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DE3302080A1 - Thermischer massendurchflussmesser, insbesondere fuer gase - Google Patents

Thermischer massendurchflussmesser, insbesondere fuer gase

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Publication number
DE3302080A1
DE3302080A1 DE3302080A DE3302080A DE3302080A1 DE 3302080 A1 DE3302080 A1 DE 3302080A1 DE 3302080 A DE3302080 A DE 3302080A DE 3302080 A DE3302080 A DE 3302080A DE 3302080 A1 DE3302080 A1 DE 3302080A1
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DE
Germany
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flow
mass flow
thermal mass
measuring resistors
flow meter
Prior art date
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Ceased
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DE3302080A
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English (en)
Inventor
Helmut 6451 Ronneburg Heimel
Albert Ing.(grad.) 6454 Bruchköbel Randow
Rudi Dipl.-Phys. 6454 Bruchköbel Röss
Gerhard Dipl.-Phys. 6457 Maintal Wiegleb
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.)
Emerson Process Management GmbH and Co OHG
Original Assignee
Leybold Heraeus GmbH
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Publication date
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Priority to CH6809/83A priority patent/CH663844A5/de
Priority to NL8400012A priority patent/NL8400012A/nl
Priority to GB08400675A priority patent/GB2134266B/en
Priority to JP59005848A priority patent/JPS59182315A/ja
Priority to FR8400918A priority patent/FR2539869B1/fr
Publication of DE3302080A1 publication Critical patent/DE3302080A1/de
Priority to US07/370,397 priority patent/US4972708A/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
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/10Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables
    • G01P5/12Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables using variation of resistance of a heated conductor

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  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Description

83501 - 4
LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504
D-5000 Köln - 51
" Thermischer Massendurchf1ußmesser, insbesondere für Gase "
Die Erfindung betrifft einen thermischen Massendurchflußmesser, insbesondere für Gase, bestehend aus einem Strömungskanal mit mindestens zwei dem Strömungsmedium auszusetzenden temperaturabhängigen Meßwiderstar.den , von denen mindestens einer im Strömungsprofil angeordnet ist, mit mindestens einer im Einflußbereich der Meßwiderstände angeordneten Wärmequelle sowie aus einer Auswerteschaltung für die Umsetzung der Widerstandswerte in durchflußproportionale Größen.
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Das Meßprinzip derartiger Massendurchflußmesser kann auch als "Anemometer-Prinzip" bezeichnet werden. Dieses Meßprinzip wurde jedoch bisher ausschließlich für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten in praktisch reinen Gasen und bei niedrigen Gastemperaturen angewandt.
Durch den Aufsatz "Reverse flow sensing hot wire anemometer", veröffentlicht in Journal of Physics and Scientific Instruments, Vol. 5, August/September 1972, Seiten 849 bis 852 ist ein derartiges Anemometer bekannt, bei dem zwei dünne Drähte mit temperaturabhängigem Widerstand in Strömungsrichtung beiderseits eines Hitzdrahts ausgespannt sind. Bei ruhendem Gas heizen sich beide Meßwiderstände unter dem Einfluß des Hitzdrahts gleichmäßig auf, so daß, die Anzeige Null ist. Dieser Stabilitätszustand ändert sich aber mit Einsetzen der Gasströmung. Das Meßprinzip beruht darauf, daß der stromaufwärts gelegene Meßwiderstand durch die Gasströmung relativ abgekühlt, der stromabwärts liegende Meßwiderstand jedoch zusätzlich durch den Wärmetransport' vom Hitzdraht aufgeheizt wird. Die Widerstandsdifferenz läßt sich in einer Auswerteschaltung in eine der Strömungsgeschwindigkeit proportionale Größe umsetzen. In der Regel wird hierfür eine Brückenschaltung verwendet, deren Einzelheiten gleichfalls in dem genannten Aufsatz beschrieben sind.
Durch die US-PS 2 645 1,17 ist die Anwendung des Anemometer-Prinzips für Leckmessungen bekannt. Zwei dünne, durch
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direkten Stromdurchgang beheizte Drähte mit temperaturabhängigem Widerstand befinden sich in verschiedenen Kammern eines Meßblocks. Die eine Kammer wird von der zu messenden Gasströmung beaufschlagt-, während in der anderen Kammer zur Bestimmung eines Referenzwertes eine ruhende GasatmosphSre vorliegt. Auch hier dient die Verstimmung einer BrUckenschaltung zur Erzeugung eines Meßoder Anzeigewertes. Durch die US-PS 2 509 889 ist ein Differential-Höhenmesser für Flugzeuge bekannt, der nach dem Anemometer-Prinzip arbeitet und in Strömungsrichtung beiderseits eines Heizwiderstandes zwei Thermistoren besitzt, deren Temperaturpegel sich im Falle einer Strömungsbeaufschlagung gegenüber dem Beharrungszustand verschieben. Auch hier wird mittels einer Brückenschaltung aus der Differenz der Widerstandswerte die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt.
Es ist auch bekannt, anstelle der Meßwiderstände bzw. Thermistoren Thermoelemente zu verwenden (DE-AS 20 52 645).
Sämtlichen bisher bekannten Anemometern haftete jedoch der Mangel an, daß sie nur in einer sehr reinen oder wenigstens annähernd reinen Gasatmosphäre bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen (z.B. Umgebungsluft) verwendet werden konnten, da andernfalls eine rasche Zerstörung eintrat.
Soweit Durchflußmesser für hohe Temperaturen (oberhalb 500 K) und für stark korrosive Gase (Säuredämpfe, Chlorgas etc.) benötigt wurden, hat man sich bisher mit so-
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genannten Schwebekörper-Durchf1ußmessern beholfen. Diese bestehen aus einem innen schwach konischen Rohr, in denen ein spindelförmiger Schwebekörper durch das strömende Gas getragen wird. Je nach der Höhenlage des Schwebekörpers wird infolge der Konizität des Rohres ein mehr oder weniger großer Ringspalt freigegeben, so daß die Höhenlage des Schwebekörpers ein Maß für die Durchflußmenge ist. Während derartige Durchflußmesser eine ausreichend- genaue optische Anzeige ermöglichen, ist die Gewinnung von elektrischen Signalen problematisch die dem Durchfluß proportional sind. Die bekannten Durchflußmesser dieser Art sind daher lediglich mit Grenzwertkontakten auf optischer oder induktiver Basis ausgestattet.
Durchflußmesser, die nach dem Doppler-Prinzip (optisch oder akustisch) aufgebaut sind, machen in der Regel einen sehr hohen Aufwand im Hinblick auf die erforderliche elektronische Signalverarbeitung erforderlich, so daß sie wegen des damit verbundenen hohen Kostenaufwandes nur für Spezialmessungen verwendet werden, beispielsweise für Laser-Dopplermessungen in Flammen.
Es hat daher naturgemäß nicht an Versuchen gefehlt, das Anemometer-Prinzip auch für die Messung von Massendurchflüssen bei korrosiven Gasen und/oder Gasen hoher Temperatur einzusetzen.
So ist es beispielsweise durch eine Firmenschrift der Firma Brooks (USA) mit dem Titel "Thermal Mass Flow Meters" bekannt, einen Strömungskanal in seinem mittleren
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Bereich mit einem Heizwiderstand und in Strömungsrichtung beiderseits dieses Heizwiderstandes mit zwei Meßwiderständen zu umwickeln. Speziell für die Messung korrosiver Gase werden mit dem Gas in Berlinrung kommende 5 Oberflächen entweder aus nicht-rostendem Stahl oder einem entsprechend resistenten Kunststoff ausgeführt. Bei ruhendem Gas fließt die Wärme vom Heizwiderstand in gleicher Menge zu beiden Meßwiderständen, so daß dort gleiche Temperaturen anzutreffen sind. Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit wird jedoch der Kanal im Bereich des stromaufwärts gelegenen Meßwiderstandes abgekühlt und im Bereich des stromabwärts gelegenen Meßwiderstandes zusätzlich aufgeheizt. Die Differenz der Widerstandswerte ist auch hier ein Maß für den Massenstrom.
Obwohl in der genannten Firmenschrift von einem flinken Ansprechen die Rede ist, reagiert die bekannte Vorrichtung für eine Vielzahl von Anwendungsfällen dennoch erheblich zu träge, was sich durch die Wärmeträgheit des Strömungskanals einerseits ,und die schlechten Wärmeübergangswerte in Richtung auf die Meßwiderstände andererseits erklärt. Hierbei ist zu beachten, daß sämtlichen elektrischen Teile relativ zueinander elektrisch isoliert sein müssen, und leider sind gute elektrische Isolatoren in der Regel auch gute Warmeisolatoren, d.h. schlechte Wärmeleiter. Durch die unvermeidbaren hohen Temperaturgradienten ist die bekannte Vorrichtung auch nur für die Anwendung bei relativ niedrigen Temperaturen (angegeben ist Raumtemperatur) geei gnet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Massendurchflußmesser nach dem Anemoraeterprinzip anzugeben, der bei flinkem Ansprechen auf unterschiedliche Massenströme und -temperaturen gegenüber agressiven Gasen und/oder Gasen mit hoher Temperatur beständig ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Massendurchflußmesser erfindungsgemäß durch folgende Merkmale:
a) Die temperaturabhängigen Meßwiderstände bestehen aus einem Dünnschichtwiderstand, der auf einem keramischen Isolierkörper angeordnet ist,
b) der Dünnschichtwiderstand mit dem Isolierkörper ist über ein Glaslot mit einem keramischen Stützkörper verbunden, und
c) der Stützkörper ist seinerseits mittelbar oder unmittelbar über ein Glaslot mit dem Strömungskanal abgedichtet verbunden.
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird ein Massendurchf1ußmesser erreicht, der dem zu messenden Medium soweit wie irgend möglich ausgesetzt ist, ohne daß die eigentliche Widerstandsschicht jedoch dem gegebenenfalls agressiven Medium direkt ausgesetzt ist. Sie wird auf der einen Seite durch den keramischen Isolierkörper geschützt, auf dem sie aufgebracht ist, auf der anderen Seite durch das Glaslot, durch das der Dünnschichtwiderstand mit dem keramischen Stützkörper verbunden ist. Sowohl der keramische Isolierkörper als auch das
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Glaslot sind ausreichend dünn bzw. haben eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit, so daß die Zeitkonstante des Meßwiderstandes ausreichend kurz ist.
Sofern nur einer der Meßwiderstände im Strömungsprofil angeordnet ist, handelt es sich um denjenigen, der das eigentliche Meßsignal liefert. Randeinflüsse des Strömungskanals, insbesondere durch dessen Wärmeträgheit, werden vollständig ausgeschaltet. Der keramische Stützkörper verhindert seinerseits eine merkliche Beeinflussung der Messung durch Wärmeleitung von der Außenseite des Strömungskanals her. Auch dieser Stützkörper ist über ein Glaslot mit dem Strömungskanal abgedichtet verbunden, so daß eine hinreichende thermische und elektrische Isolation bei hoher Korrosionsbeständigkeit gewährleistet ist. Die Verbindung kann dabei mittelbar oder unmittelbar erfolgen, d.h. der keramische Stützkörper kann über das Glaslot mit einem hohlen Schraubstopfen verbunden sein, der in den Strömungskanal eingesetzt ist oder aber der Stützkörper kann un- mittelbar über das Glaslot mit der Wandung des Strömungskanals verbunden sein.
Dünnschicht-Meßwiderstände, die an sich zur Temperaturmessung durchaus bekannt sind, wurden für Anemometer bzw. Massendurchfiußmessungen bisher nicht verwendet; insbesondere wurden sie nicht durch direkten Stromdurchgang auf eine Temperatur aufgeheizt, die die Grundlage des Anemometer-Prinzips bildet.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen; die hinsichtlich der verschiedenen Ausführungsformen etwas zu differenzierenden Vorteile werden anhand der Kennlinien in der Detailbeschreibung näher erläutert.
Hier sei nur noch so viel gesagt, daß es hinsichtlich der Verbindung mit dem Glaslot zwei wesentlichen Alternativen gibt. Einmal kann gemäß Anspruch 2 der Dünnschichtwiderstand bei nach außen weisendem Isolierkörper über das Glaslot mit der Stirnfläche des Stützkörpers verlötet sein, so daß der Dünnschichtwiderstand durch den Isolierkörper vollständig abgedeckt und geschützt ist, während der Schutz nach den Seiten hin von dem Glaslot übernommen wird. Eine solche Möglichkeit ist in Figur 1 dargestellt.
Alternativ kann der Isolierkörper bei nach außen weisendem Dünnschichtwiderstand über das Glaslot mit der Stirnfläche des Keramikrohrs verbunden sein, wobei zum Schutz des Dünnschichtwiderstandes das auch diesen benätzende Glaslot dient. Eine solche Möglichkeit ist Gegenstand von Patentanspruch 3 und Figur 2.
Ausführungsbeispiele und Variationsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 8 näher erläutert.
Es zei gen:
Figuren 1 und 2 unterschiedliche Ausbildungen des Meßfühlers selbst im Hinblick auf die Anordnung des keramischen Isolierkörpers mit dem Dünnschichtwiderstand gegenüber dem Stützkörper,
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Figuren 3, 5 und 7 unterschiedliche Einbaumöglichkeiten
der Meßfühler nach den Figuren 1 und 2 in einen Strömun.gskanal und
Figuren 4, 6 und 8 Kennlinien der Meßanordnungen nach den Figuren 3, 5 und 7.
In Figur 1 ist ein Wandausschnitt aus einem Strömungskanal 1 dargestellt, der gemäß denFiguren 3, 5 und 7 als zylindrischer Rohrabschnitt mit einer Längsbohrung 2 und einer Achse A-A ausgeführt ist, so daß das Maximum der Strömungsgeschwindigkeit in der Achse A-A liegt. Die Längsbohrung 2 ist an beiden Enden mit Anschlußgewinden 3 für entsprechende Rohranschlüsse versehen. Die Strömungsrichtung ist in den Figuren 3, 5 und 7 mit dem mit "m" bezeichneten Pfeil versehen, wobei "m" für den Massenstrom steht. Als Werkstoff für den Strömungskanal wird ein Metall aus der Gruppe Nickel, hoch-nickelhaltige Legierungen (=Hastelloy C; Monel), Tantal und Titan ausgewählt und der Strömungskanal bevorzugt in Massivausführung hergestellt.
Im Strömungskanal 1 befindet sich eine radiale Bohrung mit einer stufenförmigen Eindrehung 5, deren Funktion nachfolgend noch näher beschrieben wird. In die Bohrung 4 ist ein Stützkörper 6 mit einer zylindrischen Außenfläche 7 und zwei zu seiner Achse senkrecht stehenden ebenen Stirnflächen 8 und 9 eingesetzt, der aus einem beständigen keramischen Werkstoff besteht, beispielsweise aus technischem Porzellan. Die Außenfläche 7 ist im Bereich der Eindrehung 5 über ein Glaslot 10 mit dem Strömungskanal 1 verbunden, und die innere
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Stirnfläche 9 ist gleichfalls über ein Glaslot 11 mit einem Meßwidenstand 12 verbunden, der aus einem Dünnschichtwiderstand 13 und einem keramischen Isolierkörper 14 besteht, auf den der Dünnschichtwiderstand 13 unlösbar durch eines der üblichen Beschichtungsverfahren (Vakuumaufdampfen, Katodenzerstäuben) zuvor aufgebracht worden ist. Der Dünnschichtwiderstand besteht dabei aus Platin, wobei der Isolierkörper 14 eine Fläche von etwa 4 mm2 besitzt. Zum Dünnschichtwiderstand 13 führen zwei elektrische Leitungen 15, die durch entsprechende, nicht näher bezeichnete.achsparallele Bohrungen im Stützkörper 6 hindurchgeführt sind. Die Leitungen 15 führen zu Anschlußklemmen 16 und 17, so daß der Dünnschichtwiderstand 13 in den Zweig einer Meßbrücke eingeschaltet werden kann.
Der Meßwiderstand 12 liegt im Bereich der Achse A-A und hat einen Abstand von der inneren Stirnfläche 9, der etwa 2 mm beträgt, aber weitgehend unkritisch ist. Dieser Abstand ist unter guter Benetzung sowohl des Meßwiderstands 12 a1s aucn der Stirnfläche 9 mit dem bereits beschriebenen Glaslot 11 ausgefüllt, so daß der Dünnschichtwiderstand 13 allseitig durch keramisches bzw. mineralisches Material geschützt ist. In Wirklichkeit dringt das Glaslot etwas in die achsparallelen Bohrungen des Stützkörpers 6 ein,was hier jedoch der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.
Als Glaslot wird bevorzugt ein Bleiboratglas der Firma Schott Glaswerke in Mainz (Bundesrepublik Deutschland) verwendet, welches unter der Glas-Nummer 84 72 im Handel
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erhältlich ist und mit den zu verbindenden. Teilen eine ausgezeichnet wärmebeständige Verbindung eingeht. Die Löttemperatur liegt bei 410 0C; die Dauerbeständigkeit bei einer Temperatur von ca. 300 0C.
In Figur 2 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Meßwiderstand 12 ist hier jedoch in Hochkant-Anordnung ausgeführt, d.h. der Dünnschichtwiderstand 13 ist auf einer schmalen Stirnseite des Isolierkörpers 14 angeordnet, und dieser stößt unmittelbar an die Stirnfläche 9 des Stützkörpers an. Das Glaslot 11 (gleicher Beschaffenheit) überzieht hier unter guter Benetzung die gesamten freien Flächen des Meßwiderstands 12, also einschließlich des Dünnschichtwiderstandes 13. Dadurch wird der Dünnschichtwiderstand 13 noch unmittelbarer dem zu messenden strömenden Medium ausgesetzt als bei dem Gegenstand von Figur 1, wobei gleichzeitig der Wärmeeinfluß über den Stützkörper 6 noch weiter zurückgedrängt wird.
In Figur 3 sind im axialen Abstand "D" zwei Meßwiderstände 12a und 12b angeordnet, von denen der eine (12a) im Strömungsprofil (bevorzugt im Bereich der Achse A-A) und der andere (12b) in einem Sackloch 18 außerhalb des Strömungsprofils angeordnet ist. Dadurch wird der Meßwiderstand 12a der Strömung und der Temperatur des strömenden Mediums ausgesetzt, während der Meßwiderstand 12b nur der Temperatur des Mediums ausgesetzt ist. Der Meßwiderstand 12b "sieht" gewissermaßen die Temperatur des Meßmediums. Beide Meßwiderstände werden
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durch eine konstante Brückenspannung IL auf eine definierte Temperatur T. aufgeheizt. Ohne einen Massen-Strom (m=0) nehmen beide Fühler die gleiche Temperatur und damit auch gleiche Widerstände an, so da3 die Differenz der Brückenspannung AUßr ebenfalls Q ist. Durch eine Strömung ändert sich nun die Temperatur des Meßwiderstandes 12a, der sich in der Strömung befindet, während der Meßwiderstand 12b aufgrund seiner Unterbringung in einem Sackloch seine Temperatur beibehält. Die dadurch erfolgende Verstimmung einer Meßbrücke 19 steht in einem proportionalen Zusammenhang mit dem Massenstrom m und läßt sich mittels eines Anzeigegeräts 20 anzeigen.
In Figur 4 ist die Kennlinie der Anordnung nach 15— Figur 3 dargestellt, und zwar für beide Strömungsrichtungen. Der positive Teil der Abszisse steht für die in Figur 3 durch den Pfeil "m" angegebene Strömungsrichtung., während der negative Teil der Absz-isse "-m" für die umgekehrte Strömungsrichtung (Strömungsumkehr) steht. Es ist einerseits erkennbar, daß die Differenz der Brückenspannung Δυβ die Strömungsrichtung nicht erkennen läßt. Andererseits werden (im Gegensatz zu den Kennlinien nach den Figuren 6 und 8) völlig eindeutige Kennlinien erhalten, die keine Maxima oder Minima aufweisen, so daß sich stets ein eindeutiger Massenstrom bestimmen läßt. Der lineare Bereich ist durch "x" gekennzeichnet; er wird für die üblichen Messungen in der Regel verwendet. Es ist allerdings durch eine Mikroprozessorsteuerung möglich,
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Korrekturwerte für den nicht-linearen Teil der Kennlinien einzuspeisen, so daß auch dieser Teil der Kennlinien noch für Meßzwecke verwendet werden kann, beispielsweise im Hochgeschwindigkeitsbereich.
Bei dem AusfUhrungsbeispiel gemäß Figur 5 sind beide Meßwiderstände 12a und 12b im Strömungsprofi1 , d.h. in der Achse A-A der Längsbohrung 2 angeordnet. Auch in diesen Fällen geschieht die Beheizung beider Meßwiderstände durch direkten Stromdurchgang, und auch die Brückenschaltung 19 ist mit derjenigen nach Figur 3 identisch. Ohne einen Massenstrom (m=0) ist die Meßspannung ALL ebenfalls 0. Durch einen Massenstrom wird tsr
nun der stromaufwärts liegende Meßwiderstand 12a abgekühltj während der stromabwärtsliegende Meßwiderstand 12b durch den Wärmetransport zusätzlich aufgeheizt wird. Die sich daraus ergebende Widerstandsänderung läßt sich ebenfalls über die Meßbrücke 19 und das Anzeigegerät 20 zur Anzeige bringen. In diesem Fall ändert allerdings bei einer Strömungsumkehr auch die Wider-Standsänderung ihr Vorzeichen, d.h. im Bereich des negativen Teils der Abszisse wird auch eine negative Meßspannung erzeugt. Verwendbar ist in diesem Falle nur der lineare Bereich gemäß Figur 6, die erkennen läßt, daß die Kennlinie außerhalb des linearen Bereichs ein Maximum und ein Minimum aufweist, so daß hier eine Doppeldeutigkeit der Meßspannung gegeben ist. Andererseits kann die Erkennung der Strömungsrichtung für bestimmte Anwendungsfälle wichtig sein, so daß auch diese Anordnung ihre Vorteile besitzt. Die Steigung der Kenn-
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linie im linearen Bereich "x" läßt sich durch den axialen Abstand "D" der Meßwiderstände. 12a und 12b variieren.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 sind gleichfalls zwei Meßwiderstände12a und 12b im Bereich der Achse A-A der Längsbohrung 2, d.h. im Strömungsprofil angeordnet, sie sind jedoch nicht durch Stromdurchgang beheizt. Zwischen den Meßwiderständen 12a und 12b befindet sich im Abstand D/2 und gleichfalls in der Achse A-A ein dritter Meßwiderstand 12c, dessen Aufbau mit demjenigen der Meßwiderstände 12a und 12b identisch ist. Der Meßwiderstand 12c wird jedoch in diesem Fall ausschließlich als Heizelement benutzt, d.h. durch direkten Stromdurchgang aufgeheizt. Solange ein Massenstrom nicht fließt, erhalten beide Meßwiderstände 12a und 12b die gleiche Wärmemenge, und die Anzeige- ist 0. Im Falle eines Massenstroms wird der stromaufwärtsliegende Meßwiderstand 12a abgekühlt, und der stromabwärtsliegende Meßwiderstand 12b wird durch den Wärmetransport aufgeheizt, wodurch sich eine Verstimmung der Meßbrücke 19 und eine Anzeige am Anzeigegerät 20 ergibt.
Auch bei der Anordnung gemäß Figur 7 ergibt sich eine Kennlinie, die in Figur 8 dargestellt und derjenigen gemäß Figur 6 weitgehend ähnlich ist. Es ist erkennbar, daß einerseits die Strömungsrichtung bestimmbar ist, andererseits aber außerhalb des linearen Bereichs eine Doppeldeutigkeit der Meßwerte vorliegt.
Als Anwendungsgebiet kommen in Frage die chemische Industrie sowie die Energieversorgung, bei denen es er-
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forderlich ist, Massenströme korrosiver Medien hoher Temperatur so genau wie möglich zu erfassen.
Mit "m" ist der Massenstrom bezeichnet, a.b. dm/dt.
- Leerseite -

Claims (8)

  1. 83501 - ι -
    A ns ρ r Ii c He:
    / 1 .J Thermischer Massend.urchfl ußmesser, insbesondere für Gase, bestehend aus einem Strömungskanal mit mindestens zwei dem Strömungsmedium auszusetzenden temperaturabhängigen Meßwiderständen, von denen mindestens e.iner im Strömungsprofil angeordnet ist, mit mindestens einer im Einflußbereich der Meßwiderstände angeordneten Wärmequelle, sowie aus einer Auswerteschaltung für die Umsetzung der Widerstandswerte in durchflußproportionale Größen, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) die temperaturabhängigen Meßwiderstände (12, 12a, 12b, 12c)
    aus einem Dünnschichtwiderstand (13)-bestehen, der • auf einem keramischen Isolierkörper (H) angeordnet ist,
    b) der Dünnschichtwiderstand (13) mit Isolierkörper (14) über ein Glaslot. (11) mit einem keramischen Stützkörper (6 ) verbunden ist und c) der Stützkörper ( 6,) seinerseits mittelbar oder unmittelbar über ein Glaslot (10) mit dem Strömungskanal ( 1) abgedichtet verbunden ist.
  2. 2. Thermischer Massendurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (β) ein Keramikrohr mit ebener Stirnfläche (9 ) ist und daß der Dünnschichtwiderstand (13) bei nach außen weisendem Isolierkörper (14) über das Glaslot (11) mit der Stirnfläche ( 9) verlötet ist, derart, daß das Glaslot den Abstand zwischen Dünnschichtwiderstand und Stirnfläche vollständig ausfüllt.
    copy
    83501 - 2 -
  3. 3. Thermischer Massendurchfl ußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper ( 6 ) ein Keramikrohr mit ebener Stirnfläche (9 ) ist und daß der Isolierkörper (14) bei nach außen weisendem Dünnschichtwiderstand (13) über das Glaslot (11) mit der Stirnfläche verbunden ist.
  4. 4. Thermischer Massendurchf1ußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Meßwiderstände (i2a, 12b) vorgesehen sind, von denen der eine (]2a) im Strömungsprofil und der andere (t2b) außerhalb des Strömungsprofils in einem Sackloch de) des Strömungskanals ( 1) angeordnet ist und daß beide Meßwiderstände (i2a>12b) durch direkten Stromdurchgang beheizbar sind.
  5. 5. Thermischer Massendurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Meßwiderstände (12a, 12b) vorgesehen sind, die beide im Strömungsprofil des Strömungskanals ( 1) angeordnet sind, und daß beide Meßwiderstände (12a, 12b) durch direkten Stromdurchgang beheizbar sind.
  6. 6. Thermischer Massendurchf1ußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Meßwiderstände (12a, 12b,12t) in einer Reihe vorgesehen sind, die sämtlich im Strömungsprofil des Strömungskanals ( 1) angeordnet sind, und daß der mittlere Meßwiderstand (12c) durch direkten Stromdurchgang beheizbar ist.
    83501 - 3 -
  7. 7. Thermischer Massendurchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Glaslot ein Bleiboratglas mit einem Ausdehnungskoeffizienten a20/300 = 12'° *'10"6/c° Verwendung findet.
  8. 8. Thermischer Massendurchf1ußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (1 ) aus einem Metall aus der Gruppe Nickel, hoch-nickelhaltige Legierungen (=Hastelloy C; Monel), Tantal und Titan in MassivausfUhrung besteht.
DE3302080A 1983-01-22 1983-01-22 Thermischer massendurchflussmesser, insbesondere fuer gase Ceased DE3302080A1 (de)

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