DE2639729A1

DE2639729A1 - Verfahren und messvorrichtung zum messen der fliessgeschwindigkeit und der durchflussmenge fluessiger medien

Info

Publication number: DE2639729A1
Application number: DE19762639729
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr Ing Scheucher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1978-03-16

Description

Verfahren und Meßvorrichtung zum Messen
der Fließgeschwindigkeit und der Durchflußmenge flüssiger Medien.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Fließgeschwindigkeit und/oder der Durchflußmenge beliebiger flüssiger Medien.
Es besitzt gegenüber den bekannten, mit bewegten, im Flüssigkeitsstrom befindlichen Teilen, wie Meßrädern etc. arbeitenden Verfahren den Vor teil, auf derartige zumeist störanfällige oder korrosionsgefährdete Teile zu verzichten und lediglich fest in den Flüssigkeitsstrom eingebaute Elemente zu benötigen. Da das Meßprinzip nicht auf dem Antrieb bewegter Teile durch das zu messende Medium beruht, kann der bei anderen Verfahren auftretende reibungsbedingte Schlupf nicht auftreten, was bereits vom Prinzip her eine höhere Meßgenauigkeit ermöglicht.
In Figut 1 ist zur Erläuterung des Meßprinzips ein Rohrabschnitt 1 in geschnittener, perspektivischer Darstellung gezeigt, der von der zu messenden Flüssigkeit in Pfeilrichtung durchströmt wird. Die aus elektrisch leitfähigem Material, z. B. -aus Widerstandsdraht, bestehende ebene Heizspirale 2 ist bezüglich ihrer Ebene senkrecht zum Flüssigkeitsstrom eingebaut. Die Teile 3 dienen zugleich als flüssigkeitsdichte Halterung und als elektrische Isolierung gegenüber der Rohrwandung.
Die Meßsonde 4 besitzt einen Mittelabgriff 5, besteht ebenfalls aus elektrisch leitfähigem Material und ist in entsprechenden, isolierenden und abdichtenden Teilen 3 gehaltert Im Gegensatz zur Heizspirale 2 besteht die Meßsonde 4 jedoch aus einem Werkstoff mit hoher Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes und die Ebene ihrer z.B.
haarnadelförmigen Ausgestaltung liegt parallel zur Strömungsrichtung.
Fließt durch die Heizspirale 2 für kurze Zeit z. B. einige ms ein starker elektrischer Strom, so wird die zu diesem Zeitpunkt in unmittelbarer Nachbarschaft der Spirale befindliche Flüssigkeitsmenge erwärmt.
Die ausgezogene Kurve in Figur' 2 zeigt den Verlauf der Temperatur des flüssigen Mediums längs der Fließrichtung zum Zeitpunkt der Er wärmung.
Die erwärmten Volumenelemente der Flüssigkeit werden nun durch die zu messende Strömung in Richtung auf die Meßsonde 4 transportiert.
Zum Zeitpunkt des Erreichens der Meßsonde ergibt sich eine Temperaturverteilung entsprechend der strichlierten Kurve der Figur 2. Durch den Einfluß der Wärmeleitung ist das Temperaturmaximum niedriger und breiter geworden. Das Maximum selbst befindet sich jedoch an einem Ort, dessen Abstand von der Heizspirale 2 dem Produkt aus Fließgeschwindigkeit und Laufzeit entspricht.
Das am Ort der Meßsonde 4 aufkommende Temperaturmaximum verändert den elektrischen Widerstand der Meßsonde 4 und die Zeit seines Durchganges durch den Ort der Meßsonde 4 kann durch geeignete Mittel anhand der Widerstandsänderung festgestellt werden.
Die zwischen der Erwärmung des flüssigen Mediums am Ort der Heizspirale 2 und dem Eintreffen des Temperaturmaximums am Ort der Meßsonde 4 verstrichene Zeit ist ein Maß für die gesuchte Fließgeschwindigkeit und bei bekanntem Querschnitt des Rohres 1 auch ein Maß für die je Zeiteinheit durchfließende Menge des flüssigen Mediums.
Die technische Realisierung kann beispielsweise auf einfache Weise mit der Schaltung nach Figur 3 geschehen. Eine Gleichspannungsquelle 6 lädt über den Widerstand 7 den Kondensator 8 auf. Der Transistor 9 ist in Reihe mit der Heizspirale 2 geschaltet und durch den Widerstand 10 normalerweise gesperrt. Ein Druck auf die Taste 11 hebt die Sperrung des Transistors auf, die im Kondensator 8 gespeicherte iadung fließt über die Heizspirale 2 ab und heizt diese auf.
Die beiden Hälften der Meßsonde 4 liegen ebenfalls an der Spannungsquelle 6. Parallel hierzu sind die Widerstände 12 und 13 geschaltet.
Die letzteren sind so dimensioniert, daß zwischen den Punkten 5 und 1 4 der Schaltung dann keine Spannungsdifferenz auftritt, wenn sich -beide Hälften der Meßsonde 4 auf gleicher Temperatur befinden.
Durchläuft ein erwärmtes Flüssigkeitsvolumen den Bereich der Meßsonde 4, so ergibt sich zwischen den Punkten 5 und 14 der Schaltung der in Figur 4 dargestellte zeitliche Verlauf der Spannung u. Der Zeitpunkt 15 des Nulldurchganges entspricht dabei der symmetrischen Lage des Temperaturmaximums der Figur 2 zwischen den beiden Hälften der Meßsonde 4.
Die Bestimmung der Zeit zwischen Auslösung der Messung durch Druck auf die Taste 11 und dem Nulldurchgang 15 der Spannung u kann mit beliebigen bekannten Mitteln erfolgen.
Eine weitere mögliche Ausführungsform des Meßverfahrens ist in Figur 5 dargestellt. Sie zeichnet sich durch den Vorteil der kontinuierlichen Messung des durchlaufenden flüssigen Mediums aus. Es erfolgt die Abgabe jeweils eines Impulses je einer durch die Abmessungen der Meßeinrichtung gegebenen Volumeneinheit. Die Zählung dieser Impulse kann mit bekannten Mitteln, z.B. mittels eines elektromagnetisch betätigten Zählwerkes erfolgen. Am Zählwerk ist dann die durchgesetzte Flüssigkeitsmenge direkt z.B. in Litern ablesbar.
Eine Gleichspannungsquelle 1 6 lädt über den Widerstand 17 den Kondensator 18 auf. Seine Entladung erfolgt über den pnp-Transistor 19 und die Heizspirale 2. Der Widerstand 20 hält den Transistor 19 normalerweise in nichtleitendem Zustand.
Die Meßsonde 4 ist mit den beiden Widerständen 23 und 24 zu einer Brückenschaltung verbunden. In deren Brückenzweig liegt zwischen dem Mittelabgriff 5 der Meßsonde 4 und der Verbindungsstelle der Widerstände 23 und 24 die Emitter-Basis-Strecke des npn-Transistors 21-Wird die Polarität der Meßsonde 4 so gewählt, daß beim Durchlauf einer erwärmten Flüssigkeitsmenge die Basis des Transistors 21 zunächst negative Spannung erhält, so bleibt der Collektorwiderstand 22 bis zum Zeitpunkt 15 der Figur 4 stromlos. Von diesem Zeitpunkt an wird der Transistor 21 infolge der an seine Basis gelangenden positiven Halbwelle der Spannung u.
nach Figur 4 leitend. Der Collektor des Transistors bewegt sich in Richtung negativer Spannungswerte, wodurch auch der Transistor 19 in den leitfähigen Zustand übergeht. Der Kondensator 1 8 entlädt sich wiederum über die Heizspirale 2 usf. Zum erstmaligen Starten ist die Taste 25 vorgesehen, die ebenfalls eine Entladung des Kondensators 18 über die Heizspirale 2 bewirkt. An Punkt 26 der Schaltung kann ein beliebiges Zählwerk angeschlossen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE /H 1.) Verfahren zum Messen der Fließgeschwindigkeit und/oder der Durchflußmenge beliebiger flüssiger Medien, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Strömungsrichtung gemessen kleines Volumenelement der Meßflüssigkeit erwärmt wird, das erwärmte Volumenelement eine feste Meßstrecke bis zu einem Wärmefühler durchläuft, der Wärmefühler die Ankunft des erwärmten Volumenelements der Meßflüssigkeit anzeigt und die zwischen Erwärmung und Anzeige verstrichene Zeit gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Volumenelements der Meßflüssigkeit auf elektrischem Wege unter Zuhilfenahme der Entladung eines Kondensators über ein aus leitfähigem Material bestehendes, im Flüssigkeitsstrom befindliches Heizelement erfolgt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmefühler aus elektrisch leitfähigem Material mit hoher Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes besteht.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmefühler aus zwei, in Strömungs richtung hintereinanderliegenden Teilen besteht.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile des Wärmefühlers mit weiteren Schaltelementen so zu einer Brückenschaltung verbunden werden, daß die Ausgangsspannung der Brückenschaltung verschwindet, wenn sich das erwärmte Volumenelement der Meßflüssigkeit mit seinem Temperaturmaximum in der räumlichen Mitte zwischen den beiden Teilen des Wärmefühlers befindet.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Wärmefühlers jeweils die Erwärmung eines weiteren Volumenelements der Meßflüssigkeit auslöst und die Anzahl der erwärmten Volumenelemente je Zeiteinheit und/oder die Anzahl der erwärmten Volumenelemente während eines vorgegebenen Zeitraumes bestimmt wird.