DE3040448A1 - Liquid flow meter on measuring bridge principle - has measuring and reference resistors sandwiched between plastics foil sheets - Google Patents
Liquid flow meter on measuring bridge principle - has measuring and reference resistors sandwiched between plastics foil sheetsInfo
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Abstract
Description
Flüssigkeiten praktisch nicht möglich, da sich an den drahtförmigen Widerständen Turbulenzen bilden, die den Wärmeübergang vom Meßwiderstand zur Flüssigkeit unstet und unregelmäßig gestalten, so daß das gesamte Meßprinzip insbesondere bei höheren Flüssigkeitsduchsätzen nicht durchführbar ist.Liquids are practically not possible, because they stick to the wire-shaped Resistances form turbulence, which the heat transfer from the measuring resistor to the liquid make unsteady and irregular, so that the entire measuring principle in particular with higher liquid flow rates is not feasible.
In gleicher Weise beeinträchtigen auch Turbulenzen, die an entsprechenden Meßfühlern mit Fenstervertiefungen nach Patentanmeldung P 2925975.4 entstehen, Mengendurchflußmessungen bei Flüssigkeiten und zwar insbesondere bei hohem Mengendurchsatz.In the same way, turbulence also affect the corresponding Sensors with window recesses according to patent application P 2925975.4 arise, mass flow measurements in the case of liquids, especially with high throughput.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen für Flüssigkeiten geeigneten Mengendurchflußmesser anzugeben, der einerseits die Vorteile des Mengendurchflußmessers der Patentanmeldung P 2925975.4 aufweist und andererseits Turbulenzen in der zu messenden Flüssigkeit auch bei höheren Flüssigkeitsdurchsätzen vermeidet.The object of the present invention is therefore to provide one for liquids indicate suitable mass flow meter, which on the one hand the advantages of the mass flow meter the patent application P 2925975.4 and on the other hand turbulence in the too measuring liquid even at higher liquid throughputs.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei Mengendurchflußmessern für Flüssigkeiten nach Patentanmeldung P 2925975.4 dadurch gelöst, daß die strömende Flüssigkeit, deren Menge bestimmt wird, ein Puffervolumen 11 durchsetzt, das hinsichtlich Größe des Volumens sowie Form der Wandung und Wandbeschaffenheit geeignet ist, Turbulenzen der strömenden Flüssigkeit abzubauen, daß an das Puffervolumen ein Einlaufrchr 12 angeschlossen ist, das hinsichtlich seiner Verbindung zum Puffervolumen sowie seiner * Form und Wandbeschaffenheit geeignet ist, eine turbulenzfreie flüssigkeitsbewegung zu gewährleisten, und daß der Meßwiderstand sie der Vergleichswiderstand am Terme des Einlaufrohrs so in der strömenden Flüssigkeit angeb-cht u.-d so ausgebildet sind, daß am Meßwiderstand keire Turbulenzen von solchem Ausmaß entstehen. daß dadurch das Meßergebnis beeinträchtigt wird. @ Abmessungen Da mittels erfindungsgemäßer Maßnahmen eine laminare Flüssigkeitsströmung auch bei größeren Flüssigkeitsdurchsätzen sichergestellt ist, somit die Wärmeabgabe des Meßwiderstands R1 an die vorbeiströmende Flüssigkeit stetig und eindeutig erfolgt, weshalb diese Wärmeabgabe ein etndeutiges Maß für die Strömungsgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit ist, läßt sich die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit über die Wärmeabgabe des Meßwiderstands R1 an die strömende Flüssigkeit eindeutig ermitteln. Mittels dieser Methode läßt sich die pro Zeiteinheit durchfließende Flüssigkeitsmenge beispielsweise auf ca.#1% genau messen.According to the invention, this object is achieved in the case of mass flow meters for Liquids according to patent application P 2925975.4 solved in that the flowing Liquid, the amount of which is determined, passes through a buffer volume 11, which with regard to The size of the volume as well as the shape of the wall and the nature of the wall is suitable for turbulence to reduce the flowing liquid that an inlet tube 12 is connected, which in terms of its connection to the buffer volume as well as its * Shape and wall properties are suitable for a turbulence-free liquid movement to ensure, and that the measuring resistor they are the comparison resistance at terms of the inlet pipe so indicated in the flowing liquid and formed in such a way are that at the measuring resistor keire turbulence of such magnitude arise. that thereby the measurement result is impaired. @ Dimensions Since by means of the invention Measures a laminar liquid flow even with larger liquid throughputs is ensured, thus the heat dissipation of the measuring resistor R1 to the flowing past Liquid occurs steadily and clearly, which is why this heat release is a definite one A measure of the flow velocity of the flowing liquid can be the Flow rate of the liquid via the heat dissipation of the measuring resistor Clearly determine R1 on the flowing liquid. Using this method lets the amount of liquid flowing through per unit of time is, for example, about # 1% measure accurately.
Es ist vorteilhaft, daß der Meßwiderstand A1 und der Vergleichswiderstand R2 aus demselben Material mit temperaturabhängigem Widerstandswert bestehen, auf eine dünne Trägerfolie als Substrat 1 aufgebracht und miteinander einstückig verbunden sind und daß die dünne Trägerfolie an der mit dem Meßwiderstand R1 und dem Vergleichswiderstand R2 bestückten Fläche von einer zweiten mit einem Kleber beschichteten Folie 2 so abgedeckt ist, daß die äußeren Oberflächen von Trägerfolie 1 und zweiter Folie 2 eben sind.It is advantageous that the measuring resistor A1 and the comparison resistor R2 consist of the same material with a temperature-dependent resistance value a thin carrier film is applied as substrate 1 and connected to one another in one piece and that the thin carrier film is connected to the measuring resistor R1 and the comparison resistor R2 equipped area of a second film 2 coated with an adhesive is covered that the outer surfaces of carrier film 1 and second film 2 are even.
Die Temperaturabhängigkeit des Meßwiderstandes R1 gewährleistet bei laminarer Strömung der zu messenden Flüssigkeit eine eindeutige Zuordnung zwischen der durch die strömende Flüssigkeit abgeführten Wärmemenge am MeEwiderstand R1 und der Höhe des nachgeregelten Stromes, der diesen Wärmeabfluß gerade wieder wettmacht. Da andererseits die vom Widerstand R1 abgeführte Wärmemenge von der Strömungsgeschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit abhangt, kann somit eine eindeutige Zuordnung zwischen Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und dem nachgeregelten Strom am Meßwiderstand 1 erzielt werden. Wird -ugleich daNür gesorgt, daß der Meßwiderstand r-i und der Vergleichswiderstand R2 aus dem gleichen temperaturbhän- gigen Material bestehen, so ist die Messung von Temperaturänderungen der durchströmenden Flüssigkeit unabhängig, da sich mit Temperaturänderungen R1 und R2 zwar absolut, aber im gleichen Verhältnis zueinander ändern. Nachdem es beim Meßprinzip des erfindungsgemäßen Mengendurchflußmessers für Flüssigkeiten lediglich auf das Verhältnis der Widerstände R1:R2 ankommt, sich dieses Jedoch bei Temperaturänderungen der Flüssigkeit nicht ändert, gehen diese Temperaturänderungen auch folglich nicht ins Meßergebnis ein.The temperature dependency of the measuring resistor R1 ensures at laminar flow of the liquid to be measured a clear assignment between the amount of heat dissipated by the flowing liquid at the MeE resistor R1 and the level of the readjusted current that just makes up for this heat loss. On the other hand, the amount of heat dissipated by the resistor R1 depends on the flow velocity depends on the flowing liquid, a clear assignment between Flow rate of the liquid and the readjusted flow at the measuring resistor 1 can be achieved. If - at the same time, it is ensured that the measuring resistor r-i and the Comparative resistance R2 from the same temperature-dependent gigen material exist, it is the measurement of temperature changes of the flowing liquid independent, since with temperature changes R1 and R2 are absolutely, but in the same Change relationship to each other. According to the measuring principle of the mass flow meter according to the invention for liquids only the ratio of the resistances R1: R2 is important However, if the temperature of the liquid does not change, these will go Temperature changes are consequently not included in the measurement result.
Das Abdecken der mit den Widerständen R1 und R2 bestückten Trägerfolie mit einer zweiten mit Kleber beschichteten Folie hat den Vorteil, daß der Kleber die Zwischenräume zwischen den Widerstands strukturen ausfüllen kann und somit die zweite verwendete Abdeckfolie nach außen eine ebene Oberfläche bilden kann. Ebene Oberflächen ei es Sensorelements 13, das die Widerstände R1 und R2 enthält, ermöglichen, daß beim Einbau dieses Sensorelements 13 in die strömende Flüssigkeit Turbulenzen vermieden oder zumindest auf ein nicht mehr störendes Maß herabgesetzt werden können.The covering of the carrier foil equipped with the resistors R1 and R2 with a second film coated with adhesive has the advantage that the adhesive can fill the spaces between the resistance structures and thus the second cover film used can form a flat surface to the outside. level Surfaces of a sensor element 13, which contains the resistors R1 and R2, allow that when installing this sensor element 13 in the flowing liquid turbulence can be avoided or at least reduced to a level that is no longer disruptive.
Es ist vorteilhaft, daß der Meßwiderstand R1 einen kleinen, der Vergleichswiderstand R2 aber einen großen Widerstandswert besitzt, insbesondere daß der Meßwlderstand R1 einen um zumindest den Faktor 10 kleineren Widerstandswert aufweist als der Vergleichswiderstand R2.It is advantageous that the measuring resistor R1 has a small, the comparison resistor But R2 has a high resistance value, especially that of the measuring resistor R1 has a resistance value that is at least 10 times smaller than the comparison resistance R2.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß sich der Vergleichawiderstand R2 vernachlässigbar gering gegenüber dem Widerstand R1 ei einem Stromfluß 1 in einer 3ruckenschaltung nach Fig. ; erwärmt. Die sogenannte Ubertempenatur, das ist die Temperaturdifferenz wiii die sich der Meßwiderstand R1 gegenüber der Flüssigkeitstemperatur aufheizt, liegt vorteilhafterweise bei 10K. Dadurch wird im Dauerbetrieb eine tnermische $Überlastung des Durch- flußmessers vermieden und der Einsatz des Durchflußmessers zur Messung von strömenden Flüssigkeiten mit relativ geringem Siedepunkt ermöglicht.This measure ensures that the comparison resistance R2 negligibly small compared to the resistor R1 ei a current flow 1 in one 3 jerk circuit according to Fig.; warmed up. The so-called over-temperature, that's what The temperature difference between the measuring resistor R1 and the liquid temperature heats up, is advantageously 10K. This creates a thermal mix in continuous operation $ Overload of the through flowmeter avoided and the use of the Flow meter for measuring flowing liquids with a relatively low boiling point enables.
Der Mengendurchflußmesser ist besonders für den Ei satz auf dem Kraftfahrzeugsektor geeignet. Er ermöglicht die kontinuierliche Messung der von Verbrennungsmotoren angesaugten Kraftstoffmengen, die für eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffluftdosierung notwendig ist. Er liefert zumindest im vorgeschriebenen Temperaturbereich von -350C bis +150°C von der Temperatur der strömenden Flüssigkeit unabhängige Meßwerte. The mass flow meter is particularly suitable for use in the automotive sector suitable. It enables the continuous measurement of combustion engines sucked in fuel quantities for an electronically controlled fuel air metering necessary is. It delivers at least in the prescribed temperature range of -350C Measured values independent of the temperature of the flowing liquid up to + 150 ° C.
Kur eine Durchflußmessung im Strömungszentrum ist es vorteilhaft, daß die beiden Widerstände hintereinander angeordnet sind. Soll ein größerer Strömungsquerschnitt von der Messung erfaßt werden, so sind der Meßwiderstand und der Vergleichswiderstand vorteilhaft nebeneinander und quer zur Strömungsrichtung angeordnet. Zur Kontaktierung der Widerstandsbahnen sind vorteilhaft Leiterbahnen partiell aufgedampft. Hierfür eignet sich besonders Kupfer, an welches Verbindungsdrähte bzw. Anschlußdrähte angelötet sind. For a flow measurement in the flow center, it is advantageous that the two resistors are arranged one behind the other. Should a larger flow cross-section are recorded by the measurement, the measuring resistor and the reference resistance are advantageously arranged side by side and transversely to the direction of flow. For contacting of the resistance tracks are advantageously partially vapor-deposited conductor tracks. Therefor Copper, to which connecting wires or connecting wires are soldered, is particularly suitable are.
Eine hohe Widerstandsänderung bei Wärmeentzug durch die Strömung wird z.B. dadurch erreicht, daß der Meßwiderstand R1 und der Vergleichswiderstand R2 aus einem Material mit stark temperaturabhängigem Widerstandswert, z.B. aus Halbleitermaterial, einer Legierung oder einem Metall, z.B. aus Eisen, Nickel oder einem Edelmetall besteht. A high change in resistance when heat is extracted by the flow is achieved, for example, by adding the measuring resistor R1 and the comparison resistor R2 made of a material with a strongly temperature-dependent resistance value, e.g. made of semiconductor material, an alloy or a metal, e.g. made of iron, nickel or a noble metal consists.
3ekanntlich weisen gewisse Metalle große temperaturkoeffizienten für den Widerstandswert auf. Auch iassen sich Metallegierungen speziell in der Weise entwickeln, daß Materialien mit großen temperaturabhängigen xilierstardswerten entstehen. Schliedlich sind auch Halbletermaterialien, insobesondere Halbleitereinkristalle bekannt, die je nach Dotierung und Zuordnung vcn Stromrichtung uno Kristallachsen zueinander unterschiedliche temperaturabhängige Widerstandswerte aufweisen. It is well known that certain metals have large temperature coefficients for the resistance value. Metal alloys can also be used specifically in this way develop that materials with large temperature-dependent xilierstardswerte arise. Finally, there are also half-meter materials, in particular semiconductor single crystals known, which depending on the doping and assignment of current direction uno Crystal axes have mutually different temperature-dependent resistance values.
Der Vergleichswiderstand wird vorteilhaft aus einer mäanderförmigen Metallschicht gebildet, insbesondere wenn die Längenausdehnung des Vergleichswiderstandes nicht größer sein soll als die des Meßwiderstandes.The comparison resistance is advantageously derived from a meander-shaped one Metal layer formed, especially if the linear expansion of the comparison resistor should not be greater than that of the measuring resistor.
Es ist vorteilhaft, daß die Breite b der Winderstandsschicht des Meßwiderstandes R1 größer ist als die Dicked der Trägerfolie und daß der Meßwiderstand R1 eine Widerstandsschicht bildet, bei der das Verhältnis von Schichtbreite b zu Schichtdicke s mindestens 10:1 beträgt.It is advantageous that the width b of the wind resistance layer of the measuring resistor R1 is greater than the thickness of the carrier film and that the measuring resistor R1 is a resistance layer forms in which the ratio of layer width b to layer thickness s is at least 10: 1.
Es ist auch vorteilhaft, daß die äußeren Oberflächen der Folien mit einem antiadhäsiven Stoff als Schutz z.B. gegen Schmutz, Kalk oder anderen unerwünschten Flüssigkeitsbeimischungen überzogen sind. Ein antiadhäsiver Ueberzug der äußeren Folienoberflächen gewährleistet über längere Zeiträume hinweg konstante Ansprechdauer bzw. Empfindlichkeit der Meßvorrichtung. Ablagerungen an der äußeren Folienoberfläche z.B. bestehend aus Kalk könnten den Wärmefluß von dem Meßwiderstand R1 zur strömenden Flüssigkeit verringern und somit die gesamte Anordnung unempfindlicher machen. Andererseits schützt auch ein antiadhäsiver Belag vor aggressiven Stoffen, die zunächst die Folienschichten und schließlich den Meßwiderstand R1 und den Vergleichswiderstand R2 zerstören können. Außerdem schütze antiadhäsive Beläge die glatte Beschaffenheit der Folienoberflächen, so daß im Laufe des Gebrauchs keine Oberflächenrauhigkeiten und damit verbundene Beeinträchtigungen der Flüssigkeitsströmungen auftreten können.It is also advantageous that the outer surfaces of the foils with an anti-adhesive material as protection e.g. against dirt, lime or other undesirable Liquid admixtures are coated. An anti-adhesive coating on the outside Foil surfaces guarantee constant response times over longer periods of time or sensitivity of the measuring device. Deposits on the outer surface of the film E.g. consisting of lime the heat flow from the measuring resistor R1 to the flowing Reduce liquid and thus make the entire arrangement less sensitive. on the other hand An anti-adhesive covering also protects the film layers from aggressive substances and finally the measuring resistor R1 and the comparison resistor R2 can destroy. In addition, anti-adhesive coverings protect the smooth texture of the film surfaces, so that in the course of use no surface roughness and associated Impairments to the flow of liquids can occur.
Die Temperatur des strömenden Mediums Wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren und bei Verwendung gleicher Materialien für den Meßwiderstand R1 und den Vergleichwiderstand R2 durch das Brückenprinzip zwar grundsätzlich eli- miniert, sie geht aber indirekt in die Ubertemperatur ein.The temperature of the flowing medium is used in the case of the proposed Procedure and when using the same materials for the measuring resistor R1 and the Comparative resistance R2 is basically eliminated by the bridge principle mined, but it goes into the excess temperature indirectly.
Zur Ausschaltung dieses Einflusses muß der der Bücke zugeführte Strom mit der Temperatur variiert werden. Soll dazu die Temperatur des strömenden Mediums erfaßt werden, so wird hierfür vorteilhaft ein temperaturabhängiEer Widerstand verwendet. Dieser Widerstand wird mit einem konstanten niedrigen Strom belastet, der den Widerstand nicht erhöht, so daß der Spannungsabfall an diesem Widerstand ein Maß fUr die Temperatur ist. Dieser zusätzliche Widerstand ist vorteilhaft aus einer aufgebrachten Materialschicht herausgearbeitet, aus der auch der Meßwiderstand und der Vergleichswiderstand herausgearbeitet sind, und liegt in einem eigenen, vom Brückenstrom unabhängigen Stromkreis.To eliminate this influence, the current supplied to the bridge must can be varied with temperature. To do this, the temperature of the flowing medium should be set are detected, a temperature-dependent resistor is advantageously used for this purpose. This resistor is loaded with a constant low current, which the resistor not increased, so that the voltage drop across this resistor is a measure of the temperature is. This additional resistance is advantageously made up of an applied layer of material worked out, from which the measuring resistor and the reference resistor also worked out and is in its own circuit that is independent of the bridge current.
Es ist vorteilhaft, daß die Folien aus Kunststoff, insbesondere aus Kapton bestehen. Kaptonfolien weisen glatte Oberflächen auf, sind gegen viele Flüssigkeiten resistent und sind im Handel in sehr geringen Folienstärken, z.B. bis zu ca. 7 erhältlich. Dünne Folienschichtstärken bewirken andererseits auch geringe Wärmekapazitäten der Trägerfolie. Eine geringe Wärmekapazität der Trägerfolie ist andererseits Voraussetzung fur eine hinreichend gute Wärmeübertragung zwischen Meßwiderstand R1 und strömender Meßflüssigkeit. Außerdem wird die Empfindlichkeit des Sensorelements in dem Maße größer, in dem die Wärmekapazität der verwendeten Folien herabgesetzt wird.It is advantageous that the films made of plastic, in particular made of Kapton exist. Kapton foils have smooth surfaces and are resistant to many liquids resistant and are commercially available in very thin film thicknesses, e.g. up to approx. 7. On the other hand, thin film thicknesses also result in low heat capacities Carrier film. On the other hand, a low heat capacity of the carrier film is a prerequisite for a sufficiently good heat transfer between the measuring resistor R1 and the flowing Measuring liquid. In addition, the sensitivity of the sensor element increases to the extent larger, in which the heat capacity of the foils used is reduced.
Es ist auch vorteilhaft, daß die verwendeten Folien als Beimischungen Materialien enthalten, die die Wärmeleitfähigkeit der Folie erhöhen. Diese Maßnahme begünstigt weiterhin den Wärmeübergang zwischen Meßwiderstand R1 und strömender Flüssigkeit.It is also advantageous that the films used as admixtures Contain materials that increase the thermal conductivity of the film. This measure furthermore favors the heat transfer between the measuring resistor R1 and the flowing Liquid.
Als Kleber eignen sich Schmelzkleber, z.B. FEP oder Reektionskleber, z.B. Epoxyharze. Durch das Ausfüllen aer Zwischenräume zwischen R1 und R2 wird ein Wärmeaustausch zwischen R1 und R2 minimalisiert, so daß der Hauptwärmestrom von R1 über die Trägerfolie*zur strömenden Flüssigkeit gelangt.*bzw. die Abdeckfolie Die Erfindung wird anhand von sechs Figuren näher erläutert. Sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Beispiele beschränkt.Hot melt adhesives are suitable as adhesives, e.g. FEP or reflection adhesive, e.g. epoxy resins. By filling out aer Spaces between R1 and R2, a heat exchange between R1 and R2 is minimized, so that the main heat flow from R1 via the carrier film * to the flowing liquid. * or. the cover sheet The invention is explained in more detail with the aid of six figures. She's not on that Examples shown in the figures are limited.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer vorgeschlagenen Meßbrücke schematisch, Fig. 2 zeigen verschiedene Ausführungsformen und Anordnun-und 3 gen von Meßwiderstand und Vergleichswiderstand in einer Draufsicht, Fig. 4 zeigt einen Schnitt der Fig. 3 längs der strichpunktierten Linie IV-IV, Fig. 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Puffer-und 6 volumen und Einlaufrohr.Fig. 1 shows a circuit diagram of a proposed measuring bridge schematically, 2 show various embodiments and arrangements and 3 types of measuring resistor and comparison resistor in a plan view, FIG. 4 shows a section of FIG. 3 along the dash-dotted line IV-IV, FIG. 5 show different embodiments of buffer and 6 volumes and inlet pipe.
Im Schaltbild gemäß Fig. 1 ist eine Brücke aus den Widerständen RI, R2, R1', R2' aufgebaut. Ein Differenzverstärker D bewirkt über eine Reglerschaltung RS einen Brückenabgleich durch Änderung des Brückenstromes I um den Differenzstrom oI. Ein Meßgerät M zeigt den Differenzstrom AI bzw. die diesem Differenzstrom #I entsprechende Durchflußmenge des strömenden Mediums an.In the circuit diagram according to FIG. 1, a bridge is made up of the resistors RI, R2, R1 ', R2' built up. A differential amplifier D effects a regulator circuit RS a bridge adjustment by changing the bridge current I by the differential current oI. A measuring device M shows the differential current AI or this differential current #I corresponding flow rate of the flowing medium.
In den Figuren 2 und 3 sind die Widerstandsbahnen weit schraffiert und die Zuleitungsbahnen und Kontaktflächen eng schraffiert dargestellt.In Figures 2 and 3, the resistance tracks are hatched and the supply tracks and contact areas are shown with close hatching.
GemäB Fig. 2 sind der Meßwiderstand R1 und der Vergleichswiderstand R2 nebeinander angeordnet. Sie befinden sich auf einem dünnen Substrat 1, welches vorzugsweise aus einer Kunststoffolie, z.B. aus Karton besteht. Die Strom zlle-tung e rclgt oer eine Kontaktfläche 5, eine Leiterbahn 4 und eine Kontaktfläche 7. Diese Ausführungsform kann relativ klein ausgebildet werden und ist besonders zur Anordnung quer zur Strömungsrichtung, angedeutet durch die Pfeile 9, des Mediums geeignet. Sie erfaßt dadurch einen großen Teil des Strömungsquerschnittes. Alle Anschlüsse 5 und 6 können auf einer Seite abgegri>Ien we den.According to FIG. 2, the measuring resistor R1 and the comparison resistor are R2 arranged side by side. You are on a thin substrate 1, which preferably made of a plastic film, e.g. made of cardboard. The electricity metering E rclgt oer a contact surface 5, a conductor track 4 and a contact surface 7. These Embodiment can be made relatively small and is special for arrangement transversely to the direction of flow, indicated by the arrows 9, of the medium suitable. It thus covers a large part of the flow cross-section. All Connections 5 and 6 can be cut off on one side.
Die Zwischenräume 3 zwischen den Widerständen R1 und R2 sowie zwischen den Widerständen R1 und R2 und der Leiterbahn 4 und den Rontakten 5 und 6 oder auch zwischen den einzelnen Windungen des Widerstandes R2 sind mit Kleber, z.B. bestehend aus thermoplastischem Kunststoff oder Epoxyharz ausgefüllt. Diese Maßnahme vermindert den Wärmeabfluß vom Widerstand R1 auf den Widerstand R2, auf die Leiterbahn 4 oder die Kontaktflächen 5 bzw. Anschlüsse 5 und 6. Außerdem lassen sich durch die Auffüllung mit Kleber Niveauunterschiede zwischen dem Substrat 1 und den aufgebrachten Schichten in Formen von Widerständen, Leiterbahnen und Kontaktflächen ausgleichen, so daß diese Anordnung nach Fig. 2 durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Deckfolie ebenflächig abgeschlossen werden kann.The spaces 3 between the resistors R1 and R2 and between the resistors R1 and R2 and the conductor track 4 and the contacts 5 and 6 or else between the individual turns of the resistor R2 are made with glue, e.g. made of thermoplastic or epoxy resin. This measure diminishes the heat flow from the resistor R1 to the resistor R2, to the conductor track 4 or the contact surfaces 5 or connections 5 and 6. In addition, the filling with adhesive level differences between the substrate 1 and the applied layers equalize in shapes of resistors, conductor tracks and contact areas so that this arrangement according to FIG. 2 by a cover sheet not shown in the drawing can be completed evenly.
Fig. 3 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel wie Fig. 2 in ähnlicher Anordnung dar. Gleiche Gegenstände aus Fig.2 sind in Fig. 3 mit gleichem Bezugszeichen belegt und werden nicht nochnals beschrieben. b stellt die Schichtbreite des Meßwiderstandes R1 dar, die erfindungsgemäß größer als die in Fig. 3 dargestellte Dickedder Trägerfolie ist und zwar insbesondere mindestens um den Faktor 10 größer als die Dicke d.FIG. 3 shows a second embodiment similar to FIG. 2 Arrangement. The same objects from FIG. 2 are given the same reference symbols in FIG. 3 occupied and will not be described again. b represents the layer width of the measuring resistor R1, which according to the invention is greater than the thickness of the carrier film shown in FIG is, in particular, at least a factor of 10 greater than the thickness d.
9ei beiden Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und 3 werden die dort dargestellten Anordrungen, die Sensore'emente,so am Ende der in Fig. 5 und 6 dargestellten 3inlauRrohre angebracht, daß die Strömung der zu messenden Flüssigkeit zeitlich zunächst an R1 vorbeiströmt, bevor si zu R2 gelangt. Versuche haben gezeigt, daß diese Anordnung günstiger ist, da am Anfang eines angeströmten Plättchens sich nur geringfügige oder praktisch keine Turbulenzen ergeben, während gegen Ende dieses Plättchens Turbulenzen auftreten können. FUr das Funktionieren des erfindungsgemäßen Meßprinzips ist es jedoch wichtig, daß vor allem an den*zwischen den strichlierten Linien 19 und 20 (vgl.In both exemplary embodiments according to FIGS. 2 and 3, there are The arrangements shown, the sensor elements, are at the end of the ones shown in FIGS. 5 and 6 3inlauPipes attached that the flow of the liquid to be measured temporally first flows past R1, before si to R2 got. Have attempts shown that this arrangement is more favorable because it is at the beginning of a platelet that is exposed to the flow there is little or virtually no turbulence while towards the end turbulence can occur on this platelet. For the functioning of the invention Measuring principle, however, it is important that especially the * between the dashed Lines 19 and 20 (cf.
Fig. 3 und 4), die mit dem Meßwiderstand R1 belegt sind, keine Turbulenzen oder nur sehr geringfügige Turbulenzen eintreten, die die Messung nicht beeinträchtigen.Fig. 3 and 4), which are occupied by the measuring resistor R1, no turbulence or only very slight turbulence occurs that does not affect the measurement.
Stellen der Trägerfolie Fig. 4 zeigt einen Querschnitt der Fig. 3 längs der strichpunktierten Linie IV-IV. Gleiche Gegenstände aus Fig. 3 sind mit gleichen Bezugszeichen belegt und werden nicht nochmals beschrieben. Mit s wird die Schichtdicke des Meßwiderstandes R1 bezeichnet.Locations of the carrier film. FIG. 4 shows a cross section of FIG. 3 along the dash-dotted line IV-IV. The same items from Fig. 3 are with the same reference numerals and are not described again. With s becomes denotes the layer thickness of the measuring resistor R1.
Fig. 5 stellt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Puffervolumen 11 mit angeschlossenem Einlaufrohr 12 dar. Zum Eintrittsrohr 14 strömt die zu messende Flüssigkeit in Richtung des Pfeils 10 ein. Wie die Pfeile 15 andeuten, ist diese Strömung durchaus nicht von Haus aus laminar. innerhalb des Puffervolumens 11, in Fig. 5 als annähernd kugelförmiges Volumen ausgebildet, klingen die anfänglichen Turbulenzen ab, angedeutet durch die Pfeile 16, so daß die in das Einlaufrohr eintretende Flüssigkeit annähernd laminar strömt und innerhalb des Einlaufrohres 12 ein der laminaren Strömung entsprechendes parabolisches Strömungsprofil 17 ausbildet. Bei erreichter laminarer Strömung am Ende des Elnlaufrohres *2 umströmt die MeEflüssigkeit ein Sensorelement 13, z.B. nach Fig. 2 oder 3, sc daß zunächst der Widerstand 1 angeströmt wird. Dadurch wird sichergestellt, daß die Strömung im ereich des Meßwiderstandes Pl laminar oder zumindest weitgehend lumina ist, daß das MeEprlnzlp dadurch nicht beeinträchtigt wird.5 shows a cross section through a buffer volume according to the invention 11 with the inlet pipe 12 connected. The pipe to be measured flows to the inlet pipe 14 Liquid in the direction of arrow 10. As the arrows 15 indicate, this is Flow by no means inherently laminar. within the buffer volume 11, in Fig. 5 formed as an approximately spherical volume, the initial sound Turbulence, indicated by the arrows 16, so that the entering into the inlet pipe Liquid flows approximately laminar and within the inlet pipe 12 one of the Laminar flow corresponding parabolic flow profile 17 forms. at achieved laminar flow at the end of the inlet pipe * 2 flows around the MeEfluid a sensor element 13, e.g. according to Fig. 2 or 3, sc that first the resistor 1 is flowed against. This ensures that the flow is in the range of the measuring resistor Pl is laminar or at least largely lumina, so that the MeEprlnzlp is not is affected.
In Fig. 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel nach Fig.5 dargestellt. Gleiche Gegenstände sind mit dem gleichen Bezugszeichen belegt. Fig. 6 unterscheidet sich von Fig.5 dadurch, daß das Puffervolumen 11 quaderförmig ausgebildet ist, das Einlaufrohr 12 innerhalb des Puffervolumens 11 eingebettet ist und die zu messende Flüssigkeit über gleichmäßig verteilte Bohrungen an dem dem Sensorelement 13 ahgewandten Ende des Einlaufrohrs eingeströmt wird.In Fig. 6, a second embodiment according to Fig.5 is shown. The same items are given the same reference symbols. Fig. 6 differs 5 in that the buffer volume 11 is cuboid, the Inlet pipe 12 is embedded within the buffer volume 11 and the to be measured Liquid through evenly distributed bores on the one facing the sensor element 13 The end of the inlet pipe is flowed in.
Der erfindungsgemäße Mengendurchflußmesser für Flüssigkeiten eignet sich insbesondere zur Massendurchflußbestimmung von Treibstoff auf dem Kraftfahrzeugsektor. Der erfindungsgemäß Mengendurchflußmesser für Flüssigkeiten ist Jedoch keineswegs darauf beschränkt; er eignet sich vielmehr z.B. auch zur Anwendung bei Haushaltsgeräten.The mass flow meter according to the invention is suitable for liquids in particular for determining the mass flow rate of fuel in the motor vehicle sector. However, the mass flow meter for liquids according to the invention is by no means limited to it; Rather, it is also suitable, for example, for use in household appliances.
Das Meßprinzip beruht auf iolgendem: Die in Fig. 1 dargestellte Brückenschaltung ist bei ruhender Flüssigkeit abgeglichen. Strömt Flüssigkeit, so entzieht sie dem durch StromwdIme aufgeheizten Meßwiderstand R1 eine gewisse Wärmemenge. R2-ist so gehalten, daß er von der Stromwärme praktisch nicht aufgeheizt wird. Dadurch ändert sich der Widerstandswert R1, während der Widerstandswert von R2 konstant bleibt. Als Folge davon ist die Meßbrücke nach Fig. 1 nicht abgeglichen. Ober den Differenzverstärker D von Fig. 1 fließt somit ein Strom, der den Strom I mittels der Regelschaltung RS so nachregelt, daß ein #I entsteht, so daß der Strom I + #I den Widerstand R1 so stark nachheizt, daß der Wärmeverlust durch die mittels der strömenden Flüssigkeit abgeleiteten Wärme gerade wieder aufgehoben wird. Um dieses Meßprinzip bei Flüssigkeiten eindeutig und reproduzierbar durchführen zu können, ist es wesentlich, daß die den X -derstand R1 umströmende Flüssigkeit im Bereich des Widerstandes R7 laminar strömt. Um eingangs mitgeführte -bei zu beruhigen, wird deshalb ein Puffervolumen nach Fig. 5 oder 6 entwickelt, und daran turbulenzfrei ein Einlaufrohr 12 angeschossen. Mit der Turbulenzfreien, laminaren Strömung im Einlaufrohr 12 wird ein Sensorplättchen 13 so angeströmt, daß zunächst der Widerstand R1 angeströmt wird, die Fläche des Sensorelementes 13 parallel zur Strömungsrichtung liegt, der darauf angebrachte Widerstand R1 jedoch mit seiner längsten Erstreckung senkrecht zur Strömungsrichtung liegt. Durch diese Anordnung des MeEwiderstandes R1 zur Strömungsrichtung läßt sich einerseits eine relativ unempfindliche Lage justierung des Sensorplättchens 13 innerhalb des Einlaufrohres 12 erreichen und außerdem die Empfindlichkeit eines Sensorplättchens optimal ausnutzen. Im Gegensatz dazu wäre die Empfindlichkeit eines entsprechenden Sensorplättchens um ein vielfaches geringer, wenn der Widerstand R1 mit seiner längsten Erstreckung parallel zur Strömungsrichtung der strömenden Flüssigkeit angeordnet wäre.The measuring principle is based on the following: The bridge circuit shown in FIG is balanced when the liquid is at rest. If liquid flows, it withdraws it by StromwdIme heated measuring resistor R1 a certain amount of heat. R2-is like that held that it is practically not heated up by the electricity heat. This changes the resistance value R1, while the resistance value of R2 remains constant. As a result, the measuring bridge according to FIG. 1 is not balanced. About the differential amplifier D of Fig. 1 thus flows a current which the current I by means of the control circuit RS readjusts so that a #I arises, so that the current I + #I the resistor R1 so much after-heating that the heat loss through the means of the flowing liquid dissipated heat is being lifted again. To this measuring principle in liquids To be able to perform clearly and reproducibly, it is essential that the X - liquid flowing around R1 in the area of resistance R7 flows in a laminar manner. In order to calm down initially entrained, a buffer volume is therefore added Fig. 5 or 6 developed, and an inlet pipe 12 attached to it in a turbulence-free manner. With the turbulence-free, laminar flow in the inlet pipe 12 becomes a sensor plate 13 so that the flow is initially directed against the resistor R1, the area of the Sensor element 13 is parallel to the direction of flow, which is attached to it Resistance R1, however, with its longest extension perpendicular to the direction of flow lies. This arrangement of the MeE resistance R1 to the direction of flow allows on the one hand, a relatively insensitive position adjustment of the sensor plate 13 within of the inlet pipe 12 and also the sensitivity of a sensor plate make optimal use of it. In contrast, the sensitivity would be a corresponding Sensor plate is many times lower when the resistor R1 is at its longest Extension arranged parallel to the direction of flow of the flowing liquid were.
Die Erzeugung einer laminaren Strömung hängt von der Form und Größe des Puffervolumens 11 ab, von der Rauhigkeit sämtlicher umströmter Oberflächen, von der Länge des Einlaufrohres. Das gilt fbr Flüssigkeiten,bei denen die kritische Reynold'sche Zahl (Re) nicht überschritten wird.The creation of a laminar flow depends on the shape and size of the buffer volume 11 from the roughness of all surfaces around which the flow is flowing, on the length of the inlet pipe. This applies to liquids for which the critical Reynolds number (Re) is not exceeded.
Zur Erzeugung eines parabolischen Geschwindigkeitsprofils von strömenden Flüssigkeiten in einer Röhre gilt: 1 = 0,03.d.Re (1) mit Re = vkd (2) l = Rohrlänge d = Rohrdurchmesser v = Strömungsgeschwindigkeit # = dynamische Viskosität Re = Reynold'sche Zahl Y:i den angeführten Formeln wird die Länge des einlag rohres C bestimt.For generating a parabolic velocity profile of flowing Liquids in a tube: 1 = 0.03.d.Re (1) with Re = vkd (2) l = tube length d = pipe diameter v = flow velocity # = dynamic viscosity Re = Reynolds number Y: i the formulas given are the length of the insert tube C. determined.
Erfindungsgemäße Sensorelemente weisen Gesamtdicken von 5µm bis 500µm, vorzugsweise von 25µm bis 50 µm auf. Es hat sich gezeigt, daß diese Schichtdicken der laminaren Strömung nur einen geringen Widerstand entgegensetzen, so daß sich Turbulenzen nicht störend auf die Messung auswirken.Sensor elements according to the invention have total thicknesses of 5 µm to 500 µm, preferably from 25 µm to 50 µm. It has been shown that this layer thickness oppose only a slight resistance to the laminar flow, so that Turbulence does not have a disruptive effect on the measurement.
Hingegen ist es wichtig, daß ein erfindungsgemäßes Sensorelement unter einer gewissen Zugspannung in das zylindrische Einlaufrohr 12 eingebaut wird, so daß ein Flattern dieses Sensorelementes unter Einwirkung der Flüssigkeitsströmung ausgeschlossen wird.In contrast, it is important that a sensor element according to the invention under a certain tensile stress is built into the cylindrical inlet pipe 12, so that a flutter of this sensor element under the action of the liquid flow is excluded.
11 Patentansprüche 6 Figuren11 claims 6 figures
Claims (6)
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| DE19803040448 DE3040448A1 (en) | 1979-06-27 | 1980-10-27 | Liquid flow meter on measuring bridge principle - has measuring and reference resistors sandwiched between plastics foil sheets |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19792925975 DE2925975A1 (en) | 1979-06-27 | 1979-06-27 | QUANTITY FLOWMETER |
| DE19803040448 DE3040448A1 (en) | 1979-06-27 | 1980-10-27 | Liquid flow meter on measuring bridge principle - has measuring and reference resistors sandwiched between plastics foil sheets |
Publications (1)
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| DE3040448A1 true DE3040448A1 (en) | 1982-05-27 |
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Family Applications (1)
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- 1980-10-27 DE DE19803040448 patent/DE3040448A1/en not_active Withdrawn
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