WO2017162353A1 - Flow measurement device for measuring a flow parameter of a fluid and method for flow measurement - Google Patents

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WO2017162353A1
WO2017162353A1 PCT/EP2017/051832 EP2017051832W WO2017162353A1 WO 2017162353 A1 WO2017162353 A1 WO 2017162353A1 EP 2017051832 W EP2017051832 W EP 2017051832W WO 2017162353 A1 WO2017162353 A1 WO 2017162353A1
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thermometer
temperature
heating element
fluid
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PCT/EP2017/051832
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Ulf Hammerschmidt
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Bundesrepublik Deutschland, Vertreten Durch Das Bundesministerium Für Wirtschaft Und Energie, Dieses Vertreten Durch Den Präsidenten Der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/7084Measuring the time taken to traverse a fixed distance using thermal detecting arrangements

Definitions

  • the invention relates to a flow measuring device for measuring a flow parameter of a fluid, in particular a gas, with (a) a passage for passing the fluid in a flow direction, (b) an elongated heating element, (c) at least one thermometer, and (d) a control unit which is connected to the heating element for outputting a temperature pulse and connected to the thermometer for determining a maximum temperature at the thermometer and which is adapted to automatically calculate the flow from the maximum temperature.
  • the invention relates to a method for flow measurement comprising the steps of (a) passing a fluid having a temperature T g in a flow direction through a passage, (b) delivering a temperature pulse by means of an elongated heating element, (c) measuring a maximum temperature means a thermometer and (d) automatically calculating a flow parameter that characterizes the flow from the maximum temperature.
  • Such flow measuring devices are known from DE 10 2014 010 939 C1 and serve, for example, for measuring the gas flow in household gas pipes. Since these are mass devices, the flowmeter should be particularly simple, small and robust. In addition, the flowmeter should have the highest possible measurement accuracy in order to avoid error calculations.
  • a method in which a periodically fluctuating temperature is used is known from DE 10 201 1 010 461 A1.
  • thermometer arranged upstream of the heating element measures a temperature profile which is essentially independent of the flow velocity.
  • the object of the invention is to improve and / or simplify the measurement of the flow parameter.
  • the invention solves the problem by a generic flow measuring device in which the thermometer is arranged upstream with respect to the flow direction.
  • the invention solves the problem by a generic method in which the temperature pulse is emitted with respect to the flow direction downstream of the thermometer. It has been shown that the upstream measurement of the temperature together with the determination of the maximum temperature allows the measurement of the flow parameter with a particularly low measurement uncertainty. This is especially true if - as provided in accordance with a preferred embodiment - a distance between the elongated heating element and the thermometer is less than 250 microns, in particular 150 microns. This is especially true for small flows.
  • the flow parameter is understood in particular to mean a parameter which characterizes the flow through the feedthrough.
  • the flow parameter is the flow velocity v, a flow D of flowing medium, for example liters, molar amount and / or mass per unit time M, or one
  • Quantity M in particular a volume, a quantity of substance and / or a mass Medium that has flowed through the passage during a predetermined time unit ⁇ .
  • An elongated heating element is understood in particular to mean a heat source which, in a spatial dimension, has an extent which is at least ten times greater than the dimensions in the other two spatial directions.
  • the elongate heating element can thus be considered, to a good approximation, as a line-shaped heat source.
  • thermometer is understood in particular to mean a device by means of which the temperature and / or the temperature increase relative to an initial temperature can be determined. It is possible, but not necessary, for the thermometer to generate a measured value which indicates the temperature in a temperature unit, for example in degrees Celsius, Fahrenheit or Kelvin. In particular, it is sufficient that the absolute temperature and / or the temperature increase relative to an initial temperature T g can be determined unambiguously from the temperature signal. Under maximum temperature is the time maximum of the temperature or temperature increase above an initial temperature T g , in particular that temperature which is applied to the thermometer, when the heating element does not give off heat, understood.
  • a temperature pulse By emitting a temperature pulse is meant, in particular, a heating which takes place over such a short period of time that an approximation as Dirac pulse leads to a measurement deviation of at most 5%.
  • heating takes less than a tenth of a second, more preferably less than 1 millisecond.
  • the fluid is understood in particular a gas or gas mixture.
  • they are volatile hydrocarbons such as natural gas and / or biogas and / or hydrogen.
  • the fluid may also be a liquid or a liquid mixture.
  • the flow parameter is calculated by means of an equation
  • mathematical operations are performed which correspond to this equation. It is possible, but not necessary, for the given equation to be used exactly as written. If, for example, a factor is set equal to 1, then, of course, no multiplication by 1 must be carried out when applying the formula since such a multiplication does not change the result. It is also possible to add another term to the equation that will only marginally change the result. For example, it is possible to add any term that changes the measurement accuracy by less than 1%. It is also possible to use a mathematically equivalent equation for the calculation.
  • a temperature for example, the maximum temperature
  • a measured value is determined, which represents the temperature.
  • the temperature is represented by an electrical measurand, for example an electrical voltage.
  • the direction of flow is indicated. Regardless of any explicit designation of this flow direction, for example by a graphical representation, which is attached to the flowmeter according to a preferred embodiment, the flow direction can also be uniquely assigned to the flowmeter by the control unit being designed to determine the flow parameter calculated using an equation that then gives a correct result when the fluid flows in the direction of flow through the flow meter.
  • the flow measuring device is designed so that it can be flowed through in two directions.
  • the flow measuring device has at least two thermometers, wherein the heating element is arranged between the two thermometers. Since the temperature pulse always moves downstream faster than upstream, the control unit can preferably be designed so that it automatically determines from the measurement results of the two thermometers in which direction the fluid flows and the flow rate based on the measurement of the upstream Thermometer determined. In the following, a derivation of the formulas usable for the evaluation is given.
  • the outlined "Downstream” situation can be formally simplified by considering the upstream heat propagation in the otherwise flowing fluid instead, so the thermometer is located at a not too close mutual distance upstream of the heating element, where heat conduction and advection do not interfere constructively
  • the result of this "upstream situation” can always be particularly simple, if at least mathematically approximated technical realization in microtechnology is present.
  • very small volumes and correspondingly low heat capacities can then be mathematically determined.
  • the mutual distance of heating element and thermometer may be chosen very small (eg at most
  • the maximum temperature is the maximum temperature
  • Density of the fluid e is the Euler number 2,71828 ....
  • the heater is now to be overflowed by a fluid with the flow velocity v ⁇ n (positive) x-direction.
  • the fluid withdraws the enthalpy from it by forced convection
  • thermometer T1 A H dievom fluid-stained surface of the heater and tmax the effective Matterströmzeit, ie the time that elapses between the temperature pulse and the arrival of the maximum temperature on the thermometer.
  • the temperature maximum of an upstream (x ⁇ 0) thermometer T1 one obtains from equations (2) and (3):
  • the control unit is configured to automatically calculate the flow using an equation that calculates the maximum temperature, a maximum rest temperature, and a factor that depends on the flow rate, where the maximum rest temperature is the maximum temperature at the thermometer is applied when the flow rate of the fluid is zero and the heating element is energized in the same manner as in the determination of the maximum temperature.
  • the flow parameter in particular the flow rate, can be determined solely from the respective maximum temperature.
  • control unit is therefore configured to automatically calculate the flow or the flow rate using the formula
  • thermometer the thermometer from the heating element
  • the sensor constant d is typically calculable as the volume of the heater divided by the cross-sectional area of the heater.
  • the characteristic that the flow parameter is calculated on the basis of the given formula is understood in particular to mean that a mathematical Operation is performed, which corresponds to this formula.
  • a mathematical Operation is performed, which corresponds to this formula.
  • control unit is set up for automatically calculating the flow parameter on the basis of the formula (9).
  • This formula is based on the approximation that the flow velocity in the vicinity of the heating element and the thermometer corresponds to the root of the total quasi integrable flow velocity.
  • the heating element and the thermometer are arranged at a distance of at most 3 mm, in particular at most 1 mm, from an inner wall of the passage.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a flow measuring device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a measuring chip on which a heating element and the at least one thermometer are integrated.
  • FIG. 1 shows schematically a flow measuring device 10 according to the invention, which has a passage 12 for passing a fluid 14.
  • the flow measuring device 10 also has a measuring chip 16, which is fastened, for example, on an inner wall 18 of the passage 12. Via cable 20, the measuring chip 16 is in communication with a control unit 22.
  • a heating element 24 and a first thermometer 26 (referred to above as T1) and a second thermometer 28 are formed.
  • T1 a heating element 24 and the thermometers 26, 28 are etched out of a substrate 30. It can be seen that the thermometers 26, 28 are arranged upstream with respect to a flow direction R.
  • the flow measurement device 10 it is possible, but not necessary, for the flow measurement device 10 to have a transport size determination device 32 arranged, for example, in a branch 34 of the passage 12.
  • the branch 34 contains the same fluid as the passage 12 itself, but a flow rate v is, to a good approximation, zero, since the fluid 14 is greatly decelerated, for example by means of a frit 36.
  • the thermal transport size for example the thermal conductivity ⁇ G and / or the thermal conductivity ⁇ G of the fluid 14 is determined.
  • the control unit 22 is configured to automatically apply a temperature pulse of duration r.
  • the temperature is continuously first thermometer 26 measured. After dispensing the temperature pulse, the temperature T2 & rises and goes through a temporal maximum From the formula given above, the flow rate v can then be determined if the other parameters of the equation are known.
  • the flow rate v is also calculated from the maximum temperature that the second thermometer 28 measures. For example, the arithmetic mean of the two measured values determined in this way is output as the measurement result.
  • the second thermometer 28 may be used to measure the gas temperature Tg to determine the temperature increase and thus the maximum temperature.
  • the obtained discrete temperature maxima ⁇ ⁇ (- ⁇ , ⁇ ) are applied (usually) to Vv. With the help of a straight line adaptation one finds the searched values for m and n.

Abstract

The invention relates to a flow measurement device (10) for measuring a flow parameter (v) of a fluid (14), in particular a gas, comprising a duct (12) for conducting the fluid (14) in a flow direction (R), an elongated heating element (24), at least one thermometer (26) and a control unit (22) which is connected to the heating element (24) for emitting a temperature impulse and connected to the thermometer (26) for determining a maximum temperature, and which is configured to automatically calculate the flow from the maximum temperature. According to the invention, the thermometer (26) is arranged upstream in relation to the flow direction (R).

Description

Durchflussmessvorrichtung zum Messen eines Durchflussparameters eines Fluids und Verfahren zur Durchflussmessung  Flow measuring device for measuring a flow parameter of a fluid and method for flow measurement
Die Erfindung betrifft eine Durchflussmessvorrichtung zum Messen eines Durchflussparameters eines Fluids, insbesondere eines Gases, mit (a) einer Durchleitung zum Durchleiten des Fluids in einer Durchflussrichtung, (b) einem länglichen Heizelement, (c) zumindest einem Thermometer, und (d) einer Steuereinheit, die mit dem Heizelement zum Abgeben eines Temperaturimpulses verbunden ist und mit dem Thermometer zum Bestimmen einer Maximaltemperatur am Thermometer verbunden ist und die eingerichtet ist zum automatischen Berechnen des Durchflusses aus der Maximaltemperatur. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchflussmessung mit den Schritten (a) Durchleiten eines Fluids mit einer Temperatur Tg in einer Durchflussrichtung durch eine Durchleitung, (b) Abgeben eines Temperaturimpulses mittels eines länglichen Heizelementes, (c) Messen einer Maximaltemperatur mittels eines Thermometers und (d) automatisches Berechnen eines Durch- flussparameters, der den Durchfluss charakterisiert, aus der Maximaltemperatur. The invention relates to a flow measuring device for measuring a flow parameter of a fluid, in particular a gas, with (a) a passage for passing the fluid in a flow direction, (b) an elongated heating element, (c) at least one thermometer, and (d) a control unit which is connected to the heating element for outputting a temperature pulse and connected to the thermometer for determining a maximum temperature at the thermometer and which is adapted to automatically calculate the flow from the maximum temperature. According to a second aspect, the invention relates to a method for flow measurement comprising the steps of (a) passing a fluid having a temperature T g in a flow direction through a passage, (b) delivering a temperature pulse by means of an elongated heating element, (c) measuring a maximum temperature means a thermometer and (d) automatically calculating a flow parameter that characterizes the flow from the maximum temperature.
Derartige Durchflussmessvorrichtungen sind aus der DE 10 2014 010 939 C1 bekannt und dienen beispielsweise zur Messung des Gasdurchflusses in Gasleitungen von Haushalten. Da es sich dabei um Massengeräte handelt, soll das Durch- flussmessgerät besonders einfach, klein und robust aufgebaut sein. Zudem soll das Durchflussmessgerät eine möglichst hohe Messgenauigkeit aufweisen, um Fehlerberechnungen zu vermeiden. Such flow measuring devices are known from DE 10 2014 010 939 C1 and serve, for example, for measuring the gas flow in household gas pipes. Since these are mass devices, the flowmeter should be particularly simple, small and robust. In addition, the flowmeter should have the highest possible measurement accuracy in order to avoid error calculations.
Es ist aus der DE 10 2014 008 284 A1 bekannt, die Temperatur zeitabhängig an je einem in Strömungsrichtung stromaufwärts und einem stromabwärts gelegenen Thermometer zu bestimmen und aus der Zeitdifferenz zwischen dem Abgeben des Temperaturimpulses und dem Eintreffen des Temperaturimpulses am Thermometer sowie dem Abstand zwischen dem Heizelement und dem Thermometer die Durchflussgeschwindigkeit zu bestimmen. Das erfordert stets zwei Thermometer und die Messgenauigkeit bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten ist. It is known from DE 10 2014 008 284 A1 to determine the temperature as a function of time in each upstream upstream and downstream thermometer and from the time difference between the dispensing of the temperature pulse and the arrival of the temperature pulse on the thermometer and the distance between the heating element and the thermometer to determine the flow rate. This always requires two thermometers and the measuring accuracy at low flow velocities.
Ein Verfahren, bei dem eine periodisch schwankende Temperatur verwendet wird, ist aus der DE 10 201 1 010 461 A1 bekannt. A method in which a periodically fluctuating temperature is used, is known from DE 10 201 1 010 461 A1.
Die DE 10 2014 008 284 A1 lehrt, dass ein stromaufwärts zum Heizelement angeordnetes Thermometer einen Temperaturverlauf misst, der im Wesentlichen unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit ist. DE 10 2014 008 284 A1 teaches that a thermometer arranged upstream of the heating element measures a temperature profile which is essentially independent of the flow velocity.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messung des Durchflussparameters zu verbessern und/oder zu vereinfachen. The object of the invention is to improve and / or simplify the measurement of the flow parameter.
Die Erfindung löst das Problem durch eine gattungsgemäße Durchflussmess- Vorrichtung, bei der das Thermometer bezüglich der Durchflussrichtung stromaufwärts angeordnet ist. Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein gattungsgemäßes Verfahren, bei dem der Temperaturimpuls bezüglich der Durchflussrichtung stromabwärts des Thermometers abgegeben wird. Es hat sich gezeigt, dass die stromaufwärtige Messung der Temperatur zusammen mit der Bestimmung der Maximaltemperatur die Messung des Durchflussparameters mit einer besonders geringen Messunsicherheit erlaubt. Das gilt insbesondere dann, wenn - wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen - ein Abstand zwischen dem länglichen Heizelement und dem Thermo- meter kleiner ist als 250 Mikrometer, insbesondere 150 Mikrometer. Das gilt besonders für kleine Durchflüsse. The invention solves the problem by a generic flow measuring device in which the thermometer is arranged upstream with respect to the flow direction. According to a second aspect, the invention solves the problem by a generic method in which the temperature pulse is emitted with respect to the flow direction downstream of the thermometer. It has been shown that the upstream measurement of the temperature together with the determination of the maximum temperature allows the measurement of the flow parameter with a particularly low measurement uncertainty. This is especially true if - as provided in accordance with a preferred embodiment - a distance between the elongated heating element and the thermometer is less than 250 microns, in particular 150 microns. This is especially true for small flows.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Durchflussparameter insbesondere ein Parameter verstanden, der den Durchfluss durch die Durchlei- tung charakterisiert. Beispielsweise handelt es sich beim Durchflussparameter um die Strömungsgeschwindigkeit v, einen Durchfluss D an strömendem Medium, beispielsweise Liter, Stoffmenge und/oder Masse pro Zeiteinheit M, oder eine In the context of the present description, the flow parameter is understood in particular to mean a parameter which characterizes the flow through the feedthrough. For example, the flow parameter is the flow velocity v, a flow D of flowing medium, for example liters, molar amount and / or mass per unit time M, or one
Menge M, insbesondere ein Volumen, eine Stoffmenge und/oder eine Masse an Medium, das während einer vorgegebenen Zeiteinheit Δί durch die Durchleitung geflossen ist. Selbstverständlich kann auch mehr als eine dieser Größen bestimmt werden. Unter einem länglichen Heizelement wird insbesondere eine Wärmequelle verstanden, die in einer Raumdimension eine Ausdehnung hat, die zumindest zehnfach größer ist als die Ausdehnungen in die beiden anderen Raumrichtungen. Insbesondere kann das längliche Heizelement also in guter Näherung als eine linien- förmige Wärmequelle betrachtet werden. Quantity M, in particular a volume, a quantity of substance and / or a mass Medium that has flowed through the passage during a predetermined time unit Δί. Of course, more than one of these sizes can be determined. An elongated heating element is understood in particular to mean a heat source which, in a spatial dimension, has an extent which is at least ten times greater than the dimensions in the other two spatial directions. In particular, the elongate heating element can thus be considered, to a good approximation, as a line-shaped heat source.
Unter dem Thermometer wird insbesondere eine Vorrichtung verstanden, mittels der die Temperatur und/oder die Temperaturerhöhung gegenüber einer Ausgangstemperatur ermittelbar ist. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass das Thermometer einen Messwert erzeugt, der die Temperatur in einer Tempera- tureinheit, beispielsweise in Grad Celsius, Fahrenheit oder Kelvin, angibt. Insbesondere ist es ausreichend, dass aus dem Temperatursignal auf eindeutige Weise die absolute Temperatur und/oder die Temperaturerhöhung gegenüber einer Ausgangstemperatur Tg ermittelbar ist. Unter Maximaltemperatur wird das zeitliche Maximum der Temperatur oder Temperaturerhöhung über einer Ausgangstemperatur Tg, insbesondere diejenige Temperatur, die am Thermometer anliegt, wenn das Heizelement keine Wärme abgibt, verstanden. Unter dem Abgeben eines Temperaturimpulses wird insbesondere eine Erwärmung verstanden, die über eine so kurze Zeitdauer erfolgt, dass eine Näherung als Dirac-Impuls zu einer Messabweichung von höchstens 5 % führt. Beispielsweise dauert das Erwärmen weniger als eine Zehntelsekunde, insbesondere weniger als 1 Millisekunde. The thermometer is understood in particular to mean a device by means of which the temperature and / or the temperature increase relative to an initial temperature can be determined. It is possible, but not necessary, for the thermometer to generate a measured value which indicates the temperature in a temperature unit, for example in degrees Celsius, Fahrenheit or Kelvin. In particular, it is sufficient that the absolute temperature and / or the temperature increase relative to an initial temperature T g can be determined unambiguously from the temperature signal. Under maximum temperature is the time maximum of the temperature or temperature increase above an initial temperature T g , in particular that temperature which is applied to the thermometer, when the heating element does not give off heat, understood. By emitting a temperature pulse is meant, in particular, a heating which takes place over such a short period of time that an approximation as Dirac pulse leads to a measurement deviation of at most 5%. For example, heating takes less than a tenth of a second, more preferably less than 1 millisecond.
Unter dem Fluid wird insbesondere ein Gas oder Gasgemisch verstanden. Vorzugsweise handelt es sich um flüchtige Kohlenwasserstoffe wie Erdgas und/oder Biogas und/oder Wasserstoff. Alternativ kann das Fluid auch eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsgemisch sein. Unter dem Merkmal, dass der Durchflussparameter aus der Maximaltemperatur berechnet wird, ist insbesondere zu verstehen, dass es möglich, nicht aber notwendig ist, dass die Maximaltemperatur selbst direkt verwendet wird. Insbeson- dere ist es auch möglich, dass zur Berechnung digitale Signale verwendet werden, die die entsprechende Größe kodieren. Under the fluid is understood in particular a gas or gas mixture. Preferably, they are volatile hydrocarbons such as natural gas and / or biogas and / or hydrogen. Alternatively, the fluid may also be a liquid or a liquid mixture. By the feature that the flow rate parameter is calculated from the maximum temperature, it is to be understood in particular that it is possible, but not necessary, that the maximum temperature itself be used directly. In particular, it is also possible for the calculation to use digital signals which encode the corresponding size.
Unter dem Merkmal, dass der Durchflussparameter anhand einer Gleichung berechnet wird, wird insbesondere verstanden, dass mathematische Operationen ausgeführt werden, die dieser Gleichung entsprechen. Es ist dabei möglich, nicht aber notwendig, dass die angegebene Gleichung exakt wie aufgeschrieben verwendet wird. Wird beispielsweise ein Faktor gleich 1 gesetzt, so muss bei der Anwendung der Formel selbstverständlich keine Multiplikation mit 1 durchgeführt werden, da eine derartige Multiplikation das Ergebnis nicht ändert. Es ist zudem möglich, dass der Gleichung ein weiterer Term hinzugefügt wird, der das Ergebnis nur unwesentlich verändert. Beispielsweise ist es möglich, einen beliebigen Term hinzuzufügen, in dieser die Messgenauigkeit um weniger als 1 % verändert. Es ist zudem möglich, eine mathematisch äquivalente Gleichung zur Berechnung zu verwenden. By the feature that the flow parameter is calculated by means of an equation, it is understood in particular that mathematical operations are performed which correspond to this equation. It is possible, but not necessary, for the given equation to be used exactly as written. If, for example, a factor is set equal to 1, then, of course, no multiplication by 1 must be carried out when applying the formula since such a multiplication does not change the result. It is also possible to add another term to the equation that will only marginally change the result. For example, it is possible to add any term that changes the measurement accuracy by less than 1%. It is also possible to use a mathematically equivalent equation for the calculation.
Wenn davon gesprochen wird, dass eine Temperatur, beispielsweise die Maximaltemperatur, bestimmt wird, ist darunter zu verstehen, dass ein Messwert ermittelt wird, der die Temperatur repräsentiert. In der Regel wird die Temperatur durch eine elektrische Messgröße repräsentiert, beispielsweise eine elektrische Span- nung. When it is said that a temperature, for example, the maximum temperature, is determined, it is understood that a measured value is determined, which represents the temperature. As a rule, the temperature is represented by an electrical measurand, for example an electrical voltage.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei einer Durchflussmessvornchtung die Durchflussrichtung angegeben ist. Unabhängig von einer etwaigen expliziten Kennzeichnung dieser Durchflussrichtung, beispielsweise durch eine grafische Darstellung, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform an der Durchflussmessvornchtung angebracht ist, kann die Durchflussrichtung auch dadurch eindeutig dem Durch- flussmessgerät zugeordnet werden, dass die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie den Durchflussparameter anhand einer Gleichung berechnet, die dann ein korrektes Ergebnis liefert, wenn das Fluid in Durchflussrichtung durch die Durchflussmessvorrichtung strömt. It should be noted that in a flow meter, the direction of flow is indicated. Regardless of any explicit designation of this flow direction, for example by a graphical representation, which is attached to the flowmeter according to a preferred embodiment, the flow direction can also be uniquely assigned to the flowmeter by the control unit being designed to determine the flow parameter calculated using an equation that then gives a correct result when the fluid flows in the direction of flow through the flow meter.
Selbstverständlich ist es möglich und stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, dass die Durchflussmessvorrichtung so ausgebildet ist, dass sie in zwei Richtungen durchströmt werden kann. In diesem Fall besitzt die Durchflussmessvorrichtung zumindest zwei Thermometer, wobei das Heizelement zwischen den beiden Thermometern angeordnet ist. Da der Temperaturimpuls bei von null verschiedenen Durchströmgeschwindigkeit stets schneller stromabwärts wandert als stromaufwärts, kann die Steuereinheit bevorzugt so ausgebildet sein, dass sie aus den Messergebnissen der beiden Thermometer automatisch ermittelt, in welche Richtung das Fluid strömt und den Durchfluss anhand der Messung des strom- aufwärtigen Thermometers ermittelt. Im Folgenden wird eine Herleitung der zur Auswertung verwendbaren Formeln gegeben. Of course, it is possible and constitutes a preferred embodiment that the flow measuring device is designed so that it can be flowed through in two directions. In this case, the flow measuring device has at least two thermometers, wherein the heating element is arranged between the two thermometers. Since the temperature pulse always moves downstream faster than upstream, the control unit can preferably be designed so that it automatically determines from the measurement results of the two thermometers in which direction the fluid flows and the flow rate based on the measurement of the upstream Thermometer determined. In the following, a derivation of the formulas usable for the evaluation is given.
Mathematische Modelle zur Wärmebilanz der thermischen Anemometrie betrachten üblicherweise technische Anordnungen von Heizelement(en) und Thermo- meter(n), die stromabwärts funktionieren. Für die Ausbreitung der vom Heizelement erzeugten Wärme ergibt sich hierbei zwangsläufig, dass sich Wärmeleitung und Advektion (kollektive Strömung erwärmter Fluidteilchen) additiv zu erzwungener Konvektion überlagern. Bei der Ableitung von Arbeitsgleichungen für diesen kombinierten Transport entsteht ein kompliziertes Differentialgleichungssystem, das sich bisher nur näherungsweise lösen lässt. Mathematical models for the thermal balance of thermal anemometry usually consider technical arrangements of heating element (s) and thermometer (s) that operate downstream. For the propagation of the heat generated by the heating element, this inevitably results in that heat conduction and advection (collective flow of heated fluid particles) are superimposed additively to forced convection. The derivation of working equations for this combined transport creates a complicated system of differential equations which until now can only be solved approximately.
Die skizzierte„Stromab-Situation" lässt sich formal entscheidend vereinfachen, wenn man stattdessen die stromaufwärts gerichtete Wärmeausbreitung im ansonsten strömenden Fluid betrachtet. Das Thermometer ist also stromaufwärts des Heizelements in einem nicht zu großen gegenseitigen Abstand angeordnet. Hier überlagern sich Wärmeleitung und Advektion nicht konstruktiv, sondern vielmehr destruktiv. Folglich dürfen die genannten Transportmechanismen gesondert betrachtet werden. Die Bilanz dieser„Stromauf-Situation" kann sich, zumindest in der mathematischen Näherung, immer dann besonders einfach gestalten, wenn deren technische Realisierung in Mikrotechnik vorliegt. Für beide Funktionselemente lassen sich dann sehr kleine Volumina und entsprechend geringe Wärmekapazitäten mathematisch ansetzen. Auch der gegenseitige Abstand von Heizelement und Thermometer darf sehr klein gewählt werden (z.B. höchstens The outlined "Downstream" situation can be formally simplified by considering the upstream heat propagation in the otherwise flowing fluid instead, so the thermometer is located at a not too close mutual distance upstream of the heating element, where heat conduction and advection do not interfere constructively The result of this "upstream situation" can always be particularly simple, if at least mathematically approximated technical realization in microtechnology is present. For both functional elements, very small volumes and correspondingly low heat capacities can then be mathematically determined. Also, the mutual distance of heating element and thermometer may be chosen very small (eg at most
150 μιτι, beispielsweise). 150 μιτι, for example).
Zum Zeitpunkt f = 0 setzt das linienförmige Heizelement der Länge L am Ort x = 0 augenblicklich, d.h. 5-funktionsartig(beispielsweise τ = 100 μηη), die Enthalpie Ho frei. Diese breitet sich in dem umgebenden, ruhenden Fluid, insbesondere Gas, („G") der Temperatur T = TG und der Wärmeleitfähigkeit ÄG sowie der Temperaturleitfähigkeit aG isotrop und homogen durch Leitung aus. Das resultierende orts- und zeitabhängige Temperaturfeld lautet
Figure imgf000008_0001
At the time f = 0 sets the line-shaped heating element of length L at the location x = 0 instantaneously, ie 5-function-like (for example τ = 100 μηη), the enthalpy Ho free. This propagates in the surrounding, stationary fluid, in particular gas, ("G") of the temperature T = T G and the thermal conductivity λG and the thermal conductivity aG isotropically and homogeneously by conduction
Figure imgf000008_0001
Das Maximum der Tem eratur ist
Figure imgf000008_0002
The maximum temperature is
Figure imgf000008_0002
Es tritt am Ort ±x zum Zeitpunkt ?max = x2/4a G auf. Beispielsweise ist tmax = 5 ms. In (2) bezeichnet [p cp )G = Äg /a g die volumetrische spezifische Wärme für die It occurs at the place ± x at the time? max = x 2 / 4a G on. For example, tmax = 5 ms. In (2), [pc p ) G = λ g / a g denotes the volumetric specific heat for the
Dichte des Fluids, e ist die Eulersche Zahl 2,71828.... Density of the fluid, e is the Euler number 2,71828 ....
Der Heizer soll nun von einem Fluid mit der Durchflussgeschwindigkeit v \n (positiver) x-Richtung überströmt werden. Hierbei entzieht ihm das Fluid durch erzwungene Konvektion die Enthalpie The heater is now to be overflowed by a fluid with the flow velocity v \ n (positive) x-direction. The fluid withdraws the enthalpy from it by forced convection
Ηκ = AHtm^ (TH -TG ) = a AHtmäx ( H° mit (3) Η κ = A H t m ^ (T H -T G ) = a A H t mäx ( H ° with (3)
\P CP )H V
Figure imgf000008_0003
Es bezeichnen «den Wärmeübergangskoeffizienten, >AHdievom Fluid überströmte Oberfläche des Heizelements und tmax die wirksame Überströmzeit, also die Zeit, die zwischen dem Temperaturimpuls und dem Eintreffen des Temperaturmaximums am Thermometer verstreicht. Das Temperaturmaximum eines stromaufwärts (x<0) gelegenen Thermometers T1,
Figure imgf000009_0001
erhält man aus den Gleichungen (2) und (3) zu:
Figure imgf000009_0002
\ P C P) H V
Figure imgf000008_0003
Call it "heat transfer coefficient> A H dievom fluid-stained surface of the heater and tmax the effective Überströmzeit, ie the time that elapses between the temperature pulse and the arrival of the maximum temperature on the thermometer. The temperature maximum of an upstream (x <0) thermometer T1,
Figure imgf000009_0001
one obtains from equations (2) and (3):
Figure imgf000009_0002
(4) wobei AHd = VH ist. Dieses Ergebnis gilt nur noch für Orte x<0(z.B. x = -50 μηη). Für ein bekanntes Fluid lässt sich 4 vereinfachen zu (4) where A H d = V H. This result is only valid for places x <0 (eg x = -50 μηη). For a known fluid, 4 can be simplified
AT m{la)x( V-x,'t maxAT m {l a ) x (Vx, 't max
Figure imgf000009_0003
Figure imgf000009_0003
Wenn der betrachtete Sensor in der Nähe der Wand des Strömungskanals liegt, dann lässt sich der Wärmeübergangskoeffizient mit zumeist guter Näherung vereinfacht als If the considered sensor is located near the wall of the flow channel, then the heat transfer coefficient can be simplified with a mostly good approximation
a « bv£ mit ε ~ 0,5 darstellen. (6) Mit der weiteren Näherunga «bv £ with ε ~ 0.5. (6) With the further approximation
Figure imgf000009_0004
Figure imgf000009_0004
wird aus (5) schließlich: becomes (5) finally:
AT
Figure imgf000009_0005
AT
Figure imgf000009_0005
m{la)x( V-x,'t max V- ,' max ,' / m {l a ) x (Vx, 't max V-,' max, '/
Hieraus erhält man die Strömungsgeschwindigkeit zu: From this one obtains the flow velocity to:
,2 v [T (V = O)-TU (V)]: (9) , 2 v [T (V = O) -TU (V)] : (9)
[P P,H ftV max [ LΔΓ m«ax( Vν = 0) /1 J2 [PP, H ftV max [LΔΓ m «ax (Vν = 0) / 1 J 2
Während der Parameter b generell vom Fluid und den Strömungsrandbedingungen abhängt, können (pcp)H und c/als Sensorkonstanten betrachtet werden. Trägt man die jeweiligen Temperaturmaxima über der Wurzel aus der Strömungsgeschwindigkeit auf, so ergibt sich eine Gerade mit negativer Steigung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit daher eingerichtet zum automatischen Berechnen des Durchflusses anhand einer Gleichung, die die Maximaltemperatur, eine Ruhe-Maximaltemperatur und einen Faktor, der von der Durchflussgeschwindigkeit abhängt, berechnet, wobei die Ruhe-Maximaltemperatur diejenige Maximaltemperatur ist, die am Thermometer anliegt, wenn die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids null ist und das Heizelement auf die gleiche Weise bestromt wird wie bei der Bestimmung der Maximaltemperatur. In diesem Fall ist es lediglich notwendig, den Faktor, der von der Durchflussgeschwindigkeit abhängt, zu kalibrieren und die Ruhe-Maximaltemperatur zu messen. Danach kann allein aus der jeweiligen Maximaltemperatur der Durchflussparameter, insbesondere die Durchflussgeschwindigkeit, bestimmt werden. While the parameter b generally depends on the fluid and the flow boundary conditions, (pc p ) H and c / can be considered as sensor constants. Applying the respective temperature maxima above the root from the flow velocity results in a straight line with a negative slope. Therefore, in a preferred embodiment, the control unit is configured to automatically calculate the flow using an equation that calculates the maximum temperature, a maximum rest temperature, and a factor that depends on the flow rate, where the maximum rest temperature is the maximum temperature at the thermometer is applied when the flow rate of the fluid is zero and the heating element is energized in the same manner as in the determination of the maximum temperature. In this case, it is only necessary to calibrate the factor, which depends on the flow rate, and to measure the maximum rest temperature. Thereafter, the flow parameter, in particular the flow rate, can be determined solely from the respective maximum temperature.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit daher eingerichtet zum automatischen Berech- nen des Durchflusses oder der Durchflussgeschwindigkeit anhand der Formel Preferably, the control unit is therefore configured to automatically calculate the flow or the flow rate using the formula
ΔΓ« (- χ, ν) = ΔΓ« (- χ, ν =ΔΓ «(- χ, ν) = ΔΓ« (- χ, ν =
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
Darin ist  That's it
AT^x(- x,v) die Maximaltemperatur, AT ^ x (-x, v) the maximum temperature,
AT^(- x,v = 0) die Ruhe-Maximaltemperatur, AT ^ (-x, v = 0) the maximum resting temperature,
- der (positive) Abstand des Thermometers vom Heizelement,  - the (positive) distance of the thermometer from the heating element,
tmax die wirksame Überströmzeit, tmax the effective overflow time,
b ein Proportionalitätsfaktor, b is a proportionality factor,
v ö\e (unbekannte) Durchflussgeschwindigkeit, v ö \ e (unknown) flow rate,
p d\e Dichte des Fluids, p d \ e density of the fluid,
{pcp )H die volumetrische spezifische Wärme des Heizelements {pc p ) H is the volumetric specific heat of the heating element
d eine Sensorkonstante. d a sensor constant.
Die Sensorkonstante d ist in der Regel berechenbar als das Volumen des Heizers dividiert durch die überströmte Querschnittsfläche des Heizers. The sensor constant d is typically calculable as the volume of the heater divided by the cross-sectional area of the heater.
Unter dem Merkmal, dass der Durchflussparameter anhand der angegeben Formel berechnet wird, wird insbesondere verstanden, dass eine mathematische Operation durchgeführt wird, die dieser Formel entspricht. Selbstverständlich ist es möglich, aus dem so erhaltenen Messwert weitere Messwerte zu errechnen, beispielsweise den Gesamt-Durchfluss durch Integration über die Zeit unter den Massendurchfluss durch Multiplikation mit der Dichte des Fluids. The characteristic that the flow parameter is calculated on the basis of the given formula is understood in particular to mean that a mathematical Operation is performed, which corresponds to this formula. Of course, it is possible to calculate further measured values from the measured value thus obtained, for example the total flow through integration over time under the mass flow through multiplication by the density of the fluid.
Besonders günstig ist es, wenn die Steuereinheit eingerichtet ist zum automatischen Berechnen des Durchflussparameters anhand der Formel (9). Diese Formel ergibt sich auf Basis der Näherung, dass die Strömungsgeschwindigkeit in Nähe des Heizelements und des Thermometers der Wurzel der gesamten quasi integra- len Durchflussgeschwindigkeit entspricht. It is particularly favorable if the control unit is set up for automatically calculating the flow parameter on the basis of the formula (9). This formula is based on the approximation that the flow velocity in the vicinity of the heating element and the thermometer corresponds to the root of the total quasi integrable flow velocity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das Heizelement und das Thermometer in einem Abstand von höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 1 mm, von einer Innenwandung der Durchleitung angeordnet. According to a preferred embodiment, the heating element and the thermometer are arranged at a distance of at most 3 mm, in particular at most 1 mm, from an inner wall of the passage.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt In the following the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows
Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Durch- flussmessvorrichtung und 1 shows a schematic cross section through a flow measuring device according to the invention and
Figur 2 eine schematisch perspektivische Ansicht eines Mess-Chips, auf dem ein Heizelement und das zumindest eine Thermometer integriert sind. 2 shows a schematic perspective view of a measuring chip on which a heating element and the at least one thermometer are integrated.
Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Durchflussmessvorrichtung 10, die eine Durchleitung 12 zum Durchleiten eines Fluids 14 besitzt. Die Durchflussmessvorrichtung 10 weist zudem einen Mess-Chip 16 auf, der beispielsweise auf einer Innenwand 18 der Durchleitung 12 befestigt ist. Über Kabel 20 steht der Mess-Chip 16 in Verbindung mit einer Steuereinheit 22. Auf dem Mess-Chip 16 sind ein Heizelement 24 sowie ein erstes Thermometer 26 (oben als T1 bezeichnet) und ein zweites Thermometer 28 ausgebildet. Im vorliegenden Fall sind das Heizelement 24 sowie die Thermometer 26, 28 aus einem Substrat 30 herausgeätzt. Es ist zu erkennen, dass die Thermometer 26, 28 bezüglich einer Durchflussrichtung R stromaufwärts angeordnet sind. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Durchflussmessvorrichtung 10 eine Transportgrößenbestimmungsvorrichtung 32 aufweist, die beispielsweise in einem Abzweig 34 der Durchleitung 12 angeordnet ist. Der Abzweig 34 enthält das glei- che Fluid wie Durchleitung 12 selbst, eine Durchflussgeschwindigkeit v ist jedoch in guter Näherung null, da das Fluid 14, beispielsweise mittels einer Fritte 36, stark abgebremst wird. Mittels eines weiteren Chips 38 wird die thermische Transportgröße, beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit ÄG und/oder die Temperaturleitfähigkeit aG des Fluids 14 bestimmt. Derartige Verfahren gehören zum Stand der Tech- nik und werden hier nicht weiter beschrieben. 1 shows schematically a flow measuring device 10 according to the invention, which has a passage 12 for passing a fluid 14. The flow measuring device 10 also has a measuring chip 16, which is fastened, for example, on an inner wall 18 of the passage 12. Via cable 20, the measuring chip 16 is in communication with a control unit 22. On the measuring chip 16, a heating element 24 and a first thermometer 26 (referred to above as T1) and a second thermometer 28 are formed. In the present case, the heating element 24 and the thermometers 26, 28 are etched out of a substrate 30. It can be seen that the thermometers 26, 28 are arranged upstream with respect to a flow direction R. It is possible, but not necessary, for the flow measurement device 10 to have a transport size determination device 32 arranged, for example, in a branch 34 of the passage 12. The branch 34 contains the same fluid as the passage 12 itself, but a flow rate v is, to a good approximation, zero, since the fluid 14 is greatly decelerated, for example by means of a frit 36. By means of a further chip 38, the thermal transport size, for example the thermal conductivity λ G and / or the thermal conductivity α G of the fluid 14 is determined. Such processes belong to the state of the art and will not be described further here.
Figur 2 zeigt den Mess-Chip 16 in einer vergrößerten schematischen Ansicht. Es ist zu erkennen, dass aus dem Substrat 30 ein Kanal 40 herausgearbeitet wurde, den die Thermometer 26, 28 überspannen. Ein Abstand Χ2β zwischen dem Heiz- element 24 und dem ersten Thermometer 26 beträgt im vorliegendem Fall gemäß 26 = 50 μιτι. Ein zweiter Abstand X28 zwischen dem zweiten Thermometer 28 und dem Heizelement beträgt im vorliegendem Fall X28 = 400 μιτι. FIG. 2 shows the measuring chip 16 in an enlarged schematic view. It can be seen that out of the substrate 30, a channel 40 has been worked out, which the thermometers 26, 28 span. A distance Χ2β between the heating element 24 and the first thermometer 26 is in the present case according to 26 = 50 μιτι. A second distance X28 between the second thermometer 28 and the heating element in the present case is X28 = 400 μιτι.
Die Steuereinheit 22 ist eingerichtet zum automatischen Anlegen eines Temperaturimpulses mit der Dauer r. Zudem wird kontinuierlich die Temperatur
Figure imgf000012_0001
ersten Thermometers 26 gemessen. Nach Abgeben des Temperaturimpulses steigt die Temperatur T2& an und durchläuft ein zeitliches Maximum
Figure imgf000012_0002
Aus der oben angegebenen Formel kann dann die Durchflussgeschwindigkeit v bestimmt werden, wenn die übrigen Parameter der Gleichung bekannt sind.
The control unit 22 is configured to automatically apply a temperature pulse of duration r. In addition, the temperature is continuously
Figure imgf000012_0001
first thermometer 26 measured. After dispensing the temperature pulse, the temperature T2 & rises and goes through a temporal maximum
Figure imgf000012_0002
From the formula given above, the flow rate v can then be determined if the other parameters of the equation are known.
Die Durchflussgeschwindigkeit v wird zudem anhand der Maximaltemperatur berechnet, die das zweite Thermometer 28 misst. Als Messergebnis wird dann beispielsweise der arithmetische Mittelwert der beiden so ermittelten Messwerte aus gegeben. Alternativ kann das zweite Thermometer 28 zum Messen der Gastemperatur Tg verwendet werden, um die Temperaturerhöhung und damit die Ma ximaltemperatur zu bestimmen. The flow rate v is also calculated from the maximum temperature that the second thermometer 28 measures. For example, the arithmetic mean of the two measured values determined in this way is output as the measurement result. Alternatively, the second thermometer 28 may be used to measure the gas temperature Tg to determine the temperature increase and thus the maximum temperature.
Trägt man die Gl. (5) ΔΓ« (- x, v) = ΔΓ« ( - χ, ν = 0)If you wear the Eqs. (5) ΔΓ «(- x, v) = ΔΓ« ( - χ, ν = 0)
Figure imgf000012_0003
über v^ auf, erhält man wegen a « bvE eine Gerade. Beispielsweise mit ε = 0,5 entsteht die Gerade
Figure imgf000013_0001
(- j ,v) = m v + n . Diese hat den Achsenabschnitt
Figure imgf000012_0003
above v ^ , a straight line is obtained because of a «bv E. For example, with ε = 0.5, the straight line is created
Figure imgf000013_0001
(-j, v) = mv + n. This has the intercept
» = Δ7£) (- Χ,ν = 0) . (1 1 ) und die Steigung »= Δ7 £ ) (- Χ , ν = 0). (1 1) and the slope
Zur Kalibrierung von m und n geht man wie folgt vor: In einer vorgegebenen Messsituation (Enthalpie des Heizers H0 = U Ι τ , Gasart, Temperatur) legt man jeweils eine konstante Strömungsgeschwindigkeit zwischen v = 0 und v = vfflaian die Durchflussmessvorrichtung an und misst das zugehörige Temperaturmaximum x,v) zur Zeit t = tmax . Die Größe vmax bezeichnet die maximale Geschwin- digkeit. (Die elektrische Verlustleistung des Heizers, P = U I , sollte bei gegebener Impulsdauer (z.B. τ = 100 μ& ) vorzugsweise so eingestellt sein, dass auch noch bei vmr,r ein hinreichend deutliches Temperaturmaximum AT^ - x,v = v ) zu messen ist.) Die erhaltenen diskreten Temperaturmaxima ΔΓ^(- χ,ν) trägt man (gewöhnlich) gegen Vv auf. Mit Hilfe einer Geradenanpassung findet man die gesuchten Werte für m und n. To calibrate m and n, proceed as follows: In a given measuring situation (enthalpy of the heater H 0 = U Ι τ, gas type, temperature), a constant flow velocity between v = 0 and v = v fflai is applied to the flow measuring device and measures the associated temperature maximum x, v) at time t = t max . The quantity v max denotes the maximum speed. (The electric power loss of the heater, P = UI, should be set at a given pulse duration (eg τ = 100 μ &) preferably so that even at v mr , r a sufficiently clear temperature maximum AT ^ - x, v = v) to measure is.) The obtained discrete temperature maxima ΔΓ ^ (- χ, ν) are applied (usually) to Vv. With the help of a straight line adaptation one finds the searched values for m and n.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Durchflussmessvorrichtung 10 flow meter
Exponent  exponent
12 Durchleitung  12 transmission
Ho Enthalpie  Ho enthalpy
14 Fluid  14 fluid
L Länge des Heizelements L length of the heating element
16 Mess-Chip 16 measuring chip
R Durchflussrichtung  R flow direction
18 Innenwand  18 inner wall
T Temperatur  T temperature
20 Kabel 20 cables
v Durchflussgeschwindigkeit v flow rate
22 Steuereinheit 22 control unit
VH Volumen des HeizelementsV H Volume of the heating element
24 Heizelement 24 heating element
X Abstand, Raumkoordinate X distance, space coordinate
26 erstes Thermometer 26 first thermometer
α Wärmeübergangskoeffizienten α heat transfer coefficients
28 zweites Thermometer 28 second thermometer
Dauer des Temperaturimpulses  Duration of the temperature pulse
30 Substrat 30 substrate
32 Transportgrößen-Bestimmungsvor- ^ Wärmeleitfähigkeit  32 Transport size determination → Thermal conductivity
richtung P Dichte  direction P density
34 Abzweig £ 34 branch £
Zeit 38 Chips  Time 38 chips
40 Kanal 40 channel
Zeiteinheit time unit
aG Temperaturleitfähigkeit aG thermal conductivity
AH überströmte Oberfläche des Heizelements  AH overflowed surface of the heating element
b Parameter b parameters
dH effektive Dicke des Heizelements dH effective thickness of the heating element
(Sensorkonstante)  (Sensor constant)

Claims

Patentansprüche:  claims:
Durchflussmessvornchtung (10) zum Messen eines Durchflussparameters (v) eines Fluids (14), insbesondere eines Gases, mit Flow measuring device (10) for measuring a flow parameter (v) of a fluid (14), in particular a gas, with
(a) einer Durchleitung (12) zum Durchleiten des Fluids (14) in einer Durchflussrichtung (R),  (a) a passage (12) for passing the fluid (14) in a flow direction (R),
(b) einem länglichen Heizelement (24),  (b) an elongate heating element (24),
(c) zumindest einem Thermometer (26) und  (c) at least one thermometer (26) and
(d) einer Steuereinheit (22), die  (D) a control unit (22), the
- mit dem Heizelement (24) zum Abgeben eines Temperaturimpulses verbunden ist und  - Is connected to the heating element (24) for delivering a temperature pulse and
- mit dem Thermometer (26) zum Bestimmen einer Maximaltemperatur verbunden ist, und  - Connected to the thermometer (26) for determining a maximum temperature, and
- eingerichtet ist zum automatischen Berechnen des Durchflusses aus der Maximaltemperatur,  is set up to automatically calculate the flow from the maximum temperature,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
(e) das Thermometer (26) bezüglich der Durchflussrichtung (R) stromaufwärts angeordnet ist.  (E) the thermometer (26) with respect to the flow direction (R) is arranged upstream.
Durchflussmessvornchtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) eingerichtet ist zum automatischen Berechnen des Durchflusses anhand einer Gleichung, die Flowmeter (10) according to claim 1, characterized in that the control unit (22) is arranged to automatically calculate the flow rate using an equation which
- die Maximaltemperatur ( ΔΓ^(- χ,ν) ),  the maximum temperature (ΔΓ ^ (- χ, ν)),
- eine Ruhe-Maximaltemperatur ( ΔΙ^- χ,ν = θ)), die die maximale Temperatur ist, die am Thermometer (26) anliegt, wenn eine Durchflussgeschwindigkeit (v) des Fluids null ist, und - a maximum rest temperature (ΔΙ ^ - χ, ν = θ), which is the maximum temperature applied to the thermometer (26) when a flow rate (v) of the fluid is zero, and
- einen Faktor, der von der Durchflussgeschwindigkeit (v) abhängt, aufweist. Durchflussmessvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) eingerichtet ist zum automatischen Berechnen des Durchflussparameters, insbesondere des Durchflusses und/oder der Durchflussgeschwindigkeit (v), anhand der Formel
Figure imgf000016_0001
- a factor that depends on the flow rate (v) has. Flow measuring device (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the control unit (22) is adapted to automatically calculate the flow parameter, in particular the flow and / or the flow rate (v), based on the formula
Figure imgf000016_0001
dabei ist: where is:
ÄT^ die Maximaltemperatur,  ÄT ^ the maximum temperature,
-x der Abstand des Thermometers (26) vom Heizelement (24),  -x the distance of the thermometer (26) from the heating element (24),
[pcp )H die volumetrische spezifische Wärme des Heizelements (24) für die [pc p ] H is the volumetric specific heat of the heating element (24) for the
Dichte p, Density p,
d eine Sensorkonstante, d is a sensor constant,
tmax die wirksame Überströmzeit, tmax the effective overflow time,
b eine Konstante, die vom Gas und den Strömungsbedingungen abhängt, v ö\e Durchflussgeschwindigkeit und b is a constant that depends on the gas and the flow conditions, the flow velocity and
ε ein Exponent, der die Strömungsgeschwindigkeit in Randnähe im Vergleich zur Durchflussgeschwindigkeit (v) angibt. ε an exponent that indicates the flow velocity near the edge in comparison to the flow velocity (v).
Durchflussmessvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) eingerichtet ist zum automatischen Berechnen des Durchflussparameters anhand der Formel
Figure imgf000016_0002
Flow measuring device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the control unit (22) is adapted to automatically calculate the flow parameter using the formula
Figure imgf000016_0002
Durchflussmessvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Thermometer-Abstand des Thermometers (26) vom Heizelement (24) kleiner ist als 300 Mikrometer, insbesondere kleiner als 200 Mikrometer. Flow measuring device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that a thermometer distance of the thermometer (26) from the heating element (24) is smaller than 300 microns, in particular less than 200 microns.
6. Verfahren zur Durchflussmessung mit den Schritten: 6. Method for flow measurement with the steps:
(a) Durchleiten eines Fluids in einer Durchflussrichtung (R) durch eine Durchleitung (12),  (a) passing a fluid in a flow direction (R) through a passage (12),
(b) Abgeben eines Temperaturimpulses mittels eines länglichen Heizelements (24),  (b) applying a temperature pulse by means of an elongated heating element (24),
(c) Messen einer Maximaltemperatur mittels eines Thermometers (26) und (c) measuring a maximum temperature by means of a thermometer (26) and
(d) automatisches Berechnen eines Durchflussparameters, der den Durchfluss charakterisiert, aus der Maximaltemperatur, (d) automatically calculating a flow parameter that characterizes the flow from the maximum temperature,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
(e) der Temperaturimpuls bezüglich der Durchflussrichtung (R) stromab- wärts des Thermometers (26) abgegeben wird.  (E) the temperature pulse with respect to the flow direction (R) downstream of the thermometer (26) is discharged.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss berechnet wird aus A method according to claim 6, characterized in that the flow is calculated from
- der Maximaltemperatur,  the maximum temperature,
- einer Ruhe-Maximaltemperatur, die die maximale Temperatur ist, die am Thermometer (26) anliegt, wenn eine Durchflussgeschwindigkeit (v) des Fluids null ist und  a maximum rest temperature, which is the maximum temperature applied to the thermometer (26) when a flow rate (v) of the fluid is zero and
- einem Faktor, der von der Durchflussgeschwindigkeit (v) abhängt.  a factor that depends on the flow rate (v).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss und/oder die Durchfluss eschwindigkeit (v) anhand der Formel berechnet wird.A method according to claim 6 or 7, characterized in that the flow rate and / or the flow rate (v) is calculated using the formula.
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss und/oder die Durchflussgeschwindigkeit (v) anhand der For- mel v = d berechnet wird.9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the flow and / or the flow rate (v) is calculated on the basis of the formula v = d.
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000017_0002
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