DE10033292A1 - Verfahren zur Messwertkorrektur bei Temperaturmessungen an einem strömenden Medium - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Temperaturmessungen an einem strömenden Medium, wobei eine in etwa der Temperatur des Mediums entprechende Temperatur mittels eines im Bereich des Mediums angeordneten, einen Temperatursensor aufweisenden Temperaturfühler gemessen wird. Um eine Möglichkeit zur Temperaturmessung bei einem strömenden Medium anzugeben, die unabhängig von Temperaturdifferenzen und/oder Durchfluss bzw. Strömungsgeschwindigkeit eine genauere Bestimmung der Temperatur des strömenden Mediums ermöglicht, wird ein Verfahren zur Messwertkorrektur bei Temperaturmessungen an einem strömenden Medium vorgeschlagen, wobei eine in etwa der Temperatur des Mediums entsprechende Temperatur mittels eines im Bereich des Mediums angeordneten, einen Temperatursensor aufweisenden Temperaturfühler gemessen wird und zusätzlich die Temperaturverteilung in dem Temperaturfühler erfasst und die tatsächliche Mediumstemperatur extrapoliert wird.

Description

Die Erfindung betrifft Temperaturmessungen an einem strö­ menden Medium, wobei eine in etwa der Temperatur des Medi­ ums entsprechende Temperatur mittels eines im Bereich des Mediums angeordneten, einen Temperatursensor aufweisenden Temperaturfühler gemessen wird.

Aus der Praxis ist bekannt, dass bei derartigen Tempera­ turmessungen aufgrund der Wärmeableitung an der Mess­ stelle, z. B. über eine Tauchhülse oder bei integriertem Einbau über das Einbaugehäuse, ein Temperaturfehler resul­ tiert, so dass durch die Differenz zwischen der tatsächli­ chen Mediumstemperatur und dem Messwert des Temperatursen­ sors lediglich eine verringerte Messgenauigkeit erreicht wird.

Dieser Temperaturfehler ist sowohl von der Temperaturdif­ ferenz zwischen dem Medium und der Umgebung als auch von dem Durchfluss bzw. der Strömungsgeschwindigkeit des strö­ menden Mediums abhängig und wird insbesondere bei großen Temperaturdifferenzen zwischen Medium und Umgebung und niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und eine Möglichkeit zur Temperaturmessung bei einem strömenden Medium anzugeben, die unabhängig von Temperaturdifferenzen und/oder Durchfluss bzw. Strömungs­ geschwindigkeit eine genauere Bestimmung der Temperatur des strömenden Mediums ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Mess­ wertkorrektur bei Temperaturmessungen an einem strömenden Medium, wobei eine in etwa der Temperatur des Mediums ent­ sprechende Temperatur mittels eines im Bereich des Mediums angeordneten, einen Temperatursensor aufweisenden Tempera­ turfühler gemessen wird und zusätzlich die Temperaturver­ teilung in dem Temperaturfühler erfasst und die tatsäch­ liche Mediumstemperatur extrapoliert wird. Hierdurch kann der durch die Temperaturdifferenz zwischen Medium und Um­ gebung verursachte und vom Durchfluss abhängige Tempera­ turfehler (strömungsgeschwindigkeitsabhängiger Wärmeüber­ gangskoeffizient zwischen Medium und Temperaturfühler) ausgeglichen werden und unabhängig von Temperatur und Me­ diumsdurchfluss die Temperatur des Mediums mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden.

Dabei kann zur Erfassung der Temperaturverteilung in dem Temperaturfühler eine Vergleichstemperatur mittels wenig­ stens eines in einem definierten Abstand von dem ersten Sensor angeordneten zusätzlichen Temperatursensors gemes­ sen werden, so dass mit einem einfachen Aufbau und tech­ nisch einfachen Bauteilen der Temperaturfehler insbeson­ dere in einer Auswerteeinrichtung bestimmt und somit die tatsächliche Mediumstemperatur festgestellt werden kann, wobei der Abstand der beiden Temperatursensoren voneinan­ der berücksichtigt wird.

Sofern mehrere zusätzliche Temperatursensoren vorgesehen sind, können diese vorzugsweise in verschiedenen Bereichen des Temperaturfühlers angeordnet sein, so dass die Wärme­ ableitung in unterschiedlichen Richtungen berücksichtigt werden kann.

Auch kann zur Erfassung der Temperaturverteilung in dem Temperaturfühler der Temperaturabfall in der Umgebung des Temperatursensors mittels zumindest einer Anordnung von Thermoelementen gemessen werden, so dass ohne eine sehr aufwendige und exakte Kalibrierung sowohl des Temperatur­ sensors des Temperaturfühlers als auch des zusätzlichen Temperatursensors der zusätzlichen Messeinrichtung eine genaue Bestimmung der Temperaturverteilung in dem Tempe­ raturfühler möglich ist, da ansonsten aufgrund der übli­ cherweise sehr geringen Temperaturdifferenz die Tempera­ turmessungen mit unnötig hoher Genauigkeit erfolgen müs­ sen, damit überhaupt eine die Wärmeableitung wiedergebende Temperaturdifferenz erfasst werden kann.

Hierbei können die Anordnungen von Thermoelementen ver­ schieden ausgerichtet sein, z. B. das erste radial und das zweite axial ausgerichtet, um somit durch die Erfassung der Temperaturableitung in verschiedenen Richtungen eine nochmals verbesserte Erfassung der Temperaturverteilung in dem Temperaturfühler und eine genauere Bestimmung der tat­ sächlichen Mediumstemperatur zu erreichen.

Vorteilhafterweise kann bei der Messwertkorrektur auch der von einem Volumenmessteil ermittelte Durchfluss des Medi­ ums berücksichtigt werden, so dass die Genauigkeit der Temperaturbestimmung des strömenden Mediums nochmals er­ höht wird.

Insbesondere kann das Verfahren bei der Wärmemengenzählung und/oder bei der Wärmemengenzählung zur Heizkostenvertei­ lung verwendet werden, damit auch bei solchen Anwendungen eine genaue Erfassung und gerechte Abrechnung der Ver­ brauchswerte erfolgen kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Messwertkorrektur bei Temperaturmessungen an einem strömenden Medium, insbeson­ dere zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren, wobei ein im Bereich des Mediums angeordneter, einen Tem­ peratursensor aufweisender Temperaturfühler vorgesehen ist und zusätzlich eine Einrichtung zur Erfassung der Tempera­ turverteilung in dem Temperaturfühler sowie eine mit dem Temperatursensor und der Einrichtung zur Erfassung der Temperaturverteilung verbundene Auswerteeinheit vorgesehen ist. Somit ist ein Ausgleich des durch die Temperatur­ differenz zwischen Medium und Umgebung sowie durch den Durchfluss verursachten Temperaturfehlers möglich, und die Temperatur des Mediums kann mit erhöhter Genauigkeit bestimmt werden.

Dabei kann die Einrichtung zur Erfassung der Temperatur­ verteilung in dem Temperaturfühler wenigstens ein in einem definierten Abstand von dem ersten Temperatursensor ange­ ordneter zusätzlicher Temperatursensor sein, so dass mit einfachem Aufbau und geringem Bauteileaufwand der Tempera­ turfehler in der Auswerteeinrichtung bestimmbar ist und somit die tatsächliche Mediumstemperatur unter Berücksich­ tigung des Abstandes der beiden Temperatursensoren vonein­ ander bestimmbar ist.

Vorzugsweise können mehrere zusätzliche Temperatursensoren an unterschiedlichen Bereichen des Temperaturfühlers vor­ gesehen sein, so dass die Temperaturverteilung in unter­ schiedliche Ausrichtungen, z. B. radial und axial, erfasst und bei der Berechnung der tatsächlichen Mediumstemperatur berücksichtigt werden kann.

Auch kann die Einrichtung zur Erfassung der Temperatur­ verteilung in dem Temperaturfühler zumindest eine Anord­ nung von Thermoelementen sein, so dass eine genaue Bestim­ mung der Wärmeableitung möglich ist, ohne dass der Tempe­ ratursensor des Temperaturfühlers und der zusätzliche Temperatursensor der zusätzlichen Messeinrichtung für eine unnötig hohe Messgenauigkeit zur Erfassung der regelmäßig sehr geringen Temperaturdifferenzen ausgebildet und kali­ briert sein muss.

Vorzugsweise kann ein Volumenmessteil zur Ermittlung des Durchflusses des Mediums vorgesehen und mit der Auswerte­ einheit verbunden sein, so dass eine nochmals erhöhte Ge­ nauigkeit der Temperaturbestimmung des strömenden Mediums erreicht wird.

Insbesondere kann die Vorrichtung in einem Wärmemengenzäh­ ler und/oder in einem Wärmemengenzähler zur Heizkostenver­ teilung verwendet werden.

Im Folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Aus­ führungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die einzige Fi­ gur zeigt eine Vorrichtung 1 zur Messwertkorrektur bei einer Temperaturmessung mittels eines Temperaturfühlers 2 an einem durch ein Volumenmessteil 3 strömenden Medium 4. Dabei ist der Temperaturfühler 2 parallel zur Strömungs­ richtung des Mediums 4 in dem Volumenmessteil 3 angeordnet und weist an seinem dem Medium 4 zugewandten Ende einen Temperatursensor 5 auf, an dem sich eine als Thermopile 6 ausgebildete Anordnung von Thermoelementen anschließt. So­ wohl der Temperatursensor 5 als auch die Anordnung von Thermoelementen sind an eine mit dem Temperaturfühler 2 verbundene, in der Figur nicht dargestellten Auswerteein­ heit angeschlossen.

Die dargestellte Vorrichtung 1 funktioniert erfindungsge­ mäß so, dass sowohl die von dem Temperatursensor 5 gemes­ sene Temperatur, welche wegen der Wärmeableitung u. a. durch den Temperaturfühler 2 nur in etwa der tatsächlichen Mediumstemperatur entspricht, als auch die Wärmeableitung in dem Temperaturfühler 2 mittels des Thermopile 6 erfasst und an die nicht dargestellte Auswerteeinheit weitergelei­ tet werden.

Anhand der von dem Thermopile 6 erfassten Wärmeableitung durch den Temperaturfühler 2 wird von der Auswerteeinheit die tatsächliche Mediumstemperatur extrapoliert. Hierbei können als weitere Einflussfaktoren auch noch den von dem Volumenmessteil 3 ermittelten Durchfluss des Mediums und Wärmeverluste durch andere Teile der Vorrichtung 1, z. B. durch das Volumenmessteil 3 oder dergleichen berücksich­ tigt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Messwertkorrektur bei Temperaturmessun­ gen an einem strömenden Medium (4), wobei eine in etwa der Temperatur des Mediums (4) entsprechende Temperatur mit­ tels eines im Bereich des Mediums (4) angeordneten, einen Temperatursensor (5) aufweisenden Temperaturfühler (2) gemessen wird und zusätzlich die Temperaturverteilung in dem Temperaturfühler (2) erfasst und die tatsächliche Me­ diumstemperatur extrapoliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Temperaturverteilung in dem Tempe­ raturfühler (2) eine Vergleichstemperatur mittels wenig­ stens eines in einem definierten Abstand von dem ersten Temperatursensor (5) angeordneten zusätzlichen Tempera­ tursensors gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Temperaturverteilung in dem Tempe­ raturfühler (2) der Temperaturabfall in der Umgebung des Temperatursensors (5) mittels zumindest einer Anordnung von Thermoelementen gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messwertkorrektur auch der von einem Volumenmessteil (3) ermittelte Durchfluss des Mediums (4) berücksichtigt wird.

5. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 4 bei der Wärmemengenzählung.

6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei der Wärmemengenzählung zur Heizkostenverteilung.

7. Vorrichtung (1) zur Messwertkorrektur bei Temperatur­ messungen an einem strömenden Medium (4), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein im Bereich des Mediums (4) angeordneter, einen Temperatursensor (5) aufweisender Temperaturfühler (2) vorgesehen ist und zusätzlich eine Einrichtung zur Erfassung der Temperaturverteilung in dem Temperaturfühler (2) sowie eine mit dem Temperatursensor (5) und der Einrichtung zur Erfassung der Temperaturverteilung verbun­ dene Auswerteeinheit vorgesehen ist.

8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass die Einrichtung zur Erfassung der Temperaturver­ teilung in dem Temperaturfühler (2) wenigstens ein in einem definierten Abstand von dem ersten Temperatursensor (5) angeordneter zusätzlicher Temperatursensor ist.

9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, dass die Einrichtung zur Erfassung der Temperaturver­ teilung in dem Temperaturfühler (2) zumindest eine Anord­ nung von Thermoelementen ist.

10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, dass ein Volumenmessteil (3) zur Er­ mittlung des Durchflusses des Mediums (4) vorgesehen und mit der Auswerteeinheit verbunden ist.

11. Verwendung der Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 in einem Wärmemengenzähler.

12. Verwendung der Vorrichtung (1) nach einem der Ansprü­ che 7 bis 10 in einem Wärmemengenzähler zur Heizkosten­ verteilung.