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DE19909469C1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids

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DE19909469C1
DE19909469C1 DE19909469A DE19909469A DE19909469C1 DE 19909469 C1 DE19909469 C1 DE 19909469C1 DE 19909469 A DE19909469 A DE 19909469A DE 19909469 A DE19909469 A DE 19909469A DE 19909469 C1 DE19909469 C1 DE 19909469C1
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Abstract

Eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids, mit mindestens einem Thermoelement (10), dessen Verbindungsstelle in dem Fluid angeordnet ist, einer das Thermoelement auf eine gegenüber der Fluidtemperatur erhöhte Arbeitstemperatur aufheizenden Wechselstromquelle (11) und mit einer die Thermoelementspannung verarbeitenden Auswerteschaltung (12, 13), soll derart verbessert werden, daß auf einfache Weise die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des zu untersuchenden Fluids kompensiert wird. Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß der Temperaturkoeffizient des ohmschen Widerstandes des Thermoelementes (10) so an die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des Fluids angepaßt wird, daß die im Thermoelement (10) umgesetzte Heizleistung bei Temperaturwechsel und unverändertem Strom gerade um den gleichen Betrag schwankt wie die durch die veränderte Wärmeleitung an das Fluid abgegebene Wärmemenge.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und ein Meßverfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 5.
Ein geeignetes Meßverfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids ist beispielsweise die Hitzdrahtanemometrie, die auf der Erfassung der Wärmemenge basiert, die von einem Heizelement an das zu untersuchende Fluid abgegeben wird. Durch Verrechnung dieser Größe mit der zwischen Heizelement und Fluid herrschenden Temperaturdifferenz kann auf die Strömungsgeschwindigkeit geschlossen werden.
Die für diese Art der Messung eingesetzten Anordnungen ermitteln die Temperaturdifferenz üblicherweise durch getrenntes Messen der Temperaturwerte für Heizelement und Fluid und verrechnen diese mit der nachgeschalteten Elektronik miteinander, was wegen der örtlich getrennten Weiterverarbeitung der Meßsignale Probleme durch die Zuleitungs- und Kontaktwiderstände mit sich bringt. Da bei der Erfassung der interessierenden Heizdrahtwiderstände je nach Art der Meßschaltung auch die Zuleitungs- und Übergangswiderstände der Steckkontakte den eigentlichen Meßwert beeinflussen, kann durch Veränderungen in der Leitungsführung die Messung gestört werden. Auch die Differenzbildung erhöht den Relativfehler der Signaldifferenz gegenüber den Ausgangsgrößen erheblich, da aus der Einzelwiderstandsmessung ein Absolutfehler resultiert, der bei der Differenzbildung erhalten bleibt, während sich das Meßsignal gleichzeitig verringert. Dadurch wird der Quotient Absolutfehler/Meßwert, d. h. der Relativfehler, vergrößert.
Zweckmäßig ist bei diesem Meßprinzip jedoch, daß die Temperatur des Fluids bekannt ist. Auf diese Weise können etwaige temperaturbedingte Driften der Fluidparameter, wie z. B. der Wärmeleitfähigkeit, zumindestens teilweise kompensiert werden. Dazu wird die Temperaturänderung gemessen, um auf die durch Parameterdrift verursachte Signaländerung zu schließen und diese dann durch Verrechnung mit dem Meßwert zu korrigieren.
Es sind aber auch Anordnungen bekannt, bei denen die Erfassung von Temperaturdifferenzen am Meßort direkt erfolgt. Dieses kann beispielsweise in der Art geschehen, daß der in dem zu untersuchenden Fluid befindliche Heizdraht nicht aus einem homogenen Drahtmaterial hergestellt wird, sondern aus einer Abfolge von mindestens zwei Teildrähten aus unterschiedlichen Materialien besteht, die an ihrer Stoßstelle elektrisch leitend, z. B. durch Löten oder Schweißen, miteinander verbunden sind. Auf diese Weise entsteht an der Verbindungsstelle der Drähte ein Thermoelement, während sich an den Übergängen zwischen Heizdraht und Stützelement jeweils ein weiterer Thermoübergang bildet. Eine derartige Vorrichtung ist aus der EP 0187 723 A2 bekanntgeworden. Die von dieser Anordnung abgegebene Thermoelementspannung stellt ein direktes Maß für die Temperaturdifferenz zwischen Heizdraht und der in diesem Fall gasförmigen Umgebung dar, wenn konstruktiv dafür gesorgt wird, daß sich der Bereich der Stützelemente auf Umgebungstemperatur befindet. Hält man nun diese Temperaturdifferenz regelungstechnisch durch Nachführen der Heizleistung konstant, dann kann die Anordnung wahlweise zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit oder der Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Mediums herangezogen werden, wenn der jeweils andere Parameter bekannt ist.
Probleme werden dadurch aufgeworfen, daß die Wärmeleitfähigkeit bei Gasen von der Temperatur abhängig ist und mit zunehmender Temperatur ebenfalls ansteigt. Dies bedeutet, daß eine Meßvorrichtung der beschriebenen Art, die lediglich die Temperaturdifferenz zwischen Meßdraht und Fluid konstant hält, und die dafür notwendige Heizleistung als Meßgröße auswertet, diese Temperaturdriften als scheinbares Meßsignal miterfaßt. Eine steigende Fluidtemperatur hat dann zur Folge, daß die Wärmeleitfähigkeit ebenfalls ansteigt und eine erhöhte Wärmeabfuhr vom Heizdraht bewirkt, was ohne Regelung seine Übertemperatur gegenüber dem Fluid senken würde. Die zusätzliche Heizleistung, die erforderlich ist, um die Drahtübertemperatur gegenüber dem Fluid wieder auf den alten Soll- Differenzwert zu bringen, täuscht nun eine Änderung des Meßwertes der Strömungsgeschwindigkeit vor, woraus eine entsprechende Drift des Meßsignales resultiert.
In der DE 43 24 040 A1 ist ein Massenstromsensor beschrieben, bei dem die Temperaturabhängigkeit, die durch die Wärmeleitung, die Wärmekapazität oder die Viskosität des strömenden Mediums induziert wird, aufgehoben wird. Ein weiteres Beispiel für die Kompensation temperaturbedingter Einflüsse wird in der DE 42 07 188 A1 beschrieben. Dort werden die Temperaturkoeffizienten der Widerstände eines Strömungsmengenfühlers als Kompensationsmaßnahme angepaßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art derart zu verbessern, daß die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des zu untersuchenden Fluids auf einfache Weise kompensiert wird.
Die Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1.
Die Aufgabe wird für das Verfahren auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Patentanspruch 5 gelöst.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Temperaturkoeffizienten des ohmschen Widerstandes des Heizelementes, d. h. im vorliegenden Fall des Thermoelementes, so an die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des Fluides anzupassen, daß im Thermoelement, bei unverändertem Heizstrom durch den gestiegenen elektrischen Widerstand, genau diejenige Heizleistung zusätzlich umgesetzt wird, die durch die erhöhte Wärmeleitung in das Fluid abgeführt wird. Entsprechende Verhältnisse liegen im Falle einer Temperaturabsenkung vor.
Obwohl durch die Notwendigkeit zum Einsatz von Thermoelementdrähten für das Heizelement die Materialauswahl bereits eingeschränkt ist, läßt sich das Temperaturverhalten des ohmschen Widerstandes des Thermoelementes durch eine Reihe von Parametern beeinflussen, weshalb für die geforderte Anpassung des Temperaturkoeffizienten verschiedene konstruktive Möglichkeiten in Betracht kommen. Dabei ist die Tatsache hilfreich, daß die beiden Teildrähte des Thermoelementes zwar unterschiedliche physikalische Eigenschaften, wie spezifischer Widerstand, Temperaturkoeffizient und thermische Leitfähigkeit aufweisen, daß aber im Bereich der Verbindungsstelle die Eigenschaften ineinander übergehen. Es kann daher bereits durch Variation der geometrischen Verhältnisse eine Feinabstimmung erfolgen, ohne daß die Notwendigkeit zur Verwendung neuartiger Drahtlegierungen besteht. Im vorliegenden Fall kann dieses durch Verschweißen unterschiedlich dicker Teildrahtstücke geschehen.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform basiert auf der Verwendung eines durchgehenden Trägers, auf den die thermoelektrisch aktiven Materialien in frei bestimmbarer Schichtdicke beliebig aufgetragen werden können. Der Einfluß der physikalischen Eigenschaften der Einzelmaterialien auf das Verhalten des Thermoelementes läßt sich auf diese Weise in weiten Grenzen einstellen. Als Träger ist neben der Verwendung isolierender Materialien, wie Glasfasern, insbesondere auch der Einsatz eines durchgehenden Metalldrahtes denkbar.
Es ist auch ein Aufbau zweckmäßig, bei dem ein Heizdraht, dessen Temperaturkoeffizient optimal an das Fluid angepaßt ist, mit einer isolierenden Zwischenschicht versehen wird, um auf diese dann die für die Temperaturmessung notwendigen, thermoelektrisch aktiven Schichten aufzudampfen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Temperaturkompensation soll an einem Zahlenbeispiel erläutert werden.
Betrachtet man einen kurzen Drahtbereich von 1 Millimeter Länge um die Verbindungsstelle des Thermoelementes herum, dann kann man von einer zylinderförmigen Wärmeausbreitung und einheitlicher Drahttemperatur ausgehen.
Bei einer Änderung der Fluidtemperatur ändert sich auch die Wärmeleitfähigkeit des Fluides. Die Veränderung der Wärmeleitung ist für die meisten der interessierenden Gase im Temperaturbereich zwischen 0 Grad Celsius und 200 Grad Celsius weitgehend linear. So beträgt die Wärmeleitfähigkeitsänderung für Stickstoff und Sauerstoff bei einem Sprung der Temperatur von 20 Grad Celsius auf 70 Grad Celsius etwa 10%. Dieses entspricht im nicht angeströmten Fall einer Änderung des Wärmebedarfs des Thermoelementes pro Millimeter Drahtlänge von etwa 0,3 Milliwatt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Temperaturkoeffizienten des ohmschen Widerstandes des Thermoelementes derart zu bemessen, daß er der Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des zu untersuchenden Fluids entspricht. Da die zuzuführende elektrische Leistung bei konstantem Strom proportional dem ohmschen Widerstand des Thermoelementes ist, bewirkt eine Erhöhung des ohmschen Widerstandes eine Erhöhung der elektrischen Leistung um den gleichen Faktor. Dadurch wird die durch die veränderte Wärmeleitfähigkeit des Fluids verursachte Änderung der Wärmeabfuhr gerade kompensiert.
Die Tatsache, daß sich die für optimale Kompensation notwendige Wider­ standsänderung von 4,17% von der etwa zehnprozentigen Änderung der Wärmeleitfähigkeit unterscheidet, ist darauf zurückzuführen, daß sich der Wärmehaushalt des Drahtes aus mehreren unterschiedlichen Anteilen zu­ sammensetzt. Neben untergeordneten Einflüssen wie Konvektion und Infrarot-Strahlung bewirkt die Wärmeleitung im Heizdraht einen nicht un­ erheblichen Wärmeverlust über die Drahtstützen, so daß der in das Fluid abgegebene Wärmeanteil im nicht angeströmten Fall nur ca. 40% des Gesamtwärmebedarfs ausmacht. Das bedeutet, daß sich die durch den Widerstand bewirkte Änderung der Heizleistung auf einen kleineren Grund­ wert bezieht, was zu den erforderlichen höheren relativen Änderungen der in das Fluid abgeführten Wärmemenge führt.
Da sich das Verhältnis der beiden Anteile im angeströmten Fall zugunsten des Fluidanteiles verschiebt, läßt die Kompensationswirkung mit zunehmen­ der Strömungsgeschwindigkeit nach. Für die Praxis bedeutet dies, daß man den konstanten Wärmeleitungsanteil im Draht durch entsprechende Dimen­ sionierung (dünner Draht) so gering wie möglich hält, damit die Kompen­ sation im gesamten Strömungsbereich greift. Im konkreten Fall ist die Dimensionierung auf minimale Nullpunktdrift optimiert.
Da sich bei einem Thermoelementsensor der Heizdraht im Bereich der Verbindungsstelle aus zwei verschiedenen Drahtmaterialien mit unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten zusammensetzt, die auch unterschiedliche Wärmeleitungswerte aufweisen, ergibt sich für die Temperaturabhängigkeit des Drahtwiderstandes ein aus zwei Teilwiderständen zusammengesetzter Ausdruck:
R = ρ1 . ℓ1(1 + α1ϑ)/A1 + ρ2 . ℓ2(1 + α2ϑ)/A2 (1)
mit:
ρ1,2 = spez. Widerstände
A1,2 = Drahtquerschnitte
ϑ = Drahttemperatur
1,2 = Teildrahtlängen
α1,2 = Temperaturkoeff.
Beschränkt man sich bei der Betrachtung auf den schmalen Bereich um die Verbindungsstelle herum, bei welchem von einem idealen Wärmeaustausch und einheitlicher Temperatur ausgegangen werden kann (ℓ1 = ℓ2 = 0,5 mm), dann muß für die optimale Kompensation in diesem Drahtbereich die durch Widerstandsänderung bewirkte Leistungserhöhung dem gestiegenen Leistungsbedarf durch die Änderung der Fluidwärmeleitung entsprechen. Setzt man in Gleichung (1) 120°C als Drahttemperatur bei ϑ einem Meßstrom I von 160 mA, dann ergibt sich mit ρ1 = 0,706 µΩm, ρ2 = 0,315 µΩm, α1 = 0,00032 K-1, α2 = 0,0019 K-1 und A1 = A2 = 1,96 . 10-9 m2:
P120 = I2 . R = 7,19 mW
Für den konkreten Fall bedeutet dies, daß sich der zusammengesetzte Widerstand um
ändern muß.
Für die allgemeine Lösung, müssen die temperaturabhängigen Anteile der Teildrahtwiderstände von den temperaturunabhängigen Anteilen getrennt werden:
In Gleichung (2) stecken die Möglichkeiten, über die Drahtgeometrie, d. h. über Variation der Drahtquerschnitte A1, A2, oder Drahtlängen I1, I2, als auch über die Materialauswahl Einfluß auf die Kompensation zu nehmen, wobei beachtet werden muß, daß sich eine Änderung der Drahtdurchmesser auch auf den Wärmehaushalt auswirkt. Im konkreten Fall wurden optimale Sensoreigenschaften durch Verwendung einer Kombination von Chromel- Ni 90 Cr 10 und Alumeldrähten Ni 95/Al + Mn + Si5 mit einem Durchmesser von jeweils 50 Mikrometer und 2,5 Milimeter Länge erzielt. Diese wurden durch Widerstandsschweißung miteinander verbunden und auf zwei 0,8 mm starke, vergoldete Trägerstifte aufgeschweißt. Die Materialdaten sind:
ρChromel = 0,706 µΩm ρAlumel = 0,315 µΩm αChromel = 0,00032 K-1
αAlumel = 0,019 K-1 λChromel = 19 Wm-1K-1 λAlumel = 31 Wm-1K-1
Mit diesen Werten ergibt sich
Die durch Änderung der Gaswärmeleitung bedingte Temperaturdrift wird so zu über 90% kompensiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und im folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsge­ schwindigkeit mit einem Thermoelement,
Fig. 2 die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitzahl eines zu untersuchenden Fluids und die zugehörige Temperaturabhängigkeit des ohmschen Widerstandes des Thermoelementes.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Meßvorrichtung 1 zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines in einem Meßkanal 2 befindlichen Gasge­ misches aus Sauerstoff und Stickstoff. An zwei Stützdrähten 3, 4, die in den Meßkanal 2 hineinragen, sind ein erster Teildraht 5 aus Chromel und ein zweiter Teildraht 6 aus Alumel befestigt und an einer ersten Verbindungsstelle 7 zusammengefügt. Die Teildrähte 5, 6 bilden zusammen ein Thermoelement 10. Eine zweite Verbindungsstelle 8 befindet sich zwischen dem ersten Teildraht 5 und einem ersten Stützdraht 3 und eine dritte Verbindungsstelle 9 zwischen dem zweiten Teildraht 6 und einem zweiten Stützdraht 4. Die Stützdrähte 3, 4 bestehen aus vergoldetem Ni-Fe-Co mit einer Materialstärke von 0,8 Millimeter. Die Teildrähte 5, 6 sind jeweils 50 Mikrometer stark mit einer Länge von 2,5 Millimeter. Die Verbindungsstellen 7, 8, 9 wurden mittels Widerstandsschweißung ausgeführt. Aufgrund der deutlich unterschiedlichen Materialstärken der Stützdrähte 3, 4 und der Teildrähte 5, 6 befinden sich die Verbindungsstellen 8, 9 auf dem Temperaturniveau des zu untersuchenden Gasgemisches in dem Meßkanal 2, während die erste Verbindungsstelle 7 mittels einer Wechselstromquelle 11 auf eine gegenüber der Temperatur des Gasge­ misches erhöhte Arbeitstemperatur aufgeheizt wird. Die Wechselstromquelle 11 liefert hierzu einen Speisestrom I. Bei dieser Beschaltung des Thermoelementes 10 liegt an den Stützdrähten 3, 4 ein Wechselspannungs signal an, dem eine durch die Eigen-EMK des Thermoelementes 10 verursachte Gleichspannung, im folgenden mit Thermoelementspannung bezeichnet, überlagert ist. Die Thermoelementspannung wird mittels eines Tiefpassfilters 12 aus dem Wechselspannungsignal herausgefiltert, mit einem Verstärker 13 auf einen höheren Signalpegel angehoben und an einem Subtraktionselement 14 mit einer Bezugsspannung UB verglichen. Die Bezugsspannung UB ist als Temperatursollwert der Arbeitstemperatur des Thermoelementes 10 proportional. Das am Ausgang 15 des Sub­ traktionselementes 14 entstehende Differenzsignal aus verstärkter Thermoelementspannung und Bezugsspannung UB wird als Stell­ größe der Wechselspannungsquelle 11 zugeführt. Das Thermo­ element 10, das Tiefpassfilter 12, der Verstärker 13, das Subtraktions­ element 14 und die Wechselspannungsquelle 11 bilden zusammen einen Temperatur-Regelkreis des Thermoelementes 10, wobei die Thermoelementspannung den Temperatur-Istwert wiedergibt. Im Leitungszug des Stützdrahtes 4 befindet sich ein Meßwiderstand 16, an welchem ein dem Speisestrom I proportionaler Spannungsabfall entsteht. Dieser Wechselspannungsabfall wird mit einer Diode 17 gleich­ gerichtet und über eine Glättungseinrichtung 18 einem Anzeigeinstru­ ment 19 zugeführt.
Bei durchströmtem Meßkanal 2 kühlt sich das Thermoelement 10 ab, so daß der Speisestrom I nachgeregelt wird, um das Thermoelement 10 wieder auf die ursprüngliche Arbeitstemperatur einzustellen. Die Änderung des Speisestroms I ist von der Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches abhängig. Die Teildrähte 5, 6 des Thermoelementes 10 sind derart bemessen, daß der Temperaturkoeffizient des ohmschen Widerstandes des Thermoelementes 10 der Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des zu untersuchenden Stickstoff-Sauerstoff-Gasgemisches entspricht. Eine Veränderung der Temperatur des Gasgemisches bewirkt dann eine solche Änderung der im Thermoelement umgesetzten Heizleistung, daß die durch veränderte Wärmeleitfähigkeit des Gasgemisches verursachte Störung in der Wärmeabfuhr des Thermoelementes 10 gerade kompensiert wird.
Fig. 2 veranschaulicht exemplarisch einige mit der ersten Meßvorrichtung 1 erzielte Resultate. Auf der Abszisse ist die Temperatur T in Grad Celsius und auf der Ordinate die relativen Abweichungen Δ für die Wärmeleitzahl λ, den Speisestrom I, die elektrische Leistung, den ohmschen Widerstand des Thermoelementes 10 und die Heizspannung in Prozent aufgetragen.
Die Kurve A veranschaulicht die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitzahl λ für Sauerstoff und Kurve B gibt den entsprechenden Verlauf für Stickstoff an. Kurve C zeigt den Verlauf des von der Wechselstromquelle 11 gelieferten Speisestromes I, der im wesentlichen konstant ist.
In den Kurven D, E, F, die fast übereinander liegen, sind die entsprechenden relativen Änderungen der elektrischen Leistung, des ohmschen Widerstandes des Thermoelementes 10 und der Heizspannung gezeigt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Dimensionierung des Thermoelementes 10, ergibt sich eine fast vollständige Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitung des Stickstoff-Sauerstoff- Gasgemisches.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids mit zumindestens einem Thermoelement (10), dessen Verbindungsstelle (7) in dem Fluid angeordnet ist, mit einer das Thermoelement (10) auf eine gegenüber der Fluidtem­ peratur erhöhte Arbeitstemperatur aufheizenden Wechselstrom­ quelle (11) und mit einer die Thermoelementspannung verar­ beitenden Auswerteschaltung (12, 13), dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient des ohmschen Widerstandes des Thermoelementes (10) so an die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des Fluides angepaßt ist, daß bei Regelung der Thermoelementspannung auf eine konstante Bezugsspannung UB der Wechselstrom trotz einer veränderten Wärmeleitung des Fluids un­ verändert bleibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teildraht (5) und ein zweiter Teildraht (6) des Thermoelementes (10) eine Materialstärke zwischen 10 Mikrometer und 200 Mikrometer aufweisen und daß die Länge jedes der Teildrähte (5, 6) 1 Millimeter bis 5 Millimeter beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (10) aus der Materialpaarung Chromel mit der Legierungsbezeichnung Ni 90 Cr 10 und Alumel mit der Legierungsbezeichnung (Ni 95/Al + Mn + Si5) besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bevorzugte Durchmesser der Teildrähte (5, 6) 50 Mikrometer und die bevorzugte Länge 2,5 Millimeter beträgt.
5. Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids mit einem Thermoelement (10), dessen Verbindungs­ stelle (7) in dem Fluid angeordnet ist und welches mit einer Wechselspannungsquelle (11) auf eine gegenüber der Fluid­ temperatur erhöhte Arbeitstemperatur aufgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient des ohmschen Widerstandes des Thermoelementes (10) so an die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des Fluides angepaßt ist, daß bei Regelung der Thermoelementspannung auf eine konstante Bezugsspannung UB der Wechselstrom trotz einer veränderten Wärme­ leitung des Fluids unverändert bleibt.
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GB (1) GB2347504B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10115624C2 (de) * 2001-03-29 2003-09-18 Draegerwerk Ag Thermischer Durchflussmesser
WO2018060479A1 (de) 2016-09-30 2018-04-05 Siemens Aktiengesellschaft Wärmeleitfähigkeitsdetektor für gasgemische mit mindestens drei komponenten

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7313499B2 (en) 2006-01-03 2007-12-25 Ut-Battelle Llc Apparatus for characterizing the temporo-spatial properties of a dynamic fluid front and method thereof
EP3614109A1 (de) * 2018-08-22 2020-02-26 Technische Universität Graz Messvorrichtung und messsonde für ein strömendes fluid
US11910838B2 (en) 2020-01-22 2024-02-27 Altria Client Services Llc Hot wire anemometer air flow measurement, puff detection and ambient temperature tracking
US11918050B2 (en) 2020-01-22 2024-03-05 Altria Client Services Llc Hot wire anemometer air flow measurement, puff detection and ambient temperature tracking

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0187723A2 (de) * 1985-01-10 1986-07-16 Universite D'orleans Verfahren und Messwertgeber mit Benutzung eines Thermoelements
DE4207188A1 (de) * 1991-03-13 1992-10-08 Ngk Insulators Ltd Stroemungsmengenfuehler thermischer bauart
DE4324040A1 (de) * 1992-07-21 1994-01-27 Bosch Gmbh Robert Massenstromsensor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3691833A (en) * 1969-02-28 1972-09-19 Toyoda Chuo Kenkyusho Kk Device for detecting velocity of gas thermoelectrically
US3742761A (en) * 1971-07-29 1973-07-03 North American Rockwell Thermal flowmeter
US4848147A (en) * 1987-07-10 1989-07-18 Bailey James L Thermal transient anemometer
DK161260C (da) * 1988-05-06 1991-12-30 Paul Verner Nielsen Flowmaaler
DE19501347C2 (de) * 1995-01-18 1996-12-19 Draegerwerk Ag Vorrichtung zur Messung des Durchflusses in einem Fluidkanal

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0187723A2 (de) * 1985-01-10 1986-07-16 Universite D'orleans Verfahren und Messwertgeber mit Benutzung eines Thermoelements
DE4207188A1 (de) * 1991-03-13 1992-10-08 Ngk Insulators Ltd Stroemungsmengenfuehler thermischer bauart
DE4324040A1 (de) * 1992-07-21 1994-01-27 Bosch Gmbh Robert Massenstromsensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10115624C2 (de) * 2001-03-29 2003-09-18 Draegerwerk Ag Thermischer Durchflussmesser
WO2018060479A1 (de) 2016-09-30 2018-04-05 Siemens Aktiengesellschaft Wärmeleitfähigkeitsdetektor für gasgemische mit mindestens drei komponenten
US10935507B2 (en) 2016-09-30 2021-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Thermal conductivity detector for gas mixtures having at least three components

Also Published As

Publication number Publication date
GB2347504A (en) 2000-09-06
US6338271B1 (en) 2002-01-15
GB2347504B (en) 2001-02-14
GB9921342D0 (en) 1999-11-10

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