ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР Российский патент 2020 года по МПК G01F1/69 G01F15/00 

Изобретение относится к устройству для определения и/или контроля массового расхода и/или скорости потока текучей рабочей среды по трубопроводу и к способу изготовления устройства согласно изобретению. Устройство содержит по меньшей мере один нагревательный элемент, находящийся по меньшей мере частично и/или периодически в тепловом контакте с рабочей средой и способный работать, по меньшей мере периодически, посредством теплового сигнала.

Тепловые или также калориметрические расходомеры находят широкое применение в области устройств управления технологическими процессами и/или автоматизированных систем управления. Соответствующие периферийные устройства изготавливаются и реализуются заявителем, например, под названиями: «Т-switch», «Т-trend» или «Т-mass». Собственно, сами принципы измерения, лежащие в основе тепловых или также калориметрических расходомеров, соответственно известны также из уровня техники. В целом, пропускную способность, в частности, массовый расход можно определять двумя различными способами.

Согласно первому принципу измерения чувствительный элемент подвергается воздействию протекающей по трубопроводу рабочей среды и нагревается так, что его температура остается, по существу, постоянной. При известных, и по меньшей мере периодически постоянных свойствах рабочей среды, таких, как температура рабочей среды, ее плотность или также состав, массовый расход рабочей среды, протекающей по трубопроводу, можно определять посредством необходимой мощности нагрева для удержания температуры до постоянной величины. Под температурой рабочей среды понимают при этом такую температуру, которую рабочая среда имеет без дополнительного количества подаваемого нагревательным элементом тепла.

И наоборот, при альтернативном принципе измерения, нагревательный элемент эксплуатируют с постоянной мощностью нагрева, а температуру рабочей среды измеряют ниже по потоку от нагревательного элемента. В этом случае измеренная температура рабочей среды предоставляет сведения о массовом расходе.

В случае обоих описанных принципов измерения можно использовать, в частности, при изменяющейся температуре рабочей среды, кроме того, второй чувствительный элемент для измерения температуры рабочей среды.

Нагревательные элементы тепловых расходомеров часто выполнены в виде резистивных нагревательных элементов. Например, используются так называемые резистивные элементы, в частности, RTD – резистивный элемент (термостатический детектор), в частности, платиновые элементы, используемые под названиями PT10, PT100, и PT1000, также доступны на рынке. Резистивные элементы нагреваются при преобразовании подведенной к ним электрической мощности, например, вследствие повышенной подачи электрического тока.

Для регистрации массового расхода и/или скорости потока соответствующий нагревательный элемент приводится по меньшей мере периодически и/или частично в тепловой контакт с рабочей средой. Для этого чувствительный элемент может устанавливаться, например, либо непосредственно в трубопровод, либо в него, или интегрируется в головку датчика, с возможностью его встраивания, в свою очередь, в существующий трубопровод. Эти обе, а также другие описанные в уровне техники возможности являются предметом изобретения.

Определение пропускной способности базируется в принципе на том, что тепловое переходное сопротивление между соответствующим чувствительным элементом и протекающей рабочей средой соответственно изменяется как функция скорости потока. При отсутствии, например, в трубопроводе потока, отведение тепла от нагревательного элемента осуществляется через теплопроводность, тепловое излучение, и возможно также посредством открытой конвекции внутри рабочей среды. Для поддержания определенной разности температуры, согласно первому из обоих описанных принципов измерения, требуется тогда, например, постоянное по времени количество тепла. И наоборот, при наличии потока, происходит дополнительное охлаждение чувствительного элемента протекающей мимо него, в частности, более холодной, рабочей средой. Возникает дополнительное транспортирование тепла, благодаря принужденной конвекции. В частности, в соответствии с этим, благодаря потоку должна подводиться повышенная мощность нагрева для возможности поддержания фиксированной разности температуры.

Функциональная взаимосвязь между мощностью нагрева или измеренной температурой и массовым расходом и/или скоростью протекания рабочей среды через трубопровод может выражаться также посредством так называемого коэффициента передачи тепла. Наряду с ним, различные теплофизические свойства рабочей среды, а также преобладающее в трубопроводе давление влияют на измеряемую пропускную способность. Для того, чтобы учитывать также зависимость пропускной способности от этих величин, в память электронного устройства заложены, например, различные теплофизические свойства в виде характеристических кривых или в качестве составных частей характеристических уравнений внутри электронного блока расходомера.

Для высокой измерительной точности принципиальное значение имеет тепловой контакт между нагревательным элементом и протекающей рабочей средой. В частности, изменение теплового сопротивления нагревательного элемента, которое может приводить, например, к изменению теплоотдачи нагревательного элемента к рабочей среде при остающихся в остальном неизменных характеристиках потока, вызывает значительные искажения данных измерений. Такое вызванное изменение теплового сопротивления называют также погрешностью датчика.

В отношении теплового сопротивления – в расходомере различают внутреннее и внешнее тепловое сопротивление. Внутреннее тепловое сопротивление зависит, кроме прочего, от отдельных конструктивных элементов внутри чувствительного элемента, например, внутри втулок. В частности, погрешность датчика может иметь место из-за дефектных точек в соединениях с помощью пайки, вследствие растягивающих нагрузок при расширении материала или им подобных. И напротив, внешнее тепловое сопротивление влияет при образовании накипи, эрозии материала или преобразовании материала (например, коррозии) на контактирующие с рабочей средой поверхности соответствующего чувствительного элемента. Вследствие этого, изменение внешнего теплового сопротивления может релевантно ухудшаться, в частности, при долговременной эксплуатации и/или при контакте с агрессивными веществами. В случае газообразных или парообразных сред, измерение массового расхода или скорости протекания может, кроме того, ухудшаться также при образовании конденсата по меньшей мере в одном из датчиков температуры.

Наряду с самыми различными стремлениями по обеспечению посредством конструктивных мероприятий стабильного теплового контактного соединения, является обычным обнаружение, контроль и/или компенсация возникающей погрешности датчика. Из документов DE102005057687A1, DE102007023823A1, US8590360B2 или также из WO/ 2008 /142075A, в отношении изменений, касающихся внешнего теплового сопротивления известны различные расходомеры, посредством которых можно осуществлять диагностику используемых чувствительных элементов. В частности, это позволяет сделать вывод о состоянии по меньшей мере одного из соответственно используемых чувствительных элементов. Относительно внутреннего теплового сопротивления опять же известно из документа DE102014119223B3, что касается локализации погрешности датчика. В частности, можно делать вывод о изменениях внутреннего теплового сопротивления.

В основе изобретения лежит задача создания расходомера с высокой точностью измерения, а также способа его изготовления.

Эта задача решается устройством согласно пункту 1 формулы изобретения и способом согласно пункту 13 формулы изобретения.

Устройство согласно изобретению предназначено для определения и/или контроля массового расхода и/или скорости протекания текучей рабочей среды через трубопровод и содержит по меньшей мере один нагревательный элемент, находящийся по меньшей мере частично и/или периодически в тепловом контакте с рабочей средой и способный работать, по меньшей мере периодически, посредством теплового сигнала.

Согласно изобретению по меньшей мере на части области между рабочей средой и нагревательным элементом расположен блок, содержащий материал с анизотропной теплопроводностью. В этом отношении предполагаются самые различные варианты осуществления, подпадающие все вместе под объем изобретения. При этом точный вариант выполнения зависит в том числе от соответствующего измерительного устройства и от его соответствующего геометрического положения. Например, нагревательный элемент и блок могут быть расположены друг над другом или рядом друг с другом. Однако, нагревательный элемент может быть охвачен блоком по меньшей мере частично на обращенной к рабочей среде области. Следует обратить внимание на то, что в контексте изобретения блок может быть расположен непосредственно между нагревательными элементом и рабочей средой. Точно так же между нагревательным элементом и блоком или между блоком и рабочей средой могут находиться промежуточные слои. Например, между блоком и рабочей средой может находиться стенка трубопровода.

Для определения и/или контроля массового расхода и/или скорости потока соответствующей рабочей среды нагревательный элемент вводят в тепловой контакт с рабочей средой. Между устройством и рабочей средой происходит теплообмен. При этом изменяется тепловое переходное сопротивление между соответствующим чувствительным элементом и протекающей рабочей средой в соответствии с преобладающей скоростью потока. В частности, происходит распространение тепла или протекание тепла от нагревательного элемента к рабочей среде.

В этом случае предполагаются множество различных ситуаций, при которых распространение тепла от нагревательного элемента к рабочей среде бывает негомогенным или неизотропным, например, протекание тепла от нагревательного элемента к рабочей среде приводит, вследствие соответствующей, в частности, конструктивной компоновки в расходомере, к анизотропному распространению тепла. В качестве примера в данном случае следовало бы назвать разные расстояния между разными областями нагревательного элемента и рабочей средой, а также качество различных контактных соединений внутри измерительного устройства. Как следствие, тепловое переходное сопротивление зависит на практике не только от массового расхода, а также от направления потока рабочей среды, или от условий установки, например, позиционирования относительно направления потока рабочей среды.

Это, в частности, становится проблематичным, если измерительное устройство подвержено влиянию по меньшей мере периодической и/или частичной динамической и/или неоднородной тепловой среды, например, для его применения в протекающей рабочей среде с изменяющимся направлением потока, например, в случае неоднородного профиля потока.

Само собой разумеется, что множество других случаев могут приводить к искажению теплового переходного сопротивления. При этом как следствие могут соответственно возникать значительные погрешности измерения. Для предотвращения таких проблем, предлагаемый согласно изобретению блок, содержащий по меньшей мере частично материал с анизотропной теплопроводностью, размещают по меньшей мере в части области между рабочей средой и нагревательным элементом. Так как теплопроводность блока зависит от направления, можно предпочтительно целенаправленно влиять на поток тепла от нагревательного элемента к рабочей среде для измерительного устройства, в том числе для определенного задуманного применения.

В предпочтительном варианте осуществления блок выполнен для обеспечения теплового переходного сопротивления устройства, независимого от направления набегающего потока рабочей среды, или независимого от преобладающего профиля потока рабочей среды. В частности, блок обеспечивает, независимо от тепловой среды устройства, гомогенное распространение тепла от головки датчика к рабочей среде. Так же блок предпочтительно обеспечивает, что тепловое переходное сопротивление на области устройства не зависит от определенных производственных допусков и конструктивно обусловленных асимметричных геометрических характеристик.

В устройстве согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения блок содержит слой или покрытие, состоящие по меньшей мере частично из материала с анизотропной теплопроводностью. Слой предпочтительно имеет в продольном направлении, в частности, вдоль плоскости параллельно к слою или покрытию, более высокую теплопроводность, чем перпендикулярно к нему, или перпендикулярно к плоскости. Таким образом поток тепла целенаправленно перераспределяется вдоль блока.

В особенно предпочтительном варианте осуществления блок содержит тонкую пленку, состоящую по меньшей мере частично из материала с анизотропной теплопроводностью. Пленка также предпочтительно имеет вдоль своей продольной оси более высокую теплопроводность, чем перпендикулярно к ней.

Согласно другому особенно предпочтительному варианту осуществления материалом с анизотропной теплопроводностью является материал, содержащий по меньше мере частично углерод, в частности, графит, или гексогональный нитрид бора.

В устройстве согласно одному варианту осуществления нагревательный элемент и/или блок расположены/расположен по меньшей мере частично внутри головки датчика. Предпочтительно, если блок выполнен и/или расположен так, что он охватывает по меньшей мере частично датчик температуры и измерительный элемент. В частности, блок обеспечивает распределение тепла в направлении периферии головки датчика.

Для этого предпочтительно, если устройство содержит наполнитель, расположенный по меньшей мере частично внутри головки датчика и заполняющий внутреннее пространство головки датчика по меньшей мере частично, предпочтительно, полностью. Блок, расположенный также по меньшей мере частично внутри головки датчика, охвачен также предпочтительно по меньшей мере частично наполнителем. Говоря о наполнителе речь идет, в частности, о материале, по существу, с гомогенной тепловой проводимостью и/или тепловой емкостью. В частности, наполнитель обеспечивает, по существу, гомогенное распространение тепла, в частности, изотропное распространение тепла внутри головки датчика. Например, наполнителем может быть цемент, в частности, смесь из окиси магния, силиката циркония и фосфата магния.

Также предпочтительно, если блок выполнен и/или расположен так, что он имеет параллельно к направлению периферии головки датчика более высокую теплопроводность, чем перпендикулярно к направлению периферии, в частности, по меньшей мере в десять раз больше, в частности, по меньшей мере в тридцать раз больше. Этот вариант выполнения подходит, в частности, предпочтительно, для использования по меньшей мере в периодически и/или частично динамичной и/или в неоднородной тепловой среде, например, для применений в протекающих средах с неоднородными профилями потока или также в случае изменяющихся скоростей потока.

Наконец, предпочтительно также для варианта выполнения устройства с головкой датчика, если блок закреплен по меньшей мере частично на обращенной ко внутренней части головки датчика части области стенки головки датчика. В частности, блок расположен на обращенной к рабочей среде области поверхности головки датчика. Блок обеспечивает периферийное распределение потока тепла вдоль поверхности головки датчика. В случае соответствующего выполнения головки датчика, предпочтительно имеет место, по существу, гомогенное распространение тепла, исходящее от поверхности головки датчика к рабочей среде.

Например, блок закреплен посредством по меньшей мере части наполнителя, и/или посредством крепежного элемента, например, в виде трубчатого элемента, на стенке головки датчика. Под трубчатым элементом речь идет, в частности, о керамической трубке, имеющей наружный диаметр, соответствующий, по существу, внутреннему диаметру головки датчика, или, незначительно меньше внутреннего диаметра головки датчика, так, чтобы трубчатый элемент мог располагаться, по существу, с соблюдением точности посадки внутри головки датчика.

Согласно альтернативному варианту осуществления блок прикреплен к стенке трубопровода или интегрирован в трубопровод. В этом отношении специалисту известны все распространенные возможности для фиксации блока в трубопроводе, например, посредством приклеивания, пайки или подобных способов, а также возможны и подпадают под объем изобретения все, в целом известные возможности интегрирования блока в трубопровод, например, отливка или подобные способы.

Для такого альтернативного варианта осуществления предпочтительно, если нагревательный элемент прикреплен по меньшей мере частично к блоку так, что нагревательный элемент расположен в обращенной от рабочей среды области блока. В частности, в этом случае блок находится в обращенной к рабочей среде области, по меньшей мере частично, предпочтительно расположен полностью, между рабочей средой и нагревательным элементом.

Также предпочтительно, если блок выполнен и/или расположен так, что он имеет параллельно к направлению периферии трубопровода более высокую теплопроводность, чем перпендикулярно к направлению периферии, в частности, по меньшей мере в десять раз больше, в частности, по меньшей мере в тридцать раз больше.

В устройстве согласно особенно предпочтительному варианту осуществления изобретения размеры блока рассчитаны и/или он расположен в зависимости от теплового сигнала так, что от нагревательного элемента к рабочей среде переносится заданное количество тепла.

В этом отношении предпочтительно, если по меньшей мере размеры площади поверхности по меньшей мере одной части поверхности блока рассчитаны в зависимости от теплового сигнала так, что от нагревательного элемента к рабочей среде переносится заданное количество тепла, в зависимости от теплового сигнала.

Кроме того, согласно изобретению задача решается способом изготовления устройства в соответствии с изобретением, в котором нагревательный элемент размещают так, что он находится по меньшей мере частично и/или периодически в тепловом контакте с рабочей средой, причем по меньшей мере на части области между рабочей средой и нагревательным элементом размещают блок, содержащий материал с анизотропной теплопроводностью.

В способе согласно одному варианту осуществления нагревательный элемент и/или блок размещают по меньшей мере частично в головке датчика.

В способе согласно другому варианту осуществления блок прикрепляют к стенке трубопровода, причем нагревательный элемент закрепляют по меньшей мере частично на блоке так, чтобы нагревательный элемент был расположен в части блока, обращенной от рабочей среды.

Следует обратить внимание на то, что поясненные в связи с устройством варианты осуществления с соответствующими изменениями применимы к предложенному способу и наоборот.

Далее изобретение более подробно пояснено посредством чертежей.

На фиг. 1 схематично показан расходомер, в котором нагревательный элемент и блок согласно изобретению расположены в головке датчика;

на фиг. 2 – расходомер, в котором блок и нагревательный элемент прикреплены к стенке трубопровода; и

на фиг. 3 – диаграмма, поясняющая влияние геометрического выполнения блока на определение пропускной способности.

На фигурах одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

На фиг. 1 показан тепловой расходомер 1, в котором нагревательный элемент 2 расположен в головке 3 датчика. Головка 3 датчика выступает, в свою очередь, в проводящий рабочую среду 4 трубопровод 5. Для установки измерительного устройства 1 в трубопровод 5 в контексте изобретения для специалиста допустимы все хорошо ему известные возможности и которые подпадают под объем изобретения.

Нагревательный элемент 2 находится посредством головки датчика 3 по меньшей мере частично и по меньшей мере периодически в тепловом контакте с рабочей средой 4. В этом примере головка 3 датчика выполнена цилиндрической, тем не менее, изобретение ни в коем случае не ограничивается цилиндрической симметрией головки 3 датчика. В других вариантах осуществления изобретения устройство может содержать, кроме того, также два нагревательных элемента 2 или один нагревательный элемент 2 и дополнительный датчик температуры (на чертежах не показан). Посредством соединительных проводов 6 нагревательный элемент 2 соединен с электронным блоком 7, предназначенным для регистрации, обработки и подачи сигнала. Следует обратить внимание, что в зависимости от варианта осуществления, количество используемых соединительных проводов может изменяться.

Нагревательный элемент 2 находится посредством головки 3 датчика по меньшей мере частично и/или периодически в тепловом контакте с рабочей средой 4.

При текущей эксплуатации нагревательный элемент 2 может нагреваться для определения пропускной способности или скорости протекания, например, при подводе изменяющейся мощности P нагрева до заданной температуры Т или эксплуатироваться при подводе постоянной мощности P нагрева при изменяющейся температуре Т. В целом, теплообмен происходит между измерительным устройством 1 и рабочей средой 4, или распространение тепла или протекание тепла от нагревательного элемента 2 к рабочей среде 4. При этом изменяется тепловое переходное сопротивление между нагревательным элементом 2 и поступающей рабочей средой 4 в соответствии с преобладающей скоростью V потока.

В целях высокой измерительной точности следует обеспечивать наиболее гомогенное распространение тепла от нагревательного элемента 2 к рабочей среде 4. Например, протекание тепла от нагревательного элемента 2 к рабочей среде 4, благодаря соответствующей, в частности, конструктивной компоновке в расходомере 1, может приводить к анизотропному распространению тепла. Разные расстояния между разными частями нагревательного элемента 2 и рабочей средой, а также качество различных контактных соединений внутри расходомера 1 упоминаются в этой связи в качестве примеров. Как следствие, тепловое переходное сопротивление зависит на практике не только от протекающей массы, но также от направления потока рабочей среды 4, или от условий установки, например, позиционирования относительно направления потока рабочей среды 4. В частности, проблематичным является, если расходомер 1 подвергается воздействию по меньшей мере периодически и/или частично динамичной и/или неоднородной тепловой среды, например, для его использования в поступающей рабочей среде 4 с изменяющимся направлением потока, например, в случае неоднородного профиля потока.

Согласно изобретению тепловой расходомер 1 располагает, кроме того, для предотвращения вызванных такими проблемами измерительных неточностей, блоком 8, содержащим материал с анизотропной теплопроводностью. Например, блок состоит, по меньшей мере частично, из графита. Блок 8 расположен по меньшей мере на части области между рабочей средой и нагревательным элементом 2. В этом примере варианта осуществления он расположен вместе с нагревательным элементом 2 в головке 3 датчика и охватывает нагревательный элемент 2. На исходящий от нагревательного элемента 2 поток тепла можно соответствующим образом целенаправленно влиять посредством блока 8, в частности, применительно к направлению распространения соответствующего количества тепла.

В этом примере варианта осуществления под блоком 8 понимается тонкая пленка в виде цилиндрической втулки с поверхностью В основания и боковой поверхностью М, полностью охватывающей нагревательный элемент 2 в области, обращенной к рабочей среде 4. Кроме того, на следующем этапе изготовления остающиеся внутри головки 3 датчика полости могут заполняться, в частности, подходящим электроизолирующим заполнителем (не показано), в частности, цементом.

Поскольку теплопроводность блока 8 зависит от направления, поток тепла от нагревательного элемента 2 к рабочей среде 4 может предпочтительно целенаправленно влиять на расходомер 1, при необходимости, для определенного задуманного применения. В данном примере блок 8 обеспечивает изотропный поток тепла к рабочей среде 4.

Предпочтительно, если блок 8 выполнен для обеспечения независимости теплового переходного сопротивления соответственно от направления набегающего потока головки 3 датчика посредством рабочей среды 4, или независимости от преобладающего профиля потока рабочей среды 4. Так же блок 8 обеспечивает предпочтительно независимость теплового переходного сопротивления от определенных производственных допусков и конструктивно обусловленных асимметричных геометрических характеристик на части расходомера 1, в частности, на части головки 3 датчика. В этом примере теплопроводность блока 8 больше, предпочтительно, в направлении периферии, в частности, параллельно к боковой поверхности М цилиндрически выполненной пленки, чем перпендикулярно ей. Распространение тепла к рабочей среде 4 осуществляется независимо от компоновки нагревательного элемента 2 внутри головки 3 датчика, гомогенно исходя во всех направлениях от стенки головки 3 датчика.

Тепловой расходомер 1 согласно второму возможному варианту осуществления изобретения показан на фиг. 2. В этом примере блок 8 и нагревательный элемент 2 установлены на внешнюю стенку проводящего рабочую среду 4 трубопровода 5. Альтернативно блок 8 и/или нагревательный элемент 2 могут быть интегрированы также по меньшей мере частично в трубопровод 5. В каждом случае блок 8 находится между нагревательным элементом 2 и рабочей средой 4.

Сам блок 8 может быть выполнен, например, так же, как и в случае на фиг. 1, в виде тонкой пленки, или также в виде нанесенного на трубопровод 5 покрытия. В этом варианте осуществления теплопроводность блока 8, предпочтительно, параллельно к стенке трубопровода 5, в частности, вдоль поверхности A больше, чем перпендикулярно к ней. Исходящее от нагревательного элемента 2 количество тепла будет распространяться сначала вдоль плоскости A, а затем от блока 8, через стенку трубопровода 5 – к рабочей среде 4.

Электронный блок 7 на фиг. 2 расположен отдельно от головки 3 датчика и соединен с нагревательным элементом 2 посредством соединительных проводов 6. Альтернативно, для варианта на фиг. 1 можно использовать также отдельно расположенный электронный блок 7, или расходомер 1, как он показан на фиг. 2, может быть выполнен в виде компактной конструкции.

Геометрическая форма и размеры блока 8 определяют величину так называемой поверхности нагрева и могут выбираться согласно изобретению так, что посредством блока 8, в зависимости от соответственно использованного теплового сигнала, от нагревательного элемента 2 к рабочей среде 4 передается задаваемое количество тепла. В случае на фиг. 1 поверхность нагрева можно подбирать подходящей, например, при изменении боковой поверхности М или размеров площади поверхности боковой поверхности М блока 8; и наоборот, в случае варианта выполнения на фиг. 2, размеры площади поверхности A можно изменять параллельно к стенке трубопровода 5.

На фиг. 3, в качестве примера для двух расходомеров 1, соответственно с одним одинаковым, расположенным в одинаково выполненной головке 3 датчика нагревательным элементом 2 и двумя блоками 8 из одинакового материала с соответственно разными площадями боковых поверхностей М, соответственно показана так называемая характеристическая кривая датчика, представляющая напряжение U при нагреве в виде функции массового расхода m. При этом характеристическая кривая S1 соответствует маленькой боковой поверхности М, а характеристическая кривая S2 – большой боковой поверхности М. Точные величины соответствующих боковых поверхностей не существенны для отмеченных в публикации тенденций. Подходящий выбор размеров площади поверхности блока 8 целенаправленно влияет на соответствующую характеристическую кривую. Так, например, увеличение поверхности нагрева, которую можно достигать посредством блока 8, например, при распределении той же самой мощности нагрева на большую поверхность, приводит к более пологому прохождению характеристической кривой. Вследствие этого, перекрывается увеличенный динамический диапазон. И напротив, меньшие поверхности нагрева предпочтительны в случае желаемой повышенной чувствительности соответствующего измерительного устройства и, в частности, в случае низких скоростей потока. Итак, блок 8 обеспечивает не только выравнивание распределения тепла, но и, кроме того, возможность целенаправленной подгонки характеристической кривой датчика к определенному применению, например, к характеристикам потока рабочей среды 4.

Список ссылочных обозначений

1 – расходомер

2 – нагревательный элемент

3 – головка датчика

4 – рабочая среда

5 – трубопровод

6 – соединительные провода

7 – электронный блок

8 – блок

V – скорость потока

М – боковая поверхность устройства

B – поверхность основания устройства

A – поверхность устройства

P – мощность нагрева

Т – температура

Изобретение относится к устройству (1) для определения и/или контроля массового расхода и/или скорости протекания текучей рабочей среды (4) по трубопроводу (5) и способу изготовления такого устройства. Устройство содержит по меньшей мере один нагревательный элемент (2), находящийся по меньшей мере частично и/или периодически в тепловом контакте с рабочей средой (4) и способный работать, по меньшей мере периодически, посредством теплового сигнала. Причем по меньшей мере на части области между рабочей средой (4) и нагревательным элементом (2) расположен блок (8), содержащий материал с анизотропной теплопроводностью, причем блок (8) содержит слой или покрытие, которые состоят по меньшей мере частично из материала с анизотропной теплопроводностью, или тонкую пленку, состоящую по меньшей мере частично из материала с анизотропной теплопроводностью, при этом блок имеет вдоль продольной оси более высокую теплопроводность, чем перпендикулярно к ней. Технический результат – обеспечение высокой точности измерения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство (1) для определения и/или контроля массового расхода и/или скорости протекания текучей рабочей среды (4) по трубопроводу (5), содержащее по меньшей мере один нагревательный элемент (2), находящийся по меньшей мере частично и/или периодически в тепловом контакте с рабочей средой (4) и способный работать, по меньшей мере периодически, посредством теплового сигнала, отличающееся тем, что по меньшей мере на части области между рабочей средой (4) и нагревательным элементом (2) расположен блок (8), содержащий материал с анизотропной теплопроводностью, причем блок (8) содержит слой или покрытие, которые состоят по меньшей мере частично из материала с анизотропной теплопроводностью, или тонкую пленку, состоящую по меньшей мере частично из материала с анизотропной теплопроводностью, при этом блок имеет вдоль продольной оси более высокую теплопроводность, чем перпендикулярно к ней.

2. Устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что материалом с анизотропной теплопроводностью является материал, содержащий по меньшей мере частично углерод, в частности графит, или гексогональный нитрид бора.

3. Устройство (1) по меньшей мере по одному из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что нагревательный элемент (2) и/или блок (8) расположены/расположен по меньшей мере частично внутри головки (3) датчика.

4. Устройство (1) по п. 3, отличающееся тем, что содержит наполнитель, расположенный по меньшей мере частично внутри головки (3) датчика и заполняющий внутреннее пространство головки (3) датчика по меньшей мере частично, предпочтительно, полностью.

5. Устройство (1) по меньшей мере по одному из пп. 3 или 4, отличающееся тем, что блок (8) выполнен и/или расположен так, что он имеет в направлении параллельно к боковой поверхности цилиндрически выполненной пленки более высокую теплопроводность, чем перпендикулярно к боковой поверхности цилиндрически выполненной пленки, в частности, по меньшей мере в десять раз больше, в частности, по меньшей мере в тридцать раз больше.

6. Устройство (1) по меньшей мере по одному из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что блок (8) прикреплен к стенке трубопровода (5) или интегрирован в трубопровод (5).

7. Устройство (1) по п. 6, отличающееся тем, что нагревательный элемент (2) прикреплен по меньшей мере частично к блоку (8) так, что нагревательный элемент (2) расположен в обращенной от рабочей среды части блока (8).

8. Устройство (1) по п. 6 или 7, отличающееся тем, что блок (8) выполнен и/или расположен так, что он имеет в направлении параллельно к стенке трубопровода (5) более высокую теплопроводность, чем перпендикулярно к стенке трубопровода, в частности, по меньшей мере в десять раз больше, в частности, по меньшей мере в тридцать раз больше.

9. Устройство (1) по меньшей мере по одному из пп. 1-8, отличающееся тем, что размеры блока (8) рассчитаны и/или он расположен в зависимости от теплового сигнала так, что от нагревательного элемента (2) к рабочей среде переносится заданное количество тепла.

10. Устройство (1) по п. 9, отличающееся тем, что по меньшей мере размеры площади поверхности по меньшей мере одной части поверхности (М, А) блока (8) рассчитаны в зависимости от теплового сигнала так, что от нагревательного элемента (2) к рабочей среде переносится заданное количество тепла.

11. Способ изготовления устройства (1) для определения и/или контроля массового расхода и/или скорости протекания текучей рабочей среды (4) по трубопроводу (5) по меньшей мере по одному из пп. 1-10, в котором нагревательный элемент (2) размещают так, что он находится по меньшей мере частично и/или периодически в тепловом контакте с рабочей средой (4), причем по меньшей мере на части области между рабочей средой (4) и нагревательным элементом (2) размещают блок (8), содержащий материал с анизотропной теплопроводностью.

12. Способ по п. 11, в котором нагревательный элемент (2) и/или блок (8) размещают по меньшей мере частично в головке (3) датчика.

13. Способ по п. 11, в котором блок (8) прикрепляют к стенке трубопровода (5), причем нагревательный элемент (2) закрепляют по меньшей мере частично на блоке (8) так, чтобы нагревательный элемент (2) был расположен в части блока (8), обращенной от рабочей среды.