Sensors and Actuators - Fachbereich Physik der Universität ...

temperaturabhängige Platin-Dünnschichtwiderstände. Man wählt R 0H / R 0ϑ =1/100 und erreicht
damit, dass fast der gesamte Brückenstrom durch R H fließt. Damit wird der Widerstand R ϑ nicht
erwärmt und nimmt die Temperatur des Gases an. Dadurch haben nun die Widerstände eine
Temperaturdifferenz von ∆ϑ. Die Widerstände R 1 und R 2 sind Konstantwiderstände. Sie werden
so gewählt, dass die Regelung mit einer hohen Empfindlichkeit arbeitet. Für die Abgleichbrücke
heißt das: R 2 ºR H und R 1 ºR ϑ . Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von v=0 entsteht also eine
Abgleichung der Brücke und U d wird somit 0. Wenn nun das Gas zu strömen beginnt kühlt sich
der Widerstand R H ab, U d wird >0 und die Temperaturdifferenz ∆ϑ ändert sich. Der
Operationsverstärker mit Leistungsausgang erhöht nun den Strom I und somit auch den
Heizstrom I H , bis die Brücke wieder abgeglichen ist (Ud=0) und wieder die ursprüngliche
Temperaturdifferenz herrscht. Damit ist auch R H /R 2 = R ϑ /R 1 . Um den Durchfluss q m nun
angeben zu können wird der Heizstrom I H gemessen und mit Hilfe eines Mikroprozessors
anhand der Formel
berechnet.
Der große Vorteil dieser Schaltung ist, dass keine Korrektur nötig ist, auch wenn sich die
Temperatur des Gases ändert. Sollte dies nämlich der Fall sein ändern beide
Temperaturwiderstände (R H und R ϑ ) ihren Widerstand um dieselbe Größe und die
Temperaturdifferenz ∆ϑ bleibt gleich.
Wärmeverteilungsverfahren:
Beim Wärmeverteilungsverfahren befindet sich ein Heizwiderstand R H zwischen zwei
temperaturabhängigen Widerständen R 1 und R 2 . Der wesentliche Unterschied zum
Wärmeverlustverfahren liegt darin, dass hier die Heizleistung P H im Widerstand R H konstant
gehalten wird. Ebenfalls über die Kingsche Beziehung ändert sich nun die Temperaturdifferenz
∆ϑ in Funktion des Durchflusses. Kingsche Beziehung umgeformt:
Die Temperatur des Widerstandes bleibt gleich, die Temperatur des Gases ändert sich. Ist der
Durchfluss null, erwärmt sich das Gas am stärksten. Außerdem verteilt es sich in alle
Richtungen gleich, es bildet sich eine Wärmeblase. Die beiden Widerstände R 1 und R 2 ändern
sich in gleichem Masse.
Bewegt sich hingegen das Gas, wird die Wärmeblase verzerrt. Der vordere Widerstand wird
weniger erwärmt als der hintere. Durch Anordnung der beiden Widerstände R 1 und R 2 in einer
Brückenschaltung kann diese Temperaturdifferenz in eine Spannung überführt werden.
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