DE1926509A1

DE1926509A1 - Device for the compensation of pressure changes when measuring low flow rates of liquid

Info

Publication number: DE1926509A1
Application number: DE19691926509
Authority: DE
Inventors: Wichmann Dipl-Phys Frank
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1969-05-23
Filing date: 1969-05-23
Publication date: 1970-12-17
Also published as: JPS5122833B1; DE1926509B2

Description

Einrichtung zur Kompensation von Druckänderungen bei der Messung geringer Durchflußmenge von Flüssigkeit Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation von Druckänderungen bei der Messung geringer Xurchflußmengen von unter hohen variablem Druck stehender Flüssigkeit, die durch eine I.ießkapillare strönt, deren Wandung von elektrischem Strom beheizt ist und die Flüssigkeit erwärmt, bei der der elektrische widerstand der Meßkapillare und der elektrische Widerstand einer ebenfalls von der Flüssigkeit gefüllten Vergleichskapillare den Meßzweig einer Wheatstone-Brücke bilden, deren Ausschlag eine der Durchflußmenge proportionale Größe ist.Device to compensate for changes in pressure when measuring less Flow rate of liquid The invention relates to a device for compensation of pressure changes when measuring low flow rates from under high variable Liquid under pressure that flows through a pouring capillary, its wall is heated by electric current and the liquid is heated at which the electric resistance of the measuring capillary and the electrical resistance also one of the Liquid-filled comparison capillary form the measuring branch of a Wheatstone bridge, whose deflection is a quantity proportional to the flow rate.

Wie an anderer Stelle bereits beschrieben, dienen derartige Einrichtungen zur Messung der Durchflußmenge von Flüssigkeiten, die unter einem sehr hohen Druck (100 bis 300 Atmosphären) stehen können und/oder bei denen der durch fluß sehr gering ist (ca. 1 ml/min). Die Meßeinrichtungen liegen dabei z. B. an Trennsäuleneingängen flüssigkeitschromatographischer Analysenvorrichtungen. Die Funktionsweise der Einrichtungen ist derart , daß durch die Meßkapillare, deren Wandung von einem elektrischen Strom durchflossen ist, ein kleiner Flüssigkeitsstrom geleitet ist Die Flüssigkeit wird von der von Strom aufgeheizten Meßkapillare erwärmt. Je nach spezifischer Wärme und Durchfluß der Flüssigkeit wird der Meßkapillarenwandung Wärme entzogen, was zu einer Abkühlung derselben und zu einer Widerstandsänderung des Material der Meßkapillarenwandung führt Je nach Dimensionierung (Innendurchmesser und Wandstärke) der Meßkapillare herrscht Proportionalität zwischen der Wärmekapazität der Flüssigkeit und der Temperaturdifferenz der Wandung bei bewegter Flüssigkeit gegenüber dem Ruhezustand mit stehender Flüssigkeit. Bei konstanter spezifischer Wärme der Flüssigkeit ist der Druchfluß der Flüssigkeit dieser Temperaturdifferenz und den nit Temperaturänderungen verbundenen elektrischen siderstandsändeungen der Wandung proportional. Die zu messenden Flüssigkeitsnengen sind lediglich in kapillarartigen Leitungen geführt, die hohen Innendruck standhalten können.As already described elsewhere, such devices are used for measuring the flow rate of liquids under a very high pressure (100 to 300 atmospheres) can stand and / or where the flow is very low is (approx. 1 ml / min). The measuring devices are z. B. at separating column entrances liquid chromatographic analysis devices. The functioning of the facilities is such that through the measuring capillary, the wall of an electric current is flowed through, a small stream of liquid is passed The liquid is heated by the measuring capillary heated by current. Depending on the specific heat and through flow of the liquid, heat is withdrawn from the measuring capillary wall, which to a cooling of the same and to a change in resistance of the material of the measuring capillary wall Depending on the dimensions (inner diameter and wall thickness) of the measuring capillary there is proportionality between the heat capacity of the liquid and the temperature difference of the wall when the liquid is in motion compared to the state of rest with standing liquid. At constant specific heat of the liquid is the flow of the liquid, this temperature difference and the temperature changes connected electrical resistance changes of the wall proportionally. The ones to be measured Liquid quantities are only guided in capillary-like lines, the high ones Can withstand internal pressure.

In Interesse einer hohen Empfindlichkeit und einer kleinen Einstell-Zeitkonstanten der Meßbrücke ist es vorteilhaft, nöglichst dünnwandige Meßkapillraren zu verwenden. Dann jedoch kann es geschehen, daß die Heßkapillare zusätzlich zur erwünschten elektrischen Widerstandsänderung aufgrund des Burchflusses der Flüssigkeit eine elektrische 'tiderstandsänderung infolge einer Deformation der Kapillare durch Druck erfährt. Dieser B£fekt macht sich besonders bei kleinen Durchflußmengen und hohen Druck als Verfälschung des tießergebnisses bemerkbar.In the interest of high sensitivity and a small setting time constant the measuring bridge, it is advantageous to use measuring capillaries that are as thin as possible. Then, however, it can happen that the heating capillary in addition to the desired electrical Change in resistance due to the flow of liquid an electrical change in resistance as a result of deformation of the capillary undergoes pressure. This effect makes especially with small flow rates and high pressure as a falsification of the noticeable results.

Die erfindungsgemäße Einrichtung sieht daher vor, daß die Vergleichskapillare als blind endender Flüssigkeitsraum* ausgebildet und mit der Meßkapillare elektrisch- und flüssigkeitsleitend an Stellen gleichen elektrischen Potentials verbunden ist.The device according to the invention therefore provides that the comparison capillary designed as a blind-ended liquid space * and electrically connected to the measuring capillary and is connected in a liquid-conducting manner at points of the same electrical potential.

Die Erfindung wird anhana eines Ausführungsbeispiel mittels der Figuren 1 bis 3 in folgenden näher erläutert.The invention is based on an exemplary embodiment by means of the figures 1 to 3 explained in more detail below.

Eine Änderung der Flüssigkeitsströmung in einer von konstantem Strom beheizten Meßkapillare 1 (siehe Figur 1 bis 3) macht sich in Form einer Temperaturänderung der Wandung der Meßkapillare R 1 bemerkbar, die ihrerseits zu einer elektrischen Widerstandsänderung der Meßkapillarenwandung führt, da der der Wandung entsprechende elektrische Widerstand ER 1 einen möglichst hohen Temperaturkoeffizienten besitzen soll. Es wird der Meßkapillarenwandung je nach Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit FL nehr oder weniger Wärme entzogen. Ist die Differenz zwischen der Temperatur der einfließenden Flüssigkeit FL und der Temperatur der Meßkapillare R 1 n undurchströnten Zustand immer konstant so kann z. B. in einer Brückenschaltung 35 (siehe Figur bis 3) der elektrische Widerstand der Meßkapillarenwandung ER 1 unter zinschaltung des elektrischen Kompensationswiderstandes ER 2 der Wandung einer Vergleichskapillare R 2, die in einen weiteren Zweig der Brückenschaltung BS liegt, die Widerstandsänderung erfaßt werden: welche durch dic strömende Flüssigkeit PL bei Strönungsschwankungen hervorgerufen wird. In den beiden übrigen Zweigen dieser Brückenschaltung 3S sind ohnsche Widerstände R 3 und R 4 eingeschaltet. br die eine Diagonale a, b wird der Brückenschaltung BS von eincr Konstantstromquelle Q über einen regelbaren Vorwiderstand VS der Brückenspeisestrom zugeführt, während in der zweiten Diagonale c, d ein Ausschlaginstrument A liegt. Dieses Ausschlaginstrument A zeigt bei Brückenverstimmung (Widerstand ER 1 ändert sich) eine dem Durchfluß der Flüssigkeit FL durc die Meßkapillare R 1 proportionale Meßgröße an.A change in fluid flow in one of constant flow heated measuring capillary 1 (see Figure 1 to 3) makes itself in the form of a temperature change the wall of the measuring capillary R 1 noticeable, which in turn becomes an electrical The change in resistance of the measuring capillary wall results in the corresponding one of the wall electrical resistance ER 1 the highest possible temperature coefficient should own. It becomes the wall of the measuring capillary depending on the flow velocity more or less heat is withdrawn from the liquid FL. Is the difference between the temperature of the inflowing liquid FL and the temperature of the measuring capillary R 1 n impervious state always constant so z. B. in a bridge circuit 35 (see FIGS. 3 to 3) the electrical resistance of the measuring capillary wall ER 1 with the connection of the electrical compensation resistor ER 2 of the wall of a Comparison capillary R 2, which is located in a further branch of the bridge circuit BS, the change in resistance can be detected: which is caused by the flowing liquid PL caused by fluctuations in intensity. In the other two branches of this Bridge circuit 3S are switched on without resistors R 3 and R 4. br the one Diagonal a, b is connected to the bridge circuit BS by a constant current source Q via a controllable series resistor VS is supplied to the bridge feed current, while in the second diagonal c, d an extractor A lies. This pick-up tool A shows in the case of bridge misalignment (resistance ER 1 changes) one of the flow the measured variable proportional to the liquid FL through the measuring capillary R 1.

Die Meß- und Vergleichskapillare R 1 und R 2 in der Brükkenschaltung BS nach Figur 1 sind aus einen einzigen Wärme-und clektriscnen Stron leitenden Rohr R nergestellt. In der geonetrischen Mitte befindet sich eine Mittelanzapfung 5.The measuring and comparison capillaries R 1 and R 2 in the bridge circuit BS according to FIG. 1 are made from a single heat and clean electricity-conducting tube R created. There is a center tap 5 in the geo-metrical center.

Die Flüssigkeit FL strönt in den als Eingang bezeichneten Teil der Meßkapillare R 1 ein und durch die Mittelanzapfung 5 wieder aus. Innerhalb der Vergleichskapillare R ? befindet sich die gleiche Flüssigkeit FL wie in der kapillare R 1. Bei Druckänderungen in der Flüssigkeit FL in der t:eßkapillare R 1 werden diese Druckenderungen auch auf die Flüssigkeit FL innerhalb der Tergleichskapillare R 2 übertragen.The liquid FL flows into the part of the designated as the entrance Measuring capillary R 1 in and out again through the center tap 5. Inside the comparison capillary R? there is the same liquid FL as in the capillary R 1. When the pressure changes In the liquid FL in the t: ßkapillary R 1 these pressure changes are also transferred to the liquid FL within the equalization capillary R 2.

(Das gleiche gilt für Meß- und Vergleichskapillare R 1, R 2 der Figuren 2 und 3.) Das blinde nde der Vergleichskapillare R 2 ist mit einem Hahn H 1 abgeschlossen. Dieser Hahn H 1 kann für Reinigungszwecke des Rohres R verwendet werden. (Das gleiche gilt für die Hähne H 2 der Vergleichskapillare R 2 nach Figur 2 und für die IIshne H 3 und H 4 der Vergleichskapillare R2 der Figur 3.) Der Lingang der Meßkapillare R 1 der Figur 1 ist elektrisch mit der Brückenschaltung BS verbunden, genauso wie das. blinde Ende bei Hahn H 1 der Vergleichskapillare R 2 und die liittelanzapfung S. Diese drei Punkte bilden die Diagonalpunkte a, b, c der Brückenschaltung BS.(The same applies to measuring and comparison capillaries R 1, R 2 in the figures 2 and 3.) The blind end of the comparison capillary R 2 is closed with a stopcock H 1. This tap H 1 can be used for cleaning the pipe R. (The same applies to the H 2 cocks of the comparison capillary R 2 according to FIG. 2 and to the II cocks H 3 and H 4 of the comparison capillary R2 in FIG. 3.) The inlet of the measuring capillary R 1 of Figure 1 is electrically connected to the bridge circuit BS, as well as the blind end at tap H 1 of the comparison capillary R 2 and the liittelanzapfung S. These three points form the diagonal points a, b, c of the bridge circuit BS.

In Figur 2 ist die Meßkapillare R 1 bifilar ausgeführt. Damit entfällt die Mittelanzapfung S nach Figur 1. Durch diese bifilare Ausführung der Meßkapillare R 1 können Eingang und Ausgang der Meßkapillare R 1 auf gleiches Potential gelegt werden (Brückendiagonalpunkt a) und der elektrische Widerstand ER 1 der Meßkapillare R 1 ergibt sich aus der Parallelschaltung der beiden Peilrohre der Meßkapillare R 1. Am Umkehrpunkt der beiden bifilaren Teilstücke der Meßkapillare R 1 ist die Vergleichskapillare R 2 elektrisch- und flüssigkeitsleitcnd angeschlossen. Sie ist an ihren Ende mit dem Hahn H 2 abgeschlosnen. Der liagonalpunkt c ist an dieser Stelle der Abzweigung der Vergleichskapillare R 2 von der Meßkapillare R 1 angeschlossen, da diese Stelle c für beide Kapillaren R 1 und R 2 das gleiche elektrische Potential aufweist.In Figure 2, the measuring capillary R 1 is designed bifilar. This does not apply the center tap S according to FIG. 1. This bifilar design of the measuring capillary R 1 can put the input and output of the measuring capillary R 1 at the same potential (bridge diagonal point a) and the electrical resistance ER 1 of the measuring capillary R 1 results from the parallel connection of the two sounding tubes of the measuring capillary R 1. At the reversal point of the two bifilar sections of the measuring capillary R 1 is the Comparison capillary R 2 electrically and liquid-conductive connected. she is closed at its end with the cock H 2. The left-hand point c is on this Point of the junction of the comparison capillary R 2 connected to the measuring capillary R 1, since this point c has the same electrical potential for both capillaries R 1 and R 2 having.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der die Meßkapillare R 1 und die Vergleichskapillare R 2 bifilar ausgebildet sind. Sie sind miteinander über eine Verbindungsleitung V an den Unkehrpunkten der bifilaren Teilstücke der beiden Kapillaren R 1 und R 2 elektrisch - und flüssigkeitsleitend verbunden. An dieser Stelle gleichen elektrischen Potentials für beide Kapillaren R 1 und R 2 ist auch der Diagonalpunkt c der Brückenschaltung BS angeschlossen. Der Ausgang und der Eingang der Meßkapillare R 1 sowie der Ausgang und der Eingang der Vergleichskapillare R 2 sind miteinander elektrisch verbunden und bilden die Brückenschaltungspunkte a und b. Die Vergleichskapillare R 2 ist dabei mit den Hähnen II 3 und H 4 abgeschlossen.Figure 3 shows a further embodiment of the device according to the invention, in which the measuring capillary R 1 and the comparison capillary R 2 are bifilar are. They are connected to each other via a connecting line V at the reversal points of the bifilar sections of the two capillaries R 1 and R 2 electrically - and connected in a fluid-conducting manner. Same electrical potential at this point for both capillaries R 1 and R 2 is also the diagonal point c of the bridge circuit BS connected. The output and the input of the measuring capillary R 1 and the output and the input of the comparison capillary R 2 are electrically connected to one another and form the bridge circuit points a and b. The comparison capillary is R 2 completed with taps II 3 and H 4.

Die Kompensation des Druckeinflusses auf die Durchflußmessung ist also mit der erfindungsgemäßen ,inrichtung erreicht worden, bei der säntliche mit der Flüssigkeit FL in Berührung stehende Teile aus eincm Material herstellbar sind.The compensation of the pressure influence on the flow measurement is So with the device according to the invention, has been achieved with the säntliche with the parts in contact with the liquid FL can be produced from one material.

Ein weiterer Vorteil der Binrichtung liegt in der Verneidung von Korrosionen innerhalb der Kapillarcn R 1 und R 2.Another advantage of the installation is that it prevents corrosion within the capillaries R 1 and R 2.

6 Patentansprüche 3 Figuren6 claims 3 figures

Claims

Claims 1. Device for compensating pressure changes when measuring low flow rates of under high variable pressure Liquid flowing through a measuring capillary, the wall of which is electrically controlled Electricity is heated and the liquid is heated at which the electrical resistance the measuring capillary and the electrical resistance also depend on the liquid filled comparison capillary form the measuring branch of a Wheatstone bridge, whose The deflection is a quantity proportional to the flow rate, characterized in that that the comparison capillaries (R 2) are designed as a blind-ended liquid space is and with the Ileßkapillare (R 1) electrically and fluid conducting at points (c) is connected to the same electrical potential.

2. Device according to claim 1, characterized in that the measuring and comparison capillary (R 1 and R 2) made of an electrically conductive tube (R) Center tap (S) exist, with the liquid (FL) in the entrance of the as 1: Eßkapillare (R 1) used part of the tube (R) flows in and through the I: iittelanzapfung (S) flows out again.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the tieB and comparison capillary (R 1 and R 2) in parallel branches of the Wheatstone Bridge (BS) lie.

4. Device according to claim 1 or one of the following, characterized characterized in that the measuring capillary (R 1) or the measuring and comparison capillary (R 1 and R 2) designed as, bifilar running tubes and at the reversing points of the pipes are connected to one another.

5. Device according to claim 1 or one of the following, characterized that the inlet (a) and the outlet (b) of the respective bifilar extending tubes the measuring capillary (R 1) or the measuring and comparison capillary (R 1 and R 2) on the same electrical potential and the electrical resistance (ER 1) of the measuring capillary (R 1) or the resistance (ER 1 and ER 2) of the measuring and comparison capillary (R 1 and R 2) is formed from the parallel connection of the respective capillary halves.

6. Device according to claim 1 or one of the following, characterized that the blind end or ends of the comparison capillary (R 1) with taps (H 1 to If 4) are lockable.

L e r s e i t e