DE102020134519A1 - Thermal flow meter and thermal flow meter system - Google Patents

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DE102020134519.4A
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Inventor
Hanno Schultheis
Alexander Grün
Sascha Kamber
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Endress and Hauser Flowtec AG
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Flowtec AG
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein thermisches Durchflussmessgerät zum Ermitteln eines Massedurchflusses eines durch eine Rohrleitung strömenden Messmediums umfassend:- einen Temperatursensor, welcher dazu geeignet ist, eine erste Mediumstemperatur des durch die Rohrleitung (2) strömenden Messmediums zu ermitteln,- eine Heizeinheit (10) mit einem Rahmen (11) und einem Heizelement (12), wobei der Rahmen (11) elektrisch isolierend ist und einen Innendurchmesser (D) aufweist,wobei das Heizelement (12) ein Material mit einer temperaturabhängigen elektrischen Leitfähigkeit umfasst und am Rahmen (11) befestigt ist,wobei das Heizelement (12) mindestens einen ersten Heizast (15) und einen zweiten Heizast (16) aufweist, wobei der erste Heizast (15) und der zweite Heizast (16) derart angeordnet sind, dass der Innendurchmesser (D) durch den ersten Heizast (15) und den zweiten Heizast (16) in gleich große Abschnitte (A) geteilt ist,- eine Steuereinheit (20), welche mit dem Temperatursensor und dem Heizelement (12) verbunden ist, und dazu geeignet ist, einen Heizstrom (I) durch das Heizelement (12) fließen zu lassen.The invention relates to a thermal flow meter for determining a mass flow rate of a measurement medium flowing through a pipeline, comprising: - a temperature sensor which is suitable for determining a first medium temperature of the measurement medium flowing through the pipeline (2), - a heating unit (10) with a frame (11) and a heating element (12), the frame (11) being electrically insulative and having an inner diameter (D), the heating element (12) comprising a material having a temperature dependent electrical conductivity and being fixed to the frame (11). ,wherein the heating element (12) has at least a first heating branch (15) and a second heating branch (16), the first heating branch (15) and the second heating branch (16) being arranged in such a way that the inner diameter (D) passes through the first Heating branch (15) and the second heating branch (16) is divided into equal sections (A), - a control unit (20) which is connected to the temperature sensor and the heating element ment (12) is connected, and is suitable for a heating current (I) to flow through the heating element (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein thermisches Durchflussmessgerät und ein thermisches Durchflussmesssystem.The invention relates to a thermal flow meter and a thermal flow meter system.

Heutige thermische Durchflussmessgeräte sind in ihrer Messgenauigkeit sehr vom Strömungsprofil eines durch eine gerade Rohrleitung strömenden Messmediums abhängig. Im Allgemeinen nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums vom Rohrmittelpunkt zur Rohrwand hin ab, wobei das Strömungsprofil symmetrisch zur Rohrachse ist. Für gewöhnlich ist ein thermisches Durchflussmessgerät vorzugsweise im Aichelenpunkt, also in einer Einstecktiefe von 14.5% (laminar) und 15% (turbulent) angeordnet, da in diesem Bereich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit vorliegt.The measuring accuracy of today's thermal flowmeters is very dependent on the flow profile of a measuring medium flowing through a straight pipeline. In general, the flow velocity of the measuring medium decreases from the center of the pipe towards the pipe wall, with the flow profile being symmetrical to the pipe axis. Usually, a thermal flowmeter is preferably located at the acorn point, i.e. at an insertion depth of 14.5% (laminar) and 15% (turbulent), since the average flow velocity is in this area.

Weist jedoch die Rohrleitung Ventile, Krümmer oder in die Rohrleitung eingebaute Messgeräte auf, so wird das Strömungsprofil des Messmediums durch diese Rohreigenschaften bzw. Objekte beeinflusst. Das Strömungsprofil des Messmediums ist somit direkt stromabwärts nach den Objekten bzw. Rohreigenschaften durch Verwirbelungen gestört.However, if the pipeline has valves, bends or measuring devices built into the pipeline, the flow profile of the measurement medium is influenced by these pipe properties or objects. The flow profile of the measuring medium is thus disturbed by turbulence directly downstream of the objects or pipe properties.

Aus diesem Grund müssen herkömmliche thermische Durchflussmessgeräte mit einem vom Objekt bzw. Rohreigenschaft abhängigen Mindestabstand stromabwärts eingebaut werden, um optimale Messergebnisse zu erzielen.For this reason, conventional thermal flowmeters must be installed downstream with a minimum distance that depends on the object or pipe properties in order to achieve optimal measurement results.

Aus Platzgründen kann es jedoch notwendig sein, direkt nach zum Beispiel eines Ventils in der Rohrleitung zu messen. Eine bekannte Lösung besteht in diesem Fall darin, eine Vielzahl an thermischen Durchflussmessgeräten in einer zur Strömungsrichtung senkrecht stehenden Ebene in der Rohrleitung anzuordnen. Der Nachteil dieser Lösung ist jedoch, dass die Wartungskosten und Anschaffungskosten um die Anzahl der in der Ebene angeordneten thermischen Durchflussmessgeräte erhöht werden.For reasons of space, however, it may be necessary to measure directly after a valve in the pipeline, for example. A known solution in this case consists in arranging a large number of thermal flowmeters in a plane in the pipeline which is perpendicular to the direction of flow. However, the disadvantage of this solution is that the maintenance costs and acquisition costs are increased by the number of thermal flow meters arranged in the plane.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein thermisches Durchflussmessgerät bereitzustellen, welches eine optimale Messung an beliebigen Stellen in einer Rohrleitung ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide a thermal flow measuring device that enables optimal measurement at any point in a pipeline.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein thermisches Durchflussmessgerät zum Ermitteln eines Massedurchflusses eines durch eine Rohrleitung strömenden Messmediums gemäß Anspruch 1.This object is achieved according to the invention by a thermal flow meter for determining a mass flow rate of a measurement medium flowing through a pipeline according to claim 1.

Das erfindungsgemäße thermische Durchflussmessgerät umfasst:

  • - einen Temperatursensor, welcher dazu geeignet ist, eine erste Mediumstemperatur des durch die Rohrleitung strömenden Messmediums zu ermitteln,
  • - eine Heizeinheit mit einem Rahmen und einem Heizelement, wobei der Rahmen elektrisch isolierend ist und einen Innendurchmesser aufweist, wobei das Heizelement ein Material mit einer temperaturabhängigen elektrischen Leitfähigkeit umfasst und am Rahmen befestigt ist, wobei das Heizelement mindestens einen ersten Heizast und einen zweiten Heizast aufweist, wobei der erste Heizast und der zweite Heizast derart angeordnet sind, dass der Innendurchmesser durch den ersten Heizast und den zweiten Heizast in gleich große Abschnitte geteilt ist,
  • - eine Steuereinheit, welche mit dem Temperatursensor und dem Heizelement verbunden ist, und dazu geeignet ist, einen Heizstrom durch das Heizelement fließen zu lassen,
wobei die Steuereinheit dazu geeignet ist, abhängig von dem durch das Heizelement fließenden Heizstrom eine zweite Mediumstemperatur zu ermitteln und eine Heizleistung des Heizelements abhängig von der ersten Mediumstemperatur und der zweiten Mediumstemperatur einzustellen, so dass sich ein Temperaturunterschied zwischen der ersten Mediumstemperatur und der zweiten Mediumstemperatur einstellt.The thermal flow meter according to the invention comprises:
  • - a temperature sensor which is suitable for determining a first medium temperature of the measuring medium flowing through the pipeline,
  • - a heating unit with a frame and a heating element, wherein the frame is electrically insulating and has an inner diameter, wherein the heating element comprises a material with a temperature-dependent electrical conductivity and is attached to the frame, wherein the heating element has at least a first heating branch and a second heating branch , wherein the first heating branch and the second heating branch are arranged in such a way that the inner diameter is divided into sections of equal size by the first heating branch and the second heating branch,
  • - a control unit which is connected to the temperature sensor and the heating element and is suitable for allowing a heating current to flow through the heating element,
wherein the control unit is suitable for determining a second medium temperature as a function of the heating current flowing through the heating element and for setting a heating power of the heating element as a function of the first medium temperature and the second medium temperature, so that a temperature difference is established between the first medium temperature and the second medium temperature .

Anhand des erfindungsgemäßen thermischen Durchflussmessgeräts wird ermöglicht, dass die vom thermischen Durchflussmessgerät durchgeführte Messung das gesamte Strömungsprofil eines durch eine Rohrleitung strömenden Messmediums berücksichtigt und so selbst bei inhomogenen Strömungsprofilen optimale Messergebnisse liefert. Durch die regelmäßige Anordnung der Heizäste des Heizelements, wird zudem eine Messung über den gesamten Rohrquerschnitt durchführbar, wodurch somit die Strömungsgeschwindigkeit gemittelt wird.The thermal flow measuring device according to the invention makes it possible for the measurement carried out by the thermal flow measuring device to take into account the entire flow profile of a measurement medium flowing through a pipeline and thus delivers optimal measurement results even with inhomogeneous flow profiles. Due to the regular arrangement of the heating branches of the heating element, a measurement can also be carried out over the entire pipe cross-section, which means that the flow speed is averaged.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Heizelement ein Draht oder eine Blechstruktur.According to one embodiment of the invention, the heating element is a wire or a sheet metal structure.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Heizelement einen Kern und eine den Kern umschließende Beschichtung auf, wobei die Beschichtung Edelstahl umfasst und eine höhere elektrische Leitfähigkeit als der Kern aufweist.According to a further embodiment of the invention, the heating element has a core and a coating surrounding the core, the coating comprising stainless steel and having a higher electrical conductivity than the core.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Heizelement ein Draht und der Draht ist als Gitter über den Rahmen gespannt.According to one embodiment of the invention, the heating element is a wire and the wire is stretched over the frame as a grid.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der mindestens erste Heizast und der zweite Heizast parallel zueinander angeordnet.According to one embodiment of the invention, the at least first heating branch and the second heating branch are arranged parallel to one another.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens erste Heizast in einer ersten Ebene angeordnet und der mindestens zweite Heizast ist in einer zur ersten Ebene parallel angeordneten zweiten Ebene angeordnet, wobei der erste Heizast und der zweite Heizast versetzt zueinander angeordnet sind.According to one embodiment of the invention, the at least first heating branch is arranged in a first plane and the at least second heating branch is arranged in a second plane arranged parallel to the first plane, the first heating branch and the second heating branch being offset from one another.

Die oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein thermisches Durchflussmesssystem gemäß Anspruch 8.The above object is also achieved by a thermal flow measurement system according to claim 8.

Das erfindungsgemäße thermisches Durchflussmesssystem umfasst:

  • - ein erfindungsgemäßes thermisches Durchflussmessgerät,
  • - eine Rohrleitung, wobei das thermische Durchflussmessgerät in der Rohrleitung angeordnet ist und der Temperatursensor in der Rohrleitung angeordnet ist.
The thermal flow measurement system according to the invention comprises:
  • - a thermal flow meter according to the invention,
  • - a pipeline, wherein the thermal flow meter is arranged in the pipeline and the temperature sensor is arranged in the pipeline.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Temperatursensor im Messmedium stromaufwärts zur Heizeinheit angeordnet.According to one embodiment of the invention, the temperature sensor is arranged in the measurement medium upstream of the heating unit.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das thermische Durchflussmessgerät des Weiteren eine Sensoreinheit mit einem Temperatursensor auf, wobei das thermische Durchflussmessgerät mit der Sensoreinheit verbunden ist.According to one embodiment of the invention, the thermal flow meter also has a sensor unit with a temperature sensor, the thermal flow meter being connected to the sensor unit.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigen:

  • - 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Durchflussmesssystems mit einem erfindungsgemäßen thermischen Durchflussmessgerät,
  • - 2: eine schematische detaillierte Darstellung des in 1 gezeigten thermischen Durchflussmessgeräts mit einer Heizeinheit,
  • - 3: eine weitere Ausführungsform der in 2 dargestellten Heizeinheit
  • - 4: eine alternative Ausführungsform der in 2 dargestellten Heizeinheit,
  • - 5: eine besondere Ausführungsform eines Heizastes des Heizelements.
The invention is explained in more detail with reference to the following description of the figures. Show it:
  • - 1 : a schematic representation of a flow measuring system according to the invention with a thermal flow measuring device according to the invention,
  • - 2 : a schematic detailed representation of the in 1 shown thermal flow meter with a heating unit,
  • - 3 : another embodiment of the in 2 shown heating unit
  • - 4 : an alternative embodiment of the in 2 shown heating unit,
  • - 5 : a special embodiment of a heating branch of the heating element.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes thermisches Durchflussmesssystem 100 mit einem in einer Rohrleitung 2 eingebautem thermisches Durchflussmessgerät 1. 1 shows a thermal flow measuring system 100 according to the invention with a thermal flow measuring device 1 installed in a pipeline 2.

Die Rohrleitung 2 ist dazu geeignet, von einem Messfluid durchströmt zu werden. Stromaufwärts vom thermischen Durchflussmessgerät 1 ist beispielsweise ein Ventil oder ein Rohrbogen bzw. Krümmer oder eine Sensoreinheit 4 angeordnet. Selbstverständlich kann stromaufwärts zum thermischen Durchflussmessgerät 1 auch kein Strömungshindernis in die Rohrleitung 2 eingebaut sein.The pipeline 2 is suitable for a measurement fluid to flow through. For example, a valve or a pipe bend or bend or a sensor unit 4 is arranged upstream of the thermal flow meter 1 . It goes without saying that no flow obstruction can be installed in the pipeline 2 upstream of the thermal flow meter 1 .

Das thermische Durchflussmessgerät 1 umfasst einen Temperatursensor 3, eine Heizeinheit 10 und eine Steuereinheit 20.The thermal flow meter 1 comprises a temperature sensor 3, a heating unit 10 and a control unit 20.

Der Temperatursensor 3 und die Heizeinheit 10 sind mit der Steuereinheit 20 elektrisch verbunden. Der Temperatursensor 3 ist entweder ein eigenständiger in der Rohrleitung 2 verbauter Sensor oder der Temperatursensor 3' ist Teil einer in der Rohrleitung 2 verbauten Sensoreinheit 4, welche dazu geeignet ist, weitere Mediumseigenschaften außer der Temperatur zu messen (Temperatursensor 3` in 1 gestrichelt dargestellt).The temperature sensor 3 and the heating unit 10 are electrically connected to the control unit 20 . The temperature sensor 3 is either an independent sensor installed in the pipeline 2 or the temperature sensor 3' is part of a sensor unit 4 installed in the pipeline 2, which is suitable for measuring further medium properties apart from the temperature (temperature sensor 3` in 1 shown dashed).

Der Temperatursensor 3, 3' ist beispielsweise stromaufwärts zur Heizeinheit 10 in der Rohrleitung 2 angeordnet, wie in 1 dargestellt. Selbstverständlich kann der Temperatursensor 3, 3' auch nach der Heizeinheit 10, also stromabwärts, in der Rohrleitung 2 angeordnet sein (nicht dargestellt).The temperature sensor 3, 3' is arranged, for example, upstream of the heating unit 10 in the pipeline 2, as in FIG 1 shown. Of course, the temperature sensor 3, 3' can also be arranged after the heating unit 10, ie downstream, in the pipeline 2 (not shown).

Der Temperatursensor 3, 3' ist dazu geeignet, eine erste Mediumstemperatur T1 des durch die Rohrleitung 2 strömenden Messmediums zu ermitteln. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform ist der Temperatursensor 3 am Rahmen 11 befestigt, so dass er vom Messmedium umströmbar ist. In diesem Fall ist der Temperatursensor 3 vorzugsweise zwischen 3 mm und 30 mm, besonders bevorzugt zwischen 5 und 7 mm vom Heizelement 12 entfernt angeordnet.The temperature sensor 3, 3' is suitable for determining a first medium temperature T1 of the measuring medium flowing through the pipeline 2. According to an embodiment that is not shown, the temperature sensor 3 is attached to the frame 11 so that the measured medium can flow around it. In this case, the temperature sensor 3 is preferably arranged at a distance of between 3 mm and 30 mm, particularly preferably between 5 and 7 mm, from the heating element 12 .

2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung die Heizeinheit 10. Die Heizeinheit 10 umfasst einen Rahmen 11 und ein Heizelement 12. 2 shows the heating unit 10 in an enlarged view. The heating unit 10 comprises a frame 11 and a heating element 12.

Der Rahmen 11 ist elektrisch isolierend und weist einen vorbestimmten Innendurchmesser D auf. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser D mit dem Innendurchmesser der Rohrleitung 2 identisch, so dass die Heizeinheit 10 die Strömung des Messmediums möglichst wenig beeinflusst.The frame 11 is electrically insulating and has a predetermined inner diameter D on. The inner diameter D is preferably identical to the inner diameter of the pipeline 2, so that the heating unit 10 influences the flow of the measuring medium as little as possible.

Das Heizelement 12 weist mindestens einen ersten Heizast 15 und mindestens einen mit dem ersten Heizast 15 verbundenen zweiten Heizast 16 auf. Der erste Heizast 15, der zweite Heizast 16 und alle weiteren Heizäste sind derart miteinander verbunden, dass ein elektrischer Stromfluss durch alle Heizäste möglich ist (siehe Beispiel in 2). Der erste Heizast 15, der zweite Heizast 16 sowie alle weiteren Heizäste sind derart angeordnet, dass der Innendurchmesser D durch den ersten Heizast 15 und den zweiten Heizast 16 in gleich große Abschnitte A geteilt ist. Durch eine wird eine gleichmäßige Messung bzw. Erhitzung des Messfluids durch das thermische Durchflussmessgerät 1 erreicht. Vorzugsweise sind alle Heizäste parallel zueinander angeordnet, wie in 2 dargestellt.The heating element 12 has at least one first heating branch 15 and at least one second heating branch 16 connected to the first heating branch 15 . The first heating branch 15, the second heating branch 16 and all other heating branches are connected to one another in such a way that an electric current can flow through all heating branches (see example in 2 ). The first heating branch 15, the second heating branch 16 and all others Heating branches are arranged in such a way that the inside diameter D is divided into sections A of equal size by the first heating branch 15 and the second heating branch 16 . A uniform measurement or heating of the measurement fluid by the thermal flow meter 1 is achieved. All heating branches are preferably arranged parallel to one another, as in 2 shown.

Das Heizelement 12 kann beliebig viele miteinander verbundene Heizäste aufweisen, vorausgesetzt, die Heizäste berühren sich nicht, wenn das Messfluid die Heizäste beim Durchfließen in Vibration bringt.The heating element 12 can have any number of heating branches connected to one another, provided that the heating branches do not touch one another when the measuring fluid causes the heating branches to vibrate as it flows through.

Das Heizelement 12 umfasst ein Material mit einem temperaturabhängigen spezifischen Widerstand. Beispielsweise umfasst das Heizelement 12 mindestens ein Material aus der nachfolgenden Gruppe: Platin, Gold, Silber, Kupfer, Eisen, Edelstahl. Das Heizelement 12 ist zum Beispiel ein Draht oder eine Blechstruktur aus Metall oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material.The heating element 12 comprises a material with a temperature-dependent resistivity. For example, the heating element 12 includes at least one material from the following group: platinum, gold, silver, copper, iron, stainless steel. The heating element 12 is, for example, a wire or a sheet metal structure made of metal or another electrically conductive material.

Das Heizelement 12 weist gemäß einer Ausführungsform einen Kern aus einem ersten Material und eine Beschichtung aus einem zum ersten Material verschiedenen zweiten Material auf. Die Beschichtung umschließt den Kern vorzugsweise vollständig. Das erste Material des Kerns weist einen niedrigeren spezifischen Widerstand als das zweite Material der Beschichtung auf. Die Dicke der Beschichtung ist vorzugsweise klein verglichen zur Dicke des Kerns, beispielsweise 1:10. Somit wird erreicht, dass eine möglichst Hohe Hitzeentwicklung durch den Kern erreicht wird und gleichzeitig durch die Beschichtung eine möglichst hohe Korrosionsresistenz erreicht wird. Das erste Material umfasst zum Beispiel Silber und das zweite Material umfasst zum Beispiel Edelstahl, insbesondere 1.4404 Stahl oder ähnliche Stahl-Legierungen.According to one embodiment, the heating element 12 has a core made of a first material and a coating made of a second material that is different from the first material. The coating preferably completely encloses the core. The first material of the core has a lower resistivity than the second material of the coating. The thickness of the coating is preferably small compared to the thickness of the core, for example 1:10. This ensures that the highest possible heat development is achieved through the core and at the same time the highest possible corrosion resistance is achieved through the coating. The first material includes, for example, silver and the second material includes, for example, high-grade steel, in particular 1.4404 steel or similar steel alloys.

Das Heizelement 12 ist am Rahmen 11 befestigt. Wenn das Heizelement 12 ein Draht ist, so ist der Draht vorzugsweise über den Rahmen 11 gespannt, wie in 2 schematisch dargestellt. Das Heizelement 12 ist in diesem Fall als Gitter 13 über den Rahmen 11 gespannt.The heating element 12 is fixed to the frame 11 . If the heating element 12 is a wire, the wire is preferably stretched over the frame 11, as in FIG 2 shown schematically. In this case, the heating element 12 is stretched over the frame 11 as a grid 13 .

Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform sind die ersten Heizäste 15 in einer zur ersten Ebene E1 in gleichen Abständen zueinander, vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. In diesem Fall sind die zweiten Heizäste 16 in einer zur ersten Ebene E1 parallelen zweiten Ebene E2, vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Die ersten Heizäste 15 sowie die zweiten Heizäste 16 sind vorzugsweise zueinander versetzt und parallel angeordnet, so dass die Projektion aller Heizäste auf eine Ebene, welche parallel zu den Ebenen der Heizäste ist, den Innendurchmesser D des Rahmens 11 in gleich große Abschnitte A unterteilt (siehe 4).According to the 4 illustrated embodiment, the first heating branches 15 are arranged at equal distances from one another, preferably parallel to one another, in relation to the first plane E1. In this case, the second heating branches 16 are arranged in a second plane E2 parallel to the first plane E1, preferably parallel to one another. The first heating branches 15 and the second heating branches 16 are preferably offset from one another and arranged parallel, so that the projection of all heating branches onto a plane which is parallel to the planes of the heating branches divides the inner diameter D of the frame 11 into sections A of equal size (see Fig 4 ).

Das Heizelement 12 kann auch am Rahmen 11 angelötet, angeschweißt, angeklebt oder anders befestigt sein. Wenn das Heizelement 12 aus einer Blechstruktur hergestellt ist, so kann die Blechstruktur zum Beispiel derart gebogen sein, dass das Messfluid durch den mindestens einen ersten Heizast 15 und den mindestens einen zweiten Heizast 16 in eine vorbestimmte Flussrichtung, beispielsweise parallel zu einer Rohrachse der Rohrleitung 2, geleitet wird (siehe 3). In diesem Fall können die Heizäste 15, 16 auch eine aerodynamische Form in ihrem Querschnitt aufweisen (siehe 5).The heating element 12 can also be soldered, welded, glued or otherwise fastened to the frame 11 . If the heating element 12 is made of a sheet metal structure, the sheet metal structure can, for example, be bent in such a way that the measuring fluid flows through the at least one first heating branch 15 and the at least one second heating branch 16 in a predetermined flow direction, for example parallel to a tube axis of the pipeline 2 , is conducted (see 3 ). In this case, the heating branches 15, 16 can also have an aerodynamic shape in their cross section (see Fig 5 ).

Die Steuereinheit 20 ist dazu geeignet, einen Heizstrom I durch das Heizelement 12 fließen zu lassen. Die Steuereinheit 20 ist dazu geeignet, abhängig von dem durch das Heizelement 12 fließenden Heizstrom I eine zweite Mediumstemperatur T2 zu ermitteln. Die Steuereinheit 20 ist dazu geeignet, die zweite Mediumstemperatur basierend auf dem in der Steuereinheit 20 hinterlegten Materialeigenschaften des Heizelements 12 und der an das Heizelement 12 angelegte elektrische Spannung sowie den durch das Heizelement 12 fließenden elektrischen Strom zu ermitteln.The control unit 20 is suitable for allowing a heating current I to flow through the heating element 12 . The control unit 20 is suitable for determining a second medium temperature T2 as a function of the heating current I flowing through the heating element 12 . The control unit 20 is suitable for determining the second medium temperature based on the material properties of the heating element 12 stored in the control unit 20 and the electrical voltage applied to the heating element 12 as well as the electrical current flowing through the heating element 12 .

Die Steuereinheit 20 ist dazu geeignet, eine Heizleistung des Heizelements 12 abhängig von der ersten Mediumstemperatur T1 und der zweiten Mediumstemperatur T2 einzustellen. Dies ermöglicht, dass sich ein Temperaturunterschied zwischen der ersten Mediumstemperatur T1 und der zweiten Mediumstemperatur T2 einstellbar ist. Vorzugsweise wird die Heizleistung derart von der Steuereinheit 20 eingestellt, dass der Temperaturunterschied zwischen der ersten Mediumstemperatur T1 und der zweiten Mediumstemperatur T2 konstant bleibt. Zum Beispiel wird der Temperaturunterschied auf größer gleich 10 °C, vorzugsweise größer 20 °C durch die Steuereinheit 20 eingestellt.The control unit 20 is suitable for setting a heating power of the heating element 12 as a function of the first medium temperature T1 and the second medium temperature T2. This makes it possible for a temperature difference to be adjustable between the first medium temperature T1 and the second medium temperature T2. The heating power is preferably adjusted by the control unit 20 in such a way that the temperature difference between the first medium temperature T1 and the second medium temperature T2 remains constant. For example, the temperature difference is set to be greater than or equal to 10° C., preferably greater than 20° C., by the control unit 20 .

BezugszeichenlisteReference List

11
thermisches Durchflussmessgerätthermal flow meter
22
Rohrleitungpipeline
33
Temperatursensortemperature sensor
44
Sensoreinheit sensor unit
1010
Heizeinheitheating unit
1111
Rahmenframe
1212
Heizelementheating element
1313
Gittergrid
1414
Maschenmeshes
1515
erster Heizastfirst heating branch
1616
zweiter Heizast second heating branch
2020
Steuereinheitcontrol unit
100100
Durchflussmesssystem flow measurement system
AA
AbstandDistance
DD
Innendurchmesser des Rahmensinner diameter of the frame
E1E1
erste Ebenefirst floor
E2E2
zweite Ebenesecond level
II
Heizstromheating current
T1T1
erste Mediumstemperaturfirst medium temperature
T2T2
zweite Mediumstemperatursecond medium temperature

Claims (9)

Thermisches Durchflussmessgerät (1) zum Ermitteln eines Massedurchflusses eines durch eine Rohrleitung (2) strömenden Messmediums umfassend: - einen Temperatursensor (3), welcher dazu geeignet ist, eine erste Mediumstemperatur (T1) des durch die Rohrleitung (2) strömenden Messmediums zu ermitteln, - eine Heizeinheit (10) mit einem Rahmen (11) und einem Heizelement (12), wobei der Rahmen (11) elektrisch isolierend ist und einen Innendurchmesser (D) aufweist, wobei das Heizelement (12) ein Material mit einer temperaturabhängigen elektrischen Leitfähigkeit umfasst und am Rahmen (11) befestigt ist, wobei das Heizelement (12) mindestens einen ersten Heizast (15) und einen zweiten Heizast (16) aufweist, wobei der erste Heizast (15) und der zweite Heizast (16) derart angeordnet sind, dass der Innendurchmesser (D) durch den ersten Heizast (15) und den zweiten Heizast (16) in gleich große Abschnitte (A) geteilt ist, - eine Steuereinheit (20), welche mit dem Temperatursensor (3) und dem Heizelement (12) verbunden ist, und dazu geeignet ist, einen Heizstrom (I) durch das Heizelement (12) fließen zu lassen, wobei die Steuereinheit (20) dazu geeignet ist, abhängig von dem durch das Heizelement (12) fließenden Heizstrom (I) eine zweite Mediumstemperatur (T2) zu ermitteln und eine Heizleistung des Heizelements (12) abhängig von der ersten Mediumstemperatur (T1) und der zweiten Mediumstemperatur (T2) einzustellen, so dass sich ein Temperaturunterschied zwischen der ersten Mediumstemperatur (T1) und der zweiten Mediumstemperatur (T2) einstellt.Thermal flow meter (1) for determining a mass flow rate of a measurement medium flowing through a pipeline (2), comprising: - a temperature sensor (3), which is suitable for determining a first medium temperature (T1) of the measuring medium flowing through the pipeline (2), - a heating unit (10) with a frame (11) and a heating element (12), wherein the frame (11) is electrically insulating and has an inner diameter (D), wherein the heating element (12) comprises a material with a temperature-dependent electrical conductivity and is fixed to the frame (11), wherein the heating element (12) has at least a first heating branch (15) and a second heating branch (16), the first heating branch (15) and the second heating branch (16) being arranged such that the inner diameter (D) passes through the first heating branch (15) and the second heating branch (16) is divided into sections (A) of equal size, - a control unit (20) which is connected to the temperature sensor (3) and the heating element (12) and is suitable for allowing a heating current (I) to flow through the heating element (12), the control unit (20) for this purpose is suitable for determining a second medium temperature (T2) as a function of the heating current (I) flowing through the heating element (12) and for setting a heating power of the heating element (12) as a function of the first medium temperature (T1) and the second medium temperature (T2), so that a temperature difference between the first medium temperature (T1) and the second medium temperature (T2) sets. Thermisches Durchflussmessgerät (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Heizelement (12) ein Draht oder eine Blechstruktur ist.Thermal flow meter (1) according to claim 1 , wherein the heating element (12) is a wire or a sheet metal structure. Thermisches Durchflussmessgerät (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Heizelement (12) einen Kern und eine den Kern umschließende Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung Edelstahl umfasst und eine höhere elektrische Leitfähigkeit als der Kern aufweist.Thermal flow meter (1) according to claim 1 or 2 , wherein the heating element (12) has a core and a coating enclosing the core, wherein the coating comprises stainless steel and has a higher electrical conductivity than the core. Thermisches Durchflussmessgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Heizelement (12) ein Draht ist und der Draht als Gitter (13) über den Rahmen (11) gespannt ist.Thermal flow meter (1) according to one of Claims 1 until 3 , wherein the heating element (12) is a wire and the wire is stretched over the frame (11) as a grid (13). Thermisches Durchflussmessgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der mindestens erste Heizast (15) und der zweite Heizast (16) parallel zueinander angeordnet sind.Thermal flow meter (1) according to one of Claims 1 until 4 , wherein the at least first heating branch (15) and the second heating branch (16) are arranged parallel to one another. Thermisches Durchflussmessgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der mindestens erste Heizast (15) in einer ersten Ebene (E1) angeordnet ist und der mindestens zweite Heizast (16) in einer zur ersten Ebene (E1) parallel angeordneten zweiten Ebene (E2) angeordnet ist, wobei der erste Heizast (15) und der zweite Heizast (16) versetzt zueinander angeordnet sind.Thermal flow meter (1) according to one of Claims 1 until 5 , wherein the at least first heating branch (15) is arranged in a first plane (E1) and the at least second heating branch (16) is arranged in a second plane (E2) arranged parallel to the first plane (E1), the first heating branch (15 ) and the second heating branch (16) are offset from one another. Thermisches Durchflussmesssystem (100) umfassend: - ein thermisches Durchflussmessgerät (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, - eine Rohrleitung (2), wobei das thermische Durchflussmessgerät (1) in der Rohrleitung (2) angeordnet ist und der Temperatursensor (3) in der Rohrleitung (2) angeordnet ist.Thermal flow measuring system (100) comprising: - a thermal flow measuring device (1) according to one of Claims 1 until 6 - a pipeline (2), wherein the thermal flow meter (1) is arranged in the pipeline (2) and the temperature sensor (3) is arranged in the pipeline (2). Thermisches Durchflussmesssystem (100) gemäß Anspruch 7, wobei der Temperatursensor (4) im Messmedium stromaufwärts zur Heizeinheit (10) angeordnet ist.Thermal flow measurement system (100) according to claim 7 , wherein the temperature sensor (4) is arranged in the measuring medium upstream of the heating unit (10). Thermisches Durchflussmesssystem (100) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das thermische Durchflussmessgerät (1) des Weiteren eine Sensoreinheit (4) mit einem Temperatursensor (3') aufweist, wobei das thermische Durchflussmessgerät (1) mit der Sensoreinheit (4) verbunden ist.Thermal flow measurement system (100) according to claim 7 or 8th , wherein the thermal flow meter (1) further comprises a sensor unit (4) with a temperature sensor (3 '), wherein the thermal flow meter (1) is connected to the sensor unit (4).
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