DE102007058133A1

DE102007058133A1 - Measuring system, in particular for flow measurement of a measuring medium flowing in a pipeline

Info

Publication number: DE102007058133A1
Application number: DE200710058133
Authority: DE
Inventors: Achim Wiest; Andreas Berger
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2009-06-04
Also published as: WO2009068692A1

Abstract

Messsystem, insbesondere zur Durchflussmessung eines in einer Rohrleitung strömenden Messmediums (4), insbesondere eines Fluids, welches Messsystem ein Messrohr (1) umfasst, welches Messrohr (1) ein Trägerrohr (2) mit mindestens einer Auskleidung (3) umfasst, welches Trägerrohr (2) einen freien Querschnitt AiT aufweist und welche mindestens eine Auskleidung (3) einen freien Querschnitt AiT aufweist, wobei Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung (3) und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs (2) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der freie Querschnitt AiA, welcher von der mindestens einen Auskleidung (3) begrenzt ist, in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr (1) strömenden Messmediums (4) so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, insbesondere aufgrund temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs (2) und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums (4) und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads (10), kleiner als die temperaturbedingten Messabweichungen sind, die im freien Querschnitt AiT des Trägerrohrs (2) des Messrohrs (1) ohne die mindestens eine Auskleidung (3) auftreten.Measuring system, in particular for flow measurement of a measuring medium (4) flowing in a pipeline, in particular a fluid, which measuring system comprises a measuring tube (1), which measuring tube (1) comprises a carrier tube (2) with at least one lining (3), which carrier tube (3) 2) has a free cross-section AiT and which at least one lining (3) has a free cross-section AiT, wherein geometries and material-specific sizes of the at least one lining (3) and geometries and material-specific sizes of the support tube (2) are matched to one another the free cross-section AiA, which is delimited by the at least one lining (3), is set as a function of a temperature T of the measuring medium (4) flowing through the measuring tube (1) in such a way that temperature-related measuring deviations, in particular due to temperature-induced changes in the geometries of the carrier tube ( 2) and / or due to temperature-dependent changes of material and / or flow proportions of the measuring medium (4) and / or due to temperature-induced changes in a signal path (10) are smaller than the temperature-related deviations occurring in the free cross section AiT of the support tube (2) of the measuring tube (1) without the at least one lining (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem, insbesondere zur Durchflussmessung eines in einer Rohrleitung strömenden Messmediums, insbesondere eines Fluids, welches Messsystem ein Messrohr umfasst, welches Messrohr ein Trägerrohr mit mindestens einer Auskleidung umfasst, welches Trägerrohr einen freien Querschnitt A_i ^T aufweist und welche mindestens eine Auskleidung einen freien Querschnitt A_i ^A aufweist.The present invention relates to a measuring system, in particular for measuring the flow rate of a measuring medium flowing in a pipeline, in particular a fluid, which measuring system comprises a measuring tube, which measuring tube comprises a carrier tube with at least one lining, which carrier tube has a free cross section A _i ^T and which at least one Lining has a free cross section A _i ^A.

Es sind Messrohre, insbesondere aus der magnetisch induktiven Durchflussmessung oder aus der Durchflussmessung auf Basis von Ultraschall bereits bekannt, die mit einer Auskleidung auf der Innenseite versehen sind. Diese Auskleidung wird üblicherweise Liner genannt.It are measuring tubes, in particular from the magnetic inductive flow measurement or from the flow measurement based on ultrasound already known, which are provided with a lining on the inside. This lining is usually called a liner.

Die WO2006/067077A2 beschreibt dabei, dass der üblicherweise aus einem thermoplastischen, duroplastischen oder elastomeren Kunststoff bestehende Liner der chemischen Isolierung des Trägerrohrs vom Fluid dient. Bei magnetischinduktiven Messaufnehmern, bei denen das Trägerrohr eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, beispielsweise bei Verwendung metallischer Trägerrohre, dient der Liner außerdem als elektrische Isolierung zwischen dem Trägerrohr und dem Fluid, die ein Kurzschließen des elektrischen Feldes über das Trägerrohr verhindert. Durch eine entsprechende Auslegung des Trägerrohrs ist insoweit also eine Anpassung der Festigkeit des Messrohrs an die im jeweiligen Einsatzfall vorliegenden mechanischen Beanspruchungen realisierbar, während mittels des Liners eine Anpassung des Messrohrs an die für den jeweiligen Einsatzfall geltenden chemischen und/oder biologischen Anforderungen realisierbar ist.The WO2006 / 067077A2 describes that the usually consisting of a thermoplastic, thermosetting or elastomeric liner of the chemical insulation of the support tube is used by the fluid. In magnetic-inductive sensors in which the support tube has a high electrical conductivity, for example when using metallic support tubes, the liner also serves as electrical insulation between the support tube and the fluid, which prevents shorting of the electric field via the support tube. By an appropriate design of the support tube so far an adaptation of the strength of the measuring tube to the mechanical stresses present in each case can be realized, while by means of the liner, an adaptation of the measuring tube to the valid for each application chemical and / or biological requirements can be realized.

Bei Ultraschall-Durchflussmessgeräten weist der Werkstoff, aus dem die Auskleidung gefertigt ist, eine geringere akustische Impedanz auf, als das Trägerrohr selbst oder das Material ist akustisch dämpfend wie in der US4003252A1 . Die US4365518 zeigt ein Ultraschalldurchflussmessgerät, welches ein Messrohr aufweist, worin die Strömung auf mehrere Kanäle in einer Auskleidung aufgeteilt ist.In ultrasonic flowmeters, the material from which the lining is made, has a lower acoustic impedance than the support tube itself or the material is acoustically damping as in the US4003252A1 , The US4365518 shows an ultrasonic flowmeter having a measuring tube, wherein the flow is divided into a plurality of channels in a liner.

Ultraschall-Durchflussmessgeräte werden vielfach in der Prozess- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie erlauben in einfacher Weise, den Volumendurchfluss in einer Rohrleitung berührungslos zu bestimmen.Ultrasonic flowmeters are widely used in process and automation technology. They allow in a simple way, the volume flow in one Determine pipeline without contact.

Die bekannten Ultraschall-Durchflussmessgeräte arbeiten häufig nach dem Doppler- oder nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip. Beim Laufzeitdifferenz-Prinzip werden die unterschiedlichen Laufzeiten von Ultraschallimpulsen relativ zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausgewertet. Es wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in einem Medium von dessen Fließgeschwindigkeit direkt beeinflusst wird. Hierzu werden Ultraschallimpulse sowohl in wie auch entgegen der Strömung gesendet. Aus der Laufzeitdifferenz lässt sich die Fließgeschwindigkeit und damit bei bekanntem Durchmesser des Rohrleitungsabschnitts der Volumendurchfluss bestimmen.The known ultrasonic flowmeters often work after the Doppler or after the transit time difference principle. At the Runtime difference principle, the different maturities of ultrasonic pulses relative to the flow direction of Liquid evaluated. It exploits the fact that the propagation velocity of ultrasonic waves in a medium is directly influenced by its flow velocity. For this purpose, ultrasonic pulses both in and against the Flow sent. From the duration difference leaves the flow velocity and thus with known diameter of the Pipe section to determine the volume flow.

Die Ultraschallwandler bestehen normalerweise aus einem Piezoelement, auch kurz Piezo genannt, und einem Koppelelement, auch Koppelkeil oder seltener Vorlaufkörper genannt, aus Kunststoff. Im Piezoelement werden die Ultraschallwellen erzeugt und über das Koppelelement zur Rohrwandung geführt und von dort in die Flüssigkeit geleitet. Da die Schallgeschwindigkeiten in Flüssigkeiten und Kunststoffen unterschiedlich sind, werden die Ultraschallwellen beim Übergang von einem zum anderen Medium gebrochen. Der Brechungswinkel bestimmt sich nach dem Snell'schen Gesetz. Der Brechungswinkel ist somit abhängig von dem Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den beiden Medien.The Ultrasonic transducers normally consist of a piezoelement, also called piezo for short, and a coupling element, also coupling wedge or more rarely called the precursor body, made of plastic. in the Piezo element, the ultrasonic waves are generated and over guided the coupling element to the pipe wall and from there passed into the liquid. Because the speed of sound are different in liquids and plastics, are the ultrasonic waves in the transition from one to broken other medium. The angle of refraction is determined by the Snell's law. The angle of refraction is thus dependent from the ratio of propagation velocities in the two media.

Üblicherweise wird das Koppelelement am Rohr bzw. in einem am Rohr befestigten Sensorhalter ausgerichtet.Usually is the coupling element on the pipe or in a pipe attached to the Sensor holder aligned.

Wegen seiner guten Verarbeitbarkeit einerseits und seinen guten chemischen und mechanischen Eigenschaften anderseits haben sich neben Hartgummi oder fluorhaltigen Kunststoffen, wie z. B. PTFE, PFA, in besonderem Maße auch Polyurethane als Material für Liner von In-Line-Durchflussmessgeräten etabliert. Zudem weisen Liner aus Polyurethan, insbesondere auch in bakteriologischer Hinsicht, zumeist gute biologische Eigenschaften auf und sind insoweit auch gut für die Anwendung auf wässrige Fluide geeignet.Because of its good processability on the one hand and its good chemical and mechanical properties on the other hand, in addition to hard rubber or fluorine-containing plastics, such as. As PTFE, PFA, in particular Dimensions also polyurethane as a material for liners established by in-line flowmeters. In addition, show Liner of polyurethane, in particular in bacteriological terms, mostly good biological properties and are so far as well well suited for application to aqueous fluids.

Die Auswahl des Materials für die Auskleidung ist meist unabhängig von dem Werkstoff des Trägerrohrs. Eine besonders vorteilhafte Kombination ist nicht bekannt. Auch die geometrischen Dimensionen von Auskleidung und Trägerrohr sind geprägt durch fertigungstechnische Fragestellungen oder Kostengesichtspunkte, eine Mindestdicke für Temperatur- und Druckfestigkeit bei erwarteter Einsatztemperatur und erwartetem Einsatzdruck oder für ausreichende elektrische bzw. chemische Isolation oder akustische Dämpfung vorausgesetzt. So ist nicht bekannt, dass ein bestimmtes Verhältnis von Auskleidungsdicke zu dem Innendurchmesser des Trägerrohrs bevorzugt Verwendung findet. Die Länge des Messrohrs spielt lediglich bei der Haftung von Liner am Trägerrohr eine Rolle.The choice of material for the lining is usually independent of the material of the support tube. A particularly advantageous combination is not known. The geometric dimensions of lining and support tube are also characterized by production-related questions or cost considerations, a minimum thickness for temperature and pressure resistance at the expected operating temperature and expect or if sufficient electrical or chemical insulation or acoustic damping is required. Thus, it is not known that a certain ratio of lining thickness to the inner diameter of the support tube is preferably used. The length of the measuring tube only plays a role in the adhesion of liner to the carrier tube.

Die Liner weisen üblicherweise einen Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, der weit über dem Temperaturausdehnungskoeffizienten des Materials des Trägerrohrs liegt. So kommt es zu unterschiedlich starken Ausdehnungen von Auskleidung und Trägerrohr über Temperatur. Dies kann zu einer Ablösung der Auskleidung von dem Trägerrohr führen, wobei verschiedene Ausführungsformen bzw. Befestigungskonstruktionen bekannt geworden sind, diese Ablösung zu verhindern. Dazu zählen z. B. Löcher im Trägerrohr bzw. in der dem Messmedium zugewandten Trägerrohrwand, Schwalbenschwanz- oder Brückenkonstruktionen oder das Einbringen von gitterartigen, netzartigen oder porösen Stützkörpern oder dreidimensionalen Geweben, wobei sich das Material der Auskleidung bei der Fertigung in bzw. zwischen diese Befestigungsmittel bewegt und somit mit dem Trägerrohr fest verbunden ist. Eine weitere Möglichkeit eine Ablösung zu vermeiden ist, die Temperaturausdehnungskoeffizienten der Auskleidung und des Trägerrohrs ähnlich Groß zu wählen und die Auskleidung sehr dünn zu gestalten.The Liners usually have a coefficient of thermal expansion far above the coefficient of thermal expansion the material of the support tube is located. So it comes to different strengths Extensions of lining and support tube over Temperature. This can lead to a detachment of the lining lead from the support tube, wherein different Embodiments or fastening structures known to prevent this replacement. These include z. B. holes in the support tube or in the measuring medium facing carrier tube wall, dovetail or bridge constructions or the introduction of grid-like, net-like or porous Supporting bodies or three-dimensional tissues, wherein The material of the lining in the production in or between this fastener moves and thus with the support tube is firmly connected. Another possibility a replacement it is necessary to avoid the coefficients of thermal expansion of the lining and the carrier tube similarly to choose large and make the lining very thin.

Keine Beachtung fand hingegen der Messfehler durch eine Temperaturausdehnung des Messrohrs, also der Temperaturabhängigkeit der Messung von den geometrischen Abmessungen des Messsystems, insbesondere des Innendurchmessers des Messrohrs. Der Innendurchmesser des Messrohrs bzw. die lichte Weite oder der freie Querschnitt des Messrohrs begrenzen den Durchfluss des Messmediums durch das Messrohr.None On the other hand, attention was paid to the measuring error due to a temperature expansion of the measuring tube, ie the temperature dependence of the measurement of the geometric dimensions of the measuring system, in particular the inner diameter of the measuring tube. The inner diameter of the measuring tube or limit the clear width or the free cross section of the measuring tube the flow of the measuring medium through the measuring tube.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Messsystem zum Messen eines in einer Rohrleitung bzw. in einem Messrohr strömenden Fluids vorzuschlagen, welches eine hohe Messgenauigkeit über einen weiten Temperaturbereich aufweist.The The object of the invention is a measuring system for measuring a flowing in a pipeline or in a measuring tube Suggest fluids that a high accuracy over has a wide temperature range.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Messsystem, insbesondere zur Durchflussmessung eines in einer Rohrleitung strömenden Messmediums, insbesondere eines Fluids, vorgeschlagen wird, welches Messsystem ein Messrohr umfasst, welches Messrohr ein Trägerrohr mit mindestens einer Auskleidung umfasst, welches Trägerrohr einen freien Querschnitt A_i ^T aufweist und welche mindestens eine Auskleidung einen freien Querschnitt A_i ^A aufweist, wobei Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der freie Querschnitt A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung begrenzt ist, in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr strömenden Messmediums so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, insbesondere aufgrund temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads, kleiner als die temperaturbedingten Messabweichungen sind, die im freien Querschnitt A_i ^T des Trägerrohrs des Messrohrs ohne die mindestens eine Auskleidung auftreten.The object is achieved by proposing a measuring system, in particular for measuring the flow rate of a measuring medium flowing in a pipeline, in particular a fluid, which measuring system comprises a measuring tube, which measuring tube comprises a carrier tube with at least one lining, which carrier tube has a free cross section A _i ^T and which at least one lining has a free cross-section A _i ^A , wherein geometries and material-own sizes of at least one lining and geometries and substance-own sizes of the support tube are coordinated so that the free cross-section A _i ^A , which of the at least one Lining is limited, depending on a temperature T of the measuring medium flowing through the measuring tube so adjusted that temperature-related errors, especially due to temperature-induced changes in the geometries of the support tube and / or due to temperature-dependent changes of fabric and / or flow properties of the measured medium and / or due to temperature-induced changes in a signal path, are smaller than the temperature-induced errors that occur in the free cross section A _i ^{T of} the support tube of the measuring tube without the at least one liner.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der freie Querschnitt A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung begrenzt ist, in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr strömenden Messmediums so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, insbesondere aufgrund temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads, näherungsweise Null sind.According to an advantageous development of the device according to the invention, it is proposed that geometries and material-specific sizes of the at least one lining and geometries and substance-own sizes of the support tube are coordinated so that the free cross-section A _i ^A , which is bounded by the at least one liner, in Dependence of a temperature T of the medium flowing through the measuring tube so adjusted that temperature-related errors, in particular due to temperature-induced changes in the geometries of the support tube and / or due to temperature-dependent changes of material and / or flow properties of the measured medium and / or due to temperature-induced changes in a signal path, approximately Are zero.

Das bedeutet, dass Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der freie Querschnitt A_i ^A der mindestens einen Auskleidung in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr strömenden Messmediums so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, insbesondere aufgrund temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads, kleiner als 50%, vorzugsweise kleiner als 20%, insbesondere kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5%, insbesondere kleiner als 2%, insbesondere kleiner als 1%, insbesondere kleiner als 0,5%, insbesondere kleiner als 0,1% der temperaturbedingten Messabweichungen sind, die im freien Querschnitt A_i ^T des Trägerrohrs des Messrohrs ohne die mindestens eine Auskleidung auftreten.This means that geometries and material-specific sizes of the at least one lining and geometries and substance-specific sizes of the support tube are coordinated so that the free cross-section A _i ^{A of} the at least one lining is adjusted as a function of a temperature T of the measuring medium flowing through the measuring tube, that temperature-related measurement deviations, in particular due to temperature-induced changes in the geometries of the support tube and / or due to temperature-dependent changes of material and / or flow properties of the measuring medium and / or due to temperature-induced changes in a signal path, less than 50%, preferably less than 20%, in particular less than 10%, in particular less than 5%, in particular less than 2%, in particular less than 1%, in particular less than 0.5%, in particular less than 0.1% of the temperature-related measurement deviations, in the free cross section A _i ^{T of} the support tube of the measuring tube without the mi at least one lining occur.

Ein Trägerrohr, welches einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, weist einen mittleren inneren Radius r _i ^T und einen mittleren äußeren Radius r _a ^T auf. Die Auskleidung weist einen mittleren inneren Radius r _i ^A und einen mittleren äußeren Radius r _a ^A auf. Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs sind nun so aufeinander abgestimmt, dass sich ein mittlerer innerer Radius r _i ^A der Auskleidung in Abhängigkeit einer Temperatur des durch das Messrohr strömenden Messmediums so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, die ohne die Auskleidung auftreten würden, entsprechend verkleinert werden. Dabei wird die relative Änderung des mittleren inneren Radius der Auskleidung, welcher dem Innendurchmesser des Messrohrs entspricht, der Innendurchmesser der Auskleidung begrenzt somit den Innendurchmesser des Messrohrs, betrachtet. Hier wird im Nachfolgenden auch von kompensiert gesprochen, obwohl eine Vollständige Kompensation, also eine Vollständige Reduktion der Messabweichungen auf Null, nicht zwingend erfindungsgemäß ist. Der Einfachheit halber wird im Nachfolgenden ein Messrohr mit näherungsweise kreisrundem Querschnitt beschrieben, obwohl die Erfindung nicht auf solche Rohre festgelegt ist. Es sind auch Rohre mit rechteckigen oder andersartigen Querschnitten erfindungsgemäß auszugestalten.A support tube, which has a circular cross-section, has a mean inner radius r _i ^T and a mean outer radius r _a ^T. The lining has a mean inner radius r _i ^A and a mean outer radius r _a ^A. Geometries and material-specific sizes of the at least one lining and geometries and material-specific sizes of the support tube are now matched to one another so that a mean inner radius r _i ^{A of} the lining as a function of a temperature of the measuring medium flowing through the measuring tube adjusted so that temperature-related errors, the without the lining would occur, be scaled down accordingly. In this case, the relative change of the mean inner radius of the lining, which corresponds to the inner diameter of the measuring tube, the inner diameter of the lining thus limits the inner diameter of the measuring tube considered. Here, too, the term compensated is used, although a complete compensation, that is to say a complete reduction of the measurement deviations to zero, is not necessarily according to the invention. For the sake of simplicity, a measuring tube having an approximately circular cross-section will be described below, although the invention is not limited to such tubes. There are also tubes with rectangular or other cross-sections according to the invention to design.

Durch eine immer vorhandene Oberflächenrauheit oder durch gewisse Fertigungstoleranzen ist eine Oberfläche nie eben und ein Innendurchmesser über eine Rohrleitungslänge nie konstant. Eine Näherung kann somit, je nach technischem Gebiet, sowohl mikroskopische Ungenauigkeiten als auch makroskopische Abweichungen berücksichtigen. Eine Mittelung der Radien wird wie folgt definiert.

ist der über eine Querschnittsfläche gemittelte Radius.Due to an always existing surface roughness or due to certain manufacturing tolerances, a surface is never even and an inner diameter is never constant over a pipeline length. An approximation may therefore, depending on the technical field, take into account both microscopic inaccuracies and macroscopic deviations. Averaging of the radii is defined as follows.

is the radius averaged over a cross-sectional area.

Besitzt das Rohr die Länge L und wird die axial vom Rohreinlauf bis zum Rohrauslauf laufende Koordinate x eingeführt, ergibt sich somit ein über die Länge des Rohres gemittelter Radius zu:

Die Mittelung von Durchmessern erfolgt analog. If the tube has the length L and if the coordinate x running axially from the tube inlet to the tube outlet is introduced, then a radius averaged over the length of the tube results:

The averaging of diameters is analogous.

Eine Geometrie kennzeichnet die konstruktive Gestaltung, insbesondere Größe und Form, eines Körpers. Neben den äußerlichen Abmessungen sind z. B. auch Dichte oder Porosität bei offen- oder geschlossenporigen Strukturen durch die Geometrie bestimmt. Diese Parameter sind erfindungsgemäß in gewissen Grenzen vorgebbar. Stoffeigene Größen können sich, im Unterschied zu Materialkonstanten, über die Zeit und/oder über weitere Parameter, hier insbesondere über die Temperatur ändern. Sie berechnen sich meist über Funktionen, unter anderem mit Materialkonstanten als Koeffizienten.A Geometry characterizes the structural design, in particular Size and shape, of a body. Next the external dimensions are z. B. also density or porosity in open or closed pore structures determined by the geometry. These parameters are according to the invention in definable limits. Substance own sizes can, in contrast to material constants, over the time and / or other parameters, here in particular about change the temperature. They usually charge over Functions, including material constants as coefficients.

So ist die Wärmeausdehnung, oder auch Temperaturausdehnung genannt, meist durch α beschrieben, wie die meisten physikalischen Größen nicht linear. Allgemein gilt: x = x₀·(1 + k₁ΔT + k₂(ΔT)² + ... + k_n(ΔT)ⁿ), mit der Temperaturdifferenz ΔT = (T – T₀), wobei x₀ die physikalische Größe bei einer Temperatur T₀ ist, und mit den Temperaturkoeffizienten n-ter Ordnung k_n, wobei n Element der natürlichen Zahlen ist. Für den interessierenden Bereich wird die Wärmeausdehnung als linear angenommen.Thus, thermal expansion, or thermal expansion, is usually described by α, as most physical quantities are not linear. In general, x = x ₀ · (1 + k ₁ ΔT + k ₂ (ΔT) ² + ... + k _n (ΔT) ⁿ ), with the temperature difference ΔT = (T - T ₀ ), where x _{0 is} the physical quantity at a temperature T ₀ , and with the temperature coefficients n-th order k _n , where n is an element of the natural numbers. For the region of interest the thermal expansion is assumed to be linear.

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, die geometrischen Verhältnisse von Auskleidung und Trägerrohr und deren Eigenschaften bezüglich ihrer Ausdehnung über die Temperatur so aufeinander abzustimmen, dass der Einfluss der Temperatur des Messrohrs auf die Messung verringert wird. Die Effekte der unterschiedlichen Ausdehnung über Temperatur von Trägerrohr und Auskleidung kompensieren sich im Idealfall gegenseitig. So besteht z. B. das Trägerrohr aus einem ersten Material und die Auskleidung besteht aus einem zweiten Material, wobei sich beide Materialen unterscheiden und die Temperaturausdehnungskoeffizienten beider Materialen und die geometrischen Abmessungen von Trägerrohr und Auskleidung entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Dies können je nach Anwendung Änderungen sowohl in radialer Richtung des Messrohrs als auch in axialer Richtung sein. Dadurch ist die Messgenauigkeit weniger abhängig von der Temperatur des Messmediums. Das Trägerrohr besitzt vorteilhaft eine größere Steifigkeit als die Auskleidung.The essential idea of the invention is to match the geometrical conditions of the lining and support tube and their properties with respect to their expansion over the temperature in such a way that the influence of the temperature of the measuring tube on the measurement is reduced. The effects of differential expansion across the temperature of the support tube and liner ideally compensate each other. So there is z. Example, the support tube made of a first material and the lining consists of a second material, wherein both materials differ and the coefficients of thermal expansion of both materials and the geometric dimensions of the support tube and lining are coordinated accordingly. This can vary depending on the application both in the radial direction of the Be measuring tube as well as in the axial direction. As a result, the measuring accuracy is less dependent on the temperature of the medium to be measured. The support tube advantageously has a greater rigidity than the lining.

Es ist nun nicht mehr ausschließlich das Material der Auskleidung und deren Dicke nach fertigungstechnischen Gesichtspunkten oder nach der Qualität der Isolation ausgesucht, sondern die Dicke, oder auch Stärke, der Auskleidung ist Abhängig vom Verhältnis der geometrischen Maße des Trägerrohrs, den stoffeigenen Größen des Werkstoffs des Trägerrohrs und von dem Einsatzzweck bzw. dem Messsystem, in dem die Rohrleitung bzw. das Messrohr eingesetzt ist. Zur Materialauswahl sind nun unter anderem die Temperaturausdehnungskoeffizienten mit einbezogen.It is no longer exclusively the material of the lining and their thickness according to manufacturing aspects or selected for the quality of isolation, but the Thickness, or strength, of the lining is dependent the ratio of the geometric dimensions of the support tube, the material's own sizes of the material of the support tube and the purpose of use or the measuring system in which the pipeline or the measuring tube is inserted. For material selection are now under Others included the temperature expansion coefficient.

Der Temperaturausdehnungskoeffizient der Auskleidung bzw. die Temperaturausdehnungskoeffizienten der Auskleidungen, also die auszuwählenden Materialen der Auskleidungen sind eine Funktion des Temperaturausdehnungskoeffizienten des Trägerrohrs und der Steifigkeit des Trägerrohrs, also dem Material des Trägerrohrs, der Materialstärke bzw. der Dicke der Auskleidung, des Innendurchmessers bzw. des freien Querschnitts des Trägerrohrs und, entsprechend dem Einsatzzweck, des Abstands der Sensoren und/oder der Länge und/oder weiteren geometrischen Merkmalen des Trägerrohrs.Of the Coefficient of thermal expansion of the lining or the coefficients of thermal expansion the linings, so the materials to be selected Linings are a function of the coefficient of thermal expansion the support tube and the rigidity of the support tube, So the material of the support tube, the material thickness or the thickness of the lining, the inner diameter or the free Cross section of the support tube and, according to the purpose, the distance of the sensors and / or the length and / or further geometric features of the support tube.

Weitere geometrische Merkmalen neben den verschiedenen Befestigungskonstruktionen bzw. Stützkörpern in oder am Trägerrohr, können z. B. Schultern sein, welche die Länge der Auskleidung begrenzen. Je nach Einsatzzweck der erfindungsgemäßen Rohrleitung- bzw. des erfindungsgemäßen Messrohrs kann der letzte Faktor, wie auch alle anderen Faktoren, den Wert Null annehmen bzw. er wird nicht berücksichtigt.Further geometric features in addition to the various attachment structures or support bodies in or on the support tube, can z. B. shoulders, which are the length limit the lining. Depending on the purpose of the invention Pipeline or the measuring tube according to the invention The last factor, as well as all other factors, can be the value Assume zero or it is not considered.

Umgekehrt sind die Temperaturausdehnungskoeffizienten ihrerseits abhängig vom gewählten Material. Es gibt also mehrere gleichberechtigte Vorgehensweisen bei der Auswahl und Dimensionierung vom Messrohr, also von Auskleidung und Trägerrohr. Einerseits können zuerst bevorzugte Materialien ausgewählt werden, die für die besondere Anwendung sehr geeignet erscheinen. Die lichte Weite, also der freie Querschnitt und somit der Innendurchmesser, des Messrohrs ist herkömmlicherweise eine Forderung des Kunden. Die weitere Dimensionierung erfolgt dann unter den Vorgaben von Temperaturausdehnungskoeffizienten, Steifigkeiten und geometrischen Merkmalen, aber auch Fertigungsverfahren, bzw. Fertigungseigenschaften wie z. B. die Fertigungstemperatur, finden Berücksichtigung. Andererseits könnten geometrische Vorgaben bestehen, wie z. B. eine geforderte minimale lichte Weite und/oder ein maximaler Außendurchmesser des Messrohrs und/oder weitere einschränkende prozesstechnische Merkmale, wie. z. B. ein bestimmter vorherrschender Druck des Messmediums. Daraufhin kann eine Materialauswahl erfolgen. Weitere Auflösungen nach einzelnen Parametern der oben genannten Funktion sind selbstverständlich möglich.Vice versa the coefficients of thermal expansion are in turn dependent of the selected material. So there are several equal rights Procedures for selection and dimensioning of the measuring tube, So of lining and support tube. On the one hand can first preferred materials are selected for the particular application seem very appropriate. The open space, So the free cross section and thus the inner diameter of the measuring tube is conventionally a requirement of the customer. The others Dimensioning then takes place under the specifications of temperature expansion coefficients, Stiffnesses and geometrical features, but also manufacturing processes, or manufacturing properties such. B. the production temperature, take into account. On the other hand could geometric specifications exist, such. B. a required minimum clear width and / or a maximum outer diameter of the Measuring tube and / or other restrictive procedural Features, like. z. B. a certain prevailing pressure of the medium. Then a material selection can be made. Further resolutions After individual parameters of the above function are self-evident possible.

Der Druck des Messmediums oder der Umgebungsdruck auf die Rohrleitung bzw. die daraus resultierende Druckdifferenz haben einen vernachlässigbaren Einfluss. In einer weitergebildeten Berechnungsformel können auch diese mit einfließen. Die Schallgeschwindigkeiten in Auskleidungen, Trägerrohr und/oder Messmedium sind für die Messung mit einem Ultraschalldurchflussmessgerät, die elektrischen Leitfähigkeiten für ein magnetisch induktives Messgerät relevant. Teilweise sind diese jedoch bekannt oder eine Vorraussetzung für das verwendete Material oder sie können während oder kurz vor der eigentlichen Messung bestimmt werden. Somit sind sie bei der Produktion der erfindungsgemäßen Rohrleitung nicht maßgeblich für die geometrisch konstruktive Ausgestaltung der Rohrleitung. Als stellvertretende Größe der Steifigkeit zur Berechnung kann z. B. der Elastizitätsmodul, kurz E-Modul, herangezogen.Of the Pressure of the measuring medium or the ambient pressure on the pipeline or the resulting pressure difference have a negligible Influence. In a further developed calculation formula can Include these as well. The speed of sound in linings, carrier tube and / or measuring medium are for the measurement with an ultrasonic flowmeter, the electrical conductivities for a magnetic inductive measuring device relevant. Partially, however, these are known or a prerequisite for the material used or they can be during or just before the actual Measurement to be determined. Thus, they are in the production of the invention Piping not relevant to the geometric constructive design of the pipeline. As a representative size the stiffness for the calculation can z. B. the modulus of elasticity, short modulus of elasticity, used.

Das erfindungsgemäße Messrohr hat Vorteile für viele Arten den Durchfluss zu messen. Bei der thermischen Massenstrommessung dient der Rohrleitungsquerschnitt zur Berechnung des Durchflusses, genau wie bei der Ultraschall-Durchflussmessung oder der magnetisch induktiven Durchflussmessung. Auch für Vortex-Durchflussmesser oder für die Wirk- bzw. Differenzdruckdurchflussmessung kann die Erfindung in dem kleinsten Querschnitt einer Blende, eines Venturirohrs oder eines Rohrs, in dem ein Staudruckkörper platziert wird, vorteilhaft eingesetzt werden. Aber auch in der Füllstandsmesstechnik kann das erfindungsgemäße Messrohr vorteilhaft eingesetzt werden. In dieser Aufzählung von Anwendungsbeispielen nicht genannte Anwendungen sollen hierdurch jedoch keineswegs ausgeschlossen werden.The Measuring tube according to the invention has advantages for many ways to measure the flow. For the thermal mass flow measurement the pipe cross-section is used to calculate the flow, just as with the ultrasonic flow measurement or the magnetic inductive flow measurement. Also for vortex flowmeters or for the effective or differential pressure flow measurement the invention in the smallest cross section of a diaphragm, a Venturi tube or a pipe in which a dynamic pressure body is placed, be used advantageously. But also in the Level measurement can the measuring tube according to the invention be used advantageously. In this list of Application examples not mentioned applications are thereby but by no means be excluded.

Zu den Grundlagen einer Berechnungsformel. Die Fläche einer Rohröffnung A(T), also der freie Querschnitt eines Messrohrs, welche durch den Innendurchmesser als charakteristische Größe festgelegt ist, ändert sich in erster Näherung, wenn sich der Umfang der Rohrwand U(T) mit einem Temperaturkoeffizienten α verändert:

To the basics of a calculation formula. The area of a pipe opening A (T), ie the free cross-section of a measuring tube, which is defined by the inner diameter as a characteristic variable, changes in a first approximation when the circumference of the tube wall U (T) changes with a temperature coefficient α:

Da sich der Durchfluss Q aus dem Produkt aus Rohrquerschnitt A, also der durchströmten Fläche, und der Geschwindigkeit v des Messmediums, genauer der mittleren Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums beim Durchtritt durch die Fläche A, ergibt, Q = A·v, folgt:

Since the flow Q results from the product of the pipe cross-section A, ie the area through which it flows, and the velocity v of the measuring medium, more precisely the mean flow velocity of the measuring medium as it passes through the surface A, Q = A · v, it follows:

Da α << 1, typische Werte für α bei Kunststoffen liegen bei 1 ... 1000·10^–6, folgt α² ≈ 0 und damit:

Die Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums, welche z. B. bei der Durchflussmessung mittels Ultraschall gemessen wird, verändert sich aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Geometrie des Messrohrs und ist somit quasi auch temperaturabhängig, wobei hier unberücksichtigt bleibt, dass der Druck des Messmediums bei steigender Temperatur zunimmt, da auch das Messmedium eine Wärmeausdehnung hat, welcher seinerseits die Strömungsgeschwindigkeit beeinflussen kann. Eine näherungsweise temperaturunabhängig konstante Geometrie des Messrohrs würde somit zu einer näherungsweise konstanten Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums im Messrohr führen. Allerdings verändert sich das Messrohr auch in der Länge, so dass es zu einer Volumenveränderung des Messrohrs durch Temperaturausdehnung kommt. Eine solche Volumenausdehnung, wie auch andere temperaturbedingte Effekte, können unter Umständen mit einem anderen Verhältnis von Auskleidungsdicke zu Trägerrohrdurchmesser bzw. unten näher beschriebenen Maßnahmen kompensiert werden bzw. ihr Einfluss auf die Messung verringert werden. Für die Volumenausdehnung gilt: V(T) = Y(T₀)·(1 + 3α(T – T₀)), wobei V(T) das temperaturabhängige Volumen einer Rohrleitung ist. Weitere zu berücksichtigende und damit zu korrigierende Effekte können temperaturunabhängig sein und mit der Konstruktion des Rohrs bzw. der Materialauswahl zusammenhängen, wie z. B. eine Kompressibilität der Auskleidung oder eine Veränderung des Drucks des Messmediums. Somit kann auch eine temperaturbedingte Querschnitts- bzw. Innendurchmesservergrößerung oder – verkleinerung zu einer Verbesserung der Messung führen, z. B. durch Korrektur eines durch eine Änderung eines Messpfads bzw. Signalpfads verursachten Fehlers.Since α << 1, typical values for α for plastics are 1 ... 1000 · 10 ^-6 , α ² ≈ 0 and thus:

The flow velocity of the measuring medium, which z. B. is measured in the flow measurement by means of ultrasound, changes due to the temperature dependence of the geometry of the measuring tube and is therefore also dependent on temperature, which does not take into account that the pressure of the medium increases with increasing temperature, as well as the medium has a thermal expansion, which in turn can affect the flow rate. An approximately temperature-independent constant geometry of the measuring tube would thus lead to an approximately constant flow velocity of the measuring medium in the measuring tube. However, the measuring tube also changes in length, so that there is a change in volume of the measuring tube due to temperature expansion. Such volume expansion, as well as other temperature-related effects, may possibly be compensated with a different ratio of lining thickness to support tube diameter or measures described in more detail below, or their influence on the measurement may be reduced. For volume expansion: V (T) = Y (T ₀ ) · (1 + 3α (T - T ₀ )), where V (T) is the temperature-dependent volume of a pipeline. Other to be considered and thus correcting effects may be independent of temperature and related to the construction of the tube or the choice of materials such. B. a compressibility of the lining or a change in the pressure of the medium to be measured. Thus, a temperature-induced cross-sectional or inner diameter increase or - reduction can lead to an improvement in the measurement, for. B. by correcting an error caused by a change of a measuring path or signal path.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, dass eine relative Änderung

des freien Querschnitts A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung begrenzt ist, bei einer Temperaturänderung ΔT = T – T₀ des Messmediums, von einer Ausgangstemperatur T₀ des Messmediums ausgehend, kleiner ist als eine relative Änderung

des freien Querschnitts A_i ^T des Trägerrohrs ohne die mindestens eine Auskleidung.An advantageous development of the device according to the invention suggests that a relative change

of the free cross section A _i ^A , which is bounded by the at least one lining, with a temperature change ΔT = T - T _{0 of} the measuring medium, starting from an initial temperature T _{0 of} the measuring medium, is smaller than a relative change

the free cross-section A _i ^{T of} the support tube without the at least one liner.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass eine relative Änderung

des freien Querschnitts A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung begrenzt ist, bei einer Temperaturänderung ΔT = T – T₀ des Messmediums, von einer Ausgangstemperatur T₀ des Messmediums ausgehend, näherungsweise Null ist.An embodiment of the device according to the invention is that a relative change

of the free cross-section A _i ^A , which is bounded by the at least one lining, at a temperature change ΔT = T - T _{0 of} the measuring medium, starting from an initial temperature T _{0 of} the measuring medium, is approximately zero.

Somit beträgt eine relative Änderung

des freien Querschnitts A_i ^A der mindestens einen Auskleidung bei einer Temperaturänderung ΔT = T – T₀ des Messmediums, von einer Ausgangstemperatur T₀ des Messmediums (4) ausgehend, nicht mehr als 50%, vorzugsweise nicht mehr als 20%, insbesondere nicht mehr als 10%, insbesondere nicht mehr als 5%, insbesondere nicht mehr als 2%, insbesondere nicht mehr als 1%, insbesondere kleiner als 0.5%, insbesondere kleiner als 0.1%, insbesondere kleiner als 0,05%, insbesondere kleiner als 0,02% einer relativen Änderung

des freien Querschnitts A_i ^T des Trägerrohrs ohne die mindestens eine Auskleidung.Thus, a relative change

of the free cross section A _i ^{A of} the at least one lining at a temperature change ΔT = T - T _{0 of} the measuring medium, from an initial temperature T _{0 of} the measuring medium ( 4 ), not more than 50%, preferably not more than 20%, in particular not more than 10%, in particular not more than 5%, in particular not more than 2%, in particular not more than 1%, in particular less than 0.5%, in particular less than 0.1%, in particular less than 0.05%, in particular less than 0.02% of a relative change

Die relative Änderung des normierten, gemittelten inneren Radius der Auskleidung

ist entsprechend kleiner der relativen Änderung des normierten, gemittelten inneren Radius des Trägerrohrs

. Der Innendurchmesser des Messrohrs ist somit über die Länge des Messrohrs und über einen weiten Temperaturbereich näherungsweise konstant. Es entsteht eine Rohrleitung mit näherungsweise konstantem freiem Querschnitt bzw. näherungsweise konstanter lichter Weite über einen weiten Temperaturbereich bzw. in einem großen Temperaturintervall.The relative change in the normalized, averaged inner radius of the liner

is correspondingly smaller than the relative change in the normalized, averaged inner radius of the support tube

, The inner diameter of the measuring tube is thus approximately constant over the length of the measuring tube and over a wide temperature range. The result is a pipeline with approximately constant free cross-section or approximately constant clear width over a wide temperature range or in a large temperature range.

Der weite Temperaturbereich ist der Bereich in dem die Wärmeausdehnungen bestimmt bzw. vorhergesagt werden können, insbesondere der Bereich, in dem die linearen Gesetze zur Temperaturausdehnung und Steifigkeit gelten und angenommen werden können. Die Grenzen sind Stoffabhängig. Aus der Kunststoffkunde sind so genannte Übergangstemperaturen bekannt. An Ihnen können sich die Wärmeausdehnungen ändern. Zwischen den Übergangstemperaturen sind die Wärmeausdehnungen aber wiederum determiniert.Of the Wide temperature range is the range in which the thermal expansions can be determined or predicted, in particular the area where the linear laws on temperature expansion and Stiffness and can be accepted. The limits are substance dependent. From the plastic customer are so-called transition temperatures known. At you the thermal expansions can change. Between the transition temperatures are the thermal expansions but again determined.

Sind diese bekannt, können sie in die Berechnung des Messrohrs miteinbezogen werden, wodurch sich z. B. in einem Mehrlinersystem Änderungen höherer Ordnung kompensieren lassen.are These are known, they can be used in the calculation of the measuring tube be involved, causing z. B. in a multi-liner system changes higher order can be compensated.

So sind z. B. die Einfriertemperatur, die Glasübergangstemperatur, die Fließtemperatur, die Kristallitschmelztemperatur oder die Cracktemperatur als Übergangstemperaturen bekannt. So wird z. B. bei Epoxidharzen eine Glasübergangstemperatur genannt, oberhalb derer die Wärmeausdehnung um ein vielfaches höher ist, als darunter. Welche Übergangstemperaturen heranzuziehen bzw. zu berücksichtigen sind, hängt vom Stoff ab, also ob es sich um einen Duroplasten, um einen Elastomeren oder einen Thermoplasten handelt, wobei z. B. die Thermoplasten wiederum unterteilt werden können in z. B. amorphe oder teilkristalline Thermoplaste. Zwischen den Übergangstemperaturen verhalten sich die Stoffe unterschiedlich. So ist ein amorpher Thermoplast zwischen der Einfriertemperatur und der Glasübergangstemperatur hart-elastisch und spröde und zwischen der Glasübergangstemperatur und der Fließtemperatur weich-elastisch. Oberhalb der Fließtemperatur wird er zunächst teigig plastisch, bevor er flüssig wird und sich schließlich bei der Cracktemperatur zersetzt. Für die genannten Anwendungen sollte eine Auskleidung, welche mit einem Messmedium in Berührung steht, nicht flüssig sein oder sich gar zersetzen. Teilkristalline Thermoplasten sind im bevorzugten Gebrauchsbereich zwischen Glasübergangstemperatur und Fließtemperatur im Vergleich dazu zäh-elastisch.So are z. B. the glass transition temperature, the glass transition temperature, the flow temperature, the crystallite melting temperature or the cracking temperature known as transition temperatures. So z. B. in epoxy resins, a glass transition temperature above which the thermal expansion is many times is higher than below. Which transition temperatures to be used or to be considered depends From the substance, so whether it is a thermoset to an elastomer or a thermoplastic, wherein z. As the thermoplastics can be divided into z. B. amorphous or semi-crystalline thermoplastics. Between the transition temperatures the substances behave differently. So is an amorphous thermoplastic between the glass transition temperature and the glass transition temperature hard-elastic and brittle and between the glass transition temperature and the flow temperature is soft-elastic. Above the flow temperature He becomes doughy plastically before he becomes liquid and eventually decomposes at the cracking temperature. For the applications mentioned, a lining, which is in contact with a measuring medium, not liquid be or even decompose. Partially crystalline thermoplastics are in the preferred range of use between glass transition temperature and flow temperature compared to tough-elastic.

Das Trägerrohr dehnt sich bei Erwärmung oder Abkühlung in einer bestimmten Abhängigkeit zur Temperaturdifferenz, um die es erwärmt oder abgekühlt wird, und zu stoffeigenen Größen des Materials, aus welchem das Trägerrohr besteht, und zu den geometrischen Verhältnissen des Trägerrohrs aus. Einer fachlich qualifizierten Person ist in diesem Zusammenhang üblicherweise der Begriff Ausdehnung bekannt, obwohl es sich bei Abkühlung genau genommen um eine Schrumpfung handelt.The Support tube expands when heated or cooled in a certain dependence on the temperature difference, around which it is heated or cooled, and closed material-own sizes of the material from which the support tube is made, and to the geometric relationships of the carrier tube. A technically qualified person is usually the term expansion in this context although it is actually cooling when cooled is a shrinkage.

Gleichermaßen dehnt sich die Auskleidung, welche im Trägerrohr fest angebracht ist aus. Sie wird dicker. Wenn der Werkstoff der Auskleidung eine höhere Wärmeausdehnung im Vergleich zum Trägerrohr bei gleicher Temperaturdifferenz aufweist, dehnt sich die Auskleidung mehr, also in größerem Umfang aus. Da jedoch das um die Auskleidung liegende Trägerrohr deren Ausdehnung nach außen, also von der Rohrmitte aus bzw. dem in der Rohrleitung strömenden Messmedium aus gesehen, begrenzt, dehnt sich die Auskleidung vermehrt nach innen, also zur Rohrmitte hin bzw. zum Messmedium hin aus. Dies vor allem, wenn das Trägerrohr eine genügend große Steifigkeit besitzt. Ist das Trägerrohr steif, hat die Neigung des Auskleidungsmaterials durch seine Ausdehnung das Trägerrohr zu verformen einen vernachlässigbaren Einfluss. Jedoch auch eine Kombination von zwei Materialen mit ähnlichen Steifigkeiten, wie z. B. PVDF und glasfaserverstärktes PVDF, ist denkbar.equally expands the lining, which is firmly attached in the support tube is out. She is getting fatter. If the material of the lining is a higher thermal expansion compared to the carrier tube has the same temperature difference, the lining expands more, so on a larger scale. However, since that around the liner lying support tube whose extent to the outside, ie from the center of the tube or in the Pipeline flowing measuring medium seen from, limited The lining increasingly expands inwards, ie towards the center of the pipe out towards or towards the medium to be measured. This especially if the support tube a has sufficient rigidity. Is the carrier tube stiff, has the inclination of the lining material by its extension deform the carrier tube a negligible Influence. However, a combination of two materials with similar Stiffness, such. B. PVDF and glass fiber reinforced PVDF, is conceivable.

Die stoffeigenen Größen sind zu den vorhandenen Geometrien abzustimmen. Die Messabweichung aufgrund der temperaturbedingten Ausdehnung des Trägerrohrs wird, wie bereits beschrieben, durch die vom Trägerrohr abweichende Ausdehnung über Temperatur der Auskleidung verringert. Des Weiteren können erfindungsgemäß bestimmte weitere gleichartige Effekte, wie z. B. temperaturbedingte Änderungen der geometrischen Abmessungen des Messsystems, insbesondere neben den Änderungen in radialer Richtung auch axiale Veränderungen, welche z. B. einen Drift der Messung zur Folge haben, kompensiert werden.The In-house quantities are to the existing geometries vote. The measurement deviation due to the temperature-related Extension of the support tube is, as already described, through the deviating from the support tube extension over Temperature of the lining is reduced. Furthermore you can According to the invention certain other similar Effects, such. B. temperature-related changes in the geometric Dimensions of the measuring system, in particular next to the changes in the radial direction and axial changes, which z. B. have a drift of the measurement result, be compensated.

Dies ist besonders vorteilhaft für Durchflussmessungen, wobei der Fehler durch die Wärmeausdehnung des Rohrleitungssystems nicht gesondert berücksichtigt werden muss. Da bei Niedrigpreislösungen einer Durchflussmessung eine solche Korrektur bzw. eine separate Temperaturmessung nicht vorgenommen werden, ermöglicht die Erfindung kostengünstig eine hohe Messgenauigkeit im Vergleich zum Stand der Technik zu erreichen. Aber auch in der Füllstandsmesstechnik kann das erfindungsgemäße Messrohr vorteilhaft eingesetzt werden. So lässt sich z. B. ein Behälter konstruieren der trotz Temperaturänderungen näherungsweise das gleiche Volumen aufweist.This is particularly advantageous for flow measurements, wherein the error due to the thermal expansion of the piping system does not need to be considered separately. Because at low price solutions a flow measurement such a correction or a separate Temperature measurement can not be made possible the invention cost a high measurement accuracy in To achieve comparison with the prior art. But also in level measurement the measuring tube according to the invention can be used advantageously become. So can be z. B. construct a container the approximately despite temperature changes has the same volume.

Es können je nach Anwendung isotrope Materialen eingesetzt werden oder anisotrope Materialen werden zur Herstellung der mindestens einen Auskleidung und/oder zur Herstellung des Trägerrohrs verwendet, insbesondere mit unterschiedlichen stoffeigenen Größen, wie z. B. axial und radial unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.It Depending on the application, isotropic materials can be used or anisotropic materials are used to make the at least a lining and / or for the production of the support tube used, in particular with different substance-specific sizes, such as B. axially and radially different thermal expansion coefficients.

In einer ersten Näherung kann angenommen werden, dass die Temperaturverteilung im Messrohr näherungsweise homogen ist und näherungsweise der Temperatur des Messmediums entspricht. Dies ist zum Beispiel bei thermisch isolierten Rohren zum Wärmetransport oder in der Prozessindustrie der Fall. Für eine genauere Berechnungen sind die vorherrschenden Bedingungen zu kennen.In As a first approximation, it can be assumed that the Temperature distribution in the measuring tube approximately homogeneous is and corresponds approximately to the temperature of the medium to be measured. This is for example for thermally insulated pipes for heat transport or in the process industry. For a closer Calculations are to know the prevailing conditions.

Eine additive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, dass Größe und Form des freien Querschnitts A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung (3) begrenzt ist, in einer bestimmten Abhängigkeit zur Temperatur T des Messmediums (4) steht und über die Länge (6) des Messrohrs (1) näherungsweise konstant ist. Somit ist ΔA →Ai (T) = AAi (T, x) – AAi (T, x0) kleiner 0,5, vorzugsweise kleiner 0,2, insbesondere kleiner 0,1, insbesondere kleiner 0,05, insbesondere kleiner 0,02, insbesondere kleiner 0,01, wobei A_i ^A über einen weiten Temperaturbereich in vorgebbarer Weise variiert, bevorzugt in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr strömenden Messmediums, damit Messabweichungen aufgrund von temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads, die ihrerseits Funktionen der Messmediumstemperatur darstellen, verringert sind. Jedes Messrohr aus einem Trägerrohr mit eingezogenem Liner, wenn es fertigungstechnisch einwandfrei gefertigt ist, hat einen über die Länge des Messrohrs näherungsweise konstanten Innendurchmesser, der sich über einen weiten Temperaturbereich in bestimmter Weise verändert. Hier werden jedoch Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs so aufeinander abgestimmt, dass sich der über die Länge des Messrohrs näherungsweise konstante freie Querschnitt A_i ^A der mindestens einen Auskleidung in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr strömenden Messmediums so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen entsprechend verringert werden.An additive embodiment of the device according to the invention suggests that the size and shape of the free cross section A _i ^A , which of the at least one lining ( 3 ) is limited, in a certain dependence on the temperature T of the medium ( 4 ) and over the length (6) of the measuring tube ( 1 ) is approximately constant. Thus is ΔA → A i (T) = A A i (T, x) - A A i (T, x 0 ) less than 0.5, preferably less than 0.2, in particular less than 0.1, in particular less than 0.05, in particular less than 0.02, in particular less than 0.01, wherein A _i ^A varies over a wide temperature range in a predeterminable manner, preferably in Dependence of a temperature T of the measuring medium flowing through the measuring tube, thus measurement deviations due to temperature-induced changes in the geometries of the support tube and / or due to temperature-dependent changes of material and / or flow characteristics of the medium and / or due to temperature-induced changes in a signal path, which in turn functions the measuring medium temperature are reduced. Each measuring tube of a carrier tube with retracted liner, if it is manufactured properly manufactured, has an approximately constant over the length of the measuring tube inner diameter, which varies over a wide temperature range in a certain way. However, geometries and material-specific sizes of the at least one lining and geometries and substance-specific sizes of the support tube are matched to one another such that the free cross section A _i ^{A of} the at least one lining approximately constant over the length of the measuring tube as a function of a temperature T of the measuring tube flowing medium adjusted so that temperature-related errors are reduced accordingly.

Bei einem Messrohr mit kreisförmigem Querschnitt steht Innendurchmesser des Messrohrs, z. B. über einen weiten Temperaturbereich, in einem bestimmten Verhältnis zur Länge des Messrohrs bzw. steht in einer bestimmten Abhängigkeit zur Länge des Messrohrs. Hier sind sowohl lineare als auch nichtlineare Funktionen möglich. Vorteilhaft steht der Innendurchmesser über Temperatur im gleichen Verhältnis zur Rohrleitungslänge bzw. zur Messrohrlänge, also eine Innendurchmesseränderung ist proportional zu einer Längenänderung. Weiterhin bevorzugt ist der Innendurchmesser eine Funktion der Messrohrlänge bzw. die Innendurchmesseränderung ist eine Funktion der Längenänderung.In a measuring tube with a circular cross-section is the inner diameter of the measuring tube, z. B. over a wide temperature range, in a certain ratio to the length of the measuring tube or is in a certain dependence on the length of the measuring tube. Both linear and nonlinear functions are possible here. Advantageously, the inner diameter is above the temperature in the same ratio to the pipe length or to the measuring tube, so an inner diameter change is proportional to a change in length. Further preferably, the inner diameter is a function of the measuring tube length or the inner diameter change is a function of the change in length.

Dies kann sowohl mit einer Auskleidung, als auch mit mehreren Auskleidungen, welche z. B. schichtweise übereinander aufgetragen sind, realisiert werden. Es handelt sich somit um ein Mehrlinersystem. Die Vorteile des Mehrlinersystems liegen in der Möglichkeit, quadratische Messabweichungen oder Messabweichungen höherer Ordnung zu verringern. Einige Beispiele von temperaturbedingten Messabweichungen sollen hier aufgezeigt werden. Diese Auflistung erhebt jedoch nicht den Anspruch der Vollständigkeit. Die Kompensation bzw. die Verringerung nicht genannter Messabweichungen soll nicht ausgeschlossen werden.This can with both a lining and with several linings, which z. B. are layered one above the other, will be realized. It is thus a multi-liner system. The advantages of the multi-liner system are the possibility quadratic deviations or deviations higher To reduce order. Some examples of temperature-related Measurement deviations should be shown here. This listing However, does not claim to be complete. The Compensation or the reduction of undetected measurement deviations should not be excluded.

So gilt für die Schallgeschwindigkeit c in idealen Gasen:

mit dem Adiabatenexponeten κ, dem Druck p, der Dichte ρ, der idealen Gaskonstante R, der Temperatur T und M der molaren Masse. Eine Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit im Messmedium kann, auch bei bekanntem Messmedium, zu einer Messabweichung, insbesondere bei Durchflussmessgeräten auf Basis von Ultraschall, führen. Diese, wie auch andere Abweichungen vom realen Wert der zu messenden Größe, können erfindungsgemäß verkleinert werden.So, for the speed of sound c in ideal gases:

with the adiabatic exponent κ, the pressure p, the density ρ, the ideal gas constant R, the temperature T and M of the molar mass. A temperature dependence of the speed of sound in the measuring medium can, even with a known measuring medium, lead to a measurement deviation, in particular in the case of flow meters based on ultrasound. These, as well as other deviations from the real value of the variable to be measured, can be reduced according to the invention.

Ein weitere Messabweichung aufgrund einer temperaturbedingten geometrischen Änderung des Messsystems, z. B. bei eines Ultraschalldurchflussmesssystes, ist die Änderung der Länge und des Außendurchmessers des Messrohrs, an dessen Wänden Sensoren, hier Ultraschallsensoren, d. h. Messsignalgeber und -aufnehmer, angebracht sind. Ultraschallsensoren, auch so genannte Clamp-On-Systeme, senden ein Ultraschallsignal in einem bestimmten Winkel zu den Messrohrwänden durch das Messmedium. Sind die Sensoren auf oder an den Wänden des Trägerrohrs befestigt, welches sich über Temperatur ausdehnt, ändert sich der radiale Abstand der Sensoren und/oder deren axialer Abstand und damit unter Umständen auch der Winkel der Sensoren zueinander. Der Winkel des Signals zum Messrohr, insbesondere der Winkel des Signals im Messmedium, ist nicht mehr ideal. Bei Ultraschallmessgeräten heißt dieser Signalweg akustischer Pfad. Der akustische Pfad erstreckt sich z. B. bei einem Clamp-On-System über das Trägerrohr bzw. über die Trägerrohrwand, die Auskleidungen und das Messmedium. Der Akustische Pfad, also der Laufweg der Signale im Messmedium ist wesentlich zur Bestimmung der Laufzeit der Signale bzw. der Laufzeitdifferenz der Signale und damit zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums. Aber auch bei Inline-Systemen oder Systemen mit Messsignalen parallel zur Strömungsrichtung wird ein akustischer Pfad genutzt. Der akustische Pfad im Messmedium verändert sich nun durch die beschriebene Ausdehnung des Trägerrohrs, auf welchem die Sensoren befestigt sind und somit auch die Messung.One further measurement deviation due to a temperature-related geometric change of the measuring system, z. B. in a Ultraschalldurchflussmesssystes, is the change of length and outside diameter the measuring tube, on whose walls sensors, here ultrasonic sensors, d. H. Measuring signal transmitter and -aufnehmer, are attached. Ultrasonic sensors, Also called clamp-on systems, send an ultrasonic signal at a certain angle to the measuring tube walls through the measuring medium. Are the sensors on or on the walls? attached to the support tube, which is over temperature expands, the radial distance of the sensors changes and / or their axial distance and thus under circumstances also the angle of the sensors to each other. The angle of the signal to the measuring tube, in particular the angle of the signal in the measuring medium, is no longer ideal. In ultrasonic measuring devices means this signal path acoustic path. The acoustic path extends z. B. in a clamp-on system via the support tube or on the support tube wall, the linings and the measuring medium. The acoustic path, ie the path of the signals in the measuring medium is essential for determining the propagation time of the signals or the transit time difference of the signals and thus for the determination the flow velocity of the measuring medium. But also for inline systems or systems with measuring signals parallel to the Flow direction, an acoustic path is used. Of the acoustic path in the measuring medium is now changing the described extension of the support tube, on which the sensors are attached and thus the measurement.

Allgemein gilt für den Durchfluss, berechnet aus den gemessenen Laufzeiten mittels eines Ultraschall Laufzeitdifferenz-Verfahrens:

wobei t₁ die Laufzeit des Signals in eine Richtung und t₂ die Laufzeit des Signals in die andere Richtung ist. K ist seinerseits eine Funktion von der Länge des akustischen Pfads, vom Verhältnis zwischen radialem und axialem Sensorabstand, von der Geschwindigkeitsverteilung im Messmedium, also dem Strömungsprofil und der Querschnittsfläche des Messrohrs.Generally, for the flow rate, calculated from the measured transit times by means of an ultrasound transit time difference method:

where t _{1 is} the transit time of the signal in one direction and t _{2 is} the transit time of the signal in the other direction. K in turn is a function of the length of the acoustic path, the ratio between the radial and axial sensor distance, the velocity distribution in the measuring medium, ie the flow profile and the cross-sectional area of the measuring tube.

Das Messsignal S, welches bei einer Durchflussmessung auf Basis von Ultraschall verwendet wird, ist quadratisch abhängig von der Laufzeit der Ultraschallsignale, insbesondere bei Ultraschallsignalen parallel zur Strömungsrichtung.

wobei Δt, die Zeitdifferenz t₁ – t₂ zwischen Hin- und Rücksignal, also z. B. zwischen dem Signal mit dem Flüssigkeitsstrom und dem Signal gegen den Flüssigkeitsstrom, von der Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums abhängt und t₁·t₂, das Produkt der Laufzeiten der Signale, unter anderem von der Temperatur des Messmediums abhängig ist. Dies gilt nicht nur in direkter Weise, bei einer Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit, falls die Ultraschallwandler parallel zur Strömungsrichtung des Messmediums im Messrohr angebracht sind, führt dies zu einem zu Messfehler, welcher quadratisch von der Temperatur abhängt, sondern auch indirekt über die temperaturbedingte Längung des Messpfads, also die Längung des Messrohrs. Eine Alternative zur Verringerung der Messabweichung durch eine axiale Änderung des akustischen Pfads parallel zur Strömungsrichtung des Messmediums bei Ultraschallwandlern, die fest mit dem Trägerrohr in Verbindung stehen, wird weiter unten erläutert.The measurement signal S, which is used in a flow measurement based on ultrasound, is quadratically dependent on the transit time of the ultrasound signals, in particular in the case of ultrasound signals parallel to the flow direction.

where Δt, the time difference t ₁ - t ₂ between outward and return signal, ie z. B. between the signal with the liquid flow and the signal against the liquid flow, depends on the flow velocity of the medium to be measured and t ₁ · t ₂ , the product of the propagation times of the signals, among other things on the temperature of the medium is dependent. This is not only true in a direct manner, with a temperature dependence of the Schallge Speed, if the ultrasonic transducers are mounted parallel to the flow direction of the measuring medium in the measuring tube, this leads to a measurement error, which depends quadratically on the temperature, but also indirectly on the temperature-induced elongation of the measuring path, ie the elongation of the measuring tube. An alternative to reducing the measurement deviation by an axial change of the acoustic path parallel to the flow direction of the measuring medium in ultrasonic transducers, which are firmly connected to the support tube, will be explained below.

Die Strömungsgeschwindigkeit v(T) des Messmediums im Messrohr ist quadratisch Abhängig von der lichten Weite, welche in die Berechnung der freien Querschnittsfläche des Messrohrs A(T) eingeht:

wobei Q_v der Volumendurchfluss ist, wobei für den Massendurchfluss Q_m gilt: Q_m = Q_v·ρ; daher im Nachfolgenden nur noch kurz Durchfluss Q genannt. Bei einer Veränderung der lichten Weite des Messrohrs verändert sich somit auch die Strömungsgeschwindigkeit. Diese Abhängigkeit kann durch einen erfindungsgemäßen Liner verringert werden. Die Strömungsgeschwindigkeit ist näherungsweise konstant bzw. ist vom Messrohr bei näherungsweise konstantem Innendurchmesser weniger beeinflusst.The flow velocity v (T) of the measuring medium in the measuring tube is square Depending on the clear width, which is included in the calculation of the free cross-sectional area of the measuring tube A (T):

where Q _{v is} the volume flow, where for the mass flow Q _m : Q _m = Q _v · ρ; therefore only briefly called flow Q in the following. With a change in the clear width of the measuring tube thus also changes the flow velocity. This dependence can be reduced by a liner according to the invention. The flow velocity is approximately constant or is less affected by the measuring tube at approximately constant inner diameter.

Durch mehrere Linerschichten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungen und Dicken, dehnen sich diese Schichten unterschiedlich aus und ermöglichen über steigende Temperatur eine sowohl progressive, als auch einen degressive Zu- und/oder Abnahme des Innendurchmessers des Messrohrs. Es lässt sich weiterhin auch der Effekt der stärkeren Ausdehnung ab einer Übergangstemperatur, z. B. der Glasübergangstemperatur, als ein Mittel zur überproportionalen Kompensation einsetzen.By several liner layers with different thermal expansions and thicknesses, these layers expand differently and allow both a rising temperature progressive, as well as a degressive increase and / or decrease of the Inside diameter of the measuring tube. It can be continued the effect of greater expansion from a transition temperature, z. As the glass transition temperature, as a means for disproportionate Use compensation.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der freie Querschnitt A_i ^A der mindestens einen Auskleidung in einer bestimmten Abhängigkeit zu seiner axialen Lage in dem Messrohr und zur Temperatur T des Messmediums steht. Die Dicke des Liners variiert über die Rohrlänge über die Länge des Messrohrs in bestimmter, vorgebbarer Art und Weise. Der Innendurchmesser steht somit in einem bestimmten Verhältnis zur Temperatur des Messmediums und zur seiner axialen Position im Messrohr. Die axiale Lage wird in der Hauptströmungsrichtung des Messmediums vom Eingang des Messrohrs bis zum Ausgang des Messrohrs bestimmt.A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the free cross section A _i ^{A of} the at least one lining is in a certain dependence on its axial position in the measuring tube and the temperature T of the measuring medium. The thickness of the liner varies over the length of the tube over the length of the measuring tube in a specific, specifiable manner. The inner diameter is thus in a certain ratio to the temperature of the medium to be measured and to its axial position in the measuring tube. The axial position is determined in the main flow direction of the measuring medium from the inlet of the measuring tube to the outlet of the measuring tube.

Eine solche Ausführungsform kann durch verschiedene Ausgestaltungen realisiert werden. Einige dieser Ausgestaltungen sind im Folgenden erörtert.A Such embodiment may be achieved by various embodiments will be realized. Some of these embodiments are below discussed.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Auskleidung aus einem porösen Material, insbesondere einem geschlossenporigen Material, gefertigt ist oder dass mindestens eine Auskleidung aus einem offenporigen Material zwischen dem Trägerrohr und mindestens einer weiteren Auskleidung aus einem homogen geschlossenen Material angebracht ist, wobei die homogen geschlossene Auskleidung und das Trägerrohr die offenporige Auskleidung umschließen und diese somit vor einem Kontakt zur Umgebung des Messrohrs, z. B. vor einem Kontakt mit dem Messmedium, schützen, und dass die Poren mit einem Stoff, insbesondere einem Fluid, welches bevorzugt näherungsweise inkompressibel ist, insbesondere mit einem Gel, gefüllt sind.In A particularly preferred embodiment of the invention is provided, that the at least one lining is made of a porous Material, in particular a closed-pore material manufactured or that at least one lining of an open-pored Material between the support tube and at least one other Lining of a homogeneously closed material attached is, with the homogeneously closed lining and the support tube enclose the open-pore lining and thus this before contact with the surroundings of the measuring tube, z. B. before a contact with the measuring medium, protect, and that the pores with a Substance, in particular a fluid, which preferably approximately incompressible, especially filled with a gel are.

Eine sehr vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass ein Fluid, insbesondere ein Gel, von dem Trägerrohr und mindestens einer homogen geschlossenen Auskleidung umschlossen und verkapselt wird, wobei bevorzugt das Trägerrohr an seinen axialen Enden Schultern nach innen, also auf der dem Messmedium zugewandten Seite, aufweist, welche das Fluid in seiner axialen Ausdehnung begrenzen und welche die mindestens eine Auskleidung stützen. Die Auskleidung ist dabei bevorzugt von einer mittleren Elastizität, welche insbesondere im Bereich der vollfluorierten Polymere liegt, und bildet somit eine mechanisch stabile, aber dennoch eingeschränkt flexible Wand zum Messmedium hin.A very advantageous embodiment of the invention Solution provides that a fluid, in particular a gel, from the support tube and at least one homogeneously closed Lined enclosed and encapsulated, preferably the Carrier tube at its axial ends shoulders inwards, So on the side facing the medium to be measured, which limit the fluid in its axial extent and which the support at least one lining. The lining is thereby preferably of a medium elasticity, which especially in the field of fully fluorinated polymers, and thus forms a mechanically stable but restricted flexible wall towards the medium to be measured.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, dass ein doppelwandiges Rohr aus elastischem Material, insbesondere aus einem Polymer, in ein Trägerrohr mit auf den Stirnseiten befindlichen, nach innen, also in Richtung des Messmediums, ausgerichteten Schultern eingebettet ist, wobei dieses doppelwandige Rohr zwischen den beiden Rohrwänden einen Hohlraum bildet, der auf den Stirnseiten des doppelwandigen Rohrs fest verschlossen ist und dieser Hohlraum ein Fluid, insbesondere ein Gel, oder eine poröse Struktur umschließt bzw. das Fluid oder die poröse Struktur den Hohlraum ausfüllt, d. h. in diesem verkapselt ist, insbesondere wobei die poröse Struktur ein Fluid in den Poren aufweist, weshalb der Hohlraum nicht mehr leer ist und im Nachfolgenden als Innenraum bezeichnet wird, und der Druck in dem doppelwandigen Rohr und damit seine Ausdehnung nach innen, d. h. in Richtung des Messmediums, mit Hilfe von Prozess- und/oder Zustandgrößen des Messmediums, insbesondere Temperatur und Druck des Messmediums, als Regelgrößen geregelt wird, insbesondere über eine, mit dem Innenraum des doppelwandigen Rohrs über eine Leitung verbundene, Regeleinrichtung. Es handelt sich somit um eine, in das Trägerrohr eingebettete Einrichtung, einem rohrförmigen Luftballon zu vergleichen, der mit einem, bevorzugt näherungsweise inkompressiblen, Fluid befüllt wird und der Grad der Befüllung bzw. der Druck des Fluids vom Messmedium und dessen Zustand abhängt. Da die Stirnseiten durch die Schultern des Trägerrohrs und die vom Messmedium abgewandte Seite des doppelwandigen Rohrs von der Trägerrohrwand abgestützt sind und das Trägerrohr bevorzugt ausreichend steif ist, erfolgt eine Ausdehnung nur auf der dem Messmedium zugewandten Seite des doppelwandigen Rohrs. Eine Alternative stellt ein doppelwandiges Rohr mit ausreichend steifen strinseitigen radialen Verschlüssen dar, um auf die Schultern im Trägerrohr zu verzichten und/oder eine dem Messmedium abgewandte ausreichend Steife Rohrwand des doppelwandigen Rohrs. Durch eine Kombination der beiden genannten Merkmale macht das Trägerrohr als stabilisierendes Element überflüssig. Mit der befüllbaren Einrichtung, doppelwandiges Rohr, kann somit der Innendurchmesser des Messrohrs abhängig von Temperatur, Druck, Dichte des Messmediums oder anderen messmediumsspezifischen Eigenschaften eingestellt sein, um bspw. Schwankungen dieser Größen auszugleichen. Dies stellt eine Variante einer möglichen Druckkompensation dar.A further advantageous embodiment of the device according to the invention proposes that a double-walled tube made of elastic material, in particular of a polymer, is embedded in a carrier tube with shoulders located on the front sides, aligned inwards, ie in the direction of the measuring medium, this double-walled tube between the two tube walls forms a cavity which is firmly closed on the end faces of the double-walled tube and this cavity encloses a fluid, in particular a gel, or a porous structure or the fluid or the porous structure fills the cavity, that is encapsulated in this , in particular wherein the porous structure has a fluid in the pores, which is why the Cavity is no longer empty and hereinafter referred to as the interior, and the pressure in the double-walled pipe and thus its expansion to the inside, ie in the direction of the measured medium, with the aid of process and / or state variables of the measured medium, in particular temperature and pressure of Measuring medium is controlled as controlled variables, in particular via a, connected to the interior of the double-walled pipe via a line, control device. It is thus a device embedded in the carrier tube to compare a tubular balloon which is filled with a, preferably approximately incompressible, fluid and the degree of filling or the pressure of the fluid depends on the measuring medium and its state. Since the end faces are supported by the shoulders of the support tube and the side facing away from the measuring medium side of the double-walled tube of the support tube wall and the support tube is preferably sufficiently rigid, expansion takes place only on the measuring medium facing side of the double-walled tube. An alternative is a double-walled tube with sufficiently stiff strinseitigen radial closures to dispense with the shoulders in the support tube and / or a the measuring medium facing away from sufficiently rigid tube wall of the double-walled tube. By a combination of the two features mentioned makes the support tube as a stabilizing element superfluous. With the fillable device, double-walled tube, thus, the inner diameter of the measuring tube can be adjusted depending on temperature, pressure, density of the measuring medium or other properties specific to measuring medium, for example, to compensate for variations in these sizes. This represents a variant of a possible pressure compensation.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, dass Kanäle in der mindestens einen Auskleidung angebracht sind, welche mit einem Fluid gefüllt sind, bevorzugt vom einem Fluid durchströmt werden. Die Kanäle können dabei spiralförmig umlaufend sein, bevorzugt verlaufen sie rohrförmig und parallel zu den Wänden der Auskleidung. Druck, Temperatur, Fließgeschwindigkeit und andere Stoff-, Prozess- und Zustandsparameter des Fluids sind von den Stoff-, Prozess- und Zustandsparametern des Messmediums abhängig, welche bevorzugt als Regelgrößen zur Regelung des Fluids dienen.A further advantageous embodiment of the invention Device suggests that channels in the at least a lining is attached which is filled with a fluid are preferably flowed through by a fluid. The Channels can be spirally circulating be, they are preferably tubular and parallel to the walls of the lining. Pressure, temperature, flow rate and other material, process and condition parameters of the fluid of the substance, process and condition parameters of the medium to be measured dependent, which preferred as controlled variables serve to control the fluid.

Die vorgenannten Ausführungsformen haben die Vorteile, dass ein Zustand der Auskleidung einstellbar ist, neben einem bestimmten Innendurchmesser des Messrohrs ist eine bestimmte Temperatur oder eine bestimmte Steifigkeit der Auskleidung einstellbar, so dass eine Kompensation bzw. Korrektur bzw. Verringerung verschiedener Einflüsse auf die Messung, wie dies z. B. Änderungen des Drucks des Messmediums oder Änderungen stoffeigener Größen des Messmediums darstellen, insbesondere die Änderung des Messmediums selbst, möglich ist.The The aforementioned embodiments have the advantages that A state of lining is adjustable, in addition to a specific one Inner diameter of the measuring tube is a certain temperature or a certain rigidity of the lining adjustable, so that a compensation or correction or reduction of various Influences on the measurement, as z. B. Changes the pressure of the medium to be measured or changes to the substance Represent sizes of the measuring medium, in particular the change of the medium itself is possible.

Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung schlägt vor, dass das Messrohr eine Temperiervorrichtung aufweist, welche auf eine vorgegebene Temperatur einstellbar ist. Eine solche Temperiervorrichtung kann am Messrohr und/oder im Messrohr angebracht sein, z. B. in das Trägerrohr integriert sein oder in die Auskleidung, sie kann aber auch zwischen Trägerrohr und Auskleidung oder auf der Oberfläche von Trägerrohr oder Auskleidung platziert sein.A very advantageous embodiment of the invention Solution suggests that the measuring tube a tempering which is adjustable to a predetermined temperature. Such a tempering device may be on the measuring tube and / or in the measuring tube be appropriate, for. B. be integrated into the support tube or in the lining, but it can also be between the carrier tube and lining or on the surface of support tube or lining.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass eine Temperiervorrichtung auf der einem Messmedium abgewandten Seite des Trägerrohrs angebracht ist, wodurch eine vorgegebene Temperatur der dem Messmedium abgewandten Seite des Trägerrohrs einstellbar ist.According to one advantageous embodiment of the invention Device is proposed that a tempering on the side of the support tube facing away from a measuring medium is attached, whereby a predetermined temperature of the measuring medium opposite side of the support tube is adjustable.

Ungleiche Temperaturen auf der Außenseite, also der dem Messmedium abgewandten Seite, des Messrohrs und auf der Innenseite, also der dem Messmedium zugewandten Seite des Messrohrs, führen zu einem Temperaturgradienten im Messrohr bzw. in der Messrohrwand, bestehend aus Auskleidungswand und Trägerrohrwand. Dieses Problem kann unter Umständen dadurch verstärkt werden, dass die Auskleidung ein guter Wärmeisolator ist. Durch diesen Temperaturgradienten kommt es unter Umständen zu unbestimmten Wärmeausdehnungen. Unbestimmt sind die Ausdehnungen, wenn der Temperaturgradient unbekannt ist. Ist die Temperatur im Rohr und die in der Umgebung immer näherungsweise konstant, kann der Temperaturgradient bestimmt und bei der Auslegung bzw. Dimensionierung des Messrohrs berücksichtigt werden. Wechseln die Bedingungen unvorhergesehen, so kann auch der Innendurchmesser unbestimmt sein. Eine günstige Verbesserung, also eine Verminderung des Temperaturgradienten, schafft eine gute Isolation, d. h. eine gute Wärmedämmung, auf der Außenseite, also auf der dem Messmedium abgewandten Seite, des Trägerrohrs, wobei die Isolation dann Teil des Messrohrs ist. Eine weitere Verbesserung des Problems schafft eine Temperiervorrichtung auf der Außenseite des Trägerrohrs, deren Temperatur einstellbar ist, insbesondere so einstellbar ist, dass sich eine gewünschte Temperatur auf der Außenseite des Trägerrohrs einstellt. Bevorzugt wird die Temperatur der Temperiervorrichtung mit der Temperatur des Messmediums als Regelgröße geregelt.unequal Temperatures on the outside, that is the measuring medium opposite side, the measuring tube and on the inside, so the the measuring medium facing side of the measuring tube lead to a temperature gradient in the measuring tube or in the measuring tube wall, consisting of lining wall and support tube wall. This This may increase the problem be that the lining is a good heat insulator. This temperature gradient may occur to indefinite thermal expansions. Indefinite are the Stretches if the temperature gradient is unknown. Is the Temperature in the pipe and in the environment always approximately constant, the temperature gradient can be determined and interpreted or dimensioning of the measuring tube are taken into account. If the conditions change unexpectedly, so can the inner diameter be indefinite. A cheap improvement, so one Reduction of the temperature gradient, creates a good insulation, d. H. a good thermal insulation, on the outside, So on the side facing away from the measuring medium, the support tube, the insulation is then part of the measuring tube. Another improvement the problem creates a tempering device on the outside the support tube whose temperature is adjustable, in particular is adjustable so that a desired temperature on the outside of the support tube sets. The temperature of the temperature control device is preferred with the temperature of the measuring medium regulated as a controlled variable.

Die Temperatur der Temperiervorrichtung ist bevorzugt abhängig von der Temperatur des Messmediums bzw. von dem zeitlichen Verlauf der Temperatur des Messmediums und/oder von den Temperaturen in der Auskleidung und/oder im Trägerrohr und/oder von der Temperatur der Umgebung des Messrohrs.The Temperature of the temperature control device is preferably dependent from the temperature of the medium or from the time course the temperature of the medium to be measured and / or the temperatures in the lining and / or in the support tube and / or from the Temperature of the surroundings of the measuring tube.

Dabei sind viele Ausgestaltungsbeispiele für Temperiervorrichtungen denkbar. So werden bevorzugt Heizdrähte oder in dafür vorgesehenen Einrichtungen fließende Kühl- bzw. Wärmeflüssigkeiten, insbesondere in Verbindung mit mindestens einem Temperatursensor, welcher die Temperatur des Messmediums bestimmt, eingesetzt. Eine Beschränkung auf die genannten Ausführungsbeispiele ist hiermit nicht gegeben.there are many design examples for tempering conceivable. So are preferred heating wires or in it provided facilities flowing cooling or Heat liquids, in particular in connection with at least one temperature sensor which determines the temperature of the Determined measuring medium used. A restriction on the aforementioned embodiments is not hereby given.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist deshalb darin zu sehen, dass Kanäle auf der dem Messmedium abgewandten Seite des Trägerrohrs bzw. in der Trägerrohrwand angebracht sind, in denen das Messmedium fließt.A Another very advantageous embodiment of the invention Device is therefore to be seen in that channels on the side facing away from the measuring medium of the support tube or are mounted in the support tube wall, in which the measuring medium flows.

Die Kanäle können dabei sowohl spiralförmig umlaufend, als auch rohrförmig und parallel zum Trägerrohr verlaufen. Bevorzugt haben sie dann gleiche Länge wie das Messrohr und führen Teile des Messmediums parallel zur Hauptströmungsrichtung des Messmediums im Messrohr oder auch in der entgegengesetzten Richtung dazu.The Channels can be both spiral circumferential, as well as tubular and parallel to the support tube run. Preferably, they then have the same length as that Measuring tube and lead parts of the medium parallel to Main flow direction of the measuring medium in the measuring tube or also in the opposite direction to it.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass Kanäle in der mindestens einen Auskleidung angebracht sind, in denen das Messmedium fließt. Bei mehreren Auskleidungen sind Kanäle in der inneren Auskleidung, also in der Auskleidung, welche dem Messmedium zugewandt ist, und/oder in weiteren Auskleidungen vorzusehen. Die Kanäle, welche insbesondere das Messmedium führen, stellen eine näherungsweise homogene Wärmeverteilung in dem Messrohr her. Vorteilhaft sind die Kanäle in der Auskleidung zusätzlich zum Ausgleich von Druckeinflüssen und/oder Druckschwankungen, also zu einer Druckkompensation.A advantageous embodiment of the invention Device is that channels in the at least a lining are mounted, in which the measuring medium flows. With multiple liners, channels are in the inner lining, ie in the lining, which faces the medium to be measured, and / or to provide in further linings. The channels, which in particular lead the measuring medium, provide an approximate homogeneous heat distribution in the measuring tube ago. Advantageous the channels in the lining are additional to compensate for pressure influences and / or pressure fluctuations, So to a pressure compensation.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Temperiervorrichtung in der Auskleidung vor, insbesondere beheizbare Drähte, welche in die Auskleidung eingebettet sind.A Another preferred embodiment of the invention provides a temperature control in the lining, in particular heatable wires, which are embedded in the lining.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Durchflussmesssystem auf Basis von Ultraschall arbeitet und mindestens zwei, einen Abstand zueinander aufweisende Ultraschallsensoren parallel zur Hauptströmungsrichtung des Messmediums in einem Messrohr umfasst, wobei das Messrohr in axialer Richtung begrenzt ist und die Auskleidung Kanäle aufweist, in denen das Messmedium fließt. Die von Kanälen durchzogene Auskleidung wird von dem Messmedium durchströmt und dient insbesondere zur Verringerung der Einflüsse von Druck- und Temperaturschwankungen auf die Messung. Das Messrohr ist axial begrenzt. Durch den beschriebenen Aufbau entsteht eine kleine und variabel einsetzbare Ultraschall-Messzelle, welche bevorzugt einen näherungsweise konstanten mittleren Innendurchmesser aufweist.A Further advantageous development of the invention provides that the flow measuring system works on the basis of ultrasound and at least two ultrasonic sensors spaced apart from each other parallel to the main flow direction of the measuring medium in a measuring tube, wherein the measuring tube bounded in the axial direction is and the lining has channels in which the measuring medium flows. The lined by channels lining is flowed through by the measuring medium and is used in particular to reduce the influence of pressure and temperature fluctuations on the measurement. The measuring tube is axially limited. By the described Construction creates a small and variably usable ultrasonic measuring cell, which preferably has an approximately constant mean Inner diameter has.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Durchflussmesssystem auf Basis von Ultraschall arbeitet und mindestens zwei, einen Abstand zueinander aufweisende Ultraschallsensoren parallel zur Hauptströmungsrichtung des Messmediums in einem Messrohr umfasst, wobei der Innendurchmesser des Messrohrs über einen weiten Temperaturbereich in einer bestimmten Abhängigkeit zu seiner axialen Lage in dem Messrohr und zur Temperatur des Messmediums steht. Ist das Messrohr ist im Vergleich zu seinem Durchmesser relativ kurz, ist damit die Auskleidung, also das den Innendurchmesser einschnürende Element, welches bevorzugt ein mit einem inkompressiblem Gel gefülltes doppelwandiges Rohr aus einem Polymer ist, stabil gegen hohe Drücke des Messmediums, wobei das Trägerrohr bevorzugt an seinen axialen Enden Schultern nach innen, also auf der dem Messmedium zugewandten Seite, aufweist, welche die axiale Ausdehnung der Auskleidung begrenzen. Die so aufgebaute Ultraschall-Messzelle ist ebenfalls klein und variabel einsetzbar.A Further advantageous development of the invention provides that the flow measuring system works on the basis of ultrasound and at least two ultrasonic sensors spaced apart from each other parallel to the main flow direction of the measuring medium in a measuring tube, wherein the inner diameter of the measuring tube via a wide temperature range in a certain dependence to its axial position in the measuring tube and the temperature of the medium to be measured stands. Is the measuring tube is relative to its diameter relative short, so is the lining, so the inner diameter constricting Element which preferably is one filled with an incompressible gel Double-walled tube made of a polymer, stable against high pressures the measuring medium, wherein the support tube preferably at its axial ends shoulders inward, so on the measuring medium facing side, which has the axial extent of the lining limit. The so constructed ultrasonic measuring cell is also small and variable use.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass eine Länge eines Signalpfads, welcher durch die mindestens eine Auskleidung begrenzt ist, näherungsweise konstant ist. Dies über einen gewünschten Temperaturbereich.A further advantageous embodiment of the invention Solution is that a length of a signal path, which is bounded by the at least one liner, approximately is constant. This over a desired temperature range.

Besonders Vorteilhaft wird ein erfindungsgemäßes Messrohr mit einer Sensoranordnung kombiniert, deren Geometrien und stoffeigene Größen ihrerseits mit dem Trägerrohr, an welchem die Sensoren befestigt sind und/oder mit der Auskleidung abgestimmt sind, um temperaturabhängige Messabweichungen zu kompensieren bzw. zu verringern.Especially An inventive measuring tube becomes advantageous combined with a sensor array, their geometries and their own Sizes in turn with the support tube, on which the sensors are attached and / or with the lining are tuned to temperature-dependent deviations to compensate or reduce.

Wird beispielsweise ein erfindungsgemäßes Messsystem, welches einen Durchfluss mit einem Verfahren bestimmt, welches mindestens einen Messwert und den freien Querschnitt A_i ^A benötigt, so kann der freie Querschnitt A_i ^A des Messrohrs über einen weiten Temperaturbereich konstant gehalten werden, aber durch die Ausdehnung des Trägerrohrs oder der Sensoren, welche am Trägerrohr befestigt sind und deren stoffeigene Größen und Geometrien nicht mit dem Messrohr abgestimmt sind, wird ein Messfehler in die Berechnung des Durchflusses eingebracht.If, for example, a measuring system according to the invention, which has a flow with an Ver driving, which requires at least one measured value and the free cross section A _i ^A , the free cross section A _i ^{A of} the measuring tube over a wide temperature range can be kept constant, but by the extent of the support tube or the sensors which are attached to the support tube and whose material-specific sizes and geometries are not matched to the measuring tube, a measurement error is introduced into the calculation of the flow.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to the following figures.

1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Messrohrs. 1 shows a cross-sectional view of a measuring tube according to the invention.

2 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Messrohrs mit mehreren Auskleidungsschichten. 2 shows a sectional view in the longitudinal direction of a measuring tube according to the invention with a plurality of lining layers.

3 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Messrohrs mit einer Auskleidung, deren Dicke in Abhängigkeit ihrer Position im Messrohr variiert. 3 shows a sectional view in the longitudinal direction of a measuring tube according to the invention with a lining whose thickness varies depending on their position in the measuring tube.

4 zeigt eine perspektivisch dargestellte Teilschnittzeichnung eines erfindungsgemäßen Messsystems mit Kanälen in der Auskleidung. 4 shows a perspective sectional view of a part of a measuring system according to the invention with channels in the lining.

5 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Inline-Ultraschall-Messsystems. 5 shows a sectional view in the longitudinal direction of an inline ultrasonic measuring system according to the invention.

6 zeigt eine Detaildarstellung eines Haltelements im Schnitt. 6 shows a detailed view of a holding element in section.

7 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Messrohrs mit Kanälen in der Auskleidung und Flüssigkeitsreservoir. 7 shows a sectional view in the longitudinal direction of a measuring tube according to the invention with channels in the lining and liquid reservoir.

1 zeigt die Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Messrohrs 1, mit kreisförmigem Querschnitt, bestehend aus einem Trägerrohr 2 und einer im Trägerrohr 2 angebrachten Auskleidung 3. Der Innendurchmesser 5 der Auskleidung 3 bestimmt den Innendurchmesser des Messrohrs 1 und damit die lichte Weite des Messrohrs 1 und beträgt das Doppelte des Radius' der Auskleidung rAi . Für den äußeren Radius rAa der Auskleidung gilt: rAa = rTi ∀T, wobei rTi der innere Radius des Trägerrohrs ist und T die Temperatur des Messmediums, unter der Annahme, dass die Temperatur des Messmediums homogen im gesamten Messrohr vorherrscht. Die verwendeten Werkstoffe von Auskleidung 3 und Trägerrohr 2 und damit ihre stoffeigenen Größen sind in ausreichendem Maße bekannt. Bei einer Temperatur T₀ ist rAi so gewählt, dass gilt: |r Ai (T) – r Ai (T0)|<| f·αA·(T – T0)|. Für f gilt: f < 1. f ist vorteilhaft kleiner 0,5. Bevorzugt gilt f ≤ 0,2 und besonders Vorteilhaft gilt f ≤ 0,1, insbesondere f ≤ 0,05, insbesondere f ≤ 0,02, insbesondere f ≤ 0,01. Die temperaturbedingte Änderung des Radius ist kleiner, als die mit dem Faktor f multiplizierte Ausdehnung bzw. temperaturbedingte Veränderung der Auskleidung. 1 shows the cross-sectional view of a measuring tube according to the invention 1 , with a circular cross-section, consisting of a support tube 2 and one in the carrier tube 2 attached lining 3 , The inner diameter 5 the lining 3 determines the inner diameter of the measuring tube 1 and thus the clear width of the measuring tube 1 and is twice the radius of the lining r A i , For the outer radius r A a the lining applies: r A a = r T i ∀t , in which r T i the inner radius of the support tube is and T is the temperature of the medium to be measured, assuming that the temperature of the medium to be measured is homogeneous throughout the measuring tube. The materials used of lining 3 and support tube 2 and thus their own substance sizes are sufficiently known. At a temperature T ₀ is r A i chosen so that | r A i (T) - r A i (T 0 ) | <| f · α A · (T - T 0 ) | , For f: f <1. f is advantageously less than 0.5. Preferably, f ≦ 0.2, and particularly advantageously f ≦ 0.1, in particular f ≦ 0.05, in particular f ≦ 0.02, in particular f ≦ 0.01. The temperature-induced change of the radius is smaller than the expansion multiplied by the factor f or temperature-dependent change of the lining.

Die temperaturbedingten Ausdehnungen, oder auch Wärmeausdehnungen, α^A der Auskleidung und α^T des Trägerrohrs, sind in ausreichendem Maße von den verwendeten Materialen bekannt. Auch die Steifigkeiten oder die unter Spannungen erzeugten Verformungen sind bei einer bevorzugten Kombination von Stahl oder Edelstahl, insbesondere Nickelbasislegierungen, als Trägerrohrmaterial, und Kunststoff, insbesondere ein Polymer, bevorzugt Hartgummi, Polyurethan oder fluorierte Kunststoffe, wie z. B. PFA oder PTFE, als Auskleidungsmaterial, bekannt.The temperature-related expansions, or thermal expansions, α ^{A of} the lining and α ^{T of} the support tube, are sufficiently known from the materials used. The stiffness or the deformations generated under stresses are in a preferred combination of steel or stainless steel, in particular nickel-based alloys, as a carrier tube material, and plastic, in particular a polymer, preferably hard rubber, polyurethane or fluorinated plastics, such. As PFA or PTFE, as lining material known.

Eine Berechnung der realen Bedingungen ist abhängig von den gewählten Materialen und/oder Geometrien aus denen Auskleidung und Trägerrohr gefertigt sind. Voneinander verschiedene Materialien, insbesondere verschiedene Kombinationen, verhalten sich unter Umständen in der beschriebenen Situation unterschiedlich. Im Rahmen einer Simulation können komplexe Parameter berücksichtigt werden, wodurch eine genaue Berechnung der Geometrieverhältnisse ermöglicht wird. Die Durchführung eines Versuchs ist eine weitere Alternative. Auch reale Verhältnisse, wie z. B. die Fertigungsgüte, können zumindest teilweise berücksichtigt werden.A Calculation of real conditions depends on the selected materials and / or geometries from which lining and carrier tube are made. Different from each other Materials, especially different combinations, behavior may differ in the situation described. As part of a simulation, complex parameters can be taken into account which gives an accurate calculation of the geometric proportions is possible. The execution of an experiment is another alternative. Real relationships too, such as As the manufacturing quality, at least partially taken into account.

In 2 ist eine Darstellung eines Messrohrs 1 gezeigt, welches Teil eines erfindungsgemäßen Messsystems ist und welches aus einem Trägerrohr 2 und mehreren Auskleidungen 3', 3'', 3''' besteht. Die Auskleidungen 3', 3'', 3''' sind aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt und verfügen unter anderem über unterschiedliche Wärmeausdehnungen. Ein progressiver oder ein degressiver Verlauf des Innendurchmessers 5 des Messrohrs 1 über Temperatur ist dadurch möglich. Ein progressiver oder ein degressiver Anstieg bzw. eine progressive oder eine degressive Abnahme des Innendurchmessers 5 des Messrohrs 1 kann zur Kompensation bzw. Verringerung von verschiedenen Messabweichungen, die bei einem Rohr ohne diese spezielle Form der Auskleidung bei Änderung der Temperatur auftreten würde, kompensiert werden. Auch eine Kombination von temperaturbedingten Änderungen bzw. Messabweichungen aus verschiedenen Quellen ist kompensierbar bzw. verringerbar.In 2 is a representation of a measuring tube 1 shown, which is part of a measuring system according to the invention and which consists of a support tube 2 and several linings 3 ' . 3 '' . 3 ''' consists. The linings 3 ' . 3 '' . 3 ''' are made of different materials and have, among other things, different thermal expansions. A progressive or a degressive course of the inside diameter 5 of the measuring tube 1 over temperature is possible. A progressive or a degressive increase or a pro Gressive or a degressive decrease in the inner diameter 5 of the measuring tube 1 can be compensated for to compensate for or reduce various measurement deviations that would occur in a pipe without this special form of lining when the temperature changes. A combination of temperature-induced changes or measurement deviations from different sources can also be compensated or reduced.

3 zeigt die Schnittdarstellung eines Messrohrs 1 mit einer Auskleidung 3, welche als stirnseitig verschlossenes doppelwandiges Rohr ausgebildet ist. Das Trägerrohr 2 weist Schultern 17 im Bereich des Messrohreingangs 12 und des Messrohrausgangs 13 auf, welche in die Rohrmitte, also in Richtung des Messmediums 4 zeigen. Die Auskleidung 3 ist in das Trägerrohr 2 dermaßen eingebettet, dass die Trägerrohrwand eine Ausdehnung der Auskleidung nach außen, also von der Rohrmitte bzw. dem Messmedium weg, begrenzt und die Schultern 17 begrenzen die Auskleidung 3 axial. Die Auskleidung 3 besteht aus einer inneren Wand 18, welche mit dem Messmedium 4 in Berührung steht, und einer äußeren Wand 19, welche am Trägerrohr 2 anliegt. Die stirnseitigen Auskleidungswände 20, welche die doppelwandige rohrförmige Auskleidung stirnseitig verschließen, liegen mit ihren Außenseiten, welche in Richtung der jeweiligen, nächstgelegenen Enden des Messrohrs 1 zeigen, an den Schultern 17 des Trägerrohrs an. So kann sich nur die innere Auskleidungswand 18 wesentlich verformen. Eine solch aufgebaute Messzelle oder Messkammer ist besonders vorteilhaft kurz in ihrer axialen Ausdehnung, also in ihrer Länge 6, im Vergleich zu Ihrem Innendurchmesser 5', 5'', 5''', womit eine hohe Stabilität der Auskleidungswand 18 gegen äußere Einflüsse, wie z. B. ein hoher dynamischer Druck des strömenden Messmediums 4, und damit ein geringer Grad an unerwünschter Verformung aufgrund dieser Einflüsse gewährleistet ist. Die Dicke der Auskleidung 3 und damit der Innendurchmesser 5', 5'', 5''' des Messrohrs sind abhängig von der Befüllung der Auskleidung mit einem Fluid. Sie sind allerdings über die Rohrlänge nicht zwingend konstant, sondern variieren von Messrohreingang 12 zu Messrohrausgang 13. Die Dicke der Auskleidung 3 ändert sich bevorzugt symmetrisch zu ihren Mittelachsen, sowohl axial als auch radial. Sie hat einen Bauch in der Mitte, der ausgefahren und dicker wird oder eingezogen und damit dünner wird. 3 shows the sectional view of a measuring tube 1 with a lining 3 , which is designed as a front-side sealed double-walled tube. The carrier tube 2 has shoulders 17 in the area of the measuring tube inlet 12 and the measuring tube outlet 13 on, which in the middle of the tube, ie in the direction of the medium to be measured 4 demonstrate. The lining 3 is in the carrier tube 2 embedded so that the support tube wall an extension of the lining to the outside, ie away from the pipe center or the measuring medium, limited and the shoulders 17 limit the lining 3 axially. The lining 3 consists of an inner wall 18 , which with the measuring medium 4 in contact, and an outer wall 19 , which on the support tube 2 is applied. The frontal lining walls 20 , which close the double-walled tubular lining frontally, lie with their outer sides, which in the direction of the respective, nearest ends of the measuring tube 1 show at the shoulders 17 of the support tube. So can only the inner lining wall 18 deform significantly. Such a constructed measuring cell or measuring chamber is particularly advantageous short in its axial extent, ie in its length 6 , compared to your inside diameter 5 ' . 5 '' . 5 ''' , whereby a high stability of the lining wall 18 against external influences, such. B. a high dynamic pressure of the flowing medium 4 , And thus a small degree of unwanted deformation is ensured due to these influences. The thickness of the lining 3 and thus the inside diameter 5 ' . 5 '' . 5 ''' of the measuring tube are dependent on the filling of the lining with a fluid. However, they are not necessarily constant over the pipe length, but vary from the measuring tube inlet 12 to measuring tube exit 13 , The thickness of the lining 3 preferably changes symmetrically to their central axes, both axially and radially. It has a belly in the middle, which is extended and thickens or retracts and thus becomes thinner.

Die dargestellte Ausführungsform verfügt des Weiteren über einen Zugang in Form einer Bohrung zum Innenraum der Auskleidung 3 und einer daran angeschlossenen Leitung 21. Über diese Leitung ist die Auskleidung 3 mit einer nicht dargestellten Regeleinrichtung verbunden, die mit Hilfe von Prozess- und/oder Zustandgrößen des Messmediums, insbesondere Temperatur und Druck des Messmediums, als Regelgrößen den Druck des Fluids in der Auskleidung regelt. Allerdings kann mit dieser Regeleinrichtung nicht nur der Druck, unter anderem auch zur Druckkompensation, eingestellt werden, sondern auch die Temperatur des Fluids. Eine ebenfalls nicht dargestellte, in die Regeleinrichtung integrierte oder dazu separat angebrachte Heiz- und/oder Kühleinheit, kurz Temperiervorrichtung, bringt das Fluid auf eine bestimmte Temperatur, bevorzugt in Abhängigkeit der Temperatur des Messmediums 4. Durch die Regeleinheit wird also der Druck des Fluids in der Auskleidung 3 und damit die Dicke und, in begrenztem Maß, die Form der Auskleidung 3 bestimmt. Der Innendurchmesser 5', 5'', 5''' des Messrohrs 1 steht erfindungsgemäß über einen weiten Temperaturbereich in einer bestimmten Abhängigkeit zu seiner axialen Lage in dem Messrohr 1 und zur Temperatur des Messmediums 4. Er verändert sich also über die Länge 6 des Messrohrs. Das Maß der Dicke der Auskleidung 3 hängt also von der Temperatur des Messmediums ab.The illustrated embodiment further has access in the form of a bore to the interior of the liner 3 and a connected line 21 , Over this line is the lining 3 connected to a control device, not shown, which controls the pressure of the fluid in the lining with the aid of process and / or state variables of the measured medium, in particular temperature and pressure of the measured medium, as control variables. However, not only the pressure, among other things also for pressure compensation, can be adjusted with this control device, but also the temperature of the fluid. A likewise not shown, in the control device integrated or separately attached heating and / or cooling unit, short tempering, brings the fluid to a certain temperature, preferably in dependence of the temperature of the medium to be measured 4 , By the control unit so the pressure of the fluid in the lining 3 and thus the thickness and, to a limited extent, the shape of the lining 3 certainly. The inner diameter 5 ' . 5 '' . 5 ''' of the measuring tube 1 is according to the invention over a wide temperature range in a certain dependence on its axial position in the measuring tube 1 and the temperature of the medium to be measured 4 , It changes over the length 6 of the measuring tube. The measure of the thickness of the lining 3 So depends on the temperature of the medium to be measured.

Eine axial zum Messrohr verlaufende Koordinate x zur Kennzeichnung der axialen Lage des Durchmessers im Messrohr von Messrohreingang 12 zum Messrohrausgang 13 wurde der Einfachheit halber nicht dargestellt.A coordinate x extending axially of the measuring tube for identifying the axial position of the diameter in the measuring tube of the measuring tube inlet 12 to the measuring tube exit 13 was not shown for the sake of simplicity.

In 4 ist eine Messzelle mit Kanälen 8 in der Auskleidung 3 im Teilschnitt perspektivisch dargestellt. Auf der dem Messmedium 4 zugewandten Seite des Trägerrohrs 2 ist eine Auskleidung 3 eingebettet. Die Auskleidung 3 verfügt über Kanäle 8, welche achsparallel zum Trägerrohr 2 verlaufen. Der Innendurchmesser der Auskleidung definiert einen Messkanal 27, der die für die Messung relevante Strömung des Messmediums 4 führt. Die Richtung dieser Strömung des Messmediums 4 im Messkanal wird als Hauptströmungsrichtung des Messmediums 4 bezeichnet. Durch die Kanäle 8 wird das Messmedium 4 nach dem Einlaufen in die Messzelle, über den Messrohreingang 12, antiparallel, also entgegengesetzt zur Hauptströmungsrichtung des Messmediums 4, geführt. Nach der Zusammenführung der aufgeteilten Strömung wird das Messmedium 4 in einem einzigen Strom durch den für die Messung relevanten Messkanal 27 des Messrohrs 1 geleitet, um, am Ende des Messrohrs 1, über den Ausgang des Messrohrs 1 aus der Messzelle ausgeführt zu werden. Der Innendurchmesser 5, aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt, des Messrohrs 1 bzw. der Innendurchmesser 5 des für die Messung relevanten Teils des Messrohrs 1, des Messkanals 27, ist über einen weiten Temperaturbereich näherungsweise konstant. Der Verlauf der Strömung des Messmediums 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel umkehrbar, so dass zuerst der Messkanal 27 durchströmt wird und anschließend die Kanäle 8 in der Auskleidung 3. Dann wird der Messrohreingang 12 zum Messrohrausgang 13 und umgekehrt. Alternativ zu den gezeigten Kanälen 8 ist eine Zusammenfassung der Kanäle zu einem einzigen, um den Messkanal 27 liegenden, rohrförmigen Kanal möglich.In 4 is a measuring cell with channels 8th in the lining 3 shown in perspective in partial section. On the measuring medium 4 facing side of the support tube 2 is a lining 3 embedded. The lining 3 has channels 8th which paraxial to the support tube 2 run. The inner diameter of the lining defines a measuring channel 27 , the relevant for the measurement flow of the measuring medium 4 leads. The direction of this flow of the measuring medium 4 in the measuring channel is the main flow direction of the medium 4 designated. Through the channels 8th becomes the measuring medium 4 after entering the measuring cell, via the measuring tube inlet 12 , antiparallel, ie opposite to the main flow direction of the medium to be measured 4 , guided. After the merging of the split flow becomes the measuring medium 4 in a single stream through the measurement channel relevant to the measurement 27 of the measuring tube 1 directed to, at the end of the measuring tube 1 , over the outlet of the measuring tube 1 to be carried out from the measuring cell. The inner diameter 5 , for reasons of clarity not shown here, of the measuring tube 1 or the inner diameter 5 of the relevant part of the measuring tube for the measurement 1 , the measuring channel 27 , is approximately constant over a wide temperature range. The course of the flow of the measuring medium 4 is reversible in this embodiment, so that first the measuring channel 27 is flowed through and then the channels 8th in the lining 3 , Then the measuring tube entrance 12 to the measuring tube exit 13 and vice versa. Alternative to the channels shown 8th is a summary of the channels to a single, to the measuring channel 27 lying, tubular channel possible.

5 und 6 werden im Folgenden der Einfachheit halber zusammen näher erläutert. 5 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Inline-Ultraschall-Messsystems mit näherungsweise konstanter Länge 15 des Signalpfads 10 zwischen den Sensoren, welcher einerseits durch die Funktionalen Flächen 16 der Sensoren und andererseits durch die Auskleidung 3 des Messrohrs 1 begrenzt ist. Als Funktionsflächen 16 werden hier die dem Messmedium 4 zugewandten und die sich gegenseitig gegenüberstehenden Flächen der Vorlaufkörper 24, die Schallauskoppelflächen, angesehen. Gleichermaßen wären auch Piezoelemente oder andere funktionale Elemente möglich. Die Vorlaufkörper 24 sind einerseits Teil der Sensoren und gleichzeitig funktionales Bauteil. 5 and 6 will be explained together in the following for the sake of simplicity. 5 shows a sectional view in the longitudinal direction of an in-line ultrasonic measuring system according to the invention with approximately constant length 15 the signal path 10 between the sensors, which on the one hand through the functional surfaces 16 the sensors and the lining 3 of the measuring tube 1 is limited. As functional surfaces 16 Here are the the measuring medium 4 facing and the mutually opposing surfaces of the flow body 24 , the sound decoupling surfaces, considered. Likewise, piezo elements or other functional elements would be possible. The flow body 24 On the one hand, they are part of the sensors and at the same time functional components.

Gleichzeitig verfügt das Messrohr 1 über einen, über einen weiten Temperaturbereich näherungsweise konstanten freien Querschnitt. In 6 ist eine Detailansicht eines Ultraschallsensors dargestellt. Der Aufbau eines Sensors ist mindestens zweiteilig, d. h er besteht aus mindestens zwei zusammengefügten Teilen, welche aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Hier sind es Sensorhülse 25 und Vorlaufkörper 24. Wegen der besseren Übersichtlichkeit ist die Sensorhülse 25 geschnitten und der Vorlaufkörper 24 ungeschnitten dargestellt. Die Sensorhülse 25 ist fest mit dem Trägerrohr 2 verbunden. Sie besteht bevorzugt aus einem Material mit einem ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie das Trägerrohr 2. Sie kann auch aus dem gleichen Material gefertigt sein. Die Sensorhülse umschließt den Vorlaufkörper 24 radial vollständig. Der Vorlaufkörper 24 ist aus einem anderen Werkstoff als die Sensorhülse 25 hergestellt, insbesondere dessen Wärmeausdehnung ist deutlich höher, und er ist bevorzugt stoffschlüssig mit der Sensorhülse 25 verbunden, bevorzugt über eine Klebefläche 26, welche umfänglich um den Vorlaufkörper verläuft. Der Teil des Vorlaufkörpers 24 der sich zwischen der Klebefläche 26 und der Rohrmitte bzw. dem Messmedium befindet, kann sich frei in Richtung der Rohrmitte bzw. in Richtung des Messmediums ausdehnen. So wird erreicht, die konstruktive Gestaltung der Vorlaufkörper 24 in Abhängigkeit der verwendeten Materialen von Vorlaufkörper 24, Sensorhülse 25 und Trägerrohr 2 und in Abhängigkeit der Geometrien von Sensorhülse 25 und Trägerrohr 2 vorausgesetzt, dass die Länge 15 des Signalpfads 10 zwischen den beiden Funktionsflächen 16 der Vorlaufkörper 24 und der Auskleidung 3 über einen weiten Temperaturbereich näherungsweise konstant ist.At the same time has the measuring tube 1 over a, over a wide temperature range approximately constant free cross section. In 6 a detail view of an ultrasonic sensor is shown. The structure of a sensor is at least two parts, d. It consists of at least two joined parts made of different materials. Here it is sensor sleeve 25 and flow body 24 , For better clarity, the sensor sleeve 25 cut and the flow body 24 shown uncut. The sensor sleeve 25 is fixed to the support tube 2 connected. It preferably consists of a material with a similar coefficient of thermal expansion as the carrier tube 2 , It can also be made of the same material. The sensor sleeve encloses the flow body 24 radially complete. The flow body 24 is made of a different material than the sensor sleeve 25 manufactured, in particular its thermal expansion is significantly higher, and it is preferably cohesively with the sensor sleeve 25 connected, preferably via an adhesive surface 26 , which runs circumferentially around the flow body. The part of the flow body 24 which is between the adhesive surface 26 and the center of the pipe or the measuring medium can freely expand in the direction of the pipe center or in the direction of the medium to be measured. This achieves the structural design of the flow body 24 depending on the materials used by the flow body 24 , Sensor sleeve 25 and support tube 2 and depending on the geometries of the sensor sleeve 25 and support tube 2 provided that the length 15 the signal path 10 between the two functional surfaces 16 the flow body 24 and the lining 3 is approximately constant over a wide temperature range.

Alternativ zu einer aktiven Regelung der flüssigkeitsgefüllten Auskleidung, ist in 7 ein Messrohr mit Reservoir dargestellt. In die Auskleidung 3 sind spiralförmig umlaufende Kanäle 11 eingebettet, die bevorzugt ein Öl, einen Alkohol oder ein Gel führen. Verbunden sind die Kanäle 11 mit einem Reservoir für den Füllstoff. Die Auskleidung 3 selbst ist elastisch. Die Wand des Reservoirs 30, welche mit dem Messmedium in Berührung steht, könnte einerseits ebenfalls elastisch ausgebildet sein, beispielsweise um Druckschwankungen zu verringern, andererseits könnte die Wand auch eine hohe Steifigkeit aufweisen, um vornehmlich Temperaturschwankungen zu verringern. Die übrigen Wände des Reservoirs sind dann ebenfalls steif. Im Vergleich zur aktiv geregelten Auskleidung, wird hier keine zusätzliche Energie benötigt, um die Dicke der Auskleidung anzupassen.As an alternative to active regulation of the fluid-filled lining, is in 7 a measuring tube with reservoir shown. In the lining 3 are spiral-shaped channels 11 embedded, which preferably lead an oil, an alcohol or a gel. Connected are the channels 11 with a reservoir for the filler. The lining 3 itself is elastic. The wall of the reservoir 30 , which is in contact with the measuring medium, on the one hand could also be formed elastically, for example, to reduce pressure fluctuations, on the other hand, the wall could also have a high rigidity, primarily to reduce temperature fluctuations. The remaining walls of the reservoir are then also stiff. Compared to the actively controlled liner, no additional energy is needed to adjust the lining thickness.

11: Messrohrmeasuring tube
22: Trägerrohrsupport tube
33: Auskleidunglining
44: Messmediummeasuring medium
55: Innendurchmesser des MessrohrsInner diameter of the measuring tube
66: Länge des Messrohrslength of the measuring tube
77: Temperiervorrichtungtempering
88th: Kanälechannels
99: TrägerrohrwandCarrier pipe wall
1010: Signalpfad, z. B. akustischer PfadSignal path, z. B. acoustic path
1111: Kanäle in der Auskleidungchannels in the lining
1212: Eingang des Messrohrsentrance of the measuring tube
1313: Ausgang des Messrohrsoutput of the measuring tube
1414: Halteelementeretaining elements
1515: Länge des Signalpfadslength the signal path
1616: Funktionsflächenfunctional surfaces
1717: SchulternShoulder
1818: Innere AuskleidungswandInner liner wall
1919: Äußere AuskleidungswandOuter liner wall
2020: Stirnseitige Auskleidungswändefrontal lining the walls
2121: Leitungmanagement
2222: Stegweb
2323: Abstandshalterspacer
2424: Vorlaufkörperleading body
2525: Sensorhülsesensor sleeve
2626: Klebeflächeadhesive surface
2727: Messkanalmeasuring channel
2828: Funktionales Bauteilfunctional component
2929: Verbindungsflächeinterface
3030: Reservoirreservoir
r_a ^A r _a ^A: äußerer Radius der Auskleidungouter Radius of the lining
r_i ^A r _i ^A: innerer Radius der Auskleidunginternal Radius of the lining
r_a ^T r _a ^T: äußerer Radius des Trägerrohrsouter Radius of the support tube
r_i ^T r _i ^T: innerer Radius des Trägerrohrsinternal Radius of the support tube
A^A A ^A: Querschnittsfläche der AuskleidungCross sectional area the lining
A^M A ^M: freie Querschnittsfläche des Messrohrs bzw. Rohröffnungsflächefree Cross-sectional area of the measuring tube or pipe opening area
A^T A ^T: Querschnittsfläche des TrägerrohrsCross sectional area of the carrier tube
MM: Mittelpunkt des Messrohrquerschnitts bzw. Mittelachse des MessrohrsFocus of the measuring tube cross-section or center axis of the measuring tube

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- WO 2006/067077 A2 [0003]
- US 4003252 A1 [0004]
US 4365518 [0004]

Claims

Measuring system, in particular for flow measurement of a measuring medium flowing in a pipeline ( 4 ), in particular a fluid, which measuring system is a measuring tube ( 1 ), which measuring tube ( 1 ) a carrier tube ( 2 ) with at least one lining ( 3 ), which support tube ( 2 ) has a free cross section A _i ^T and which at least one lining ( 3 ) has a free cross section A _i ^A , characterized in that geometries and material-specific sizes of the at least one lining ( 3 ) and geometries and material-specific sizes of the carrier tube ( 2 ) are matched to one another such that the free cross section A _i ^A , which of the at least one lining ( 3 ) is limited, depending on a temperature T of the through the measuring tube ( 1 ) flowing measuring medium ( 4 ) so that temperature-related measurement deviations, in particular due to temperature-induced changes in the geometries of the support tube ( 2 ) and / or due to temperature-dependent changes in the substance and / or flow properties of the measuring medium ( 4 ) and / or due to temperature-induced changes of a signal path ( 10 ), are smaller than the temperature-related measurement deviations, in the free cross-section A _i ^{T of} the support tube ( 2 ) of the measuring tube ( 1 ) without the at least one lining ( 3 ) occur.

Measuring system according to claim 1, characterized in that geometries and material-specific sizes of the at least one lining ( 3 ) and geometries and material-specific sizes of the carrier tube ( 2 ) are matched to one another such that the free cross section A _i ^A , which of the at least one lining ( 3 ) is limited, depending on a temperature T of the through the measuring tube ( 1 ) flowing measuring medium ( 4 ) so that temperature-related measurement deviations, in particular due to temperature-induced changes in the geometries of the support tube ( 2 ) and / or due to temperature-dependent changes in the substance and / or flow properties of the measuring medium ( 4 ) and / or due to temperature-induced changes of a signal path ( 10 ), are approximately zero.

Measuring system according to claims 1 and 2, characterized in that a relative change

of the free cross section A _i ^A , which of the at least one lining ( 3 ) is limited, with a temperature change ΔT = T - T _{0 of} the measuring medium ( 4 ), from an initial temperature T _{0 of} the measuring medium ( 4 ) is smaller than a relative change

of the free cross section A _i ^{T of} the support tube ( 2 ) without the at least one lining ( 3 ).

Measuring system according to claims 1 to 3, characterized in that a relative change

of the free cross section A _i ^A , which of the at least one lining ( 3 ) is limited, with a temperature change ΔT = T - T _{0 of} the measuring medium ( 4 ), from an initial temperature T _{0 of} the measuring medium ( 4 ), is approximately zero.

Measuring system according to claims 1 to 4, characterized in that the size and shape of the free cross section A _i ^A , which of the at least one lining ( 3 ) is limited, in a certain dependence on the axial position of the free cross section A _i ^A in the measuring tube ( 1 ) and to the temperature T of the measuring medium ( 4 ) stands.

Measuring system according to claims 1 to 5, characterized in that the size and shape of the free cross-section A _i ^A , which of the at least one lining ( 3 ) is limited, in a certain dependence on the temperature T of the medium ( 4 ) and over the length ( 6 ) of the measuring tube ( 1 ) is approximately constant.

Measuring system according to claims 1 to 6, characterized in that the measuring tube ( 1 ) a temperature control device ( 7 ), which is adjustable to a predetermined temperature.

Measuring system according to claims 1 to 7, characterized in that channels ( 11 ) in the at least one lining ( 3 ) in which the measuring medium ( 4 ) flows.

Measuring system according to claims 1 to 8, characterized in that a length ( 15 ) a signal path ( 10 ), which through the at least one lining ( 3 ) is approximately constant.