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Die Erfindung bezieht sich auf einen thermischen Durch-
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flußmesser zum Bestimmen der Strömangsrate eines Fluids in einem Meßkanal
mit zwei in Strömungsrichtung hintereinander am Meßkanal angebrachten, eine erste
Reihenschaltung bildenden, temperaturabh gigen Widerständen, die mit zwei weiteren,
eine zweite Reihenschaltung bildenden Widerständen eine Brückenschaltung bilden,
zum Erfassen der Temperaturdifferenz zwischen den Widerständen der ersten Reihenschaltung,
wobei der die Brückenschaltung speisende Strom die temperaturabhängigen Widerstände
aufheizt.
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Ein derartiger Durchflußmesser ist aus der DE-PS 23 50 848 bekannt
(siehe auch entsprechende US-PS 3 938 384). Bei diesem Durchflußmesser sind die
beiden Widerstände der zweiten Reihenschaltung getrennt vom Durchflußmesser vorgesehen,
werden also von diesem nicht beeinflußt, so daß diese Widerstände als normale Widerstände
der Brückenschaltung dienen und daher am Punkt ihres Zusammenschlusses das dort
herrschende Potential festhalten.
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Bei diesem Durchflußmesser werden die temperaturabhängigen Widerstände
der ersten Reihenschaltung aufgrund des die Brückenschaltung speisenden Stromes
aufgeheizt, was infolge des Durchströmens eines Fluids durch den Meßkanal zu einer
Abkühlung des in Strömungsrichtung vornliegenden Widerstandes führt, da diesem Widerstand
durch das Fluid Wärme in höherem Maße entzogen wird als dem in Strömungsrichtung
hintenliegenden Widerstand. Die Folge davon ist eine Temperaturdifferenz zwischen
diesen beiden Widerständen, die sich in entsprechend unterschiedlichen Widerstandswerten
und damit einem Ungleichgewicht der Brückenschaltung äußert. Dieses Ungleichgewicht
wird dann durch ein elektrisches Meßinstrument angezeigt, das in Einheiten der Menge
des Fluids geeicht ist. Auf diese Weise kann an dem Meßinstrument direkt die jeweilige
Durchflußrate abgelesen . rden.
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Wegen der sich einstellenden relativ geringen Temperaturdifferenz
zwischen dem ersten und zweiten Widerstand der ersten Reihenschaltung ergibt sich
mit dem bekannten Durchflußmesser eine nur geringe Empfindlichkeit, so daß die jeweilige
Strömungsrate nicht sonderlich genau gemessen werden kann. Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit eines derartigen Durchlußmessers zu steigern.
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Gelöst wird das Problem dadurch, daß die beiden Widerstände der zweiten
Reihenschaltung ebenfalls als temperaturabhängige Widerstände ausgebildet sind,
die in Durchflußrichtung des Fluids jeweils in gleicher Höhe wie die Widerstände
der ersten Reihenschaltung am Meßkanal angebracht sind, wobei die Stromrichtung
der ersten Reihenschaltung entgegengesetzt der Stromrichtung in der zweiten Reihenschaltung
ist.
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Bei dieser Schaltung werden die durch die Brückenschaltung gegebenen
Möglichkeiten voll ausgenützt, indem nämlich beide Brückenzweige dem Einfluß des
Fluids ausgesetzt werden. Hierdurch ergibt sich an beiden Zusammenschlußpunkten
der beiden Reihenschaltungen, an denen die Brücken diagonal mit dem Meßinstrument
abzweigt, eine Potentialverschiebung, und zwar wegen der jeweils entgegengesetztgerichteten
Strömrichtung in den beiden Reihenschaltungen ebenfalls in entgegengesetzter Richtung,
wodurch die Empfindlichkeit des thermischen Durchflußmessers entsprechend erhöht
wird.
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Für die Anbringung der temperaturabhängigen Widerstände gibt es verschiedene
Möglichkeiten. So ist es möglich, die Widerstände streifenförmig in Längsrichtung
auf die Aussenfläche des Meßkanals aufzubringen. Hierbei kann es sich um aufgeklebte
oder aufgedampfte Widerstandsstreifen handeln, die im Falle der Verwendung eines
Rohres als Meßkanal direkt auf dieses aufgebracht werden. Dabei
liegen
längs eines solchen Rohres jeweils zwei streifenförmige Widerstände nebeneinander
in gleicher Höhe in Bezug auf die Strömungsrichtung des Fluids, so daß die derarL
benachbarten Widerstände jeweils thermisch in gleicher Weise beeinflußt werden.
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Es ist darüberhinaus auch möglich, die Widerstände'.als auf dem Meßkanal
aufgewickelte Spulen auszubilden, wobei die Spulen der einen Reihenschaltung bifilar
mit den Spulen der anderen Reihenschaltung gewickelt sind.
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Im Falle derartiger bifilarer Wicklungen ergibt sich jeweils am Ort
einer solchen bifilare T»' ~;(:klung jeweils der gleiche thermische Zustand, so
daß mit einer solchen Anordnung sehr genaü die jeweilige Strömungsrate gemessen
werden kann.
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Natürlich ist in den beiden vorstehend beschriebenen Fällen der Ausgestaltung
der Widerstände darauf zu achten, daB die Widerstände der zweiten Reihenschaltung
so zusammengefaßt sind, daß in ihnen die Stromrichtung entgegengesetzter Stromrichtung
in der ersten Reihenschaltung verläuft.
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In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 einen thermischen Durchflußmesser mit einem gestreckten Rohr als
Meßkanal für ein in dem Rohr fließendes Fluid, bei dem die temperaturabhängigen
Widerstände streifenförmig auf die Außenfläche des Rohres aufgebracht sind, Fig.
2 die bei dem Durchflußmesser gemäß Fig. 1 angewendete elektrische Schaltung, Fig.
3 eine Abwandlung gemäß Fig. . gemäß der die Wider-
stände als bifilar
gewickelte Spulen auf das als Meßkanal dienende Rohr aufgewickelt sind.
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In Fig. 1 ist ein thermischer Durchflußmesser mit einem aus einem
Rohr 1 bestehenden Meßkanal dargestellt, der durch ein Fluid durchströmt wird. Gemäß
dem eingezeichneten Doppelpfeil kann das Fluid in beiden Richtungen durch das Rohr
1 hindurchströmen, so daß also die Strömungsrate des Fluids unabhängig von der Strömungsrichtung
gemessen werden kann. Auf das Rohr 1 sind vier temperaturabhängige Widerstände R1,
R2, R3 und R4 aufgebracht, wobei es sich um streifenförmige Widerstände handelt.
Solche streifenförmigen Widerstände können aufgeklebt werden, es ist aber auch möglich,
derartige Widerstände gleich auf das Rohr 1 aufzudampfen. In diesem Falle besteht
das Rohr 1 entweder aus einem elektrischisolierenden Material oder es wird auf das
Rohr 1 vor dem Aufdampfen eine Isolierschicht aufgebracht.
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Anstelle streifenförmiger Widerstände kommen auch konzentriert ausgebildete
temperaturabhängige Widerstände in Frage, z.B. Thermistoren, die direkt auf das
Rohr 1 aufgeklebt werden können, ggf. unter Zwischenschaltung einer elektrischen
Isolierschicht.
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Die Widerstände R1 und R2 sind zu einer ersten Reihenschaltung zusammengefaßt,
die Widerstände R3 und R4 zu einer zweiten Reihenschaltung. Diese beiden Reihenschaltungen
führen dabei Strom jeweils in entgegengesetzter Richtung, was anhand der Fig. 2
näher erläutert sei.
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Fig. 2 zeigt eine an sich bekannte Wheatston'scheBrückenschaltung,
die im Sinne der Anordnung gemäß Fig. 1 die Widerstände R1, R2, R3 und R4 enthält.
Dabei bilden die Widerstände R1 und R2 die erste Reihenschaltung, die Widerstände
R3 und R4 die zweite Reihenschaltung. Die Brücke wird aus der Spannungsquelle V
gespeist, in ihrer
Brückendiagonalen liegt das Meßins-trument M,
das direkt in Einheiten der Strömungsrate des Fluids geeicht ist.
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Ein Vergleich der Fig. 1 und 2 zeigt, daß die erste Reihensciialtung
mit den Widerständen R1 und R2 in Richtung vom Widerstand R1 zum Widerstand R1 stromdurchflossen
wird, während die zweite Reihenschaitung mit den Widerständen ' R3 und R4 eine Stromrichtung
aufweist, die unter Zugrundelegung der Fig. 1 entgegengesetzter Stromrichtung in
der ersten Reihenschaltung mit den Widerständen R1 und R2 verläuft. Hierdurch ergibt
sich folgender Effekt: Bei einer Strömungsrichtung des Fluids von links nach rechts
durch das Rohr 1 gemäß Fir . erfahren die Widerstände R1 und R4 eine größere Abkühlung
als die Widerstände R2 und R3. Infõlgedessen verschieben sich die Potentiale an
den Knotenpunkten 2 und 3 jeweils in entgegengesetzter Richtung. Man erhält auf
diese Weise eine besonders hohe Empfindlichkeit der so in das Ungleichgewicht gebrachten
Brückenschaltung.In den Figuren 1 und 2 sind außerdem die Knotenpunkte 4 und 5 der
Brückenschaltung eingezeichnet, an denen die Einspeisung des von der Spannungsquelle
V stammenden Stromes erfolgt.
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In der Fig. 3 ist ein thermischer Durchflußmesser mit dem Rohr 1 als
Meßkanal dargestellt,bei dem das Rohr 1 an den Enden des eigentlichen Meßbereiches
abgebogen ist.
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Auf diese Weise läßt sich eine Meßeinheit schaffen, die über weiterführende
Verbindungen leicht an einen das Fluid führenden Kanal angeschlossen werden kann.Die
Widerstände R1, R2, R3 und R4 sind hier als auf das Rohr 1 aufgewickelte Spulen
ausgebildet, wobei jeweils die Spulen S1 und S4 bzw. S2 und S3 bifilar gewickelt
sind. Infolgedessen unterliegen die Spulen S1 und S4 bzw. S2 und S3 jeweils exakt
der gleichen Beeinflussung durch das durchströmende Fluid. Die Zusammenschaltung
der die Widerstände R1, R2, R3 und R4 bildenden Spulen S1, S2, S3 und S3 erfolgt
in der gleichen Weise, wie i zand der Figuren 1 und 2 beschrieben.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß als Fluid sowohl eine Flüssigkeit
als auch ein gasförmiges Medium in Frage kommt, wobei natürlich unter einem gasförmigen
Medium auch Dämpfe zu verstehen sind.