DE102015114139B3

DE102015114139B3 - Thermisches Anemometer

Info

Publication number: DE102015114139B3
Application number: DE102015114139.6A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Schleicher; Ronny Berger; Martin Arlit
Original assignee: Technische Universitaet Dresden; Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Current assignee: Technische Universitaet Dresden; Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2035-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein thermisches Anemometer zum Charakterisieren einer Fluidströmung, wobei das Anemometer ein Sensorelement zum Einbringen in die Fluidströmung aufweist, das mittels einer Spannung elektrisch beheizbar ist; wobei das Anemometer zum abwechselnden Betreiben des Sensorelements mit einer kleineren ersten und einer größeren zweiten Spannung ausgebildet ist, sodass ein abwechselndes Erwärmen und Abkühlen des Sensorelements erfolgt; wobei beim Betreiben des Sensorelements mit der ersten Spannung beim Erreichen eines unteren Temperatur-Schwellenwertes ein Umschalten zu der zweiten Spannung erfolgt, beim Betreiben des Sensorelements mit der zweiten Spannung beim Erreichen eines oberen Temperatur-Schwellenwertes ein Umschalten zu der ersten Spannung erfolgt, und das Anemometer zum Charakterisieren der Fluidströmung basierend auf den Zeitabständen zwischen den Umschalt-Zeitpunkten, an denen ein Umschalten der Spannung erfolgt, ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein thermisches Anemometer zum Charakterisieren einer Fluidströmung, insbesondere zum Ermitteln der in einer Fluidströmung vorliegenden Strömungsgeschwindigkeit.
Das Erfassen der Strömungsgeschwindigkeiten von Fluidströmungen ist in vielen Bereichen der Industrie und Wissenschaft von Bedeutung, so z. B. beim Mischen zweier Fluidströme zum Sicherstellen der Einhaltung eines vorgegebenen Mischungsverhältnisses. Derartige Strömungsgeschwindigkeiten können z. B. mittels thermischer Anemometer erfasst werden. Thermische Anemometer nutzen den Wärmeaustrag aus einem elektrisch beheizten Sensorelement mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, das z. B. in Form eines Hitzdrahtes oder Heißfilmes ausgebildet ist, in die umgebende Fluidströmung. Der Wärmestrom bzw. die Wärmestromdichte ist von der Temperaturdifferenz zwischen dem Sensorelement und dem Strömungsmedium sowie von dem Wärmeübergangskoeffizienten abhängig, welcher ein Maß für die Stoffeigenschaften des Strömungsmediums, für die geometrischen Bedingungen und für die Strömungsgeschwindigkeit ist. Aus dem Wärmeaustrag kann bei Kenntnis des Fluids mittels Einbeziehung der stoffabhängigen Parameter der Fluidströmung (z. B. der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmekapazität des Fluids sowie der Wärmeübergangszahl an der Grenzfläche zwischen dem Sensorelement und dem Fluid) die Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung ermittelt werden.
Thermische Anemometer können z. B. zum Betreiben des Sensorelements im Konstantstrommodus (englisch „constant current anemometry”) oder im Konstanttemperaturmodus (englisch „constant temperature anemometry”) ausgebildet sein. Bei der Konstanttemperaturanemometrie wird mittels eines Regelkreises die Temperatur des Sensorelements konstant gehalten. Bei der Konstantstromanemometrie wird das Sensorelement mittels eines Regelkreises mit einem konstanten Heizstrom beheizt. Einen Überblick zum Thema thermische Anemometrie erhält man z. B. aus dem Artikel „Hot-film anemometry in liquid flows” (H. H. Brunn, Measurement Science and Technology 7, 1996, S. 1301 ff.).
Herkömmliche Anemometer erfordern komplizierte Regelkreise, z. B. bei der Konstanttemperaturanemometrie zum Konstanthalten der Temperatur.
Die EP 0 180 974 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zum diskontinuierlichen Fühlen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Durchflusses eines Fluids mittels einer Sonde mit einer Wärmequelle und einem Fühler zum Erfassen der Sondentemperatur, wobei aus dem Sondentemperaturverlauf auf die Strömungsgeschwindigkeit und/oder den Durchfluss geschlossen wird.
Die DE 34 29 729 A1 beschreibt eine nach dem kalorimetrischen Prinzip arbeitende Strömungsmessanordnung mit einem geheizten, von der zu messenden Strömung beeinflussbaren Temperaturmesselement und einem zweiten, die Temperatur des zu messenden Mediums erfassenden Temperaturmesselement, wobei die Temperaturdifferenz der beiden Temperaturmesselemente als Regelgröße für einen Regelkreis verwendet wird.
Die EP 0 373 414 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von fluidischen oder kalorimetrischen Parametern, beispielsweise einer Strömungsgeschwindigkeit. Die WO 2014/004326 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines auf einem thermischen Anemometer basierenden Strömungssensors. Die DE 37 10 224 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen von Luftmassenströmen.
Durch die Erfindung soll ein unkompliziertes thermisches Anemometer bereitgestellt werden, mittels dessen Fluidströmungen exakt charakterisierbar sind.
Durch die Erfindung wird ein thermisches Anemometer nach Anspruch 1 bereitgestellt, Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der Erfindung wird eine Anemometervorrichtung (im Folgenden auch als Anemometer oder thermisches Anemometer bezeichnet) zum Charakterisieren einer Fluidströmung bereitgestellt. Das Anemometer weist ein elektrisch beheizbares Sensorelement auf, das mittels Betreibens mit einer elektrischen Spannung elektrisch beheizbar ist, eine derartige Spannung wird daher im Folgenden auch als Betriebsspannung oder Heizspannung bezeichnet. Das Sensorelement ist zum Einbringen in die zu charakterisierende Fluidströmung und Erzeugen eines Wärmetransports von dem Sensorelement in die Fluidströmung vorgesehen, wobei das Anemometer (z. B. mittels einer entsprechend konfigurierten Auswerteeinheit) zum Charakterisieren der an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung mittels Auswertens dieses Wärmeübertrags konfiguriert ist.
Das Sensorelement ist insbesondere ein Sensorelement mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand. Das Sensorelement kann z. B. ein Widerstandselement sein, dessen elektrischer Widerstand mit der Temperatur variiert; wobei das Sensorelement mittels Beaufschlagens des Widerstandselements mit einer Heizspannung erhitzt werden kann, sodass ein derartiges Widerstandselement auch als Heizwiderstand bezeichnet wird. Ein solcher Heizwiderstand wird auch als Hitzelement bezeichnet und kann z. B. in Form eines Hitzdrahtes oder Heißfilms vorliegen. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Anemometer mehrere derartige Sensorelemente aufweist.
Durch die Umströmung des Sensorelements mit der Fluidströmung findet ein Wärmeübertrag von dem Sensorelement in die Fluidströmung bzw. das Strömungsmedium statt, wobei sich dieser Wärmeübertrag mit der Strömungsgeschwindigkeit und dem Material des Strömungsmediums ändert. Mittels Charakterisierens des Wärmeübertrags kann somit die Strömungsgeschwindigkeit der an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung charakterisiert werden. Das Sensorelement fungiert somit als Strömungssensorelement, wobei das Anemometer ein einziges oder mehrere solcher Sensorelemente aufweisen kann.
Das Anemometer ist zum Charakterisieren der an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung ausgebildet, z. B. zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit dieser Fluidströmung.
Das Anemometer ist zum Beaufschlagen des Sensorelements mit einer Betriebsspannung bzw. Heizspannung ausgebildet. Das Anemometer ist insbesondere zum Bereitstellen einer ersten Heizspannung und einer zweiten Heizspannung ausgebildet, wobei die erste Heizspannung kleiner ist als die zweite Heizspannung. Die Heizspannungen können insbesondere elektrische Gleichspannungen sein, wobei der Betrag der ersten Heizspannung kleiner ist als der Betrag der zweiten Heizspannung (und wobei sowohl die erste als auch die zweite Heizspannung von Null verschieden ist). Die erste und die zweite Heizspannung können also z. B. Gleichspannungen mit unterschiedlichen Beträgen sein, die zum Heizen des Sensorelements dienen. Die erste Heizspannung wird auch als erste Betriebsspannung bezeichnet, die zweite Heizspannung wird auch als zweite Betriebsspannung bezeichnet.
Das Anemometer ist zum abwechselnden Beaufschlagen bzw. Betreiben des Sensorelements mit der ersten und der zweiten Heizspannung ausgebildet. Da die erste Heizspannung kleiner ist als die zweite Heizspannung, wird das Sensorelement beim Betreiben mit der ersten Heizspannung mit einer geringeren Heizleistung beaufschlagt als beim Betreiben mit der zweiten Heizspannung, sodass das Sensorelement durch Wechsel bzw. Umschalten von der ersten zu der zweiten Heizspannung in eine Aufheizphase (mit steigender Temperatur des Sensorelements) und durch Wechsel bzw. Umschalten von der zweiten zu der ersten Heizspannung in eine Abkühlphase (mit sinkender Temperatur des Sensorelements) versetzt wird. Beim Betreiben mit der ersten Heizspannung erfolgt somit ein Abkühlen des Sensorelements, beim Betreiben mit der zweiten Heizspannung erfolgt ein Erwärmen des Sensorelements.
Das Anemometer ist derart ausgebildet, dass beim Betreiben des Sensorelements mit der (größeren) zweiten Heizspannung ein Umschalten zu der ersten Heizspannung erfolgt, wenn die Temperatur des Sensorelements einen vorgegeben oberen Temperatur-Schwellenwert erreicht. Das Anemometer ist zudem derart ausgebildet, dass beim Betreiben des Sensorelements mit der (kleineren) ersten Heizspannung ein Umschalten zu der zweiten Heizspannung erfolgt, wenn die Temperatur des Sensorelements einen vorgegebenen unteren Temperatur-Schwellenwert erreicht. Der untere Temperatur-Schwellenwert ist kleiner als der obere Temperatur-Schwellenwert.
Im Betrieb des Anemometers wird somit das Sensorelement abwechselnd mit der (kleineren) ersten Heizspannung und der (größeren) zweiten Heizspannung betrieben, wobei das Sensorelement nach einem Umschalten von der zweiten zu der ersten Heizspannung in einer Abkühlphase so lange mit der ersten Heizspannung betrieben wird, bis die Temperatur des Sensorelements auf den unteren Temperatur-Schwellenwert gesunken ist. Bei Erreichen des unteren Temperatur-Schwellenwertes erfolgt ein Umschalten der Betriebsspannung des Sensorelements von der ersten zu der zweiten Heizspannung. Anschließend wird das Sensorelement in einer Aufheizphase so lange mit der zweiten Heizspannung betrieben, bis die Temperatur des Sensorelements auf den oberen Temperatur-Schwellenwert gestiegen ist. Bei Erreichen des oberen Temperatur-Schwellenwertes erfolgt ein Umschalten der Betriebsspannung des Sensorelements von der zweiten zu der ersten Heizspannung und so weiter. Die Zeitpunkte, an denen ein Umschalten der an dem Sensorelement anliegenden Betriebs- bzw. Heizspannung zwischen der ersten und der zweiten Heizspannung erfolgt (d. h. entweder ein Umschalten von der ersten zu der zweiten Heizspannung oder ein Umschalten von der zweiten zu der ersten Heizspannung), werden im Folgenden auch als Umschalt-Zeitpunkte bezeichnet.
Das Anemometer ist zum Erfassen der Zeitabstände (d. h. der zeitlichen Abstände) zwischen den Umschalt-Zeitpunkten, an denen ein Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Heizspannung erfolgt, und zum Charakterisieren der Fluidströmung basierend auf den erfassten Zeitabständen ausgebildet.
Die Zeitabstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umschalt-Zeitpunkten werden im Folgenden auch als Umschalt-Zeitabstände bezeichnet. Die Umschalt-Zeitpunkte, an denen ein Umschalten von der kleineren ersten Heizspannung zu der größeren zweiten Heizspannung erfolgt, werden im Folgenden auch als Hochschalt-Zeitpunkte bezeichnet. Die Umschalt-Zeitpunkte, an denen ein Umschalten von der größeren zweiten Heizspannung zu der kleineren ersten Heizspannung erfolgt, werden im Folgenden auch als Herunterschalt-Zeitpunkte bezeichnet.
Die Zeitabstände zwischen einem Hochschalt-Zeitpunkt und dem (direkt) darauffolgenden Herunterschalt-Zeitpunkt werden im Folgenden auch als Aufheizperiode bzw. Aufheizdauer bezeichnet, da in diesem Zeitraum ein Erwärmen des Sensorelements erfolgt. Die Zeitabstände zwischen einem Herunterschalt-Zeitpunkt und dem (direkt) darauffolgenden Hochschalt-Zeitpunkt werden im Folgenden auch als Abkühlperiode bzw. Abkühldauer bezeichnet, da in diesem Zeitraum ein Abkühlen des Sensorelements erfolgt. Die Umschalt-Zeitabstände unterteilen sich somit in Aufheizdauern und Abkühldauern.
Des Weiteren wird die Summe zweier aufeinanderfolgender Umschalt-Zeitabstände im Folgenden auch als Umschalt-Periodendauer bezeichnet. Die Umschalt-Periodendauer entspricht somit dem zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hochschalt-Zeitpunkten, oder äquivalent dazu dem zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Herunterschalt-Zeitpunkten, oder äquivalent dazu dem zeitlichen Abstand dreier aufeinanderfolgender Umschalt-Zeitpunkte. Die Umschalt-Periodendauer entspricht somit der Summe einer Aufheizdauer und einer derselben vorangehenden oder nachfolgenden Abkühldauer. Der Kehrwert der Umschalt-Periodendauer wird auch als Umschalt-Frequenz bezeichnet.
Die Zeitabstände zwischen den Umschalt-Zeitpunkten hängen von dem Wärmeübertrag von dem Sensorelement in die Fluidströmung ab und ermöglichen somit Rückschlüsse auf die an dem Sensorelement anliegende Fluidströmung. Das Anemometer ist zum Charakterisieren der Fluidströmung mittels Auswertens der erfassten Zeitabstände ausgebildet.
So nimmt z. B. bei gleichbleibenden Stoffeigenschaften der an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit die Aufheizdauer zu und die Abkühldauer ab, sodass aus den Zeitabständen zwischen den Umschalt-Zeitpunkten Rückschlüsse auf die Strömungsgeschwindigkeit der an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung möglich sind. Des Weiteren hängen die Aufheizdauer und die Abkühldauer von den Stoffeigenschaften (z. B. Dichte, Wärmeleitfähigkeit etc.) der Fluidströmung ab, sodass aus den Zeitabständen zwischen den Umschalt-Zeitpunkten Rückschlüsse auf das Material (bzw. bei einer mehrphasigen Fluidströmung auf die Fluidphase) der an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung möglich sind. So nimmt z. B. bei einer Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten der an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung (z. B. beim Charakterisieren einer mehrphasigen Fluidströmung mit einer gasförmigen Fluidphase und einer flüssigen Fluidphase beim Übergang von der gasförmigen zu der flüssigen Fluidphase) die Aufheizdauer zu und die Abkühldauer ab. Daher können aus den Zeitabständen zwischen den Umschalt-Zeitpunkten Rückschlüsse auf das Material der an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung gezogen werden, z. B.. mittels in dem Anemometer hinterlegter Referenz- bzw. Kalibrierdaten oder Auswerteformeln. Demgemäß kann das Anemometer insbesondere zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Materials (z. B. der Fluidphase) der an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung ausgebildet sein.
Indem das Anemometer keine Regelung zum Konstanthalten einer in Abhängigkeit von dem Wärmeaustrag des Sensorelements variierenden Betriebsgröße des Sensorelements erfordert, kann das Anemometer unkompliziert aufgebaut sein. Indem das Anemometer zum Charakterisieren der Fluidströmung basierend auf den Zeitabständen zwischen den Umschalt-Zeitpunkten ausgebildet ist, ist zudem ein exaktes Erfassen der Fluidströmungs-Charakteristik ermöglicht, da Zeitmessungen sehr exakt mit hoher Genauigkeit möglich sind. Die bei herkömmlichen thermischen Anemometern erforderliche Nachführung und analoge Messung kann somit vollständig entfallen und durch eine einfache, preiswerte und hochauflösend realisierbare Zeit- bzw. Frequenzmessung ersetzt werden.
Das Anemometer ist zum Erfassen der Zeitabstände zwischen einem Herunterschalt-Zeitpunkt und dem darauffolgenden Hochschalt-Zeitpunkt als Abkühldauer und der Zeitabstände zwischen einem Hochschalt-Zeitpunkt und dem darauffolgenden Herunterschalt-Zeitpunkt als Aufheizdauer ausgebildet. Zusätzlich dazu kann das Anemometer zum Erfassen der Summe zweier aufeinanderfolgender Umschalt-Zeitabstände als Umschalt-Periodendauer ausgebildet sein.
Das Anemometer ist zum Erfassen der Zeitabstände zwischen einem jeweiligen Umschalt-Zeitpunkt, an dem ein Umschalten von der ersten zu der zweiten Heizspannung erfolgt, und dem darauffolgenden Umschalt-Zeitpunkt, an dem ein Umschalten von der zweiten zu der ersten Heizspannung erfolgt, als Aufheizdauer ausgebildet. Das Anemometer ist zudem zum Erfassen der Zeitabstände zwischen einem jeweiligen Umschalt-Zeitpunkt, an dem ein Umschalten von der zweiten zu der ersten Heizspannung erfolgt, und dem darauffolgenden Umschalt-Zeitpunkt, an dem ein Umschalten von der ersten zu der zweiten Heizspannung erfolgt, als Abkühldauer ausgebildet. Somit ist das Anemometer zum fortlaufenden Erfassen der Werte der Aufheizdauer und der Abkühldauer ausgebildet.
Des Weiteren ist das Anemometer zum Ermitteln des Verhältnisses zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer sowie zum Charakterisieren der Fluidströmung basierend auf dem ermittelten Verhältnis ausgebildet, wobei jeweils das aktuell vorliegende Verhältnis zwischen aufeinanderfolgenden Aufheiz- und Abkühldauern fortlaufend ausgewertet wird. Es kann z. B.. vorgesehen sein, dass das Anemometer zum Ermitteln des Verhältnisses der Aufheizdauer einer jeweiligen Aufheizphase zu der Abkühldauer der darauffolgenden Abkühlphase und/oder zum Ermitteln des Verhältnisses der Abkühldauer einer jeweiligen Abkühlphase zu der Aufheizdauer der darauffolgenden Aufheizphase sowie zum Erfassen der Strömungscharakteristik basierend auf dem ermittelten Verhältnis ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Anemometer zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit der an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung basierend auf dem Verhältnis zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer ausgebildet.
Wie bereits erläutert, nimmt bei gleichbleibenden Stoffeigenschaften der Fluidströmung mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit die Aufheizdauer zu und die Abkühldauer ab, sodass sich auch das Verhältnis zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer mit der Strömungsgeschwindigkeit ändert. Demgemäß können aus dem aktuell vorliegenden Verhältnis zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer Rückschlüsse auf die Strömungsgeschwindigkeit der aktuell an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung gezogen werden. Insbesondere kann, z. B.. anhand von in dem Anemometer hinterlegten Referenz- bzw. Kalibrierdaten oder Auswerteformeln, mittels dieses Verhältnisses die Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung ermittelt werden.
Das Anemometer ist zum Charakterisieren bzw. Ermitteln der zu einem jeweiligen Zeitpunkt an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase basierend auf dem Verhältnis zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer ausgebildet.
Wie bereits erläutert, hängen die Aufheizdauer und die Abkühldauer von den Stoffeigenschaften des an dem Sensorelement anliegenden Volumens der Fluidströmung ab, sodass sich auch das Verhältnis zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer mit diesen Stoffeigenschaften ändert. Demgemäß können aus dem zu einem jeweiligen Zeitpunkt vorliegenden Verhältnis zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften des zu diesem Zeitpunkt an dem Sensorelement anliegenden Volumens der Fluidströmung gezogen werden. Demgemäß kann das Anemometer zum Ermitteln der an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase, insbesondere zum Ermitteln des Materials der an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase, anhand des Verhältnisses zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer ausgebildet sein, z. B. mittels in dem Anemometer hinterlegter Referenz- bzw. Kalibrierdaten oder Auswerteformeln.
Das Anemometer kann z. B. zum Ermitteln des Aggregatzustandes des an dem Sensorelement anliegenden Volumens der Fluidströmung basierend auf dem Verhältnis zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer ausgebildet sein. Bei Vorliegen einer gasförmigen Fluidphase ist die Aufheizdauer kleiner und die Abkühldauer größer als bei Vorliegen einer flüssigen Fluidphase, sodass bei Vorliegen einer gasförmigen Fluidphase das Verhältnis der Aufheizdauer zu der Abkühldauer kleiner ist als bei Vorliegen einer flüssigen Fluidphase. Diesbezüglich kann das Anemometer z. B.. derart ausgebildet sein, dass es von ihm als Vorliegen einer gasförmigen Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn das Verhältnis der Aufheizdauer zu der Abkühldauer kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, und dass es von ihm als Vorliegen einer flüssigen Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn das Verhältnis der Aufheizdauer zu der Abkühldauer größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist.
Das Anemometer ist zum Charakterisieren einer mehrphasigen (z. B. zweiphasigen) Fluidströmung mit einer (z. B. gasförmigen) ersten Fluidphase und einer (z. B.. flüssigen) zweiten Fluidphase als Bestandteilen ausgebildet, wobei das Anemometer zum Ermitteln der an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase der Fluidströmung basierend auf dem Verhältnis zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer ausgebildet ist. Das Anemometer kann somit insbesondere derart ausgebildet sein, dass von ihm anhand des Verhältnisses zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer ermittelbar ist, ob zum jeweiligen Zeitpunkt die erste oder die zweite Fluidphase an dem Sensorelement anliegt. Das Anemometer ist derart ausgebildet, dass es von ihm als Vorliegen der ersten Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn das Verhältnis der Aufheizdauer zu der Abkühldauer kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, und/oder dass es von ihm als Vorliegen der zweiten Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn das Verhältnis der Aufheizdauer zu der Abkühldauer größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist.
Die erste Fluidphase ist bevorzugt eine gasförmige Fluidphase, die zweite Fluidphase ist bevorzugt eine flüssige Fluidphase. Die mehrphasige Fluidströmung ist bevorzugt eine zweiphasige Fluidströmung, die aus der ersten und der zweiten Fluidphase besteht. Je nach Verwendung und geforderter Genauigkeit kann die mehrphasige Fluidströmung jedoch zusätzlich weitere Fluidphasen aufweisen.
Das Anemometer kann also insbesondere zum Charakterisieren einer mehrphasigen (insbesondere zweiphasigen) Fluidströmung mit einer gasförmigen ersten Fluidphase und einer flüssigen zweiten Fluidphase ausgebildet sein, wobei das Anemometer zum Ermitteln der an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase der Fluidströmung basierend auf dem Verhältnis zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer ausgebildet sein kann, sodass von dem Anemometer anhand des Verhältnisses ermittelt werden kann, ob zum jeweiligen Zeitpunkt die gasförmige erste oder die flüssige zweite Fluidphase an dem Sensorelement anliegt. Diesbezüglich kann das Anemometer insbesondere derart ausgebildet sein, dass es von ihm als Vorliegen der gasförmigen ersten Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn das Verhältnis der Aufheizdauer zu der Abkühldauer kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, und/oder dass es von ihm als Vorliegen der flüssigen zweiten Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn das Verhältnis der Aufheizdauer zu der Abkühldauer größer oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist.
Somit kann das Anemometer anhand des Verhältnisses zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer sowohl zum Ermitteln der an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase als auch zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit der ermittelten Fluidphase ausgebildet sein (wobei zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit die Stoffeigenschaften der zuvor ermittelten Fluidphase verwendet werden). Das Anemometer ist also im Gegensatz zu herkömmlichen thermischen Anemometern auch zum Erfassen der Strömungsgeschwindigkeit unterschiedlicher Phasen einer mehrphasigen Strömung geeignet, insbesondere zum separaten Erfassen der Strömungsgeschwindigkeit einer flüssigen und einer gasförmigen Phase einer mehrphasigen Fluidströmung.
Herkömmliche Anemometer eignen sich zwar zur Geschwindigkeitsmessung in einphasigen Strömungen, jedoch nicht zum Charakterisieren mehrphasiger Strömungen, da bei einem Übergang von einer Phase zu einer anderen Phase der Wärmeübergangskoeffizient medienbedingt sprunghaft variiert und diese Variation von der Regelung nicht berücksichtigt wird. Bei Konstantstrom-Anemometern besteht z. B.. bei Verwendung in einer mehrphasigen Fluidströmung mit einer gasförmigen und einer flüssigen Phase die Gefahr der Beschädigung durch ständiges Be- und Entnetzen des Sensorelements sowie durch Überhitzung des Sensorelements beim Übergang von der flüssigen in die gasförmige Phase. Bei Konstanttemperatur-Anemometern werden die Regelungsparameter für eine spezifische Phase dimensioniert, sodass das Messsystem bei einem Phasenwechsel nicht mehr im optimalen Arbeitspunkt arbeitet und daher keine zuverlässigen Ergebnisse liefert.
Im Unterschied dazu wird bei dem erfindungsgemäßen Anemometer die Temperatur des Sensorelements stets zwischen dem unteren und dem oberen Temperatur-Schwellenwert gehalten, wobei diese Temperatur-Schwellenwerte fest eingestellt sind und sich z. B.. bei der Charakterisierung einer mehrphasigen Fluidströmung beim Übergang von einer (z. B.. gasförmigen) Fluidphase zu einer anderen (z. B. flüssigen) Fluidphase nicht ändern, sodass ein Überhitzen des Sensorelements zuverlässig vermieden werden kann. Indem der Wärmeaustrag basierend auf den Zeitabständen zwischen den Umschalt-Zeitpunkten charakterisiert wird, können zudem die Strömungsgeschwindigkeiten unterschiedlicher Phasen zuverlässig ermittelt werden.
Gemäß den obigen Erläuterungen kann das Anemometer derart ausgebildet sein, dass von ihm beim Charakterisieren einer mehrphasigen Fluidströmung mit mehreren Fluidphasen anhand des Verhältnisses zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer sowohl die jeweils an dem Sensorelement anliegende Fluidphase ermittelt wird als auch unter Verwendung der zu der ermittelten Fluidphase zugehörigen Stoffeigenschaften die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt wird. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit unterschiedlicher Fluidphasen einer mehrphasigen Fluidströmung zuverlässig erfasst werden.
Wie erläutert, kann das Anemometer auch zum Erfassen der Umschalt-Periodendauer bzw. der dieser entsprechenden Umschalt-Frequenz ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Funktionalitäten kann gemäß einer weiteren Ausführungsform das Anemometer zum Erfassen der Umschalt-Periodendauer und zum Charakterisieren der Fluidströmung basierend auf der Umschalt-Periodendauer ausgebildet sein.
Das Anemometer kann z. B.. zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit der an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung basierend auf der Umschalt-Periodendauer (oder äquivalent dazu basierend auf der Umschalt-Frequenz) ausgebildet sein.
Wie bereits erläutert, nimmt bei gleichbleibenden Stoffeigenschaften der Fluidströmung mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit die Aufheizdauer zu und die Abkühldauer ab. Bei flüssigen Fluiden ist die Aufheizdauer wesentlich größer als die Abkühldauer, sodass die Umschalt-Periodendauer von der Aufheizdauer dominiert wird, sodass mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der zunehmenden Aufheizdauer die Umschalt-Periodendauer zunimmt bzw. die Umschalt-Frequenz abnimmt. Bei gasförmigen Fluiden ist die Abkühldauer wesentlich größer als die Aufheizdauer, sodass die Umschalt-Periodendauer von der Abkühldauer dominiert wird, sodass mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der abnehmenden Abkühldauer die Umschalt-Periodendauer abnimmt bzw. die Umschalt-Frequenz zunimmt. Demgemäß können aus der zu einem jeweiligen Zeitpunkt vorliegenden Umschalt-Periodendauer Rückschlüsse auf die Strömungsgeschwindigkeit der zu diesem Zeitpunkt an dem Sensorelement anliegenden Fluidströmung gezogen werden. Insbesondere kann mittels der Umschalt-Periodendauer bzw. der Umschalt-Frequenz die Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung ermittelt werden, z. B.. anhand von in dem Anemometer hinterlegten Referenz- bzw. Kalibrierdaten oder Auswerteformeln.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass das Anemometer zum Charakterisieren bzw. Ermitteln der an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase basierend auf der Umschalt-Periodendauer (oder äquivalent dazu basierend auf der Umschalt-Frequenz) ausgebildet ist.
Wie bereits erläutert, hängen die Aufheizdauer und die Abkühldauer von den Stoffeigenschaften des an dem Sensorelement anliegenden Volumens der Fluidströmung ab. Somit hängt auch die Umschalt-Periodendauer, die der Summe einer Aufheizdauer und einer Abkühldauer entspricht, von den Stoffeigenschaften des an dem Sensorelements anliegenden Volumens der Fluidströmung ab, sodass aus der Umschalt-Periodendauer Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften des an dem Sensorelement anliegenden Volumens der Fluidströmung möglich sind. Demgemäß kann das Anemometer zum Ermitteln der an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase, insbesondere zum Ermitteln des Materials der an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase, anhand der Umschalt-Periodendauer bzw. der Umschalt-Frequenz ausgebildet sein, z. B.. mittels in dem Anemometer hinterlegter Referenz- bzw. Kalibrierdaten oder Auswerteformeln.
Das Anemometer kann z. B.. zum Ermitteln des Aggregatzustandes des an dem Sensorelement anliegenden Volumens der Fluidströmung basierend auf der Umschalt-Periodendauer ausgebildet sein. Bei Vorliegen einer gasförmigen Fluidphase ist die Umschalt-Periodendauer in der Regel größer als bei Vorliegen einer flüssigen Fluidphase. Diesbezüglich kann das Anemometer z. B.. derart ausgebildet sein, dass es von ihm als Vorliegen einer gasförmigen Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn die Umschalt-Periodendauer größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, und dass es von ihm als Vorliegen einer flüssigen Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn die Umschalt-Periodendauer kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist.
Als ein weiteres Beispiel kann das Anemometer zum Charakterisieren einer mehrphasigen (z. B. zweiphasigen) Fluidströmung mit einer (z. B. gasförmigen) ersten Fluidphase und einer (z. B.. flüssigen) zweiten Fluidphase als Bestandteilen ausgebildet sein, wobei das Anemometer zum Ermitteln der an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase der Fluidströmung basierend auf der Umschalt-Periodendauer ausgebildet sein kann. Das Anemometer kann somit insbesondere derart ausgebildet sein, dass von ihm anhand der Umschalt-Periodendauer ermittelbar ist, ob zum jeweiligen Zeitpunkt die erste oder die zweite Fluidphase an dem Sensorelement anliegt. Diesbezüglich kann das Anemometer z. B.. derart ausgebildet sein, dass es von ihm als Vorliegen der ersten Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn die Umschalt-Periodendauer größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, und/oder dass es von ihm als Vorliegen der zweiten Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn die Umschalt-Periodendauer kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist.
Die erste Fluidphase ist bevorzugt eine gasförmige Fluidphase, die zweite Fluidphase ist bevorzugt eine flüssige Fluidphase. Die mehrphasige Fluidströmung ist bevorzugt eine zweiphasige Fluidströmung, die aus der ersten und der zweiten Fluidphase besteht. Je nach Verwendung und geforderter Genauigkeit kann die mehrphasige Fluidströmung jedoch zusätzlich weitere Fluidphasen aufweisen.
Das Anemometer kann also insbesondere zum Charakterisieren einer mehrphasigen (insbesondere zweiphasigen) Fluidströmung mit einer gasförmigen ersten Fluidphase und einer flüssigen zweiten Fluidphase ausgebildet sein, wobei das Anemometer zum Ermitteln der an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase der Fluidströmung basierend auf der Umschalt-Periodendauer ausgebildet sein kann, sodass von dem Anemometer anhand der Umschalt-Periodendauer ermittelt werden kann, ob zum jeweiligen Zeitpunkt die gasförmige erste oder die flüssige zweite Fluidphase an dem Sensorelement anliegt. Diesbezüglich kann das Anemometer insbesondere derart ausgebildet sein, dass es von ihm als Vorliegen der gasförmigen ersten Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn die Umschalt-Periodendauer größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, und/oder dass es von ihm als Vorliegen der flüssigen zweiten Fluidphase an dem Sensorelement gewertet wird, wenn die Umschalt-Periodendauer kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist.
Somit kann das Anemometer anhand der Umschalt-Periodendauer sowohl zum Ermitteln der an dem Sensorelement anliegenden Fluidphase als auch zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit der ermittelten Fluidphase ausgebildet sein (wobei zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit die Stoffeigenschaften der zuvor ermittelten Fluidphase verwendet werden).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Anemometer sowohl zum Erfassen des Verhältnisses zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer als auch zum Erfassen der Umschalt-Periodendauer ausgebildet. Das Verhältnis zwischen der Aufheizdauer und der Abkühldauer wird auch als Tastverhältnis bezeichnet.
Demgemäß kann das Anemometer insbesondere zum Charakterisieren einer mehrphasigen Fluidströmung derart ausgebildet sein, dass:

a) von dem Anemometer basierend auf dem Tastverhältnis die an dem Sensorelement anliegende Fluidphase der Fluidströmung ermittelt wird und basierend auf dem Tastverhältnis (unter Einbeziehung der Stoffeigenschaften der ermittelten Fluidphase) die Strömungsgeschwindigkeit der ermittelten Fluidphase ermittelt wird, und/oder
b) von dem Anemometer basierend auf dem Tastverhältnis die an dem Sensorelement anliegende Fluidphase der Fluidströmung ermittelt wird und basierend auf der Umschalt-Periodendauer (unter Einbeziehung der Stoffeigenschaften der ermittelten Fluidphase) die Strömungsgeschwindigkeit der ermittelten Fluidphase ermittelt wird, und/oder
c) von dem Anemometer basierend auf der Umschalt-Periodendauer die an dem Sensorelement anliegende Fluidphase der Fluidströmung ermittelt wird und basierend auf dem Tastverhältnis (unter Einbeziehung der Stoffeigenschaften der ermittelten Fluidphase) die Strömungsgeschwindigkeit der ermittelten Fluidphase ermittelt wird, und/oder
d) von dem Anemometer basierend auf der Umschalt-Periodendauer die an dem Sensorelement anliegende Fluidphase der Fluidströmung ermittelt wird und basierend auf der Umschalt-Periodendauer (unter Einbeziehung der Stoffeigenschaften der ermittelten Fluidphase) die Strömungsgeschwindigkeit der ermittelten Fluidphase ermittelt wird.

Die mehrphasige Fluidströmung kann eine erste Fluidphase und eine zweite Fluidphase als Bestandteile aufweisen, wobei das Anemometer derart ausgebildet sein kann, dass von ihm ermittelbar ist, ob die erste oder die zweite Fluidphase an dem Sensorelement anliegt. Die erste Fluidphase ist bevorzugt eine gasförmige Fluidphase, die zweite Fluidphase ist bevorzugt eine flüssige Fluidphase. Die mehrphasige Fluidströmung ist bevorzugt eine zweiphasige Fluidströmung Das Anemometer kann z. B.. derart ausgebildet sein, dass es in unterschiedlichen Messmodi betrieben werden kann, wobei jeder Messmodus einer der oben unter a) bis d) beschriebenen Funktionalitäten entspricht. Das Anemometer ist bevorzugt gemäß b) ausgebildet.
Das Anemometer ist derart konfiguriert, dass der untere Temperatur-Schwellenwert kleiner ist als der obere Temperatur-Schwellenwert. Die Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Temperatur-Schwellenwert ist hinreichend groß, um eine zuverlässige Strömungscharakterisierung zu ermöglichen. Das Einstellen der Differenz auf einen hinreichend großen Wert kann z. B.. dazu beitragen, eine messtechnisch zuverlässige Unterscheidung zwischen den beiden Temperatur-Schwellenwerten zu gewährleisten, die Messung der Zeitabstände mit hinreichender Genauigkeit zu ermöglichen, und/oder den Einfluss statistischer Temperaturfluktuationen zu unterdrücken. Das Anemometer kann z. B.. derart konfiguriert sein, dass die Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Temperatur-Schwellenwert mindestens 4 K (z. B.. mindestens 8 K oder sogar mindestens 15 K) beträgt.
Das Anemometer ist derart ausgebildet, dass von ihm das Erreichen des unteren und oberen Temperatur-Schwellenwertes erfassbar ist. Zu diesem Zweck kann das Anemometer z. B.. zum Erfassen der Temperatur des Sensorelements oder zum Erfassen einer mit der Temperatur des Sensorelements variierenden Messgröße ausgebildet sein.
Bei einem Sensorelement mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand kann das Anemometer z. B.. zum Erfassen des elektrischen Widerstandes des Sensorelements und Ermitteln der Temperatur des Sensorelements basierend auf dem erfassten elektrischen Widerstand ausgebildet sein. In diesem Fall entspricht der untere Temperatur-Schwellenwert einem ersten Widerstandswert des Sensorelements und der obere Temperatur-Schwellenwert einem zweiten Widerstandswert des Sensorelements. Diesbezüglich kann das Anemometer (z. B. mittels entsprechender Ausgestaltung des Sensorelements) derart konfiguriert sein, dass der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandswert hinreichend groß ist, sodass das Erreichen der zugehörigen Temperatur-Schwellenwerte zuverlässig und exakt erfassbar ist. Je nach Temperaturabhängigkeit des Sensorelements kann dessen elektrischer Widerstand mit zunehmender Temperatur entweder zu- oder abnehmen.
Diesbezüglich kann das Anemometer insbesondere derart ausgebildet sein, dass der kleinere des ersten Widerstandswertes und des zweiten Widerstandswertes maximal 99% (z. B.. maximal 98% oder sogar maximal 95%) des größeren des ersten Widerstandswertes und des zweiten Widerstandswertes entspricht.
Der untere Temperatur-Schwellenwert ist größer als die Temperatur der zu charakterisierenden Fluidströmung ohne Beeinflussung durch das Sensorelement (auch als Fluidströmungs-Temperatur bezeichnet), sodass stets sichergestellt werden kann, dass beim Betreiben des Sensorelements mit der ersten Heizspannung in einer Abkühlphase der untere Temperatur-Schwellenwert erreicht werden kann. Insbesondere ist die kleinere erste Heizspannung derart (klein) eingestellt, dass ein Erreichen des unteren Temperatur-Schwellenwertes sichergestellt ist; und die größere zweite Heizspannung ist derart (groß) eingestellt, dass ein Erreichen des oberen Temperatur-Schwellenwertes sichergestellt ist. Die kleinere erste Heizspannung kann insbesondere derart klein sein, dass die von ihr generierte Heizleistung des Sensorelements vernachlässigbar ist, d. h. nicht zu einer (merklichen bzw. messbaren) Temperaturerhöhung der Fluidströmung führt. In diesem Fall kann z. B.. bei Ausbildung des Sensorelements mit temperaturabhängigem elektrischem Widerstand die erste Heizspannung als Messspannung zum Erfassen der Temperatur des Sensorelements fungieren (und nicht zum Heizen). Das Anemometer kann z. B.. derart ausgebildet sein, dass der Betrag der ersten Heizspannung maximal 10% (z. B. maximal 5% oder sogar maximal 2%) des Betrages der zweiten Heizspannung beträgt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Anemometer z. B.. derart ausgebildet sein, dass der Betrag der ersten Heizspannung maximal 1 V beträgt (z. B.. maximal 0,5 V oder sogar maximal 0,1 V beträgt).
Das Anemometer kann derart konfiguriert sein, dass sowohl eine deutliche Abgrenzung der Fluidströmungs-Temperatur von dem unteren Temperatur-Schwellenwert als auch eine deutliche Abgrenzung des unteren Temperatur-Schwellenwertes von dem oberen Temperatur-Schwellenwert gewährleistet ist. Diesbezüglich kann das Anemometer z. B.. derart konfiguriert sein, dass das Verhältnis der Differenz zwischen dem oberen Temperatur-Schwellenwert und dem unteren Temperatur-Schwellenwert zu der Differenz zwischen dem oberen Temperatur-Schwellenwert und der Fluidströmungs-Temperatur maximal 0,9 ist (z. B. 0,5 beträgt).
Der untere und der obere Temperatur-Schwellenwert können fest vorgegeben sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Anemometer zum Erfassen der Fluidströmungs-Temperatur und zum Einstellen des unteren Temperatur-Schwellenwertes und/oder des oberen Temperatur-Schwellenwertes basierend auf der erfassten Fluidströmungs-Temperatur ausgebildet ist.
Das Anemometer kann z. B.. zum Einstellen des unteren Temperatur-Schwellenwertes auf einen Temperaturwert oberhalb der Fluidströmungs-Temperatur und/oder zum Einstellen des oberen Temperatur-Schwellenwertes auf einen Wert oberhalb des unteren Temperatur-Schwellenwertes ausgebildet sein (insbesondere derart, dass die vorstehend erläuterten Beziehungen zwischen den unterschiedlichen Temperaturen und/oder Widerstandswerten gegeben sind).
Die Fluidströmungs-Temperatur kann z. B.. mittels eines separaten Temperatursensors erfasst werden und an das Anemometer übermittelt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Anemometer einen Temperatursensor zum Erfassen der Fluidströmungs-Temperatur aufweist. Es kann z. B.. vorgesehen sein, dass das als Strömungssensorelement fungierende Sensorelement zugleich als Temperatursensor zum Erfassen der Fluidströmungs-Temperatur fungiert (z. B.. indem das Anemometer bei einem Sensorelement mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand zum Erfassen des elektrischen Widerstandes des Sensorelements und Ermitteln der Fluidströmungs-Temperatur basierend auf dem erfassten elektrischen Widerstand ausgebildet ist). Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Anemometer einen zusätzlich zu dem Sensorelement vorgesehenen Temperatursensor zum Erfassen der Fluidströmungs-Temperatur aufweist.
Das Anemometer kann zudem zum Charakterisieren mehrphasiger Fluidströmungen derart ausgebildet sein, dass neben der Geschwindigkeitsinformation von dem Anemometer auch der Anteil der unterschiedlichen Phasen der Fluidströmung ermittelbar ist, was bislang nur durch ergänzende Messtechnik möglich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren veranschaulicht, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind; hierbei zeigen schematisch:
1 ein Anemometer gemäß einer Ausführungsform beim Charakterisieren einer zweiphasigen Fluidströmung;
2 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Funktion des Anemometers;
3 die Abhängigkeit des Verhältnisses der Aufheizdauer zu der Abkühldauer von der Strömungsgeschwindigkeit;
4 die Abhängigkeit der Umschalt-Periodendauer von der Strömungsgeschwindigkeit; und
5 eine erste Schaltung zur Realisierung eines Anemometers.
1 zeigt ein thermisches Anemometer 1 gemäß einer Ausführungsform beim Charakterisieren einer zweiphasigen Fluidströmung 3 mit einer flüssigen Fluidphase 5 und einer gasförmigen Fluidphase 7, wobei die globale Strömungsrichtung der Fluidströmung durch den Pfeil 9 veranschaulicht ist.
Das Anemometer 1 weist eine Nadelsonde 11 mit einem elektrisch beheizbaren Sensorelement 13 an deren Spitze auf. Das Sensorelement 13 ist ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand (z. B.. ein Heizdraht) und ist mittels Beaufschlagens mit einer Heizspannung in Form einer elektrische Gleichspannung elektrisch beheizbar. Das Anemometer 1 weist ferner eine Steuer- und Auswerteeinheit 15 zum Ansteuern der Nadelsonde 11 mit dem Sensorelement 13 und Auswerten der erfassten Messwerte auf.
Das Anemometer 1 ist mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 15 zum Bereitstellen einer ersten Heizspannung U₁ und einer zweiten Heizspannung U₂ ausgebildet, wobei die erste Heizspannung kleiner ist als die zweite Heizspannung. Die erste und die zweite Heizspannung sind Gleichspannungen, wobei der Betrag der ersten Heizspannung kleiner ist als der Betrag der zweiten Heizspannung: |U₁| < |U₂|. Sowohl die erste als auch die zweite Heizspannung sind von Null verschieden und weisen somit einen nichtverschwindenden Betrag auf, der größer als Null ist: |U₁| > 0, |U₂| > 0. Das Anemometer 1 ist mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 15 derart konfiguriert, dass im Betrieb das Sensorelement 13 abwechselnd mit der ersten und der zweiten Heizspannung beaufschlagt wird.
Da die erste Heizspannung kleiner ist als die zweite Heizspannung, wird das Sensorelement 13 beim Betreiben mit der ersten Heizspannung U₁ mit einer geringeren Heizleistung beaufschlagt als beim Betreiben mit der zweiten Heizspannung U₂, sodass das abwechselnde Betreiben des Sensorelements 13 mit der ersten und der zweiten Heizspannung zu einem abwechselnden Erwärmen und Abkühlen des Sensorelements 13 führt. 2 veranschaulicht in der obersten Teilfigur den Verlauf der Temperatur T des Sensorelements 13 in Abhängigkeit von der Zeit t. Der Temperaturverlauf sowohl im Aufheizregime als auch im Abkühlregime entspricht einem exponentiellen Verlauf.
Das abwechselnde Erwärmen und Abkühlen des Sensorelements 13 führt zu einem abwechselnden Ansteigen und Absinken des temperaturabhängigen elektrischen Widerstandes des Sensorelements 13. Als Beispiel weist das Sensorelement 13 einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand derart auf, dass der Widerstand des Sensorelements 13 mit zunehmender Temperatur zunimmt und mit abnehmender Temperatur abnimmt. 2 veranschaulicht in der mittleren Teilfigur den Verlauf des elektrischen Widerstandes R des Sensorelements 13 in Abhängigkeit von der Zeit t. Der Widerstandswert R_fluid kennzeichnet den Widerstand des Sensorelements 13 bei der Fluidströmungs-Temperatur T_fluid.
Das Anemometer 1 ist zum Erfassen der Temperatur T des Sensorelements 13 mittels Erfassens des temperaturabhängigen Widerstandes R des Sensorelements 13 ausgebildet. Von dem Anemometer 1 wird also die Temperatur T des Sensorelements 13 ermittelt, indem der zu einem jeweiligen Zeitpunkt vorliegende Widerstand R des Sensorelements 13 erfasst wird und anhand des erfassten Widerstandes unter Verwendung der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes die zu diesem Zeitpunkt vorliegende Sensorelement-Temperatur T ermittelt wird.
Beim Betreiben mit der größeren zweiten Heizspannung U₂ erwärmt sich das Sensorelement 13 in einer Aufheizphase. Das Anemometer 1 ist derart ausgebildet, dass beim Betreiben des Sensorelements 13 mit der größeren zweiten Heizspannung U₂ ein Umschalten zu der kleineren ersten Heizspannung U₁ erfolgt, wenn die Temperatur T des Sensorelements 13 einen vorgegeben oberen Temperatur-Schwellenwert T_sup erreicht. Nach dem Umschalten von der größeren zweiten Heizspannung zu der kleineren ersten Heizspannung kühlt sich das Sensorelement 13 in einer Abkühlphase ab. Das Anemometer 1 ist derart ausgebildet, dass beim Betreiben des Sensorelements mit der kleineren ersten Heizspannung U₁ ein Umschalten zu der größeren zweiten Heizspannung U₂ erfolgt, wenn die Temperatur T des Sensorelements einen vorgegebenen unteren Temperatur-Schwellenwert T_inf erreicht. Der untere Temperatur-Schwellenwert T_inf ist kleiner als der obere Temperatur-Schwellenwert T_sup (T_inf < T_sup). Zudem ist der untere Temperatur-Schwellenwert T_inf größer als die Fluidströmungs-Temperatur T_fluid.
Der untere Temperatur-Schwellenwert T_inf entspricht einem unteren Widerstands-Schwellenwert R_inf des Sensorelements 13, der obere Temperatur-Schwellenwert T_sup entspricht einem oberen Widerstands-Schwellenwert R_sup des Sensorelements 13. Da das Anemometer 1 zum Erfassen der Temperatur T des Sensorelements 13 anhand des Widerstands R des Sensorelements 13 ausgebildet ist, erfolgt daher beim Betreiben des Sensorelements 13 mit der größeren zweiten Heizspannung U₂ ein Umschalten zu der kleineren ersten Heizspannung U₁, wenn der Widerstand R des Sensorelements 13 den oberen Widerstands-Schwellenwert R_sup erreicht. Zudem erfolgt beim Betreiben des Sensorelements 13 mit der kleineren ersten Heizspannung U₁ ein Umschalten zu der größeren zweiten Heizspannung U₂, wenn die Temperatur T des Sensorelements den unteren Widerstands-Schwellenwert R_inf erreicht.
2 zeigt in der untersten Teilfigur den Verlauf der an dem Sensorelement 13 anliegenden Heizspannung U in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei U₁ den Wert der ersten Heizspannung und U₂ den Wert der zweiten Heizspannung bezeichnet. Die Zeitpunkte t_i kennzeichnen die Umschalt-Zeitpunkte, an denen ein Umschalten zwischen der ersten Heizspannung U₁ und der zweiten Heizspannung U₂ erfolgt. Die Zeitpunkte t_i mit ungeradem Index i kennzeichnen die Hochschalt-Zeitpunkte, an denen ein Umschalten von der kleineren ersten Heizspannung U₁ zu der größeren zweiten Heizspannung U₂ erfolgt. Die Zeitpunkte t_i mit geradem Index i kennzeichnen die Herunterschalt-Zeitpunkte, an denen ein Umschalten von der größeren zweiten Heizspannung U₂ zu der kleineren ersten Heizspannung U₁ erfolgt.
Das Anemometer 1 ist zum Erfassen der Zeitabstände zwischen den Umschalt-Zeitpunkten t_i ausgebildet. Das Anemometer 1 ist insbesondere zum Erfassen der Zeitabstände zwischen einem Hochschalt-Zeitpunkt und dem darauffolgenden Herunterschalt-Zeitpunkt ausgebildet, wobei diese Zeitabstände als Aufheizdauer t_heiz bezeichnet werden, da in diesen Zeiträumen die größere zweite Heizspannung U₂ an dem Sensorelement 13 anliegt und daher die Temperatur des Sensorelements 13 steigt. Das Anemometer 1 ist zudem zum Erfassen der Zeitabstände zwischen einem Herunterschalt-Zeitpunkt und dem darauffolgenden Hochschalt-Zeitpunkt ausgebildet, wobei diese Zeitabstände als Abkühldauer t_kühl bezeichnet werden, da in diesen Zeiträumen die kleinere erste Heizspannung U₁ an dem Sensorelement 13 anliegt und die Temperatur des Sensorelements 13 sinkt.
Das Anemometer 1 ist zudem zum Erfassen der Zeitabstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hochschalt-Zeitpunkten ausgebildet, wobei diese Zeitabstände als Umschalt-Periodendauer t_p bezeichnet werden. Die Umschalt-Periodendauer t_p entspricht auch dem zeitlichen Abstand dreier aufeinanderfolgender Umschalt-Zeitpunkte t_i, dem Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Herunterschalt-Zeitpunkten, oder äquivalent der Summer einer Aufheizdauer t_heiz und einer daran angrenzenden Abkühldauer t_kühl.
Das Anemometer 1 ist zum Charakterisieren der Fluidströmung 3 basierend auf den erfassten Zeitabständen ausgebildet, d. h. basierend auf den erfassten Werten der Aufheizdauer t_heiz, der Abkühldauer t_kühl, und der Umschalt-Periodendauer t_p.
Das Anemometer 1 ist insbesondere zum Ermitteln des Verhältnisses t_heiz/t_kühl einer jeweiligen Aufheizdauer t_heiz zu der darauffolgenden Abkühldauer t_kühl sowie zum Charakterisieren der Fluidströmung 3 basierend auf diesem Verhältnis ausgebildet.
3 zeigt das Verhältnis t_heiz/t_kühl der Aufheizdauer t_heiz zu der Abkühldauer t_kühl für die flüssige Phase 5 (durchgezogene Linie) und die gasförmige Phase 7 (durchbrochene Linie) in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit ν_fluid für einen vorgegebenen Bereich der Strömungsgeschwindigkeit. Aus 3 ist ersichtlich, dass mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit ν_fluid für jede der Fluidphasen 5, 7 auch das Verhältnis t_heiz/t_kühl steigt. Zudem ist im vorliegenden Bereich der Strömungsgeschwindigkeit für die flüssige Phase 5 das Verhältnis t_heiz/t_kühl stets größer als der Schwellenwert A, wohingegen für die gasförmige Phase 7 das Verhältnis t_heiz/t_kühl stets kleiner ist als der Schwellenwert A. Der Schwellenwert A wird bezieht sich auf das Verhältnis t_heiz/t_kühl und wird daher auch als Verhältnis-Schwellenwert bezeichnet.
Das Anemometer 1 kann mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 15 zum Ermitteln der zu einer jeweiligen Zeit an dem Sensorelement 13 anliegenden Fluidphase der Fluidströmung 13 basierend auf dem zu dieser Zeit vorliegenden Verhältnis t_heiz/t_kühl der Aufheizdauer t_heiz zu der Abkühldauer t_kühl ausgebildet sein. Das Anemometer 1 kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass es von ihm als Vorliegen der gasförmigen Phase 7 an dem Sensorelement 13 gewertet wird, wenn das Verhältnis t_heiz/t_kühl der Aufheizdauer t_heiz zu der Abkühldauer t_kühl kleiner ist als der Schwellenwert A, und dass es von ihm als Vorliegen der flüssigen Phase 5 an dem Sensorelement 13 gewertet wird, wenn das Verhältnis t_heiz/t_kühl der Aufheizdauer t_heiz zu der Abkühldauer t_kühl größer ist als der Schwellenwert A.
Das Anemometer 1 kann mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 15 zudem zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit ν_fluid der an dem Sensorelement 13 anliegenden Phase der Fluidströmung 3 basierend auf dem Verhältnis t_heiz/t_kühl der Aufheizdauer t_heiz zu der Abkühldauer t_kühl ausgebildet sein.
Das Anemometer 1 ist zum Durchführen eines ersten Messmodus derart ausgebildet, dass in dem ersten Messmodus basierend auf dem Verhältnis t_heiz/t_kühl der Aufheizdauer t_heiz zu der Abkühldauer t_kühl zunächst die an dem Sensorelement 13 anliegende Fluidphase 5, 7 der Fluidströmung 3 ermittelt wird, und anschließend basierend auf dem Verhältnis t_heiz/t_kühl (unter Einbeziehung der Stoffeigenschaften der ermittelten Fluidphase) die Strömungsgeschwindigkeit ν_fluid der ermittelten Fluidphase ermittelt wird.
Das Anemometer 1 ist zudem zum Erfassen der Umschalt-Periodendauer t_p und zum Charakterisieren der Fluidströmung 3 basierend auf der erfassten Umschalt-Periodendauer t_p ausgebildet.
4 zeigt die Umschalt-Periodendauer t_p für die flüssige Phase 5 (durchgezogene Linie) und die gasförmige Phase 3 (durchbrochene Linie) in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit ν_fluid für einen vorgegebenen Bereich der Strömungsgeschwindigkeit. Aus 4 ist ersichtlich, dass für die flüssige Phase 5 mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit ν_fluid die Umschalt-Periodendauer t_p ebenfalls zunimmt, wohingegen für die gasförmige Phase 7 mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit ν_fluid die Umschalt-Periodendauer t_p abnimmt. Zudem ist im vorliegenden Bereich der Strömungsgeschwindigkeit für die flüssige Phase 5 die Umschalt-Periodendauer t_p stets kleiner als der Schwellenwert B, wohingegen für die gasförmige Phase 7 die Umschalt-Periodendauer t_p stets größer ist als der Schwellenwert B. Der Schwellenwert B bezieht sich auf die Umschalt-Periodendauer und wird daher auch als Periodendauer-Schwellenwert bezeichnet.
Das Anemometer 1 kann mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 15 zum Ermitteln der zu einer jeweiligen Zeit an dem Sensorelement 13 anliegenden Fluidphase der Fluidströmung 13 basierend auf der zu dieser Zeit vorliegenden Umschalt-Periodendauer t_p ausgebildet sein. Das Anemometer 1 kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass es von ihm als Vorliegen der gasförmigen Phase 7 an dem Sensorelement 13 gewertet wird, wenn die Umschalt-Periodendauer t_p größer ist als der Schwellenwert B, und dass es von ihm als Vorliegen der flüssigen Phase 5 an dem Sensorelement 13 gewertet wird, wenn die Umschalt-Periodendauer t_p kleiner ist als der Schwellenwert B. Der Schwellenwert B wird bezieht sich auf die Umschalt-Periodendauer t_p und wird daher auch als Periodendauer-Schwellenwert bezeichnet.
Das Anemometer 1 kann mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 15 zudem zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit ν_fluid der an dem Sensorelement 13 anliegenden Phase der Fluidströmung 3 basierend auf der Umschalt-Periodendauer t_p ausgebildet sein.
Das Anemometer 1 ist zum Durchführen eines zweiten Messmodus derart ausgebildet, dass in dem zweiten Messmodus basierend auf der Umschalt-Periodendauer t_p zunächst die an dem Sensorelement 13 anliegende Fluidphase 5, 7 der Fluidströmung 3 ermittelt wird, und anschließend basierend auf der Umschalt-Periodendauer t_p (unter Einbeziehung der Stoffeigenschaften der ermittelten Fluidphase) die Strömungsgeschwindigkeit ν_fluid der ermittelten Fluidphase ermittelt wird.
Das Anemometer 1 ist ferner zum Durchführen eines dritten Messmodus derart ausgebildet, dass in dem dritten Messmodus basierend auf dem Verhältnis t_heiz/t_kühl der Aufheizdauer t_heiz zu der Abkühldauer t_kühl zunächst die an dem Sensorelement 13 anliegende Fluidphase 5, 7 der Fluidströmung 3 ermittelt wird, und anschließend basierend auf der Umschalt-Periodendauer t_p (unter Einbeziehung der Stoffeigenschaften der ermittelten Fluidphase) die Strömungsgeschwindigkeit ν_fluid der ermittelten Fluidphase ermittelt wird.
Das Anemometer 1 ist ferner zum Durchführen eines vierten Messmodus derart ausgebildet, dass in dem vierten Messmodus basierend auf der Umschalt-Periodendauer t_p zunächst die an dem Sensorelement 13 anliegende Fluidphase 5, 7 der Fluidströmung 3 ermittelt wird, und anschließend basierend auf dem Verhältnis t_heiz/t_kühl der Aufheizdauer t_heiz zu der Abkühldauer t_kühl (unter Einbeziehung der Stoffeigenschaften der ermittelten Fluidphase) die Strömungsgeschwindigkeit ν_fluid der ermittelten Fluidphase ermittelt wird.
Das Anemometer 1 ist zudem als Beispiel derart konfiguriert, dass die Differenz zwischen dem oberen Temperatur-Schwellenwert T_sup und dem unteren Temperatur-Schwellenwert T_inf mindestens 4 K beträgt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Anemometer 1 derart konfiguriert ist, dass die Differenz zwischen dem oberen Temperatur-Schwellenwert T_sup und dem unteren Temperatur-Schwellenwert T_inf mindestens 8 K oder sogar mindestens 15 K beträgt.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Anemometer 1 derart ausgebildet sein, dass der untere Widerstands-Schwellenwert R_inf maximal 99% des oberen Widerstands-Schwellenwertes R_sup entspricht. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Anemometer 1 derart konfiguriert ist, dass der untere Widerstands-Schwellenwert Riff maximal 98% oder sogar maximal 95% des oberen Widerstands-Schwellenwertes R_sup entspricht. Dies kann durch entsprechende Wahl des (Materials des) Sensorelements sowie entsprechende Einstellung des unteren und oberen Temperatur-Schwellenwertes realisiert werden.
Das Anemometer 1 kann optional zum Erfassen der Fluidströmungs-Temperatur T_fluid und zum Einstellen des unteren Temperatur-Schwellenwertes T_inf und des oberen Temperatur-Schwellenwertes T_sup basierend auf der erfassten Fluidströmungs-Temperatur ausgebildet sein. Diesbezüglich kann das Anemometer 1 insbesondere zum Einstellen des unteren Temperatur-Schwellenwertes T_inf auf einen Wert oberhalb der Fluidströmungs-Temperatur T_fluid ausgebildet sein. Das Anemometer 1 kann ferner zum Einstellen des oberen Temperatur-Schwellenwertes T_sup auf einen Wert oberhalb des unteren Temperatur-Schwellenwertes T_inf ausgebildet sein, insbesondere derart, dass die vorstehend beschriebenen Bedingungen hinsichtlich der Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Temperatur-Schwellenwert und/oder hinsichtlich des Verhältnisses des unteren und des oberen Widerstands-Schwellenwertes erfüllt sind.
5 zeigt schematisch eine mögliche elektrische Schaltungsanordnung zur Realisierung des Anemometers 1. Die Schaltung weist eine Brückenschaltung 17 mit einem als Sensorelement 13 fungierenden temperaturabhängigen PT100-Widerstand auf, wobei eine Seite der Brückenschaltung auf ein Referenzpotential Ucc (wobei vorliegend das Referenzpotential Ucc durch das Massepotential gegeben ist) geschaltet ist und die andere Seite der Brückenschaltung abwechselnd auf ein erstes Heizspannungspotential U₁ und ein zweites Heizspannungspotential U₂ geschaltet werden kann. Die Schaltung weist einen Vergleicher 19 auf, mittels dessen bei Betreiben der Brückenschaltung 17 mit dem zweiten Heizspannungspotential U₂ das Erreichen des oberen Temperatur-Schwellenwertes T_sup bzw. Widerstands-Schwellenwertes R_sup des Sensorelements 13 erfasst werden kann und bei Erreichen dieses Schwellenwertes die Brückenschaltung auf das erste Heizspannungspotential U₁ umgeschaltet werden kann.
Mittels des Vergleichers 19 kann zudem bei Betreiben der Brückenschaltung 17 mit dem ersten Heizspannungspotential U₁ das Erreichen des unteren Temperatur-Schwellenwertes T_inf bzw. Widerstands-Schwellenwertes R_inf erfasst werden und bei Erreichen dieses Schwellenwertes die Brückenschaltung auf das zweite Heizspannungspotential U₂ umgeschaltet werden. Der an den Vergleicher 19 angebundene Mikrocontroller 21 ist zum Erfassen der Abkühldauer t_kühl, der Aufheizdauer t_heiz und der Umschalt-Periodendauer t_p ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: thermisches Anemometer
3: Fluidströmung/Strömungsmedium
5: flüssige Phase
7: gasförmige Phase
9: Strömungsrichtung
11: Nadelsonde
13: Sensorelement
15: Steuer- und Auswerteeinheit
17: Brückenschaltung
19: Vergleicher
21: Mikrocontroller
U: Spannung
U₁: erste Heizspannung
U₂: zweite Heizspannung
Ucc: Referenzpotenzial
T: Temperatur
T_inf: unterer Temperatur-Schwellenwert
T_sup: oberer Temperatur-Schwellenwert
T_fluid: Temperatur der Fluidströmung
R_inf: unterer Widerstands-Schwellenwert
R_sup: oberer Widerstands-Schwellenwert
R_fluid: Widerstand des Sensorelements bei der Fluidströmungs-Temperatur
t: Zeit
t_i: Umschalt-Zeitpunkt
t_heiz: Aufheizdauer
t_kühl: Abkühldauer
t_p: Umschalt-Periodendauer
ν_fluid: Strömungsgeschwindigkeit
A: Schwellenwert/Verhältnis-Schwellenwert
B: Schwellenwert/Periodendauer-Schwellenwert

Claims

Thermisches Anemometer (1) zum Charakterisieren einer mehrphasigen Fluidströmung (3) mit einer ersten Phase (7) und einer zweiten Phase (5), aufweisend ein Sensorelement (13) zum Einbringen in die Fluidströmung (3), das mittels Betreibens mit einer elektrischen Spannung elektrisch beheizbar ist, wobei – das Anemometer (1) zum abwechselnden Betreiben des Sensorelements (13) mit einer ersten Spannung (U₁) und einer zweiten Spannung (U₂) ausgebildet ist, wobei die erste Spannung (U₁) kleiner ist als die zweite Spannung (U₂) sodass im Betrieb des Anemometers (1) ein abwechselndes Erwärmen und Abkühlen des Sensorelements (13) erfolgt, – das Anemometer (1) derart ausgebildet ist, dass beim Betreiben des Sensorelements (13) mit der ersten Spannung (U₁) beim Erreichen eines vorgegebenen unteren Temperatur-Schwellenwertes (T_inf) ein Umschalten zu der zweiten Spannung (U₂) erfolgt, und dass beim Betreiben des Sensorelements (13) mit der zweiten Spannung (U₂) beim Erreichen eines vorgegebenen oberen Temperatur-Schwellenwertes (T_sup) ein Umschalten zu der ersten Spannung (U₁) erfolgt, wobei der untere Temperatur-Schwellenwert (T_inf) kleiner ist als der obere Temperatur-Schwellenwert (T_sup), – das Anemometer (1) zum Erfassen des Zeitabstands zwischen einem Umschalt-Zeitpunkt, an dem ein Umschalten von der ersten Spannung (U₁) zu der zweiten Spannung (U₂) erfolgt, und dem darauffolgenden Umschalt-Zeitpunkt, an dem ein Umschalten von der zweiten Spannung (U₂) zu der ersten Spannung (U₁) erfolgt, als Aufheizdauer (t_heiz) ausgebildet ist, – das Anemometer (1) zum Erfassen des Zeitabstands zwischen einem Umschalt-Zeitpunkt, an dem ein Umschalten von der zweiten Spannung (U₂) zu der ersten Spannung (U₁) erfolgt, und dem darauffolgenden Umschalt-Zeitpunkt, an dem ein Umschalten von der ersten Spannung (U₁) zu der zweiten Spannung (U₂) erfolgt, als Abkühldauer (t_kühl) ausgebildet ist, und – das Anemometer (1) zum Ermitteln des Verhältnisses(t_heiz/t_kühl) in Form des Quotienten aus der Aufheizdauer (t_heiz) und der Abkühldauer (t_kühl) ausgebildet ist, wobei – das Anemometer (1) zum Ermitteln der an dem Sensorelement (13) anliegenden Phase der Fluidströmung basierend auf dem Verhältnis (t_heiz/t_kühl) derart ausgebildet ist, dass es von ihm als Vorliegen der ersten Phase (7) an dem Sensorelement (13) gewertet wird, wenn das Verhältnis (t_heiz/t_kühl) kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert (A), und/oder dass es von ihm als Vorliegen der zweiten Phase (5) an dem Sensorelement (13) gewertet wird, wenn das Verhältnis (t_heiz/t_kühl) nicht kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert (A).
Thermisches Anemometer nach Anspruch 1, wobei das Anemometer (1) zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit (ν_fluid) der an dem Sensorelement (13) anliegenden Fluidströmung (3) basierend auf dem Verhältnis (t_heiz/t_kühl) zwischen der Aufheizdauer (t_heiz) und der Abkühldauer (t_kühl) ausgebildet ist.
Thermisches Anemometer nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Anemometer (1) zum Erfassen des zeitlichen Abstands dreier aufeinanderfolgender Umschalt-Zeitpunkte als Umschalt-Periodendauer (t_p) und zum Charakterisieren der Fluidströmung (3) basierend auf der Umschalt-Periodendauer (t_p) ausgebildet ist.
Thermisches Anemometer nach Anspruch 3, wobei das Anemometer (1) zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit (ν_fluid) der an dem Sensorelement (13) anliegenden Fluidströmung (3) basierend auf der Umschalt-Periodendauer (t_p) ausgebildet ist.
Thermisches Anemometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Differenz zwischen dem oberen Temperatur-Schwellenwert (T_sup) und dem unteren Temperatur-Schwellenwert (T_inf) mindestens 4 K beträgt.
Thermisches Anemometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Sensorelement (13) einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand aufweist, wobei der untere Temperatur-Schwellenwert (T_inf) einem ersten Widerstandswert und der obere Temperatur-Schwellenwert (T_sup) einem zweiten Widerstandswert des Sensorelements (13) entspricht, und wobei der kleinere Wert (R_inf) des ersten Widerstandswertes und des zweiten Widerstandswertes maximal 99% des größeren Wertes (R_sup) des ersten Widerstandswertes und des zweiten Widerstandswertes entspricht.