WO2015121095A1 - Device for determining the mass flow of a gas or gas mixture having tube-shaped filament arrays nested in one another - Google Patents

Device for determining the mass flow of a gas or gas mixture having tube-shaped filament arrays nested in one another Download PDF

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WO2015121095A1
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gas
filaments
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mass flow
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PCT/EP2015/052051
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Michael Long
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Aixtron Se
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    • G01F1/699—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters by control of a separate heating or cooling element

Definitions

  • the invention relates to a device for determining the mass flow of a gas or gas mixture with a flow channel having a flow direction for flowing through the gas or the gas mixture and at least three electrically conductive filaments each brought into a helical pitch which are arranged coaxially with one another and coaxially with the flow direction, wherein two filaments are arranged behind one another in the direction of flow, wherein one of the three filaments forms an outer, tubular filament arrangement in which the filaments arranged one behind the other in the flow direction are arranged at a radial distance relative to the one Axis defining flow direction are arranged.
  • the mass flow controller described therein has a flow channel through which the main flow of the flow passes and a bypass line.
  • a bypass line Around the tube of the bypass line, three filament arrangements are arranged axially behind one another.
  • a guided filament arrangement surrounds the three inner filament assemblies like a tube.
  • US 4,341,107 or US 3,650,151 each describe a sensor element which forms a mass flow sensor or regulator.
  • the mass flow controller has three helical filaments which are arranged in a coaxial arrangement one behind the other.
  • the three wires forming the filaments surround a flow channel through which flows a gas whose mass flow is to be determined.
  • the mass flow is determined calorimetrically by Heat is fed via the filaments into the gas flowing through the flow channel.
  • the heat transfer from one filament to another is determined by its temperature.
  • the filaments are formed by wires whose electrical conductivity is temperature-dependent.
  • a method and a device for determining the mass flow of a vapor transported in a carrier gas of a solid or liquid starting material is described in DE 10 2011 051 931 AI.
  • a carrier gas is fed into a mass flow controller or mass flow meter through a carrier gas feed channel.
  • the mass flow of the carrier gas is determined or if it is a mass flow controller, set the mass flow of the carrier gas.
  • This mass flow is mixed in a mixing zone with a vapor of a liquid or solid starting material.
  • the liquid or solid starting material is first converted into an aerosol.
  • the aerosol is then evaporated in an evaporator.
  • the vapor thus generated either in a flow channel or generated within the flow channel is then fed to a second mass flow meter, which determines the mass flow of the mixture of carrier gas and steam.
  • the mass flow of the steam is determined.
  • the second mass flow meter has filaments which lie one behind the other in the flow direction and with which a heat transport from one filament to the other filament is determined.
  • the mass flow of the carrier gas is calculated out of the mass flow of the carrier gas vapor mixture, so that the mass flow of the pure vapor remains as the initial value.
  • the feed of the steam so in particular the supply of an aerosol can be regulated, so that with the device, a controlled mass flow of the steam can be generated.
  • This vapor is fed to a coating device, in which the steam flows from a heated gas introduction member into a process chamber. In the process chamber is a substrate which lies on a cooled substrate carrier.
  • the metered-fed steam should condense into a layer.
  • the feed of the carrier gas into the first mass flow controller takes place at pressures which are above the atmospheric pressure.
  • the pressure in the, downstream of the first mass flow meter, flow channel system is in the range between 1 and 10 mbar.
  • the first mass flow controller acts as a kind of throttle.
  • the pressure in the downstream flow channel system is controlled by a pressure regulator which cooperates with a vacuum pump located downstream of the process chamber.
  • EP 2 057454 B1 describes a Pirani vacuum gauge for measuring the pressure of a vaporized organic material. Two filaments close to each other are heated by passing a current through the filaments. The temperature of the filaments is measured by the change in electrical resistance. From US 6,370,950 Bl and US 6,629,456 B2 mass flow meter are known for measuring the mass flow of a gaseous medium. By a corresponding power feed into the heating elements their temperature difference is kept at zero. From US 8,069,718 B2, a mass flow meter is known in which a heating element is maintained at a temperature which is greater than the gas temperature. Contaminants can accumulate on the heating elements. By proper control keeps the temperature at a constant level, irrespective of any accumulation of impurities.
  • the invention has for its object to further develop the generic mass flow measuring device nutzsvorteilhaft.
  • one of the three filaments forms an outer tubular filament arrangement in which the filaments arranged one behind the other in the direction of flow are arranged at a radial distance relative to the axis defined by the flow direction. It is advantageous if not only the two inner filament arrangements in the flow channel but also the outer filament arrangement in the flow channel is arranged at least at the edge thereof.
  • the three filament assemblies form hollow cylindrical / tubular bodies.
  • the radially outer filament assembly preferably performs the function that exerts the middle filament arrangement in the prior art.
  • the two inner filament arrangements preferably perform the functions which in the prior art exert the upstream and downstream filaments with respect to the central filament.
  • the tubular bodies may have a support body.
  • filaments formed by a wire may be a ceramic tube, on which the filament formed by a wire is wound.
  • the outer filament arrangement is equipped with such a support body.
  • one or more filament assemblies are designed to be carrierless.
  • the filaments formed here by wires can be fixed with a fastening means in the helical pitch. It may be the same fastener with which the filaments are fixed on the outer wall of the tubular support body.
  • the two inner filament arrays are strapless.
  • the wires used as filaments have the property to heat up when passing an electric current.
  • the wires also have a temperature-dependent electrical resistance so that the temperature of the filaments can be determined by resistance measurement.
  • the production of the outer filament arrangement is effected by the provision of a correspondingly cut ceramic tube, on which the filament forming wire is wound up.
  • the fixing of the individual helical turns spaced apart by applying a pasty ceramic mass that can harden to a solid.
  • the production of a strapless filament arrangement is carried out by winding the wire forming the filament on a lost tubular support, for example a support made of a flexible material, such as Teflon.
  • the turns wound on this lost carrier are fixed by applying the pasty ceramic composition mentioned above. After curing of the ceramic mass, the lost carrier is removed.
  • the axial length of the outer filament arrangement is dimensioned such that in its interior the two inner filament arrangements can be arranged at a distance from one another and at a distance from the respectively adjacent end face of the outer filament arrangement.
  • the radial fixation of the inner filament arrangement in the outer filament arrangement can take place via connection contacts. These are wire sections of the filaments that pass through helical interstices of the outer filament assembly.
  • the terminal contacts can pass through openings of the support body and be fixed by means of the above-mentioned ceramic paste in the openings. But it is also possible to use additional centering means, such as webs or porous body, with which the inner filament arrangement within the outer Filamen- Arrangement coaxially fixed to it.
  • the outer filament arrangement can likewise be fixed radially to an inner wall of the flow channel by means of the connection contacts. Again, other fasteners may alternatively be used, such as radial webs or a porous body.
  • the radial distance of the inner filament assemblies from the outer filament assembly is selected so that a gas flow can flow through the gap between the inner filament assembly and the outer filament assembly. By this gas flow, a heat transfer between the two radially nested filament orders take place.
  • the heat transport preferably takes place from the radially outer filament arrangement to the radially inner filament arrangement.
  • the radially outer filament arrangement has a higher temperature than the inner filament arrangement.
  • the two inner filament assemblies are spaced apart in the axial direction.
  • the distance is preferably selected so that the two inner filament arrangements are thermally influenced by the gas flowing through the flow channel. Not only a convective heat transfer, but also a heat transfer can take place via the gas.
  • the physical connection of the inner filament assemblies to the outer filament assembly is such that only minimal heat flow flows over them.
  • the contact area between sensor and gas mixture is significantly increased by the nested coaxial arrangement.
  • the contact area is at least ten times higher than in a sensor arrangement, as described in DE 10 2013 106 863.
  • an outer tubular element is heated in such a way that the temperature is above the temperature of the two inner tubular elements. However, the temperature is below the destruction limit of the gas mixture forming gas molecules.
  • Both the filament of outer filament arrangement as well as the filament of the two inner filament arrangements are actively heated. While the outer filament acts as a thermal source, the inner filaments act as a sensor.
  • the intended use and the arrangement of the previously described sensor arrangement as well as the method for determining the mass flow of a vapor transported in a carrier gas are described in DE 10 2011 051 931 A1.
  • a preferred use and a preferred method of use is described in DE 10 2013 106 863.
  • the content of the two previously described publications is therefore fully incorporated in the disclosure of this patent application.
  • the method according to the invention is characterized in that the temperature of the filaments is kept at a predetermined value by variation of the power fed into the filaments and the mass flow is determined from the value of the fed-in power.
  • the power is selected by a controller so that the temperature of the filaments will maintain a constant temperature regardless of the flow through the mass flow meter.
  • a first filament in the direction of flow can be kept at a first temperature, which is smaller than the temperature at which a second filament arranged behind the first filament in the flow direction is held.
  • the filaments are arranged side by side in such a way that the amount of heat introduced into the gas also affects the adjacent filament. If, for example, the flow through the mass flow meter is minimal, then a first isotherm field builds up around each filament.
  • the upstream inner filament is heated not only by the electric power introduced into this filament. It will also be over Heat conduction of downstream in the flow direction or heated by the radially outer filament.
  • the heating is carried out essentially only by heat conduction through the gas, which has a total pressure of 1 to 10 mbar.
  • the filaments are essentially thermally decoupled from the solid-state environment, that is to say in particular from a body fixing the filaments. If a larger gas flow flows through the mass flow meter, the isothermal field is displaced around the filaments in the direction of flow so that an isothermal field different from the first isotherm field is formed.
  • the upstream filament having a lower temperature than the outer filament, is heated somewhat less by the heating power of the radially outer, hotter filament.
  • a larger electrical power must be fed into the inner upstream filament than into the downstream inner filament to keep the temperature constant.
  • the temperature of the radially inner, downstream filament is lower than the temperature of the outer filament.
  • the downstream inner filament is affected by the heat flow from the radially outer filament.
  • the material from which the filaments are made has a temperature-dependent resistance, so that the temperature of the filament can be determined from the current through the filament and the voltage applied to the filament.
  • the temperature at which the filaments are held is less than the decomposition temperature of the vapor. But the temperature is higher Her than the condensation temperature of the steam.
  • the temperature of the flow channels through which the carrier gas vapor mixture flows is higher than the condensation temperature of the vapor.
  • filaments may be another or more filaments may be provided, for example, to determine the temperature of the carrier gas vapor mixture.
  • This further filament may be located upstream or downstream of the outer filament assembly.
  • the filament may be disposed so close to the outer filament assembly that it is thermally affected thereby. However, it can also have a sufficient distance from it that no thermal influence takes place.
  • the filaments may consist of tungsten wire. They are brought into a helical pitch and are fixed in this helical pitch in the manner described above. Their supply lines are connected to control devices.
  • the two further filaments have such a distance to the highest temperature filament that from the highest temperature filament heat to the downstream or
  • Upstream filament is transferred by conduction of heat through the gas.
  • at least one further fourth filament is provided, which is arranged either upstream or downstream of the three previously described filaments.
  • This at least one filament can be arranged so close to the consisting of three filaments filament arrangement that heat is transferred to this additional filament.
  • the invention pursues a single-controller concept in which each filament is connected to a controller associated therewith.
  • the controllers provide output values that correspond to the power fed into the filaments.
  • an evaluation circuit of the mass flow meter determines the mass flow of the mixture of carrier gas and steam through the mass flow meter from the electrical powers fed into the filaments. With an optional temperature sensor leaves increase the accuracy.
  • the mass flow measured value is fed to an evaluation device which is part of a control device.
  • This evaluation device essentially carries out a subtraction of the mass flow value of the carrier gas supplied by the first mass flow meter from the mass flow value supplied by the second mass flow meter, so that the net amount of the steam mass flow remains as output value.
  • a superordinate control device can control the steam feed, so that a carrier gas vapor mixture generator has a constant flow rate
  • the steam generation rate can be influenced by the amount of aerosol fed into an evaporator by an aerosol generator. However, the steam generation rate can also be influenced by a variation of the carrier gas flow or by a variation of the evaporating power of the evaporator, ie by its temperature.
  • the carrier gas vapor mixture thus produced is fed to a coating device.
  • This coating device has a process chamber into which the carrier gas vapor mixture is introduced by means of a heated gas inlet element.
  • With regard to the production of an aerosol and its evaporation and feeding into a process chamber reference is also made to DE 10 2011 051 263 A1, the content of which is fully incorporated into this application.
  • FIG. 1 is a partially broken perspective view of the embodiment of the invention
  • 2 is a longitudinal section along the line II-II in Figure 1
  • Figure 3 is an end view of the sensor
  • FIG. 5 shows schematically an application example for the use of the sensor element described in FIGS. 1 to 4 in a second mass flow meter 29 of an apparatus consisting of two mass flow meters 35, 29 for generating a vapor gas mixture
  • FIG. 7 shows the power which, with the minimum calibration flow, has to be fed into the filament arrangements 3, 9, 14 in order to achieve the temperatures shown in FIG.
  • Fig. 8 shows the power to be supplied to the filaments 4, 10, 15 of the filament assemblies when a gas flows through the mass flow meter 29 to maintain the temperatures shown in Fig. 6.
  • FIGS. 1 to 3 show a sensor element 2 inserted into a gas flow channel 1, for example a tube.
  • the sensor element 2 has a radial distance 24 to the inner wall of the tube 1 and is fastened by fixing elements within the flow channel such that a gas flow through the sensor element 2 can flow.
  • fixing elements for axial and radial fixation of the sensor element 2 in the gas flow channel 1, connection contacts 7, 8, 12, 13, 17, 18 described below are used below.
  • other fixing elements for example, radial webs or foam body used to fix the sensor element 2 in the gas flow channel 1.
  • the essential elements of the sensor element 2 are three filament arrangements 3, 9, 14. These filament arrangements are illustrated once again in FIG. 4 detached from the remaining components of the sensor element 2.
  • An outer filament assembly 3 has a hollow cylindrical tubular shape.
  • a filament 4 which may be a tungsten wire, is placed in a helical pitch.
  • the individual helical turns are connected to each other via fastening means 6.
  • the two ends of the helical filiform 4 form terminal contacts 7, 8, through which a heating current can be fed into the filament 4.
  • the temperature of the filament 4 can be determined via the ratio of the current to the voltage applied to the connection contacts 7, 8.
  • the tubular filament assembly 3 has in the embodiment a rohrf örmigen support body 4, which is formed by a ceramic tube. On the outer wall of the support body 5, the filament 4 is wound up. By means of a ceramic adhesive, the individual helical turns of the filament 4 are spaced from each other and fixed to the support body 5.
  • the inner diameter of the support body 5 is about 27 mm.
  • two inner filament assemblies 9, 14 are arranged coaxially with the outer filament assembly 3.
  • the two inner filament assemblies 9, 14 are the same design in the embodiment. They are at a distance from each other so that an upstream first filament assembly 9 and a downstream second inner filament assembly 14 are formed.
  • the two inner filament assemblies 9, 14 are spaced from the two ends of the outer filament assembly 3 in the axial direction, ie in the flow direction D.
  • the two inner filament assemblies 9, 14 are spaced from the outer filament assembly 3 by a radial clearance clearance 23.
  • the two inner filament assemblies 9, 14 are spaced apart by a clearance clearance 25.
  • the axial length of the clearance clearance 25 corresponds approximately to the diameter of one of the two inner filament assemblies 9, 14.
  • the distance 25 'between the end face of the tube 5 and the filament assembly 9 corresponds approximately to the diameter of the tube fifth
  • the two inner filament assemblies 9, 14 each have a filament 10, 15 brought into a helical pitch, wherein the individual helical turns of the filaments 10, 15 are spaced from each other by fastening means 11, 16.
  • the fastening means 11, 16 are the same fastening means 6 with which the filament 4 is fastened to the support body 5, namely a hardened ceramic mass.
  • the inner filament assemblies 9, 14 are strapless so that the thermal mass or ratio 6 of thermal mass to the surface of the filament arrays is minimized.
  • the production of the inner filament assemblies 9, 14 can over take a lost support body to which the filament during manufacture 10, 15 is wound and after curing of the fastener 11, 16 is removed again.
  • the filaments 10, 15 of the inner filament assemblies 9, 14 form terminal contacts 12, 13; 17, 18, which protrude through the support body 5 of the outer filament 3 radially outward. These connection contacts 12, 13; 17, 18 are also used for radial and axial fixation of the inner filament assemblies 9, 14 in the outer filament assembly 3. About the terminal contacts 12, 13; 17, 18, a heating current in the filaments 10, 15 are fed. As a result, the inner filament assemblies 9, 14 are heated. By the ratio of the applied voltage and the current flowing through the filaments 10, 15, the temperature of the inner filament assemblies 9, 14 can be determined.
  • the filaments 4, 10, 15 used may consist of tungsten. They are wound in particular under tension on a supporting body and fixed over a ceramic coating. If a support body is used, this preferably has a thickness of about 200 ⁇ .
  • the ceramic coating can be up to 100 ⁇ thick.
  • the diameter of the filaments can be 25 ⁇ . The distance between two windings is typically between 25 to 40 ⁇ .
  • the filament assemblies 3, 9, 14 have a temperature stability for temperatures up to 500 ° C.
  • the filaments 4, 10, 15 can also be made of silicon carbide. The diameter of the inner Filamentanord- tions 9, 14 is about 8 mm.
  • the device can measure flows up to 300 ssl (standard liters per minute).
  • the existing of the three filament arrays 3, 9, 14 sensor arrangement is disposed in a jacket 22. It may be a protective jacket 22 which surrounds the outer filament assembly 3 at a small distance. With the protective jacket 22, the connection contacts 7, 8, 12, 13, 17, 18 passed through insulating.
  • the sensor element 2 is held floating in the gas flow channel 1, so that only a partial gas flow flows through the sensor element 2. Another partial gas flow flows around the sensor element 2 around.
  • the outer filament assembly 3 is arranged freely in the protective jacket 2.
  • the inner filament assemblies 9, 14 are arranged in free float fashion in the outer filament assembly 3, so that the gas stream passing through the sensor element 2 is split into two partial gas streams, one through the inner filament assemblies 9, 14 and another through the intermediate region 23 inner filament assemblies 9, 14 and outer filament assembly 3 can flow therethrough.
  • the facing the direction of the current end face of the sensor element 2 is provided with a cover 19.
  • This cover has openings 20, 21. It is provided a central opening 20 whose diameter is approximately the
  • FIG. 5 schematically shows the essential elements of an arrangement of the sensor element 2 according to the invention as a second mass flow meter 29 in a device for producing a vapor transported by a carrier gas.
  • a carrier gas stream 31 which may be, for example, hydrogen, nitrogen or a noble gas, is fed through a carrier gas feed channel 39 into a first mass flow meter 35. It can also be a mass flow controller.
  • the mass flow of the carrier gas 31 fed into the carrier gas feed channel 39 is measured in a manner known per se.
  • This measured value Mi is fed to an evaluation device 30.
  • the carrier gas stream 31 is regulated.
  • Mi is then the mass flow that flows through the mass flow controller 35.
  • the mass flow of the carrier gas 31 flows through a flow channel 36, 37, 38 to a second mass flow meter 29.
  • the vapor of a liquid or a solid starting material is fed into the flow channel 37 by means of a steam feeder 34.
  • a starting material 33 is converted into an aerosol, for example via an aerosol generator 40.
  • the aerosol is supplied with heat so that it is converted into steam.
  • FIG. 5 shows a storage container from which a powder is conveyed into an aerosol generator 40 with a screw conveyor.
  • the aerosol generator 40 enters the flowing through the flow channel 36 carrier gas flow.
  • the carrier gas Ström the powdery solid starting material 33 is injected.
  • the aerosol is transported via the flow channel 37 to an evaporator 32.
  • the evaporator may be formed by a solid state foam. It is an electrically conductive solid, through the foam pores of which the solid state Carrier gas mixture can enter the foam. By passing an electrical current, the evaporator 32 is heated to an evaporation temperature, so that the solid constituents of the aerosol evaporate. Through a further flow channel 38 then enters the carrier gas 1 with the transported by him steam.
  • the carrier gas vapor mixture is transported to the said second mass flow meter 29, in which a mass flow measuring arrangement consisting of the three filament arrangements 3, 9, 14 described above is located.
  • the filament arrangements 3, 9, 14 can also be fixed against one another or with respect to a sensor housing 22 by means of a solid-state foam. This solid state foam may be the same material from which the evaporator is made.
  • the filaments 4, 10, 15 of the filament assemblies 3, 9, 14 are spaced apart, they do not touch. However, the filaments are arranged so close together that they are in heat transfer contact with each other. The heat transfer takes place by heat conduction through the gas transported through the flow channel.
  • the gas preferably has a total pressure between 1 and 10 mbar.
  • Each of the three filaments 4, 10, 15 is maintained at a constant temperature Ti, T 2 , T 3 with an individual control device 26, 27, 28.
  • the relevant temperatures are shown in FIG. Tc is the condensation temperature of the steam. It can be seen that the temperatures Ti, T 2 , T 3 of the filaments 4, 10, 15 are higher than the Kon ⁇ condensation temperature Tc.
  • the three temperatures Ti, T 2 / T 3 may differ slightly from each other. You can also be the same.
  • Downstream of the three filaments 4, 10, 15 may be another filament, not shown. With this fourth filament, the gas temperature can be measured. The fourth filament is so far removed from the other filaments 4, 10, 15 that it is almost unaffected by its temperature. In a variant, likewise not shown, the fourth filament is arranged upstream of the three filaments 4, 10, 15.
  • FIG. 7 shows the powers P 1 , P 2 , P 3 which are required in order to keep the filaments 4, 10, 15 at the temperatures T 1 , T 2 , T 3 during a stationary or minimal standard flow through the outer filament assembly 3.
  • the temperature Ti of the first inner filament 10 in the flow direction is lower than the temperature T 2 of the outer filament 4.
  • the temperature T3 of the downstream second inner filament 15 is again lower than the temperature T 2 of the outer filament 4.
  • the temperatures Ti and T 2 can be about the same size. It can also be seen from FIG. 7 that the power which has to be fed into the outer filament 4 in order to maintain it at the temperature T 2 is greater than the powers Pi and P3 required to form the filaments 10 or 15 to keep the temperatures Ti or T3.
  • the services Pi and P3 are in the embodiment about the same size. However, they can be different by an amount ⁇ , since the filaments differ from one another for tolerance reasons.
  • FIG. 8 shows the powers ⁇ ', ⁇ 2 ', P 3 'required to hold the filaments 4, 10, 15 at the temperatures Ti, T 2 , T 3 when a gas flows through the mass flow meter 2 flowing. It can be seen that the powers which have to be fed into the inner filaments 9 and 15 differ by a larger ⁇ than in the case of a stationary flow (FIG. 7).
  • the temperature Ti, T 2 , T 3 of the filaments 4, 10, 15 is determined by the resistance of the filaments.
  • ⁇ is therefore also a measure of the mass flow. The mass flow can be obtained from ⁇ by means of a calibration curve.
  • a variable electrical power Pi, P 2 , P 3 is fed into the filaments 4, 10, 15.
  • the power Pi, P 2 , P 3 are so dimensioned that the temperatures Ti, T 2 , T 3 of the filaments are kept at a constant value.
  • a gas flow through the sensor element 2 has a heat removal from the filaments 4, 10, 15 result, so that a total of a larger power Pi, P 2 , P 3 in the filaments 4, 10, 15 must be fed. Since this also changes the isothermal field around the filaments 4, 10, 15 and each filament 4, 10, 15 in the isothermal field of each adjacent filament 4, 10, 15, can with the flow conditionally modified feed Pi, P 2 , P 3rd the mass flow can be determined.
  • the relevant value M 2 is supplied to the evaluation device 30.
  • This evaluation device forms the difference between the mass flow value M 2 and a mass flow value Mi, which the first mass flow meter 35 supplies, so that the output signal A is the net mass flow of the steam leaving the entire measuring arrangement through the outlet channel 41 and that through a further flow line, not shown is fed into a process chamber, as it is already known in principle from DE 10 2011 051 931 Al, from which the carrier gas flows out again into a vacuum pump, with their pump pulp tion of the total pressure at least within the flow channel 38, in which the carrier gas vapor mixture is transported, keeps in the low pressure range.
  • the accuracy of the measured value M 2 can be improved.
  • a device which is characterized in that one of the three filaments 4 forms an outer, tubular filament arrangement 3, in which the filaments 10, 15 arranged one behind the other in the flow direction D are provided with radial
  • a device which is characterized in that the outer filament arrangement 3 and the inner filament arrangements 9, 14 formed by the filaments 10, 15 arranged therein lie in the flow channel.
  • a device characterized in that at least one of the filament arrays 3, 9, 14, preferably each of the filament arrays 3, 9, 14 forms a tubular body.
  • a device which is characterized in that at least one filament arrangement 9, 14, preferably an inner filament arrangement, is designed to be carrier-free, wherein the helical turns of the filament 10, 15 arranged at an axial distance from each other are connected to each other by a fastening means 11, 16.
  • a device which is characterized in that the fastening means 11, 16 is a hardened, in particular ceramic paste.
  • connection contact 36 flow channel

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a device for determining the mass flow of a gas or gas mixture comprising a flow channel having a flow direction for flowing through the gas or the gas mixture, and having at least three electrically conductive filaments (4, 10, 15), each brought into a helix shape, the latter being arranged coaxially to one another and coaxially to the direction of flow, wherein two filaments (4, 15) are arranged one behind the other in the direction of flow. For functionally advantageous development, one of the three filaments (4), according to the invention, forms an outer, tube-like filament array (3), in which the filaments (10, 15), arranged one behind the other in the flow direction, are arranged at a radial distance with respect to the flow direction defining an axis.

Description

Vorrichtung zum Bestimmen des Massenflusses eines Gases beziehungsweise Gasgemisches mit ineinandergeschachtelten rohrförmigen Filamentanordnungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen des Massenflusses eines Gases beziehungsweise Gasgemisches mit einem eine Durchflussrichtung aufweisenden Strömungskanal zum Durchströmen des Gases oder der Gasmischung und mindestens drei jeweils in eine Wendelgangform gebrachte elektrisch leitende Filamente, die koaxial zueinander und koaxial zur Durch- flussrichtung angeordnet sind, wobei zwei Filamente in Durchflussrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei eines der drei Filamente eine äußere, rohrartige Filamentanordnung ausbildet, in der die in Durchflussrichtung hintereinander angeordneten Filamente mit radialem Abstand, bezogen auf die eine Achse definierende Durchflussrichtung angeordnet sind.  The invention relates to a device for determining the mass flow of a gas or gas mixture with a flow channel having a flow direction for flowing through the gas or the gas mixture and at least three electrically conductive filaments each brought into a helical pitch which are arranged coaxially with one another and coaxially with the flow direction, wherein two filaments are arranged behind one another in the direction of flow, wherein one of the three filaments forms an outer, tubular filament arrangement in which the filaments arranged one behind the other in the flow direction are arranged at a radial distance relative to the one Axis defining flow direction are arranged.
Eine derartige Vorrichtung wird in der DE 33 20 561 AI beschrieben. Der dort beschriebene Massenflussregler besitzt einen Strömungskanal, durch den der Hauptfluss der Strömung hindurchtritt und eine Bypassleitung. Um das Rohr der Bypassleitung sind drei Filamentanordnungen axial hintereinander ange- ordnet. Eine geführte Filamentanordnung umgibt die drei inneren Filamentanordnungen rohrartig. Such a device is described in DE 33 20 561 AI. The mass flow controller described therein has a flow channel through which the main flow of the flow passes and a bypass line. Around the tube of the bypass line, three filament arrangements are arranged axially behind one another. A guided filament arrangement surrounds the three inner filament assemblies like a tube.
Die US 4,341,107 oder die US 3,650,151 beschreiben jeweils ein Sensorelement, welches einen Massenflusssensor oder -regier ausbildet. Der Massenflussregler besitzt drei wendelgangförmige Filamente, die in koaxialer Anordnung hintereinander angeordnet sind. Die drei, die Filamente ausbildenden Drähte umgeben einen Strömungskanal, durch den ein Gas fließt, dessen Massenfluss bestimmt werden soll. Der Massenfluss wird kalorimetrisch bestimmt, indem über die Filamente Wärme in das den Strömungskanal durchströmende Gas eingespeist wird. Der Wärmeübertrag von einem zum anderen Filament wird durch dessen Temperatur ermittelt. Die Filamente werden hierzu von Drähten ausgebildet, deren elektrische Leitfähigkeit temperaturabhängig ist. US 4,341,107 or US 3,650,151 each describe a sensor element which forms a mass flow sensor or regulator. The mass flow controller has three helical filaments which are arranged in a coaxial arrangement one behind the other. The three wires forming the filaments surround a flow channel through which flows a gas whose mass flow is to be determined. The mass flow is determined calorimetrically by Heat is fed via the filaments into the gas flowing through the flow channel. The heat transfer from one filament to another is determined by its temperature. For this purpose, the filaments are formed by wires whose electrical conductivity is temperature-dependent.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Massenflusses eines in einem Trägergas transportierten Dampfes eines festen oder flüssigen Ausgangsstoffs wird in der DE 10 2011 051 931 AI beschrieben. Bei diesem und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch einen Trägergaseinspeisekanal ein Trägergas in einen Massenflussregler oder Massenflussmesser eingespeist. Mit diesem Massenflussmesser wird der Massenfluss des Trägergases bestimmt bzw. wenn es sich um einen Massenflussregler handelt, der Massenfluss des Trägergases eingestellt. Dieser Massenfluss wird in einer Mischzone mit einem Dampf eines flüssigen oder festen Ausgangsstoffes gemischt. Hierzu wird der flüssige oder feste Ausgangsstoff zunächst in ein Aerosol gewandelt. Das Aerosol wird dann in einem Verdampfer verdampft. Der so entweder in einen Strömungskanal eingespeiste Dampf oder innerhalb des Strömungskanals erzeugte Dampf wird dann einem zweiten Massenflussmesser zugeleitet, der den Massenfluss des Gemisches von Trägergas und Dampf bestimmt. Durch A method and a device for determining the mass flow of a vapor transported in a carrier gas of a solid or liquid starting material is described in DE 10 2011 051 931 AI. In this and the method according to the invention, a carrier gas is fed into a mass flow controller or mass flow meter through a carrier gas feed channel. With this mass flow meter, the mass flow of the carrier gas is determined or if it is a mass flow controller, set the mass flow of the carrier gas. This mass flow is mixed in a mixing zone with a vapor of a liquid or solid starting material. For this purpose, the liquid or solid starting material is first converted into an aerosol. The aerosol is then evaporated in an evaporator. The vapor thus generated either in a flow channel or generated within the flow channel is then fed to a second mass flow meter, which determines the mass flow of the mixture of carrier gas and steam. By
In-Beziehung-setzen der beiden Messwerte wird der Massenfluss des Dampfes ermittelt. Der zweite Massenflussmesser besitzt Filamente, die in Strömungsrichtung hintereinander liegen und mit denen ein Wärmetransport von einem Filament zum anderen Filament bestimmt wird. Durch das In-Beziehung-setzen wird der Massenfluss des Trägergases aus dem Massenfluss des Trägergas- dampfgemisches herausgerechnet, so dass als Ausgangswert der Massenfluss des reinen Dampfes verbleibt. Mit Hilfe dieses Massenflusses kann die Einspeisung des Dampfs, also insbesondere die Einspeisung eines Aerosols geregelt werden, so dass mit der Vorrichtung ein geregelter Massenfluss des Dampfes erzeugbar ist. Dieser Dampf wird einer Beschichtungseinrichtung zugeleitet, in der der Dampf aus einem beheizten Gaseinleitungsorgan in eine Prozesskammer einströmt. In der Prozesskammer befindet sich ein Substrat, welches auf einem gekühlten Substratträger liegt. Auf diesem Substrat soll der dosiert ein- gespeiste Dampf zu einer Schicht kondensieren. Die Einspeisung des Trägergases in den ersten Massenflussregler erfolgt bei Drucken die oberhalb des Atmosphärendrucks liegen. Der Druck in dem, dem ersten Massenflussmesser nachgeordneten, Strömungskanalsystem liegt im Bereich zwischen 1 und 10 mbar. Der erste Massenflussregler wirkt gewissermaßen als Drossel. Der Druck im nachgeordneten Strömungskanalsystem wird von einem Druckregler geregelt, der mit einer Vakuumpumpe zusammen wirkt, die stromabwärts der Prozesskammer angeordnet ist. In relation to the two measured values, the mass flow of the steam is determined. The second mass flow meter has filaments which lie one behind the other in the flow direction and with which a heat transport from one filament to the other filament is determined. By putting into relationship, the mass flow of the carrier gas is calculated out of the mass flow of the carrier gas vapor mixture, so that the mass flow of the pure vapor remains as the initial value. With the help of this mass flow, the feed of the steam, so in particular the supply of an aerosol can be regulated, so that with the device, a controlled mass flow of the steam can be generated. This vapor is fed to a coating device, in which the steam flows from a heated gas introduction member into a process chamber. In the process chamber is a substrate which lies on a cooled substrate carrier. On this substrate, the metered-fed steam should condense into a layer. The feed of the carrier gas into the first mass flow controller takes place at pressures which are above the atmospheric pressure. The pressure in the, downstream of the first mass flow meter, flow channel system is in the range between 1 and 10 mbar. The first mass flow controller acts as a kind of throttle. The pressure in the downstream flow channel system is controlled by a pressure regulator which cooperates with a vacuum pump located downstream of the process chamber.
Die EP 2 057454 Bl beschreibt einen Unterdruckmesser vom Typ Pirani zum Messen des Drucks eines verdampften organischen Materials. Zwei nahe bei einander liegende Filamente werden beheizt, indem durch die Filamente ein Strom hindurch fließt. Die Temperatur der Filamente wird durch die Änderung des elektrischen Widerstandes gemessen. Aus den US 6,370,950 Bl und US 6,629,456 B2 sind Massenflussmesser bekannt zum Messen des Massenflusses eines gasförmigen Mediums. Durch eine entsprechende Leistungseinspeisung in die Heizelemente wird ihre Temperaturdifferenz auf Null gehalten. Aus der US 8,069,718 B2 ist ein Massenflussmesser bekannt, bei dem ein Heizelement auf einer Temperatur gehalten wird, die größer ist als die Gastemperatur. An den Heizelementen können sich Verunreinigungen anlagern. Durch eine geeignete Regelung wird die Temperatur unabhängig von einer etwaigen Anlagerung von Verunreinigungen auf einem konstanten Wert gehalten. EP 2 057454 B1 describes a Pirani vacuum gauge for measuring the pressure of a vaporized organic material. Two filaments close to each other are heated by passing a current through the filaments. The temperature of the filaments is measured by the change in electrical resistance. From US 6,370,950 Bl and US 6,629,456 B2 mass flow meter are known for measuring the mass flow of a gaseous medium. By a corresponding power feed into the heating elements their temperature difference is kept at zero. From US 8,069,718 B2, a mass flow meter is known in which a heating element is maintained at a temperature which is greater than the gas temperature. Contaminants can accumulate on the heating elements. By proper control keeps the temperature at a constant level, irrespective of any accumulation of impurities.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Massen- fluss-Messeinrichtung gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden. The invention has for its object to further develop the generic mass flow measuring device nutzsvorteilhaft.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. The object is achieved by the invention specified in the claims.
Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass eines der drei Filamente eine äußere rohrartige Filamentanordnung ausbildet, in der die in Durchflussrichtung hintereinander angeordneten Filamente mit radialem Abstand - bezogen auf die von der Durchflussrichtung definierten Achse - angeordnet sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn nicht nur die beiden inneren Fila- mentanordnungen im Strömungskanal, sondern auch die äußere Filamentanordnung im Strömungskanal zumindest aber an dessen Rand angeordnet ist. Bevorzugt bilden die drei Filamentanordnungen hohlzylindrische/ rohrförmige Körper. Die radial äußere Filamentanordnung übt bevorzugt die Funktion aus, die beim Stand der Technik die mittlere Filamentanordnung ausübt. Die beiden inneren Filamentanordnungen üben bevorzugt die Funktionen aus, die beim Stand der Technik das - bezogen auf das mittlere Filament - stromaufwärtige und stromabwärtige Filament ausüben. Die rohrförmigen Körper können einen Tragkörper aufweisen. Es kann sich dabei um ein Keramikrohr handeln, auf das das von einem Draht gebildete Filament aufgewickelt ist. Bevorzugt ist lediglich die äußere Filamentanordnung mit einem derartigen Tragkörper ausgestattet. Es ist ferner vorgesehen, dass ein oder mehrere Filamentanordnungen tragkörperlos gestaltet sind. Die auch hier von Drähten ausgebildeten Filamente können mit einem Befestigungsmittel in der Wendelgangform fixiert werden. Es kann sich dabei um dasselbe Befestigungsmittel handeln, mit dem die Filamente auf der Außenwand des rohrförmigen Tragkörpers fixiert sind. Bevorzugt sind die beiden inneren Filamentanordnungen trägerlos. Die als Filamente verwendeten Drähte haben die Eigenschaft, sich beim Durchleiten eines elektrischen Stromes aufzuheizen. Die Drähte haben ferner einen von der Temperatur ab- hängigen elektrischen Widerstand, so dass die Temperatur der Filamente durch eine Widerstandsmessung bestimmt werden kann. Die Fertigung der äußeren Filamentanordnung erfolgt durch die Bereitstellung eines entsprechend abgelängten Keramikrohres, auf das der das Filament ausbildende Draht aufgewickelt wird. Die Fixierung der einzelnen Wendelgänge mit Abstand zueinander erfolgt durch Auftragen einer pastösen keramischen Masse, die zu einem Festkörper aushärten kann. Die Fertigung einer trägerlosen Filamentanordnung erfolgt durch Aufwickeln des das Filament ausbildenden Drahtes auf einem verlorenen rohrförmigen Träger, beispielsweise einem Träger aus einem flexiblen Material, beispielsweise aus Teflon. Die auf diesen verlorenen Träger auf- gewickelten Wendelgänge werden durch Auftragen der oben erwähnten pastösen Keramikmasse fixiert. Nach Aushärten der Keramikmasse wird der verlorene Träger entfernt. Die axiale Länge der äußeren Filamentanordnung ist derart bemessen, dass in ihrem Inneren die beiden inneren Filamentanordnungen mit Abstand zueinander und Abstand zu der jeweils benachbarten Stirnseite der äußeren Filamentanordnung angeordnet werden können. Die radiale Fixierung der inneren Filamentanordnung in der äußeren Filamentanordnung kann über Anschlusskontakte erfolgen. Es handelt sich dabei um Drahtabschnitte der Filamente, die durch Wendelgang-Zwischenräume der äußeren Filamentanordnung hindurchtreten. Die Anschlusskontakte können durch Öffnungen des Tragkörpers hindurchtreten und mittels der oben erwähnten keramischen Paste in den Öffnungen fixiert sein. Es ist aber auch möglich, ergänzende Zentriermittel, beispielsweise Stege oder poröse Körper zu verwenden, mit denen die innere Filamentanordnung innerhalb der äußeren Filamen- tanordung koaxial dazu fixiert werden. Die äußere Filamentanordnung kann ebenfalls mittels der Anschlusskontakte radial an einer Innenwandung des Strömungskanals fixiert sein. Auch hier können alternativ andere Befestigungsmittel verwendet werden, beispielsweise Radialstege oder ein poröser Körper. Der radiale Abstand der inneren Filamentanordnungen von der äußeren Filamentanordnung ist so gewählt, dass durch den Zwischenraum zwischen der inneren Filamentanordnung und der äußeren Filamentanordnung ein Gasstrom hindurchströmen kann. Durch diesen Gasstrom kann ein Wärmetransport zwischen den beiden radial ineinandergeschachtelten Filamentan- Ordnungen stattfinden. Bevorzugt erfolgt der Wärmetransport von der radial äußeren Filamentanordnung zur radial inneren Filamentanordnung. Hierzu besitzt die radial äußere Filamentanordnung eine höhere Temperatur als die innere Filamentanordnung. Die beiden inneren Filamentanordnungen sind in axialer Richtung voneinander beabstandet. Der Abstand ist bevorzugt so ge- wählt, dass die beiden inneren Filamentanordnungen über das den Strömungskanal durchströmende Gas thermisch beeinflusst sind. Über das Gas kann nicht nur eine konvektive Wärmeübertragung, sondern auch eine Wärmeleitübertragung stattfinden. Die körperliche Verbindung der inneren Filamentanordnungen mit der äußeren Filamentanordnung ist derart gestaltet, dass über sie nur ein minimaler Wärmefluss fließt. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Dynamik einer gattungsgemäßen Filamentanordnung verbessert. Die Kontaktfläche zwischen Sensor und Gasgemisch ist durch die geschachtelte Koaxialanordnung deutlich vergrößert. Die Kontaktfläche ist um mindestens ein Zehnfaches höher, als bei einer Sensoranordnung, wie sie in der DE 10 2013 106 863 beschrieben wird. Bevorzugt wird ein äußeres Rohrelement derart beheizt, dass die Temperatur oberhalb der Temperatur der beiden inneren Rohrelemente liegt. Die Temperatur liegt aber unterhalb der Zerstörungsgrenze der das Gasgemisch bildenden Gasmoleküle. Sowohl das Filament der äußeren Filamentanordnung als auch das Filament der beiden inneren Fila- mentanordnungen werden aktiv beheizt. Während das äußere Filament als thermische Quelle fungiert, fungieren die inneren Filamente als Sensor. Der Anwendungszweck und die Anordnung der zuvor beschriebenen Sensoranordnung sowie das Verfahren zur Bestimmung des Massenflusses eines in einem Trägergas transportierten Dampfs werden in der DE 10 2011 051 931 AI beschrieben. Eine bevorzugte Verwendung und ein bevorzugtes Verfahren zur Verwendung wird in der DE 10 2013 106 863 beschrieben. Der Inhalt der beiden zuvor beschriebenen Druckschriften wird deshalb vollinhaltlich mit in den Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung einbezogen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Temperatur der Filamente durch Variation der in die Filamente eingespeisten Leistung auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird und der Massenfluss aus dem Wert der eingespeisten Leis- tung ermittelt wird. Die Leistung wird von einer Regeleinrichtung so gewählt, dass die Temperatur der Filamente unabhängig von der Strömung durch den Massenflussmesser eine konstante Temperatur behält. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass jedem Filament individuell eine Regel-/ Steuereinrichtung zugeordnet ist, mit der das Filament auf einer vorgegebenen Temperatur gere- gelt wird. Ein in Strömungsrichtung erstes Filament kann dabei auf einer ersten Temperatur gehalten werden, die kleiner ist als die Temperatur auf der ein zweites in Strömungsrichtung hinter dem ersten Filament angeordnetes Filament gehalten ist. Die Filamente sind derart dich nebeneinander angeordnet, dass die in das Gas eingebrachte Wärmemenge auch das benachbarte Filament beeinträchtigt. Ist beispielsweise die Strömung durch den Massenflussmesser minimal, so baut sich um jedes Filament ein erstes Isothermenfeld auf. Das stromaufwärts gelegene innere Filament wird nicht nur durch die in dieses Filament eingebrachte elektrische Leistung aufgeheizt. Es wird auch über Wärmeleitung von in Strömungsrichtung nachgeordneten beziehungsweise vom radial äußeren Filament aufgeheizt. Dabei erfolgt die Aufheizung im Wesentlichen lediglich durch Wärmeleitung durch das Gas hindurch, welches im Total druck 1 bis 10 mbar besitzt. Die Filamente sind im Wesentlichen von der Festkörperumgebung, also insbesondere von einem die Filamente fixierenden Körper thermisch entkoppelt. Strömt ein größerer Gasstrom durch den Massenflussmesser, so wird das Isothermenfeld um die Filamente in Strömungsrichtung verschoben, so dass sich ein vom ersten Isothermenfeld verschiedenes Isothermenfeld ausbildet. Dies hat zur Folge, dass das stromaufwärts gelegene, eine niedrigere Temperatur als das äußere Filament aufweisende Filament etwas geringer durch die Heizleistung des radial äußeren heißeren Filamentes aufgeheizt wird. Als Folge dessen muss in das innere stromaufwärtige Filament eine größere elektrische Leistung eingespeist werden, als in das stromabwärts gelegene innere Filament, um die Temperatur konstant zu halten. Die Temperatur des radial inneren, stromabwärtigen Filaments ist niedriger als die Temperatur des äußeren Filaments. Bei stillstehender oder geringer Strömung im Massenflussmesser wird das stromabwärtige innere Filament von dem vom radial äußeren Filament ausgehenden Wärmefluss beeinflusst. Fließt eine größere Gasströmung durch den Massenflussmesser, so wird dem stromabwärtigen inneren Filament vom radial äußeren Filament in modifizierer Weise Wärme zugeführt, insbesondere mehr Wärme zugeführt, als dem stromaufwärts liegenden Filament, so dass den beiden radial inneren Filamenten unterschiedliche Wärmemengen zugeführt werden müssen, um ihre Temperaturen konstant zu halten. Der Werkstoff, aus dem die Filamente gefertigt sind, besitzt einen temperatur- abhängigen Widerstand, so dass aus dem Strom durch das Filament und der am Filament anliegenden Spannung die Temperatur des Filamentes bestimmt werden kann. Die Temperatur, auf der die Filamente gehalten werden, ist geringer als die Zerlegungstemperatur des Dampfes. Die Temperatur ist aber hö- her als die Kondens ationstemperatur des Dampfes. Auch die Temperatur der Strömungskanäle, durch die das Trägergasdampfgemisch strömt, ist höher als die Kondensations temperatur des Dampfes. Es kann ein weiteres oder es können mehrere weitere Filamente vorgesehen sein, beispielsweise um die Tempe- ratur des Trägergasdampfgemisches zu bestimmen. Dieses weitere Filament kann stromaufwärts oder stromabwärts der äußeren Filamentanordnung angeordnet sein. Das Filament kann derart dicht an der äußeren Filamentanordnung angeordnet sein, dass es davon thermisch beeinflusst wird. Es kann aber auch einen ausreichenden Abstand dazu besitzen, dass keine thermische Beeinflus- sung stattfindet. Die Filamente können aus Wolframdraht bestehen. Sie sind in eine Wendelgangform gebracht und werden in dieser Wendelgangform in der oben beschriebenen Weise fixiert. Ihre Zuleitungen sind mit Regeleinrichtungen verbunden. Die beiden weiteren Filamente haben einen derartigen Abstand zum die höchste Temperatur aufweisenden Filament, dass vom die höchste Temperatur aufweisenden Filament Wärme auf das stromabwärtige bzw. First and foremost, it is proposed that one of the three filaments forms an outer tubular filament arrangement in which the filaments arranged one behind the other in the direction of flow are arranged at a radial distance relative to the axis defined by the flow direction. It is advantageous if not only the two inner filament arrangements in the flow channel but also the outer filament arrangement in the flow channel is arranged at least at the edge thereof. Preferably, the three filament assemblies form hollow cylindrical / tubular bodies. The radially outer filament assembly preferably performs the function that exerts the middle filament arrangement in the prior art. The two inner filament arrangements preferably perform the functions which in the prior art exert the upstream and downstream filaments with respect to the central filament. The tubular bodies may have a support body. It may be a ceramic tube, on which the filament formed by a wire is wound. Preferably, only the outer filament arrangement is equipped with such a support body. It is further contemplated that one or more filament assemblies are designed to be carrierless. The filaments formed here by wires can be fixed with a fastening means in the helical pitch. It may be the same fastener with which the filaments are fixed on the outer wall of the tubular support body. Preferably, the two inner filament arrays are strapless. The wires used as filaments have the property to heat up when passing an electric current. The wires also have a temperature-dependent electrical resistance so that the temperature of the filaments can be determined by resistance measurement. The production of the outer filament arrangement is effected by the provision of a correspondingly cut ceramic tube, on which the filament forming wire is wound up. The fixing of the individual helical turns spaced apart by applying a pasty ceramic mass that can harden to a solid. The production of a strapless filament arrangement is carried out by winding the wire forming the filament on a lost tubular support, for example a support made of a flexible material, such as Teflon. The turns wound on this lost carrier are fixed by applying the pasty ceramic composition mentioned above. After curing of the ceramic mass, the lost carrier is removed. The axial length of the outer filament arrangement is dimensioned such that in its interior the two inner filament arrangements can be arranged at a distance from one another and at a distance from the respectively adjacent end face of the outer filament arrangement. The radial fixation of the inner filament arrangement in the outer filament arrangement can take place via connection contacts. These are wire sections of the filaments that pass through helical interstices of the outer filament assembly. The terminal contacts can pass through openings of the support body and be fixed by means of the above-mentioned ceramic paste in the openings. But it is also possible to use additional centering means, such as webs or porous body, with which the inner filament arrangement within the outer Filamen- Arrangement coaxially fixed to it. The outer filament arrangement can likewise be fixed radially to an inner wall of the flow channel by means of the connection contacts. Again, other fasteners may alternatively be used, such as radial webs or a porous body. The radial distance of the inner filament assemblies from the outer filament assembly is selected so that a gas flow can flow through the gap between the inner filament assembly and the outer filament assembly. By this gas flow, a heat transfer between the two radially nested filament orders take place. The heat transport preferably takes place from the radially outer filament arrangement to the radially inner filament arrangement. For this purpose, the radially outer filament arrangement has a higher temperature than the inner filament arrangement. The two inner filament assemblies are spaced apart in the axial direction. The distance is preferably selected so that the two inner filament arrangements are thermally influenced by the gas flowing through the flow channel. Not only a convective heat transfer, but also a heat transfer can take place via the gas. The physical connection of the inner filament assemblies to the outer filament assembly is such that only minimal heat flow flows over them. With the arrangement according to the invention the dynamics of a generic filament arrangement is improved. The contact area between sensor and gas mixture is significantly increased by the nested coaxial arrangement. The contact area is at least ten times higher than in a sensor arrangement, as described in DE 10 2013 106 863. Preferably, an outer tubular element is heated in such a way that the temperature is above the temperature of the two inner tubular elements. However, the temperature is below the destruction limit of the gas mixture forming gas molecules. Both the filament of outer filament arrangement as well as the filament of the two inner filament arrangements are actively heated. While the outer filament acts as a thermal source, the inner filaments act as a sensor. The intended use and the arrangement of the previously described sensor arrangement as well as the method for determining the mass flow of a vapor transported in a carrier gas are described in DE 10 2011 051 931 A1. A preferred use and a preferred method of use is described in DE 10 2013 106 863. The content of the two previously described publications is therefore fully incorporated in the disclosure of this patent application. The method according to the invention is characterized in that the temperature of the filaments is kept at a predetermined value by variation of the power fed into the filaments and the mass flow is determined from the value of the fed-in power. The power is selected by a controller so that the temperature of the filaments will maintain a constant temperature regardless of the flow through the mass flow meter. In this case, provision is made in particular for each filament to be individually assigned a regulating / control device with which the filament is regulated at a predetermined temperature. In this case, a first filament in the direction of flow can be kept at a first temperature, which is smaller than the temperature at which a second filament arranged behind the first filament in the flow direction is held. The filaments are arranged side by side in such a way that the amount of heat introduced into the gas also affects the adjacent filament. If, for example, the flow through the mass flow meter is minimal, then a first isotherm field builds up around each filament. The upstream inner filament is heated not only by the electric power introduced into this filament. It will also be over Heat conduction of downstream in the flow direction or heated by the radially outer filament. The heating is carried out essentially only by heat conduction through the gas, which has a total pressure of 1 to 10 mbar. The filaments are essentially thermally decoupled from the solid-state environment, that is to say in particular from a body fixing the filaments. If a larger gas flow flows through the mass flow meter, the isothermal field is displaced around the filaments in the direction of flow so that an isothermal field different from the first isotherm field is formed. As a result, the upstream filament, having a lower temperature than the outer filament, is heated somewhat less by the heating power of the radially outer, hotter filament. As a result, a larger electrical power must be fed into the inner upstream filament than into the downstream inner filament to keep the temperature constant. The temperature of the radially inner, downstream filament is lower than the temperature of the outer filament. At a standstill or low flow in the mass flow meter, the downstream inner filament is affected by the heat flow from the radially outer filament. If a larger gas flow flows through the mass flow meter, heat is supplied to the downstream inner filament from the radially outer filament in a modified manner, in particular more heat is supplied than the upstream filament, so that different amounts of heat must be supplied to the two radially inner filaments to their Keep temperatures constant. The material from which the filaments are made has a temperature-dependent resistance, so that the temperature of the filament can be determined from the current through the filament and the voltage applied to the filament. The temperature at which the filaments are held is less than the decomposition temperature of the vapor. But the temperature is higher Her than the condensation temperature of the steam. The temperature of the flow channels through which the carrier gas vapor mixture flows is higher than the condensation temperature of the vapor. It may be another or more filaments may be provided, for example, to determine the temperature of the carrier gas vapor mixture. This further filament may be located upstream or downstream of the outer filament assembly. The filament may be disposed so close to the outer filament assembly that it is thermally affected thereby. However, it can also have a sufficient distance from it that no thermal influence takes place. The filaments may consist of tungsten wire. They are brought into a helical pitch and are fixed in this helical pitch in the manner described above. Their supply lines are connected to control devices. The two further filaments have such a distance to the highest temperature filament that from the highest temperature filament heat to the downstream or
stromaufwärtige Filament durch Wärmeleitung durch das Gas übertragen wird. In einer Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein weiteres viertes Filament vorgesehen, welches entweder stromaufwärts oder stromabwärts der drei zuvor beschriebenen Filamente angeordnet ist. Dieses zumindest eine Filament kann derart dicht an der aus drei Filamenten bestehenden Filamentanordnung angeordnet sein, dass auch auf dieses ergänzende Filament Wärme übertragen wird. Die Erfindung verfolgt insbesondere ein Einzelregler-Konzept, beim dem jedes Filament mit einem ihm zugeordneten Regler verbunden ist. Die Regler liefern Ausgangswerte, die der in die Filamente eingespeisten Leistung ent- spricht. Anhand einer Tabelle oder dergleichen ermittelt eine Auswerteschaltung des Massenflussmessers aus den in die Filamente eingespeisten elektrischen Leistungen den Massenfluss des Gemisches aus Trägergas und Dampf durch den Massenflussmesser. Mit einem optionalen Temperatursensor lässt sich die Genauigkeit erhöhen. Der Massenflussmesswert wird einer Auswerteeinrichtung zugleitet, die Teil einer Steuereinrichtung ist. Diese Auswerteeinrichtung führt im Wesentlichen eine Subtraktion des vom ersten Massenfluss- messer gelieferten Massenflusswert des Trägergases von dem vom zweiten Massenflussmesser gelieferten Massenflusswert durch, so dass als Ausgangswert der Nettobetrag des Dampfmassenflusses verbleibt. Mit diesem Ausgangswert kann eine übergeordnete Regeleinrichtung die Dampfeinspeisung steuern, so dass ein Trägergasdampfgemischerzeuger einen konstanten Upstream filament is transferred by conduction of heat through the gas. In a development of the invention, at least one further fourth filament is provided, which is arranged either upstream or downstream of the three previously described filaments. This at least one filament can be arranged so close to the consisting of three filaments filament arrangement that heat is transferred to this additional filament. In particular, the invention pursues a single-controller concept in which each filament is connected to a controller associated therewith. The controllers provide output values that correspond to the power fed into the filaments. Based on a table or the like, an evaluation circuit of the mass flow meter determines the mass flow of the mixture of carrier gas and steam through the mass flow meter from the electrical powers fed into the filaments. With an optional temperature sensor leaves increase the accuracy. The mass flow measured value is fed to an evaluation device which is part of a control device. This evaluation device essentially carries out a subtraction of the mass flow value of the carrier gas supplied by the first mass flow meter from the mass flow value supplied by the second mass flow meter, so that the net amount of the steam mass flow remains as output value. With this output value, a superordinate control device can control the steam feed, so that a carrier gas vapor mixture generator has a constant flow rate
Dampfmassenfluss liefert. Die Dampferzeugungsrate lässt sich einerseits durch die Menge des von einem Aerosolerzeuger in einen Verdampfer eingespeisten Aerosols beeinflussen. Die Dampferzeugungsrate lässt sich aber auch durch eine Variation des Trägergasstromes oder durch eine Variation der Verdampfungsleistung des Verdampfers, also durch dessen Temperatur beeinflussen. Das so erzeugte Trägergasdampfgemisch wird einer Beschichtungsvorrichtung zuge- leitet. Diese Beschichtungsvorrichtung besitzt eine Prozesskammer, in die durch ein geheiztes Gaseinlassorgan das Trägergasdampfgemisch eingeleitet wird. Hierzu wird insbesondere auf den Inhalt der WO 2012/175124 verwiesen. Hinsichtlich der Erzeugung eines Aerosols und dessen Verdampfung und Einspei- sung in eine Prozesskammer wird auch auf die DE 10 2011 051 263 AI verwie- sen, deren Inhalt vollumfänglich in diese Anmeldung mit einbezogen wird.Steam mass flow delivers. On the one hand, the steam generation rate can be influenced by the amount of aerosol fed into an evaporator by an aerosol generator. However, the steam generation rate can also be influenced by a variation of the carrier gas flow or by a variation of the evaporating power of the evaporator, ie by its temperature. The carrier gas vapor mixture thus produced is fed to a coating device. This coating device has a process chamber into which the carrier gas vapor mixture is introduced by means of a heated gas inlet element. Reference is made in particular to the content of WO 2012/175124. With regard to the production of an aerosol and its evaporation and feeding into a process chamber, reference is also made to DE 10 2011 051 263 A1, the content of which is fully incorporated into this application.
Selbiges gilt auch für die DE 10 2011 051 931 AI, die bereits das grundsätzliche Prinzip der Dampfmassenflussmessung offenbart. The same applies to DE 10 2011 051 931 Al, which already discloses the fundamental principle of steam mass flow measurement.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen: An embodiment of the invention will be explained below with reference to accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 2 einen Längsschnitt gemäß der Linie II-II in Figur 1, Fig. 3 eine Stirnseitenansicht auf den Sensor, 1 is a partially broken perspective view of the embodiment of the invention, 2 is a longitudinal section along the line II-II in Figure 1, Figure 3 is an end view of the sensor,
Fig. 4 eine perspektivische, längsgeschnittene Darstellung der drei Filamen- tanordnungen des Sensorelementes, 4 shows a perspective, longitudinally cut illustration of the three filament arrangements of the sensor element,
Fig. 5 schematisch ein Anwendungsbeispiel zur Verwendung des in den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Sensorelementes in einem zweiten Massen- flussmesser 29 einer aus zwei Massenflussmessern 35, 29 bestehenden Vorrichtung zur Erzeugung eines Dampf gasgemisches, 5 shows schematically an application example for the use of the sensor element described in FIGS. 1 to 4 in a second mass flow meter 29 of an apparatus consisting of two mass flow meters 35, 29 for generating a vapor gas mixture,
Fig. 6 den Temperaturverlauf in Strömungsrichtung durch die Filamentan- ordnungen 3, 9, 14 im Falle einer minimalen Kalibrierströmung, 6 shows the temperature profile in the flow direction through the Filamentan- orders 3, 9, 14 in the case of a minimum Kalibrierströmung,
Fig. 7 die Leistung, die bei der minimalen Kalibrierströmung in die Filamen- tanordnungen 3, 9, 14 eingespeist werden muss, um die in der Figur 6 dargestellten Temperaturen zu erreichen und FIG. 7 shows the power which, with the minimum calibration flow, has to be fed into the filament arrangements 3, 9, 14 in order to achieve the temperatures shown in FIG
Fig. 8 die Leistungen, die in die Filamente 4, 10, 15 der Filamentanordnungen eingespeist werden müssen, wenn durch den Massenflussmesser 29 ein Gas strömt, um die in Figur 6 dargestellten Temperaturen zu halten. Fig. 8 shows the power to be supplied to the filaments 4, 10, 15 of the filament assemblies when a gas flows through the mass flow meter 29 to maintain the temperatures shown in Fig. 6.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein in einen Gasflusskanal 1, beispielsweise ein Rohr, eingesetztes Sensorelement 2. Das Sensorelement 2 besitzt einen radialen Abstand 24 zu der Innenwandung des Rohres 1 und ist über Fixierelemente innerhalb des Strömungskanales derart befestigt, dass eine Gasströmung durch das Sensorelement 2 hindurchströmen kann. Zur axialen und radialen Fixierung des Sensorelementes 2 im Gasflusskanal 1 werden weiter unten noch beschriebene Anschlusskontakte 7, 8, 12, 13, 17, 18 verwendet. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel werden anderseitige Fixierelemente, bei- spielsweise Radialstege oder Schaumkörper verwendet, um das Sensorelement 2 im Gasflusskanal 1 zu fixieren. FIGS. 1 to 3 show a sensor element 2 inserted into a gas flow channel 1, for example a tube. The sensor element 2 has a radial distance 24 to the inner wall of the tube 1 and is fastened by fixing elements within the flow channel such that a gas flow through the sensor element 2 can flow. For axial and radial fixation of the sensor element 2 in the gas flow channel 1, connection contacts 7, 8, 12, 13, 17, 18 described below are used below. In one embodiment, not shown, other fixing elements, for example, radial webs or foam body used to fix the sensor element 2 in the gas flow channel 1.
Die wesentlichen Elemente des Sensorelementes 2 sind drei Filamentanordnungen 3, 9, 14. Diese Filamentanordnungen werden in der Figur 4 noch einmal losgelöst von den übrigen Komponenten des Sensorelementes 2 veranschaulicht. The essential elements of the sensor element 2 are three filament arrangements 3, 9, 14. These filament arrangements are illustrated once again in FIG. 4 detached from the remaining components of the sensor element 2.
Eine äußere Filamentanordnung 3 besitzt eine hohlzylindrische, rohrförmige Gestalt. Ein Filament 4, bei dem es sich um einen Wolfram-Draht handeln kann, ist in eine Wendelgangform gebracht. Die einzelnen Wendelgänge sind über Befestigungsmittel 6 miteinander verbunden. Die beiden Enden des wen- delgangförmigen Filamentes 4 bilden Anschlusskontakte 7, 8, durch die ein Heizstrom in das Filament 4 eingespeist werden kann. Über das Verhältnis des Stroms zur an den Anschlusskontakten 7, 8 anliegenden Spannung kann die Temperatur des Filamentes 4 ermittelt werden. Die rohrförmige Filamentanordnung 3 besitzt im Ausführungsbeispiel einen rohrf örmigen Tragkörper 4, der von einem Keramikrohr ausgebildet ist. Auf die Außen wandung des Tragkörpers 5 ist das Filament 4 aufgewickelt. Mittels eines keramischen Klebstoffs werden die einzelnen Wendelgänge des Filamentes 4 voneinandner beabstandet und am Tragkörper 5 fixiert. Der Innendurchmesser des Tragkörpers 5 beträgt etwa 27 mm. Innerhalb der äußeren Filamentanordnung 3 sind koaxial zur äußeren Fila- mentanordnung 3 zwei innere Filamentanordnungen 9, 14 angeordnet. Die beiden inneren Filamentanordnungen 9, 14 sind im Ausführungsbeispiel gleich gestaltet. Sie besitzen einen Abstand zueinander, so dass sich eine stromauf- wärtige erste Filamentanordnung 9 und eine stromabwärtige zweite innere Filamentanordnung 14 ausbildet. Die beiden inneren Filamentanordnungen 9, 14 sind von den beiden Stirnenden der äußeren Filamentanordnung 3 in Achsrichtung, d.h. in Durchströmungsrichtung D beabstandet. Die beiden inneren Filamentanordnungen 9, 14 sind durch einen radialen Abstandsfreiraum 23 von der äußeren Filamentanordnung 3 beabstandet. Die beiden inneren Filamentanordnungen 9, 14 sind durch einen Abstandsfreiraum 25 voneinander beabstandet. Die axiale Länge des Abstandsfreiraums 25 entspricht etwa dem Durchmesser einer der beiden inneren Filamentanordnungen 9, 14. Der Abstand 25' zwischen der Stirnseite des Rohres 5 und der Filamentanordnung 9 entspricht etwa dem Durchmesser des Rohres 5. An outer filament assembly 3 has a hollow cylindrical tubular shape. A filament 4, which may be a tungsten wire, is placed in a helical pitch. The individual helical turns are connected to each other via fastening means 6. The two ends of the helical filiform 4 form terminal contacts 7, 8, through which a heating current can be fed into the filament 4. The temperature of the filament 4 can be determined via the ratio of the current to the voltage applied to the connection contacts 7, 8. The tubular filament assembly 3 has in the embodiment a rohrf örmigen support body 4, which is formed by a ceramic tube. On the outer wall of the support body 5, the filament 4 is wound up. By means of a ceramic adhesive, the individual helical turns of the filament 4 are spaced from each other and fixed to the support body 5. The inner diameter of the support body 5 is about 27 mm. Within the outer filament assembly 3, two inner filament assemblies 9, 14 are arranged coaxially with the outer filament assembly 3. The two inner filament assemblies 9, 14 are the same design in the embodiment. They are at a distance from each other so that an upstream first filament assembly 9 and a downstream second inner filament assembly 14 are formed. The two inner filament assemblies 9, 14 are spaced from the two ends of the outer filament assembly 3 in the axial direction, ie in the flow direction D. The two inner filament assemblies 9, 14 are spaced from the outer filament assembly 3 by a radial clearance clearance 23. The two inner filament assemblies 9, 14 are spaced apart by a clearance clearance 25. The axial length of the clearance clearance 25 corresponds approximately to the diameter of one of the two inner filament assemblies 9, 14. The distance 25 'between the end face of the tube 5 and the filament assembly 9 corresponds approximately to the diameter of the tube fifth
Die beiden inneren Filamentanordnungen 9, 14 besitzen jeweils ein in eine Wendelgangform gebrachtes Filament 10, 15, wobei die einzelnen Wendelgänge der Filamente 10, 15 durch Befestigungsmittel 11, 16 voneinander beabstandet sind. Bei den Befestigungsmitteln 11, 16 handelt es sich um dasselbe Befestigungsmittel 6, mit dem das Filament 4 am Tragkörper 5 befestigt ist, nämlich eine ausgehärtete keramische Masse. Anders als die äußere Filamentanordnung 3 sind die inneren Filamentanordnungen 9, 14 trägerlos, so dass die thermische Masse beziehungsweise das Verhältnis 6 thermischer Masse zur Oberfläche der Filamentanordnungen minimiert ist. Die Fertigung der inneren Filamentanordnungen 9, 14 kann über einen verlorenen Tragkörper erfolgen, um den bei der Fertigung das Filament 10, 15 gewickelt wird und der nach Aushärtung des Befestigungsmittels 11, 16 wieder entfernt wird. Die Filamente 10, 15 der inneren Filamentanordnungen 9, 14 bilden Anschlusskontakte 12, 13; 17, 18 aus, die durch den Tragkörper 5 der äußeren Filamentanordnung 3 radial nach außen ragen. Diese Anschlusskontakte 12, 13; 17, 18 dienen auch zur radialen und axialen Fixierung der inneren Filamentanordnungen 9, 14 in der äußeren Filamentanordnung 3. Über die Anschlusskontakte 12, 13; 17, 18 kann ein Heizstrom in die Filamente 10, 15 eingespeist werden. Hierdurch können die inneren Filamentanordnungen 9, 14 aufgeheizt werden. Durch das Verhältnis der angelegten Spannung und des durch die Filamente 10, 15 fließenden Stroms kann die Temperatur der inneren Filamentanordnungen 9, 14 ermittelt werden. The two inner filament assemblies 9, 14 each have a filament 10, 15 brought into a helical pitch, wherein the individual helical turns of the filaments 10, 15 are spaced from each other by fastening means 11, 16. The fastening means 11, 16 are the same fastening means 6 with which the filament 4 is fastened to the support body 5, namely a hardened ceramic mass. Unlike the outer filament assembly 3, the inner filament assemblies 9, 14 are strapless so that the thermal mass or ratio 6 of thermal mass to the surface of the filament arrays is minimized. The production of the inner filament assemblies 9, 14 can over take a lost support body to which the filament during manufacture 10, 15 is wound and after curing of the fastener 11, 16 is removed again. The filaments 10, 15 of the inner filament assemblies 9, 14 form terminal contacts 12, 13; 17, 18, which protrude through the support body 5 of the outer filament 3 radially outward. These connection contacts 12, 13; 17, 18 are also used for radial and axial fixation of the inner filament assemblies 9, 14 in the outer filament assembly 3. About the terminal contacts 12, 13; 17, 18, a heating current in the filaments 10, 15 are fed. As a result, the inner filament assemblies 9, 14 are heated. By the ratio of the applied voltage and the current flowing through the filaments 10, 15, the temperature of the inner filament assemblies 9, 14 can be determined.
Die verwendeten Filamente 4, 10, 15 können aus Wolfram bestehen. Sie werden insbesondere unter Spannung auf einen Tragkörper aufgewickelt und über eine keramische Beschichtung fixiert. Sofern ein Tragkörper verwendet wird, hat dieser vorzugsweise eine Dicke von etwa 200 μπι. Die keramische Beschichtung kann bis zu 100 μιη dick sein. Der Durchmesser der Filamente kann 25 μιτι betragen. Der Abstand zwischen zwei Wicklungen liegt typischerweise zwischen 25 bis 40 μιτι. Die Filamentanordnungen 3, 9, 14 besitzen eine Temperaturstabilität für Temperaturen bis 500°C. Die Filamente 4, 10, 15 können auch aus Siliziumkarbid gefertigt werden. Der Durchmesser der inneren Filamentanord- nungen 9, 14 beträgt etwa 8 mm. The filaments 4, 10, 15 used may consist of tungsten. They are wound in particular under tension on a supporting body and fixed over a ceramic coating. If a support body is used, this preferably has a thickness of about 200 μπι. The ceramic coating can be up to 100 μιη thick. The diameter of the filaments can be 25 μιτι. The distance between two windings is typically between 25 to 40 μιτι. The filament assemblies 3, 9, 14 have a temperature stability for temperatures up to 500 ° C. The filaments 4, 10, 15 can also be made of silicon carbide. The diameter of the inner Filamentanord- tions 9, 14 is about 8 mm.
Mit der Vorrichtung können Flüsse bis zu 300 ssl (Standardliter pro Minute) gemessen werden. Beim Ausführungsbeispiel ist die aus den drei Filamentanordnungen 3, 9, 14 bestehende Sensor anordnung in einem Mantel 22 angeordnet. Es kann sich dabei um einen Schutzmantel 22 handeln, der die äußere Filamentanordnung 3 mit geringem Abstand umgibt. Mit dem Schutzmantel 22 sind die Anschlusskontakte 7, 8, 12, 13, 17, 18 isolierend hindurchgeführt. The device can measure flows up to 300 ssl (standard liters per minute). In the embodiment, the existing of the three filament arrays 3, 9, 14 sensor arrangement is disposed in a jacket 22. It may be a protective jacket 22 which surrounds the outer filament assembly 3 at a small distance. With the protective jacket 22, the connection contacts 7, 8, 12, 13, 17, 18 passed through insulating.
Bei der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Anordnung wird das Sensorelement 2 freischwebend im Gasflusskanal 1 gehalten, so dass nur ein Teilgasfluss durch das Sensorelement 2 hindurchfließt. Ein weiterer Teilgasfluss fließt um das Sensorelement 2 herum. Die äußere Filamentanordnung 3 ist frei im Schutzmantel 2 angeordnet. Die inneren Filamentanordnungen 9, 14 sind freischwebend in der äußeren Filamentanordnung 3 angeordnet, so dass der durch das Sensorelement 2 hindurchtretende Gasstrom sich in zwei Teilgasströme auf- spaltet, von denen einer durch die inneren Filamentanordnungen 9, 14 und ein weiterer durch den Zwischenbereich 23 zwischen inneren Filamentanordnungen 9, 14 und äußerer Filamentanordnung 3 hindurchströmen kann. In the arrangement illustrated in FIGS. 1 to 3, the sensor element 2 is held floating in the gas flow channel 1, so that only a partial gas flow flows through the sensor element 2. Another partial gas flow flows around the sensor element 2 around. The outer filament assembly 3 is arranged freely in the protective jacket 2. The inner filament assemblies 9, 14 are arranged in free float fashion in the outer filament assembly 3, so that the gas stream passing through the sensor element 2 is split into two partial gas streams, one through the inner filament assemblies 9, 14 and another through the intermediate region 23 inner filament assemblies 9, 14 and outer filament assembly 3 can flow therethrough.
Die gegen die Stromrichtung weisende Stirnseite des Sensorelementes 2 ist mit einer Abdeckung 19 versehen. Diese Abdeckung besitzt Öffnungen 20, 21. Es ist eine Zentralöffnung 20 vorgesehen, deren Durchmesser in etwa dem The facing the direction of the current end face of the sensor element 2 is provided with a cover 19. This cover has openings 20, 21. It is provided a central opening 20 whose diameter is approximately the
Durchmesser der inneren Filamentanordnung 9 entspricht. Die Zentralöffnung 20 wird von einer Mehrzahl von peripheren Öffnungen 21 umgeben, die eine geringere Durchtrittsfläche aufweisen, als die zentrale Öffnung 20. Die peri- pheren Öffnungen 21 liegen im Bereich des ringförmigen Zwischenraums zwischen innerer Filamentanordnung 9 und äußerer Filamentanordnung 3. Die Figur 5 zeigt schematisch die wesentlichen Elemente einer Anordnung des erfindungsgemäßen Sensorelementes 2 als zweiter Massenflussmesser 29 in einer Vorrichtung zum Erzeugen eines von einem Trägergas transportierten Dampfs. Ein Träger gas ström 31, bei dem es sich beispielsweise um Wasserstoff, Stickstoff oder ein Edelgas handeln kann, wird durch einen Trägergaseinspei- sekanal 39 in einen ersten Massenflussmesser 35 eingespeist. Es kann sich dabei auch um einen Massenflussregler handeln. Mit dem Massenflussmesser 35 oder Massenflussregler wird in an sich bekannter Weise der Massenfluss des in den Trägergaseinspeisekanal 39 eingespeisten Trägergases 31 gemessen. Dieser Messwert Mi wird einer Auswerteeinrichtung 30 zugeleitet. Es ist aber auch vorgesehen, dass der Trägergasstrom 31 geregelt wird. Mi ist dann der Massenfluss, der durch den Massenflussregler 35 hindurchströmt. Diameter of the inner filament assembly 9 corresponds. The central opening 20 is surrounded by a plurality of peripheral openings 21 which have a smaller passage area than the central opening 20. The peripheral openings 21 are located in the area of the annular space between inner filament arrangement 9 and outer filament arrangement 3. FIG. 5 schematically shows the essential elements of an arrangement of the sensor element 2 according to the invention as a second mass flow meter 29 in a device for producing a vapor transported by a carrier gas. A carrier gas stream 31, which may be, for example, hydrogen, nitrogen or a noble gas, is fed through a carrier gas feed channel 39 into a first mass flow meter 35. It can also be a mass flow controller. With the mass flow meter 35 or mass flow controller, the mass flow of the carrier gas 31 fed into the carrier gas feed channel 39 is measured in a manner known per se. This measured value Mi is fed to an evaluation device 30. However, it is also provided that the carrier gas stream 31 is regulated. Mi is then the mass flow that flows through the mass flow controller 35.
Der Massenfluss des Trägergases 31 strömt durch einen Strömungskanal 36, 37, 38 zu einem zweiten Massenflussmesser 29. Dazwischen wird mittels eines Dampfeinspeisers 34 der Dampf eines flüssigen oder eines festen Ausgangsstoffes in den Strömungskanal 37 eingespeist. Ein Ausgangsstoff 33 wird beispielsweise über einen Aerosolerzeuger 40 in ein Aerosol gewandelt. Dem Aerosol wird Wärme zugeführt, so dass es in Dampf gewandelt wird. Zur The mass flow of the carrier gas 31 flows through a flow channel 36, 37, 38 to a second mass flow meter 29. In between, the vapor of a liquid or a solid starting material is fed into the flow channel 37 by means of a steam feeder 34. A starting material 33 is converted into an aerosol, for example via an aerosol generator 40. The aerosol is supplied with heat so that it is converted into steam. to
Dampferzeugung kann beispielsweise eine Vorrichtung verwendet werden, wie sie die DE 10 2011 051 263 AI beschreibt. In der Figur 5 ist ein Vorratsbehälter dargestellt, aus dem mit einer Förderschnecke ein Pulver in einen Aerosolerzeuger 40 gefördert wird. In den Aerosolerzeuger 40 tritt der durch den Strömungskanal 36 strömende Trägergasstrom ein. In den Träger gas ström wird der pulverförmige feste Ausgangsstoff 33 injiziert. Das Aerosol wird über den Strömungskanal 37 zu einem Verdampfer 32 transportiert. Der Verdampfer kann von einem Festkörperschaum ausgebildet sein. Es handelt sich dabei um einen elektrisch leitenden Festkörper, durch dessen Schaumporen das Festkör- perträgergasgemisch in den Schaum eintreten kann. Durch Durchleiten eines elektrischen Stroms wird der Verdampfer 32 auf eine Verdampfungstemperatur aufgeheizt, so dass die Festkörperbestandteile des Aerosols verdampfen. Durch einen weiteren Strömungskanal 38 tritt dann das Trägergas 1 mit dem von ihm transportierten Dampf. Steam generation, for example, a device can be used, as described in DE 10 2011 051 263 AI. FIG. 5 shows a storage container from which a powder is conveyed into an aerosol generator 40 with a screw conveyor. In the aerosol generator 40 enters the flowing through the flow channel 36 carrier gas flow. In the carrier gas Ström the powdery solid starting material 33 is injected. The aerosol is transported via the flow channel 37 to an evaporator 32. The evaporator may be formed by a solid state foam. It is an electrically conductive solid, through the foam pores of which the solid state Carrier gas mixture can enter the foam. By passing an electrical current, the evaporator 32 is heated to an evaporation temperature, so that the solid constituents of the aerosol evaporate. Through a further flow channel 38 then enters the carrier gas 1 with the transported by him steam.
Innerhalb des Strömungskanals 36, 37, 38 findet somit eine Dampferzeugung statt. Das Trägergasdampfgemisch wird zu dem besagten zweiten Massen- flussmesser 29 transportiert, in dem sich eine Massenflussmessanordnung be- stehend aus den drei oben beschriebenen Filamentanordnungen 3, 9, 14 befindet. Die Filamentanordnungen 3, 9, 14 können auch über einen Festkörperschaum gegeneinander beziehungsweise gegenüber einem Sensorgehäuse 22 fixiert werden. Bei diesem Festkörperschaum kann es sich um denselben Werkstoff handeln, aus dem der Verdampfer gefertigt ist. Within the flow channel 36, 37, 38 thus takes place steam generation. The carrier gas vapor mixture is transported to the said second mass flow meter 29, in which a mass flow measuring arrangement consisting of the three filament arrangements 3, 9, 14 described above is located. The filament arrangements 3, 9, 14 can also be fixed against one another or with respect to a sensor housing 22 by means of a solid-state foam. This solid state foam may be the same material from which the evaporator is made.
Die Filamente 4, 10, 15 der Filamentanordnungen 3, 9, 14 sind voneinander beabstandet, sie berühren sich nicht. Die Filamente sind aber derart dicht nebeneinander angeordnet, dass sie miteinander in Wärmeübertragungskontakt stehen. Die Wärmeübertragung findet durch Wärmeleitung durch das durch den Strömungskanal transportierte Gas statt. Das Gas hat vorzugsweise einen Totaldruck zwischen 1 und 10 mbar. The filaments 4, 10, 15 of the filament assemblies 3, 9, 14 are spaced apart, they do not touch. However, the filaments are arranged so close together that they are in heat transfer contact with each other. The heat transfer takes place by heat conduction through the gas transported through the flow channel. The gas preferably has a total pressure between 1 and 10 mbar.
Jedes der drei Filamente 4, 10, 15 wird mit einer individuellen Steuer-/ Regel-einrichtung 26, 27, 28 auf einer konstanten Temperatur Ti, T2, T3 ge- halten. Die diesbezüglichen Temperaturen sind in der Figur 6 dargestellt. Mit Tc ist die Kondensationstemperatur des Dampfes gekennzeichnet. Es ist ersichtlich, dass die Temperaturen Ti, T2, T3 der Filamente 4, 10, 15 höher liegt als die Kon- densations temper atur Tc. Die drei Temperaturen Ti, T2/ T3 können sich minimal voneinander unterscheiden. Sie können auch gleich sein. Each of the three filaments 4, 10, 15 is maintained at a constant temperature Ti, T 2 , T 3 with an individual control device 26, 27, 28. The relevant temperatures are shown in FIG. Tc is the condensation temperature of the steam. It can be seen that the temperatures Ti, T 2 , T 3 of the filaments 4, 10, 15 are higher than the Kon¬ condensation temperature Tc. The three temperatures Ti, T 2 / T 3 may differ slightly from each other. You can also be the same.
Stromabwärts der drei Filamente 4, 10, 15 kann sich ein weiteres, nicht darge- stelltes Filament befinden. Mit diesem vierten Filament kann die Gastemperatur gemessen werden. Das vierte Filament ist so weit von den anderen Filamenten 4, 10, 15 entfernt, dass es von deren Temperatur nahezu nicht beeinflusst wird. In einer ebenfalls nicht dargestellten Variante ist das vierte Filament stromaufwärts der drei Filamente 4, 10, 15 angeordnet. Downstream of the three filaments 4, 10, 15 may be another filament, not shown. With this fourth filament, the gas temperature can be measured. The fourth filament is so far removed from the other filaments 4, 10, 15 that it is almost unaffected by its temperature. In a variant, likewise not shown, the fourth filament is arranged upstream of the three filaments 4, 10, 15.
Die Figur 7 zeigt die Leistungen Pi, P2, P3, die erforderlich sind, um bei einer stillstehenden oder minimalen Standardströmung durch die äußere Filamen- tanordnung 3 die Filamente 4, 10, 15 auf den Temperaturen Ti, T2, T3 zu halten. Dabei ist die Temperatur Ti des in Strömungsrichtung ersten inneren Filaments 10 geringer als die Temperatur T2 des äußeren Filaments 4. Die Temperatur T3 des stromabwärtigen zweiten inneren Filaments 15 ist wiederum geringer als die Temperatur T2 des äußeren Filaments 4. Die Temperaturen Ti und T2 können etwa gleich groß sein. Figur 7 ist auch zu entnehmen, dass die Leistung, die in das äußere Filament 4 eingespeist werden muss, um es auf der Temperatur T2 zu halten größer ist als die Leistungen Pi und P3, die erforderlich sind, um die Filamente 10 oder 15 auf den Temperaturen Ti bzw. T3 zu halten. Die Leistungen Pi und P3 sind im Ausführungsbeispiel etwa gleich groß. Sie können aber um einen Betrag Δρ verschieden sein, da sich die Filamente toleranzbedingt voneinander unterscheiden. Die Figur 8 zeigt die Leistungen Ρι', Ρ2', P3', die erforderlich sind, um die Filamente 4, 10, 15 auf den Temperaturen Ti, T2, T3 zu halten, wenn ein Gas ström durch den Massenflussmesser 2 hindurchströmt. Es ist ersichtlich, dass sich die Leistungen, die in die inneren Filamente 9 und 15 eingespeist werden müssen um ein größeres Δρ unterscheiden als es bei stillstehender Strömung (Figur 7) der Fall ist. Die Temperatur Ti, T2, T3 der Filamente 4, 10, 15 wird über den Widerstand der Filamente bestimmt. Δρ ist somit auch ein Maß für den Massen- fluss. Der Massenfluss kann anhand einer Kalibrierkurve aus Δρ gewonnen werden. FIG. 7 shows the powers P 1 , P 2 , P 3 which are required in order to keep the filaments 4, 10, 15 at the temperatures T 1 , T 2 , T 3 during a stationary or minimal standard flow through the outer filament assembly 3. Here, the temperature Ti of the first inner filament 10 in the flow direction is lower than the temperature T 2 of the outer filament 4. The temperature T3 of the downstream second inner filament 15 is again lower than the temperature T 2 of the outer filament 4. The temperatures Ti and T 2 can be about the same size. It can also be seen from FIG. 7 that the power which has to be fed into the outer filament 4 in order to maintain it at the temperature T 2 is greater than the powers Pi and P3 required to form the filaments 10 or 15 to keep the temperatures Ti or T3. The services Pi and P3 are in the embodiment about the same size. However, they can be different by an amount Δρ, since the filaments differ from one another for tolerance reasons. FIG. 8 shows the powers Ρι ', Ρ 2 ', P 3 'required to hold the filaments 4, 10, 15 at the temperatures Ti, T 2 , T 3 when a gas flows through the mass flow meter 2 flowing. It can be seen that the powers which have to be fed into the inner filaments 9 and 15 differ by a larger Δρ than in the case of a stationary flow (FIG. 7). The temperature Ti, T 2 , T 3 of the filaments 4, 10, 15 is determined by the resistance of the filaments. Δρ is therefore also a measure of the mass flow. The mass flow can be obtained from Δρ by means of a calibration curve.
Mit den Regeleinrichtungen 26, 27, 28 wird eine variable elektrische Leistung Pi, P2, P3 in die Filamente 4, 10, 15 eingespeist. Die Leistung Pi, P2, P3 sind so bemessen, dass die Temperaturen Ti, T2, T3 der Filamente auf einem konstanten Wert gehalten sind. Eine Gasdurchströmung durch das Sensorelement 2 hat ein Wärmeabtransport von den Filamenten 4, 10, 15 zur Folge, so dass insgesamt eine größere Leistung Pi, P2, P3 in die Filamente 4, 10, 15 eingespeist werden muss. Da sich einhergehend damit auch das Isothermenfeld um die Filamente 4, 10, 15 ändert und jedes Filament 4, 10, 15 im Isothermenfeld des jeweils benachbarten Filaments 4, 10, 15 liegt, kann mit den strömungsbedingt geänderten Einspeiseleistungen Pi, P2, P3 der Massenfluss bestimmt werden. Der diesbezügliche Wert M2 wird der Auswerteeinrichtung 30 zugeführt. Diese Auswerteeinrichtung bildet die Differenz zwischen dem Massenflusswert M2 und einem Massenflusswert Mi, den der erste Massenflussmesser 35 liefert, so dass das Ausgangssignal A der Nettomassenfluss des Dampfes ist, der die gesamte Messanordnung durch den Austrittskanal 41 verlässt und der durch eine nicht dargestellte weitere Strömungsleitung in eine Prozesskammer eingespeist wird, wie es grundsätzlich aus der DE 10 2011 051 931 AI vorbekannt ist, aus der das Trägergas wieder herausströmt in eine Vakuumpumpe, mit deren Pumpleis- tung der Totaldruck zumindest innerhalb des Strömungskanals 38, in dem das Trägergasdampfgemisch transportiert wird, im Niedrigdruckbereich hält. With the control devices 26, 27, 28, a variable electrical power Pi, P 2 , P 3 is fed into the filaments 4, 10, 15. The power Pi, P 2 , P 3 are so dimensioned that the temperatures Ti, T 2 , T 3 of the filaments are kept at a constant value. A gas flow through the sensor element 2 has a heat removal from the filaments 4, 10, 15 result, so that a total of a larger power Pi, P 2 , P 3 in the filaments 4, 10, 15 must be fed. Since this also changes the isothermal field around the filaments 4, 10, 15 and each filament 4, 10, 15 in the isothermal field of each adjacent filament 4, 10, 15, can with the flow conditionally modified feed Pi, P 2 , P 3rd the mass flow can be determined. The relevant value M 2 is supplied to the evaluation device 30. This evaluation device forms the difference between the mass flow value M 2 and a mass flow value Mi, which the first mass flow meter 35 supplies, so that the output signal A is the net mass flow of the steam leaving the entire measuring arrangement through the outlet channel 41 and that through a further flow line, not shown is fed into a process chamber, as it is already known in principle from DE 10 2011 051 931 Al, from which the carrier gas flows out again into a vacuum pump, with their pump pulp tion of the total pressure at least within the flow channel 38, in which the carrier gas vapor mixture is transported, keeps in the low pressure range.
Durch die Messung einer weiteren Temperatur des Trägergases mittels des oben erwähnten vierten Filaments, welches bevorzugt stromabwärts der Filamente 4, 10, 15 angeordnet ist, lässt sich die Genauigkeit des Messwertes M2 verbessern. By measuring a further temperature of the carrier gas by means of the above-mentioned fourth filament, which is preferably arranged downstream of the filaments 4, 10, 15, the accuracy of the measured value M 2 can be improved.
Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils eigenständig weiterbilden, nämlich: The above explanations serve to explain the inventions as a whole covered by the application, which independently further develop the state of the art, at least by the following combinations of features, namely:
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eines der drei Filamente 4 eine äußere, rohrartige Filamentanordnung 3 ausbildet, in der die in Durch- flussrichtung D hintereinander angeordneten Filamente 10, 15 mit radialemA device which is characterized in that one of the three filaments 4 forms an outer, tubular filament arrangement 3, in which the filaments 10, 15 arranged one behind the other in the flow direction D are provided with radial
Abstand, bezogen auf die eine Achse definierende Durchflussrichtung D angeordnet sind. Distance, relative to the axis defining flow direction D are arranged.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, die äußere Filamentanord- nung 3 und die von den darin angeordneten Filamenten 10, 15 gebildeten inneren Filamentanordnungen 9, 14 im Strömungskanal liegen. A device which is characterized in that the outer filament arrangement 3 and the inner filament arrangements 9, 14 formed by the filaments 10, 15 arranged therein lie in the flow channel.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, zumindest eine der Filamentanordnungen 3, 9, 14, bevorzugt jede der Filamentanordnungen 3, 9, 14 einen rohrförmigen Körper ausbilden. A device characterized in that at least one of the filament arrays 3, 9, 14, preferably each of the filament arrays 3, 9, 14 forms a tubular body.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, der rohrförmige Körper einen zylindrischen Tragkörper 5 aufweist, auf dem das zugeordnete Filament 4 aufgewickelt ist und insbesondere mittels eines Befestigungsmittels 6 auf der Außenwand des Tragkörpers 5 befestigt ist. A device characterized in that the tubular body has a cylindrical support body 5 on which the associated filament 4 is wound and in particular by means of a fastening means 6 is fixed on the outer wall of the support body 5.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, zumindest eine Filamentan- Ordnung 9, 14, bevorzugt eine innere Filamentanordnung tragkörperlos ausgebildet ist, wobei die mit axialem Abstand zueinander angeordneten Wendelgänge des Filaments 10, 15 mit einem Befestigungsmittel 11, 16 miteinander verbunden sind. Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, das Befestigungsmittel 11, 16 eine ausgehärtete, insbesondere keramische Paste ist. A device which is characterized in that at least one filament arrangement 9, 14, preferably an inner filament arrangement, is designed to be carrier-free, wherein the helical turns of the filament 10, 15 arranged at an axial distance from each other are connected to each other by a fastening means 11, 16. A device which is characterized in that the fastening means 11, 16 is a hardened, in particular ceramic paste.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, die inneren Filamentanordnungen 9, 14 derart von der äußeren Filamentanordnung 3 radial beabstandet sind, dass durch den Abstandsraum 23 zwischen innerer Filamentanordnung 9, 14 und äußerer Filamentanordnung 3 ein Gas strömen kann und durch diese Gasströmung eine Wärmeleitübertragung von der äußeren Filamentanordnung 3 auf die innere Filamentanordnung 9, 14 stattfinden kann und/ oder dass die beiden inneren Filamentanordnungen 9, 14 derart voneinander axial beab- standet sind, dass ein Wärmeleittransport durch das Gas von einer Filamentanordnung 9 zur anderen Filamentanordnung 14 stattfinden kann. A device characterized in that the inner filament assemblies 9, 14 are radially spaced from the outer filament assembly 3 such that gas can flow through the spacer space 23 between the inner filament assembly 9, 14 and outer filament assembly 3 and through this gas flow a heat transfer transmission the outer filament arrangement 3 can take place on the inner filament arrangement 9, 14 and / or that the two inner filament arrangements 9, 14 are axially spaced from one another such that a heat conduction transport through the gas can take place from one filament arrangement 9 to the other filament arrangement 14.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, sich die äußere Filamentanordnung 3 in axialer Richtung über die beiden inneren Filamentanordnungen 9, 14 hinaus erstreckt. A device characterized in that the outer filament assembly 3 extends axially beyond the two inner filament assemblies 9, 14.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die äußere Filamentanordnung 3 in einem rohrförmigen Mantel 22 steckt. Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, die stromaufwärtige Öffnung des Mantels 22 von einer Abdeckung 19 abgedeckt ist, welche Abdeckung 19 Öffnungen 20, 21 aufweist zum Durchtritt des Gases, wobei insbesondere eine zentrale Öffnung 20 vorgesehen ist, die von einer Vielzahl jeweils flächenkleineren Öffnungen 21 umgeben ist. A device which is characterized in that the outer filament assembly 3 is inserted in a tubular jacket 22. A device which is characterized in that the upstream opening of the jacket 22 is covered by a cover 19, which cover 19 has openings 20, 21 for the passage of the gas, wherein in particular a central opening 20 is provided, which of a plurality each smaller area openings 21 is surrounded.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/ beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. All disclosed features are essential to the invention (individually, but also in combination with one another). The disclosure of the associated / attached priority documents (copy of the prior application) is hereby also incorporated in full in the disclosure of the application, also for the purpose of including features of these documents in claims of the present application. The subclaims characterize with their features independent inventive developments of the prior art, in particular to make on the basis of these claims divisional applications.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Gasflusskanal/ Rohr 25 Abstandsfreiraum 1 gas flow channel / pipe 25 clearance clearance
2 Sensorelement/Massenflussmesser 25' Abstand  2 sensor element / mass flow meter 25 'distance
3 äußere Filamentanordnung 26 Regeleinrichtung  3 outer filament assembly 26 control device
4 Filament 27 Regeleinrichtung  4 filament 27 control device
5 Tragkörper 28 Regeleinrichtung  5 support body 28 control device
6 Befestigungsmittel 29 zweiter Massenflussmesser 6 fastening means 29 second mass flow meter
7 Anschlusskontakt 30 Auswerteeinrichtung7 connection contact 30 evaluation device
8 Anschlusskontakt 31 Trägergas 8 connection contact 31 carrier gas
9 erste innere Filamentanordnung 32 Verdampfer  9 first inner filament assembly 32 evaporator
10 Filament 33 Ausgangsstoff  10 filament 33 starting material
11 Befestigungsmittel 34 Dampfeinspeisung  11 fastening means 34 steam feed
12 Anschlusskontakt 35 erster Massenflussmesser 12 connection contact 35 first mass flow meter
13 Anschlusskontakt 36 Strömungskanal 13 connection contact 36 flow channel
14 zweite innere Filamentanordnung 37 Strömungskanal  14 second inner filament assembly 37 flow channel
15 Filament 38 Strömungskanal  15 filament 38 flow channel
16 Befestigungs mittel 39 Einspeisekanal  16 Fasteners 39 Infeed channel
17 Anschlusskontakt 40 Aerosolerzeuger  17 Connection contact 40 Aerosol generator
18 Anschlusskontakt 41 Austrittskanal  18 connection contact 41 outlet channel
19 Abdeckung  19 cover
20 zentrale Öffnung  20 central opening
21 Öffnung Δρ Betrag  21 opening Δρ amount
22 Schutzmantel D Durchströmungsrichtung 22 Sheath D Direction of flow
23 radialer Abstandsfreiraum/Zwischenbereich Mi Messwert 23 radial distance clearance / intermediate range Mi measured value
24 radialer Abstand M2 Messwert Pi Leistung 24 radial distance M 2 measured value Pi performance
P2 Leistung P 2 power
P3 Leistung P 3 power
Ti Temperatur  Ti temperature
T2 Temperatur T 2 temperature
T3 Temperatur  T3 temperature
Tc Kondensationstemperatur  Tc condensation temperature

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Bestimmen des Massenflusses eines Gases beziehungsweise Gasgemisches mit einem eine Durchflussrichtung (D) aufweisenden Strömungskanal zum Durchströmen des Gases oder der Gasmischung und mindestens drei jeweils in eine Wendelgangform gebrachte elektrisch leitende Filamente (4, 10, 15), die koaxial zueinander und koaxial zur Durchflussrichtung (D) angeordnet sind, wobei zwei Filamente (4, 15) in Durch- flussrichtung (D) hintereinander angeordnet sind, wobei eines der drei Filamente (4) eine äußere, rohrartige Filamentanordnung (3) ausbildet, in der die in Durchflussrichtung (D) hintereinander angeordneten Filamente (10, 15) mit radialem Abstand, bezogen auf die eine Achse definierende Durchflussrichtung (D) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Filamentanordnung (3) und die von den darin angeordneten Filamenten (10, 15) gebildeten inneren Filamentanordnungen (9, 14) im1. An apparatus for determining the mass flow of a gas or gas mixture having a flow direction (D) having flow channel for flowing through the gas or the gas mixture and at least three each brought into a helical pitch electrically conductive filaments (4, 10, 15) coaxial with each other and are arranged coaxially to the flow direction (D), wherein two filaments (4, 15) in the flow direction (D) are arranged one behind the other, wherein one of the three filaments (4) forms an outer tubular filament assembly (3) in which the Flow direction (D) arranged one behind the other filaments (10, 15) with a radial distance, relative to the one axis defining flow direction (D) are arranged, characterized in that the outer filament assembly (3) and the filaments arranged therein (10, 15 ) formed inner filament assemblies (9, 14) in
Strömungskanal liegen. Flow channel lie.
2. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Filamentanordnungen (3, 9, 14), bevorzugt jede der Filamentanordnungen (3, 9, 14) einen rohrförmigen2. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the filament assemblies (3, 9, 14), preferably each of the filament assemblies (3, 9, 14) has a tubular
Körper ausbilden. Train body.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rohr- förmige Körper einen zylindrischen Tragkörper (5) aufweist, auf dem das zugeordnete Filament (4) aufgewickelt ist und insbesondere mittels eines3. A device according to claim 2, characterized in that the tubular body has a cylindrical support body (5) on which the associated filament (4) is wound and in particular by means of a
Befestigungsmittels (6) auf der Außenwand des Tragkörpers (5) befestigt ist. Attachment (6) on the outer wall of the support body (5) is attached.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Filamentanordnung (9, 14), bevorzugt eine innere Filamentanordnung tragkörperlos ausgebildet ist, wobei die mit axialem Abstand zueinander angeordneten Wendelgänge des Filaments (10, 15) mit einem Befesti- gungsmittel (11, 16) miteinander verbunden sind. 4. The device according to claim 2, characterized in that at least one filament arrangement (9, 14), preferably an inner filament assembly is formed tragkörperlos, wherein the mutually axially spaced helical turns of the filament (10, 15) with a fastening means (11 , 16) are interconnected.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (11, 16) eine ausgehärtete, insbesondere keramische Paste ist. 5. Device according to one of claims 3 or 4, characterized in that the fastening means (11, 16) is a cured, in particular ceramic paste.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Filamentanordnungen (9, 14) derart von der äußeren Filamentanordnung (3) radial beabstandet sind, dass durch den Abstandsraum (23) zwischen innerer Filamentanordnung (9, 14) und äußerer Filamentanordnung (3) ein Gas strömen kann und durch diese6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inner filament assemblies (9, 14) are radially spaced from the outer filament assembly (3) by the spacer space (23) between inner filament assembly (9, 14) and outer Filament assembly (3) can flow a gas and through this
Gasströmung eine Wärmeleitübertragung von der äußeren Filamentanordnung (3) auf die innere Filamentanordnung (9, 14) stattfinden kann. Gas flow heat conduction from the outer filament assembly (3) on the inner filament assembly (9, 14) can take place.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬
Figure imgf000028_0001
kennzeichnet, dass die beiden inneren Filamentanordnungen (9, 14) derart voneinander axial beabstandet sind, dass ein Wärmeleittransport durch das Gas von einer Filamentanordnung (9) zur anderen Filamentanordnung (14) stattfinden kann. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die äußere Filamentanordnung (3) in axialer Richtung über die beiden inneren Filamentanordnungen (9, 14) hinaus erstreckt. Device according to one of the preceding claims, characterized ge
Figure imgf000028_0001
characterizing that the two inner filament assemblies (9, 14) are axially spaced from one another such that heat transfer transport through the gas can take place from one filament assembly (9) to the other filament assembly (14). 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the outer filament assembly (3) extends in the axial direction beyond the two inner filament assemblies (9, 14) addition.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Filamentanordnung (3) in einem rohrför- migen Mantel (22) steckt. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the outer filament assembly (3) in a rohrför- shaped jacket (22) inserted.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stromaufwärtige Öffnung des Mantels (22) von einer Abdeckung (19) abgedeckt ist, welche Abdeckung (19) Öffnungen (20, 21) aufweist zum Durchtritt des Gases, wobei insbesondere eine zentrale Öffnung (20) vorgesehen ist, die von einer Vielzahl jeweils flächenkleineren Öffnungen (21) umgeben ist. 10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the upstream opening of the jacket (22) by a cover (19) is covered, which cover (19) has openings (20, 21) for passage of the gas, in particular a central opening (20) is provided which is surrounded by a plurality of smaller area openings (21).
11. Vorrichtung, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche. 11. Device, characterized by one or more of the characterizing features of one of the preceding claims.
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