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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des
Durchflusses eines Messmediums durch eine Rohrleitung bzw. durch
ein Messrohr. Bei dem Messmedium handelt es sich um ein fließfähiges
Medium, insbesondere um ein flüssiges, ein dampf- oder
gasförmiges Medium.
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Beispiele
für derartige, einer fachlich qualifizierten Person an
und für sich bekannte Durchflussmessgeräte sind
in der
WO 2006/058863
A1 und in dem Durchflusshandbuch der
Endress +
Hauser Flowtec AG, 4. Auflage von 2003, auf den Seiten 57 bis 75 detailliert
beschrieben. Die
WO
2006/058863 A1 beschreibt thermische Durchflussmessgeräte
wie folgt.
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Herkömmliche
thermische Durchflussmessgeräte verwenden meist zwei möglichst
gleichartig ausgestaltete Temperatursensoren. Für industrielle Anwendung
sind beide Temperatursensoren üblicherweise in ein Messrohr
eingebaut, in dem der Durchfluss eines Messmediums gemessen wird.
Einer der beiden Temperatursensoren ist ein sog. passiver Temperatursensor;
er erfasst die aktuelle Temperatur des Messmediums. Bei dem zweiten
Temperatursensor handelt es sich um einen sog. aktiven Temperatursensor,
der 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 Device)Sensor, der durch
Umsetzung einer elektrischen Leistung (z. B. durch erhöhten Messstrom)
erwärmt wird. Entsprechende Temperatursensoren werden beispielsweise
von der Firma Honeywell angeboten und vertrieben.
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Üblicherweise
wird in einem thermischen Durchflussmessgerät der beheizbare
Temperatursensor so beheizt, dass sich eine feste Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Temperatursensoren einstellt. Alternativ ist
es auch bekannt geworden, über eine Regel-/Steuereinheit
eine zeitkonstante Heizleistung einzuspeisen.
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Tritt
in dem Messrohr kein Durchfluss auf, so erfolgt die Ableitung der
Wärme von dem beheizten Temperatursensor über
Wärmeleitung, Wärmestrahlung und ggf. auch freie
Konvektion innerhalb des Messmediums. 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.
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Es
besteht ein funktionaler Zusammenhang zwischen der zum Beheizen
des Temperatursensors notwendigen Heizenergie und dem Durchfluss,
insbesondere dem Massedurchfluss eines vorgegebenen Messmediums
durch eine Rohrleitung bzw. durch das Messrohr. Parameter sind – wie
bereits angedeutet – die thermophysikalischen Eigenschaften des
Messmediums selbst und der im Messmedium 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 Messmediums exakt bestimmen. Thermische
Durchflussmessgeräte, die auf dem zuvor beschriebenen Prinzip
beruhen, werden von Endress + Hauser unter der Bezeichnung 't-mass'
angeboten und vertrieben.
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Üblicherweise
sind die beiden Temperatursensoren stiftförmig bzw. gerade
und parallel zueinander angeordnet. Dabei haben die Anordnung der Temperatursensoren
bezüglich der Strömungsrichtung des Messmediums
und das Messmedium selbst unter Umständen einen relativ
großen Einfluss auf das Messergebnis. Die Einbauposition
des Durchflussmessgeräts in die Rohrleitung ist üblicherweise so
gewählt, dass gewährleistet ist, dass das Messmedium
mit den Temperatursensoren in stetigem thermischem Kontakt ist.
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Thermische
Durchflussmessgeräte messen üblicherweise den
Massenstrom des Messmediums in der Rohrleitung bzw. in dem Messrohr.
Ihre Messgenauigkeit nimmt mit steigender Fließgeschwindigkeit
des Messmediums ab. Somit sind thermische Durchflussmessgeräte
nur bedingt geeignet, den Durchfluss eines Messmediums durch eine
Rohrleitung bzw. durch ein Messrohr bei hohen Fließgeschwindigkeiten
des Messmediums hinreichend genau zu messen.
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Wirk-
bzw. Differenzdruckmessgeräte weisen nach dem Endress
+ Hauser Durchflusshandbuch, 4. Auflage von 2003, S. 57-75,
im Allgemeinen zwei Arten von Wirkdruckgebern auf, Staudrucksonden
und Drosselgeräte. Gemeinsam ist ihnen die Ausnützung
von Druckdifferenzen, die an Verengungen des Rohrquerschnitts einer
Rohrleitung bzw. eines Messrohrs auftreten und die in einem bestimmten
Verhältnis zur Fließgeschwindigkeit bzw. zum Durchfluss
stehen. Üblicherweise wird dazu an mindestens zwei Messstellen
der Druck des Messmediums auf einen Druckaufnehmer bestimmt. Dabei kann
die erste Messstelle als eine Gesamtdruckmessstelle ausgebildet
sein, die sowohl den statischen, als auch den dynamischen Druck
erfassen kann.
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Wirk-
bzw. Differenzdruckmessgeräte messen üblicherweise
den Volumenstrom des Messmediums in der Rohrleitung bzw. in dem
Messrohr. Ihre Messgenauigkeit nimmt mit steigender Fließgeschwindigkeit
des Messmediums zu. Somit sind Wirk- bzw. Differenzdruckmessgeräte
nur bedingt geeignet, den Durchfluss eines Messmediums durch eine
Rohrleitung bzw. durch ein Messrohr bei niedrigen Fließgeschwindigkeiten
des Messmediums hinreichend genau zu messen.
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Die
WO 01/20282 A1 zeigt
ein Differenzdruckmessgerät mit einer Blende zur Querschnittsverengung
der Rohrleitung und einem passiven Temperatursensor zur Messung
der aktuellen Temperatur des Messmediums. Der Temperatursensor kann
dabei in die Blende integriert sein oder er befindet sich in unmittelbarer
Nähe zur Blende. Die Messung der Temperatur des Messmediums
ermöglicht die Berechnung einer Dichte und mit dem gemessenen
Volumenstrom des Messmediums zusammen die Berechnung des Massenstroms
des Messmediums. Eine separate Messung des Massenstroms des Messmediums
wird nicht durchgeführt. Der Messbereich entspricht dem
eines gewöhnlichen Differenzdruckmessgeräts.
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Weiterhin
beschreibt die
US 4604902 ein Verfahren,
den Durchfluss eines Zweikomponentenmediums mittels der Kombination
aus Differenzdruckmessung und Temperaturdifferenzmessung zu bestimmen.
Dadurch lassen sich bestimmte Eigenschaften der Stoffe oder deren
Mischverhältnis bestimmen. Verschiedene Phasen müssen
dafür nicht getrennt werden. Es wird eine Vorrichtung vorgeschlagen,
die den Differenzdruck an einer Querschnittsverengung des Strömungspfades
misst und die eine Temperaturdifferenz des Messmediums vor und nach
einem Heizelement bestimmt und die gemessene Druck- und Temperaturdifferenz
in einer Auswerteeinheit für die Bestimmung der genannten Größen
verarbeitet. Beide Messprinzipien arbeiten gleichzeitig, wodurch
der Messbereich dem Messbereich eines gewöhnlichen Differenzdruckmessgeräts entspricht.
Darüber hinaus wird zur Temperaturdifferenzmessung ein
Heizelement zur Aufheizung des Messmediums vorgeschlagen und Temperatursensoren,
die in Strömungsrichtung vor und hinter dem Heizelement
angebracht sind. Für diese Technik, eine Temperaturdifferenz
zur Messung eines Durchflusses herzustellen und zu messen, bedarf
es bei großen Rohrdurchmessern eines entsprechend großen
Bauraums. Nahe der Querschnittsverengung kann es zu Strömungseffekten
kommen, welche die Messgenauigkeit dieser Art der Temperaturdifferenzmessung
beeinträchtigen können. Abhilfe würde
ein ausreichender Abstand von Querschnittsverengung zu Temperaturdifferenzmessung
schaffen, wodurch sich der Bauraum abermals vergrößern
würde. Angaben zu den Positionen der Messvorrichtungen
zueinander wurden keine gemacht.
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In
der
GB 2212277 A ist
eine Kombination von Volumen- und Massenstrommessung für
Gase beschrieben. Beide Verfahren sind bezüglich ihres Messbereichs
des Durchflusses des Messmediums beschränkt. Die vorgeschlagene
Kombination aus Vortex-Wirbel-Strömungsmesser und thermischer Massendurchflussmessung
erweitert den Messbereich gegenüber dem, eines einzelnen
Messprinzips. Eine Berechnung der Dichte des Messmediums ist im Überschneidungsbereich
der beiden genannten Messprinzipien möglich. Eine Berechnung
der Dichte des Messmediums außerhalb dieses Überschneidungsbereichs,
die z. B. durch eine separate Bestimmung des Drucks des Messmediums
möglich wäre, wird nicht vorgeschlagen, womit
eine Berechnung des Massenstroms bei hohem Durchfluss aus der berechneten
Dichte aus dem Überschneidungsbereich beider Messprinzipien
und dem gemessenen Volumendurchfluss erfolgt. Weiterhin ist zur
Temperaturdifferenzmessung ein Heizelement zur Aufheizung des Messmediums
vorgeschlagen und Temperatursensoren, die in Strömungsrichtung
vor und hinter dem Heizelement angebracht sind. Wie bereits erwähnt
ist der Platzbedarf einer solchen Vorrichtung gegenüber
einer Heizeinheit, welche einem Temperatursensor zugeordnet ist,
wesentlich erhöht. Darüber hinaus ist keine Einheit
vorgesehen, welche die räumliche Anordnung der beiden Messprinzipien
zueinander und/oder die daraus resultierende gegenseitige Beeinflussung
der Messprinzipien, beispielsweise den Einfluss der verwirbelten
Strömung des Messmediums auf die thermische Massenstrommessung,
berücksichtigt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Durchflussmessgerät
mit einer hohen Messgenauigkeit über einen weiten Messbereich
vorzuschlagen.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Wirkdruck bzw. ein
Differenzdruck des Messmediums an einer Querschnittsverengung der
Rohrleitung bzw. des Messrohrs bestimmt und/oder überwacht wird
und mindestens zwei Temperatursensoren in einem dem Messmedium zugewandten
Bereich einer Rohrleitung bzw. eines Messrohrs angeordnet und in thermischem
Kontakt mit dem durch die Rohrleitung bzw. durch das Messrohr strömenden
Messmedium sind, wobei mindestens ein erster Temperatursensor beheizbar
ausgestaltet ist, wobei mindestens ein zweiter Temperatursensor
Information über die aktuelle Temperatur des Messmediums
bereitstellt und wobei eine Regel-/Auswerteeinheit anhand der Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Temperatursensoren und/oder anhand der dem ersten
Temperatursensor zugeführten Heizleistung und/oder anhand des
Wirkdrucks bzw. anhand des Differenzdrucks bzw. anhand eines diesen
Differenzdruck bzw. Wirkdruck repräsentierenden Signals
den Durchfluss des Messmediums durch die Rohrleitung bzw. durch
das Messrohr ermittelt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
könnte als thermische Massenstromblende bezeichnet werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist der Abstand der Temperatursensoren zu der Wirk-
bzw. Differenzdruckmessung so bemessen, dass eine Übertragung von
thermischer Energie vom beheizten Temperatursensor auf die Vorrichtung
zur Differenzdruckmessung und von mechanischer Energie über
die Karman'sche Wirbelstrasse, die entweder durch die Temperatursensoren
hervorgerufen ist oder durch die Querschnittsverengung hervorgerufen
ist, auf die in Strömungsrichtung nachfolgende Messvorrichtung,
also entweder auf die Vorrichtung zur Differenzdruckmessung oder
auf die Temperatursensoren, näherungsweise Null ist.
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Eine
additive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
schlägt vor, dass der Abstand zwischen den Temperatursensoren
so bemessen ist, dass eine Übertragung von thermischer
Energie von einem beheizten Temperatursensor auf einen unbeheizten
Temperatursensor, der die Temperatur des Mediums misst, näherungsweise
Null ist.
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Wie
bereits erwähnt, ist entweder mindestens eine Heizeinheit
vorgesehen, die dem mindestens einen beheizten Temperatursensor
zugeordnet ist, oder bei dem ersten und/oder bei dem mindestens
einen weiteren Temperatursensor handelt es sich um RTD-Sensor, also
um einen Resistance Temperature Device.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung schlägt vor, die mindestens zwei Temperatursensoren
in einem Bereich der Rohrleitung bzw. des Messrohrs nach der Querschnittsverengung
anzuordnen, wo das Strömungsprofil des Messmediums eine
an der Rohrwand anliegende Grenzschicht konstanter Dicke aufweist.
Einer Störung der thermischen Massenstrommessung durch
Strömungseffekte, welche durch die Querschnittsverengung
hervorgerufenen werden und gesondert berücksichtigt werden
müssten, wird somit vorgebeugt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung schlägt vor, die mindestens zwei Temperatursensoren
in einem Bereich der Rohrleitung bzw. des Messrohrs vor der Querschnittsverengung
anzuordnen, wo das Strömungsprofil des Messmediums eine
an der Rohrwand anliegende Grenzschicht konstanter Dicke aufweist
und somit die in unmittelbarer Nähe zur Querschnittsverengung
auftretenden Strömungseffekte, welche die thermische Durchflussmessung
beeinflussen können, nicht gesondert berücksichtigt
werden müssen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung wird vorgeschlagen, die mindestens zwei Temperatursensoren
in einem Bereich der Rohrleitung bzw. des Messrohrs vor der Querschnittsverengung
so anzuordnen, dass eine Störung der Strömung
des Messmediums bzw. der Anströmung der Querschnittsverengung
durch die mindestens zwei Temperatursensoren näherungsweise
Null ist und somit der Einfluss auf die Messung des Wirk- bzw. des
Differenzdrucks näherungsweise Null ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sieht vor, die mindestens zwei Temperatursensoren in
der durch die Querschnittsverengung beschleunigten Strömung anzubringen.
Dies kann unmittelbar vor der Querschnittsverengung, nach der Querschnittsverengung oder
in der Querschnittsverengung selbst der Fall sein. Die beschleunigte
Strömung führt zu einem steileren Anstieg der
Messgröße der thermischen Durchflussvorrichtung
im Vergleich zur unbeschleunigten Strömung. Im Bereich
kleiner Strömungsgeschwindigkeiten, also insbesondere bei
Strömungsgeschwindigkeiten kleiner als 1 m/s, tritt neben
der erzwungenen Konvektion vermehrt ein Wärmeübergang
durch freie Konvektion zwischen den mindestens zwei Temperatursensoren
auf. Eine Beschleunigung der Strömung wirkt diesem Effekt
entgegen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sieht vor, dass die Querschnittsverengung ein austauschbarer
Körper ist, insbesondere eine Blende.
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Eine
sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist darin zu sehen, dass die mindestens zwei Temperatursensoren
in die Blende integriert sind oder an der Blende angebracht sind,
insbesondere auf der Seite der Blende, die der Strömung
des Messmediums zugewandt ist. Somit ist kein zusätzlicher
Bauraum für die Temperatursensoren notwendig. Die Installation
ist einfach und kostengünstig. Eine gesonderte Kalibrierung
der thermischen Durchflussmessvorrichtung nach Installation ist
nicht notwendig. Ebenfalls ist die Wartung einfach und kostengünstig
durchzuführen. Die Strömung des Messmediums wird
nicht durch eine weitere Vorrichtung in der Rohrleitung bzw. im
Messrohr beeinflusst.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung besteht darin, dass das Verfahren zur Auswertung der
Messsignale über den gesamten Messbereich und das Verfahren
zur Selbstkalibrierung in einer einzigen Auswerteeinheit stattfindet.
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Eine
ergänzende Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist, dass das Verhältnis von Blendendurchmesser
d zu Rohrleitungs- bzw. Messrohrdurchmesser D größer
ist als üblicherweise, also beispielsweise d/D = 0,9 statt üblicherweise 0,6
bis 0,7, womit ein geringerer Druckverlust im Messmedium einhergeht.
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Eine
Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht
darin, dass zu einer bereits vorhandenen Differenzdruckmessvorrichtung
eine thermische Durchflussmessvorrichtung installiert wird, insbesondere
eine vorhandene Blende mit der Blende mit den integrierten mindestens
zwei Temperatursensoren ausgetauscht wird, und Signale der vorhandenen
Differenzdruckmessvorrichtung der Auswerteeinheit der thermischen
Durchflussmessvorrichtung zugeführt werden.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigt
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1 mehrere
Ausführungsbeispiele einer Anordnung von einem thermischen
Durchflussmessgerät zu einer Querschnittsverengung durch
eine Blende in einer Rohrleitung,
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2 ein
thermisches Durchflussmessgerät, welches in Strömungsrichtung
nach einer Blende angeordnet ist, in der Draufsicht,
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung eines thermischen
Durchflussmessgeräts zu einer Querschnittsverengung durch
eine Blende in einer Rohrleitung, in dem die Temperatursensoren
an der angeströmten Seite der Blende angebracht sind,
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4 zwei
Temperatursensoren auf einer Durchmesserlinie auf der angeströmten
Seite einer Blende,
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5 zwei
Temperatursensoren auf versetzt zu einer Durchmesserlinie auf der
angeströmten Seite einer Blende,
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6 ein
Diagramm einer thermischen Durchflussmessung,
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7 ein
Diagramm einer Wirk- bzw. Differenzdruckmessung,
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8 das
Zusammengesetzte Messsignal aus thermischer Durchflussmessung und
Wirk- bzw. Differenzdruckmessung.
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Das
Messsystem 1 wird in 1 aus einer Rohrleitung 3,
dem in Strömungsrichtung 2 strömendem
Messmedium, einer Blende 4 als Querschnittsverengung, zwei
Druckmessstellen 6, 7 und einem thermischen Durchflussmessgerät 9, 9', 9'' bestehend
gezeigt. Die Blende 4 mit der Blendenöffnung 5, welche
zur Querschnittsverengung in einer Rohrleitung 3 installiert
ist, ist stellvertretend für andere querschnittsverengende
Formen dargestellt. Zwei Messstellen zur Bestimmung eines Wirk-
bzw. Differenzdrucks sind als Radialbohrungen 6, 7 in
Strömungsrichtung vor und nach der Blende stellvertretend
für alle weiteren üblichen Ausprägungen
einer Wirk- bzw. Differenzdruckabnahme dargestellt. Mit mindestens
einer der Radialbohrungen 6, 7 steht ein erster
bzw. ein zweiter Drucksensor in Wirkverbindung. Da hierfür
verschiedene Möglichkeiten üblich sind, sind die
Drucksensoren nicht gezeichnet. Es sind auch weiterhin viele Möglichkeiten
bekannt, eine Blende oder eine andere Querschnittsverengung in einer
Rohrleitung anzubringen, weshalb hier auf weitere Darstellungen
ebenfalls verzichtet wurde. Gleichermaßen wurde auf die
Darstellung verschiedener herkömmlicher Einbauarten von
thermischen Durchflussmessgeräten und deren Kontaktierung
zu einer Auswerteeinheit verzichtet. Die Auswerteeinheit selbst
ist ebenfalls zu Gunsten einer besseren Übersichtlichkeit
nicht gezeigt. Das thermische Durchflussmessgerät 9, 9', 9'',
in 2 ist das thermische Durchflussmessgerät 9' gezeigt,
besteht aus mindestens zwei Temperatursensoren 11, 12,
welche im vorderen Bereich des thermischen Durchflussmessgeräts
platziert sind.
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1 zeigt
weiterhin verschiedene Möglichkeiten, das thermisches Durchflussmessgerät 9, 9', 9'' relativ
zur angeströmten Seite 10 der Blende 4 im Messmedium
anzubringen. In Position x sind die Temperatursensoren des thermischen
Durchflussmessgeräts 9 in Strömungsrichtung
vor der Blende 5 angebracht. Eine weitere Möglichkeit
zeigt das thermische Durchflussmessgerät 9' in
der Position x' in der beschleunigten Strömung, welche
durch die gestrichelte Linie 8 gekennzeichnet ist. Innerhalb
dieser Linie 8 liegt noch keine stabile Grenzschicht an
der Rohrleitungswand an. Erst nach der Linie 8 in Strömungsrichtung 2 ist
eine stabile Grenzschicht ausgebildet. Dort befindet sich das thermische
Durchflussmessgerät 9'' im Abstand x'' zur angeströmten
Seite 10 der Blende 4.
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2 zeigt
in der Draufsicht die angeströmte Seite 10 der
Blende 4 und das thermische Durchflussmessgerät 9'.
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In 3 ist
dagegen das thermische Durchflussmessgerät in die Blende 4 so
integriert, dass die Temperatursensoren 11', 12' auf
der angeströmten Seite 10 der Blende 4 platziert
sind. 4 zeigt die angeströmte Seite 10 der
Blende 4 in der Draufsicht. Die Temperatursensoren 11', 12' sind
auf einer Durchmesserlinie der Blende 4 angeordnet. In 5 ist
eine zur Durchmesserlinie versetzt parallele Anordnung gezeigt.
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Der
qualitative Verlauf des Messsignals eines thermischen Durchflussmessgeräts über
den Durchfluss Q ist in 6 dargestellt. Kurve 13 zeigt den
Verlauf des Messsignals bei einer herkömmlichen Anordnung
des thermischen Durchflussmessgeräts in einer Rohrleitung
bzw. in einem Messrohr. Durch den Einsatz des thermischen Durchflussmessgeräts
in Strömungsrichtung nach der Blende und in der beschleunigten
Strömung wird der Kurvenverlauf 14 erreicht, bei
sonst gleichen Bedingungen. Bei höherem Volumenstrom steigt,
bei näherungsweise unveränderter Dichte, der Massenstrom
und damit das Messsignal des thermischen Durchflussmessgeräts.
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7 zeigt
qualitativ den Verlauf das Messsignal eines Wirk- bzw. Differenzdruckmessgeräts über
den Durchfluss Q. Der Verlauf hängt insbesondere von dem
Größenverhältnis von Innendurchmesser
der Rohrleitung bzw. des Messrohrs zu Durchmesser der Öffnung
der Querschnittsverengung, hier einer Blende, ab. Kurve 15 zeigt
den Verlauf des Wirk- bzw. Differenzdrucksignals bei einer genormten Blende
mit d/D ≈ 0,6 ... 0,7. Kurve 16 zeigt das Messsignal
bei einer geringeren Querschnittsverengung von d/D ≈ 0,9.
Bei geringem Volumenstrom ist das Signal schwächer. Ein
zu verzeichnender Druckverlust durch die Querschnittsverengung ist über
den gesamten Messbereich wesentlich geringer, als bei herkömmlichen
Blenden.
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Der
qualitative Verlauf des Messsignals der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist
8 dargestellt. Bei niedrigen
Durchflössen ist das Primäre Signal zur Bestimmung
des Messsignals der erfindungsgemäßen Vorrichtung
das Messsignal der thermischen Durchflussmessvorrichtung, bei hohen Durchflössen
das Messsignal des Wirk- bzw. Differenzdruckmessvorrichtung. In
einem Übergangsbereich ist das Messsignal aus beiden Signalen
zusammengesetzt, z. B. in einfacher Weise zu
mit dem Signal der erfindungsgemäßen
Vorrichtung S, dem Signal des thermischen Durchflussmessgeräts
S
t und dem Signal des Wirk- bzw. Differenzdruckmessgeräts
S
p. Die Grenzen zum Übergangsbereich
sind, z. B. durch Grenzwerte, festgelegt, wobei diese Grenzen von
den jeweiligen Einbau- und Betriebsbedingungen abhängen
können. Massenstrom und Volumenstrom des Messmediums sind durch
M = V·ρ miteinander verknüpft. Da die
Dichte ρ über ρ = p/RT, mit dem Druck
p, der Temperatur T und der universellen Gaskonstanten R, über
den gesamten Messbereich der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zu berechnen ist, da sowohl Druck, als auch Temperatur
ständig gemessen werden, ist sowohl der Volumenstrom, als
auch der Massenstrom über den gesamten Messbereich der
erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt. Des Weiteren
gilt: u = √
2·Δp/ρ, mit
der Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums u und dem
Wirk bzw. Differenzdruck Δp. Eine gegenseitige Kalibrierung
der beiden Durchflussmessgeräte im Überschneidungs-
bzw. Übergangsbereich ist somit möglich. Allerdings
ist die Kalibrierung des Wirk- bzw. Differenzdruckmessgeräts
mit dem Signal des thermischen Durchflussmessgeräts bei
einem Durchfluss Q ≈ 0 bevorzugt. Durch das Anbringen der
thermischen Durchflussmessvorrichtung in Strömungsrichtung
nach einer Querschnittsverengung, insbesondere nach einer Blende,
mit geringerer Verengung des ansonsten vorherrschenden Innendurchmessers
des Rohrs als üblich, erhöht sich der Messbereich
der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weiter.
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- 1
- Messsystem
- 2
- Strömungsrichtung
des Messmediums
- 3
- Rohrleitung
- 4
- Blende
- 5
- Öffnung
der Blende
- 6
- Druckmessstelle
- 7
- Druckmessstelle
- 8
- Randzone
der beschleunigten Strömung
- 9
- thermisches
Durchflussmessgerät
- 10
- angeströmte
Seite der Blende
- 11
- Temperatursensor
- 12
- Temperatursensor
- 13
- Verlauf
des Messsignals eines thermischen Durchflussmessgeräts
- 14
- Verlauf
des Messsignals eines thermischen Durchflussmessgeräts
nach einer Blende
- 15
- Verlauf
des Messsignals eines Wirk- bzw. Differenzdruckmessgeräts
- 16
- Verlauf
des Messsignals eines Wirk- bzw. Differenzdruckmessgeräts
mit geringerer Querschnittsverengung als üblich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/058863
A1 [0002, 0002]
- - WO 01/20282 A1 [0011]
- - US 4604902 [0012]
- - GB 2212277 A [0013]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Endress +
Hauser Flowtec AG, 4. Auflage von 2003, auf den Seiten 57 bis 75 [0002]
- - Endress + Hauser Durchflusshandbuch, 4. Auflage von 2003,
S. 57-75 [0009]
