Stand der Technik Klassische Prinzipien der Durchflussmessung von Fluiden basieren auf mechanischen Durchflussmessungen unter Verwendung von Blenden, Venturimetern und Rotametern. Jede dieser Messtechniken basiert auf Beziehungen zwischen Druck, Höhe und Geschwindig- keit, die durch die Bernoullische Gleichung erfasst sind. Obwohl diese Messvorgänge relativ alt sind, werden sie auch heute noch sehr häufig angewandt.

Ferner existieren seit einigen Jahren elektronische Durchfluss- messgeräte, welche Ultraschall-Laufzeiten oder Corioliskräfte bestimmen. Beide verfügen oft über Sensoren mit piezoelek- trischen Kristallen. Bei den Ultraschall-Messgeräten dient der Piezokristall zur Detektion der Ultraschallwelle. Bei den. soge- nannten Vortex-Durchflussmessgeräten werden entstehende Corio- liskräfte in eine mechanische Veränderung des Piezokristalls um- gesetzt. Derartige piezoelektrische Sensoren haben den Vorteil, dass sie äussert sensitiv sind. Der Aufbau der obengenannten elektronischen Messgeräte ist jedoch relativ kompliziert und sie sind entsprechend teuer.

Des weiteren sind elektronische Messgeräte bekannt, welche das Aufheiz-und/oder Abkühlverhalten des strömenden Fluids bezie- hungsweise eines mit ihm in wärmeleitendem Kontakt stehenden Heizelementes verfolgen. Durch diese sogenannten thermischen Messgeräte lässt sich auf relativ einfache Art und Weise ein Massenfluss bestimmen. Die Messung eines Massenflusses hat ge- genüber einer Volumenmessung den Vorteil, dass sie von der Gas- temperatur unabhängig ist. Soll der Sensor zur Bestimmung eines Gasverbrauches zwecks späterer Verrechnung eingesetzt werden, so ermöglicht die Massenflussmessung eine faire Verrechnung.

Darstellung der Erfindung Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Durchflusssensor zu schaffen, welcher einfach aufgebaut ist und einen Massenfluss bestimmt.

Diese Aufgabe löst ein Durchflusssensor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Mes- sung eines Massenflusses zu schaffen, welches mit einfachen Mitteln durchführbar ist und doch eine genügende Sensitivität oder Messempfindlichkeit aufweist.

Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentan- spruches 9.

Der erfindungsgemässe Durchflusssensor kombiniert zur Messung des Massenflusses eines Fluids einen piezoelektrischen Grund- körper mit einem elektrischen Heizelement. Die Aufheizung und/oder die Abkühlung des Heizelementes oder des Fluids erzeugt im Grundkörper eine mechanische Deformation, welche in eine elektrische Spannung umgesetzt wird.

Piezoelektrische Sensoren können Temperaturänderungen im Bereich von einigen 10-3 ° Celsius detektieren. Dadurch ist der Durch- flusssensor äusserst temperatursensitiv. Da der Sensor im we- sentlichen lediglich aus mindestens einem Heizelement und einem piezoelektrischen Grundkörper besteht, ist er relativ einfach und kostengünstig aufgebaut.

Weitere vorteilhafte Varianten des Verfahrens und vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen her- vor.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand eines bevor- zugten Ausführungsbeispieles, welches in der beiliegenden Zeich- nung dargestellt ist, erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäs- sen Durchflusssensors, angeordnet in einem Gasrohr oder Wasserrohr ; Figur 2a eine Graphik eines zeitlichen Verlaufes eines Heiz- pulses und Figur 2b eine Graphik eines zeitlichen Verlaufes der Tempera- tur eines Heizelementes.

Wege zur Ausführung der Erfindung In Figur 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfin- dungsgemässen Durchflusssensors dargestellt. Der Sensor weist einen Grundkörper 1 aus einem piezoelektrischen Kristall auf, welcher in einer Rohrwandung 5 eines von einem Fluid 6 durch- strömten Rohres angeordnet ist. Die Rohrwandung 5 ist nach aus- sen mit einer thermischen Isolationsschicht 7 umgeben. Auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 1 sind elektrische Anschlüsse 2 angebracht, welche mit einer Steuer-und Auswerte- elektronik 8 eines Durchflussmessgerätes verbunden sind. Das Durchflussmessgerät ist beispielsweise ein Gasmeter oder ein Wassermeter. Der Grundkörper 1 weist vorzugsweise eine Ausneh- mung 11 auf. Vorzugsweise ist diese keilförmig mit einem drei- eckigen Querschnitt ausgestaltet. Derartige Formen von piezo- elektrischen Kristallen werden als Temperatursensoren in Alarm- anlagen eingesetzt.

Der Sensor umfasst ferner mindestens ein elektrisches Heizele- ment 3, welches ebenfalls mit der Steuer-und Auswerteelektronik 8 verbunden ist. Die entsprechenden elektrischen Leitungen sind hier jedoch zur Vereinfachung der Figur nicht eingetragen. Als Heizelement 3 eignet sich beispielsweise eine Heizfolie oder ein Dünnfilm-Platin-Heizer. Das Heizelement 3 ist so angeordnet, dass es sich im gut wärmeleitenden Kontakt mit dem vorbeiströ- mendem Fluid 6 befindet. Im hier dargestellten Beispiel ist das Heizelement 3 auf dem Grundkörper 1 angeordnet, wobei es sich auf einer dem Fluid 6 zugewandten Stirnfläche 10 des Grundkör- pers 1 befindet. Weist der Grundkörper 1 die Ausnehmung 11 auf, so ist das Heizelement 3 über oder in diesem angeordnet.

Der Grundkörper 1 ist auf seiner dem Fluid 6 zugewandten Seite, der Stirnfläche 10, mit einer wärmeleitenden Schutzschicht 4 versehen, welche mindestens das Heizelement 3 und die Ausnehmung 11, vorzugsweise jedoch die ganze Stirnfläche 11 des Grundkör- pers 1 überdeckt. Sie dient als Schutz vor chemischer und mecha- nischer Beschädigung des Sensors durch das Fluid 6.

Wie in Figur 2a dargestellt und wie bei thermischen Durchfluss- sensoren üblich wird an das Heizelement 3 während der Zeit tp ein Heizpuls P angelegt. Das Heizelement 3 wird dadurch erwärmt und kühlt wieder ab, wobei die Abkühlung vom Massendurchfluss des vorbeiströmenden Fluids 6 abhängt. Ein derartiger Temperaturver- lauf T ist in der Figur 2b dargestellt. Gemessen wird die Zeit tm respektive die Fläche A. Erfindungsgemäss wird dieses Aufheiz- und/oder Abkühlverhalten des Heizelementes 3 gemessen, indem die Aufheizung und/oder Abkühlung in eine thermisch mechanische Ver- änderung des Grundkörpers 1, z. B. eine Dilatation, Kontraktion oder Deformation, umgesetzt wird, welche wiederum eine elektri- sche Spannung erzeugt. Diese Spannung wird über die elektrischen Anschlüsse 2 von der Steuer-und Auswerteelektronik 8 erfasst.

Hierfür ist das Heizelement 3 so mit dem Grundkörper 1 wirkver- bunden, dass eine durchflussabhängige Aufheizung und/oder Abküh- lung des Heizelementes 3 eine mechanische Deformation des Grund- körpers 1 und damit eine elektrische Spannungsveränderung zur Folge hat.

Der Grundkörper 1 weist eine erhöhte Sensitivität oder Deforma- tionsempfindlichkeit aus, wenn er, wie in Figur 1 dargestellt, die bereits erwähnte Ausnehmung 11 aufweist. Ist das Heizelement 3 direkt darüber angeordnet, so führt die in die Ausnehmung 11 abgestrahlte Wärmestrahlung des Heizelementes 3 zu einer Tempe- raturänderung im piezoelektrischen Kristall und somit zu einer Verformung des Grundkörpers 1. Andere Formen von Ausnehmungen sind jedoch möglich. Es ist auch möglich, das Heizelement 3 be- abstandet zum Grundkörper 1 anzuordnen.

Ferner ist es möglich, dass das Heizelement 3 so mit dem Grund- körper 1 verbunden ist, dass die temperaturbedingte Grössenände- rung des Heizelementes 3 oder eines Transducers mechanisch auf den Grundkörper 1 einwirkt und so eine elektrische Spannung er- zeugt. Beispielsweise lässt sich das Heizelement 3 in der Aus- nehmung 11 einklemmen, so dass eine wärmebedingte Ausdehnung des Heizelementes 3 die Ausnehmung 11 spreizt.

Es ist auch möglich, das Fluid 6 mittels des Heizelementes 3 aufzuheizen und die Aufheizung beziehungsweise die Abkühlung des Fluids 6 zu detektieren. Hierfür muss der Grundkörper 1 in wär- meleitender Verbindung mit dem Fluid 6 stehen.

Der erfindungsgemässe Durchflusssensor und das erfindungsgemässe Verfahren ermöglichen eine Kombination der Vorteile einer ther- mischen Messung mit denjenigen eines piezoelektrischen Sensors.

Bezugszeichenliste 1 piezoelektrischer Grundkörper 10 Stirnfläche 11 Ausnehmung 2 elektrische Anschlüsse 3 elektrisches Heizelement 4 wärmeleitende Schutzschicht 5 Rohrwandung 6 Fluid 7 thermische Isolationsschicht 8 Steuer-und Auswerteelektronik