NL1023406C2

NL1023406C2 - Massadebietmeter voor het meten volgens de CT methode.

Info

Publication number: NL1023406C2
Application number: NL1023406A
Authority: NL
Inventors: Johannes Henricus Besseling; Joost Conrad Loetters
Original assignee: Berkin Bv
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-11-18
Also published as: US7028544B2; JP2004340963A; US20040226359A1; EP1477780A1

Description

Λ' «

Massadebietmeter voor het meten volgens de CT methode

De uitvinding heeft betrekking op een massadebietmeter van het thermische type, voorzien van een flowsensor met een buis waardoorheen in bedrijf een fluïdum 5 kan stromen, met een eerste (upstream) positie A en een tweede, downstream positie, B, een heater H op de tweede (downstream) positie B, en een regelcircuit met vermogen-aanstuurmiddelen en temperatuur- meetmiddelen om in bedrijf het temperatuurverschil tussen A en B op een vooraf bepaalde constante waarde te regelen, waarbij uit gegevens van het regelcircuit het massadebiet van een 10 stromend fluïdum wordt bepaald.

Er zijn verschillende massadebietmeters die langs thermische weg werken bekend. In het algemeen laat men daarbij een fluïdum stroom, zoals een gas- of vloeistofstroom, of een tweefasen stroming, waarvan het massadebiet moet worden gemeten als een laminaire of turbulente stroming door een stromingsbuis (Engels: 15 flow tube) stromen. Wordt de buis plaatselijk verhit, bijvoorbeeld met behulp van een om de buis gewikkelde weerstanddraad, dan wordt via warmtegeleiding door de buiswand warmte overgedragen naar de gas- of vloeistofstroom. Op het gegeven dat de gas- of vloeistofstroom warmte met zich meevoert (transporteert) zijn verscheidene methoden voor het meten van het massadebiet gebaseerd.

2ó Een bekende massadebietmeter van het thermische type is bijvoorbeeld beschreven in EP-A 1139073. Deze bekende massadebietmeter bevat een flowsensor in de vorm van een warmtegeleidende stromingsbuis voorzien van een om de buis gewonden weerstanddraad, die als warmtebron (heater) en als temperatuursensor fungeert, op een eerste positie, en een stroomopwaarts 25 geplaatste temperatuursensor. Een regelcircuit dient om het temperatuurverschil tussen de temperatuursensoren bij flow constant te houden, waarbij uit gegevens van het regelcircuit het massadebiet van het fluïdum dat door de buis stroomt wordt bepaald. Deze meetmethode noemt men wel de Constant Temperature (CT) methode.

30 Een nadeel van een dergelijk meetsysteem is, dat wanneer er een relatief lage doorstroming in de buis is, er een -ongewenste- dip in het meetsignaal optreedt. Aan de uitvinding ligt de opgave ten grondslag het optreden van deze dip zoveel 10234 083 Η Η I mogelijk te voorkomen. Een massadebietmeter van de in de aanhef genoemde soort I heeft daartoe volgens de uitvinding als kenmerk, dat de debietmeter voorzien is van I temperatuur egalisatie middelen om bij lage doorstroming van de buis door een I fluïdum te voorkomen dat de temperatuur bij A stijgt door geleiding via de buis van I 5 de warmte van de heater, in plaats van door de doorstroming door het fluïdum, bij I afwezigheid van welke temperatuur egalisatie middelen het meetsignaal bij lage doorstroming door het fluïdum een ongewenste dip zou vertonen.

De uitvinding berust op het volgende inzicht: het temperatuurverschil tussen

I temperatuur opnemer en heater (verwarmingselement) wordt bij de gebruikte CT

I 10 (Constant Temperature) flow meetmethode constant gehouden. Hiervoor is een I bepaald vermogen nodig. Dit vermogen is een maat voor de doorstroming(flow). Er I is een vermogensregeling aanwezig om het temperatuurverschil constant te houden.

I Wanneer er echter geen of een relatief lage doorstroming is, wordt het vermogen I waarmee het verwarmingselement wordt opgewarmd, afgezien van bijvoorbeeld 15 stralingsverliezen, in hoofdzaak afgevoerd door geleiding via de buis. De I temperatuur bij de temperatuuropnemer (op positie A) stijgt hierdoor en er ontstaat meekoppeling in de vermogensregeling waardoor het benodigde vermogen stijgt

Pas bij een bepaalde doorstroming zal er genoeg warmte via het fluïdum worden I afgevoerd waardoor de temperatuur van de opnemer niet meer wordt beïnvloed I 20 door het verwarmingselement. Vanaf nul flow tot dit punt zal het benodigde I vermogen afnemen en daar boven zal het benodigde vermogen weer toenemen. Dit I effect veroorzaakt een ongewenste dip in het meetsignaal.

I De uitvinding voorziet in middelen om te voorkomen dat bij geen of lage flows de I temperatuur bij de temperatuuropnemer stijgt door geleiding via de buis. Deze I 25 middelen kunnen passief zijn of actief.

In het geval dat de middelen passief zijn, kunnen ze bijvoorbeeld een thermisch I kortsluitmiddel bevatten dat aan een uiteinde met de buis contact maakt op een I positie tussen de posities A en B en met het andere uiteinde met een temperatuur egalisatie lichaam. De buis kan bijvoorbeeld U-vormig zijn en twee uiteinden hebben I 30 en het temperatuuregalisatie lichaam kan een massief lichaam van metaal (" voet”) I zijn met twee boringen waardoorheen de uiteinden van de U-vormige buis lopen.

I Het thermische kortsluitmiddel kan dan bijvoorbeeld gevormd worden door een strip I 10234 08a 3 % van koper die de buis met de voet verbindt. Bij een alternatieve uitvoeringsvorm is er een huis op de voet geplaatst en bevindt de buis zich binnen in het huis. Voor de vorming van een thermisch kortsluitmiddel kan het huis voorzien zijn van een interne lip die thermisch contact maakt met de buis. Via de lip en het huis kan dan warmte 5 naar de voet afgevoerd worden. Het thermische kortsluitmiddel voorkomt bij geen of lage flows dat de temperatuur bij de temperatuur opnemer stijgt door geleiding via de buis. Omdat het thermische kortsluitmiddel, in casu de koperen strip, c.q. de lip van de behuizing, de strip een betere temperatuurgeleiding heeft dan de buis, wordt de temperatuur tussen opnemer en element nagenoeg gelijk getrokken met de 10 temperatuur van de voet. De dip in het meetsignaal wordt hierdoor aanzienlijk gereduceerd of zelfs geëlimineerd.

In het geval dat de thermische kortsluitmiddelen actief zijn, zijn ze ingericht om afhankelijk van de grootte van de flow ingeschakeld, dan wel uitgeschakeld, te kunnen worden.

is Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen nader worden toegelicht aan de hand van de tekening.

Hierin toont

Fig.1 een sensor voor een conventionele massadebietmeter van het thermische type, 20 Fig.2 een eerste uitvoeringsvorm van een sensor voor een massadebietmeter volgens de uitvinding, en

Fig.3 een tweede uitvoeringsvorm, in langsdoorsnede, van een sensor voor een massadebietmeter volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een aanzicht van een conventionele flowsensor met een 25 stromingsbuis 2. Op de positie A bevindt zich een temperatuuropnemer in de vorm van een winding 1. Op de positie B bevindt zich een verwarmingselement (heater) in de vorm van een winding 4 waaraan tijdens het flowmeten elektrisch vermogen wordt toegevoerd . Het temperatuurverschil tussen de temperatuur opnemer 3 en het verwarmingselement 4 wordt bij de CT (Constant Temperature) flow 30 meetmethode met behulp van een vermogensregelaar constant gehouden. Hiervoor is een bepaald vermogen nodig. Dit vermogen is een maat voor de flow. Wanneer er 10234 09- I echter geen of een relatief lage doorstroming is, wordt het vermogen waarmee het I verwarmingselement wordt opgewarmd in hoofdzaak afgevoerd door geleiding via I de buis 2. De temperatuur bij de temperatuur opnemer stijgt en er ontstaat meekoppeling in de vermogensregelaar waardoor het benodigde vermogen stijgt.

I s Immers, als de temperatuur ter plaatse van de temperatuursensor stijgt, en je wilt I het temperatuurverschil tussen heater en temperatuursensor constant houden, dan I moet de temperatuur van de heater omhoog gaan. Daarvoor moet meer vermogen I aan de heater worden toegevoerd. Maar daardoor gaat door de geleiding via de buis I ook de temperatuur van de sensor weer omhoog. Waardoor weer meer vermogen I 10 naar de heater moet worden gestuurd. Enz. Dit is een iteratief proces wat een I zekere tijd in beslag neemt. Bij lage flows heeft het toegevoerde vermogen dus I enige tijd geen directe relatie met de flow. Met andere woorden: de conventionele I massa debietmeter is daar ongevoelig. Pas bij een bepaalde doorstroming zal er genoeg warmte via het medium worden afgevoerd waardoor de temperatuur van de I is temperatuuropnemer niet meer wordt beïnvloed door het verwarmingselement.

I Vanaf nul tot dit punt zal het benodigde vermogen afnemen en daar boven zal het benodigde vermogen weer toenemen. Dit effect veroorzaakt de reeds genoemde dip I in het meetsignaal.

I Een thermische kortsluit strip 5 van bijvoorbeeld koper, zie figuur 2, voorkomt I 20 dat de temperatuur bij de temperatuur opnemer stijgt door geleiding via de buis 2.

I Omdat de strip een betere warmtegeleiding heeft dan de buis, wordt de temperatuur I tussen temperatuuropnemer en verwarmingselement nagenoeg gelijk getrokken met de temperatuur van de voet 1. De dip in het meetsignaal wordt hierdoor aanzienlijk I gereduceerd.

I 25 Figuur 3 toont in langsdoorsnede een deel van een stromingsbuis 6 voor een I flowsensor. Op een stroomopwaartse positie bevindt is een winding 7 van geleidend I materiaal op de buis 6 aangebracht die als temperatuuropnemer I (temperatuursensor) kan fungeren. Hij indiceert de temperatuur Tu. Op een I stroomafwaartse positie is een winding 8 van temperatuurgevoeiig I 30 weerstandmateriaal aangebracht die zowel als heater als als temperatuursensor I kan fungeren. Om te stoken wordt elektrisch vermogen P1 aan de heater 8 I 1023408- t 5 toegevoerd. Als temperatuursensor gebruikt indiceert de winding 8 de temperatuur Td. Tussen de windingen 7 en 8 is in dit geval een Peltier element 9 als actief thermisch kortsluitmiddel op de buis aangebracht. Afhankelijk van het teken van een hieraan toe te voeren spanning kan het koelen of stoken. In de koelmodus kan 5 het dus als actief thermisch kortsluitmiddel fungeren. Bij lage flows kan het Peltier element 9 zodanig worden aangestuurd dat de temperatuurgradiënt tussen de winding 7 en het Peltierelement 9 naar nul wordt geregeld.

Kort samengevat heeft de uitvinding betrekking op een massadebietmeter van het thermische type, voorzien van een flowsensor met een stromings buis ïo waardoorheen in bedrijf een fluïdum kan stromen, met een temperatuursensor op een upstream positie (A) en een heater (H) op een downstream positie (B),en vermogen-aanstuurmiddelen en temperatuur- meetmiddelen om in bedrijf het temperatuurverschil tussen A en B op een vooraf bepaalde constante waarde te houden. De debietmeter is tussen A en B voorzien van middelen om bij geen of 15 lage doorstroming in de buis te voorkomen de temperatuur bij A stijgt door geleiding van B naar A via de buis.

10234 O0S

Claims

1. Massadebietmeter van het thermische type, voorzien van een flowsensor met een buis waardoorheen in bedrijf een fluïdum kan stromen, met een eerste 5 (upstream) positie A en een tweede, downstream positie, B, een heater H op de tweede (downstream) positie B, en een regelcircuit met vermogen-aanstuurmiddelen en temperatuur- meetmiddelen om in bedrijf het temperatuurverschil tussen A en B op een vooraf bepaalde constante waarde te regelen, waarbij uit gegevens van het regelcircuit het massadebiet van een stromend fluïdum wordt bepaald, ïo met het kenmerk dat de debietmeter voorzien is van temperatuur egalisatie middelen om bij lage doorstroming van de buis door een fluïdum te voorkomen dat de temperatuur bij A stijgt doorgeleiding via de buis van de warmte van de heater, in plaats van door de doorstroming door het fluïdum, bij afwezigheid van welke temperatuur egalisatie middelen het meetsignaal bij lage doorstroming door het 15 fluïdum een ongewenste dip zou vertonen.

2. Massadebietmeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de heater H in de vorm van een elektrische winding van weerstanddraad door de buis wordt gedragen, welke elektrische winding tevens als temperatuur opnemer fungeert.

3. Massadebietmeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de temperatuur egalisatie middelen passief zijn.

4. Massadebietmeter volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de passieve temperatuur egalisatie middelen een stripvormig thermisch kortsluitmiddel omvatten dat aan een uiteinde met de buis is verbonden 25 op een positie tussen de posities A en B.

5. Massadebietmeter volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het thermische kortsluitmiddel aan zijn andere uiteinde met een temperatuur egalisatie lichaam is verbonden.

6. Massadebietmeter volgens conclusie 5, 30 met het kenmerk, dat de buis U-vormig is met twee benen en een verbindingsgedeelte waarbij de posities A en B zich op het verbindingsgedeelte bevinden. 10234 06- ♦

7. Massadebietmeter volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de uiteinden van de benen door boringen in het temperatuur egalisatie lichaam lopen.

8. Massadebietmeter volgens conclusie 6, 5 met het kenmerk, dat de U-vormige buis zich binnen een op een voet geplaatst huis bevindt en dat het huis is voorzien van een interne lip die thermisch contact maakt met de buis en als het thermische kortsluitmiddel fungeert.

9. Massadebietmeter volgens conclusie 4, 5,6,7 of 8, met het kenmerk, dat het stripvormige thermische kortsluitmiddel van koper is. ïo

10. Massadebietmeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de temperatuur egalisatie middelen actief aanstuurbaar zijn en afhankelijk van de grootte van de flow ingeschakeld, dan wel uitgeschakeld, kunnen worden.

11. Massadebietmeter volgens conclusie 10, 15 met het kenmerk, dat de actief aanstuurbare temperatuur egalisatie middelen een op de buis tussen A en B aangebracht Peltier element omvatten. 10234 08®