DE102005057687A1 - Device for determining and / or monitoring the mass flow rate of a fluid medium - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Massedurchflusses eines fluiden Mediums durch eine Rohrleitung (2) bzw. durch ein Messrohr mit zumindest zwei Temperatursensoren (11, 12) und einer Regel-/Auswerteeinheit (10), wobei die beiden Temperatursensoren (11, 12) in einem dem Medium (3) zugewandten Bereich eines Gehäuses (5) angeordnet und in thermischem Kontakt mit dem durch die Rohrleitung (2) bzw. durch das Messrohr strömende Medium (3) sind, wobei ein erster Temperatursensor (11) und ein zweiter Temperatursensor (12) beheizbar ausgestaltet sind, wobei der erste Temperatursensor (11) und der zweite Temperatursensor (12) alternierend als passiver, nicht beheizter Temperatursensor, der während eines ersten Messintervalls Information über die aktuelle Temperatur des Mediums (3) bereitstellt, und als aktiver, beheizter Temperatursensor, der während eines zweiten Messintervalls Information über den Massedurchfluss des Mediums (3) durch die Rohrleitung (2) bzw. durch das Messrohr (2) bereitstellt, ansteuerbar sind, und wobei die Regel-/Auswerteeinheit (10) eine Meldung ausgibt und/oder eine Korrektur des ermittelten Massedurchflusses vornimmt, wenn die während des ersten Messintervalls und des zweiten Messintervalls bereitgestellten korrespondierenden Messwerte der beiden Temperatursensoren (11, 12) voneinander abweichen.The invention relates to a device for determining and / or monitoring the mass flow of a fluid medium through a pipeline (2) or through a measuring tube with at least two temperature sensors (11, 12) and a control / evaluation unit (10), the two temperature sensors (11, 12) are arranged in a region of a housing (5) facing the medium (3) and are in thermal contact with the medium (3) flowing through the pipeline (2) or through the measuring tube, a first temperature sensor (11 ) and a second temperature sensor (12) are heatable, the first temperature sensor (11) and the second temperature sensor (12) alternately as a passive, non-heated temperature sensor, which provides information about the current temperature of the medium (3) during a first measurement interval , and as an active, heated temperature sensor, which provides information about the mass flow of the medium (3) through the pipeline during a second measurement interval g (2) or provided by the measuring tube (2), can be controlled, and the control / evaluation unit (10) issues a message and / or corrects the determined mass flow rate if the during the first measuring interval and the second measuring interval provided corresponding measured values of the two temperature sensors (11, 12) differ from each other.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische bzw. kalorimetrische Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Massedurchflusses eines durch eine Rohrleitung oder durch ein Messrohr strömenden Mediums. Bei dem Medium handelt es sich um ein fließfähiges Medium, insbesondere um ein flüssiges, ein dampfförmiges oder ein gasförmiges Medium.The The invention relates to a thermal or calorimetric Device for determining and / or monitoring the mass flow a flowing through a pipe or through a measuring tube medium. The medium is a flowable medium, in particular a liquid, a vaporous one or a gaseous one Medium.
Herkömmliche thermische oder kalorimetrische Durchflussmessgeräte verwenden üblicherweise zwei möglichst gleichartig ausgestaltete Temperatursensoren. Für industrielle Anwendung sind die beiden Temperatursensoren in ein Messrohr eingebaut, das von dem zu messenden Medium durchströmt wird. Einer der beiden Temperatursensoren ist ein sog. passiver Temperatursensor; er erfasst die aktuelle Temperatur des Mediums. Bei dem zweiten Temperatursensor handelt es sich um einen sog. aktiven Temperatursensor, der üblicherweise über eine Heizeinheit beheizt wird. Als Heizeinheit ist entweder eine zusätzliche Widerstandsheizung vorgesehen, oder bei dem Temperatursensor selbst handelt es sich um ein Widerstandselement, z.B. um einen RTD (Resistance Temperature Detector) Temperatursensor, der über die Umsetzung einer ihm zugeführten elektrischen Leistung, z.B. infolge eines erhöhten Meßstroms, erwärmt wird.conventional Thermal or calorimetric flowmeters typically use two possible similarly designed temperature sensors. For industrial application are the two temperature sensors are installed in a measuring tube, which from flows through the medium to be measured. One of the two temperature sensors is a so-called passive temperature sensor; it records the current temperature of the medium. At the second Temperature sensor is a so-called active temperature sensor, which usually has one Heating unit is heated. As a heating unit is either an additional Resistance heating provided, or the temperature sensor itself it is a resistance element, e.g. around an RTD (Resistance Temperature Detector) temperature sensor, which is about the implementation of a him supplied electrical Power, e.g. due to an increased measuring current, heated becomes.
Üblicherweise wird der beheizbare Temperatursensor so beheizt, dass sich eine feste Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren einstellt. Alternativ ist es darüber hinaus bekannt geworden, über eine Regel-/Steuereinheit eine zeitkonstante Heizleistung einzuspeisen und die entsprechende Temperaturänderung als Maß für den Massedurchfluss heranzuziehen.Usually the heated temperature sensor is heated so that a fixed temperature difference between the two temperature sensors established. Alternatively it is about it become known beyond a control / control unit to feed a constant time heating power and the corresponding temperature change as a measure of the mass flow consulted.
Ist in dem Messrohr keine Strömung vorhanden, so erfolgt die Ableitung der Wärme von dem beheizten Temperatursensor über Wärmeleitung, Wärmestrahlung und ggf. auch freie Konvektion innerhalb des Mediums. Ist das zu messende Medium in Bewegung, kommt eine zusätzliche Abkühlung des beheizten Temperatursensors durch das vorbeiströmende kältere Medium hinzu. Durch das vorbeiströmende Messmedium tritt hier zusätzlich ein Wärmetransport infolge einer erzwungenen Konvektion auf. Um unter diesen Umständen die feste Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren aufrecht zu erhalten, ist folglich eine höhere Heizleistung für den beheizten Temperatursensor erforderlich. Im Falle der Einspeisung einer zeitkonstanten Heizleistung verringert sich infolge des Durchflusses des Messmediums die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren.If there is no flow in the measuring tube, the heat is dissipated by the heated temperature sensor via heat conduction, thermal radiation and possibly also free convection within the medium. If the medium to be measured is in motion, an additional cooling of the heated temperature sensor is added by the colder medium flowing past. Due to the measuring medium flowing past, heat transport due to forced convection also occurs here. Consequently, to maintain the fixed temperature difference between the two temperature sensors under these circumstances is a higher one Heating power required for the heated temperature sensor. In the case of feeding in a time-constant heating power, the temperature difference between the two temperature sensors decreases as a result of the flow of the measuring medium.
Es besteht ein funktionaler Zusammenhang zwischen der zum Beheizen des Temperatursensors notwendigen Heizleistung und dem Massedurchfluss des Mediums durch eine Rohrleitung bzw. durch das Messrohr. Parameter sind die thermophysikalischen Eigenschaften des Mediums selbst und der im Medium herrschende Druck. Sind die entsprechenden vom Durchfluss abhängigen Kennlinien für diese Parameter erstellt bzw. sind die entsprechenden Parameter in den Funktionsgleichungen bekannt, lässt sich der Massedurchfluss des Mediums mit hoher Genauigkeit bestimmen. Thermische Messgeräte, die auf dem zuvor beschriebenen Prinzip beruhen, werden von Endress+Hauser unter der Bezeichnung 't-mass' angeboten und vertrieben. Die Einbauposition des Durchflussmessgeräts in die Rohrleitung ist stets so zu wählen, dass gewährleistet ist, dass das Medium mit den Temperatursensoren in stetigem thermischem Kontakt ist.It There is a functional relationship between the one to heat the temperature sensor necessary heating power and the mass flow of the Medium through a pipe or through the measuring tube. parameter are the thermophysical properties of the medium itself and the pressure prevailing in the medium. Are the corresponding from the flow dependent Characteristics for these parameters create or are the corresponding parameters known in the functional equations, the mass flow can be Determine the medium with high accuracy. Thermal measuring devices, the based on the previously described principle, are used by Endress + Hauser offered and sold under the name 't-mass'. The installation position of the flowmeter in the pipeline is always so to choose that guaranteed is that the medium with the temperature sensors in steady thermal Contact is.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermisches Massedurchflussmessgerät mit Diagnosefunktionen vorzuschlagen. Das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät soll also neben dem eigentlichen Messwert, sprich dem Massedurchfluss, auch Information über eine Fehlfunktion in einer System- und/oder Prozessgröße bereitstellen. Bei der fehlerhaften System- und/oder Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um eine Ablagerung oder ein Kondensat an zumindest einem Temperatursensor, um einen Defekt an dem Messgerät oder um ein Strömungs- oder Temperaturprofil, das die Messgenauigkeit des Durchflussmessgeräts negativ beeinflusst.Of the Invention is based on the object, a thermal mass flowmeter with diagnostic functions propose. The flowmeter according to the invention should therefore in addition to the actual measured value, that is the mass flow, too information about provide a malfunction in a system and / or process size. At the faulty It is system and / or process size For example, a deposit or condensate at least a temperature sensor to detect a defect on the meter or a flow or temperature profile, which is the measuring accuracy of the flowmeter negative affected.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die beiden Temperatursensoren in einem dem Medium zugewandten Bereich eines Gehäuses angeordnet und in thermischem Kontakt mit dem durch die Rohrleitung bzw. durch das Messrohr strömende Medium sind, dass ein erster Temperatursensor und ein zweiter Temperatursensor beheizbar ausgestaltet sind, wobei der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor alternierend als passiver, nicht beheizter Temperatursensor, der während eines ersten Messintervalls Information über die aktuelle Temperatur des Mediums bereitstellt, und als aktiver, beheizter Temperatursensor, der während eines zweiten Messintervalls Information über den Massedurchfluss des Mediums durch die Rohrleitung bzw. durch das Messrohr bereitstellt, ansteuerbar sind. Weiterhin ist eine Regel-/Auswerteeinheit vorgesehen, die eine Meldung ausgibt und/oder eine Korrektur des ermittelten Massedurchflusses vornimmt, wenn die während des ersten Messintervalls und des zweiten Messintervalls bereitgestellten korrespondierenden Messwerte der beiden Temperatursensoren voneinander abweichen. Wie bereits zuvor erwähnt, handelt es sich bei dem fließfähigen Medium um ein flüssiges, um ein gasförmiges oder ein dampfförmiges Medium.The Task is solved by that the two temperature sensors facing in a medium Area of a housing arranged and in thermal contact with the through the pipeline or flowing through the measuring tube Medium are that a first temperature sensor and a second temperature sensor are designed to be heated, wherein the first temperature sensor and the second temperature sensor alternating as passive, not heated Temperature sensor during the a first measurement interval Information about the current temperature of the medium, and as an active, heated temperature sensor, while a second measuring interval information about the mass flow of the Provides medium through the pipeline or through the measuring tube, are controllable. Furthermore, a control / evaluation unit is provided, which outputs a message and / or a correction of the determined Mass flow takes place when during the first measurement interval and the second measurement interval provided corresponding measured values the two temperature sensors differ from each other. As already previously mentioned, it is the flowable medium a liquid, around a gaseous or a vaporous one Medium.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Regel-/Auswerteeinheit während des zweiten Messintervalls den Massedurchfluss anhand der zwischen den zwei Temperatursensoren herrschenden Temperaturdifferenz bei Zufuhr einer definierten Heizleistung und/oder anhand der dem jeweils beheizten Temperatursensor zugeführten Heizleistung zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturdifferenz bestimmt.According to one advantageous development of the device according to the invention is provided that the control / evaluation unit during the second measurement interval, the mass flow on the basis of between the two temperature sensors prevailing temperature difference Supply of a defined heat output and / or on the basis of each heated temperature sensor supplied Heating power to maintain a constant temperature difference certainly.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Regel-/Auswerteeinheit eine Kompensation des Massedurchflusses vornimmt, wenn die während der beiden Messintervalle von den passiven Temperatursensoren ermittelten Temperaturwerte voneinander abweichen. Infolge der Kompensation wird eine höhere Messgenauigkeit bei der Bestimmung des Massedurchflusses des Mediums durch die Rohrleitung bzw. durch das Messrohr erreicht. Um einerseits einen ungestörten Betrieb des Massedurchflussmessgeräts sicherzustellen, und um andererseits dafür Sorge zu tragen, dass ein tolerierbarer Messfehler nicht überschritten wird, gibt die Regel-/Auswerteeinheit eine Fehlermeldung aus, wenn die Abweichung des während des ersten Messintervalls und während des zweiten Messintervalls ermittelten Massedurchflusses außerhalb eines vorgegebenen Toleranzwerts liegt.Farther It is proposed that the control / evaluation unit is a compensation of the mass flow, if the during the two measuring intervals temperature values determined by the passive temperature sensors differ from each other. As a result of the compensation, a higher measurement accuracy in determining the mass flow of the medium through the pipeline or reached through the measuring tube. On the one hand an undisturbed operation of the mass flowmeter on the other hand, to ensure that a Tolerable measurement error not exceeded the control / evaluation unit issues an error message if the deviation of during the first measurement interval and during the second measurement interval determined outside mass flow a predetermined tolerance value is.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die beiden Temperatursensoren unterschiedlich dimensioniert und/oder ausgestaltet sind. Insbesondere ist im Zusammenhang mit dieser Ausgestaltung vorgesehen, dass die Regel-(Auswerteeinheit eine Fehlermeldung 'unzulässige Belagsbildung' ausgibt, wenn eine außerhalb des vorgegebenen Toleranzwerts liegende Abweichung in den Temperaturmesswerten und/oder in den Massedurchflusswerten der beiden Temperatursensoren auftritt.A advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the two temperature sensors have different dimensions and / or configured. In particular, is related to this embodiment provided that the control (evaluation will issue an 'improper fouling' error message if a outside the deviation of the predetermined tolerance value in the temperature measured values and / or occurs in the mass flow values of the two temperature sensors.
Im Falle von gasförmigen oder dampfförmigen Medien tritt u.U. das Problem auf, dass Medium an den Temperatursensoren auskondensiert. Hierdurch wird die Messung fehlerhaft oder auch gänzlich unmöglich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher vorgesehen, dass im Falle eines gas- oder dampfförmigen Mediums die Regel-/Auswerte-einheit dem ersten Temperatursensor eine erste Wärmemenge und dem zweiten Temperatursensor eine zweite Heizleistung zuführt, wobei die den Temperatursensoren zugeführten Heizleistungen so bemessen sind, dass die Temperatur des ersten Temperatursensors und die Temperatur des zweiten Temperatursensors über dem Taupunkt des in der Rohrleitung bzw. in dem Messrohr strömenden Mediums liegen. Wiederum wird anhand der zwischen den beiden Temperatursensoren auftretenden Temperaturdifferenz der Massedurchfluss des Mediums durch das Messrohr bzw. durch die Rohrleitung bestimmt.in the Trap of gaseous or vaporous Media may occur. the problem on that medium at the temperature sensors condensed out. As a result, the measurement is incorrect or too completely impossible. According to one preferred embodiment the device according to the invention It is therefore envisaged that in the case of a gaseous or vaporous medium the control / evaluation unit the first temperature sensor a first Amount of heat and the second temperature sensor supplies a second heating power, wherein which fed to the temperature sensors Heating capacities are such that the temperature of the first Temperature sensor and the temperature of the second temperature sensor above the Dew point of the medium flowing in the pipeline or in the measuring tube lie. Again, based on the between the two temperature sensors occurring temperature difference of the mass flow of the medium determined by the measuring tube or by the pipeline.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass im Falle eines gas- oder dampfförmigen Mediums die Regel-/Auswerteeinheit dem ersten Temperatursensor eine erste Heizleistung und dem zweiten Temperatursensor eine zweite Heizleistung oder mehrere unterschiedliche Heizleistungen zuführt, dass die Regel-/Auswerteeinheit anhand der entsprechenden unterschiedlichen Temperaturwerte und zugeführten Heizleistungen die entsprechenden Massedurchflusswerte und Temperaturmesswerte errechnet, wobei die Regel-/Auswerteeinheit bei Abweichungen in den errechneten Massedurchflusswerten die Fehlermeldung ausgibt, dass sich Kondensat an einem der beiden Temperatursensoren gebildet hat. Insbesondere ist gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Regel-/Auswerteeinheit aus den unterschiedlichen, nach der o.g. Vorgehensweise errechneten Massedurchflusswerten unter Einbeziehung der Art des Mediums einen mit hoher Wahrscheinlichkeit korrekten Wert für den Massendurchfluss auswählt und/oder bestimmt.According to one alternative embodiment is proposed that in the case of gaseous or vaporous Medium the control / evaluation unit the first temperature sensor a first heating power and the second temperature sensor, a second heating power or several different heating supplies that the control / evaluation unit based on the corresponding different temperature values and supplied Heat outputs the corresponding mass flow and temperature readings calculated, with the control / evaluation unit in case of deviations in outputs the error message to the calculated mass flow values, that condensate formed on one of the two temperature sensors Has. In particular, according to one embodiment provided the device according to the invention, that the control / evaluation unit from the different, after the o.g. Procedure calculated mass flow values under Incorporating the type of medium one with high probability correct value for selects the mass flow and / or determined.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:The The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
Die
Temperaturmesseinrichtung, die wesentlicher Teil des Durchflusssensors
Erfindungsgemäß handelt
es sich bei den beiden Temperatursensoren
Erfindungsgemäß ist weiterhin
vorgesehen, dass mittels der quasi redundanten Bestimmung der Temperatur
und des Massedurchflusses über
die beiden alternierend passiv und aktiv betriebenen Temperatursensoren
In
Bei
Programmpunkt
In
Unter
dem Programmpunkt
Ist
die gemessene Temperaturdifferenz ΔT kleiner als die maximal zulässige Temperaturdifferenz ΔTmax, wird die dem Temperatursensor
In
Das
Programm startet unter dem Programmpunkt
Ist
die unter Punkt
In
Unter
den Programmpunkten
Wie
bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, lässt sich Information über eine
mögliche
Kondensat- oder Belagsbildung an einem oder mehreren der Temperatursensoren
- 11
- Thermisches Durchflussmessgerätthermal Flowmeter
- 22
- Rohrleitung/MessrohrPipeline / measuring tube
- 33
- Messmediummeasuring medium
- 44
- StutzenSupport
- 55
- Gehäusecasing
- 66
- Sensorsensor
- 77
- Umformerconverter
- 88th
- Verbindungsleitungconnecting line
- 99
- Gewindethread
- 1010
- Regel-/AuswerteeinheitControl / evaluation unit
- 1111
- Erster Temperatursensorfirst temperature sensor
- 1212
- Zweiter Temperatursensorsecond temperature sensor
- 1313
- Heizeinheitheating unit
- 1414
- Steuerungcontrol
- 1515
- Temperaturmessungtemperature measurement
Claims (10)
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