
3. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 1 of 2, waarbij het 15 stromingsmeetapparaat een flowsensor van het Coriolis-type omvat, bij voorkeur waarbij de eerste en/of de tweede flowsensor van het Coriolis-type is.
4. Stromingsmeetapparaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1 tot en met 3, waarbij het stromingsmeetapparaat een thermische flowsensor omvat, bij voorkeur waarbij de eerste en/of de tweede flowsensor een 20 thermische flowsensor is.
5. Stromingsmeetapparaat volgens een van de voorgaande conclusies 1 tot en met 4, waarbij het stromingsmeetapparaat kalibratiemiddelen omvat voor het kalibreren van de eerste flowsensor op basis van ten minste een door de tweede flowsensor afgegeven signaal.
6. Stromingsmeetapparaat volgens een van de voorgaande conclusies 1 tot en met 5, waarbij de eerste flowsensor een thermische flowsensor is, en waarbij de tweede flowsensor van het Coriolis-type is.
7. Stromingsmeetapparaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1 tot en met 6, waarbij de eerste flowsensor is ingericht voor het meten 30 van de stroming binnen een eerste meetbereik, en waarbij de tweede flowsensor is ingericht voor het meten van de stroming binnen een tweede meetbereik.
8. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 7, waarbij het eerste meetbereik en het tweede meetbereik elkaar overlappen.
9. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 8, waarbij het eerste meetbereik en het tweede meetbereik elkaar slechts gedeeltelijk overlappen.
10. Stromingsmeetapparaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1 tot en met 9, waarbij zowel de eerste als de tweede flowsensor een 5 thermische flowsensor is.
11. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 10, waarbij de eerste thermische flowsensor voorzien is van: • een eerste sensorschakeling, omvattende een eerste weerstandselement dat temperatuurgevoelig is en dat thermisch met 10 de stromingsbuis verbonden is, en een elektrisch in serie daarmee verbindbaar tweede weerstandselement; • een elektrisch tussen het eerste en het tweede weerstandselement in aansluitbaar eerste spanningsmeetelement; • eerste verwarmingsmiddelen voor het ten minste gedeeltelijk 15 verwarmen van de stromingsbuis ter plaatse van het eerste weerstandselement; en waarbij de tweede thermische flowsensor voorzien is van: • een tweede sensorschakeling, omvattende een derde weerstandselement dat temperatuurgevoelig is en dat thermisch met 20 de stromingsbuis verbonden is, en een elektrisch in serie daarmee verbindbaar vierde weerstandselement; • een elektrisch tussen het derde en het vierde weerstandselement in aansluitbaar tweede spanningsmeetelement; • tweede verwarmingsmiddelen voor het ten minste gedeeltelijk 25 verwarmen van de stromingsbuis ter plaatse van het derde weerstandselement; waarbij de eerste sensorschakeling zodanig elektrisch met de tweede sensorschakeling geschakeld is dat deze respectievelijk een eerste helft en een tweede helft van een brug van Wheatstone vormen.
12. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 11, waarbij het stromingsmeetapparaat voorzien is van schakelmiddelen voor het naar wens vormen van de eerste helft van de brug van Wheatstone uit twee van de weerstandselementen, en voor het naar wens vormen van de tweede helft van de brug van Wheatstone uit twee van de resterende weerstandselementen.
13. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 11 of 12, waarbij het tweede weerstandselement en/of het vierde weerstandselement temperatuurgevoelig is.
14. Stromingsmeetapparaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies 11 tot en met 13, waarbij het tweede weerstandselement en/of het vierde weerstandselement thermisch met de stromingsbuis verbonden is.
15. Stromingsmeetapparaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies 11 tot en met 14, waarbij het eerste en het tweede weerstandselement 10 verbonden zijn met een eerste deel van de stromingsbuis, en waarbij het derde en het vierde weerstandselement verbonden zijn met een tweede deel van de stromingsbuis, welke eerste en tweede delen in hoofdzaak op afstand van elkaar geplaatst zijn.
16. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 15, waarbij het eerste en 15 het tweede deel tegenover elkaar geplaatst zijn, en zich bij voorkeur parallel aan elkaar uitstrekken.
17. Stromingsmeetapparaat volgens een van de voorgaande conclusies 11 tot en met 16, waarbij de eerste verwarmingsmiddelen ten minste het eerste en/of het tweede weerstandselement omvatten, en/of waarbij de tweede 20 verwarmingsmiddelen ten minste het derde en/of het vierde weerstandselement omvatten.
18. Gebruik van een stromingsmeetapparaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies 1 tot en met 17.
19. Werkwijze voor het bepalen van een stroming van een medium, bij 25 voorkeur met een stromingsmeetapparaat volgens een van de voorgaande conclusies 1 tot en met 17, de werkwijze omvattende de stappen van: A. het verschaffen van een stromingsbuis; B. het transporteren van een medium waarvan de stroming bepaald moet worden door de stromingsbuis;
30 C. het op een eerste positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium; D. het aan de hand van een of meer verkregen meetgegevens bepalen van de stroming van het medium; met het kenmerk dat de werkwijze de verdere stap omvat van: E. het op een tweede positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium.
20. Werkwijze volgens conclusie 19, waarbij de tweede positie verschilt 5 ten opzichte van de eerste positie.
21. Werkwijze volgens conclusie 19 of 20, waarbij stap E. gelijktijdig met stap C. wordt uitgevoerd.
22. Werkwijze volgens conclusie 19, 20 of 21, waarbij bij stap C. de stroming binnen een eerste meetbereik gemeten wordt, en waarbij bij stap E. de 10 stroming binnen een tweede meetbereik gemeten wordt.
23. Werkwijze volgens conclusie 22, waarbij het eerste meetbereik en het tweede meetbereik elkaar overlappen.
24. Werkwijze volgens conclusie 23, waarbij het eerste meetbereik en het tweede meetbereik elkaar slechts gedeeltelijk overlappen.
25. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 19 tot en met 24, waarbij stap C. wordt uitgevoerd met een eerste flowsensor, en waarbij de werkwijze de verdere stap omvat van het op basis van een of meer van in stap E. verkregen meetgegevens corrigeren en/of kalibreren van de eerste flowsensor.
26. Werkwijze volgens een of meer van de voorgaande conclusies 19 tot 20 en met 25, waarbij de eerste flowsensor een thermische flowsensor is, en waarbij stap E. wordt uitgevoerd met een tweede flowsensor van het Coriolis-type.
NL2006895A 2011-06-03 2011-06-03 Stromingsmeetapparaat en gebruik daarvan voor het bepalen van een stroming van een medium, alsmede werkwijze daarvoor. NL2006895C2 (nl)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL2006895A NL2006895C2 (nl) 2011-06-03 2011-06-03 Stromingsmeetapparaat en gebruik daarvan voor het bepalen van een stroming van een medium, alsmede werkwijze daarvoor.
EP12170442.3A EP2530438B1 (en) 2011-06-03 2012-06-01 Flow measurement device and its use
DK12170442.3T DK2530438T3 (da) 2011-06-03 2012-06-01 Gennemstrømningsmåleindretning og anvendelse deraf
ES12170442T ES2743713T3 (es) 2011-06-03 2012-06-01 Dispositivo de medición del flujo y su uso
US13/487,465 US8881601B2 (en) 2011-06-03 2012-06-04 Flow meter and use thereof for determining a flow of a medium, as well as a method therefor
JP2012126662A JP5969271B2 (ja) 2011-06-03 2012-06-04 媒体の流量を定量するための流量計及びその使用、並びに定量方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL2006895A NL2006895C2 (nl) 2011-06-03 2011-06-03 Stromingsmeetapparaat en gebruik daarvan voor het bepalen van een stroming van een medium, alsmede werkwijze daarvoor.
NL2006895 2011-06-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL2006895C2 true NL2006895C2 (nl) 2012-12-04

Family

ID=46148770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL2006895A NL2006895C2 (nl) 2011-06-03 2011-06-03 Stromingsmeetapparaat en gebruik daarvan voor het bepalen van een stroming van een medium, alsmede werkwijze daarvoor.

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8881601B2 (nl)
EP (1) EP2530438B1 (nl)
JP (1) JP5969271B2 (nl)
DK (1) DK2530438T3 (nl)
ES (1) ES2743713T3 (nl)
NL (1) NL2006895C2 (nl)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2977886B1 (fr) * 2011-07-13 2017-03-03 Centre Nat Rech Scient Capteur miniaturise a element chauffant et procede de fabrication associe.
DE102012102094A1 (de) * 2012-03-13 2013-09-19 Pierburg Gmbh Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms sowie Verfahren zur Rekalibrierung einer derartigen Vorrichtung
ITBO20130024A1 (it) * 2013-01-21 2014-07-22 Medica S P A Flussimetro differenziale per la misura del calo ponderale in trattamenti di emodialisi
NL2012126C2 (en) * 2014-01-23 2015-07-29 Berkin Bv Flow measurement system and method for determining at least one property of a medium.
NL2014801B1 (en) * 2015-05-13 2017-01-27 Berkin Bv Fluid flow device, comprising a valve unit, as well as method of manufacturing the same.
JP6475081B2 (ja) * 2015-05-18 2019-02-27 アズビル株式会社 熱式流量計及びその傾斜誤差改善方法
DE102019107601A1 (de) * 2019-03-25 2020-10-01 Endress + Hauser Flowtec Ag Coriolis-Messaufnehmer und Coriolis-Messgerät
US11262226B2 (en) * 2020-02-17 2022-03-01 GWU Design Hybrid mass flow sensor including a thermal and coriolis principle measurement arrangements
US20220074775A1 (en) * 2020-09-08 2022-03-10 Guanghua Wu Dual Tube Hybrid Coriolis Mass Flow Sensor
JP7500480B2 (ja) 2021-03-15 2024-06-17 株式会社東芝 センサ

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0717270A2 (en) * 1994-12-12 1996-06-19 Tokyo Gas Co., Ltd. Thermal type flowmeter
EP0943900A1 (en) * 1998-03-20 1999-09-22 Berkin B.V. Medium flow meter
US20020073774A1 (en) * 2000-12-20 2002-06-20 Yasushi Kohno Thermal flowmeter for detecting rate and direction of fluid flow
US20030233860A1 (en) * 2002-06-25 2003-12-25 Deane Jeffrey P. Method and apparatus for validating the accuracy of a flowmeter
EP1387150A2 (en) * 2002-07-31 2004-02-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Flow sensor with a detector array formed on a substrate
EP1411355A1 (en) * 2002-10-18 2004-04-21 Emerson Electric Co. Method and device for determining a characteristic value that is representative of the condition of a gas
DE102005046319A1 (de) * 2005-09-27 2007-03-29 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Messen eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums sowie Meßsystem dafür
EP2078936A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-15 Berkin B.V. Flowmeter with silicon flow tube
US20100080262A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Advanced Energy Industries, Inc. Method and system for operating a mass flow controller

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3632800A1 (de) * 1986-09-26 1988-04-07 Flowtec Ag Nach dem coriolisprinzip arbeitendes massendurchflussmessgeraet
JPS63235800A (ja) * 1987-03-24 1988-09-30 Nec Kyushu Ltd マスフロ−コントロ−ラ−
JPH07109376B2 (ja) * 1990-03-15 1995-11-22 東京瓦斯株式会社 複合センサ出力信号処理方法
JP3053486B2 (ja) * 1992-02-20 2000-06-19 東京瓦斯株式会社 フルィディックガスメータ
JPH08159838A (ja) * 1994-12-09 1996-06-21 Ricoh Co Ltd 流量計
NL1001674C2 (nl) 1995-11-17 1997-05-21 Berkin Bv Debietmeter.
US7040181B2 (en) * 2004-03-19 2006-05-09 Endress + Hauser Flowtec Ag Coriolis mass measuring device
JP3783962B2 (ja) * 2004-03-24 2006-06-07 株式会社オーバル 三次モード振動式コリオリ流量計
KR101250854B1 (ko) * 2004-09-17 2013-04-04 에머슨 일렉트릭 컴파니 코리올리 유량계에 대한 보정 방법 및 장치
NL1028939C2 (nl) * 2005-05-02 2006-11-03 Berkin Bv Massa flowmeter van het Coriolistype.
US7845242B2 (en) * 2006-07-28 2010-12-07 Micro Motion, Inc. Three pickoff sensor flow meter
JP4952164B2 (ja) * 2006-09-20 2012-06-13 株式会社デンソー 流量計測素子、質量流量計
US9211340B2 (en) 2006-09-27 2015-12-15 Paolo Botti Means and methods of enhancing delivery to biological systems
JP2009115504A (ja) * 2007-11-02 2009-05-28 Yokogawa Electric Corp 熱式流量計
DE102009046839A1 (de) * 2009-11-18 2011-05-19 Endress + Hauser Flowtec Ag Meßsystem mit einer zwei parallel durchströmte Meßrohre aufweisenden Rohranordnung sowie Verfahren zu deren Überwachung
RU2541376C2 (ru) * 2010-08-24 2015-02-10 Инвенсис Системз, Инк. Мультифазное измерение

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0717270A2 (en) * 1994-12-12 1996-06-19 Tokyo Gas Co., Ltd. Thermal type flowmeter
EP0943900A1 (en) * 1998-03-20 1999-09-22 Berkin B.V. Medium flow meter
US20020073774A1 (en) * 2000-12-20 2002-06-20 Yasushi Kohno Thermal flowmeter for detecting rate and direction of fluid flow
US20030233860A1 (en) * 2002-06-25 2003-12-25 Deane Jeffrey P. Method and apparatus for validating the accuracy of a flowmeter
EP1387150A2 (en) * 2002-07-31 2004-02-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Flow sensor with a detector array formed on a substrate
EP1411355A1 (en) * 2002-10-18 2004-04-21 Emerson Electric Co. Method and device for determining a characteristic value that is representative of the condition of a gas
DE102005046319A1 (de) * 2005-09-27 2007-03-29 Endress + Hauser Flowtec Ag Verfahren zum Messen eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums sowie Meßsystem dafür
EP2078936A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-15 Berkin B.V. Flowmeter with silicon flow tube
US20100080262A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Advanced Energy Industries, Inc. Method and system for operating a mass flow controller

Also Published As

Publication number Publication date
JP5969271B2 (ja) 2016-08-17
EP2530438A1 (en) 2012-12-05
JP2013033026A (ja) 2013-02-14
EP2530438B1 (en) 2019-08-07
US20120304731A1 (en) 2012-12-06
DK2530438T3 (da) 2019-08-26
US8881601B2 (en) 2014-11-11
ES2743713T3 (es) 2020-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL2006895C2 (nl) Stromingsmeetapparaat en gebruik daarvan voor het bepalen van een stroming van een medium, alsmede werkwijze daarvoor.
EP1992917B1 (en) Thermal flowmeter
JP4831879B2 (ja) 質量流量計
EP1477781B1 (en) Mass flowmeter
TWM265600U (en) Thermal type fluid sensor, determination apparatus for fluid, flow rate sensor and flow rate counter
NL8900474A (nl) Massa-debietmeter met temperatuursensoren.
BR112013005600B1 (pt) Medidor de fluxo vibratório de tubo encurvado, e, método de compensação de tensão térmica no mesmo
JP3839052B2 (ja) 流量センサ
JPH07218308A (ja) 流量測定装置
US7469583B2 (en) Flow sensor
JP2005514612A (ja) 熱質量流量センサの熱隔離のための装置及び方法
JP3308480B2 (ja) 熱式フローセンサを利用した流量計及びそれを利用したガスメータ
US6279394B1 (en) Mass air flow meter
EP1004856A2 (en) Thermal air flow meter
JPH05126613A (ja) 測定素子
JPS5868618A (ja) 流量計
JP2788329B2 (ja) 流体の流速及び流れ方向測定方法及び測定装置
JP2929356B2 (ja) 流量計
JP7529778B2 (ja) 熱式流量計、流量制御装置、熱式流量測定方法、及び、熱式流量計用プログラム
JP3912704B2 (ja) 感熱式流量計
JP4793098B2 (ja) 磁気式酸素測定方法及び磁気式酸素計
JPH08159838A (ja) 流量計
JP2771949B2 (ja) 熱式流量センサ
JPH01201117A (ja) 空気流量計
JPH0422822A (ja) 熱式流量計

Legal Events

Date Code Title Description
MM Lapsed because of non-payment of the annual fee

Effective date: 20200701