DE102014114105A1

DE102014114105A1 - Device for measuring a physical process variable

Info

Publication number: DE102014114105A1
Application number: DE102014114105.9A
Authority: DE
Inventors: Christof Huber; Hagen Feth; Benjamin Lemke; Patrick Reith; Rene Ziermann; Peter Klöfer
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2016-03-31

Abstract

Vorrichtung zum Messen mindestens einer physikalischen Prozessgröße des Mediums (2), umfassend mindestens ein mikromechanisches Messrohr (4) zum Führen des strömenden Mediums (2), wobei dem Messrohr (4) – mindestens eine Messeinheit (6) zum Messen der mindestens einen physikalischen Prozessgröße, – ein Heiz-/Kühlelement (7) zum Kühlen oder Heizen des Mediums (2), – eine Temperaturmessvorrichtung (8) zum Messen der Temperatur des Mediums (2), zugeordnet ist, wobei das Heiz-/Kühlelement (7) der Messeinheit (6) zugeordnet ist, und wobei die Temperaturmessvorrichtung (8) in Stromrichtung nach dem Heiz-/Kühlelement (7) angeordnet ist.Device for measuring at least one physical process variable of the medium (2), comprising at least one micromechanical measuring tube (4) for guiding the flowing medium (2), wherein the measuring tube (4) - at least one measuring unit (6) for measuring the at least one physical process variable - a heating / cooling element (7) for cooling or heating the medium (2), - a temperature measuring device (8) for measuring the temperature of the medium (2), is assigned, wherein the heating / cooling element (7) of the measuring unit (6) is assigned, and wherein the temperature measuring device (8) in the flow direction after the heating / cooling element (7) is arranged.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen mindestens einer physikalischen Prozessgröße eines strömenden Mediums.The invention relates to a device for measuring at least one physical process variable of a flowing medium.

Zur Ermittlung des Massendurchflusses eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeit und/oder eines Gases, werden oftmals Messgeräte verwendet, die insbesondere als Coriolis-Massendurchflussmessgeräte ausgebildet sind, und die mittels eines Messwandlers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossenen Betriebs- und Auswerteelektronik im strömenden Medium Corioliskräfte induzieren und von diesen abgeleitet ein Messsignal erzeugen. Derartige Messgeräte mit einem Messwandler vom Vibrationstyp sind seit langem bekannt und haben sich gleichermaßen im industriellen Einsatz etabliert.In order to determine the mass flow rate of a medium flowing in a pipeline, for example a liquid and / or a gas, often measuring devices are used, which are designed in particular as Coriolis mass flowmeters, and by means of a transducer of the vibration type and an attached operating and evaluation in flowing medium induce Coriolis forces and derived from these generate a measurement signal. Such gauges with a vibration-type transducer have long been known and have become equally established in industrial use.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Realisierungen von Coriolis-Massendurchflussmessgeräten mit jeweils einem Messwandler vom Vibrationstyp bekannt, wobei der Messwandler mindestens ein gerades oder gebogenes, im Betrieb vibrierendes Messrohr zum Führen des Mediums umfasst, und wobei das Messrohr über ein einlassseitig einmündendes Einlassrohrstück und über ein auslassseitig ausmündendes Auslassrohrstück mit der Rohrleitung kommuniziert. Ferner weisen derartige Realisierungen vielfach eine Erregeranordnung auf, die das Messrohr im Betrieb mittels wenigstens eines darauf einwirkenden elektromechanischen, insbesondere elektrodynamischen oder kapazitiven Schwingungserregers zu Biegeschwingungen anregt. Des Weiteren weisen derartige Realisierungen eine Sensoranordnung auf, die insbesondere mit elektrodynamischen oder kapazitiven Schwingungssensoren zum zumindest punktuellen Erfassen einlassseitiger und auslassseitiger Schwingungen des Messrohrs und zum Erzeugen von vom Massendurchfluss beeinflussten elektrischen Sensorsignalen vorgesehen ist.Various realizations of Coriolis mass flow meters, each with a transducer of the vibration type is known from the prior art, wherein the transducer comprises at least one straight or curved, in operation vibrating measuring tube for guiding the medium, and wherein the measuring tube via an inlet side opening inlet pipe piece and an outlet pipe piece discharging on the outlet side communicates with the pipe. Furthermore, such implementations often have an exciter arrangement which excites the measuring tube to bending oscillations during operation by means of at least one electromechanical, in particular electrodynamic or capacitive vibration exciter acting on it. Furthermore, such implementations have a sensor arrangement which is provided in particular with electrodynamic or capacitive vibration sensors for at least selective detection of inlet-side and outlet-side vibrations of the measuring tube and for generating mass flow-influenced electrical sensor signals.

Messrohre bewirken im strömenden Medium Corioliskräfte, wenn sie zu Biegeschwingungen angeregt werden, die einer ersten Eigenschwingungsform, dem sogenannten Antriebs- oder auch Nutz-Mode entsprechen. Die Corioliskräfte führen wiederum dazu, dass den angeregten Biegeschwingungen koplanare Biegeschwingungen gemäß einer zweiten Eigenschwingungsform von höherer und/oder niederer Ordnung, der sogenannten Coriolis-Mode, überlagert werden und dementsprechend die mittels der Sensoranordnung einlassseitig und auslassseitig erfassten Schwingungen eine unter anderem vom Massendurchfluss abhängige, messbare Phasendifferenz aufweisen.Measuring tubes cause Coriolis forces in the flowing medium when they are excited to bending vibrations, which correspond to a first mode of natural vibration, the so-called drive or payload mode. The Coriolis forces in turn cause the excited bending vibrations coplanar bending oscillations according to a second natural mode of higher and / or lower order, the so-called Coriolis mode, superimposed and accordingly detected by the sensor arrangement inlet side and outlet side vibrations dependent inter alia on mass flow, have measurable phase difference.

Üblicherweise werden die Messrohre derartiger, besonders in Coriolis-Massendurchflussmessgeräten eingesetzten Messwandler in der Nutz-Mode auf einer momentanen Resonanzfrequenz der ersten Eigenschwingungsformen, insbesondere bei konstant geregelter Schwingungsamplitude, angeregt. Da diese Resonanzfrequenz insbesondere auch von der momentanen Dichte des Mediums abhängig ist, kann mittels marktüblicher Coriolis-Massendurchflussmessgeräten neben dem Massendurchfluss zumindest auch die Dichte von strömenden Medien direkt gemessen werden.The measuring tubes of such measuring transducers, which are used in particular in Coriolis mass flowmeters, are usually excited in the payload mode to a momentary resonance frequency of the first natural vibration modes, in particular at a constantly controlled oscillation amplitude. Since this resonant frequency is also dependent on the instantaneous density of the medium, in addition to the mass flow rate, the density of flowing media can also be measured directly by means of commercial Coriolis mass flowmeters.

Durchflussmessgeräte für Flüssigkeitsmassen bei geringsten Masseströmen sind mit der Silizium-MEMS-Technologie (mikroelektromechanische Systeme) ausgestattet. Ein Silizium-MEMS-Sensor bietet eine Massedurchflussmessung in einem Kapillarrohr. Die geringe Dichte von Silizium (1/3 der Dichte des Edelstahls) und seine sehr hohe Festigkeit (die 3-fache Festigkeit von Edelstahl) macht es zu einem perfekten Material für einen Coriolis-Massen-Durchflussmesser für geringste Masseströme.Flowmeters for liquid masses at lowest mass flows are equipped with silicon MEMS technology (microelectromechanical systems). A silicon MEMS sensor provides a mass flow measurement in a capillary tube. The low density of silicon (1/3 of the density of the stainless steel) and its very high strength (3 times the strength of stainless steel) makes it a perfect material for a Coriolis mass flowmeter for lowest mass flows.

Coriolis-MEMS-Sensoren zeigen durch die Wahl von Silizium als das Material des Messrohrs, ein im Vergleich zu Edelstahl vielfach kleineres Gewicht. Dadurch entsteht eine viel größere Empfindlichkeit der Frequenzänderungen gegenüber der Dichteänderung des Mediums im Messerohr. Dies erlaubt hochgenaue Dichtemessungen auch von Gasen bei, insbesondere niedrigen Drücken.Coriolis MEMS sensors, by choosing silicon as the material of the measuring tube, show a much smaller weight compared to stainless steel. This results in a much greater sensitivity of the frequency changes to the density change of the medium in the knife ear. This allows highly accurate density measurements of gases, especially low pressures.

Coriolis Schwinger, ob konventionelle- oder MEMS-Ausführung, können auch für die Messung der Viskosität verwendet werden. Die Messgröße ist dann typischerweise die Schwingungsdämpfung. Diese ist invers proportional zur Leistung, die aufgewendet werden muss, um die Schwingung bei der Resonanzfrequenz mit konstanter Amplitude aufrecht zu erhalten.Coriolis vibrators, whether conventional or MEMS, can also be used to measure viscosity. The measured variable is then typically the vibration damping. This is inversely proportional to the power that must be expended to maintain the oscillation at the resonant frequency with constant amplitude.

Klassischerweise erfolgt die Messung von physikalischen Prozesseigenschaften eines Mediums wie Dichte, Viskosität, Schallgeschwindigkeit, Wärmekapazität, thermische-/elektrische Leitfähigkeit, Brechungsindex etc. offline im Labor. Eine Probe wird aus dem Hauptrohr entnommen und in Laborgeräten analysiert. Diese Laborgeräte konditionieren die Probe auf typische Referenzbedingungen der Temperatur und des Druckes.Classically, the measurement of physical process properties of a medium such as density, viscosity, speed of sound, heat capacity, thermal / electrical conductivity, refractive index etc. takes place offline in the laboratory. A sample is taken from the main tube and analyzed in laboratory equipment. These laboratory instruments condition the sample for typical reference conditions of temperature and pressure.

Es kann z.B. durch den Vergleich zwischen der gemessenen Referenzdichte bei einer Referenztemperatur mit Normwerten auf die Zusammensetzung der Probe geschlossen werden. Dies geschieht bei Konzentrationsmessungen (z. B. wie groß ist der Alkoholgehalt einer Lösung, wieviel Zucker ist in einem Fruchtsaft oder um welches Öl handelt es sich).It can e.g. be concluded by comparing the measured reference density at a reference temperature with standard values on the composition of the sample. This is done with concentration measurements (eg what is the alcohol content of a solution, how much sugar is in a fruit juice or which oil is it).

Normen sind oft in der Zeit der klassischen Laboranalytik entstanden und beziehen sich deshalb auf Referenzbedingungen. Verschiedene Anwendungsbereiche und Industrien haben verschiedene Referenzbedingungen. Die physikalischen Normbedingen für Gase betragen für ein Normkubikmeter: T = 273.15 K, p = 101.325 Pa. Die chemischen Standardbedingungen für Gase betragen für thermodynamische Stoffeigenschaften: T = 25°C, p = 1 bar. Ferner gelten die Norm- bzw. Standardbedingungen für Gaschromatographie: T = 25°C, p = 101.3 Pa. Norms are often created in the time of classical laboratory analysis and therefore refer to reference conditions. Different applications and industries have different reference conditions. The physical norm conditions for gases are for a standard cubic meter: T = 273.15 K, p = 101.325 Pa. The standard chemical conditions for gases are for thermodynamic material properties: T = 25 ° C, p = 1 bar. Furthermore, the standard or standard conditions for gas chromatography apply: T = 25 ° C, p = 101.3 Pa.

Die Laborbedingungen für Gase und Flüssigkeiten bzgl. der Dichte, Brechungsindex, etc. ist T = 20°C, p = 101.3 Pa. Die Öl und Gasindustrie (API) verwendet jedoch für die Dichte: T = 15°C bzw. 60°F und 1 bar. Bei der Viskosität, der Schallgeschwindigkeit, der Wärmekapazität oder dem Brechungsindex verhält es sich analog.The laboratory conditions for gases and liquids in terms of density, refractive index, etc. is T = 20 ° C, p = 101.3 Pa. However, the oil and gas industry (API) uses for the density: T = 15 ° C and 60 ° F and 1 bar. The viscosity, the speed of sound, the heat capacity or the refractive index are analogous.

Das Entnehmen der Probe aus dem Hauptrohr und das Analysieren der Probe im Labor erweisen sich jedoch als Umständlich und sind mit zusätzlichem Zeit und Kostenaufwand verbunden.The removal of the sample from the main tube and the analysis of the sample in the laboratory, however, prove to be cumbersome and are associated with additional time and expense.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen mindestens einer physikalischen Prozessgröße eines strömenden Mediums anzugeben, bei dem der direkte Vergleich der physikalischen Prozessgröße mit Literaturwerten möglich ist.The invention has for its object to provide a device for measuring at least one physical process variable of a flowing medium, in which the direct comparison of the physical process variable with literature values is possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen mindestens einer physikalischen Prozessgröße des Mediums, umfassend mindestens ein mikromechanisches Messrohr zum Führen des strömenden Mediums,
wobei dem Messrohr

– mindestens eine Messeinheit zum Messen der mindestens einen physikalischen Prozessgröße,
– ein Heiz-/Kühlelement zum Kühlen oder Heizen des Mediums,
– eine Temperaturmessvorrichtung zum Messen der Temperatur des Mediums,

zugeordnet ist,
wobei das Heiz-/Kühlelement der Messeinheit zugeordnet ist, und
wobei die Temperaturmessvorrichtung in Stromrichtung nach dem Heiz-/Kühlelement angeordnet ist.The object is achieved by the subject invention. The subject matter of the invention relates to a device for measuring at least one physical process variable of the medium, comprising at least one micromechanical measuring tube for guiding the flowing medium,
the measuring tube

At least one measuring unit for measuring the at least one physical process variable,
A heating / cooling element for cooling or heating the medium,
A temperature measuring device for measuring the temperature of the medium,

assigned,
wherein the heating / cooling element is associated with the measuring unit, and
wherein the temperature measuring device is arranged downstream of the heating / cooling element.

Vorteilhaft an solch einem mikromechanischen Messrohrs ist, dass die physikalische Prozessgröße eines strömenden Mediums bei einer vorbestimmten Temperatur präziser bestimmt werden kann. Dabei kann die Temperaturmessvorrichtung sowohl zwischen dem Heiz-/Kühlelement und der Messeinheit angeordnet sein, als auch zwischen der Messeinheit und einem Auslassrohr des Messrohrs. Am besten misst man die Temperatur jedoch direkt in oder möglichst nahe an der Messeinheit selbst, z. B. auf oder im Messrohr. Bei der Temperaturmessvorrichtung kann es sich um einen Temperaturfühler oder um eine berührungslos arbeitende Temperaturmessvorrichtung z. B. mittels IR handeln.An advantage of such a micromechanical measuring tube is that the physical process variable of a flowing medium can be determined more precisely at a predetermined temperature. In this case, the temperature measuring device can be arranged both between the heating / cooling element and the measuring unit, as well as between the measuring unit and an outlet pipe of the measuring tube. The best way to measure the temperature directly in or as close as possible to the measuring unit itself, z. B. on or in the measuring tube. In the temperature measuring device may be a temperature sensor or a non-contact temperature measuring device z. B. by means of IR.

Die Dichte von Gasen ist stark von Druck und Temperatur abhängig. Typischerweise wird in der Literatur die Dichte eines reinen Gases bei Standardbedingungen angegeben (STP: Temperatur = 0°C, Druck = 101.325 Pa). Die Messung der Dichte des Gases bei STP-Bedingungen erlaubt einen direkten Vergleich mit Literaturwerten. Über die Gasdichte werden die Reinheit des Gases bzw. die Konzentration eines binären Gasgemisches bestimmt.The density of gases is highly dependent on pressure and temperature. Typically, the literature reports the density of pure gas at standard conditions (STP: temperature = 0 ° C, pressure = 101,325 Pa). The measurement of the density of the gas under STP conditions allows a direct comparison with literature values. The gas density determines the purity of the gas or the concentration of a binary gas mixture.

Coriolis-MEMS-Sensoren existieren auch für diverse andere physikalische Prozessgrößen. Das mikromechanische Messrohr kann durch die kleinen Abmessungen innerhalb einer Messanordnung in Reihenschaltungen oder Parallelschaltungen kombiniert werden. Die Konditionierung des Messrohrs auf eine vorbestimmte Temperatur ist, wegen den kleinen Abmessungen und der guten Wärmeleitfähigkeit von Silizium viel einfacher als mit konventioneller Sensorik.Coriolis MEMS sensors also exist for various other physical process variables. The micromechanical measuring tube can be combined by the small dimensions within a measuring arrangement in series circuits or parallel circuits. The conditioning of the measuring tube to a predetermined temperature is much easier than with conventional sensors because of the small dimensions and the good thermal conductivity of silicon.

Die Viskosität ist eine stark temperaturabhängige Prozessgröße. Es kann sein, dass die Viskosität so hoch ist, dass das Messrohr nur schwer zu Schwingungen angeregt werden kann, oder dass das Medium nicht mehr durch das Messrohr fließt. Durch Erhöhen der Temperatur lässt sich die Viskosität signifikant reduzieren. Auf diese Weise fließt das Medium durch das Messrohr und kann gut analysiert werden.The viscosity is a strongly temperature-dependent process variable. It may be that the viscosity is so high that the measuring tube is difficult to excite vibrations, or that the medium no longer flows through the measuring tube. Increasing the temperature significantly reduces the viscosity. In this way, the medium flows through the measuring tube and can be analyzed well.

Durch Messungen bei mindestens zwei, besser drei verschiedenen Temperaturen lassen sich die Prozessgrößen eines Mediums über die Temperatur charakterisieren. Man ist danach in der Lage, die Prozessgrößen auf eine beliebige Temperatur zu extrapolieren.By measuring at least two, better three different temperatures, the process variables of a medium can be characterized by temperature. It is then possible to extrapolate the process variables to any temperature.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung weist das Messrohr eine Einlassöffnung auf, wobei die Einlassöffnung dermaßen mit einem Hauptrohr verbunden ist, dass ein Anteil des in dem Hauptrohr geführten Mediums in das Messrohr einströmt. Der in das Messrohr einströmende Anteil des Mediums beträgt typischerweise 1–100 ml pro Minute.According to an advantageous further development, the measuring tube has an inlet opening, wherein the inlet opening is connected to a main tube in such a way that a portion of the medium guided in the main tube flows into the measuring tube. The proportion of the medium flowing into the measuring tube is typically 1-100 ml per minute.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung weist das Messrohr eine Auslassöffnung auf, wobei die Auslassöffnung in einem Abfluss mündet. Der in dem Messrohr geführte Anteil des Mediums weist eine größere oder kleinere Temperatur auf, als das Medium in dem Hauptrohr und könnte aufgrund der höheren bzw. niedrigen Temperatur eine andere Konsistenz aufweisen als der Anteil des in dem Messrohr geführten Mediums. Daher ist es vorteilhaft, das in dem Messrohr geführten Anteil des Mediums einem Abfluss zuzuleiten. Auch kann in dieser Ausgestaltung der Druckunterschied zwischen Prozessdruck und Abfluss für die Mediumsförderung ohne Pumpe verwendet werden.According to an alternative embodiment, the measuring tube has an outlet opening, wherein the outlet opening opens into a drain. The portion of the medium carried in the measuring tube is at a greater or lesser temperature than the medium in the main tube and could be due to the higher or lower temperature have a different consistency than the proportion of the guided in the measuring tube medium. Therefore, it is advantageous to supply the guided in the measuring tube portion of the medium to a drain. Also, in this embodiment, the pressure difference between process pressure and outflow for the medium promotion can be used without a pump.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung weist das Messrohr eine Auslassöffnung auf, wobei die Auslassöffnung in das Hauptrohr mündet.According to an alternative embodiment, the measuring tube has an outlet opening, wherein the outlet opening opens into the main tube.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Heiz-/Kühlelement als ein Peltier-Element ausgestaltet. Ein Peltier-Element ist sowohl in der Lage zu heizen als auch zu kühlen.According to an advantageous development, the heating / cooling element is designed as a Peltier element. A Peltier element is both capable of heating and cooling.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist die mindestens eine physikalische Prozessgröße des Mediums, die Dichte, die Viskosität, der Druck, die Schallgeschwindigkeit, die Wärmekapazität, die thermische oder elektrische Leitfähigkeit, der Brechungsindex, der Massen- oder Volumendurchfluss ist.According to a favorable embodiment, the at least one physical process variable of the medium is the density, the viscosity, the pressure, the speed of sound, the heat capacity, the thermal or electrical conductivity, the refractive index, the mass or volume flow.

Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls durch ein Verfahren gelöst. Das Verfahren betrifft ein Verfahren zum Messen mindestens einer physikalischen Prozessgröße eines strömenden Mediums, mittels einer Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte,
Heizen oder Kühlen des in dem Messrohr strömenden Mediums, bis eine vorbestimmte Temperatur erreicht ist,
Bestimmen der mindestens einen physikalischen Prozessgröße des in dem Messrohr strömenden Mediums bei der vorbestimmten Temperatur. Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt hauptsächlich, das Verfahren mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung betrieben wird.The object of the invention is also achieved by a method. The method relates to a method for measuring at least one physical process variable of a flowing medium, by means of a device according to at least one of the preceding claims, comprising the steps of
Heating or cooling the medium flowing in the measuring tube until a predetermined temperature is reached,
Determining the at least one physical process variable of the medium flowing in the measuring tube at the predetermined temperature. The method according to the invention mainly describes the method by which the device according to the invention is operated.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings. It shows:

1: einen skizzierten Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Messrohr, das in einem Hauptrohr mündet, 1 FIG. 2: a sketched longitudinal section of a device according to the invention with a measuring tube which opens into a main tube, FIG.

2: einen skizzierten Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem das Messrohr in einem Abfluss mündet, 2 FIG. 2: a sketched longitudinal section of a device according to the invention, in which the measuring tube opens into a drain, FIG.

3: einen skizzierten Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem das Messrohr als Hauptrohr fungiert. 3 : A sketched longitudinal section of a device according to the invention, in which the measuring tube acts as a main pipe.

1 zeigt einen skizzierten Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Hauptrohr 3, in dem ein flüssiges oder gasförmiges Medium 2 strömt. Ein mikromechanisches Messrohr 4 ist dermaßen mit dem Hauptrohr 3 verbunden, dass das Messrohr 4 ein Anteil 5 des in dem Hauptrohr 3 geführten Mediums 2 in das Messrohr 4 abgezweigt. Das in das Messrohr 4 abgezweigte Anteil 5 des Mediums 2 fließt durch eine Einlassöffnung 9 des Messrohrs 4 ein und durch eine Auslassöffnung 10 des Messrohrs 4 aus. Der Durchfluss wird z.B. durch eine Pumpe oder über ein Druckgefälle im Hauptrohr zwischen der Einlassöffnung 9 und der Auslassöffnung 10 aufrechterhalten. 1 shows a sketched longitudinal section of a device according to the invention 1 , The device 1 includes a main pipe 3 in which a liquid or gaseous medium 2 flows. A micromechanical measuring tube 4 is so with the main pipe 3 connected that the measuring tube 4 a share 5 in the main pipe 3 guided medium 2 into the measuring tube 4 diverted. That in the measuring tube 4 diverted portion 5 of the medium 2 flows through an inlet opening 9 of the measuring tube 4 in and through an outlet opening 10 of the measuring tube 4 out. The flow is eg through a pump or via a pressure drop in the main pipe between the inlet opening 9 and the outlet opening 10 maintained.

In Stromrichtung nach der Einlassöffnung 9 des Messrohrs 4 weist das Messrohr 4 ein Heiz-/Kühlelement 7 auf, das als Peltier-Element ausgestaltet ist. Das Heiz-/Kühlelement 7 ist geeignet, um den Anteil 5 des durch das Messrohr 4 strömenden Mediums 2 zu kühlen oder zu heizen. In Stromrichtung nach dem Heiz-/Kühlelement 7 weist das Messrohr 4 eine Messeinheit 6 auf, die geeignet ist mindestens eine physikalische Prozessgröße, wie zum Beispiel Dichte, Viskosität, Druck, Schallgeschwindigkeit, Wärmekapazität, thermische/elektrische Leitfähigkeit, Brechungsindex, Massendurchfluss des Teils 5 des durch das Messrohr 4 strömenden Mediums 2 zu bestimmen. In Stromrichtung nach der Messeinheit 6 weist das Messrohr 4 eine Temperaturmessvorrichtung 8 auf, die in der Lage ist, die Temperatur des Teils 5 des durch das Messrohr 4 strömenden Mediums 2 zu bestimmen. Die Temperaturmessvorrichtung 8 kann auch zwischen der Messeinheit 6 und dem Heiz-/Kühlelement 7 angeordnet sein. Typischerweise ist die Temperaturmessvorrichtung 8 jedoch in der Messeinheit 6 integriert. Vorzugweise ist das Heiz-/Kühlelement 7 nicht nur mit dem Messrohr 4, sondern auch mit der Messeinheit 6 über eine thermische Masse gekoppelt, so dass die Messeinheit 6 und das Medium 2 die gleiche Temperatur aufweisen.In the direction of flow after the inlet opening 9 of the measuring tube 4 points the measuring tube 4 a heating / cooling element 7 on, which is designed as a Peltier element. The heating / cooling element 7 is suitable to the proportion 5 through the measuring tube 4 flowing medium 2 to cool or to heat. In the direction of flow after the heating / cooling element 7 points the measuring tube 4 a measurement unit 6 which is suitable at least one physical process variable, such as density, viscosity, pressure, speed of sound, heat capacity, thermal / electrical conductivity, refractive index, mass flow of the part 5 through the measuring tube 4 flowing medium 2 to determine. In the direction of flow after the measuring unit 6 points the measuring tube 4 a temperature measuring device 8th which is capable of determining the temperature of the part 5 through the measuring tube 4 flowing medium 2 to determine. The temperature measuring device 8th can also be between the measurement unit 6 and the heating / cooling element 7 be arranged. Typically, the temperature measuring device 8th however, in the measurement unit 6 integrated. Preferably, the heating / cooling element 7 not only with the measuring tube 4 but also with the measuring unit 6 coupled via a thermal mass, so that the measuring unit 6 and the medium 2 have the same temperature.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte. Zuerst wird ein Anteil 5 des durch das Hauptrohr 3 strömenden Mediums 2 in das Messrohr 4 abgezweigt. Anschließend wird der Anteil 5 des durch das Messrohr 4 strömenden Mediums 2 mittels des Heiz-/Kühlelements 7 erwärmt bzw. gekühlt. Anschließend ermittelt die Messeinheit 6 eine oder mehrere physikalische Prozessgrößen des Teils 5 des durch das Messrohr 4 strömenden Mediums 2. Gleichzeitig ermittelt die Temperaturmessvorrichtung 8 die Temperatur des Teils 5 des durch das Messrohr 4 strömenden Mediums 2. Entspricht die ermittelte Temperatur nicht einer vorbestimmten Temperatur, wird das Heiz-/Kühlelement 7 solange nachgeregelt, bis die Temperatur des Teils 5 des durch das Messrohr 4 strömenden Mediums 2 die vorbestimmte Temperatur erreicht. Auf diese Weise wird die physikalische Prozessgröße des Mediums 2 bei einer vorbestimmten Temperatur ermittelt.The method according to the invention comprises the following steps. First, a share 5 through the main pipe 3 flowing medium 2 into the measuring tube 4 diverted. Subsequently, the proportion 5 through the measuring tube 4 flowing medium 2 by means of the heating / cooling element 7 heated or cooled. Subsequently, the measuring unit determines 6 one or more physical process variables of the part 5 through the measuring tube 4 flowing medium 2 , At the same time, the temperature measuring device determines 8th the temperature of the part 5 through the measuring tube 4 flowing medium 2 , If the determined temperature does not correspond to a predetermined temperature, the heating / cooling element becomes 7 as long as readjusted until the temperature of the part 5 through the measuring tube 4 flowing medium 2 reaches the predetermined temperature. In this way, the physical process size of the medium 2 determined at a predetermined temperature.

2 zeigt einen skizzierten Längsschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das Messrohr 4, im Gegensatz zu dem Messrohr entsprechend 1, in einem Abfluss 11 mündet. Das Medium 2 wird nach dem Durchlaufen der Messeinheit 6 verworfen bzw. in den Abfluss 11 befördert. Da das Messrohr 4 im Vergleich zum Hauptrohr 3 einen extrem kleinen Anteil des Mediums 2 führt, ist die in den Abfluss 11 gelangte Menge vernachlässigbar klein. Der Prozessdruck treibt den Durchfluss an. Ein Drosselventil (nicht dargestellt) im Messrohr 4 dient der Durchflussregulierung. 2 shows a sketched longitudinal section of another device according to the invention, in which the measuring tube 4 , in contrast to the measuring tube accordingly 1 in a drain 11 empties. The medium 2 is after passing through the measuring unit 6 discarded or in the drain 11 promoted. Because the measuring tube 4 in comparison to the main pipe 3 an extremely small proportion of the medium 2 leads, which is in the drain 11 arrived quantity negligible small. The process pressure drives the flow. A throttle valve (not shown) in the measuring tube 4 is used for flow regulation.

3 zeigt einen skizzierten Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem das Messrohr 4 als Hauptrohr fungiert. 3 shows a sketched longitudinal section of a device according to the invention, in which the measuring tube 4 acts as the main pipe.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtung contraption
22: Medium medium
33: Hauptrohr main pipe
44: Mikromechanisches Messrohr Micromechanical measuring tube
55: Anteil des Mediums, das durch das Messrohr strömt Proportion of the medium flowing through the measuring tube
66: Messeinheit measuring unit
77: Heiz-/Kühlelement Heating / cooling element
88th: Temperaturmessvorrichtung Temperature measuring device
99: Einlassöffnung inlet port
1010: Auslassöffnung outlet
1111: Abfluss outflow

Claims

Device for measuring at least one physical process variable of the medium ( 2 ), comprising at least one micromechanical measuring tube ( 4 ) for guiding the flowing medium ( 2 ), whereby the measuring tube ( 4 ) - at least one measuring unit ( 6 ) for measuring the at least one physical process variable, - a heating / cooling element ( 7 ) for cooling or heating the medium ( 2 ), - a temperature measuring device ( 8th ) for measuring the temperature of the medium ( 2 ), wherein the heating / cooling element ( 7 ) of the measuring unit ( 6 ), and wherein the temperature measuring device ( 8th ) in the direction of flow after the heating / cooling element ( 7 ) is arranged.

Apparatus according to claim 1, wherein the measuring tube ( 4 ) an inlet opening ( 9 ), and wherein the inlet opening ( 9 ) with a main pipe ( 3 ), that a share ( 5 ) of the main pipe ( 3 ) guided medium ( 2 ) into the measuring tube ( 4 ) flows in.

Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the measuring tube ( 4 ) an outlet opening ( 10 ), and wherein the outlet opening ( 10 ) in a drain ( 11 ) opens.

Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the measuring tube ( 4 ) an outlet opening ( 10 ), and wherein the outlet opening ( 10 ) into the main pipe ( 3 ) opens.

Device according to at least one of the preceding claims, wherein the heating / cooling element ( 7 ) is designed as a Peltier element.

Device according to at least one of the preceding claims, wherein the at least one physical process size of the medium, the density, the viscosity, the pressure, the speed of sound, the heat capacity, the thermal or electrical conductivity, the refractive index, the mass or volume flow.

Method for measuring at least one physical process variable of a flowing medium, by means of a micromechanical measuring tube according to at least one of the preceding claims, comprising the steps of heating or cooling the in the measuring tube ( 4 ) flowing medium ( 2 ) until a predetermined temperature is reached, determining the at least one physical process variable of the in the measuring tube ( 4 ) flowing medium ( 2 ) at the predetermined temperature.