热流量计及操作流量计的方法技术

本发明专利技术涉及一种热流量计，用于在给定非恒定介质温度的过程工程中使用，包括加热元件，该加热元件与流动介质热耦合，并因此将其加热功率传导给流动介质，以及两个温度传感器，该两个温度传感器借由各自情况下的一个电源(13a,13b)被提供有测量电流，其中第一温度传感器(RSM)检测在介质的不受加热元件影响的区域内的介质的温度，作为参考温度TMedium，而第二温度传感器(RH)检测加热元件的温度THEAT，其中第二温度传感器(RH)还用作加热元件，且加热元件与两个温度传感器(RSM，RH)连接到控制单元(10)，该控制单元控制加热元件(RH)的加热功率，使得借助定时器，温度差ΔT＝THEAT‑TMedium在固定时间ΔtMeasure处呈现预定值，其中控制单元(10)发送方波信号，提供给第二温度传感器(RH)，使得第二温度传感器在高相位用作加热元件，在低相位用作温度传感器。本发明专利技术还涉及一种用于操作流量计的方法。

The method of heat flow meter and operation flowmeter

The invention relates to a heat flow meter used in a process engineering given a given unsteady medium temperature, including a heating element, which is thermally coupled to a flow medium, and thus the heating power is transmitted to a flow medium and two temperature sensors, and the two temperature sensors are borrowed by one of their respective cases. The power supply (13a, 13b) is provided with a measuring current, in which the first temperature sensor (RSM) detects the temperature of the medium in the area that is not affected by the heating element in the medium, as the reference temperature TMedium, and the second temperature sensor (RH) detects the temperature THEAT of the heating element, in which the second temperature sensor (RH) is also used as a heating element, and The heating element is connected with the two temperature sensors (RSM, RH) to control the control unit (10), which controls the heating power of the heating element (RH) so that the temperature difference Delta T = THEAT TMedium is presented with a predetermined value at a fixed time delta tMeasure with the aid of a timer, in which the control unit (10) sends a square wave signal, which is provided to second temperature sensing. RH makes the second temperature sensor used as heating element at high phase and used as a temperature sensor at low phase. The invention also relates to a method for operating the flowmeter.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热流量计及操作流量计的方法
本专利技术涉及热流量计，用于在非恒定介质温度下的过程测量技术中使用，以及用于操作该流量计的方法。
技术介绍
上述类型的流量计(也称为量热流量计)检测气态或液态介质的流率，并且例如从德国专利DE102004055101中早已为人所知。它们根据量热原理工作，其中取决于流率而发生的热传导所引起的温度变化可以确定。根据King定律，所需的加热功率，传感器元件与介质之间的温度差，以及流率之间存在依赖关系。由于这个定律，可以确定流率。对过程测量技术的设备要求很高，在某些方面超出了其他测量设备的要求。这些要求包括尽可能不间断地在粗糙的过程环境中使用数月及数年，并且与目标系统(控制器，过程控制系统等)进行简单和标准化的信息交换以及简单的调试和维护(参见V.Gundelach，L.Litz“ModerneProzessmesstechnik”，1999，第10页)。这种流量计操作的过程环境的特征特别在于其在非恒定介质温度下的使用。因此有必要从传感器元件和介质之间的测量温度差中分离出由于变化的介质温度而导致的部分，并且因此不会由于变化的流率而导致变化的散热。相反，要求存在恒定环境温度的测量设备，例如热线探头，在所述条件下不适用。举例来说，参考美国专利第6,453,739B1号。对于这些测量设备，气流的变化的流率作为所测量的加热元件或热线的加热或冷却的唯一原因只有在恒定的环境温度下能够呈现。在过程测量技术中，热流量计通常使用差分温度测量。第一测量元件产生局部温度升高并测量实际测量温度，其中测量温度由测量元件的加热功率，流动介质的温度以及流动介质的依赖于流体的热传导能力得到。而且，通常第二测量元件测量参考温度。根据它们的功能，第一测量元件通常被称为加热元件而第二测量元件被称为温度元件。典型应用是具有两个空间分离的测量点的系统，用于检测介质和加热元件的温度。这里，此外，必须在具有恒定加热功率的系统(其中测量变量为过热温度)和具有恒定或调节的过热温度的系统(其中测量变量是加热功率或由此导出的量)之间加以区分。在下文中，本专利技术是基于过热温度控制的量热流量计。过热温度控制的量热流量监测器可用作具有两个测量元件的系统(其中一个测量元件同时用作加热元件和温度传感器)以及具有两个测量元件和单独的加热元件的系统。例如在上述专利DE102004055101中，仅具有两个测量元件的系统的控制这样模拟实现，即所要调节的过热温度的目标值取决于测量电桥的设备或相应的电阻值。然后控制电桥的供电电压，使得加热元件通过自加热呈现一个值，使得电桥电压等于0伏。由于过热温度的目标值取决于介质温度，这里的缺点是要考虑测量电桥的温度系数等等。具有两个测量元件和单独的加热元件的系统可以数字化控制，使得可以避免模拟控制的缺点，然而较高的电路复杂性会导致生产成本增加。此外，由于加热元件和温度传感器之间的加热场需要一定的时间来传导，该系统的测量速度不如具有两个测量元件的系统那么快。
技术实现思路
本专利技术的目的是改善测量动态，同时降低生产成本。该目的通过包括权利要求1的特征的流量计和根据权利要求4的用于操作这种流量计的方法来实现。本专利技术的有利实施例在各个从属权利要求中规定。根据本专利技术，第二温度传感器还用作加热元件，并且两个温度传感器经由相应的电源被提供有测量电流。基于此，本专利技术的核心在于，两个温度传感器并且因此还有加热元件连接到控制单元，控制单元控制加热元件的加热功率，使得借助定时元件，温度差ΔT＝THeiz-TMedium在预定时间ΔtMess呈现预定值。为此目的，控制单元提供方波信号，优选为脉宽调制信号(PWM信号)，所述方波信号提供给第二温度传感器。因此，第二温度传感器在方波信号的高相位用作加热元件，而在低相位用作温度传感器(然后由单独的电源供电)。决定性的因素是温度差ΔT仅在方波信号关断边缘之后的指定时间点ΔtMess周期性地确定。也就是说，根据本专利技术的流量计仅在冷却阶段期间的精确限定的时间点(即在低温阶段或冷却阶段开始之后相对不久)处测量。控制单元将测得的温度差ΔT与预定值ΔTSoll进行比较，并在ΔT>ΔTSoll的情况下缩短PWM信号的脉冲宽度，使得第二温度传感器或加热元件加热较短的时间，而在ΔT<ΔTSoll的情况下延长PWM信号的脉冲宽度，使得第二个温度传感器或加热元件加热较长的时间。因此，本专利技术可总结为使得在时间ΔtMess时的ΔT的冷却曲线应该通过点ΔTSoll，其中在这种情况下，仅在冷却曲线开始时的温度值是决定性的。冷却曲线开始时的温度值在加热阶段的持续时间内由控制单元调节。流速越高，加热时间必然越长，首先，因为即使在加热阶段期间，散热也相应地更大，而且因为在冷却阶段开始时ΔT的温度值必须更高，以便实现相应更陡峭的倾斜冷却曲线在时间ΔtMess时再次通过点ΔTSoll。在相反的情况下，即对于较低的流率，恰好相反。最后，方波或PWM信号的占空比是目前流率的度量。由于测量仅在冷却阶段开始后的一个明确定义的时间点进行，即不必等待整个冷却阶段，流量计的测量动态特性非常高，使得根据本专利技术的流量计甚至可以用于流率强烈且剧烈波动的环境中。附图说明下面将参照附图基于示例性实施例更详细地描述本专利技术。附图示意性地示出：图1是根据本专利技术的流量计的主要电路结构；图2a是表示方波信号和在第一种情况下所测量的温度ΔT的相应曲线的示意图；图2b是示出方波信号和在第二种情况(低于图2a中的流量)下所测量的温度ΔT的相应曲线的示意图；以及图2c示出方波信号和在第三种情况(大于图2a中的流量)下所测量的温度ΔT的相应曲线的示意图。具体实施方式在以下对优选实施例的描述中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。图1示出根据本专利技术的流量计的主要电路结构，其中重点在于本专利技术的说明和本领域技术人员显而易见的措施的解释，例如控制单元10的供应，已被省略。在右下方显示测量管1，待测量的介质流过该测量管1。流动通过箭头指示。两个温度传感器RSM和RH设置在测量管1内并因此与介质热接触。第一温度传感器RSM检测在介质的未加热区域(即在不受加热元件影响的区域)中的介质的温度，作为参考温度TMedium，而温度传感器RH检测加热元件的温度THeiz。两个温度传感器RSM，RH有利地配置为Pt元件，优选Pt100。该系统以脉冲方式运行，即加热功率由控制单元10经由方波信号(在该示例性实施例中优选地作为PWM信号)在其输出端10a处提供。控制单元10在这种情况下优选地配置为微控制器。这里，温度传感器RH既用于测量温度，也用于加热介质，其通过开关12指示。借由提供给第二温度传感器RH的方波信号，温度传感器RH在高相位期间用作加热元件，在低相位用作温度传感器。温度检测所需的测量电流在此期间由电源13b提供。电源13a与其并联设置用于为温度传感器RSM供电。将Pt元件RSM和RH两端的电压降提供给差分放大器14，差分放大器14的输出信号ΔT又提供给在输入端10b处的微控制器10。因此，ΔT直接通过测量两个温度传感器RSM和RH之间的电压差确定。这需要两个类似的电源13a和13b，其确保相同大小的低测量电流流过RSM和RH。因此，温度差ΔT的确定仅可能是在加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热流量计，用于在非恒定介质温度下的过程测量技术中使用，所述热流量计包括：加热元件，所述加热元件与流动介质热耦合并由此将其加热功率传递给流动介质；及两个温度传感器(RSM，RH)，通过相应的电源(13a，13b)向所述两个温度传感器(RSM，RH)提供测量电流，其中，第一温度传感器(RSM)检测所述加热介质不受所述加热元件影响的区域中的介质的温度作为参考温度TMedium，而第二温度传感器(RH)检测所述加热元件的温度THeiz，其中，所述第二温度传感器(RH)还用作加热元件，且所述加热元件和所述两个温度传感器(RSM，RH)连接到控制单元(10)，所述控制单元(10)控制所述加热元件(RH)的加热功率，使得借助定时元件，温度差ΔT＝THeiz‑TMedium在预定时间ΔtMess处呈现预定值，并且其中，所述控制单元(10)提供方波信号，所述方波信号提供给所述第二温度传感器(RH)，使得所述第二温度传感器(RH)在高相位作为加热元件并而在低相位作为温度传感器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.24 DE 102015223224.71.一种热流量计，用于在非恒定介质温度下的过程测量技术中使用，所述热流量计包括：加热元件，所述加热元件与流动介质热耦合并由此将其加热功率传递给流动介质；及两个温度传感器(RSM，RH)，通过相应的电源(13a，13b)向所述两个温度传感器(RSM，RH)提供测量电流，其中，第一温度传感器(RSM)检测所述加热介质不受所述加热元件影响的区域中的介质的温度作为参考温度TMedium，而第二温度传感器(RH)检测所述加热元件的温度THeiz，其中，所述第二温度传感器(RH)还用作加热元件，且所述加热元件和所述两个温度传感器(RSM，RH)连接到控制单元(10)，所述控制单元(10)控制所述加热元件(RH)的加热功率，使得借助定时元件，温度差ΔT＝THeiz-TMedium在预定时间ΔtMess处呈现预定值，并且其中，所述控制单元(10)提供方波信号，所述方波信号提供给所述第二温度传感器(RH)，使得所述第二温度传感器(RH)在高相位作为加热元件并而在低相位作为温度传感器。2.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述控制单元(10)配置为微控制器。3.根据权利要求1或2所述的流量计，其特征在于，所述方波信号配置为PWM信号(脉宽调制信号)。4.用于操作热流量计的方法，所述热流量计应用在非恒定介质温度下的过程测量技术中，所述热流量计包括加热元件，所述加...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦尔特·赖夏特，马库斯·科贝尔，克丽斯蒂安·克赖泽尔，拉尔夫·克里森，
申请(专利权)人：IFM电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE