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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchflussbestimmung eines strömenden Mediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Durchflussbestimmung eines strömenden Mediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5. Daneben betrifft die vorliegende Erfindung einen Fluidzähler zur Durchflussbestimmung eines strömenden Mediums.
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Technologischer Hintergrund
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Ein Anwendungsbereich von Fluidzählern zur Durchflussbestimmung eines strömenden Mediums sind Wasserzähler zur Ermittlung des Wasserverbrauchs in Gebäuden sowie Haushalten. Derartige Fluidzähler besitzen in der Regel ein Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass. Mittels des Gehäuses kann der Fluidzähler in ein Fluidleitungsnetz, wie z. B. eine Trinkwasserversorgung, installiert werden. Die Strömungsrichtung des Fluids erfolgt hierbei in der Regel vom Einlass zum Auslass. Ferner umfasst ein gattungsgemäßer Fluidzähler mindestens eine Sensoranordnung, wie z. B. eine Ultraschallwandleranordnung, die der Durchflussbestimmung dient.
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Der Wasserverbrauch bei kleinen Durchflüssen stellt zunehmend einen nennenswerten Anteil am Gesamtverbrauch dar. Kleine Durchflüsse werden beispielsweise begründet durch Leckagen oder Schleichmengen, die z. B. durch nicht vollständiges Schließen eines Wasserhahns bedingt sind. Es besteht daher ein zunehmendes wirtschaftliches Interesse an der Erfassung sowie Berechnung entsprechender Durchflussmengen. Daher werden zunehmend Wasserzähler mit einem möglichst großen Durchflussmessbereich benötigt, um neben den normalen und großen Durchflüssen auch kleine Durchflussmengen erfassen zu können.
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Der Bedarf an Fluidzählern bzw. Wasserzählern mit einem möglichst großen Durchflussmessbereich wird derzeit dadurch abgedeckt, dass z. B. sogenannte „Woltman-Wasserzähler” mit einer Messdynamik von 1:600 eingesetzt werden. Ferner erreichen mechanische Ringkolbenzähler eine Messdynamik von bis zu 1:1.000 und Ultraschall-Wasserzähler von 1:500. Es werden zunehmend erhebliche Anstrengungen unternommen, die Messdynamik von elektronischen Messgeräten auf 1:1.000 zu erhöhen, was mit erheblichem Entwicklungsaufwand verbunden ist. Die beste Messdynamik wird derzeit von den Verbund-Wasserzählern mit bis zu 1:10.000 erreicht. Bei diesen Geräten werden zwei unabhängige, mechanische, d. h. insbesondere mit einem Flügelrad ausgestattete, Messgeräte parallel zusammengeschaltet. Bei kleinem Durchfluss fließt das Wasser ausschließlich durch den Nebenzähler. Bei steigendem Durchfluss öffnet ein Ventil den Hauptpfad, sodass der Hauptzähler die Messung übernimmt. Nachteilig hierbei ist es, dass zwei komplett unabhängige Messgeräte erforderlich sind, um den gesamten Durchflussbereich abzudecken und eine mechanische Ultraschallvorrichtung erforderlich ist (Kosten, Langzeitstabilität). Zusätzlich erfordert jedes Gerät eine eigene Auswertung.
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Druckschriftlicher Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2009 006 733 A1 ist ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser bekannt, bei dem zur Erhöhung der Messdynamik eine Messung der Durchflussgeschwindigkeit eines strömenden Fluids, je nach Fluidanfall, in einer ersten oder zweiten Messstrecke mittels einer Spulenanordnung sowie einer ersten und einer zweiten Elektrodenanordnung erfolgt. Die erste und die zweite Messstrecke befinden sich in unterschiedlichen Messkanälen, die durch eine Trennwand getrennt sind. Die Zuführung des Fluidzulaufs auf die erste oder zweite Messstrecke erfolgt unter Einsatz einer Umschalteinrichtung, wie z. B. eines Umschaltventils, welche von einer gemeinsamen Steuer- und Auswerteeinheit ansteuerbar ist.
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Die
DE 10 2012 109 234 A1 beschreibt bereits einen Durchflussmesser, der den Durchfluss eines strömenden Mediums anhand eines Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bestimmt. Bei dem Durchflussmesser wird ein Ultraschallmessverfahren mit einem thermischen Messverfahren kombiniert, um einen größeren Durchsatzbereich zu erfassen. Das Ultraschallmessverfahren wird zur Erfassung kleinerer Durchflussmengen und das thermische Messverfahren zur Erfassung größerer Durchflussmengen eingesetzt. Ein Nachteil dieses Durchflussmessers liegt darin, dass das Ultraschallmessverfahren typischerweise einen Nullpunktfehler besitzt, d. h. dass die Sensorkennlinie des Ultraschallmessverfahrens zwar linear ansteigt, jedoch aber nicht im Ursprung beginnt. Dadurch kommt es zu Messungenauigkeiten, die sich gerade beim Erfassen geringer Durchflussmengen negativ auswirken. Demzufolge sind sehr geringe Durchflüsse auch mit diesem bekannten Verfahren nicht messbar. Als Folge davon verringert sich die Messdynamik des gesamten Durchflussmessers. Ferner ist die Durchführung des thermischen Messverfahrens insbesondere in flüssigen Medien sehr energieintensiv, wodurch ein hoher Stromverbrauch des Durchflussmessers die Folge ist. Dadurch, dass Durchflussmesser autark d. h. mit einer eigenen Stromversorgung (Batterie) arbeiten, ergeben sich Probleme bezüglich der Lebensdauer der Durchflussmesser.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Durchflussbestimmung eines strömenden Mediums zur Verfügung zu stellen, mittels welchem die Messgenauigkeit gerade bei kleinen Durchflüssen verbessert, die Messdynamik erhöht und der Energiebedarf verringert wird.
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Lösung der Aufgabe
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Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
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Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Messprinzip der ersten Sensoranordnung zur Bestimmung kleiner Durchflüsse um eine Durchflussmessung auf der Basis einer Staudruckmessung, eines Korrelationsverfahrens anhand der Fluktuationsbestimmung einer Eigenschaft des strömenden Mediums oder eines Impfverfahrens bzw. Injektionsverfahrens. Ferner handelt es sich bei dem Messprinzip der zweiten Sensoranordnung zur Bestimmung größerer Durchflüsse um eine Durchflussmessung auf der Basis einer Laufzeitdifferenzmessung oder einer magnetisch-induktiven Messung (MID). Durch eine derartige Kombination zweier Messprinzipien kann die untere Messbereichsgrenze weiter verringert und die obere Messbereichsgrenze erhöht werden. Hier kann die Messdynamik in erheblichem Maße verbessert werden. Zudem weist die erste Sensoranordnung durch die Anwendung der genannten Messprinzipien hardwareseitig einen viel geringeren Energiebedarf auf, sodass das gesamte Messverfahren äußerst energieeffizient durchführbar ist und eine lange Lebensdauer des Durchflussmessers erreicht wird.
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Zweckmäßigerweise kann auf Basis der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien der ersten und der zweiten Sensoranordnung jeweils für die erste sowie die zweite Sensoranordnung ein spezifisch ausgelegter bzw. definierter Durchflussmessbereich festgelegt werden. Daraus resultiert der Vorteil, dass die jeweiligen Sensoranordnungen nur für Durchflussmessbereiche eingesetzt werden, innerhalb derer ein möglichst hoher Messeffekt zu erwarten ist. Dadurch kann der Messeffekt des gesamten Messverfahrens in erheblichem Maße gesteigert werden.
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In vorteilhafter Weise kann bei dem Messprinzip der ersten Sensoranordnung der Verlauf des Messeffekts über dem Durchfluss nicht linear sein. Beispielsweise ist die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie einer Durchflussbestimmung auf der Basis einer Druckmessung (Wirkdruck, Staudruck) dadurch charakterisiert, dass das Sensorsignal linear zum Quadrat des Durchflusses ist. Daraus resultiert der Vorteil, dass die Empfindlichkeit gesteigert werden kann, indem die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie durch eine entsprechende Sensoreinstellung in Richtung der Messeffekt-Achse bzw. in Nullpunktrichtung des Durchflusses verschoben wird. Dadurch wird der Nullpunktfehler deutlich minimiert und dementsprechend die untere Messbereichsgrenze herabgesetzt und die Messdynamik verbessert.
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Ferner kann bei dem Messprinzip der ersten Sensoranordnung der Verlauf des Messeffekts über dem Durchfluss eine negative Steigung besitzen. Einen derartigen Verlauf weist beispielsweise die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie des Impf- oder Injektionsverfahrens auf. Bei dem Impf- oder Injektionsverfahren ist der Messeffekt umgekehrt proportional zum Durchfluss, d. h. der Messeffekt nimmt mit steigendem Durchfluss ab. Der maximale Messeffekt liegt somit im Bereich geringerer Durchflüsse. Daraus resultiert der Vorteil, dass gerade bei sehr kleinen Durchflüssen eine höchste Messgenauigkeit des Messverfahrens erzielt wird.
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Nebengeordnet beansprucht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Durchflussbestimmung eines strömenden Mediums, bei dem auf Basis der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien der ersten und der zweiten Sensoranordnung jeweils für die erste sowie die zweite Sensoranordnung ein spezifisch ausgelegter bzw. definierter Durchflussmessbereich festgelegt wird. Die erste und die zweite Sensoranordnung weisen hierbei jeweils ein Messprinzip auf, bei welchem der Messeffekt und der Durchfluss der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie, zumindest im Wesentlichen, linear zusammenhängen. Bei dem Messprinzip der ersten Sensoranordnung handelt es sich um eine Durchflussmessung auf der Basis einer Laufzeitdifferenzmessung oder einer magnetisch-induktiven Messung und bei dem Messprinzip der zweiten Sensoranordnung um eine Durchflussmessung auf der Basis einer Laufzeitdifferenzmessung oder einer magnetisch-induktiven Messung.
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Zweckmäßigerweise können die erste und die zweite Sensoranordnung ein identisches Messprinzip aufweisen. Beispielsweise können beide Sensoranordnungen nach einem Laufzeitdifferenzmessprinzip oder einem magnetisch-induktiven Messprinzip verfahren. Die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien der ersten und zweiten Sensoranordnung müssen hierbei derart angepasst werden, dass diese einen definierten Durchflussmessbereich messtechnisch umfassen, um einen möglichst hohen Messeffekt bei den zu bestimmenden Durchflüssen zu erzielen.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Durchflussmessung auf Basis einer Laufzeitdifferenzmessung um ein Schallmessverfahren, vorzugsweise ein Ultraschallmessverfahren. Das Ultraschallmessverfahren besitzt die Vorteile, dass es weitgehend unabhängig ist von den Eigenschaften des strömenden Mediums, wie z. B. Dichte, Temperatur, elektrische Leitfähigkeit und Viskosität. Ferner umfasst das Ultraschallmessverfahren einen vergleichsweise großen Durchflussmessbereich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung besitzen die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien der ersten und der zweiten Sensoranordnung eine unterschiedliche Steigung. Dadurch können unterschiedliche Durchflussmessbereiche messtechnisch erfasst werden. Beispielsweise kann eine Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie bei der Messeffekt und Durchfluss linear zusammen hängen (MID- oder Ultraschallmessprinzip) durch einen steileren Anstieg einen größeren Messeffekt im Bereich kleinerer Durchflüsse und zusätzlich durch einen flacheren Anstieg den Bereich größerer Durchflüsse abdecken. Der Anstieg der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien kann hierbei z. B. durch hardwaretechnische Maßnahmen gezielt verändert werden, um den gewünschten Durchflussmessbereich zu erfassen. Der Nullpunktfehler des Ultraschallmessverfahrens kann dadurch in besonderem Maße verringert werden.
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Zweckmäßigerweise besitzt die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie der ersten Sensoranordnung eine größere Steigung als die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie der zweiten Sensoranordnung, um bei der ersten Sensoranordnung einen möglichst großen Messeffekt im Bereich kleiner Durchflüsse und zusätzlich mit der zweiten Sensoranordnung den Bereich großer Durchflüsse abzudecken.
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Vorzugsweise überschneiden sich die messtechnisch erfassbaren Durchflüsse bzw. Durchflussbereiche der ersten und der zweiten Sensoranordnung zumindest teilweise in einem Überschneidungsbereich. Durch diesen Überschneidungsbereich können Messungenauigkeiten vermieden werden, die aufgrund von Durchflüssen entstehen, die im Rand- oder Zwischenbereich der Durchflussmessbereiche liegen. Die Messbereichsgrenze der definierten Durchflussmessbereiche der ersten und zweiten Sensoranordnung befindet sich hierbei bevorzugt im bzw. am Überschneidungsbereich.
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Die erste und zweite Sensoranordnung bzw. die Messprinzipien der ersten und zweiten Sensoranordnung besitzen jeweils eine untere Messbereichsgrenze, die durch den minimalen Messeffekt des jeweiligen Messprinzips definiert ist. In vorteilhafter Weise kann die untere Messbereichsgrenze der ersten Sensoranordnung unterhalb der unteren Messbereichsgrenze der zweiten Sensoranordnung liegen, um den minimal messbaren Durchfluss zu verringern.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können sich die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien der ersten und der zweiten Sensoranordnung in mindestens einem Punkt schneiden, wie z. B. bei der Kombination von Ultraschallmessprinzip und Impfverfahren. Dadurch kann eine Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie mit positiver Steigung mit einer Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien mit negativer Steigung kombiniert werden. Mit einer derartigen Kombination kann ein möglichst großer Durchflussmessbereich mit vergleichsweise hohem Messeffekt messtechnisch erfasst werden.
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Ferner kann der ermittelte Durchfluss der ersten oder der zweiten Sensoranordnung zur Kontrolle bzw. als Korrekturgröße des ermittelten Durchflusses der jeweils anderen der ersten und zweiten Sensoranordnung herangezogen werden. Daraus resultiert der Vorteil, dass die Messgenauigkeit im Übergangsbereich zwischen kleinen und großen Durchflussmengen gesteigert wird. Dadurch kann eine Fehlfunktion einer Sensoranordnung durch den Kontrollwert der anderen Sensoranordnung frühzeitig ermittelt werden. Hierzu wird der Durchfluss im Überschneidungsbereich sowohl von der ersten als auch von der zweiten Sensoranordnung erfasst und/oder zur Drifterkennung des Messwertes der jeweils anderen Sensoranordnung und/oder zur Fehlerdiagnose herangezogen. Dementsprechend werden Sicherheit und Einsatzzeit erheblich verbessert.
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Neben- oder untergeordnet beansprucht die vorliegende Erfindung einen Fluidzähler zur Durchflussbestimmung eines strömenden Mediums. Der Fluidzähler umfasst ein Anschlussgehäuse, einen Einlass, einen Auslass, einen Messkanal und mindestens eine erste und eine zweite Sensoranordnung. Die erste Sensoranordnung dient hierbei zur Durchflussbestimmung kleiner Durchflüsse und die zweite Sensoranordnung zur Durchflussbestimmung großer Durchflüsse. Der Fluidzähler ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Messprinzip der ersten Sensoranordnung um eine Durchflussmessung auf Basis einer Druckmessung, insbesondere einer Staudruckmessung, eines Korrelationsverfahrens anhand der Fluktuationsbestimmung einer Eigenschaft des Mediums, eines Impf- bzw. Injektionsverfahrens, einer Laufzeitdifferenzmessung oder einer magnetisch-induktiven Messung handelt. Ferner handelt es sich bei dem Messprinzip der zweiten Sensoranordnung um eine Durchflussmessung auf Basis einer Laufzeitdifferenzmessung oder einer magnetisch-induktiven Messung.
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Ferner kann die zweite Sensoranordnung mindestens einen Ultraschallwandler und eine Ultraschallmessstrecke umfassen. Vorzugsweise umfasst die zweite Sensoranordnung zwei oder mehr Ultraschallwandler und mindestens eine zwischen den Ultraschallwandlern befindliche Ultraschallmessstrecke. Die Ultraschallmessstrecke kann hierbei z. B. gerade, U-förmig oder winkelig ausgebildet sein. Zudem können Reflektoren bzw. Spiegel oder ein Bereich der Rohrwand vorgesehen sein, womit die Ultraschallmessstrecke umgelenkt werden kann. Beispielsweise können Interdigitalwandler vorgesehen sein, die schräg abstrahlen. Unter Verwendung der Ultraschallwandler kann eine Durchflussbestimmung auf der Basis des Ultraschallmessprinzips zur Durchflussbestimmung großer Durchflussmengen erfolgen.
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Zweckmäßigerweise kann die zweite Sensoranordnung mindestens eine Elektrodenanordnung sowie mindestens eine Spulenanordnung umfassen. Dadurch kann die Durchflussbestimmung großer Durchflussmengen mit der zweiten Sensoranordnung auf Basis eines magnetisch-induktiven Messprinzips erfolgen.
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In bevorzugter Weise kann die erste Sensoranordnung einen Drucksensor, insbesondere einen Staudrucksensor, umfassen. Bei dem Staudrucksensor kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die z. B. einen Differenzdrucksensor, eine Venturidüse, eine Differenzdruckblende, eine Staudrucksonde und/oder eine mikrosystemtechnische Lösung umfasst.
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Die erste Sensoranordnung kann auch mindestens zwei Sensoren, insbesondere Drucksensoren, umfassen, wobei die Sensoren mit einem definierten Abstand, z. B. 1 cm, zueinander angeordnet sind. Dadurch kann eine Durchflussbestimmung mittels eines Korrelationsmessverfahrens durchgeführt werden. Hierzu wird die Fluktuation mindestens einer Fluideigenschaft des strömenden Mediums, wie z. B. Druck, Temperatur, Viskosität oder dergleichen, entlang des Abstandes zwischen den Sensoren erfasst und für geringe Fließgeschwindigkeiten ausgewertet. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung resultiert daraus, dass nur geringe Anforderungen an die Sensoreigenschaften gestellt werden und die Auswertung datentechnisch erfolgen kann.
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Vorzugsweise wird die Differenz aus den Messwerten der Sensoren ermittelt und anhand der Differenz und des definierten Abstandes zwischen beiden Sensoren ein Wert abgeleitet, der mit dem Durchfluss des strömenden Mediums korrelierbar ist. Dadurch kann der Durchfluss des strömenden Mediums in einfacher Weise bestimmt werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die erste Sensoranordnung mindestens eine Einheit zur Generation und/oder Injektion eines Markers und mindestens einen Detektor zur Detektion des Markers. Durch diese Anordnung kann ein Impf- bzw. Injektionsverfahren zur Durchflussbestimmung kleiner Durchflüsse durchgeführt werden. Der Marker wird hierbei in das strömende Medium eingebracht und gelangt durch die Strömung des Mediums von der Einheit zur Generation und/oder Injektion zum Detektor.
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Zweckmäßigerweise ist eine Zeitmesseinrichtung vorgesehen, welche die Laufzeit bzw. Zeitdauer erfasst, die der Marker benötigt, um von der Einheit zur Generation und/oder Injektion zum Detektor zu gelangen. Die Zeitdauer entspricht der Zeitdifferenz Δt zwischen der Generations-/Injektionszeit t1 des Markers und der Detektionszeit t2 des Markers.
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In vorteilhafter Weise ist zwischen der Einheit zur Generation und/oder Injektion und dem Detektor ein definierter Abstand (z. B. 1 cm) vorgesehen. Durch den Abstand und der Zeitdifferenz Δt kann die Geschwindigkeit des Markers und damit die Durchflussgeschwindigkeit des strömenden Mediums in einfacher Weise bestimmt werden. Daraus resultiert der Vorteil, dass anschließend der absolute Durchfluss (Laufzeitmessung) anhand der Zeitdifferenz Δt, des Abstandes zwischen der Einheit zur Generation und/oder Injektion und dem Detektor und/oder des Messrohrquerschnitts bestimmt werden kann. Ferner ist der Marker derart beschaffen, dass dieser beispielsweise chemisch, induktiv, kapazitiv oder optisch mittels des Detektors detektiert werden kann. Vorzugsweise bringt die Einheit zur Generation und/oder Injektion als Marker eine chemische Substanz in das strömende Medium ein. Beispielsweise kann es sich bei der chemischen Substanz um einen Farbstoff, eine radioaktive und/oder eine chemisch-aktive Substanz handeln.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Einheit zur Generation und/oder Injektion einen chemischen Stoff aus dem strömenden Medium erzeugen bzw. generieren. Die Generation kann z. B. durch Elektrolyse und/oder durch Reduktion und Oxidation erfolgen. Daraus resultiert der Vorteil, dass das strömende Medium nicht durch einen zusätzlich eingebrachten Marker verunreinigt wird. Dadurch kann diese Form eines Markers vor allem auch bei empfindlichen Medien, z. B. im Trinkwasserbereich, eingesetzt werden.
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In bevorzugter Weise handelt es sich bei dem Marker bzw. dem chemischen Stoff um ein Ion oder Gas. Beispielsweise können aus dem strömenden Medium Wasser Ionen (H+, OH–, etc.) oder Gase (H2, O2, etc.) erzeugt werden. Diese werden anschließend von dem Detektor detektiert. Dementsprechend kann es sich bei dem Detektor um einen chemischen, kapazitiven oder optischen Detektor oder Sensor zur Detektion von Ionen und/oder Gasen handeln.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Sensoranordnung mindestens einen Ultraschallwandler und eine Ultraschallmessstrecke, um zur Durchflussbestimmung kleiner Durchflussmengen ein Messprinzip auf Basis einer Ultraschallmessung einzusetzen.
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Ferner kann die erste Sensoranordnung auch mindestens eine Elektrodenanordnung sowie mindestens eine Spulenanordnung umfassen, um zur Durchflussbestimmung kleiner Durchflussmengen ein Messprinzip auf Basis einer magnetisch-induktiven Messung einzusetzen.
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Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden anhand von Zeichnungsfiguren nachstehend näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidzählers;
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2 eine Darstellung der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien der ersten und zweiten Sensoranordnung des Fluidzählers aus 1;
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3 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidzählers;
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4 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidzählers;
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5 eine Darstellung der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien der ersten und zweiten Sensoranordnung des Fluidzählers aus 4;
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6 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer vierten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidzählers;
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7 eine Darstellung der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien der ersten und zweiten Sensoranordnung des Fluidzählers aus 6;
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8 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer fünften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidzählers, sowie
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9 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer sechsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidzählers.
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Die verschiedenen Messprinzipien bzw. Messverfahren besitzen unterschiedliche Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien. Die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie ist der Graph einer Funktion, welche die Relation zwischen Messeffekt und Durchfluss darstellt. Beispielsweise können Messeffekt und Durchfluss linear miteinander verbunden sein, wie z. B. beim Ultraschallmessverfahren, beim magnetisch-induktiven Messverfahren oder beim Impulsfrequenzmessverfahren. Ferner kann auch das Quadrat des Sensorsignals linear mit dem Durchfluss verbunden sein, wie z. B. beim thermischen Messverfahren, oder das Sensorsignal kann linear mit dem Quadrat des Durchflusses ansteigen, wie z. B. bei verschiedenen Druckmessverfahren. Ferner können Laufzeitmessverfahren, wie z. B. das Impfverfahren, einen Messeffekt aufweisen, der umgekehrt proportional zum Durchfluss ist.
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Erfindungsgemäß werden bei dem vorliegenden Verfahren mindestens zwei Sensoranordnungen 6, 7 zur Durchflussbestimmung eingesetzt, welche unterschiedliche Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A, B, sogenannte Sensorkennlinien, aufweisen. Die erste Sensoranordnung 6 dient hierbei zur Durchflussbestimmung kleiner Durchflüsse bzw. Durchflussmengen, z. B. im Bereich von 1 L/h bis 10 L/h. Demgegenüber wird die zweite Sensoranordnung 7 zur Durchflussbestimmung großer Durchflüsse bzw. Durchflussmengen, z. B. im Bereich von 6 L/h bis 3000 L/h, verwendet.
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Bezugsziffer 1a in 1 bezeichnet einen Fluidzähler gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Fluidzähler 1a besitzt ein Anschlussgehäuse 2 mit einem Eingang 3 und einem Ausgang 4. Mittels des Eingangs 3 und des Ausgangs 4 kann der Fluidzähler 1a an ein, nicht dargestelltes, Fluidleitungsnetz (z. B. die Trinkwasserversorgung eines Haushaltes) angeschlossen werden. Die Durchflussrichtung des strömenden Mediums erfolgt hierbei vom Eingang 3 zum Ausgang 4. Innerhalb des Anschlussgehäuses 2 befindet sich der Messkanal 5, in dem die Parametererfassung (z. B. Durchflussgeschwindigkeit, Druck, Temperatur, Spannung oder dergleichen) der Durchflussbestimmung erfolgt. Ferner umfasst der Fluidzähler 1a zur Parametererfassung der Durchflussbestimmung eine erste Sensoranordnung 6 und eine zweite Sensoranordnung 7. Die erste Sensoranordnung 6 besteht aus einem Staudrucksensor 11, der z. B. eine Prandtl-Sonde, ein Pitot-Rohr, ein Biegebalken oder eine mikrosystemtechnischen Lösung umfasst. Der Staudrucksensor 11 erfasst den Staudruck, der mit der Durchflussgeschwindigkeit des strömenden Mediums korreliert, sodass anschließend der Durchfluss bestimmt werden kann. Um vor dem Staudrucksensor 11 eine Strahlbildung des strömenden Mediums zu erzielen, besitzt das Anschlussgehäuse 2 vorzugsweise eine innenseitige Verengung 2a. Das Medium gelangt, wie in 1 durch schwarze Pfeile dargestellt, durch den Eingang 3 in das Anschlussgehäuse 2 und wird durch die Verengung 2a komprimiert, bevor es als Strahl zum Staudrucksensor 11 gelangt. Durch die Strahlbildung kann der Messeffekt bei sehr kleinen Durchflüssen zusätzlich verbessert werden. Bei großen Durchflüssen fließt ein Großteil des Mediums außen am Staudrucksensor 11 vorbei. Vorzugsweise kann der Staudrucksensor 11 derart ausgelegt sein, dass dieser kleine Durchflussmengen erfassen kann und ab einem definierten Durchfluss, z. B. ab 10 L/h, in Sättigung geht, d. h. an den Anschlag, um Beschädigungen des Staudrucksensors 11 zu vermeiden.
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Die Durchflussmessung der zweiten Sensoranordnung erfolgt erfindungsgemäß nach einem Ultraschallmessverfahren. Das Ultraschallmessverfahren ist ein Messprinzip auf Basis einer Laufzeitdifferenzmessung, bei dem der Durchfluss des strömenden Mediums mittels akustischer Wellen, sogenannter Ultraschallbursts, bestimmt wird. Zweckmäßigerweise umfasst die zweite Sensoranordnung 7 hierzu zwei Ultraschallsensoren 8a, 8b, welche die Ultraschallbursts erzeugen, senden und empfangen können. Zwischen den Ultraschallsensoren 8a, 8b befindet sich eine Ultraschallmessstrecke 10. Die Ultraschallmessstrecke 10 wird durch im Anschlussgehäuse 2 angeordnete Reflektoren 9a, 9b derart umgelenkt, dass sie U-förmig verläuft.
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Die Ultraschallbursts werden über die Ultraschallmessstrecke 10 gesendet. Die Laufzeiten der Ultraschallbursts sind hierbei unterschiedlich, je nachdem, ob diese in (kürzer) oder entgegen (länger) der Durchflussrichtung des strömenden Mediums gesendet werden. Aus den Laufzeiten der Ultraschallbursts in und entgegen der Durchflussrichtung kann die Laufzeitdifferenz ΔLt bestimmt werden. Die Laufzeitdifferenz ΔLt korreliert mit der Durchflussgeschwindigkeit des strömenden Mediums, wodurch der Durchfluss des strömenden Mediums bestimmt werden kann. In vorteilhafter Weise wird hierbei die Phasendifferenz der Empfangsschwingungen gemessen, d. h. der Zeitunterschied der Laufzeiten der Ultraschallbursts, welcher proportional zum Durchfluss ist. Das Senden und Empfangen der Ultraschallbursts in und entgegen der Durchflussrichtung erfolgt kontinuierlich im Wechsel und wird zur Durchflussbestimmung stetig wiederholt.
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Das Diagramm in 2 zeigt die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien der ersten und der zweiten Sensoranordnung 6, 7 des Fluidzählers 1a aus 1. Die gekrümmte Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie A der ersten Sensoranordnung 6 beschreibt den Messeffekt des Sensorsignals des Staudrucksensors 11, wobei das Sensorsignal, zumindest im Wesentlichen, linear zum Quadrat des Durchflusses ansteigt. Das Staudruckmessverfahren der ersten Sensoranordnung 6 besitzt eine untere Messbereichsgrenze uMbg A, die durch den minimalen Messeffekt des Staudruckmessverfahrens definiert ist, und eine obere Messbereichsgrenze oMbg A, die durch den maximalen Messeffekt des Staudruckmessverfahrens definiert ist. Der messtechnisch erfassbare Bereich der ersten Sensoranordnung 6 erstreckt sich hierbei über den Durchfluss ab Messbeginn Mb A, dem Schnittpunkt von Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie A und unterer Messbereichsgrenze uMbg A, bis hin zum Durchfluss am Schnittpunkt der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie A mit der oberen Messbereichsgrenze oMbg A. Die oberen Messbereichsgrenzen oMbg A, oMbg B der Sensoranordnungen können auch unterschiedlich sein.
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Ferner zeigt das Diagramm in 2 die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie B der zweiten Sensoranordnung 7 aus 1. Die zweite Sensoranordnung 7 bestimmt den Durchfluss anhand eines Ultraschallmessverfahrens, bei dem der Messeffekt und die Durchflussmenge linear verbunden sind. Ebenso wie auch die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie A besitzt die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie B eine untere Messbereichsgrenze uMbg B, die durch den minimalen Messeffekt des Ultraschallmessverfahrens definiert ist, und eine obere Messbereichsgrenze oMbg B, die durch den maximalen Messeffekt des Ultraschallmessverfahrens definiert ist. Der messtechnisch erfassbare Bereich der zweiten Sensoranordnung 7 wird durch den Durchfluss am Messbeginn Mb B und dem Durchfluss am Schnittpunkt der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie B mit der oberen Messbereichsgrenze oMbg B abgegrenzt.
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Die spezifisch festgelegten bzw. definierten Durchflussmessbereiche der ersten Sensoranordnung 6 und der zweiten Sensoranordnung 7 entsprechen im Wesentlichen dem messtechnisch erfassbaren Bereich des jeweiligen Messverfahrens. Die Messbereichsgrenze Mg grenzt die Durchflussmessbereiche der ersten und der zweiten Sensoranordnung 6, 7 zueinander ab. Die messtechnisch erfassbaren Durchflussbereiche überlagern sich jedoch in dem Überschneidungsbereich Üb, zwischen Messbeginn Mb B und Messbereichsgrenze Mg. Innerhalb des Überschneidungsbereichs Üb liefern beide Sensoranordnungen 6, 7 ein zumindest ausreichend gutes Messergebnis, um den Durchfluss in diesem Bereich wahlweise durch eine der beiden Sensoranordnungen 6, 7 bestimmen zu können.
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Gemäß 2 wird der Überschneidungsbereich Üb durch die erste Sensoranordnung 6 messtechnisch erfasst, da dieser innerhalb des definierten Durchflussmessbereichs der ersten Sensoranordnung 6 liegt und der Messeffekt der ersten Sensoranordnung 6 für derartige Durchflüsse weitaus höher ist als der zu erwartende Messeffekt der zweiten Sensoranordnung 7. Jedoch kann der Messwert der zweiten Sensoranordnung 7 zur Funktionsüberprüfung der ersten Sensoranordnung 6 herangezogen werden. Für den Fall, dass es zu Messwertabweichungen zwischen der ersten und der zweiten Sensoranordnung 6, 7 kommt, kann somit auf eine Fehlfunktion mindestens einer der beiden Sensoranordnungen 6, 7 geschlossen werden. Entsprechendes gilt auch für den umgekehrten Fall. Dadurch ist es möglich, eine Drift des Sensorsignals und/oder eine Alterung der Sensoranordnung 6 bzw. 7 zu erkennen, bevor eine Fehlfunktion auftritt.
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Bezugsziffer 1b in 3 bezeichnet eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidzählers. Im Vergleich zu der ersten Ausgestaltung des Fluidzählers 1a in 1 umfasst der Fluidzähler 1b als erste Sensoranordnung 6 zur Durchflussbestimmung kleiner Durchflüsse eine Sensoranordnung von zwei Sensoren 12a, 12b, mittels denen ein Korrelationsmessverfahren durchgeführt werden kann. Die beiden Sensoren 12a, 12b können beispielsweise zwei geeignete Sensoren sein, die in einem bestimmten Abstand 13 zueinander angeordnet sind, z. B. 1 cm, um die Fluktuation mindestens einer Eigenschaft des strömenden Mediums zu erfassen. Bei der Eigenschaft des strömenden Mediums kann es sich z. B. um Druck, Temperatur, Viskosität oder dergleichen handeln. Dementsprechend werden als Sensoren 12a, 12b z. B. Druck- oder Temperatursensoren, Viskosimeter oder dergleichen eingesetzt, welche die zu erfassende Eigenschaft des Mediums bestimmen können. Diese Eigenschaften des Mediums werden anschließend für kleine Fließgeschwindigkeiten ausgewertet, indem z. B. die Fluktuation (d. h. die Differenz) zwischen dem Messwert des ersten Sensors 12a und dem Messwert des zweiten Sensors 12b mit dem Durchfluss des strömenden Mediums in Korrelation gesetzt wird. Vorteilhaft ist hierbei die geringe Anforderung, die an die Sensoreigenschaften gestellt wird, da die Auswertung mittels einer (nicht dargestellten) Auswerteeinheit datentechnisch erfolgen kann.
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Bezugsziffer 1c in 4 bezeichnet eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidzählers. Gemäß der Ausgestaltungsvariante des Fluidzählers 1c ist für die erste Sensoranordnung 6 zur Bestimmung kleiner Durchflüsse ein Messprinzip vorgesehen, bei welchem der Durchfluss mittels eines Injektions- oder Impfverfahrens bestimmt wird. Das Impfverfahren besitzt eine hohe Empfindlichkeit, d. h. einen vergleichsweise großen Messeffekt bei kleinen Durchflussmengen, und eignet sich daher besonders zur Erfassung kleiner Durchflussmengen. Die Sensoranordnung 6 umfasst eine Einheit zur Generation und/oder Injektion 14 eines Markers 17. Ferner ist ein Detektor 15 zu Detektion des Markers 17 vorgesehen, der in Fließrichtung des strömenden Mediums mit einem definierten Abstand 16 zu der Einheit zur Generation und/oder Injektion 14 angeordnet ist.
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Die Einheit zur Generation und/oder Injektion 14 kann einen Marker 17 in das strömende Medium abgeben bzw. injizieren, z. B. eine chemisch aktive Substanz, eine radioaktive Substanz oder einen Farbstoff, und/oder einen Marker 17 aus dem strömenden Medium erzeugen. Das Erzeugen des Markers kann hierbei z. B. durch Elektrolyse und/oder durch Reduktions- und Oxidationsprozesse erfolgen. Bevorzugt kann es sich bei dem Marker 17 um erzeugte Ionen oder Gase handeln. Beispielsweise können aus dem Medium Wasser Ionen (H+, OH–) oder Gase (Wasserstoff, Sauerstoff) erzeugt werden.
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Der Marker 17 wird nach der Injektion bzw. Generation durch das strömende Medium in Durchflussrichtung entlang des Abstandes 16 von der Einheit zur Generation und/oder Injektion 14 zum Detektor 15 transportiert. Der Detektor 15 ist hierbei derart konzipiert, dass dieser den Marker 17, je nach Beschaffenheit des Markers 17, detektieren kann. Derartige Detektoren sind aus dem Stand der Technik bekannt und können den Marker 17 beispielsweise chemisch, induktiv, kapazitiv, optisch oder auf andere Weise detektieren. Entscheidend für die Durchflussbestimmung des strömenden Mediums ist hierbei die Zeitdauer bzw. die Zeitdifferenz Δt, die der Marker 17 benötigt, um von der Einheit zur Generation und/oder Injektion 14 zum Detektor 15 zu gelangen. Um die Zeitdifferenz Δt zu bestimmen, ist eine Zeitmesseinrichtung 18 vorgesehen, die mit der Einheit zur Generation und/oder Injektion 14 und dem Detektor 15 verbunden ist. Unter Verwendung der Zeitmesseinrichtung 18 kann die Generations-/Injektionszeit t1 des Markers 17 sowie die Detektionszeit t2 des Markers 17 erfasst werden. Die Zeitdifferenz Δt errechnet sich hierbei aus der Differenz von t1 und t2. Die Zeitdifferenz Δt korreliert mit der Durchflussgeschwindigkeit des strömenden Mediums. Dadurch kann die Durchflussmenge des strömenden Mediums anhand der Zeitdifferenz Δt, des Abstandes 16 und/oder des Messrohrquerschnitts bestimmt werden.
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5 zeigt ein Messeffekt/Durchfluss-Diagramm, in dem die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A und B der ersten Sensoranordnung 6 und der zweiten Sensoranordnung 7 aus 4 dargestellt sind. Bei der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie A der ersten Sensoranordnung 6 verläuft der Messeffekt umgekehrt proportional zum Durchfluss. Dadurch besitzt die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie A der ersten Sensoranordnung 6 eine negative Steigung und schneidet die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie B der zweiten Sensoranordnung 7. Der messtechnisch erfassbare Bereich der ersten Sensoranordnung 6 liegt zwischen dem Durchfluss am Messbeginn Mb A und dem Durchfluss am Schnittpunkt der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie A mit der oberen Messbereichsgrenze oMbg A. Der messtechnisch erfassbare Bereich der zweiten Sensoranordnung 7 liegt zwischen dem Durchfluss am Messbeginn Mb B und dem Durchfluss am Schnittpunkt der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie B mit der oberen Messbereichsgrenze oMbg B. Ferner überschneiden sich die messtechnisch erfassbaren Bereiche der ersten Sensoranordnung 6 und der zweiten Sensoranordnung 7 in einem Überschneidungsbereich Üb, der sich vom Messbeginn Mb B bis hin zum Schnittpunkt der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie A mit der oberen Messbereichsgrenze oMbg A erstreckt.
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Zweckmäßigerweise besitzen die beiden Sensoranordnungen 6, 7 einen Durchflussmessbereich, welcher durch die untere Messbereichsgrenzen uMbg A bzw. die obere Messbereichsgrenze oMbg B sowie der Messbereichsgrenze Mg definiert ist. Die Messbereichsgrenze Mg befindet sich in der Regel im Bereich des Schnittpunktes der beiden Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A und B, wodurch der bestmögliche Messeffekt bei Durchflüssen im Überschneidungsbereich Üb erzielt wird.
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Die zweite Sensoranordnung 7 der Fluidzähler 1a, 1b, 1c gemäß den 1, 3 und 4 kann gemäß der vorliegenden Erfindung z. B. auch auf einem Messprinzip beruhen, bei welchem die Durchflussbestimmung des strömenden Mediums anhand einer magnetisch-induktiven Messung erfolgt.
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Bezugsziffer 21 in 6 bezeichnet eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidzählers. Der Fluidzähler 21 umfasst eine erste Sensoranordnung 6 zur Bestimmung kleiner Durchflüsse anhand eines Messprinzips auf der Basis einer Ultraschallmessung und eine zweite Sensoranordnung 7 zur Bestimmung großer Durchflüsse anhand eines Messprinzips auf der Basis einer Ultraschallmessung. Beide Sensoranordnungen 6, 7 besitzen jeweils zwei Ultraschallwandler 22a, 22b, 25a, 25b, zwei Reflektoren 23a, 23b, 26a, 26b sowie jeweils eine Ultraschallmessstrecke 24, 27, die durch die Umlenkung der Reflektoren 23a, 23b, 26a, 26b U-förmig ausgebildet sind. Die Ultraschallmessstrecke 24 befindet sich zwischen den Ultraschallwandlern 22a, 22b und die Ultraschallmessstrecke 27 zwischen den Ultraschallwandlern 25a, 25b. Die Ultraschallmessstrecke 24 ist hierbei deutlich länger ausgestaltet als die Ultraschallmessstrecke 27. Durch die Länge der Ultraschallmessstressen 24, 27 kann die Steigung der jeweiligen Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A, B gezielt verändert werden.
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Die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A und B der ersten und zweiten Sensoranordnung 6, 7 des Fluidzählers 21 aus 6 sind in 7 dargestellt. Die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A und B der ersten Sensoranordnung 6 sowie der zweiten Sensoranordnung 7 besitzen die gleiche untere Messbereichsgrenze uMbg A, B sowie die gleiche obere Messbereichsgrenze uMbg A, B. Durch die Variation der Länge der Ultraschallmessstrecken 24 bzw. 27 kann die Steigung der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A, B derart beeinflusst werden, dass durch die jeweilige Sensoranordnung 6, 7 der im Vorfeld definierte Durchflussmessbereich abgedeckt werden kann. Die Variation der Ultraschallmessstrecken 24, 27 kann beispielsweise durch die Veränderung des Abstandes der Ultraschallwandler 22a, 22b bzw. 25a, 25b zueinander, der Anordnung und/oder Ausgestaltung der Reflektoren 23a, 23b bzw. 26a, 26b oder durch zusätzliche Umlenkungen der Ultraschallmessstrecken 24, 27 erfolgen.
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Ferner kann durch eine Steigungsänderung der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A, B der Nullpunktfehler des Ultraschallmessverfahrens verringert werden, indem der Schnittpunkt der Messeffekt-/Durchfluss-Kennlinie A bzw. B mit der unteren Messbereichsgrenze uMbg A bzw. uMbg B durch die Steigungsänderung (steiler) der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie A bzw. B in Richtung der Messeffekt-Achse (in Richtung zum Nullpunkt des Durchflusses) verschoben wird.
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Vorzugsweise wird die Steigung der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A der ersten Sensoranordnung 6 derart verändert, dass diese verhältnismäßig steil ansteigt. Dadurch kann ein großer Messeffekt der ersten Sensoranordnung 6 im Bereich kleiner Durchflussmengen erzielt werden. Ferner wird die Steigung der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien B der zweiten Sensoranordnung 7 derart verändert, dass diese verhältnismäßig flach ansteigt. Dadurch kann ein möglichst großer Messbereich der zweiten Sensoranordnung 7 im Bereich großer Durchflussmengen erzielt werden.
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Bezugsziffer 31 in 8 zeigt eine fünfte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidzählers, bei welchem zwei Sensoranordnungen 6, 7 kombiniert sind, die den Durchfluss jeweils mittels eines magnetisch-induktiven Messprinzips bestimmen. Das magnetisch-induktive Messprinzip beruht darauf, dass das strömende Medium (z. B. Wasser) eine elektrische Mindestleitfähigkeit aufweist und durch ein Rohr oder ein Gehäuse, wie z. B. das Anschlussgehäuse 2, strömt. Zweckmäßigerweise ist das Anschlussgehäuse 2 aus elektrisch nicht-leitfähigem Material gefertigt oder mit einer elektrisch nicht-leitfähigen Innenbeschichtung oder Auskleidung versehen. Das Anschlussgehäuse 2 wird von einem senkrecht zur Flussrichtung orientierten Magnetfeld durchsetzt, welches durch eine Spulenanordnung, die im Bereich des Anschlussgehäuses 2 angeordnet ist, erzeugt wird. Die in dem Medium vorhandenen Ladungsträger, z. B. Ionen, werden durch das Magnetfeld räumlich nach Ladung getrennt. Durch eine derartige Ladungstrennung wird eine Messspannung induktiv erzeugt. Ferner befindet sich im Bereich des Anschlussgehäuses 2 eine Elektrodenanordnung, bestehend aus mindestens zwei senkrecht zum Magnetfeld angeordneten Elektroden 32a, 32b, 34a, 34b, die zur Erfassung der Messspannung dienen. Die Messspannung ist hierbei proportional zu der Durchflussgeschwindigkeit der Ladungsträger, wodurch der Durchfluss des strömenden Mediums bestimmt werden kann.
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Die erste Sensoranordnung 6 umfasst eine Spulenanordnung, bestehend aus zwei Spulen 33a, 33b, und eine Elektrodenanordnung, bestehend aus zwei Elektroden 32a, 32b. Gleicherweise umfasst die zweite Sensoranordnung 7 eine Spulenanordnung, bestehend aus zwei Spulen 35a, 35b, sowie eine Elektrodenanordnung, bestehend aus zwei Elektroden 34a, 34b. Die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien der ersten und der zweiten Sensoranordnung 6, 7 verlaufen derart, dass Messeffekt und Durchfluss linear miteinander verbunden sind. Ebenso wie bei dem Ultraschallmessverfahren kann die Steigung der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie A bzw. B der ersten und/oder der zweiten Sensoranordnung 6, 7 derart variiert werden, dass mit der ersten sowie der zweiten Sensoranordnung 6, 7 jeweils der definierte Durchflussmessbereich erfasst werden kann. Die Steigung der Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A bzw. B kann beispielsweise dadurch variiert werden, dass ein anderer Spulentyp eingesetzt oder die an den Spulen 33a, 33b, 35a, 35b angelegte Spannung verändert wird, sodass sich das durch die Spulen 33a, 33b bzw. 35a, 35b erzeugte Magnetfeld ändert.
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Bezugsziffer 41 in 9 zeigt eine sechste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluidzählers, bei dem zwei Messprinzipen kombiniert werden, bei deren Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A, B der Messeffekt und die Durchflussmenge linear zusammenhängen. Die erste Sensoranordnung 6 umfasst hierbei eine Elektrodenanordnung, bestehend aus zwei Elektroden 42a, 42b, sowie eine Spulenanordnung, bestehend aus zwei Spulen 43a, 43b. Die zweite Sensoranordnung 7 umfasst zwei Ultraschallwandler 44a, 44b, zwei Reflektoren 45a, 45b sowie eine zwischen den Ultraschallwandlern 44a, 44b befindliche U-förmige Ultraschallmessstrecke 46. Die erste Sensoranordnung 6 bestimmt den Durchfluss kleiner Durchflussmengen auf Basis eines magnetisch-induktiven Messprinzips. Die zweite Sensoranordnung 7 bestimmt den Durchfluss großer Durchflussmengen auf Basis eines Ultraschallmessprinzips. Die Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien der ersten und der zweiten Sensoranordnung 6, 7 entsprechen im Wesentlichen den in 7 dargestellten Messeffekt/Durchfluss-Kennlinien A, B und sind entsprechend den vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen an die jeweilig zu erfassenden Durchflussmessbereiche der ersten und der zweiten Sensoranordnung 6, 7 angepasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1a
- Fluidzähler
- 1b
- Fluidzähler
- 1c
- Fluidzähler
- 2
- Anschlussgehäuse
- 2a
- Verengung
- 3
- Einlass
- 4
- Auslass
- 5
- Messkanal
- 6
- erste Sensoranordnung
- 7
- zweite Sensoranordnung
- 8a
- Ultraschallwandler
- 8b
- Ultraschallwandler
- 9a
- Reflektor
- 9b
- Reflektor
- 10
- Ultraschallmessstrecke
- 11
- Staudrucksensor
- 12a
- Sensor
- 12b
- Sensor
- 13
- Abstand
- 14
- Einheit zur Generation und/oder Injektion
- 15
- Detektor
- 16
- Abstand
- 17
- Marker
- 18
- Zeitmesseinrichtung
- 21
- Fluidzähler
- 22a
- Ultraschallwandler
- 22b
- Ultraschallwandler
- 23a
- Reflektor
- 23b
- Reflektor
- 24
- Ultraschallmessstrecke
- 25a
- Ultraschallwandler
- 25b
- Ultraschallwandler
- 26a
- Reflektor
- 26b
- Reflektor
- 27
- Ultraschallmessstrecke
- 31
- Fluidzähler
- 32a
- Elektrode
- 32b
- Elektrode
- 33a
- Spule
- 33b
- Spule
- 34a
- Elektrode
- 34b
- Elektrode
- 35a
- Spule
- 35b
- Spule
- 41
- Fluidzähler
- 42a
- Elektrode
- 42b
- Elektrode
- 43a
- Spule
- 43b
- Spule
- 44a
- Ultraschallwandler
- 44b
- Ultraschallwandler
- 45a
- Reflektor
- 45b
- Reflektor
- 46
- Ultraschallmessstrecke
- t1
- Generations-/Injektionszeit
- t2
- Detektionszeit
- Δt
- Zeitdifferenz
- ΔLt
- Laufzeitdifferenz
- A
- Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie (der ersten Sensoranordnung)
- B
- Messeffekt/Durchfluss-Kennlinie (der zweiten Sensoranordnung)
- Mb A
- Messbeginn (der ersten Sensoranordnung)
- Mb B
- Messbeginn (der zweiten Sensoranordnung)
- uMbg A
- untere Messbereichsgrenze (der ersten Sensoranordnung)
- uMbg B
- untere Messbereichsgrenze (der zweiten Sensoranordnung)
- oMbg A
- obere Messbereichsgrenze (der ersten Sensoranordnung)
- oMbg B
- obere Messbereichsgrenze (der zweiten Sensoranordnung)
- Üb
- Überschneidungsbereich
- Mg
- Messbereichsgrenze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012109234 A1 [0006]
