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DE102023126508A1 - Thermal flow meter - Google Patents

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DE102023126508A1
DE102023126508A1 DE102023126508.3A DE102023126508A DE102023126508A1 DE 102023126508 A1 DE102023126508 A1 DE 102023126508A1 DE 102023126508 A DE102023126508 A DE 102023126508A DE 102023126508 A1 DE102023126508 A1 DE 102023126508A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
measuring
voltage
thermal sensor
thermal
flow meter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023126508.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Martin Arnold
Eliaz Schmid
Thomas Bier
Tobias Baur
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Priority to DE102023126508.3A priority Critical patent/DE102023126508A1/en
Priority to PCT/EP2024/076809 priority patent/WO2025068197A1/en
Publication of DE102023126508A1 publication Critical patent/DE102023126508A1/en
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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
    • G01F1/696Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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    • G01F1/696Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/698Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters

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  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung umfasst ein thermisches Durchflussmessgerät (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Messgröße, insb. eines Massedurchflusses, eines in einem Rohr (2) strömenden Mediums, welches thermische Durchflussmessgerät (1) umfasst:zwei thermische Sensorelemente (S1, S2), zwei Abgleichs-Widerstandselemente (A1, A2) und eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (3) unter Bildung einer Brückenschaltung derart miteinander verschaltet sind, dass- in einem Heizzweig (HZ) das erste Abgleichs-Widerstandselement (A1) und das erste thermische Sensorelement (S1) in Reihe geschaltet sind,- in einem Messzweig (MZ) das zweite Abgleichs-Widerstandselement (A2) und das zweite thermische Sensorelement (S2) in Reihe geschaltet sind, und- der Heizzweig (HZ) und der Messzweig (MZ) elektrisch parallel geschaltet sind,und wobei die Mess-/Betriebsschaltung (3) eine Stromregelungseinheit (4) umfasst,welche Stromregelungseinheit (4) dazu eingerichtet ist, ein Verhältnis gebildet aus einer Heiz-Stromstärke (Ihtr) eines in einem Messbetrieb in dem Heizzweig (HZ) fließenden elektrischen Heizstroms geteilt durch eine Mess-Stromstärke (Imeas) eines in dem Messbetrieb in dem Messzweig (MZ) fließenden Messstroms (Imeas) auf eine Stromregel-Konstante (K) zu regeln.The invention comprises a thermal flow meter (1) for determining and/or monitoring a measured variable, in particular a mass flow, of a medium flowing in a pipe (2), which thermal flow meter (1) comprises: two thermal sensor elements (S1, S2), two balancing resistance elements (A1, A2) and an electronic measuring/operating circuit (3) are interconnected to form a bridge circuit in such a way that - in a heating branch (HZ), the first balancing resistance element (A1) and the first thermal sensor element (S1) are connected in series, - in a measuring branch (MZ), the second balancing resistance element (A2) and the second thermal sensor element (S2) are connected in series, and - the heating branch (HZ) and the measuring branch (MZ) are electrically connected in parallel, and wherein the measuring/operating circuit (3) comprises a current control unit (4), which current control unit (4) is arranged to regulate a ratio formed from a heating current intensity (Ihtr) of an electrical heating current flowing in the heating branch (HZ) during a measuring operation divided by a measuring current intensity (Imeas) of a measuring current (Imeas) flowing in the measuring branch (MZ) during the measuring operation to a current control constant (K).

Description

Die Erfindung betrifft ein thermisches Durchflussmessgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Messgröße, insb. eines Massedurchflusses, eines in einem Rohr strömenden Mediums.The invention relates to a thermal flow meter for determining and/or monitoring a measured variable, in particular a mass flow, of a medium flowing in a pipe.

Thermische Durchflussmessgeräte werden in der Prozessautomatisierung eingesetzt, um den Massedurchfluss eines in einem Rohr, bspw. einem Messrohr, strömenden Mediums, insb. eines Fluids, bspw. eines Gases oder einer Flüssigkeit oder eines Gemischs davon, zu bestimmen und/oder zu überwachen. Thermische Durchflussmessgeräte sind aus dem Stand der Technik bekannt und bspw. in der DE 10 2013 105 992 A1 , der DE 10 2016 121 110 A1 , oder der DE 10 2019 110 876 A1 beschrieben. Ein thermisches Durchflussmessgerät umfasst zumindest zwei thermische Sensorelemente, darunter zumindest ein Heiz-Sensorelement, das (aktiv) beheizt wird, und zumindest ein Temperaturerfassungs-Sensorelement, das zum Erfassen der Temperatur des Mediums ausgebildet ist. Es kann aus einer Heizleistung, welche zur Aufrechterhaltung einer Temperaturdifferenz zwischen dem beheiztem Heiz-Sensorelement und Temperaturerfassungs-Sensorelement erforderlich ist, auf den Massedurchfluss rückgeschlossen werden. Ggfs. sind beide thermischen Sensorelemente sowohl zum Heizen, als auch zum Erfassen der Temperatur ausgebildet und können-je nach Ansteuerung durch eine Mess-/Betriebsschaltung des thermischen Durchflussmessgeräts - als das Heiz-Sensorelement und/oder als das Temperaturerfassungs-Sensorelement dienen. Insb. können die beiden thermischen Sensorelemente im Wesentlichen baugleich ausgebildet sein.Thermal flow meters are used in process automation to determine and/or monitor the mass flow of a medium flowing in a pipe, e.g., a measuring tube, especially a fluid, e.g., a gas or a liquid or a mixture thereof. Thermal flow meters are known from the state of the art and are used, for example, in DE 10 2013 105 992 A1 , the DE 10 2016 121 110 A1 , or the DE 10 2019 110 876 A1 described. A thermal flowmeter comprises at least two thermal sensor elements, including at least one heating sensor element that is (actively) heated, and at least one temperature-detecting sensor element that is designed to detect the temperature of the medium. The mass flow rate can be determined from a heating power required to maintain a temperature difference between the heated heating sensor element and the temperature-detecting sensor element. If necessary, both thermal sensor elements are designed for both heating and temperature detection and can serve as the heating sensor element and/or the temperature-detecting sensor element, depending on the control by a measuring/operating circuit of the thermal flowmeter. In particular, the two thermal sensor elements can be constructed essentially identically.

Oftmals werden als derartige thermische Sensorelemente Widerstandselemente (auch: RTD-Elemente, kurz für Resistance Temperature Detector) eingesetzt, insb. sogenannte PTC- Thermistoren (PTC kurz für: positive temperature coefficient). Letztere zeichnen sich dadurch aus, dass ihr elektrischer Widerstandswert mit steigender Temperatur, insb. in erster Ordnung linear, ansteigt. Unter den PTC-Thermistoren ist wiederum Platin weit verbreitet, da Platin insgesamt eine höchstens quadratische Abhängigkeit des Widerstands von der Temperatur aufweist. Die Widerstandselemente sind in der Regel derart ausgelegt, dass sie bei einer Referenztemperatur, bspw. einer Referenztemperatur von 0°C, einen bestimmten Nennwiderstand aufweisen. Sie sind entsprechend unter den Bezeichnungen Pt10 (10 Ohm), Pt100 (100 Ohm) und Pt1000 (1 kOhm) erhältlich. Das Widerstandselement ist bspw. als sogenanntes gewickeltes Widerstandselement ausgeführt, oder als eine auf einem Substrat aufgebrachte, insb. strukturierte, Widerstandsschicht, bspw. in Dünn- oder Dickschichttechnik ausgebildet. Bei einem (Dünn-)Schichtsensor wird z.B. eine mit Anschlussdrähten versehene und auf einem Trägersubstrat aufgebrachte Widerstandsstruktur verwendet, welche mittels einer Abdeckschicht isoliert ist.Resistance elements (also known as RTD elements, or resistance temperature detectors), are often used as such thermal sensor elements, particularly so-called PTC thermistors (PTC for positive temperature coefficient). The latter are characterized by the fact that their electrical resistance increases with increasing temperature, especially in the first order linearly. Platinum is widely used among PTC thermistors because platinum's resistance overall has a maximum quadratic dependence on temperature. The resistance elements are generally designed to have a certain nominal resistance at a reference temperature, e.g., a reference temperature of 0°C. They are available under the designations Pt10 (10 ohms), Pt100 (100 ohms), and Pt1000 (1 kOhm). The resistance element is designed, for example, as a so-called wound resistance element or as a resistive layer applied, especially structured, to a substrate, e.g., using thin- or thick-film technology. In a (thin-)film sensor, for example, a resistive structure with connecting wires is applied to a carrier substrate and insulated by a cover layer.

Die beiden thermischen Sensorelemente sind mit einer elektronischen Mess-/Betriebsschaltung oftmals unter Bildung einer Brückenschaltung derart miteinander verschaltet, dass ein Heizzweig mit dem Heiz-Sensorelement parallel zu einem Messzweig mit dem Temperaturerfassungs-Sensorelement elektrisch parallel geschaltet ist. Hierbei sollte in dem Heizzweig ein größerer Strom fließen, im Verhältnis zu einem Strom in dem Messzweig.The two thermal sensor elements are interconnected by an electronic measuring/operating circuit, often forming a bridge circuit, such that a heating branch with the heating sensor element is electrically connected in parallel with a measuring branch with the temperature detection sensor element. A larger current should flow in the heating branch than in the measuring branch.

Das Stromverhältnis wird bspw. über ein Verhältnis der beiden elektrischen Widerstandswerte der beiden thermischen Sensorelemente eingestellt, sprich über einen hochohmigen Messzweig und einem niederohmigen Heizzweig. Dabei liegt das Verhältnis oftmals im Bereich von ca. 1:10; d.h. also z.B. ein beheiztes Pt10 und ein unbeheiztes Pt100 oder ein beheiztes Pt100 und ein unbeheiztes Pt1000 etc. In der Folge stellt sich durch die Regelung bei gemeinsamer Brückenspannung ein etwa um den Faktor 10 größerer elektrischer Strom in dem Heizzweig mit dem heizenden thermischen Sensorelement ein, im Vergleich zu dem elektrischen Strom in dem Messzweig.The current ratio is set, for example, via a ratio of the two electrical resistance values of the two thermal sensor elements, i.e., via a high-resistance measuring branch and a low-resistance heating branch. The ratio is often in the range of approximately 1:10; i.e., a heated Pt10 and an unheated Pt100, or a heated Pt100 and an unheated Pt1000, etc. As a result, the control, with a common bridge voltage, results in an electrical current in the heating branch with the heating thermal sensor element that is approximately 10 times higher than the electrical current in the measuring branch.

Diese Kombination eines hoch- und niederohmigen thermischen RTD-Sensorelements in der Brückenschaltung weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf:

  • - Es müssen unterschiedliche Sensortypen bewirtschaftet werden;
  • - Ein Wechsel zwischen beheiztem und unbeheiztem thermischen Sensorelement durch eine entsprechende Ansteuerung der Mess-/Betriebsschaltung ist nicht möglich;
  • - Die Mess-/Betriebsschaltung muss exakt auf das Verhältnis der Widerstandswerte beiden thermischen Sensorelemente abgestimmt werden. Dies schränkt die Flexibilität und den Anwendungsbereich stark ein.
  • - Die Wahl eines beheizten thermischen Sensorelements mit vergleichsweise kleinem elektrischen Widerstandswert (z.B. Pt10) führt dazu, dass sich die Sensitivität (gemessen in Widerstandsänderung pro Temperaturänderung) entsprechend verringert, bspw. um den Faktor 10 gegenüber einem Pt100. Dies erschwert eine genaue messtechnische Bestimmung der Sensortemperatur bzw. der Differenztemperatur der beiden thermischen Sensorelemente. Entsprechend ist die Sensitivität des thermischen Durchflussmessgeräts verringert.
However, this combination of a high- and low-resistance thermal RTD sensor element in the bridge circuit has a number of disadvantages:
  • - Different sensor types must be managed;
  • - It is not possible to switch between heated and unheated thermal sensor element by controlling the measuring/operating circuit accordingly;
  • - The measuring/operating circuit must be precisely matched to the resistance ratio of the two thermal sensor elements. This severely limits flexibility and the range of applications.
  • - The choice of a heated thermal sensor element with a comparatively small electrical resistance value (e.g. Pt10) leads to a reduction in the sensitivity (measured in resistance change per temperature change) is reduced accordingly, for example, by a factor of 10 compared to a Pt100. This makes it difficult to accurately determine the sensor temperature or the temperature difference between the two thermal sensor elements. The sensitivity of the thermal flow meter is correspondingly reduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermisches Durchflussmessgerät anzugeben, welches die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.The invention is based on the object of providing a thermal flow meter which does not have the disadvantages mentioned above.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein thermisches Durchflussmessgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Messgröße, insb. eines Massedurchflusses, eines in einem Rohr strömenden Mediums, welches thermische Durchflussmessgerät umfasst:

  • - zwei als Widerstandselemente ausgebildete thermische Sensorelemente, die zum beheizt werden und/oder zum Erfassen der Temperatur des Mediums eingerichtet sind,
  • - ein erstes Abgleichs-Widerstandselement und ein zweites Abgleichs-Widerstandselement;
  • - eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung, die dazu ausgebildet ist
    • -- ein erstes thermisches Sensorelements zu beheizen,
    • -- mittels eines unbeheizten zweiten thermischen Sensorelements die Temperatur des Mediums zu erfassen,

wobei die beiden thermischen Sensorelemente, die zwei Abgleichs-Widerstandselemente und die elektronische Mess-/Betriebsschaltung unter Bildung einer Brückenschaltung derart miteinander verschaltet sind, dass
  • - in einem Heizzweig das erste Abgleichs-Widerstandselement und das erste thermische Sensorelement in Reihe geschaltet sind,
  • - in einem Messzweig das zweite Abgleichs-Widerstandselement und das zweite thermische Sensorelement in Reihe geschaltet sind, und
  • - der Heizzweig und der Messzweig elektrisch parallel geschaltet sind,

und wobei die Mess-/Betriebsschaltung eine Stromregelungseinheit umfasst,
welche Stromregelungseinheit dazu eingerichtet ist, ein Verhältnis gebildet aus einer Heiz-Stromstärke eines in einem Messbetrieb in dem Heizzweig fließenden elektrischen Heizstroms geteilt durch eine Mess-Stromstärke eines in dem Messbetrieb in dem Messzweig fließenden Messstroms auf eine Stromregel-Konstante zu regeln.The task is solved by a thermal flow meter for determining and/or monitoring a measured variable, in particular a mass flow, of a medium flowing in a pipe, which thermal flow meter comprises:
  • - two thermal sensor elements designed as resistance elements, which are designed to be heated and/or to detect the temperature of the medium,
  • - a first trimming resistance element and a second trimming resistance element;
  • - an electronic measuring/operating circuit designed to
    • -- to heat a first thermal sensor element,
    • -- to measure the temperature of the medium by means of an unheated second thermal sensor element,

wherein the two thermal sensor elements, the two balancing resistance elements and the electronic measuring/operating circuit are interconnected to form a bridge circuit in such a way that
  • - in a heating branch, the first balancing resistance element and the first thermal sensor element are connected in series,
  • - in one measuring branch, the second balancing resistance element and the second thermal sensor element are connected in series, and
  • - the heating branch and the measuring branch are electrically connected in parallel,

and wherein the measuring/operating circuit comprises a current control unit,
which current control unit is configured to control a ratio formed from a heating current intensity of an electrical heating current flowing in the heating branch during a measuring operation divided by a measuring current intensity of a measuring current flowing in the measuring branch during the measuring operation to a current control constant.

Im Rahmen der Erfindung wird mittels der Stromregelungseinheit ermöglicht, dass die beiden thermischen Sensorelemente nun auch ähnliche elektrische Widerstandswerte aufweisen können. Dies, da das Verhältnis von Heiz-Stromstärke zu Mess-Stromstärke nicht (ausschließlich) über das Verhältnis der elektrischen Widerstandswerte eingestellt wird, sondern mittels der Stromregelungseinheit einstellbar ist. Daher können sogar im Wesentlichen baugleiche thermische Sensorelemente in der Brückenschaltung eingesetzt werden. Die Wahl zweier thermischer Sensorelemente mit ähnlich großem elektrischen Widerstandswerten minimiert dabei ungewünschte Asymmetrien, was sich aus den vorstehend genannten Gründen positiv auf die Auslegung der Mess-/Betriebsschaltung sowie die Messgenauigkeit des thermischen Durchflussmessgeräts auswirkt. Die Stromregelungseinheit regelt den elektrischen Strom derart, dass sich in dem Messbetrieb bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Messgröße ein konstantes Verhältnis - nämlich auf die Stromregel-Konstante - zwischen dem Heizstrom und dem Messstrom einstellt.Within the scope of the invention, the current control unit enables the two thermal sensor elements to now also have similar electrical resistance values. This is because the ratio of heating current to measuring current is not (exclusively) adjusted via the ratio of the electrical resistance values, but can be adjusted using the current control unit. Therefore, even essentially identical thermal sensor elements can be used in the bridge circuit. The selection of two thermal sensor elements with similar electrical resistance values minimizes unwanted asymmetries, which, for the reasons stated above, has a positive effect on the design of the measuring/operating circuit as well as the measuring accuracy of the thermal flowmeter. The current control unit regulates the electrical current in such a way that a constant ratio - namely the current control constant - is established between the heating current and the measuring current during measuring operation when determining and/or monitoring the measured variable.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Brückenschaltung einen ersten Leiterknoten auf, welcher erste Leiterknoten in dem Heizzweig zwischen dem ersten Abgleichs-Widerstandselements und dem ersten thermischen Sensorelement angeordnet ist, wobei die Brückenschaltung einen zweiten Leiterknoten aufweist, welcher zweite Leiterknoten in dem Messzweig zwischen dem zweiten Abgleichs-Widerstandselement und dem zweiten thermische Sensorelement angeordnet ist, wobei die Brückenschaltung einen dritten Leiterknoten aufweist, welcher dritte Leiterknoten zwischen den zwei Abgleichs-Widerstandselementen angeordnet ist, und wobei die Brückenschaltung einen vierten Leiterknoten aufweist, welcher vierte Leiterknoten zwischen den zwei thermischen Sensorelementen angeordnet ist.In one embodiment of the invention, the bridge circuit has a first conductor node, which first conductor node is arranged in the heating branch between the first trimming resistance element and the first thermal sensor element, wherein the bridge circuit has a second conductor node, which second conductor node is arranged in the measuring branch between the second trimming resistance element and the second thermal sensor element, wherein the bridge circuit has a third conductor node, which third conductor node is arranged between the two trimming resistance elements, and wherein the bridge circuit has a fourth conductor node, which fourth conductor node is arranged between the two thermal sensor elements.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Mess-/Betriebsschaltung eine Spannungsreglungseinheit, wobei die Spannungsreglungseinheit dazu ausgebildet ist, der Brückenschaltung eine Brückenspannung zuzuführen, welche Brückenspannung von einer Spannungsdifferenz zwischen einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung abhängt, und wobei die Spannungsreglungseinheit insb. einen Differenzverstärker aufweist und die erste Spannung einem nicht-invertierenden ersten Eingang des Differenzverstärkers und die zweite Spannung einem invertierenden zweiten Eingang des Differenzverstärkers zugeführt wird oder umgekehrt.In one embodiment of the invention, the measuring/operating circuit comprises a voltage regulation unit, wherein the voltage regulation unit is designed to supply the bridge circuit with a bridge voltage, which bridge voltage depends on a voltage difference between a first voltage and a second voltage, and wherein the voltage regulation unit in particular has a differential amplifier and the first voltage is supplied to a non-inverting first input of the differential amplifier and the second voltage is supplied to an inverting second input of the differential amplifier or vice versa.

„Spannungsdifferenz zwischen einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung“ bedeutet im Rahmen dieser Anmeldung bspw., dass die zweite Spannung bei der Bildung der Spannungsdifferenz von der ersten Spannung abgezogen wird. Bspw. ist die zugeführte Brückenspannung proportional zu der Spannungsdifferenz. Die erste Spannung wird also dem nicht-invertierenden und die zweite Spannung dem invertierenden Eingang zugeführt, oder, umgekehrt, die zweite Spannung wird dem nicht-invertierenden und die erste Spannung dem invertierenden Eingang zugeführt In the context of this application, "voltage difference between a first voltage and a second voltage" means, for example, that the second voltage is subtracted from the first voltage when forming the voltage difference. For example, the applied bridge voltage is proportional to the voltage difference. Thus, the first voltage is applied to the non-inverting input and the second voltage to the inverting input, or, conversely, the second voltage is applied to the non-inverting input and the first voltage to the inverting input.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Mess-/Betriebsschaltung eine Spannungsskalierungs-Einheit auf, welche dazu ausgebildet ist, ein Verhältnis gebildet aus

  • - einem Verhältnis gebildet aus der ersten Spannung geteilt durch eine an dem zweiten Leiterknoten anliegenden Spannung geteilt durch
  • - ein Verhältnis gebildet aus der zweiten Spannung geteilt durch eine an dem ersten Leiterknoten anliegenden Spannung auf einen Skalierungsfaktor zu skalieren.
In one embodiment of the invention, the measuring/operating circuit comprises a voltage scaling unit which is designed to calculate a ratio formed from
  • - a ratio formed from the first voltage divided by a voltage applied to the second conductor node divided by
  • - to scale a ratio formed from the second voltage divided by a voltage applied to the first conductor node to a scaling factor.

Der (dimensionslose) Skalierungsfaktor Gain ergibt sich also als ein Quotient aus zwei Quotienten wie folgt: G a i n = ( U + U L K 2 ) / ( U U L K 1 )

Figure DE102023126508A1_0001
The (dimensionless) scaling factor Gain is therefore a quotient of two quotients as follows: G a i n = ( U + U L K 2 ) / ( U U L K 1 )
Figure DE102023126508A1_0001

Der Skalierungsfaktor wird bspw. mittels eines Spannungs-Verstärkers und/oder eines Spannungs-Abschwächers der Spannungsskalierungs-Einheit eingestellt. Bspw. ist ein Spannungs-Verstärker zwischen dem zweiten Leiterknoten und dem nicht-invertierendem Eingang des Differenzverstärkers angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist ein Spannungs-Abschwächer zwischen dem ersten Leiterknoten und dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers angeordnet. Mittels des Spannungs-Verstärkers ist das Verhältnis der ersten Spannung U+ geteilt durch die an dem zweiten Leiterknoten anliegenden Spannung ULK2 vergrößerbar, und mittels des Abschwächers das Verhältnis der zweiten Spannung U. zu der an dem ersten Leiterknoten anliegenden Spannung ULK1 verkleinerbar. Mittels des Spannungs-Verstärkers bzw. -Abschwächers wird das Verhältnis U + U L K 2  bzw .   U U L K 1

Figure DE102023126508A1_0002
eingestellt, und damit letztendlich ein Skalierungsfaktor Gain > 1.The scaling factor is set, for example, by means of a voltage amplifier and/or a voltage attenuator of the voltage scaling unit. For example, a voltage amplifier is arranged between the second conductor node and the non-inverting input of the differential amplifier. Alternatively or additionally, a voltage attenuator is arranged between the first conductor node and the inverting input of the differential amplifier. The voltage amplifier can be used to increase the ratio of the first voltage U + divided by the voltage U LK2 applied to the second conductor node, and the attenuator can be used to decrease the ratio of the second voltage U to the voltage U LK1 applied to the first conductor node. The voltage amplifier or attenuator can be used to adjust the ratio U + U L K 2  bzw .   U U L K 1
Figure DE102023126508A1_0002
set, and thus ultimately a scaling factor Gain > 1.

Für einen Skalierungsfaktor Gain < 1 ist entsprechend ein Spannungs-Abschwächer zwischen dem zweiten Leiterknoten und dem nicht-invertierendem Eingang des Differenzverstärkers angeordnet und/oder ein Spannungs-Verstärker zwischen dem ersten Leiterknoten und dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers angeordnet.For a scaling factor Gain < 1, a voltage attenuator is arranged between the second conductor node and the non-inverting input of the differential amplifier and/or a voltage amplifier is arranged between the first conductor node and the inverting input of the differential amplifier.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weicht der Skalierungsfaktor weniger als 10%, insb. weniger als 5%, bevorzugt weniger als 2% von der Stromregel-Konstante ab, wobei insb. der Skalierungsfaktor genau dann größer als 1 ist, falls die Stromregel-Konstante größer als eins ist und der Skalierungsfaktor genau dann kleiner als 1 ist, falls die Stromregel-Konstante kleiner als eins ist.In one embodiment of the invention, the scaling factor deviates from the current control constant by less than 10%, in particular less than 5%, preferably less than 2%, wherein in particular the scaling factor is greater than 1 if and only if the current control constant is greater than one and the scaling factor is less than 1 if and only if the current control constant is less than one.

Im Rahmen dieser Anmeldung wird bei einer prozentualen Angabe der Abweichung des (dimensionslosen) Skalierungsfaktors von der (dimensionslosen) Stromregel-Konstante als Bezugsgröße die Stromregel-Konstante verwendet.In the context of this application, the current control constant is used as a reference value when specifying the percentage deviation of the (dimensionless) scaling factor from the (dimensionless) current control constant.

Besonders bevorzugt weicht der Skalierungsfaktor um weniger als 1% von der Stromregel-Konstante ab, stimmt also im Wesentlichen mit der Stromregel-Konstante überein.Particularly preferably, the scaling factor deviates from the current control constant by less than 1%, i.e. it essentially corresponds to the current control constant.

Die vorstehend genannte Einstellung von Skalierungsfaktor und Stromregel-Konstante auf einen „ausreichend gleichen“ Wert (sprich: mit einer ausreichend kleinen Abweichung) in den vorstehend genannten Grenzen ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt mittels der physischen Auslegung der Mess-/Betriebsschaltung, insb. mittels der darin eingesetzten Schaltungselemente (bspw. der vorstehend genannte Spannungs-Verstärker und/oder Abschwächer sowie die nachstehend genannte Stromquelle und Strommesser) und damit hardware-technisch implementiert. Ggf. wird zusätzlich noch rechnerisch eine verbleibende Abweichung zwischen Stromregel-Konstante und Skalierungsfaktor mittels eines, bspw. Software-implementieren, Rechenverfahrens, insb. in einem Microcontroller, rechnerisch verkleinert, insb. zumindest halbiert.The above-mentioned setting of scaling factor and current control constant to a “sufficiently equal” value (i.e. with a sufficiently small deviation) in the above-mentioned Within the scope of the invention, the limits are preferably implemented by means of the physical design of the measuring/operating circuit, in particular by means of the circuit elements used therein (e.g., the aforementioned voltage amplifier and/or attenuator, as well as the current source and ammeter mentioned below), and thus in hardware terms. If necessary, a remaining deviation between the current control constant and the scaling factor is additionally reduced, in particular at least halved, using a calculation method, e.g., implemented in software, especially in a microcontroller.

Durch die Anpassung des Skalierungsfaktors an die Stromregel-Konstante der vorstehend genannten Ausgestaltung kann die für die Nachregelung der Brückenspannung zuständige Spannungsreglungseinheit mit dem Differenzverstärker einwandfrei arbeiten, um die Abgleichbedingung der Brückenschaltung zu erfüllen. Bevorzugt ist die Stromregel-Konstante >1. Im Einfachsten Fall wird hierfür bspw. die Spannung über dem unbeheizten thermischen Sensorelement mittels eines Spannungs-Verstärker (der wie vorstehend erwähnt zwischen dem zweiten Leiterknoten und dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers der Spannungsregelungseinheit angeordnet ist) um den im Wesentlichen selben Faktor verstärkt. Dadurch kann die Abgleichbedingungen für die Brückenschaltung erfüllt werden, so dass kein Strom von dem Heizzweig in den Messzweig fließt und umgekehrt.By adapting the scaling factor to the current control constant of the aforementioned embodiment, the voltage control unit responsible for readjusting the bridge voltage can operate flawlessly with the differential amplifier to fulfill the balancing condition of the bridge circuit. The current control constant is preferably >1. In the simplest case, for example, the voltage across the unheated thermal sensor element is amplified by essentially the same factor using a voltage amplifier (which, as mentioned above, is arranged between the second conductor node and the non-inverting input of the differential amplifier of the voltage control unit). This allows the balancing conditions for the bridge circuit to be met, so that no current flows from the heating branch into the measuring branch and vice versa.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stromregel-Konstante größer als 1 und kleiner als 200, insb. größer als 5 und kleiner als 100 und bevorzugt größer als 10 ist. Bevorzugt ist die Stromregel-Konstante kleiner als 60.In one embodiment of the invention, the current control constant is greater than 1 and less than 200, in particular greater than 5 and less than 100, and preferably greater than 10. Preferably, the current control constant is less than 60.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Stromregelungseinheit eine, insb. regelbare, (Gleich-)Stromquelle und einen Strommesser.In one embodiment of the invention, the current control unit comprises a, in particular controllable, (direct) current source and an ammeter.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Stromregel-Konstante und der Skalierungsfaktor größer als 1, wobei die Stromquelle in dem Messzweig zwischen dem zweiten Abgleichs-Widerstandselement und dem zweiten Leiterknoten angeordnet ist und insb. der Strommesser dazu ausgebildet ist, die Heiz-Stromstärke zu messen und insb. der Strommesser in dem Heizzweig zwischen dem dritten Leiterknoten und dem ersten Leiterknoten angeordnet ist.In one embodiment of the invention, the current control constant and the scaling factor are greater than 1, wherein the current source is arranged in the measuring branch between the second balancing resistance element and the second conductor node and in particular the ammeter is designed to measure the heating current intensity and in particular the ammeter is arranged in the heating branch between the third conductor node and the first conductor node.

Selbstverständlich umfasst die Erfindung auch Varianten mit Stromregel-Konstante und Skalierungsfaktor Gain kleiner als 1. Für eine Stromregel-Konstante < 1 wird bspw. eine Stromquelle ist in dem Heizzweig zwischen dem ersten Abgleichs-Widerstandselement und dem ersten Leiterknoten angeordnet.Of course, the invention also includes variants with a current control constant and a scaling factor gain of less than 1. For a current control constant of < 1, for example, a current source is arranged in the heating branch between the first balancing resistance element and the first conductor node.

In einer Ausgestaltung der Erfindung liegt entweder, insb. bevorzugt, der vierte Leiterknoten auf Massepotential und die Brückenspannung wird dem dritten Leiterknoten zugeführt oder der dritte Leiterknoten liegt auf Massepotential und die Brückenspannung wird dem vierten Leiterknoten zugeführt.In one embodiment of the invention, either, in particular preferably, the fourth conductor node is at ground potential and the bridge voltage is supplied to the third conductor node or the third conductor node is at ground potential and the bridge voltage is supplied to the fourth conductor node.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist, bei einer ersten Referenztemperatur, insb. bei einer ersten Referenztemperatur zwischen 18 und 25 Grad Celsius, das erste thermische Sensorelement einen ersten elektrischen Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten und das zweite thermische Sensorelement einen zweiten elektrischen Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten auf,
wobei der erste elektrische Widerstandswert-Temperaturkoeffizient und der zweite elektrische Widerstandswert-Temperaturkoeffizient in linearer Ordnung zumindest 1 × 10-3 /Kelvin betragen, insb. zumindest 3 × 10-3 /Kelvin,
und wobei insb. das erste thermische Sensorelement und das zweite thermische Sensorelement ein kaltleitendes Material, bevorzugt Platin und/oder Nickel, aufweisen.
In one embodiment of the invention, at a first reference temperature, in particular at a first reference temperature between 18 and 25 degrees Celsius, the first thermal sensor element has a first electrical resistance temperature coefficient and the second thermal sensor element has a second electrical resistance temperature coefficient,
wherein the first electrical resistance temperature coefficient and the second electrical resistance temperature coefficient in linear order are at least 1 × 10 -3 /Kelvin, in particular at least 3 × 10 -3 /Kelvin,
and wherein in particular the first thermal sensor element and the second thermal sensor element comprise a cold-conducting material, preferably platinum and/or nickel.

Die thermischen Sensorelemente sind also Kaltleiter und vergleichsweise stark temperaturabhängig. Es weisen bspw. Pt/Ni einen elektrischen Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten auf, der in linearer Ordnung etwa 3,85 × 10-3 /Kelvin beträgt. Die zwei thermischen Sensorelemente sind bevorzugt als Pt100 ausgebildet, d.h. sie weisen bei einer Bezugstemperatur von 0°C einen elektrischen Widerstandswert von 100 Ohm auf.The thermal sensor elements are therefore PTC thermistors and are comparatively highly temperature-dependent. For example, Pt/Ni have an electrical resistance-temperature coefficient that, in linear order, is approximately 3.85 × 10 -3 /Kelvin. The two thermal sensor elements are preferably designed as Pt100, meaning they have an electrical resistance of 100 ohms at a reference temperature of 0°C.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist bei einer zweiten Referenztemperatur, insb. einer zweiten Referenztemperatur zwischen -10 und + 15 Grad Celsius,
das erste thermische Sensorelement einen ersten elektrischen Widerstandswert und das zweiten thermische Sensorelement einen zweiten elektrischen Widerstandswert auf,
wobei der erste elektrische Widerstandswert weniger als 10 Ohm, insb. weniger als 5 Ohm, bevorzugt weniger als 2 Ohm, von dem zweiten elektrischen Widerstandswert abweicht.
In one embodiment of the invention, at a second reference temperature, in particular a second reference temperature between -10 and + 15 degrees Celsius,
the first thermal sensor element has a first electrical resistance value and the second thermal sensor element has a second electrical resistance value,
wherein the first electrical resistance value deviates from the second electrical resistance value by less than 10 ohms, in particular less than 5 ohms, preferably less than 2 ohms.

Die beiden thermischen Sensorelemente haben also fast gleiche elektrische Widerstandswerte. Insb. sind das erste thermische Sensorelement und das zweite thermische Sensorelement im Wesentlich baugleich.The two thermal sensor elements therefore have almost identical electrical resistance values. In particular, the first thermal sensor element and the second thermal sensor element are essentially identical in design.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist bei der ersten Referenztemperatur das erste Abgleichs-Widerstandselement einen dritten Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten und das zweite Abgleichs-Widerstandselement einen vierten elektrischen Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten auf,
wobei der dritte elektrische Widerstandswert-Temperaturkoeffizient und der vierte elektrische Widerstandswert-Temperaturkoeffizient in linearer Ordnung höchstens 0,2 × 10-3 /Kelvin, insb. höchstens 0,1 × 10-3 /Kelvin, bevorzugt höchstens 0,05 × 10-3 /Kelvin betragen.
In one embodiment of the invention, at the first reference temperature, the first trimming resistance element has a third resistance temperature coefficient and the second trimming resistance element has a fourth electrical resistance temperature coefficient,
wherein the third electrical resistance temperature coefficient and the fourth electrical resistance temperature coefficient in linear order are at most 0.2 × 10 -3 /Kelvin, in particular at most 0.1 × 10 -3 /Kelvin, preferably at most 0.05 × 10 -3 /Kelvin.

Die zwei Abgleichs-Widerstandselemente weisen also einen ausreichend temperaturunabhängigen elektrischen Widerstandswert auf.The two trimming resistor elements therefore have a sufficiently temperature-independent electrical resistance value.

Bei allen im Rahmen dieser Anmeldung angegeben elektrischen Widerstandswerten und/oder bei Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten bei der jeweils ersten/zweiten Referenztemperatur handelt es sich immer um außerhalb eines Messbetriebs vorliegende Temperaturkoeffizienten/elektrische Widerstandswerte, sprich bei einer ausgeschalteten Mess-/Betriebsschaltung, ohne dass das erste thermische Sensorelement (aktiv) beheizt wird.All electrical resistance values and/or resistance value temperature coefficients at the respective first/second reference temperature specified in this application always refer to temperature coefficients/electrical resistance values that are present outside of a measuring operation, i.e. when the measuring/operating circuit is switched off and the first thermal sensor element is not (actively) heated.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das thermische Durchflussmessgerät derart ausgebildet, dass bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Messgröße

  • - die beiden thermischen Sensorelemente in ein Lumen des Rohres hineinragen, und insb. mediumsberührend sind.
In one embodiment of the invention, the thermal flow meter is designed such that when determining and/or monitoring the measured variable
  • - the two thermal sensor elements protrude into a lumen of the pipe and are in particular in contact with the medium.

Für den Fall bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Messgröße des Mediums mediumsberührender thermischer Sensorelemente besteht ein unmittelbarer thermischer Kontakt der beiden thermischen Sensorelemente zu dem Medium. Dadurch wird die thermische Ankoppelung der thermischen Sensorelemente an das Medium verbessert und die Messgenauigkeit und/oder die Ansprechzeit des thermischen Durchflussmessgeräts erhöht.When determining and/or monitoring the measured variable of the medium using thermal sensor elements in contact with the medium, there is direct thermal contact between the two thermal sensor elements and the medium. This improves the thermal coupling of the thermal sensor elements to the medium and increases the measurement accuracy and/or response time of the thermal flowmeter.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das thermische Durchflussmessgerät derart eingerichtet, dass bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Messgröße die beiden Abgleichs-Widerstandselemente außerhalb des Lumens des Rohres angeordnet sind.In one embodiment of the invention, the thermal flow meter is configured such that the two balancing resistance elements are arranged outside the lumen of the tube when determining and/or monitoring the measured variable.

Anders als für die beiden thermischen Sensorelemente wird für die beiden - bevorzugt im Wesentlichen temperaturunabhängigen - Abgleichs-Widerstandselemente also bevorzugt ein Einfluss der Temperatur des Mediums auf die Abgleichs-Widerstandselemente minimiert.In contrast to the two thermal sensor elements, the influence of the temperature of the medium on the two - preferably essentially temperature-independent - balancing resistance elements is preferably minimized.

In einer Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei den zwei thermischen Sensorelementen jeweils um eine auf einem jeweiligen elektrisch isolierenden Substrat aufgebrachte, insb. in Dünnschichttechnik aufgebrachte, jeweilige Widerstandsstruktur mit einer jeweiligen elektrisch isolierenden Abdeckung, insb. einer Abdeckschicht.In one embodiment of the invention, the two thermal sensor elements are each a respective resistance structure applied to a respective electrically insulating substrate, in particular applied using thin-film technology, with a respective electrically insulating cover, in particular a cover layer.

Das thermische Durchflussmessgerät ist in dieser Ausgestaltung insb. bevorzugt frei von Sonden, in deren Inneren die thermischen Sensorelemente ansonsten angeordnet wären und welche Sonden bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Messgröße in das Medium ansonsten eintauchen würden. Stattdessen ragen die thermischen Sensorelemente direkt in das Lumen des Messrohrs hinein. Somit kommen bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Messgröße das Substrat (bzw. eine der Abdeckung gegenüberliegende, insb. rückseitige, auf dem Substrat aufgebrachte Schicht) und die Abdeckung in einem unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem Medium.In this embodiment, the thermal flowmeter is preferably free of probes, inside which the thermal sensor elements would otherwise be located and which would otherwise be immersed in the medium during the determination and/or monitoring of the measured variable. Instead, the thermal sensor elements extend directly into the lumen of the measuring tube. Thus, during the determination and/or monitoring of the measured variable, the substrate (or a layer opposite the cover, especially the back layer applied to the substrate) and the cover come into direct thermal contact with the medium.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Messzweig zwischen dem zweiten Leiterknoten und dem zweiten thermischen Sensorelement ein Verschiebungs-Widerstandselement angeordnet.In one embodiment of the invention, a displacement resistance element is arranged in the measuring branch between the second conductor node and the second thermal sensor element.

Insbesondere weist das Verschiebungs-Widerstandselement bei der ersten Referenztemperatur einen fünften elektrischen Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten auf, wobei der fünfte elektrischen Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten in linearer Ordnung höchstens 0,2 × 10-3 /Kelvin, insb. höchstens 0,1 × 10-3 /Kelvin, bevorzugt höchstens 0,05 × 10-3 /Kelvin beträgt.In particular, the displacement resistance element has a fifth electrical resistance temperature coefficient at the first reference temperature, wherein the fifth electrical resistance temperature coefficient in linear order is at most 0.2 × 10 -3 /Kelvin, in particular at most 0.1 × 10 -3 /Kelvin, preferably at most 0.05 × 10 -3 /Kelvin.

Insbesondere ist auch das thermische Durchflussmessgerät derart eingerichtet ist, dass bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Messgröße das Verschiebungs-Widerstandselement außerhalb des Lumens des Rohres angeordnet ist.In particular, the thermal flow meter is also designed such that the displacement resistance element is arranged outside the lumen of the pipe when determining and/or monitoring the measured variable.

Bevorzugt wird also auch für das Verschiebungs-Widerstandselement ein Einfluss der Temperatur minimiert.Preferably, the influence of temperature is also minimized for the displacement resistance element.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist bei der zweiten Referenztemperatur das erste Abgleichs-Widerstandselement einen dritten elektrischen Widerstandswert und das zweite Abgleichs-Widerstandselement einen vierten elektrischen Widerstandswert auf, wobei der vierte elektrischen Widerstandswert zumindest das 5-fache, insb. zumindest das 10-fache, bevorzugt zumindest das 30-fache, des dritten elektrischen Widerstandswerts beträgt.In one embodiment of the invention, at the second reference temperature, the first trimming resistance element has a third electrical resistance value and the second trimming resistance element has a fourth electrical resistance value, wherein the fourth electrical resistance value is at least 5 times, in particular at least 10 times, preferably at least 30 times, the third electrical resistance value.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, nicht maßstabsgetreuen Figuren näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen. Wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird ggfs. auf Bezugszeichen in den Figuren verzichtet.The invention is explained in more detail with reference to the following figures, which are not to scale. Like reference numerals denote like features. Where necessary for clarity or otherwise deemed appropriate, reference numerals have been omitted from the figures.

Es zeigen:

  • 1: Eine (schematische) perspektivische Ansicht auf Messrohr mit einem thermischen Durchflussmessgeräts mit einer Brückenschaltung nach dem Stand der Technik;
  • 2: Eine Schnittansicht auf ein Messrohr eines thermischen Durchflussmessgeräts 1 in einer Ausgestaltung der Erfindung; und
  • 3: Details der Mess-/Betriebsschaltung 3 eines erfindungsgemäßen thermischen Durchflussmessgerät 1 nach einer Ausgestaltung der Erfindung.
They show:
  • 1 : A (schematic) perspective view of a measuring tube with a thermal flow meter with a bridge circuit according to the prior art;
  • 2 : A sectional view of a measuring tube of a thermal flow meter 1 in an embodiment of the invention; and
  • 3 : Details of the measuring/operating circuit 3 of a thermal flow measuring device 1 according to an embodiment of the invention.

In 1 ist eine vereinfachte Prinzipdarstellung einer Brückenschaltung, wie sie bei einem thermischen Durchflussmessgerät nach dem Stand der Technik eingesetzt wird, mit einer perspektivischen Ansicht eines Messrohrs 2 dargestellt. In einem Lumen 7 (siehe 2) des Messrohrs 2 sind die beiden thermischen Sensorelemente S1, S2 derart angeordnet, dass sie in einer Ebene liegen, welche Ebene senkrecht zur Durchflussrichtung qm liegt. Ein Normalenvektor der Ebene stimmt also mit der Durchflussrichtung qm überein.In 1 is a simplified schematic diagram of a bridge circuit as used in a thermal flowmeter according to the state of the art, with a perspective view of a measuring tube 2. In a lumen 7 (see 2 ) of the measuring tube 2, the two thermal sensor elements S1, S2 are arranged such that they lie in a plane perpendicular to the flow direction qm. A normal vector of the plane thus coincides with the flow direction qm.

Weiter umfasst die Brückenschaltung einen (Differenz-)Verstärker und zwei Abgleichs-Widerstandselemente, welche zwei Abgleichs-Widerstandselemente außerhalb des Messrohrs angeordnet sind. Ein erstes Abgleichs-Widerstandselement A1 ist in einem Heizzweig HZ in Reihe mit dem ersten thermisches Sensorelemente S1 geschaltet und ein zweites Abgleichs-Widerstandselement A2 ist in einem Messzweig MZ in Reihe mit dem zweiten thermischen Sensorelement S2 geschaltet. Gemäß der in 1 gezeigtem Brückenschaltung werden zum Erreichen unterschiedlich starker elektrischer Ströme in dem Messzweig MZ und dem Heizzweig HZ thermische Sensorelemente S1, S2 mit unterschiedlich großen elektrischen Widerstandswerten RS1, RS2 eingesetzt. Um dies zu vermeiden, wird im Rahmen der Erfindung eine verbesserte Mess-/Betriebsschaltung 3 vorgestellt, welche in einer Ausgestaltung in der nachstehend erläuterten 3 näher dargestellt ist.The bridge circuit further comprises a (differential) amplifier and two balancing resistor elements, which are arranged outside the measuring tube. A first balancing resistor element A1 is connected in series with the first thermal sensor element S1 in a heating branch HZ, and a second balancing resistor element A2 is connected in series with the second thermal sensor element S2 in a measuring branch MZ. According to the 1 In the bridge circuit shown, thermal sensor elements S1, S2 with different electrical resistance values R S1 , R S2 are used to achieve different electrical currents in the measuring branch MZ and the heating branch HZ. To avoid this, an improved measuring/operating circuit 3 is presented within the scope of the invention, which in one embodiment is shown in the following 3 is shown in more detail.

2 zeigt ferner die Draufsicht auf einen Querschnitt des Messrohrs 2 und ein daran angeordnetes thermisches Durchflussmessgerät 1 in einer Ausgestaltung der Erfindung. Die Mess-/Betriebsschaltung 3 ist bspw. in einem Gehäuse 8 zum Behausen der Mess-/Betriebsschaltung 3 angeordnet. Die beiden thermischen Sensorelemente S1, S2 sind hier bevorzugt als Dünnschichtsensorelemente ausgebildet und ragen in ein Lumen 7 des Messrohrs 2 hinein. Ein räumlicher Abstand zwischen den beiden thermischen Sensorelementen S1, S2 innerhalb der vorstehend genannten Ebene, d.h. senkrecht zur Durchflussrichtung qm beträgt zwischen 0,5 mm und 10 mm, damit die beiden thermischen Sensorelementen S1, S2 auch in ein hinreichend kleines Messrohr 2, bspw. ein DN 8 Messrohr 2, passen. Der genaue Abstand und die Anordnung der Dünnschichtsensorelemente hängt vom Aufbau des thermischen Durchflussmessgeräts 1, vom Durchmesser des Messrohrs 2, von der Temperaturhomogenität des strömenden Mediums über den Querschnitt des Messrohrs und von der erforderlichen Messgenauigkeit ab. Für Messrohre 2 mit größeren Nennweiten ist bspw. auch ein entsprechend größerer Abstand zwischen den thermischen Sensorelemente S1, S2, bspw. bis zu 30 mm, üblich. 2 further shows a top view of a cross section of the measuring tube 2 and a thermal flow meter 1 arranged thereon in one embodiment of the invention. The measuring/operating circuit 3 is arranged, for example, in a housing 8 for accommodating the measuring/operating circuit 3. The two thermal sensor elements S1, S2 are preferably designed as thin-film sensor elements and protrude into a lumen 7 of the measuring tube 2. A spatial distance between the two thermal sensor elements S1, S2 within the aforementioned plane, i.e. perpendicular to the flow direction qm, is between 0.5 mm and 10 mm, so that the two thermal sensor elements S1, S2 also fit into a sufficiently small measuring tube 2, for example a DN 8 measuring tube 2. The exact spacing and arrangement of the thin-film sensor elements depends on the design of the thermal flowmeter 1, the diameter of the measuring tube 2, the temperature homogeneity of the flowing medium across the cross-section of the measuring tube, and the required measurement accuracy. For measuring tubes 2 with larger nominal diameters, a correspondingly larger spacing between the thermal sensor elements S1, S2, e.g., up to 30 mm, is common.

Es handelt sich in der um 2 gezeigten Ausgestaltung um eine sondenfreie Variante eines thermischen Durchflussmessgeräts 1, bei der die als Dünnschichtsensorelemente ausgebildeten thermischen Sensorelemente S1, S2 in unmittelbaren Kontakt mit dem strömenden Medium kommen. Dadurch wird ein Wärmeübergang zwischen dem Medium und den thermischen Sensorelementen S1, S2 erhöht, die Ansprechzeit des thermischen Durchflussmessgeräts 1 verringert bzw. seine Genauigkeit erhöht.It is about 2 The embodiment shown is a probe-free variant of a thermal flow meter 1, in which the thermal sensors designed as thin-film sensor elements Sensor elements S1, S2 come into direct contact with the flowing medium. This increases heat transfer between the medium and the thermal sensor elements S1, S2, reduces the response time of the thermal flow meter 1, and increases its accuracy.

Die elektronische Mess-/Betriebsschaltung 3 ist dazu eingerichtet, die thermischen Sensorelemente S1, S2 zu betreiben und Durchflussmesswerte bereitzustellen. Um den Massedurchfluss eines strömungsfähigen Mediums durch das Messrohr 2 zu messen, wird beispielsweise das erste thermische Sensorelement S1 in dem durch das Messrohr 2 strömenden Medium derart beheizt, dass eine Temperaturdifferenz gegenüber der Medientemperatur konstant bleibt. Das zweite thermische Sensorelement S2 dient zur Messung der Temperatur des Mediums. Unter Voraussetzung gleichbleibender Medieneigenschaften (bspw. Dichte oder Zusammensetzung) lässt sich über die zum Halten der Temperaturdifferenz notwendigen Heizstrom und/oder über die zum Halten der Temperaturdifferenz notwendige Heizleistung Q auf den Massedurchfluss des Mediums schließen. Es wird bspw. ein Powerkoeffizient PC betrachtet, welcher proportional zu der über die Heizleistung eingebrachten Wärmemenge Q geteilt durch eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten thermischen Sensorelemente S1 und dem zweiten thermisches Sensorelement S2 ist: PC ∼ Q/ |TS1 - TS2|.The electronic measuring/operating circuit 3 is configured to operate the thermal sensor elements S1, S2 and to provide flow measurement values. In order to measure the mass flow of a flowable medium through the measuring tube 2, for example, the first thermal sensor element S1 in the medium flowing through the measuring tube 2 is heated in such a way that a temperature difference compared to the medium temperature remains constant. The second thermal sensor element S2 serves to measure the temperature of the medium. Assuming constant media properties (e.g. density or composition), the mass flow of the medium can be determined from the heating current required to maintain the temperature difference and/or the heating power Q required to maintain the temperature difference. For example, a power coefficient PC is considered, which is proportional to the amount of heat Q introduced via the heating power divided by a temperature difference between the first thermal sensor element S1 and the second thermal sensor element S2: PC ∼ Q/ |T S1 - T S2 |.

Das hier skizzierte thermische Durchflussmessgerät 1 ist beispielhaft, die fachkundige Person wird sich eine Anzahl von thermischen Sensorelementen S1, S2 gemäß ihren Anforderungen zusammenstellen und diese im Messrohr 2 in einer gewünschten Weise anordnen; Verfahren zum Betreiben derartiger thermischer Durchflussmessgeräte 1 mit thermischen Sensorelementen S1, S2 sind Stand der Technik.The thermal flowmeter 1 outlined here is exemplary; the skilled person will assemble a number of thermal sensor elements S1, S2 according to their requirements and arrange them in the measuring tube 2 in a desired manner. Methods for operating such thermal flowmeters 1 with thermal sensor elements S1, S2 are state of the art.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in 2 gezeigte sondenfreie Lösung eingeschränkt. Allerdings liegt in der Kombination der in 3 nachstehend erläuterten Mess-/Betriebsschaltung 3 mit der in 2 gezeigten sondenfreien Lösung ein Synergie-Effekt vor, da hiermit auch bei kleinen Nennweiten des Messrohrs 2 die vorstehend genannte hohe Genauigkeit erreichbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt nämlich gerade die Verwendung von thermischen Sensorelementen S1, S2 mit ähnlichen elektrischen Widerstandswerten RS1, RS2, wodurch wie eingangs erwähnt die Genauigkeit des thermischen Durchflussmessgeräts 1 entsprechend hoch ist.Of course, the invention is not limited to the 2 However, the combination of the probe-free solution shown in 3 measuring/operating circuit 3 explained below with the 2 The probe-free solution shown provides a synergistic effect, since the aforementioned high accuracy can be achieved even with small nominal diameters of the measuring tube 2. The solution according to the invention specifically allows the use of thermal sensor elements S1, S2 with similar electrical resistance values R S1 , R S2 , whereby, as mentioned above, the accuracy of the thermal flowmeter 1 is correspondingly high.

3 zeigt schließlich ein schematisches Schaltbild der Mess-/Betriebsschaltung 3, in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen thermischen Durchflussmessgeräts 1. 3 finally shows a schematic circuit diagram of the measuring/operating circuit 3, in an embodiment of the thermal flow meter 1 according to the invention.

Wie in 1 angedeutet sind auch hier die beiden thermischen Sensorelemente S1, S2 im Inneren des Messrohrs 2, d.h. einem Lumen 7 des Messrohrs 2 angeordnet, wobei die beiden Abgleichs-Widerstandselemente A1, A2 und das Verschiebungs-Widerstandselement Soffset bevorzugt außerhalb des Messrohrs 2 angeordnet sind. Die beiden Abgleichs-Widerstandselemente A1, A2 und das Verschiebungs-Widerstandselement Soffset sollten nämlich möglichst wenig auf Temperaturänderungen, bspw. des Mediums reagieren, und daher unter anderem möglichst temperaturunabhängig sein. Dies wird bspw. durch eine entsprechende Auswahl eines dritten bzw. vierten elektrischen Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten TCA1, TCA2 des ersten bzw. zweiten Abgleichs-Widerstandselements A1 bzw. A2 sowie eine Auswahl eines fünften elektrischen Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten TCoffset des Verschiebungs-Widerstandselements Soffset erreicht. Die Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten werden dabei bei einer ersten Referenztemperatur T1, bspw. Raumtemperatur, angegeben, bspw. einer Raumtemperatur-As in 1 As indicated, the two thermal sensor elements S1, S2 are arranged inside the measuring tube 2, i.e. a lumen 7 of the measuring tube 2, wherein the two balancing resistance elements A1, A2 and the displacement resistance element Soffset are preferably arranged outside the measuring tube 2. The two balancing resistance elements A1, A2 and the displacement resistance element Soffset should react as little as possible to temperature changes, e.g. of the medium, and therefore, among other things, be as temperature-independent as possible. This is achieved, for example, by a corresponding selection of a third or fourth electrical resistance temperature coefficient TC A1 , TC A2 of the first or second balancing resistance element A1 or A2, respectively, as well as a selection of a fifth electrical resistance temperature coefficient TC offset of the displacement resistance element Soffset. The resistance temperature coefficients are given at a first reference temperature T1, e.g. room temperature, e.g. a room temperature

Das erste thermische Sensorelement S1 und das erste Abgleichs-Widerstandselement A1 sind in einem Heizzweig HZ in Reihe geschaltet und das zweite thermische Sensorelement S2 und das zweite Abgleichs-Widerstandselement A2 in einem Messzweig MZ in Reihe geschaltet, wobei wiederum der Heizzweig HZ und der Messzweig MZ parallel geschaltet sind. Die Brückenschaltung weist daher erste bis vierte Leiterknoten LK1, LK2, LK3, LK4 auf, von denen

  • - der erste Leiterknoten LK1 in dem Heizzweig HZ zwischen dem ersten Abgleichs-Widerstandselements A1 und dem ersten thermischen Sensorelement S1,
  • - der zweite Leiterknoten LK2 in dem Messzweig MZ zwischen dem zweiten Abgleichs-Widerstandselement A2 und dem zweiten thermischen Sensorelement S2,
  • - der dritte Leiterknoten LK3 zwischen den beiden Abgleichs-Widerstandselementen A1, A2, und
  • - der vierte Leiterknoten LK4 zwischen den beiden thermischen Sensorelement S1, S2 angeordnet ist. Bevorzugt liegt der vierte Leiterknoten LK4 auf Massepotential.
The first thermal sensor element S1 and the first balancing resistor element A1 are connected in series in a heating branch HZ, and the second thermal sensor element S2 and the second balancing resistor element A2 are connected in series in a measuring branch MZ, with the heating branch HZ and the measuring branch MZ being connected in parallel. The bridge circuit therefore has first to fourth conductor nodes LK1, LK2, LK3, LK4, of which
  • - the first conductor node LK1 in the heating branch HZ between the first balancing resistance element A1 and the first thermal sensor element S1,
  • - the second conductor node LK2 in the measuring branch MZ between the second balancing resistance element A2 and the second thermal sensor element S2,
  • - the third conductor node LK3 between the two balancing resistance elements A1, A2, and
  • - the fourth conductor node LK4 is arranged between the two thermal sensor elements S1, S2. Preferably, the fourth conductor node LK4 is at ground potential.

Über eine Brücke der Brückenschaltung wird eine Brückenspannung Vbridge zugeführt, die von einer Spannungsdifferenz zwischen einer ersten Spannung U+ und einer zweiten Spannung U- abhängt, also bspw. Vbridge ∝ |U+ - U-|A bridge voltage Vbridge is supplied to the bridge circuit via a bridge, which depends on a voltage difference between a first voltage U + and a second voltage U - , for example Vbridge ∝ |U + - U - |

Die thermischen Sensorelemente S1, S2 und die Abgleichs-Widerstandselemente A1, A2 weisen bei einer zweiten Referenztemperatur T2 folgende elektrische Widerstandswerte auf: S1 Erster elektrischer Widerstandswert RS1 bspw. Pt100 S2 Zweiter elektrischer Widerstandswert RS2 ≈ RS1 bspw. Pt100 A1 Dritter elektrischer Widerstandswert RA1 A2 Vierter elektrischer Widerstandswert RA2 The thermal sensor elements S1, S2 and the adjustment resistance elements A1, A2 have the following electrical resistance values at a second reference temperature T2: S1 First electrical resistance value R S1 e.g. Pt100 S2 Second electrical resistance value R S2 ≈ R S1 e.g. Pt100 A1 Third electrical resistance value R A1 A2 Fourth electrical resistance value R A2

Bei den angegeben elektrischen Widerstandswerten RS1 ,RS2 , RA1 RA2 bei der zweiten Referenztemperatur T2, handelt es sich immer um außerhalb eines Messbetriebs vorliegende elektrische Widerstandswerte RS1 ,RS2, RA1, RA2 .The specified electrical resistance values R S1 ,R S2 , R A1 R A2 at the second reference temperature T2 always refer to electrical resistance values R S1 ,R S2 , R A1 , R A2 that are present outside of a measuring operation.

Der vierte elektrische Widerstandswert RA2 beträgt zumindest das 5-fache, insb. zumindest das 10-fache, bevorzugt zumindest das 30-fache, des dritten elektrischen Widerstandswerts RA1. Dieses Verhältnis (zumindest Faktor 5) führt durch das Ohm'sche Gesetz direkt zu einer um den entsprechenden Faktor geringeren Mess-Stromstärke Imeas in dem zweiten Abgleichs-Widerstandselement A2 in dem Messzweig MZ, im Vergleich zu einer Heiz-Stromstärke Ihtr in dem Heizzweig HZ.The fourth electrical resistance value R A2 is at least 5 times, in particular at least 10 times, preferably at least 30 times, the third electrical resistance value R A1 . This ratio (at least a factor of 5) leads, due to Ohm's law, directly to a measuring current Imeas in the second trim resistance element A2 in the measuring branch MZ that is lower by the corresponding factor compared to a heating current Ihtr in the heating branch HZ.

Insb. sind bevorzugt der erste elektrische Widerstandswert RS1, der zweite elektrische Widerstandswert RS2, der dritte elektrische Widerstandswert RA1 und der vierte elektrische Widerstandswert RA2 derart aufeinander abgestimmt, dass gilt R A 1 R S 1 R S 2

Figure DE102023126508A1_0003
In particular, the first electrical resistance value R S1 , the second electrical resistance value R S2 , the third electrical resistance value R A1 and the fourth electrical resistance value R A2 are preferably matched to one another in such a way that R A 1 R S 1 R S 2
Figure DE102023126508A1_0003

Bspw. beträgt bevorzugt bei der zweiten Referenztemperatur T2 der erste elektrische Widerstandswert RS1 zumindest das 4-fache des dritten elektrischen Widerstandswerts RA1. Ggf. gilt zusätzlich noch, je nach dem Verhältnis von RA2 zu RA1 noch R S 2 < R A 2

Figure DE102023126508A1_0004
For example, at the second reference temperature T2, the first electrical resistance value R S1 is preferably at least 4 times the third electrical resistance value R A1 . Depending on the ratio of R A2 to R A1 , the following may also apply: R S 2 < R A 2
Figure DE102023126508A1_0004

Bspw. beträgt bevorzugt bei der zweiten Referenztemperatur T2 der vierte elektrische Widerstandswert RA2 zumindest das 1,5- fache des zweiten elektrischen Widerstandswerts RS2.For example, at the second reference temperature T2, the fourth electrical resistance value R A2 is preferably at least 1.5 times the second electrical resistance value R S2 .

Die Erfindung umfasst eine Stromregelungseinheit 4, hier der Übersichtlichkeit halber mit einer Stromquelle 41 in dem Messzweig MZ und einem Strommesser 42 in dem Heizzweig HZ. Diese Stromregelungseinheit 4 regelt die elektrischen Ströme derart, dass sich immer ein konstantes Verhältnis zwischen einer Heiz-Stromstärke Ihtr eines in einem Messbetrieb in dem Heizzweig HZ fließenden elektrischen Heizstroms und einer Mess-Stromstärke Imeas eines in dem Messbetrieb in dem Messzweig MZ fließenden Messstroms einstellt, nämlich auf die Stromregel-Konstante K=Ihtr/Imeas.The invention comprises a current control unit 4, here for the sake of clarity with a current source 41 in the measuring branch MZ and an ammeter 42 in the heating branch HZ. This current control unit 4 regulates the electrical currents in such a way that a constant ratio is always established between a heating current intensity Ihtr of an electrical heating current flowing in the heating branch HZ during a measuring operation and a measuring current intensity Imeas of a measuring current flowing in the measuring branch MZ during the measuring operation, namely the current control constant K=Ihtr/Imeas.

Zur Regelung der Brückenspannung weist die Spannungsregelungseinheit 5 einen Differenzverstärker 51 auf, mit einem nicht-invertierenden ersten Eingang, an dem bspw. die erste Spannung U+ anliegt, und einen invertierendem zweiten Eingang, an dem bswp. die zweite Spannung U- anliegt. Ist bspw. die Spannungsdifferenz zwischen erster Spannung U+ und zweiter Spannung U- positiv, wird die Brückenspannung Vbridge erhöht, bspw. indem eine in der Spannungsregelungseinheit 5 in 3 gezeigte npn-Transistorstrecke leitender wird. Wird hingegen die die Spannungsdifferenz negativ, veranlasst die Spannungsregelungseinheit 5 den npn-Transistor wieder mehr zu sperren, um so das Gleichgewicht der Brückenschaltung bzw. das Herstellen der Abgleichbedingung zu erreichen. Der Differenzverstärker 51 regelt die Brückenspannung über den npn-Transistor der Spannungsregelungseinheit 5 in 3 also immer so, dass die Spannungsdifferenz zwischen erster Spannung U+ und zweiter Spannung U- auf einen Spannungswert von 0V geregelt wird.To regulate the bridge voltage, the voltage regulation unit 5 has a differential amplifier 51 with a non-inverting first input, to which, for example, the first voltage U + is applied, and an inverting second input, to which, for example, the second voltage U - is applied. If, for example, the voltage difference between the first voltage U + and the second voltage U - is positive, the bridge voltage Vbridge is increased, for example by a voltage regulation unit 5 in 3 shown npn transistor section becomes more conductive. However, if the voltage difference becomes negative, the voltage regulation unit 5 causes the npn transistor to block more in order to achieve the equilibrium of the bridge circuit or to establish the balancing condition. The differential amplifier 51 regulates the bridge voltage via the npn transistor of the voltage regulation unit 5 in 3 so always in such a way that the voltage difference between the first voltage U + and the second voltage U - is regulated to a voltage value of 0V.

Hierfür werden wiederum der Skalierungsfaktors Gain bzw. die Spannung ULK1 an dem ersten Leiterknoten LK1 und die Spannung ULk2 an dem zweiten Leiterknoten LK1 verwendet: G a i n = ( U + U L K 2 ) / ( U U L K 1 ) = U + U L K 1 U L K 2 U

Figure DE102023126508A1_0005
For this purpose, the scaling factor Gain or the voltage U LK1 at the first conductor node LK1 and the voltage U Lk2 at the second conductor node LK1 are used: G a i n = ( U + U L K 2 ) / ( U U L K 1 ) = U + U L K 1 U L K 2 U
Figure DE102023126508A1_0005

Die Abgleichbedingung lässt sich also umformulieren zu: 0 = U + U = U ( U + U 1 )   1 = U L K 2 U L K 1 G a i n

Figure DE102023126508A1_0006
The matching condition can therefore be reformulated as: 0 = U + U = U ( U + U 1 )   1 = U L K 2 U L K 1 G a i n
Figure DE102023126508A1_0006

Alternativ zu dem in 3 gezeigten npn-Transistor kann zum Erreichen der Abgleichbedingung für die Brückenschaltung auch ein pnp-Transistor verwendet werden; in diesem Fall wären dann bspw. der invertierende und der nicht-invertierende Eingang des Differenzverstärkers 51 miteinander vertauscht. Letzteres, indem die erste Spannung U+ auf den invertierenden und die zweite Spannung auf den nicht-invertierenden Eingang aufgeprägt wird, so dass der Differenzverstärkers 51 also eine Differenz zwischen der zweiten Spannung U- und der ersten Spannung U+ bildet.Alternatively to the 3 In addition to the NPN transistor shown, a PNP transistor can also be used to achieve the balancing condition for the bridge circuit; in this case, for example, the inverting and non-inverting inputs of the differential amplifier 51 would be interchanged. The latter is achieved by applying the first voltage U + to the inverting input and the second voltage to the non-inverting input, so that the differential amplifier 51 forms a difference between the second voltage U- and the first voltage U + .

Damit die Abgleichbedingung für die Brückenschaltung erfüllt werden und der für die Nachregelung der Brückenspannung Vbridge zuständige Differenzverstärker 51 der Spannungsregelungseinheit 5 einwandfrei arbeiten kann, wird die Spannung über dem, zweiten d.h. hier unbeheizten thermischen Sensorelement S2 mittels einer Spannungsskalierungs-Einheit 6 um einen Skalierungsfaktor Gain verstärkt. Der Skalierungsfaktor Gain stimmt bevorzugt im Wesentlichen mit der Stromregel-Konstante K überein.To ensure that the balancing condition for the bridge circuit is met and that the differential amplifier 51 of the voltage control unit 5, which is responsible for readjusting the bridge voltage Vbridge, can function properly, the voltage across the second (here unheated) thermal sensor element S2 is amplified by a scaling factor Gain using a voltage scaling unit 6. The scaling factor Gain preferably essentially corresponds to the current control constant K.

Bspw. weist die Spannungsskalierungs-Einheit 6 einen Spannungs-Verstärker auf, der wie in 3 dargestellt zwischen dem zweiten Leiterknoten LK2 und dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärker 51 angeordnet ist. Damit wird also eine um denselben Faktor Gain ≈ K verstärkte Spannung des zweiten Leiterknotens LK2 dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärker 51 als die erste Spannung U+ zugeführt. Die zweite Spannung U- an dem invertierenden Eingang entspricht der Spannung an dem ersten Leiterknoten LK1, so dass gilt U U L K 1 = 1

Figure DE102023126508A1_0007
For example, the voltage scaling unit 6 comprises a voltage amplifier which, as shown in 3 shown is arranged between the second conductor node LK2 and the non-inverting input of the differential amplifier 51. Thus, a voltage of the second conductor node LK2 amplified by the same factor Gain ≈ K is supplied to the non-inverting input of the differential amplifier 51 as the first voltage U + . The second voltage U - at the inverting input corresponds to the voltage at the first conductor node LK1, so that U U L K 1 = 1
Figure DE102023126508A1_0007

Der gesamte Skalierungsfaktor Gain des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels mit nur einem Spannungs-Verstärker der Spannungsskalierungs-Einheit 6 ergibt sich somit zu G a i n = ( U + U L K 2 ) / ( U U L K 1 ) = U + U L K 2

Figure DE102023126508A1_0008
Selbstverständlich umfasst die Erfindung mutatis mutandis auch die vorstehend genannten Varianten mit einem zusätzlichen oder alternativen Spannungs-Abschwächer (elektronischer Spannungsdämpfer). Mittels eines Spannungs-Verstärkers bzw. - Abschwächers wird jeweils das Verhältnis U + U L K 2
Figure DE102023126508A1_0009
vergrößert bzw. U U L K 1
Figure DE102023126508A1_0010
verkleinert. Somit wird insg. ein Skalierungsfaktor Gain > 1 erreicht.The total scaling factor gain of the 3 The embodiment shown with only one voltage amplifier of the voltage scaling unit 6 thus results in G a i n = ( U + U L K 2 ) / ( U U L K 1 ) = U + U L K 2
Figure DE102023126508A1_0008
Of course, the invention also encompasses, mutatis mutandis, the above-mentioned variants with an additional or alternative voltage attenuator (electronic voltage attenuator). By means of a voltage amplifier or attenuator, the ratio U + U L K 2
Figure DE102023126508A1_0009
enlarged or U U L K 1
Figure DE102023126508A1_0010
reduced. This results in a scaling factor Gain > 1.

Die Stromregel-Konstante ist bevorzugt größer als 1. Die Stromregel-Konstante K wird typischerweise so gewählt, dass der für die vorliegende Applikation benötigte Heizstrombereich abgedeckt werden kann und gleichzeitig ein Messstrombereich resultiert, welcher klein genug ist, so dass keine unerwünschte Selbsterwärmung an dem unbeheizten thermischen Sensorelement S2 entsteht. Dieser Messstrombereich liegt, bspw. bei einem Pt100 als das zweite thermische Sensorelement S2, typischerweise in einem Bereich < 1mA. Gleichzeitig sollte aber der Messstrom auch nicht zu klein gewählt werden, da durch eine zu große Stromregel-Konstante K auch erhöhte Anforderungen an das Rauschverhalten und andere Parameter gestellt werden, wie z.B. an einen Offset des Spannungs-Verstärkers der Spannungsskalierungs-Einheit 6, um eine stabile und genaue Regelung mittels der Spannungsregelungseinheit 5 und seines Differenzverstärkers 51 zu gewährleisten.The current control constant is preferably greater than 1. The current control constant K is typically selected such that the heating current range required for the application in question can be covered and, at the same time, a measuring current range results that is small enough so that no undesirable self-heating occurs on the unheated thermal sensor element S2. This measuring current range is typically in a range < 1 mA, for example with a Pt100 as the second thermal sensor element S2. At the same time, however, the measuring current should not be selected too small, since an excessively large current control constant K also places increased demands on the noise behavior and other parameters, such as an offset of the voltage amplifier of the voltage scaling unit 6, in order to ensure stable and precise control by means of the voltage control unit 5 and its differential amplifier 51.

Die Stromregel-Konstante K liegt bspw. zwischen 1 < K < 200, insb. zwischen 5 < K < 100, bevorzugt zwischen 10 < K < 60.The current control constant K is, for example, between 1 < K < 200, in particular between 5 < K < 100, preferably between 10 < K < 60.

Die Erfindung umfasst auch Varianten, bei denen die Stromregel-Konstante K < 1 ist, bspw. indem in der Stromregelungseinheit 4 die Position der Stromquelle 41 und des Strommessers 42 vertauscht ist. In diesem Fall ist entsprechend auch der Skalierungsfaktor Gain < 1. Dies wird bspw. mittels eines Spannungs-Abschwächers (elektronischer Spannungsdämpfer) der Spannungsskalierungs-Einheit 6 erreicht, welcher Spannungs-Abschwächer zwischen dem zweiten Leiterknoten LK2 und dem nicht-invertierendem Eingang des Differenzverstärkers 51 angeordnet ist, oder mittels eines Spannungs-Verstärkers, welcher zwischen dem ersten Leiterknoten LK1 und dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 51 angeordnet ist.The invention also encompasses variants in which the current control constant K < 1, for example, by interchanging the position of the current source 41 and the ammeter 42 in the current control unit 4. In this case, the scaling factor Gain is also correspondingly < 1. This is achieved, for example, by means of a voltage attenuator (electronic voltage attenuator) of the voltage scaling unit 6, which voltage attenuator is arranged between the second conductor node LK2 and the non-inverting input of the differential amplifier 51, or by means of a voltage amplifier which is arranged between the first conductor node LK1 and the inverting input of the differential amplifier 51.

In dem Messzweig MZ ist das Verschiebungs-Widerstandselement Soffset mit dem zweiten thermischen Sensorelement S2 in Reihe geschaltet, bspw. indem es zwischen dem zweiten Leiterknoten LK2 und dem zweiten thermischen Sensorelement S2 angeordnet ist. Die Aufgabe des Verschiebungs-Widerstandselements Soffsett ist es, einen konstanten Temperatur-Offset für eine Temperaturregelung des thermischen Durchflussmessgeräts 1 vorzugeben. Diese Temperaturregelung erfolgt mittels des Differenzverstärkers 51 der Spannungsreglungseinheit 5 und der damit verknüpften Regelung der Brückenspannung Vbridge. Das Verschiebungs-Widerstandselement Soffset weist bei der zweiten Referenztemperatur T2 einen fünften elektrischen Widerstandswert Roffset auf. Dieser fünfte elektrische Widerstandswert Roffset dividiert durch den ersten Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten TCS1 ergibt eine Temperaturdifferenz ΔT (also Temperatur des beheizten Sensorelements S1 minus Temperatur des nicht-beheizten zweiten thermischen Sensorelements S2), welche zwischen den beiden thermischen Sensorelementen S1, S2 eingeregelt wird, d.h. ΔT = Roffset/TCS1.In the measuring branch MZ, the displacement resistance element Soffset is connected in series with the second thermal sensor element S2, for example, by being arranged between the second conductor node LK2 and the second thermal sensor element S2. The task of the displacement resistance element Soffsett is to specify a constant temperature offset for temperature control of the thermal flowmeter 1. This temperature control is carried out by means of the differential amplifier 51 of the voltage control unit 5 and the associated control of the bridge voltage V bridge . The displacement resistance element Soffset has a fifth electrical resistance value R offset at the second reference temperature T2. This fifth electrical resistance value R offset divided by the first resistance value temperature coefficient TC S1 results in a temperature difference ΔT (i.e. temperature of the heated sensor element S1 minus temperature of the non-heated second thermal sensor element S2), which is regulated between the two thermal sensor elements S1, S2, i.e. ΔT = R offset /TC S1 .

Der fünfte elektrische Widerstandswert Roffset beträgt hier bspw. 10 Ohm, um eine Temperaturdifferenz ΔT von etwa 30 Kelvin zu erreichen. Allgemein sind der fünfte elektrische Widerstandswert Roffset und der erste Widerstandswert-Temperaturkoeffizient TCS1 derart aufeinander abgestimmt, dass die Temperaturdifferenz ΔT zumindest größer als 3 Kelvin, bevorzugt zumindest größer als 10 Kelvin ist.The fifth electrical resistance value R offset here is, for example, 10 ohms to achieve a temperature difference ΔT of approximately 30 Kelvin. Generally, the fifth electrical resistance value R offset and the first resistance temperature coefficient TC S1 are matched to one another such that the temperature difference ΔT is at least greater than 3 Kelvin, preferably at least greater than 10 Kelvin.

Das in 3 gezeigte, schematische Schaltbild zeigt die für die Erfindung wesentlichen Schaltungsbausteine der Mess-/Betriebsschaltung 3. Die Mess-/Betriebsschaltung umfasst aber selbstverständlich, bspw. zum Bereitstellen von Durchflussmesswerten, ggf. noch weitere in der in 3 hier nicht weiter dargestellte Komponenten, darunter Mehr - Leiter-Schaltungen, bspw. Vierleiter-Schaltungen, bspw. zum Erfassen eines Spannungsabfalls über dem ersten Abgleichs-Widerstandselement A1, dem ersten thermischen Sensorelement S1, dem zweiten thermischen Sensorelement S2 und/oder dem Verschiebungs-Widerstandselement Soffset.The 3 The schematic circuit diagram shown shows the circuit components of the measuring/operating circuit 3 that are essential for the invention. The measuring/operating circuit naturally also includes, for example, for providing flow measurement values, further circuits as described in 3 Components not shown here, including multi-wire circuits, e.g. four-wire circuits, e.g. for detecting a voltage drop across the first trim resistance element A1, the first thermal sensor element S1, the second thermal sensor element S2 and/or the displacement resistance element Soffset.

Die Vorteile der Erfindung sind im Folgenden noch einmal abschließend zusammengefasst:

  • - Die Regelung auf die konstante Temperaturdifferenz ΔT zwischen den beiden thermischen Sensorelementen S1, S2 reagiert schnell.
  • - Sie ist mittels der Brückenschaltung über die Mess-/Betriebsschaltung 3 implementiert, und somit quasi (hauptsächlich) als Hardware. Eine zusätzliche Regelung, bspw. mittels eines Microcontrollers und entsprechendem Regelalgorithmus mittels einer in dem Microcontroller hinterlegten Software, ist nicht mehr vonnöten, bzw. höchstens kaum. Letzteres für den Fall, dass eine ausschließlich hardware-technisch implementierte Anpassung zwischen Stromregel-Konstante K und Skalierungsfaktor Gain, bei der eine kleine Abweichung in den vorstehend genannten Grenzen verbleibt, noch zusätzlich rechnerisch verkleinert wird.
  • - Mittels der Wahl von Soffset ist die geregelte Temperarturdifferenz zudem variabel einstellbar. Denkbar ist hier auch, ein einstellbares Verschiebungs-Widerstandselement Soffset, sprich mit einem einstellbaren elektrischen Widerstandswert zu verwenden.
  • - Die Wahl der zwei Sensorelemente S1, S2 mit ähnlich grossem elektrischen Widerstandswerten RS1, RS2 minimiert dabei ungewünschte Asymmetrien, was sich positiv auf die Auslegung der Mess-/Betriebsschaltung 3 sowie die Messgenauigkeit des thermischen Durchflussmessgeräts 1 auswirkt.
  • - Die variable Wahl der Einstellung des Stromverhältnisses zwischen beheiztem und unbeheiztem Sensorelement (Heiz-Stromstärke Ihtr zu Mess-Stromstärke Imeas, über die Stromregelungseinheit bzw. die damit assoziierte Stromregel-Konstante K) kann auf die Sensorcharakteristik und die jeweilige Anwendung hin optimiert werden.
  • - Die Mess-/Betriebsschaltung 3 ist durch eine entsprechende Beschaltung flexibel an die Anforderungen der jeweiligen bestimmungsgemäße Anwendung anpassbar.
The advantages of the invention are summarized below:
  • - The control to the constant temperature difference ΔT between the two thermal sensor elements S1, S2 reacts quickly.
  • - It is implemented via the bridge circuit across the measuring/operating circuit 3, and thus (primarily) in hardware. Additional control, e.g., via a microcontroller and a corresponding control algorithm using software stored in the microcontroller, is no longer necessary, or at most, barely necessary. The latter applies in the case where an exclusively hardware-implemented adjustment between the current control constant K and the scaling factor Gain, in which a small deviation remains within the aforementioned limits, is further reduced computationally.
  • - By selecting Soffset, the controlled temperature difference can also be variably adjusted. It is also conceivable to use an adjustable displacement resistance element Soffset, i.e., one with an adjustable electrical resistance value.
  • - The selection of the two sensor elements S1, S2 with similar electrical resistance values R S1 , R S2 minimizes unwanted asymmetries, which has a positive effect on the design of the measuring/operating circuit 3 and the measuring accuracy of the thermal flow meter 1.
  • - The variable selection of the setting of the current ratio between heated and unheated sensor element (heating current Ihtr to measuring current Imeas, via the current control unit or the associated current control constant K) can be optimized to the sensor characteristics and the respective application.
  • - The measuring/operating circuit 3 can be flexibly adapted to the requirements of the respective intended application by means of appropriate wiring.

Die Erfindung wurde der Einfachheit halber stets mit demselben thermischen Sensorelement S1 zum Heizen und demselben thermischen Sensorelement S2 zum Messen der Temperatur erläutert. Wie eingangs erwähnt umfasst die Erfindung mutatis mutandis auch thermische Durchflussmessgeräte 1, bei denen die Rolle der beiden thermischen Sensorelemente S1, S2 vertauschbar ist. Hierzu wird bspw. mittels nicht dargestellter Schaltelemente die Schaltungstopologie der Mess-/Betriebsschaltung 3 anpassbar gehalten, so dass bspw. das hochohmige zweite Abgleichs-Widerstandselement A2 in den Messzweig MZ (mit bspw. der Stromquelle 41 der Stromregelungseinheit 4) und das niederohmige erste Abgleichs-Widerstandselement A1 in dem Heizzweig HZ geschaltet werden kann. Diese Lösung eignet sich insb., um auf Änderungen der Durchflussrichtung qm des Mediums reagieren zu können.For the sake of simplicity, the invention has always been explained using the same thermal sensor element S1 for heating and the same thermal sensor element S2 for measuring the temperature. As mentioned at the beginning, the invention also encompasses, mutatis mutandis, thermal flow measuring devices 1 in which the role of the two thermal sensor elements S1, S2 is interchangeable. For this purpose, the circuit topology of the measuring/operating circuit 3 is kept adaptable, for example by means of switching elements not shown, so that, for example, the high-ohmic second balancing resistance element A2 can be connected to the measuring branch MZ (with, for example, the current source 41 of the current control unit 4) and the low-ohmic first balancing resistance element A1 can be connected to the heating branch HZ. This solution is particularly suitable for responding to changes in the flow direction qm of the medium.

Bezugszeichen und SymboleReference signs and symbols

11
Durchflussmessgerätflow meter
22
RohrPipe
33
Mess-/BetriebsschaltungMeasuring/operating circuit
44
StromregelungseinheitCurrent control unit
55
SpannungsregelungseinheitVoltage control unit
5151
Differenzverstärkerdifferential amplifier
66
Spannungsskalierungs-EinheitVoltage scaling unit
77
LumenLumen
88
GehäuseHousing
S1, S2S1, S2
thermische Sensorelementethermal sensor elements
A1, A2A1, A2
Abgleichs-WiderstandselementeAdjustment resistor elements
SoffsetFabric
Verschiebungs-WiderstandselementDisplacement resistance element
HZHZ
HeizzweigHeating branch
MZMZ
Messzweigmeasuring branch
IhtrYour
Heiz-StromstärkeHeating current
ImeasImeas
Mess-StromstärkeMeasuring current
KK
Stromregel-KonstanteCurrent control constant
VbridgeVbridge
BrückenspannungBridge voltage
GainGain
SkalierungsfaktorScaling factor
U+, U-U+, U-
erste, zweite Spannungfirst, second voltage
qmsqm
DurchflussrichtungFlow direction
LK1, LK2, LK3, LK4LK1, LK2, LK3, LK4
erster bis vierter Leiterknotenfirst to fourth ladder nodes
ULK1, ULK2ULK1, ULK2
Spannung am ersten/zweiten LeiterknotenVoltage at the first/second conductor node
TCS1, TCS2, TCA1, TCA2TCS1, TCS2, TCA1, TCA2
erster-vierter el. Widerstandswert-Temperaturkoeffizientfirst-fourth electrical resistance value-temperature coefficient
RS1, RS2, RA1, RA2RS1, RS2, RA1, RA2
erster-vierter el. Widerstandswertfirst-fourth electrical resistance value
RoffsetRoffset
fünfter elektrischer Widerstandswertfifth electrical resistance value
TCoffsetTCoffset
fünfter el. Widerstandswert-Temperaturkoeffizientfifth electrical resistance temperature coefficient
ΔTΔT
eingeregelte Temperaturdifferenzregulated temperature difference
T1, T2T1, T2
erste, zweite Referenztemperaturfirst, second reference temperature

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10 2013 105 992 A1 [0002]DE 10 2013 105 992 A1 [0002]
  • DE 10 2016 121 110 A1 [0002]DE 10 2016 121 110 A1 [0002]
  • DE 10 2019 110 876 A1 [0002]DE 10 2019 110 876 A1 [0002]

Claims (17)

Thermisches Durchflussmessgerät (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Messgröße, insb. eines Massedurchflusses, eines in einem Rohr (2) strömenden Mediums, welches thermische Durchflussmessgerät (1) umfasst: - zwei als Widerstandselemente ausgebildete thermische Sensorelemente (S1, S2), die zum beheizet werden und/oder zum Erfassen der Temperatur des Mediums eingerichtet sind, - ein erstes Abgleichs-Widerstandselement (A1) und ein zweites Abgleichs-Widerstandselement (A2); - eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (3), die dazu ausgebildet ist -- ein erstes thermisches Sensorelements (S1) zu beheizen, -- mittels eines unbeheizten zweiten thermischen Sensorelements (S2) die Temperatur des Mediums zu erfassen, wobei die beiden thermischen Sensorelemente (S1, S2), die zwei Abgleichs-Widerstandselemente (A1, A2) und die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (3) unter Bildung einer Brückenschaltung derart miteinander verschaltet sind, dass - in einem Heizzweig (HZ) das erste Abgleichs-Widerstandselement (A1) und das erste thermische Sensorelement (S1) in Reihe geschaltet sind, - in einem Messzweig (MZ) das zweite Abgleichs-Widerstandselement (A2) und das zweite thermische Sensorelement (S2) in Reihe geschaltet sind, und - der Heizzweig (HZ) und der Messzweig (MZ) elektrisch parallel geschaltet sind, und wobei die Mess-/Betriebsschaltung (3) eine Stromregelungseinheit (4) umfasst, welche Stromregelungseinheit (4) dazu eingerichtet ist, ein Verhältnis gebildet aus einer Heiz-Stromstärke (Ihtr) eines in einem Messbetrieb in dem Heizzweig (HZ) fließenden elektrischen Heizstroms geteilt durch eine Mess-Stromstärke (Imeas) eines in dem Messbetrieb in dem Messzweig (MZ) fließenden Messstroms (Imeas) auf eine Stromregel-Konstante (K) zu regeln.A thermal flowmeter (1) for determining and/or monitoring a measured variable, in particular a mass flow, of a medium flowing in a pipe (2), comprising: - two thermal sensor elements (S1, S2) designed as resistance elements, which are designed to be heated and/or to detect the temperature of the medium, - a first balancing resistance element (A1) and a second balancing resistance element (A2); - an electronic measuring/operating circuit (3) designed to: -- heat a first thermal sensor element (S1), -- detect the temperature of the medium by means of an unheated second thermal sensor element (S2), wherein the two thermal sensor elements (S1, S2), the two balancing resistor elements (A1, A2), and the electronic measuring/operating circuit (3) are interconnected to form a bridge circuit such that: - in a heating branch (HZ), the first balancing resistor element (A1) and the first thermal sensor element (S1) are connected in series, - in a measuring branch (MZ), the second balancing resistor element (A2) and the second thermal sensor element (S2) are connected in series, and - the heating branch (HZ) and the measuring branch (MZ) are electrically connected in parallel, and wherein the measuring/operating circuit (3) Current control unit (4) comprises, which current control unit (4) is configured to regulate a ratio formed from a heating current intensity (Ihtr) of an electrical heating current flowing in the heating branch (HZ) during a measuring operation divided by a measuring current intensity (Imeas) of a measuring current (Imeas) flowing in the measuring branch (MZ) during the measuring operation to a current control constant (K). Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach Anspruch 1, wobei die Brückenschaltung einen ersten Leiterknoten (LK1) aufweist, welcher erste Leiterknoten (LK1) in dem Heizzweig (HZ) zwischen dem ersten Abgleichs-Widerstandselements (A1) und dem ersten thermischen Sensorelement (S1) angeordnet ist, wobei die Brückenschaltung einen zweiten Leiterknoten (LK2) aufweist, welcher zweite Leiterknoten (LK2) in dem Messzweig (MZ) zwischen dem zweiten Abgleichs-Widerstandselement (A2) und dem zweiten thermische Sensorelement (S2) angeordnet ist, wobei die Brückenschaltung einen dritten Leiterknoten (LK3) aufweist, welcher dritte Leiterknoten (LK3) zwischen den zwei Abgleichs-Widerstandselementen (A1, A2) angeordnet ist, und wobei die Brückenschaltung einen vierten Leiterknoten (LK4) aufweist, welcher vierte Leiterknoten (LK4) zwischen den zwei thermischen Sensorelementen (S1, S2) angeordnet ist.Thermal flow meter (1) according to Claim 1 , wherein the bridge circuit has a first conductor node (LK1), which first conductor node (LK1) is arranged in the heating branch (HZ) between the first balancing resistance element (A1) and the first thermal sensor element (S1), wherein the bridge circuit has a second conductor node (LK2), which second conductor node (LK2) is arranged in the measuring branch (MZ) between the second balancing resistance element (A2) and the second thermal sensor element (S2), wherein the bridge circuit has a third conductor node (LK3), which third conductor node (LK3) is arranged between the two balancing resistance elements (A1, A2), and wherein the bridge circuit has a fourth conductor node (LK4), which fourth conductor node (LK4) is arranged between the two thermal sensor elements (S1, S2). Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mess-/Betriebsschaltung (3) eine Spannungsreglungseinheit (5) umfasst, wobei die Spannungsreglungseinheit (5) dazu ausgebildet ist, der Brückenschaltung eine Brückenspannung (Vbridge) zuzuführen, welche Brückenspannung (Vbridge) von einer Spannungsdifferenz zwischen einer ersten Spannung (U+) und einer zweiten Spannung (U-) abhängt, und wobei die Spannungsreglungseinheit (5) insb. einen Differenzverstärker (51) aufweist und die erste Spannung (U+) einem nicht-invertierenden ersten Eingang des Differenzverstärkers und die zweite Spannung (U-) einem invertierenden zweiten Eingang des Differenzverstärkers zugeführt wird, oder umgekeht.Thermal flow meter (1) according to Claim 1 or 2 , wherein the measuring/operating circuit (3) comprises a voltage regulation unit (5), wherein the voltage regulation unit (5) is designed to supply the bridge circuit with a bridge voltage (Vbridge), which bridge voltage (Vbridge) depends on a voltage difference between a first voltage (U + ) and a second voltage (U - ), and wherein the voltage regulation unit (5) in particular has a differential amplifier (51) and the first voltage (U + ) is supplied to a non-inverting first input of the differential amplifier and the second voltage (U-) is supplied to an inverting second input of the differential amplifier, or vice versa. Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach Anspruch 3, wobei die Mess-/Betriebsschaltung (3) eine Spannungsskalierungs-Einheit (6) aufweist, welche Spannungsskalierungs-Einheit (6) dazu ausgebildet ist, ein Verhältnis gebildet aus - einem Verhältnis gebildet aus der ersten Spannung (U+) geteilt durch einer an dem zweiten Leiterknoten (LK2) anliegenden Spannung (ULK2), geteilt durch - ein Verhältnis gebildet aus der zweiten Spannung (U-) geteilt durch einer an dem ersten Leiterknoten (LK1) anliegenden Spannung (ULK1) auf einen Skalierungsfaktor (Gain) zu skalieren.Thermal flow meter (1) according to Claim 3 , wherein the measuring/operating circuit (3) has a voltage scaling unit (6), which voltage scaling unit (6) is designed to scale a ratio formed from - a ratio formed from the first voltage (U + ) divided by a voltage (U LK2 ) applied to the second conductor node (LK2), divided by - a ratio formed from the second voltage (U - ) divided by a voltage (U LK1 ) applied to the first conductor node (LK1) to a scaling factor (gain). Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach Anspruch 4, wobei der Skalierungsfaktor (Gain) um weniger als 10%, insb. weniger als 5%, bevorzugt weniger als 2% von der Stromregel-Konstante (K) abweicht, und wobei insb. der Skalierungsfaktor (Gain) genau dann größer als 1 ist, falls die Stromregel-Konstante (K) größer als eins ist und der Skalierungsfaktor (Gain) genau dann kleiner als 1 ist, falls die Stromregel-Konstante (K) kleiner als 1 ist.Thermal flow meter (1) according to Claim 4 , wherein the scaling factor (gain) deviates from the current control constant (K) by less than 10%, in particular less than 5%, preferably less than 2%, and wherein in particular the scaling factor (gain) is greater than 1 if and only if the current control constant (K) is greater than one and the scaling factor (Gain) is less than 1 if and only if the current control constant (K) is less than 1. Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stromregel-Konstante (K) größer als 1 und kleiner als 200, insb. größer als 5 und kleiner als 100, und bevorzugt größer als 10 ist.Thermal flow meter (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the current control constant (K) is greater than 1 and less than 200, in particular greater than 5 and less than 100, and preferably greater than 10. Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stromregelungseinheit (4) eine, insb. regelbare, (Gleich-)Stromquelle (41) und einen Strommesser (42) umfasst.Thermal flow meter (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the current control unit (4) comprises a, in particular controllable, (direct) current source (41) and an ammeter (42). Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stromregel-Konstante (K) und der Skalierungsfaktor (Gain) größer als 1 sind, und wobei die Stromquelle (41) in dem Messzweig (MZ) zwischen dem zweiten Abgleichs-Widerstandselement (A2) und dem zweiten Leiterknoten (LK2) angeordnet ist und insb. der Strommesser (42) dazu ausgebildet ist, die Heiz-Stromstärke (Ihtr) zu messen und insb. der Strommesser (43) in dem Heizzweig (HZ) zwischen dem dritten Leiterknoten (LK3) und dem ersten Leiterknoten (LK1) angeordnet ist.Thermal flow meter (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the current control constant (K) and the scaling factor (Gain) are greater than 1, and wherein the current source (41) is arranged in the measuring branch (MZ) between the second balancing resistance element (A2) and the second conductor node (LK2) and in particular the ammeter (42) is designed to measure the heating current intensity (Ihtr) and in particular the ammeter (43) is arranged in the heating branch (HZ) between the third conductor node (LK3) and the first conductor node (LK1). Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei entweder, insb. bevorzugt, der vierte Leiterknoten (LK4) auf Massepotential (GND) liegt und die Brückenspannung (Vbridge) dem dritten Leiterknoten (LK4) zugeführt wird oder der dritte Leiterknoten (LK3) auf Massepotential (GND) liegt und die Brückenspannung (Vbridge) dem vierten Leiterknoten (LK4) zugeführt wird.Thermal flow meter (1) according to at least one of the preceding claims, wherein either, in particular preferably, the fourth conductor node (LK4) is at ground potential (GND) and the bridge voltage (V bridge ) is supplied to the third conductor node (LK4) or the third conductor node (LK3) is at ground potential (GND) and the bridge voltage (V bridge ) is supplied to the fourth conductor node (LK4). Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei bei einer ersten Referenztemperatur (T1), insb. bei einer ersten (T1) Referenztemperatur zwischen 18 und 25 Grad Celsius, das erste thermische Sensorelement (S1) einen ersten elektrischen Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten (TCS1), und das zweite thermische Sensorelement (S2) einen zweiten elektrischen Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten (TCS2) aufweist, wobei der erste elektrische Widerstandswert-Temperaturkoeffizient (TCS1) und der zweite elektrische Widerstandswert-Temperaturkoeffizient (TCS2) in linearer Ordnung zumindest 1 × 10-3 /Kelvin, insb. zumindest 3 × 10-3 /Kelvin, betragen, und wobei insb. das erste thermische Sensorelement (S1) und das zweite thermische Sensorelement (S2) ein kaltleitendes Material, bevorzugt Platin und/oder Nickel, aufweisen.Thermal flow meter (1) according to at least one of the preceding claims, wherein at a first reference temperature (T1), in particular at a first (T1) reference temperature between 18 and 25 degrees Celsius, the first thermal sensor element (S1) has a first electrical resistance temperature coefficient (TC S1 ), and the second thermal sensor element (S2) has a second electrical resistance temperature coefficient (TC S2 ), wherein the first electrical resistance temperature coefficient (TC S1 ) and the second electrical resistance temperature coefficient (TC S2 ) are in linear order at least 1 × 10 -3 /Kelvin, in particular at least 3 × 10 -3 /Kelvin, and wherein in particular the first thermal sensor element (S1) and the second thermal sensor element (S2) have a cold-conducting material, preferably platinum and/or nickel. Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei bei einer zweiten Referenztemperatur (T2), insb. einer zweiten Referenztemperatur zwischen -10 und + 15 Grad Celsius, das erste thermische Sensorelement (S1) einen ersten elektrischen Widerstandswert (RS1) und das zweite thermische Sensorelement (S1) einen zweiten elektrischen Widerstandswert (RS2) aufweist, und wobei der erste elektrische Widerstandswert (RS1) weniger als 10 Ohm, insb. weniger als 5 Ohm, bevorzugt weniger als 1 Ohm, von dem zweiten elektrischen Widerstandswert (RS2) abweicht.Thermal flow meter (1) according to at least one of the preceding claims, wherein at a second reference temperature (T2), in particular a second reference temperature between -10 and + 15 degrees Celsius, the first thermal sensor element (S1) has a first electrical resistance value (R S1 ) and the second thermal sensor element (S1) has a second electrical resistance value (R S2 ), and wherein the first electrical resistance value (R S1 ) deviates from the second electrical resistance value (R S2 ) by less than 10 ohms, in particular less than 5 ohms, preferably less than 1 ohm. Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der ersten Referenztemperatur (T1) das erste Abgleichs-Widerstandselement (A1) einen dritten Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten (TCA1) und das zweite Abgleichs-Widerstandselement (A2) einen vierten elektrischen Widerstandswert-Temperaturkoeffizienten (TCA2) aufweist, wobei der dritte elektrische Widerstandswert-Temperaturkoeffizient (TCA1) und der vierte elektrische Widerstandswert-Temperaturkoeffizient (TCA2) in linearer Ordnung höchstens 0,2 × 10-3 /Kelvin, insb. höchstens 0,1 × 10-3 /Kelvin, bevorzugt höchstens 0,05 × 10-3 /Kelvin betragen.Thermal flow meter (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the first reference temperature (T1) the first adjustment resistance element (A1) has a third resistance temperature coefficient (TC A1 ) and the second adjustment resistance element (A2) has a fourth electrical resistance temperature coefficient (TC A2 ), wherein the third electrical resistance temperature coefficient (TC A1 ) and the fourth electrical resistance temperature coefficient (TC A2 ) in linear order are at most 0.2 × 10 -3 /Kelvin, in particular at most 0.1 × 10 -3 /Kelvin, preferably at most 0.05 × 10 -3 /Kelvin. Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das thermische Durchflussmessgerät (1) derart ausgebildet ist, dass bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Messgröße - die beiden thermischen Sensorelemente (S1, S2) in ein Lumen (7) des Rohres (2) hineinragen, und insb. mediumsberührend sind.Thermal flow meter (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the thermal flow meter (1) is designed such that, during the determination and/or monitoring of the measured variable, - the two thermal sensor elements (S1, S2) protrude into a lumen (7) of the tube (2) and, in particular, are in contact with the medium. Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das thermische Durchflussmessgerät (1) derart eingerichtet ist, dass bei der Bestimmung und/oder Überwachung der Messgröße die beiden Abgleichs-Widerstandselemente (A1, A2) außerhalb des Lumens (7) des Rohres (2) angeordnet sind.Thermal flow measuring device (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the thermal flow measuring device (1) is set up in such a way that in the determination and/or monitoring To measure the measured variable, the two balancing resistance elements (A1, A2) are arranged outside the lumen (7) of the tube (2). Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei den zwei thermischen Sensorelementen (S1, S2) jeweils um eine auf einem jeweiligen elektrisch isolierenden Substrat aufgebrachte, insb. in Dünnschichttechnik aufgebrachte, jeweilige Widerstandsstruktur mit einer jeweiligen elektrisch isolierenden Abdeckung, insb. einer Abdeckschicht handelt.Thermal flow meter (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the two thermal sensor elements (S1, S2) are each a respective resistance structure applied to a respective electrically insulating substrate, in particular applied using thin-film technology, with a respective electrically insulating cover, in particular a cover layer. Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei in dem Messzweig (MZ) zwischen dem zweiten Leiterknoten (LK2) und dem ersten vierten Leiterknoten (LK4) ein Verschiebungs-Widerstandselement (S_offsett) in Reihe zu dem zweiten thermischen Sensorelement (S2) geschaltet ist, welches Verschiebungs-Widerstandselement (S_offsett) insb. zwischen dem zweiten Leiterknoten (LK2) und dem zweiten thermischen Sensorelement (S2), ein Verschiebungs-Widerstandselement (S_offsett) angeordnet ist.Thermal flow meter (1) according to at least one of the preceding claims, wherein in the measuring branch (MZ) between the second conductor node (LK2) and the first fourth conductor node (LK4) a displacement resistance element (S_offsett) is connected in series with the second thermal sensor element (S2), which displacement resistance element (S_offsett) is arranged in particular between the second conductor node (LK2) and the second thermal sensor element (S2). Thermisches Durchflussmessgerät (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei bei der zweiten Referenztemperatur (T2) das erste Abgleichs-Widerstandselement (A1) einen dritten elektrischen Widerstandswert (RA1) und das zweite Abgleichs-Widerstandselement (A2) einen vierten elektrischen Widerstandswert (RA2) aufweist, wobei der vierte elektrischen Widerstandswerts zumindest das 5-fache, insb. zumindest das 10-fache, bevorzugt zumindest das 30-fache, des dritten elektrischen Widerstandswerts beträgt.Thermal flow meter (1) according to at least one of the preceding claims, wherein at the second reference temperature (T2) the first adjustment resistance element (A1) has a third electrical resistance value (R A1 ) and the second adjustment resistance element (A2) has a fourth electrical resistance value (R A2 ), wherein the fourth electrical resistance value is at least 5 times, in particular at least 10 times, preferably at least 30 times, the third electrical resistance value.
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