DE2708564A1

DE2708564A1 - THERMAL FLOW METER

Info

Publication number: DE2708564A1
Application number: DE19772708564
Authority: DE
Inventors: William Campbell Baker; John Joseph Chapman
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1977-02-28
Filing date: 1977-02-28
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE2708564B2; DE2708564C3; GB1580624A

Description

Thermischer Durchflußmesser Thermal flow meter

Die Erfindung bezieht sich auf einen thermischen Durchflußmesser zum Messen der Durchflußgeschwindigkeit eines Strömungsmittels, mit einer vom Strömungsmittel durchflossenen Leitung, einer Leitungsunterteilungsvorrichtung zur Festlegung erster und zweiter Leitungsabschnitte, deren Enden auf einer konstanten Temperatur gehalten werden1 einer Vorrichtung zur Messung der Temperatur der ersten und zweiten Leitungsabschnitte, und einer Aufheizvorrichtung zum Aufheizen des zweiten Leitungsabschnittes.The invention relates to a thermal flow meter for Measuring the flow rate of a fluid with one of the fluid traversed line, a line dividing device to define the first and second line sections, the ends of which are kept at a constant temperature 1 a device for measuring the temperature of the first and second pipe sections, and a heating device for heating the second line section.

Das Aufheizen eines Strömungsmittelstromes und das Feststellen der Temperatur dieses Strömungsmittelstromes, um damit ein Maß für den Strömungsmitteldurchfluß zu erzielen, ist an sich bekannt. Beispielsweise ist Gegenstand der US-PS 946 886 eine Einrichtung, in der eine Heizvorrichtung in einen Strömungsmittelstrom eingesetzt ist und Temperaturfühler stromaufwärts und stromabwärts in bezug auf die Heizvorrichtung angeordnet sind. Bei einer Betriebsart ijit diese Einrichtung den Heizstrom, der erforderlich ist, um einen konstanten Temperaturunterschied zwischen den beiden Fehlern aufrechtzuerhalten. Diese Einrichtung basiert jedoch auf der Bewegung des Strömungsmittels zwischen zwei AbfAhlstellen, um die Temperaturdifferenz aufzubauen, und ist nicht anwendbar auf solche Anwendungsfälle, bei denen der Durchfluß den Wert Null annimmt.The heating of a fluid stream and the determination of the Temperature of this fluid flow in order to be a measure of the fluid flow to achieve is known per se. For example, it is the subject of U.S. Patent 946,886 a device in which a heater is inserted into a fluid stream is and temperature sensors upstream and downstream with respect to the Heater are arranged. In an operating mode, this device ijit the heating current, the is required to have a constant temperature difference between the two Maintain mistakes. However, this facility is based on the movement of the Fluid between two waste points to build up the temperature difference, and is not applicable to those applications where the flow is the Assumes a value of zero.

Eine wesentliche Verbesserung thermischer Durchflußmesser ist in US-PS 3 181 357 beschrieben, bei der die eigentliche Durchfluß leitung sowohl als Wärmequelle als auch als Teil der TeDperaturatfAhlvorrichtung dient. Diese Einrichtung koppelt induktiv eine konstante Energiemenge in die Leitung und verwendet die Leitung als einen Leiter eines Thermoelementes, um Änderungen in der Strdmungsmitteltemperatur als WSrmeïbergAnge zwischen der beheizten Leitung und dem Strömungsmittelstrom zu messen. Der Durchflußmesser arbeitet nicht linear. weil die gemessene Veränderliche der Temperaturunterschied ist, der umgekehrt proportional dem Durchfluß ist.A major improvement in thermal flow meters is in U.S. Patent 3 181 357 described, in which the actual flow line both as a heat source as well as part of the temperature measuring device. This facility couples inductively feeds a constant amount of energy into the line and uses the line as a a conductor of a thermocouple to detect changes in fluid temperature as heat transfer between the heated line and the fluid flow measure up. The flow meter does not work linearly. because the measured variable is the temperature difference which is inversely proportional to the flow.

Dies begrenzt seine praktische Anwendbarkeit und seinen Meßbereich ganz erheblich. Ferner ist bei dieser Einrichtung eine verhältnismäßig hohe Betriebstemperatur in der Leitung für eine brauchbare Durchflußempfindlichkeit erforderlich (z.B. 2130C liter Umgebungstemperat - 1: in 10 G.This limits its practical applicability and its measuring range quite considerably. Furthermore, this device has a relatively high operating temperature required in the line for usable flow sensitivity (e.g. 2130C liter ambient temperature - 1: in 10 G.

elementsiyiaI), was die Anwendung fr einig Flüssigkeiten verhindert, insbesondere fir Flssigkeiten mit Siedepunkten unter 2400C und Gase, deren physikalische Eigenschaften sich bei erhöhten Temperaturen nachteilig verändern.elementsiyiaI), which prevents the use of some liquids, especially for liquids with boiling points below 2400C and gases, their physical Properties change disadvantageously at elevated temperatures.

Es sind ferner thermische Einrichtungen benannt, die allgemein als ZHitzgdraht-Anemometer" bezeichnet werden, und die so ausgebildet sind, daß sie bei konstanter Temperatur arbeiten und zur Messung des Strömungsmitteldurchflusses durch Einsetzen in eine Leitung verwendet werden. Solche Einrichtungen messen den Kilhleffekt eines Strömungsmittels auf einen beheizten Körper (Draht, Thermoelement und dergl.), der in den Strömungsmittelstrom eingetaucht ist, d.h. die Geschwindigkeit des Strömungsmittels an der Eintauchstelle. Die Eichung der Einrichtung ist in hohem Maße von der thermischen Stromleitfähigkeit des Strömungsmittels abhängig und die Beziehung zwischen Energie und Durchfluß ist nichtlinear.There are also thermal devices named generally as ZHitzgwraht-Anemometer "are designated, and which are designed so that they work at constant temperature and to measure the fluid flow can be used by inserting into a conduit. Such facilities measure the Cooling effect of a fluid on a heated body (wire, thermocouple and the like) immersed in the fluid stream, i.e. the velocity of Fluid at the point of immersion. The calibration of the device depends to a large extent on the thermal conductivity of the fluid and the relationship between energy and flow is non-linear.

Ferner ist diese Art von thermischer Einrichtung einer Beschädigung durch strömende Verunreinigungen in der Leitung ausgesetzt, und wenn das Strömungsmittel ein brennbares Ströiungsmittel ist, tritt die Gefahr des Entznaens auf.Furthermore, this type of thermal device is damaging exposed by flowing contaminants in the line, and when the fluid is a flammable fluid, there is a risk of inflammation.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen thermischen Durchflußmesser mit beheizter Durchflußleitung zu schaffen, der bei konstanter Temperatur arbeitet, der die vorerwShnten Nachteile bekannter Einrichtungen vermeidet, und der einen eingeprägten linearen Ausgang, einen erhöhten Meßbereich, reduzierte Betriebstemperatur, reduzierten Einfluß der Position auf die Genauigkeit, reduzierten Einfluß der Temperatur auf die StrömungsmittelwSrmekapazität und reduziertes Geräusch auf das Ausgangssignal ergibt.The object of the invention is to provide a thermal flow meter with create a heated flow line that operates at a constant temperature, which avoids the aforementioned disadvantages of known devices, and the one impressed linear output, increased measuring range, reduced operating temperature, reduced influence of position on accuracy, reduced influence of temperature on the fluid heat capacity and reduced noise on the output signal results.

Die Erfindung besteht in einem Durchflußmesser mit einer von Strömungsmittel durchflossenen Durchflußleitung. Die Leitung ist in bezug auf eine Wärmesenke so angeordnet, daß sie in getrennte Abschnitte unterteilt ist. Einer dieser Abschnitte wird durch eine Speisequelle veränderliche Leistung beheizt. Temperaturabfihlvorrichtungen sind sowohl den beheizten als den nichtbeheizten Abschnitten der Durchflußleitung zugeordnet. Die Ausgänge der Abfühlvorrichtungen werden zur Steuerung der Energiequelle verwendet, um zwischen diesen Ausgängen einen konstanten Temperaturunterschied aufrechtzuerhalten. Die Energiemenge, die erforderlich ist, um den konstanten Unterschied aufrechtzuerhalten, ist auf die Massendurchflußgesc}lwindigkeit durch die Leitung bezogen.The invention resides in a flow meter having one of a fluid flowed through flow line. The conduction is like that with respect to a heat sink arranged to be divided into separate sections. One of those sections is heated by a supply source with variable power. Temperature sensing devices are both the heated and the unheated sections of the flow line assigned. The outputs of the sensing devices are used to control the power source used to maintain a constant temperature difference between these outputs. The amount of energy required to maintain the constant difference is related to the mass flow rate through the line.

Infolgedessen wird durch berwachung der Energieeingabe in den Durchflußmesser die Massendurchflußgeschwindigkeit bestimmt.As a result, by monitoring the energy input into the flow meter the mass flow rate is determined.

Gemäß der Erfindung ist ein Durchflußmesser der gattungsgem§ßen Jrt dáderch gekenn2eichnet, da eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die auf die Vorrichtung (Dc-l, DC-2) zum Messen der Temperatur der ersten und zweiten Leitungsabschnitte (lOa, lob) anspricht, um die Aufheizvorrichtung so zu steuern, daß eine konstante Temperaturdifferenz zwischen den ersten und zweiten Leitungsabschnitten aufrechterhalten wird, und daß eine Abgabevorrichtung ein Abgabesignal erzeugt, das proportional der Speisequelle in die Aufheizvorrichtung ist, wobei das Ausgangssignal die Massendurchflußgeschwindigkeit des durch die Leitung strömenden Strömungsmittels darstellt.According to the invention, a flow meter of the generic type dáderch marked that a control device is provided, which acts on the device (Dc-1, DC-2) for measuring the temperature of the first and second line sections (lOa, lob) responds to control the heating device so that a constant Maintain temperature difference between the first and second line sections is, and that a dispenser generates a dispensing signal that is proportional the supply source is in the heater, the output signal being the mass flow rate of the fluid flowing through the conduit.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further features of the invention are the subject of the subclaims.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhahd von Ausf;lhrungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine graphische Darstellung, die Massendurchflußgeschwindigkeiten aufzeigt, welche durch Konstanttemperatur- und Konstantleistungseinrichtungen gemessen werden, Fig 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfiihrungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt, Fig. 3 eine graphische Darstellung der Temperatur längs der Leitung nach Fig. 2, wobei das in die Leitung eintretende Strömungsmittel auf einer Temperatur ist, die gleich der der Wärmesenke ist, Fig. 4 eine graphische Darstellung der Temperatur längs der Leitung nach Fig. 2, wobei das in die Leitung eintretende Strömungsmittel auf einer Temperatur Aber der der Wärmesenke ist, Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten (bevorzugten) Ausführungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt, Fig. 6 eine schematische Darstellung einer dritten Ausfihrungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt, Fig. 7 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt, Fig. 8 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt, Fig. 9 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt, Fig. 10 eine schematische Darstellung einer siebten Ausf;ihrungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt, Fig. 11 eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt, und Fig. 12 teilweise im Schnitt eine schematische Darstellung einer abgeänderten Leitung, die bei den verschiedenen Ausführungsformen nach vorliegender Erfindung verwendet werden kann.The invention is referred to below in conjunction with the drawing explained by exemplary embodiments. They show: FIG. 1 a graphic representation, shows the mass flow rates, which are determined by constant temperature and constant power devices are measured, FIG. 2 is a schematic representation a first embodiment of the invention, partially in section, FIG. 3 is a graphical representation Representation of the temperature along the line according to FIG. 2, with that in the line incoming fluid is at a temperature equal to that of the heat sink Fig. 4 is a graph of the temperature along the line of Fig. 2, with the fluid entering the conduit at a temperature Aber that of the heat sink, Fig. 5 is a schematic representation of a second (preferred) Embodiment of the invention, partly in section, Fig. 6 a schematic representation of a third embodiment of the invention, partially in section, FIG. 7 shows a schematic representation of a fourth embodiment of FIG Invention, partially in section, FIG. 8 is a schematic representation of a fifth Embodiment of the invention, partially in section, FIG. 9 is a schematic representation a sixth embodiment of the invention, partially in section, Fig. 10 a schematic representation of a seventh embodiment of the invention, partially in section, FIG. 11 shows a schematic representation of an eighth embodiment of FIG Invention, partly in section, and FIG. 12 partly in section, a schematic Illustration of a modified line used in the various embodiments can be used according to the present invention.

Ehe die einzelnen Ausführungsbeispiele nach vorliegender Erfindung im Detail beschrieben werden, scheint eine kurze Erörterung des Grundprinzips und der'grundsätzlichen Überlegungen nach vorliegender Erfindung zweckmäßig.Before the individual embodiments according to the present invention Described in detail seems to be a brief discussion of the basic principle and of the 'fundamental considerations according to the present invention expedient.

Die Beziehung, die zwischen einem Strömungsmittelfluß und den verschiedenen Veränderlichen besteht, ist durch die nachstehende Formel gegeben: M ~ E ,v P Cp a t Cp b t wobei M die Massendurchflußgeschwindigkeit, H der Wärmeeingang pro Zeiteinheit, Cp die Wärmekapazität des Strömungsmittels bei konstantem Druck, bt der Temperaturunterschied zwischen zwei Punkten im Strömungsmittel, die so angeordnet sind, daß sie den Einfluß des Wärmeeinganges des Strömungsmittelstromes reflektieren, und P das elektrische Äquivalent (Leistung) des Wärmeeinganges ist. Diese Formel zeigt, daß dann, wenn bt und Cp konstant gehalten werden, M direkt mit H (oder P) sich ändert, wShrendgda-nn, wenn H und Cp konstant gehalten werden, M sich umgekehrt mitiÇt verändert.The relationship that exists between one fluid flow and the various Variable is given by the following formula: M ~ E, v P Cp a t Cp b t where M is the mass flow rate, H is the heat input per unit of time, Cp is the heat capacity of the fluid at constant pressure, bt is the temperature difference between two points in the fluid which are arranged to have the influence reflect the heat input of the fluid stream, and P the electrical Is equivalent (power) of the heat input. This formula shows that if bt and Cp are kept constant, M changes directly with H (or P), wShrendgda-nn, if H and Cp are kept constant, M changes inversely.

Vorliegende Erfindung betrifft einen Konstanttemperatur-Durchflußmesser, bei dembt und Cp konstant gehalten werden.The present invention relates to a constant temperature flow meter, be kept constant at dembt and Cp.

Fig. 1 zeigt mit festausgezogener Linie die Linearität der Massendurchflußgeschwindigkeit, die durch eine solche Anordnung meßbar ist, während zu Vergleichszwecken in gestrichelten Linien die nichtlineare Beziehung dargestellt ist, die bei einem Durchflußmesser konstanter Leistung auftritt, wie er beispielsweise in US-PS 3 181 357 erläutert ist. Diese graphische Darstellung zeigt die konstante Empfindlichkeit, die mit einem Konstanttemperatur-Durchflußmesser im Vergleich zu der verringerten Empfindlichkeit bei höheren Durchflüssen, die mit einem Durchflußmesser konstanter Leistung auftreten, erzielbar ist. Offensichtlich ist letztere Art von Durchflußmesser in seinem ausnutzbaren Bereich begrenzt.Fig. 1 shows with a solid line the linearity of the mass flow rate, which is measurable by such an arrangement, while for comparison purposes in dashed lines Lines represent the non-linear relationship that exists in a flow meter constant power occurs, as explained, for example, in US Pat. No. 3,181,357 is. This graph shows the constant sensitivity achieved with a Constant temperature flow meter compared to the reduced sensitivity at higher flow rates that occur with a flow meter of constant power, is achievable. Obviously, the latter type of flow meter is at its most exploitable Area limited.

Der die Wärmekapazität darstellende Ausdruck Cp in obiger Formel kann nicht unterschiedslos als Konstante betrachtet werden, da er sich mit der Zusammensetzung, der Temperatur und dem Druck des Strömungsmittels ändert. Bei den meisten Strömungsmitteln ist die Änderung mit dem Druck, selbst über mehrere Dekaden'klein und vernachlässigbar. Die Änderung mit der Temperatur jedoch kann für manches Strömungsmittel ziemlich groß sein. Beispielsweise ändert sich das Cp fir Kohlendioxyd um 19,5 % bei einer Änderung von 2000C und 2000C ist typisch für die Veränderung aufgrund des Durchflusses in der Betriebstemperatur der Leitung bei einigen Durchflußmessern konstanter Leistung. Dadurch, daß der Durchflußmesser im Konstanttemperaturbereich betrieben wird, werden diese Änderungen von Cp aufgrund des Durchflusses eliminiert.The expression Cp representing the heat capacity in the above formula can cannot be regarded indiscriminately as a constant, since it relates to the composition, the temperature and pressure of the fluid changes. With most fluids the change with the pressure is small and negligible, even over several decades. The change with temperature, however, can be quite considerable for some fluids be great. For example, the Cp for carbon dioxide changes by 19.5% for one Change from 2000C and 2000C is typical of the change due to flow at the operating temperature of the line for some flowmeters of constant power. Because the flow meter is operated in the constant temperature range these changes in Cp due to flow are eliminated.

Es trifft zu, daß Cp sich noch mit Änderungen der Umgebungstemperatur verändert. Derartige Veränderungen sind jedoch normalerweise recht klein. Alle Strömungsmittel haben ihre eigene charakteristische Wärmekapazität, deren Wert eindeutig belegt ist. Es ergibt sich deshalb, daß dann, wenn der Durchflußmesser im Konstanttemperaturbetrieb betrieben wird, Cp verhältnismäßig konstant fr ein gegebenes Strömungsmittel ist, und daß der Ausgang eine Funktion des Massendurchflusses für das jeweilige zu messende Strömungsmittel ist.It is true that Cp changes with changes in ambient temperature changes. However, such changes are usually quite small. All fluids have their own characteristic heat capacity, the value of which is clearly demonstrated is. It therefore follows that when the flow meter is in constant temperature operation is operated, Cp is relatively constant for a given fluid, and that the output is a function of the mass flow rate for the particular one being measured Fluid is.

Wenn ein thermischer Durchflußmesser mit beheizter Leitung in einem Konstantleistungsbetrieb betrieben wird und die TemperaturSnderung gemessen wird, ergibt sich, daß die Empfindlichkeit des Signales umso größer wird, je größer die Temperaturänderung ist. Ein typischer Durchflußmesser konstanter Leistung, der Thermoelemente zur Feststellung der Temperatur verwendet, benötigt einen Temperaturunterschied von 213°C bei einem 10 mV GS-Ausgang. Wird ein thermischer Durchflußmesser mit beheizter Leitung in einem Konstanttemperaturbetrieb betrieben und die Änderung in der Leistung gemessen, ist es nur erforderlich, daß der Temperaturunterschied eine ausreichende Größe aufweist, damit ein stabiles Fehlersignal erhalten wird, das eine entsprechende Steuerung aufrechterhalten kann. Bei einer typischen Einrichtung ergibt ein Temperaturunterschied von 25°C ein Signal von etwa 1 mV GS, das ausreichend ist, um die Temperatur konstant zu halten, wie nachstehend erläutert wird. Während dies bereits eine Reduzierung von at einer Größenordnung im Vergleich zu einem Durchflußmesser konstanter Leistung darstellt, sind selbst kleinere Temperaturunterschiede praktisch brauchbar.If a thermal flow meter with a heated pipe in one Constant power operation is operated and the temperature change is measured, it follows that the sensitivity of the signal is greater, the greater the Temperature change is. A typical constant power flow meter, the thermocouple used to determine temperature, needs a temperature difference of 213 ° C with a 10 mV DC output. Will be a thermal flow meter with heated Line operated in a constant temperature mode and the change in power measured, it is only necessary that the temperature difference be sufficient Has size, so that a stable error signal is obtained that has a corresponding Can maintain control. In a typical setup there will be a temperature difference from 25 ° C a signal of about 1 mV DC, which is sufficient to keep the temperature constant as explained below. While this is already a reduction of at an order of magnitude compared to a constant power flow meter represents, even small temperature differences are practically useful.

Die niedrige Betriebs temperatur des Konstanttemperatur-Durchflußmessers reduziert erheblich die Bewegung der die Außenseite der beheizten Leitung umgebenden Luft, die durch thermisch induzierte Konvektionsströme hervorgerufen wird.The low operating temperature of the constant temperature flow meter greatly reduces the movement of those surrounding the outside of the heated conduit Air caused by thermally induced convection currents.

Bei dem Durchflußmesser konstanter Leistung mit höherer Leitungstemperatur beeinflußt diese Luftbewegung in zufälliger Weise die Abgabe der Temperatur fühler, wodurch falsche Durchflußanzeigen entstehen, die besonders dann bemerkbar sind, wenn die Position des Durchflußmessers geändert wird.For the constant power flow meter with a higher line temperature this air movement influences the output of the temperature sensor in a random way, which results in false flow displays, which are particularly noticeable when the position of the flow meter is changed.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausfihrungsbeispiel vorliegender Erfindung, bei welchem eine Leitung lO, durch die ein Strömungsmittel fließt, in zwei Abschnitte loa und lOb durch eine thermisch massive und elektrisch leitende Wärmesenke 12 unterteilt ist. Energie wird induktiv in den Teil lob der Leitung durch eine einstellbare Speisequelle 14 und ein gewickeltes Toroid 16 gekoppelt, wodurch die Temperatur des Teiles lOb und die eines darin enthaltenen Strömungsmittels ïber TJmgebungstemperatur ansteigt. Das Strömungsmittel in der Leitung 10 steht ;iber die gesamte Länge in thermischem Gleichgewicht mit der Leitung. Ein Thermoelement-Temperaturfihler TC-l ist an der Verbindungsstelle des beheizten Teiles lOa der Leitung und eines zugeordneten Leiters aus unterschiedlichem Material vorgesehen, und ein zweiter Thermoelement-TemperaturfJhler TC-2 ist an der Verbindungsstelle des beheizten Teiles lOb der Leitung und eines zugeordneten Leiters aus unterschiedlichem Material angeordnet.Fig. 2 shows a first embodiment of the present invention, in which a line 10 through which a fluid flows into two sections loa and lOb divided by a thermally massive and electrically conductive heat sink 12 is. Energy is inductively lob in the part of the line through an adjustable supply source 14 and a coiled Toroid 16 coupled, reducing the temperature of part 10b and that of a fluid contained therein above ambient temperature increases. The fluid in line 10 stands for the entire length in thermal equilibrium with the line. A TC-l thermocouple temperature sensor is at the junction of the heated part lOa of the line and one associated Conductor made of different material and a second thermocouple temperature sensor TC-2 is at the junction of the heated part lOb of the line and one assigned conductor arranged from different material.

In einem vereinfachten Fall sind die Temperatur der Wärmesenke 12, der unbeheizte Teil loa der Leitung, der Temperaturfühler Tc-l und das einströmende otrömungsmittel in Gleichgewicht. Die Wirkung der induktiv gekoppelten Energie auf einen Teil lOb der Leitung, deren Enden auf einer festen Temperatur durch die Wärmesenke gehalten werden, besteht darin, daß Temperaturänderungen längs der Leitung erzeugt werden, wie in Fig. 3 gezeigt, so daß eine Temperaturdifferenz, selbst bei einem Nulldurchfluß zwischen dem eintretenden Strömungsmittel, das durch TC-l abgefühlt wird, und dem beheizten Strömungsmittel, das durch TC-2 abgeflihlt wird, aufgebaut wird. Diese Differenz ist in Fig. 3 mit ate bezeichnet.In a simplified case, the temperature of the heat sink 12, the unheated part loa of the line, the temperature sensor Tc-l and the incoming fluid in equilibrium. The effect of the inductively coupled energy on a part lOb of the line, the ends of which are at a fixed temperature through the heat sink are maintained, is that temperature changes generated along the line are, as shown in Fig. 3, so that a temperature difference, even at a Zero flow between the incoming fluid sensed by TC-1 and the heated fluid that is cooled by TC-2 will. This difference is denoted by ate in FIG. 3.

Wenn die Temperatur des eintretenden Strömungsmittels zu Beginn verschieden von der der Wärmesenke 12 ist, stellt sich im Laufe der Zeit eine das Gleichgewicht herstellende Zwischentemperatur ein. Kurzfristig erfährt der unbeheizte Teil lOa der Leitung wegen seiner wesentlich geringeren thermischen Masse eine Temperaturänderung, die in Fig. 4 gezeigt ist, bis das Strömungsmittel und die Wärmesenke ihre neue Gleichgewichtstemperatur erreichen. In ähnlicher Weise folgt der beheizte Teil lOb der Leitung Änderungen in der Strömungsmitteltemperatur; solche Änderungen treten zusätzlich zu der Temperaturänderung auf, die durch die induktive Aufheizung hervorgerufen wird. Das Resultat ist, daß eine Temperaturdifferenz atB aufrechterhalten wird. Diese Differenz ist gleicht, so daß sich ergibt, da3 mit vorliegender Erfindung Temperaturänderungen des eintretenden Strömungsmittels kompensiert werden.If the temperature of the incoming fluid is different at the beginning of which the heat sink 12 is, equilibrium is established over time producing intermediate temperature. For a short time the unheated part experiences 10a the line a temperature change due to its significantly lower thermal mass, shown in Fig. 4 until the fluid and heat sink are new Reach equilibrium temperature. The heated part 10b follows in a similar manner the line changes in fluid temperature; such changes occur in addition to the temperature change caused by the inductive heating will. The result is that a temperature difference atB is maintained. This difference is equal, so that it follows that with the present Invention temperature changes of the incoming fluid are compensated.

Wie sich am besten aus Fig. 2 ergibt, ist der Temperaturfehler TC-2 vorzugsweise mit dem Mittelpt:nkt der beheizten Leitung lOb verbunden, da dies angenähert der Punkt maximaler Temperatur auf der Leitung fr eine bestimmte Leistungseingabe ist. Die Fühler TC-1 und TC-2 sind in einer Differentialanordnung beispielsweise als Eingänge in den Differentialverstärker 18 geschaltet, um tt zu messen, das zu Beginn auf einen gewinschten Wert gesetzt wird, indem die Wärmeeingabe auf einen Nullfluß eingestellt wird. Die für eine solche anfängliche Einstellung erforderliche Leistung wird als die "Blindleistung" bezeichnet und kann aus dem Ausgangssignal durch herkömmliche Mittel ausgeglichen werden. Wenn das Strömungsmittel sich durch die Leitung zu bewegen beginnt, bleibt die Temperatur bei TC-1 unverändert. Die Temperatur bei TC-2 wird jedoch reduziert, wenn das Strömungsmittel Wärme aus der Leitung abfiihrt. Damit wird auch ttreduziert und dieser Unterschied in cit wird durch den Verstärker 18 in ein Fehlersignal umgewandelt, das zusätzliche Wärme anfordert, um die Temperaturgradienten der beheizten Leitung, damit auf den früheren Wert zurickzuffihren. Die zusätzliche erforderliche Leistung ist deshalb ein Maß für die Massendurchflvßgeschwindigkeit des Strömungsmittels.As best seen in Figure 2, the temperature error is TC-2 preferably connected to the central point of the heated line 10b, since this is approximated the point of maximum temperature on the line for a given power input is. The sensors TC-1 and TC-2 are in a differential arrangement, for example connected as inputs to differential amplifier 18 to measure tt that too Beginning is set to a desired value by placing the heat input on a Zero flow is set. The one required for such an initial setting Power is referred to as the "reactive power" and can be obtained from the output signal be offset by conventional means. When the fluid runs through the line begins to move, the temperature at TC-1 remains unchanged. the However, temperature at TC-2 is reduced when the fluid removes heat from the Line leads away. This also reduces t and this difference becomes cit converted by amplifier 18 into an error signal requesting additional heat, to return the temperature gradient of the heated pipe to the previous value. The additional power required is therefore a measure of the mass flow rate of the fluid.

Um eine exakte Bestimmung der Massendurchflußgeschwindigkeit zu erzielen, ist es erforderlich, die Energie zu bestimmen, die in das Strömungsmittel eingefihrt wird, und zwar unabhängig von den elektrischen Verlusten, die der Leistungszufuhr und der induktiven Kopplung zugeordnet sind, und auch unabhängig von den Verlusten aus thermischer Konduktion, Konvektion und Strahlung, die der Leitung und der Wärmesenke zugeordnet sind. Die Energie, die in die beheizte Leitung lOb abgegeben wird, ist eine Funktion des Widerstandes und der Spannung an der Leitung, nämlich P = E²/R.In order to achieve an exact determination of the mass flow rate, it is necessary to determine the energy that is introduced into the fluid regardless of the electrical losses caused by the power supply and the inductive coupling, and also independent of the losses from thermal conduction, convection and radiation, those of the conduction and the heat sink assigned. The energy that is released into the heated line lOb is a function of the resistance and the voltage on the line, namely P = E² / R.

Wenn die Leitung aus einem Material mit einem sehr kleinen Temperaturkoeffizienten besteht, und wenn sie auf einem konstanten Temperaturunterschied gehalten wird, ist ihr Widerstand praktisch konstant und P wird proportional E2.When the pipe is made of a material with a very small temperature coefficient exists, and if it is kept at a constant temperature difference, its resistance is practically constant and P becomes proportional to E2.

Mit Hilfe der Stromleiter 20 und 22 wird die Spannung am Leitungsteil lob einer herkömmlichen Quadrierschaltung 24 zugeführt, damit ein Ausgang bei 26 erzeugt wird, der der Leistung entspricht, die in das Strömungsmittel leber den Teil lOb abgegeben wird, wobei der Ausgang unabhangig von Verlusten ist, die in der Energiespeiseschaltung und aus cer induktiven Kopplung auftreten. Es wird jedoch nicht die gesamte, in die Leitung eingefihrte Energie auf das Strömungsmittel aber tragen. Es treten nämlich unvermeidliche Verlus ,Xui cer ,-Llischen Strahlung, Konv:Lin und Konduktion aus.With the help of the conductors 20 and 22, the voltage on the line part lob is fed to a conventional squaring circuit 24 so that an output at 26 is generated, which corresponds to the power, the liver in the fluid Part lOb is released, the output being independent of losses that are in the energy supply circuit and from cer inductive coupling occur. It will, however not all of the energy introduced into the conduit acts on the fluid, however wear. Namely, there are inevitable losses, Xui cer, -Llischen radiation, conv: Lin and conduction.

blicherweise liegt die Leitungsbetriebstemperatur nur etwa 25°C iber der Umgebungstemperatur. Dann sind Strahlungsverluste vernachlässigbar. In ähnlicher Weise sind Konvektionsverluste recht klein und ziemlich konstant. Die Konduktion vom Leitungsteil lOb zur Wärmesenke 12 trägt zu den hauptsächlichen Verlusten bei. Wenn die Leitung jedoch auf einem konstanten Temperaturunterschied ber der Wärme senke gehalten wird, und wenn die Wärmesenke eine ausreichend große thermische Masse aufweist, daß ihre Temperatur entweder durch den Wärmefluß aus der Leitung oder den induzierten Heizstrom unbeeinflußt ist, ist der Wärmeverlust durch Stromleitung konstant und wird durch die Menge an in die Leitung eingespeister Energie nicht beeinflußt. Infolgedessen ist die Gesamtmenge an Wärme (Leistungs) Verlust durch Strahlung, Konvektion und Konduktion konstant und unabhängig von der der Leitung zugef!lhrten Leistung. Sie kann somit in gleicher Weise behandelt werden wie die "Blindleistung" und aus dem Spannungsausgangssignal durch herkömmliche Mittel abgeglichen werden.Usually, the line operating temperature is only about 25 ° C above the ambient temperature. Then radiation losses are negligible. In a similar way Convection losses are wise quite small and fairly constant. The conduction from the line part 10b to the heat sink 12 contributes to the main losses. However, if the line is on a constant temperature difference above the heat sink is held, and if the heat sink has a sufficiently large thermal mass has that its temperature is either due to the flow of heat from the pipe or the induced heating current is unaffected, is the heat loss through power conduction constant and is not due to the amount of energy fed into the line influenced. As a result, the total amount of heat (power) is lost through Radiation, convection and conduction are constant and independent of that of the conduction applied power. It can thus be treated in the same way as the "Reactive power" and matched from the voltage output signal by conventional means will.

Fig. 5 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung mit der zugeordneten elektrischen Schaltung. Eine thermisch und elektrisch stromleitende Leitung 10 ist mit einer elektrisch leitenden und thermisch massiven Wärmesenke 12 bei 28, 30 und 32 verbunden. Die Unterteilung bzw. Trennwand 34, die Teil der Wärmesenke 12 ist, unterteilt die Leitung wirkungsmaßig in zwei nicht notwendigerweise gleich große Abschnitte loa und lob und trennt die Wärmesenke in Teile 12a und 12b. in toroidförmiger Transformator koppelt nergie induktiv in eine sekundäre Schleife, die aus dem Leitungsabschnitt lOb, der Endwand 36 der Wärmesenke, dem Teil 12b der Slïrllesenke und der Trennwand 34 der Wärmesenke besteht. Mit dem Leitungsabschnitt lOa wird keine energie gekoppelt. Die metallischen Stromleiter 38 und 40, die aus einem Material bestehen, das verschieden von dem der Leitung ist, sind mit der Leitung lo an Stellen befestigt (z.B. verschweißt), die zweckmäßigerweise, jedoch nicht notwendigerweise, in der Mitte der Leitungsabschnitte lOa und lob vorgesehen sind, so daß Thermoelement-T.nschlußstellen TC-1 und TC-2 mit der Leitung gebildet werden. Stromleiter 42 und 44 sind symmetrisch mit dem Leitngsabschnitt lOb befestigt, vorzugsweise möglichst nahe den Enden des Leitcngsabschnittes lob, damit das daraus erhaltene Spannungssignal ein Maximum wird. Es ist erwinscht, daß diese Stromleiter 42 und 44 aus dem gleichen Material wie die Leitung bestehen, so daß sie kein Thermoelement mit der Leitung bilden. Wenn die Stromleiter jedoch aus einem anderen Material als die Leitung bestehen, sind die resultierenden Thermoelement-Spannungen klein und heben sich selbst auf, wenn die Stromleiter syrgmetrisch in der Nähe des Leitungsabschnittes lob angeordnet werden. Strömungsmittel gelangt ungehindert durch die Leitung lo in der durch Pfeil angedeuteten Richtung und steht in thermischem Kontakt mit der Leitung iber deren gesamte Lange. Die Schaltanordnung, die dem Durchflußmesser zugeordnet ist, besteht aus zwei Teilen, der Konstanttemperatur-Servoschleife, die im Block 46 untergebracht ist, und die Leistungsmeßschaltung, die im Block 48 enthalten ist. Die Unterschiede in den elektrischen Ausgängen aus den Thermoelementen Tc-l und TC-2, die durch die Leitung lo und die Stromleiter 38 und 40 gebildet werden, ergebende und werden im Verstärker 18 verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 18 wird durch die Vergleichsschaltung 50 mit einer Festwertspannung 52 verglichen, die gleich dem verstärkten Ausgang der Thermoelemente bei dem Wert ist, bei demdt konstant gehalten werden soll. Jedes Fehlersignal, das durch cie Vergleichsschaltung 50 erzeugt wird, wird einem srannunysgesteuerten Leistungsoszilator 54 aufgegeben, damit die Wechselstromenergie geändert wird, die mit IiilTe von Stromleitern 56 und 58 in den toroidförmigen Transformator 16 eingespeist wird, der den Leitungsabschnitt lob aufheizt.Fig. 5 shows a preferred embodiment of the present invention with the associated electrical circuit. A thermally and electrically conductive one Line 10 has an electrically conductive and thermally massive heat sink 12 connected at 28, 30 and 32. The partition or partition 34, which is part of the Heat sink 12 is divided the line effective in two not necessarily equal sections loa and lob and separates the heat sink in parts 12a and 12b. In a toroidal transformer, nergy inductively couples in a secondary loop consisting of the conduit section 10b, the end wall 36 of the heat sink, the part 12b of the Slïrllesenke and the partition wall 34 of the heat sink. With the Line section 10a no energy is coupled. The metallic conductors 38 and 40, which are made of a material different from that of the conduit are attached to the line lo at points (e.g. welded) that are expediently but not necessarily provided in the middle of the line sections 10a and 10b so that thermocouple junctions TC-1 and TC-2 are formed with the lead will. Conductors 42 and 44 are symmetrically attached to the Leitngsabschnitt lOb, preferably as close as possible to the ends of the Leitcngsabschnittes lob, so that from it voltage signal obtained becomes a maximum. It is desirable that these conductors 42 and 44 are made of the same material as the lead so that they are not a thermocouple form with the line. However, if the conductors are made of a material other than the line, the resulting thermocouple voltages are small and cancel themselves when the conductors are syrgmetrically close to the line section praise to be arranged. Fluid passes unhindered through line lo in the direction indicated by the arrow and is in thermal contact with the Line over its entire length. The switching arrangement associated with the flow meter consists of two parts, the constant temperature servo loop, the one in the block 46, and the power measurement circuit contained in block 48. The differences in the electrical outputs from the thermocouples Tc-1 and TC-2, which are formed by line lo and conductors 38 and 40, resultant and are amplified in amplifier 18. The output of amplifier 18 is through the comparison circuit 50 compared with a fixed value voltage 52, which is the same the amplified output of the thermocouples is at the value at which it is constant held shall be. Any error signal generated by the comparison circuit 50 is applied to a Srannunys controlled power oscillator 54 so that the alternating current energy is changed that with IiilTe of current conductors 56 and 58 in the toroidal transformer 16 is fed, which heats the line section lob.

Die Wechselstro.nenergie besitzt eine entsprechende Größe, damit tut auf den gewanschten Konstantwert bei einer beliebigen Durchflußgeschwindigkeit innerhalb des Auslegungsbereiches des Durchflußmessers zurJckgefihrt wird. Der Spannungsunterschied zwischen den Enden des Leitungsabschnittes lob wird durch die Stromleiter 42 und 44 mit dem Verstarker 60 und dann mit einem Effektivwertkonverter gekoppelt, so daß das Gleichstrom-Äquivalent des Wechselspannungsausganges aus dem Verstärker 60 erzeugt wird. Eine feste Gleichspannung aus der Quelle 64, die der Blindleistung plus feste9 Verlusten entspricht, dient als Vorspannung, die zusammen mit dem Ausgang des Konverters 62 als Eingänge in eine konventionelle uuadrierschaltung 66 aufgegeben werden, in der die Differenz zwischen den Eingängen quadriert und maßstäblich geändert wird. Der Ausgang der Schaltung 66 ist proportional dem Massendurchfluß des Strömungsmittels und wird auf einer entsprechenden Ablesevorrichtung 68 sichtbar gemacht.The alternating current energy has a corresponding size so that it does to the desired constant value at any flow rate within of the design range of the flow meter. The tension difference between the ends of the line section lob is through the conductors 42 and 44 coupled to the amplifier 60 and then to an effective value converter, see above that the DC equivalent of the AC voltage output from the amplifier 60 is generated. A fixed DC voltage from the source 64, that of the reactive power plus fixed9 losses, serves as a bias that goes along with the output of the converter 62 given up as inputs to a conventional uuadrierschaltung 66 in which the difference between the inputs is squared and scaled changed will. The output of circuit 66 is proportional to the mass flow rate of the fluid and is made visible on a corresponding reading device 68.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausffihrungsform der Erfindung, bei der das unerwünschte Wechselstromsignal, das von dem Thermoelement TC-2 aufgenommen wird, durch die Brickenschaltung auf Null gebracht wird, die aus dem Leitungsabschnitt lOb, dem Thermoelement TC-2 und einem Potentiometer 70 besteht, dessen Widerstand wesentlich größer ist als der des Leitungsabschnittes lob (so daß er vernachlässigbar wenig Energie aufnimmt); das Potentiometer weist die Stromleiter 72 und 74 auf, die symmetrisch mit den äußersten Enden des Abschnittes lob verbunden sind. Ein Diffefentialverstärker 76 mit hoher Gleichtakt-Unterdriickung nimmt Eingänge aus dem Thermoelement TC-2 und dem Potentiometer 70 auf. Der Verstärker unterdrSickt das Wechselstromsignal, das beiden Eingängen gemeinsam ist, und läßt nur das Gleichstromsignal aus dem Thermoelement TC-2 durch.Fig. 6 shows a further embodiment of the invention in which the unwanted AC signal picked up by the TC-2 thermocouple is brought to zero by the bridge circuit that comes from the line section lOb, the thermocouple TC-2 and a potentiometer 70, the resistance of which is much larger than that of the line section lob (so that it is negligible takes up little energy); the potentiometer has the current conductors 72 and 74, which are symmetrically connected to the extreme ends of the section lob. A High common mode rejection differential amplifier 76 takes out inputs the thermocouple TC-2 and the potentiometer 70. The amplifier suppresses the AC signal, that is common to both inputs, and passes only the DC signal from the TC-2 thermocouple.

Dadurch, daß das Potentiometer symmetrisch an die Enden der Leitung angeschlossen wird, ist kein Gleichstromsignal an der Potentiometeranzapfung vorhanden, die die Temperaturmessung des Thermoelementes stören wirde. Das reine Gleichstromsignal aus dem Differentialverstärker 76 wird von dem reinen Gleichstromsignal aus dem Bezugs-Thermoelement TC-1 durch den Differentialverstärker 18 subtrahiert, dessen Ausgang die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Thermoelementen darstellt. Die Verstärker 18 und 76 können ein einziger Verstärker sein, und die Stromleiter 72 und 74 können die Spannungsmeßstromleiter 20 und 22 aus Fig. 2 sein.By having the potentiometer symmetrically attached to the ends of the line is connected, there is no direct current signal at the potentiometer tap, which will interfere with the temperature measurement of the thermocouple. The pure DC signal from the differential amplifier 76 is derived from the pure DC signal from the Reference thermocouple TC-1 subtracted by the differential amplifier 18, its Output represents the temperature difference between the two thermocouples. the Amplifiers 18 and 76 can be a single amplifier, and the power conductors 72 and 74 may be the voltage sense conductors 20 and 22 of FIG.

Die Bauteile zur Steuerung der Energie in den Leitungsabschnitt lOb und zum Quadrieren des Spannungsunterschiedes zwischen den Enden des Abschnittes lob sind der lbersichtlicheren Darstellung wegen weggelassen worden.The components for controlling the energy in the line section lOb and for squaring the voltage difference between the ends of the section lob have been omitted for the sake of clarity.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausfiihrungsform der Erfindung, bei der das Thermoelement TC-2 kein unerwnschtes Wechselstromheizsignal aufnimmt. Die Leitung lob ist in Form einer Schleife 121 gebogen, Die Schleife ist elektrisch dadurch geschlossen, daß die äußeren Wandungen der Leitung miteinander bei 122 verbunden (z.B. verschweißt) sind, wobei aber trotzdem der Fluß durch die Leitung vom Einlaß zum Auslaß besteht.7 shows a further embodiment of the invention in which the TC-2 thermocouple does not pick up an undesired AC heating signal. The administration lob is bent in the form of a loop 121, the loop is electrical through it concluded that the outer walls of the conduit joined together at 122 (e.g. welded), but still allowing flow through the conduit from the inlet to the outlet.

Das Thermoelement TC-2 ist an der Verbindungsstelle 122 der Schleife angeschlossen. Es herrscht nun kein Wechselpotential zwischen den Thermoelementen TC-1 und TC-2. Die Schleife verbessert ferner die Leistung des Durchflußmessers dadurch, daß das Mischen des Strömungsmittels verbessert wird, so daß das thermische Gleichgewicht zwischen dem Strömungsmittel und der Leitung beschleunigt wird. Eine zusätzliche Wicklung 123 auf der toroidförmigen Spule 16 ergibt eine Spannung proportional der Heizenergie, die in die Leitung eingespeist wird, die in ein Ausgangssignal proportional den Massendurchfluß durch die Schaltung 48, die weiter oben in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben wurde, transformiert wird.Thermocouple TC-2 is at junction 122 of the loop connected. There is now no alternating potential between the thermocouples TC-1 and TC-2. The loop also improves the performance of the flow meter in that the mixing of the fluid is improved so that the thermal Equilibrium between the fluid and the conduit is accelerated. One additional winding 123 on toroidal coil 16 gives a voltage proportional the heating energy that is fed into the line, which is converted into an output signal proportional to the mass flow rate through circuit 48, discussed above with Fig. 5 is transformed.

Der Arbeitsbereich des Konstanttemperat7-r-Durchb ßrllessers dieser Art kann, wie in Fig. 8 gezeigt, dadurch erhöht werden, daß zusätzliche Leitungen 77 ähnlicher Dimensionen parallel um die aktive Meßleitung lo herum angeordnet werden; diese zusatzlichen Leitungen, die nicht aufgeheizt sein brauchen, bilden einen stabilen und linearen Durchflußunterteiler. Alle Leitungen werden in einem gröberen rohrförmigen Gehäuse 78 untergebracht. Da die Strömungsmittelbedingungen (mit ausnahme fir den kleinen Temperaturunterschied der aktiven Leitung 10, der normalerweise vernachläßigt werden kann) die gleichen sind, ist der Massendurchfluß durch jede der Leitungen der gleiche, und der Gesamtdurchfluß ist der gemessene Durchfluß durch die aktive Leitung multipliziert mit der gesamten Anzahl von Leitungen.The working range of the constant temperature 7-r-flow meter of this Type can, as shown in Fig. 8, be increased by adding additional lines 77 of similar dimensions are arranged in parallel around the active measuring line lo; these additional lines, which do not need to be heated up, form a stable one and linear flow dividers. All pipes are in a coarser tubular shape Housing 78 housed. Since the fluid conditions (with the exception of small temperature difference of the active line 10, which is normally neglected can be) are the same, is the mass flow rate through each of the lines the same, and the total flow is the measured flow through the active Line multiplied by the total number of lines.

Eine weitere Methode zur Erhöhung des Durchflußbereiches des Konstanttemperatur-Durchflußmessers ist in Fig. 9 dargestellt und besteht darin, daß ein erstes begrenzendes Element 80 in Reihe mit der aktiven Meßleitung lo des Dtrchflußmeßers angeordnet ist; dieses begrenzende Element hat eine Form, bei der der Druckabfall am Element sich mit dem Quadrat der Geschwindigkeit durch das Element ändert, wie dies bei einem Staurand, einem Venturirohr oder dergleichen der Fall ist. Der Druckabfall an der Leitung 10 muß viel kleiner sein als am ersten begrenzenden Element. Ein zweites begrenzendes Element 82 mit einem Druckabfall, der sich ebenfalls mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ändert, jedoch nicht notwendigerweise die gleiche Form wie das erste begrenzende Element aufweist, ist im Nebenschluß zu dem ersten begrenzenden Element 80 und der Leitung 10 angeordnet, so daß ein stabiler und linearer Durchflußunterteiler erhalten wird. Da die Strömungsmittelbedingungen fir jedes begrenzende Element die gleichen sind, sprechen die Elemente ähnlich an, und da die Leitung selbst einen vernachlässigbaren Einfluß auf den Durchfluß ausübt, und ferner die Geschwindigkeit von Annäherungsfaktoren gleichgemacht werden kann, ist der Gesamtdurchfluß der, der durch den Fluß durch die Leitung multipliziert mit einem festen Verhältnis, das von der Verengungsfläche der ersten und zweiten begrenzenden Elemente abhängt, gemessen wird.Another method of increasing the flow range of the constant temperature flow meter is shown in Fig. 9 and consists in that a first limiting element 80 is arranged in series with the active measuring line lo of the flow meter; this delimiting element has a shape in which the pressure drop across the element is equal to the The square of the speed through the element changes, as in the case of a congestion edge, a venturi or the like is the case. The pressure drop on the line 10 must be much smaller than on the first limiting element. A second limiting one Element 82 with a pressure drop which is also the square of the velocity changes but not necessarily the same form as the first limiting one Has element is shunted to the first limiting element 80 and the Line 10 arranged so that a stable and linear flow divider obtained will. Since the fluid conditions are the same for each limiting element the elements respond similarly, and since the line itself is negligible Affects the flow, and also the speed of proximity factors can be made equal, the total flow is that carried by the river through the line multiplied by a fixed ratio given by the Constriction area of the first and second limiting elements is measured.

Bei den verschiedenen, vorstehend erläuterten Ausfiihrungsformen nach vorliegender Erfindung wird eine Anzeige des Leistungsbedarfes durch Quadrieren der Spannungen an dem Leitungsabschnitt lOb erhalten. Dies kann auch dadurch erziel-t werden, daß der Spannungsunterschied zwischen den Enden des Leitungsabschnittes lob mit dem Strom im Leitungsabschnitt multipliziert wird (P=EI). ine weitere Methode ist in Fig. 10 dargestellt, bei der ein zusätzlicher LeitLngsabschnitt 84 parallel zu dem beheizten Abschnitt lob der ursprïnglichen Leitung lo zwischen der Endwandung 36 und der Trennwand 34 der Wärmesenke 12 angeordnet ist. Der Abschnitt 8 ist in den induktiven Stromkreis eingeschaltet und wird somit aufgeheizt, die Enden des Abschnittes 84 sind jedoch abgedichtet, so daß kein Strömungsmittel hindurch strömen kann. Der Temperaturfthler TC-3 ist mit dem Leitungsabschnitt 84 befestigt, und ein weiterer Fehler TC-2 ist mit dem Leitungsabschnitt lob verbunden. Die beiden TemperaturfLihler sind mit einem Differentialverstärker 86 verbunden, dessen Ausgang den Unterschied in der Temperatur zwischen den beiden Leitungsabschnitten darstellt. Bei Nulldurchfluß sind die Temperaturen beider abschnitte die gleichen, und der Ausgang des Differentialverstärkers 86 ist Null.In the various embodiments explained above The present invention provides an indication of power requirements by squaring of the voltages obtained at the line section 10b. This can also be achieved in this way that the voltage difference between the ends of the line section lob is multiplied by the current in the line section (P = EI). Another method is shown in FIG. 10, in which an additional guide section 84 is parallel to the heated section lob the original conduit lo between the end wall 36 and the partition wall 34 of the heat sink 12 is arranged. Section 8 is in the inductive circuit is switched on and is thus heated, the ends of the Portions 84, however, are sealed so that no fluid can flow through them can. The temperature sensor TC-3 is attached to the line section 84, and a further error TC-2 is connected to the line section lob. The two Temperature sensors are connected to a differential amplifier 86, the output of which represents the difference in temperature between the two pipe sections. At zero flow, the temperatures of both sections are the same, and the The output of differential amplifier 86 is zero.

Wenn Strömungsmittel sich durch die Leitung 10 bewegt, steuert die Konstanttemperatur-Servoschaltung 46, die weiter oben in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben worden ist, die Leistung, die in den Leitungsabschnitt lob und 84 abgegeben wird, bis der abschnitt lOb wieder auf die gewünschte Temperatur zurückgefihrt ist. Da die Leitungsabschnitte lOb und 84 identisch ausgebildet und parallel geschaltet sind, wird die Leistung gleichmäßig zwischen ihnen aufgeteilt.When fluid moves through line 10, it controls Constant temperature servo circuit 46 described above in connection with FIG has been, the power that is given in the line section lob and 84, until section 10b has returned to the desired temperature. There the line sections 10b and 84 formed identically and connected in parallel power is divided equally between them.

Infolgedessen besteht ein Temperaturunterschied zwischen den beiden Leitungsabschnitten lob und 84, der proportional der Leistung ist, die erforderlich ist, um ein konstantes tt zwischen den beheizten und unbeheizten Abschnitten lob und lOa der Leitung 10 aufrechtzuerhalten. Der Ausgang des Verstärkers 86 ist somit proportional dem Massendurch;lun des Strömungsmittels in der Lcitung lo.As a result, there is a temperature difference between the two Line sections lob and 84, which is proportional to the power required is to praise a constant tt between the heated and unheated sections and 10a of line 10 to be maintained. The outcome of the Amplifier 86 is thus proportional to the mass flow rate of the fluid in the line lo.

Fig. 11 zeigt eine weitere Ausfihrungsform vorliegender Lrfindung, bei der eine Mehrfachanordnung von Leitungen und Thermoelementen ein entsprechendes elektrisches Signal proportional der Temperaturdifferenz im Strömungsmittel bei wesentlich niedrigeren Leitungstemperaturen ergibt.11 shows a further embodiment of the present invention, in which a multiple arrangement of lines and thermocouples is a corresponding one electrical signal proportional to the temperature difference in the fluid results in significantly lower line temperatures.

Mehrfachleitungen 88, 90, 92, 94 sind mit einer thermisch leitenden, elektrisch jedoch nichtleitenden Wärmesenke 96 verbunden. Andererseits kann die Wärmesenke 96 elektrisch leitend sein, wenn die Leitungen von der Wärmesenke durch ein thermisch leitendes, jedoch elektrisch isolierendes Material getrennt sind. Die Wärmesenke unterteilt ferner jede Leitung in zwei Abschnitte 88A und 88B, iOA und 90b, usw., deren zweite Gruppe (identifiziert durch die Zusatze "B" ) induktiv dadurch beheizt wird, daß Stromleiter 98, loo, 102 und 104 mit den äußeren Enden der Stromleiter durch eine induktive Spule 106 verbunden sind. Die Stromleiter 108, llo, 112, 114 und 116, die aus einem Material bestehen, das unterschiedlich von dem der Leitungen ist, bilden Thermoelement-Anschlußstellen (TC-1A bis Tc-lD und TC-2A bis TC-2D) mit den Leitungen 88, 90, 92 und 94, und die Thermoelement-Anschlußstellen sind dabei elektrisch in Reihe geschaltet. Die Stromleiter sind so angeordnet, daß der Stromleiter 110 mit dem unbeheizten Leitungsabschnitt 88A und dem beheizten Leitungsabschnitt 90B verbunden ist, der Stromleiter 112 ist mit dem unbeheizten Leitungsabschnitt 90A und mit dem beheizten Leitungsabschnitt 92B verbunden, usw.Multiple lines 88, 90, 92, 94 are provided with a thermally conductive, electrically but non-conductive heat sink 96 connected. On the other hand, the Heat sink 96 will be electrically conductive when the leads from the heat sink are through a thermally conductive, but electrically insulating material are separated. The heat sink also divides each conduit into two sections 88A and 88B, iOA and 90b, etc., whose second group (identified by the suffix "B") is inductive is heated by the fact that current conductors 98, loo, 102 and 104 with the outer ends the current conductors are connected by an inductive coil 106. The conductors 108, llo, 112, 114 and 116, which are made of a material different from that of the lines, form thermocouple connection points (TC-1A to Tc-lD and TC-2A to TC-2D) with leads 88, 90, 92 and 94, and the thermocouple connection points are electrically connected in series. The conductors are arranged so that the conductor 110 with the unheated line section 88A and the heated one Line section 90B is connected, the conductor 112 is connected to the unheated Line section 90A and connected to heated line section 92B, etc.

Ein Ende eines jeden Stromleiters 108 und 116 ist mit einem Differentialverstärker verbunden, wie er beispielsweise in der Ausführungsform nach Fig. 5 in der Schaltung 46 verwendet wird; der Ausgang des Verstärkers ist dabei proportional der Summe der Ausgänge eines jeden einzelnen Thermoelementes.One end of each conductor 108 and 116 is connected to a differential amplifier connected, as for example in the embodiment of FIG. 5 in the circuit 46 is used; the output of the amplifier is proportional to the sum the outputs of each individual thermocouple.

Gleicher Gesamtdurchfluß erfordert die gleiche Gesamtenergie.The same total flow requires the same total energy.

Sowohl Durchfluß als auch Leistung sind jedoch etwa gleichmäßig auf die Leitungen verteilt. Die Energie kann so gemessen werden, wie in Verbindung mit den Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 5 beschrieben, oder aber durch Aufbringen einer zusätzlichen Sekundärwicklung 120 auf der induktiven Spule 106, um eine Spannung zu erhalten, die proportional der an den Leitungen induzierten ist. Eine derartige Spannung hangt von irgendwelchen Verlusten ab, die der Energiespeisequelle oder der Spule zugeordnet sind, und jeder Fehler, der durch die Differenz in der Kopplung einem hart wird, ist klein und proportional. Durch Quadrieren der Spannung, z.B. mit Hilfe der Schaltung 48 nach Fig. 5 wird ein Ausgang erzeugt, der der Energie entspricht, die in das Strömungsmittel abgegeben worden ist, und ist somit reprasentativ fir die Massendurchflußgeschwindigkeit.Both flow and power, however, are roughly uniform the lines distributed. The energy can be measured as in connection with the embodiments 2 and 5 described, or else by applying an additional secondary winding 120 on the inductive coil 106 to obtain a voltage proportional to that induced on the lines is. Such a voltage depends on any losses incurred by the power supply source or associated with the coil, and any error caused by the difference in the Coupling one gets tough is small and proportional. By squaring the tension for example by means of circuit 48 of Fig. 5 an output is generated which is that of energy that has been dispensed into the fluid, and is thus representative for the mass flow rate.

Zusätzlich zu dem Vorteil eines geringeren Temperaturunterschiedes hat die soeben beschriebene Anordnung auch den Vorteil eines vergrößerten Arbeitsbereiches. Der maximale Bereich eines Durchflußmessers mit einer einzigen Leitung ist auf Durchflußgeschwindigkeiten begrenzt, in welchen die Leitung und der Strömungsmitteldurchsatz weitgehend in thermischem Gleichgewicht sind. Der maximale Bereich eines Durchflußmessers mit Vielfachleitungen wird direkt proportional mit der Anzahl von Leitungen erhöht. Diese Ausführungsform kann Schleifen in den beheizten Leitungsabschnitten enthalten, wie in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben.In addition to the advantage of a smaller temperature difference the arrangement just described also has the advantage of an enlarged working area. The maximum range of a flow meter with a single conduit is on flow rates limited in which the line and the fluid flow rate largely in thermal equilibrium. The maximum range of a flow meter with Multiple lines is increased in direct proportion to the number of lines. This embodiment can contain loops in the heated pipe sections, as described in connection with FIG.

Fig. 12 zeigt eine abgeänderte Ausfahrungsform, die bei den verschiedenen, beschriebenen Ausfhrungsformen nach der Erfindung verwendet werden kann. Insbesondere können die Wandungen der Leitung 10 mit Vertiefungen versehen sein oder in sonstiger Weise aufgerauht sein, um die Turbulenz bzw.Fig. 12 shows a modified embodiment which is used in the various, Embodiments described can be used according to the invention. In particular the walls of the line 10 can be provided with depressions or in other ways Be roughened in order to reduce the turbulence or

das Mischen im Strömungsmittel zu verstärken, so daß das thermische Gleichgewicht zwischen dem Strömungsmittel und der Leitung beschleunigt wird.to increase the mixing in the fluid, so that the thermal Equilibrium between the fluid and the conduit is accelerated.

Ein weiterer mit der Erfindung erzielbarer Vorteil besteht darin, daß Strömungsmittel unbehindert durch die Leitungen strömt. Es sind keine Heizvorrichtungen oder Fühler vorhanden, die in den Strömungsmittelfluß vorstehen. Es ist auch bei bestimmten Ausführungsformen nach der Erfindung möglich, daß die Leitung 10 ein geradliniges Stück eines Rohres ist, das die folgenden Vorteile hat: (1) Der Leiter ist wesentlich weniger einer Verschmutzung durch verunreinigte Strömungsmittel ausgesetzt, (2) sein Zustand kann einfach dadurch bestimmt werden, daß visuell die Leitung von einem der Enden aus geprüft wird, und (3) kann die Leitung bei aufgetretener Verschmutzung gereinigt werden, ohne daß die Fühler in irgendeiner Weise beschädigt werden, indem ein Reinigungsstab durch die gesamte Länge der Leitung gedrückt wird. Zusätzlich kommt das Strömungsmittel nur in Kontakt mit der Leitung und nicht mit der Wärmesenke oder Fühlerdrähten. Eine Verbindung der Leitungen mit einer äußeren Leitung kann durch direktes Schweißen oEr auf andere zweckmäßige Weise vorgenommen werden. Dies bedeutet, daß der Durchflußmesser zum Messen von Strömungsmitteln verwendet werden kann, die Materialien angreifen, z.B. Silberlot.Another advantage that can be achieved with the invention is that fluid flows freely through the lines. They are not heating devices or there are sensors protruding into the fluid flow. It is also at certain embodiments according to the invention possible that the Conduit 10 is a straight piece of pipe that has the following advantages: (1) The conductor is much less susceptible to contamination from contaminated fluids exposed, (2) its condition can be determined simply by visually seeing the Line is tested from either end, and (3) the line may if occurred Dirt can be cleaned without damaging the sensor in any way by pushing a cleaning stick down the length of the line. In addition, the fluid only comes into contact with the conduit and not with it the heat sink or sensor wires. A connection of the lines with an external one Conduction can be made by direct welding or in other convenient ways will. This means that the flow meter is used to measure fluids attack the materials, e.g. silver solder.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ii r h æ Thermal flow meter for measuring the flow rate of a fluid, with one of the fluid traversed line, a line dividing device to define the first and second line sections, the ends of which are kept at a constant temperature a device for measuring the temperature of the first and second line sections, and a heating device for heating the second conduit section, thereby characterized in that a control device (46) is provided which acts on the device (Dc-1, DC-2) for measuring the temperature of the first and second line sections (1Oa, lob) responds to control the heating device (16) so that a constant Maintain temperature difference between the first and second line sections and that a dispensing device (48) generates a dispensing signal which is proportional of the supply source in the heating device (16), the output signal being the Mass flow rate of the fluid flowing through line (10) represents.

2. Thermal flow meter according to claim 1, characterized in that that the line dividing device (12) is a heat sink through which the line extends so that the heat sink is electrically conductive and a partition wall (34) comprises, to separate the first and second conduit parts, that an end wall (36) it is provided that a housing part 12b connects the partition wall with the end wall (36) connects that the first conduit part is between the end wall and the partition wall extends that an additional line (84) is provided at its ends is closed and which also extends between the end wall and the partition wall, that a device (TC-3) is provided on the outside of the additional line (84) is to determine the temperature, the heating device (16) so arranged is that it also heats the additional conduit, and that the device to generate a additional output signal, that of the mass flow rate through the first-mentioned line corresponds to the output signals which by the temperature sensing device within the first line part and the Temperature sensing devices can be created on the exterior of the additional conduit.

3. Thermal flow meter according to claim 1, characterized in that that a plurality of conduits (88, 90, 92, 94) through which the fluid flows, are arranged parallel to each other that devices (TC-1, TC-2) to im Staggered spacing is provided along the outside of each of the conduits are to sense the temperature of the lines at these points and output signals to generate representing the sensed temperatures that a device (106) is provided which heats the first part of each of the conduits, each the first part includes one of the temperature sensing devices that one device (96) prevents the second part of each of the lines from being heated when the first parts are heated, each of the second line parts being a different one Temperature sensing device includes a device for each of the temperature sensing devices connected in series, and that a device is provided which reacts to the output signals responds, which by the series connected temperature sensing devices are generated within the first and second line parts by the amount Change the energy supplied to the heater to make the difference in the temperature is kept constant by the first and the last of the sensing devices connected in series is displayed.

4. Thermal flow meter according to one of claims 1-3, characterized characterized in that the line is provided with an inner wall which is a roughened Has surface, so that the turbulence of the flowing liquid increases will.

5. Thermal flow meter according to claim 1, characterized in that that the first part of the line is designed so that he an electric forms a closed loop (121) through which the fluid flows.

6. Thermal flow meter according to claim 1, characterized in that that at least one additional line (77) is connected in parallel with the line (10) through which fluid also flows, and that the output signal generated proportional to the mass flow rate of the transmission flowing through all lines Fluid is.

7. Thermal flow meter according to claim 6, characterized in that that a first limiting element (80) is connected in series with the line, that a second limiting element (82) parallel to the first limiting element and the line is connected and that each restricting element has a pressure drop generated which is proportional to the square of the speed of going through the element flowing medium is.

8. Thermal flow meter according to claim 1, characterized in that that the line dividing device has a heat sink through which the conduit extends so that the sink has a partition (34) for separating the first and second conduit parts, and that an end wall (36) and a housing part (12b) are provided, which connects the partition wall with the end wall, wherein the conduit part extends between the end wall and the partition wall of the heat sink.

9. Thermal flow meter according to claim 8, characterized in that that the heating device is an induction device for inducing current in has an electrical loop that the first line part together with the Partition wall, the housing part and the end wall of the heat sink that contains the induction device includes a coiled toroid surrounding the first portion of the conduit, and that the dispenser has an additional winding on the toroid.