DE102022000719A1 - Device for determining and/or monitoring a parameter of a fluid - Google Patents
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- G01F1/44—Venturi tubes
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Kenngröße eines Fluids. Ein das Fluid führendes Rohr (2) weist einen Einschnürungsabschnitt (20) mit einer reduzierten Querschnittsfläche auf. Mindestens einer von zwei Temperatursensoren (31, 32) ist beheizbar. Ein erster Temperatursensor (31) steht in thermischer Wechselwirkung mit Fluid, welches den Einschnürungsabschnitt (20) durchströmt. Ein zweiter Temperatursensor (32) steht in thermischer Wechselwirkung mit Fluid steht, welches in den Einschnürungsabschnitt (20) hineinströmt oder welches aus dem Einschnürungsabschnitt (20) herausströmt. Eine Auswertevorrichtung ermittelt und/oder überwacht anhand einer Differenz zwischen Messdaten der Temperatursensoren (31, 32) und/oder anhand einer dem mindestens einen Temperatursensor (31, 32) zugeführten Heizleistung die Kenngröße.The invention relates to a device (1) for determining and/or monitoring at least one parameter of a fluid. A tube (2) carrying the fluid has a constriction section (20) with a reduced cross-sectional area. At least one of two temperature sensors (31, 32) can be heated. A first temperature sensor (31) is in thermal interaction with fluid which flows through the constriction section (20). A second temperature sensor (32) is in thermal interaction with fluid flowing into the throat section (20) or flowing out of the throat section (20). An evaluation device determines and/or monitors the parameter based on a difference between measurement data from the temperature sensors (31, 32) and/or based on a heating power supplied to the at least one temperature sensor (31, 32).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Kenngröße eines Fluids. Das Fluid ist beispielsweise eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Gasgemisch.The present invention relates to a device for determining and/or monitoring at least one parameter of a fluid. The fluid is, for example, a liquid, a gas or a gas mixture.
Im Stand der Technik ist es bekannt, den Durchfluss einer strömenden Flüssigkeit kalorimetrisch zu bestimmen oder zu überwachen. Dabei wird ausgenutzt, dass die Flüssigkeit einen beheizten Temperatursensor abkühlt. Für die Messung stehen zwei Varianten zur Verfügung: der Temperatursensor wird auf einer konstanten Temperatur gehalten und die notwendige Heizleistung wird ausgewertet oder die Heizleistung wird konstant gehalten und die Temperaturmesswerte werden ausgewertet. Eine alternative Messmethode besteht in der Messung des Differenzdrucks im Fluid, der sich durch eine Blende im Rohr ergibt, das das Fluid führt.It is known in the prior art to determine or monitor the flow of a flowing liquid calorimetrically. This exploits the fact that the liquid cools a heated temperature sensor. Two variants are available for the measurement: the temperature sensor is kept at a constant temperature and the necessary heating output is evaluated or the heating output is kept constant and the temperature readings are evaluated. An alternative measurement method consists in measuring the differential pressure in the fluid, which results from an orifice in the pipe that carries the fluid.
Für die Regelung von Verbrennungsvorgängen in einer Brennervorrichtung (z. B. als Teil einer Heizung) ist es erforderlich, die zugeführte Menge an brennbarem Kraftstoff (z. B. Propan, Butan, Diesel oder Benzin) und die zugeführte Menge von Verbrennungsluft möglichst genau zu erfassen, um eine möglichst rückstandsfreie und effektive Verbrennung zu erhalten. So erlaubt beispielsweise die Messung oder Überwachung des Gasdurchflusses eine Steigerung der Genauigkeit der Gasdosierung, wofür z. B. ein Proportionalventil zur Anwendung kommt. Dadurch kann das zu verbrennende Gas-Luft-Gemisch präziser kontrolliert werden, was sich direkt auf die Abgaswerte auswirkt.In order to control combustion processes in a burner device (e.g. as part of a heating system), it is necessary to measure the amount of combustible fuel (e.g. propane, butane, diesel or petrol) and the amount of combustion air supplied as precisely as possible record in order to obtain a residue-free and effective combustion. For example, the measurement or monitoring of the gas flow allows an increase in the accuracy of the gas metering, for which z. B. a proportional valve is used. As a result, the gas-air mixture to be burned can be controlled more precisely, which has a direct effect on the exhaust gas values.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Bestimmen oder Überwachen einer Kenngröße eines strömenden Fluids vorzuschlagen, die sich insbesondere für Gase oder Gasgemische eignet.The object on which the invention is based is to propose a device for determining or monitoring a parameter of a flowing fluid, which is particularly suitable for gases or gas mixtures.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Kenngröße eines Fluids, mit einem Rohr, zwei Temperatursensoren und einer Auswertevorrichtung, wobei das Rohr das Fluid führt, wobei das Rohr einen Einschnürungsabschnitt mit einer reduzierten Querschnittsfläche aufweist, wobei mindestens einer der zwei Temperatursensoren beheizbar ist, wobei ein erster Temperatursensor in thermischer Wechselwirkung mit Fluid steht, welches den Einschnürungsabschnitt durchströmt, wobei ein zweiter Temperatursensor in thermischer Wechselwirkung mit Fluid steht, welches in den Einschnürungsabschnitt hineinströmt oder welches aus dem Einschnürungsabschnitt herausströmt, und wobei die Auswertevorrichtung anhand einer Differenz zwischen Messdaten der Temperatursensoren und/oder anhand einer dem mindestens einen Temperatursensor zugeführten Heizleistung die Kenngröße ermittelt und/oder überwacht.The invention solves the problem with a device for determining and/or monitoring at least one parameter of a fluid, with a tube, two temperature sensors and an evaluation device, with the tube guiding the fluid, with the tube having a constriction section with a reduced cross-sectional area, with at least one of the two temperature sensors can be heated, with a first temperature sensor being in thermal interaction with fluid which flows through the constriction section, with a second temperature sensor being in thermal interaction with fluid which is flowing into the constriction section or which is flowing out of the constriction section, and with the evaluation device the parameter is determined and/or monitored based on a difference between measurement data from the temperature sensors and/or based on a heating power supplied to the at least one temperature sensor.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden zwei Messprinzipien zusammengeführt. Es findet eine kalorimetrische Messung in Verbindung mit einer Engstelle statt. Die Engstelle bewirkt eine höhere Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, was zu einer erhöhten Temperatur führt. Indem Temperatursensoren und keine Drucksensoren angewendet werden, ergibt sich ein Kostenvorteil.Two measurement principles are combined in the device according to the invention. A calorimetric measurement takes place in connection with a constriction. The constriction causes a higher flow rate of the fluid, which leads to an increased temperature. By using temperature sensors and not pressure sensors, there is a cost advantage.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei der Kenngröße um die Durchflussmenge des Fluids handelt. Alternativ oder ergänzend handelt es sich bei der Kenngröße um eine für eine Verbrennung des Fluids erforderliche Energiemenge.One embodiment provides that the parameter is the flow rate of the fluid. Alternatively or additionally, the parameter is an amount of energy required for combustion of the fluid.
Gemäß einer Ausgestaltung steht der zweite Temperatursensor in thermischer Wechselwirkung mit Fluid, welches in den Einschnürungsabschnitt hineinströmt. In dieser Ausgestaltung befindet sich ein Temperatursensor in Wechselwirkung mit dem Fluid, das in den Einschnürungsabschnitt hineinströmt und dadurch eine höhere Temperatur erhält. Der andere Temperatursensor steht in Wechselwirkung mit dem Fluid in der Engstelle.According to one configuration, the second temperature sensor is in thermal interaction with fluid which flows into the constriction section. In this embodiment, a temperature sensor interacts with the fluid that flows into the constriction section and is therefore at a higher temperature. The other temperature sensor interacts with the fluid in the constriction.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die zwei Temperatursensoren beheizbar sind.One configuration includes that the two temperature sensors can be heated.
An die vorgenannte Ausgestaltung schließt sich eine Ausgestaltung an, die darin besteht, dass die Auswertevorrichtung anhand von Daten über Heizleistungen, die erforderlich sind, um die zwei Temperatursensoren auf vorgegebene Temperaturwerte zu beheizen, die Kenngröße ermittelt und/oder überwacht. In dieser Ausgestaltung werden also beide Temperatursensoren beheizt. Ausgehend von den Temperaturmesswerten wird die Heizleistung geregelt, um die Temperatursensoren jeweils auf einen vorgegebenen Temperaturwert zu halten.The aforementioned embodiment is followed by an embodiment in which the evaluation device determines and/or monitors the parameter using data on heating power that is required to heat the two temperature sensors to specified temperature values. In this embodiment, therefore, both temperature sensors are heated. Based on the measured temperature values, the heating power is regulated in order to keep the temperature sensors at a specified temperature value.
Gemäß einer Ausgestaltung ermittelt und/oder überwacht die Auswertevorrichtung anhand von einer Differenz zwischen den Daten über die Heizleistungen die Kenngröße. In dieser Ausgestaltung wird somit der Unterschied zwischen den Heizleistungen ausgewertet, die erforderlich sind, um die Temperatursensoren auf jeweils konstanten Temperaturwerten zu halten.According to one embodiment, the evaluation device determines and/or monitors the parameter based on a difference between the data on the heating power. In this embodiment, the difference between the heating powers that are required to keep the temperature sensors at constant temperature values is evaluated.
In einer alternativen Ausgestaltung wird nur einer der zwei Temperatursensoren beheizt. Die Messwerte des nicht-beheizten Temperatursensors werden der Auswertevorrichtung zugeführt.In an alternative embodiment, only one of the two temperature sensors is heated. The measured values of the non-heated temperature sensor are fed to the evaluation device.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Einschnürungsabschnitt einen Teilbereich mit einer geringsten Querschnittsfläche innerhalb des Einschnürungsabschnitts aufweist, und dass der erste Temperatursensor in thermischer Wechselwirkung mit Fluid steht, welches den Teilabschnitt durchströmt.One embodiment provides that the constriction portion is a portion with a having the smallest cross-sectional area within the constriction section, and that the first temperature sensor is in thermal interaction with fluid which flows through the section.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Vorrichtung nur die zwei Temperatursensoren aufweist. So sind insbesondere keine Drucksensoren vorhanden.One configuration includes that the device only has the two temperature sensors. In particular, there are no pressure sensors.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass zwei Temperatursensoren außerhalb des Rohrs angebracht sind. In dieser Ausgestaltung wird die Temperatur von außen gemessen. Daher stellen sich insbesondere keine Abdichtungsanforderungen, wie sie sich bei einem im Rohr befindlichen Sensor einstellen.One embodiment provides that two temperature sensors are fitted outside the tube. In this embodiment, the temperature is measured from the outside. Therefore, there are no sealing requirements in particular, as they arise with a sensor located in the pipe.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass eine thermische Isolierung vorgesehen ist, und dass die thermische Isolierung zumindest das Fluid zwischen den zwei Temperatursensoren thermisch isoliert. Die Isolierung blockiert eine thermische Wechselwirkung mit der Umwelt und verbessert dadurch die Messqualität.One configuration includes that thermal insulation is provided, and that the thermal insulation thermally insulates at least the fluid between the two temperature sensors. The insulation blocks thermal interaction with the environment, thereby improving measurement quality.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem Fluid um ein Gas oder um ein Gasgemisch handelt.One embodiment provides that the fluid is a gas or a gas mixture.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der Vorrichtung eine Brennervorrichtung nachgeordnet ist. Ausgehend von der Messung bzw. Überwachung der Kenngröße, z. B. der Durchflussmenge wird die Brennvorrichtung gesteuert.One embodiment includes that a burner device is arranged downstream of the device. Based on the measurement or monitoring of the parameter, z. B. the flow rate, the burner is controlled.
Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung und -
2 eine schematische Darstellung zur Verwendung der Vorrichtung.
-
1 a schematic representation of the device and -
2 a schematic representation of the use of the device.
Die
Das Fluid durchströmt in der Abbildung beispielhaft das Rohr 2 von links nach rechts, was durch die Pfeile angedeutet ist. Das Rohr 2 verfügt über einen hier symmetrisch ausgeführten Abschnitt 20 mit einer Einschnürung, also einer reduzierten Querschnittsfläche. Der Teilbereich 21 mit der kleinsten Querschnittsfläche befindet sich in der Mitte des Einschnürungsabschnitts 20. Das Fluid wird in die Engstelle hinein beschleunigt und durch den Joule-Thomson-Effekt erhöht sich die Temperatur.In the figure, the fluid flows through the
Entlang des Rohrs 2 sind zwei Temperatursensoren 31, 32 angeordnet, die rein beispielhaft als erster Temperatursensor 31 bzw. zweiter Temperatursensor 32 bezeichnet werden. Die beiden Temperatursensoren 31, 32 befinden sich außerhalb des Rohrs 2, sodass keine Abdichtungsprobleme auftreten können. Umfasst ist das Rohr 2 von einer thermischen Isolierung 5, welche thermisches Wechselwirken zwischen dem Fluid im Rohr 2 und der Umgebung verhindern soll. Es wird also insbesondere verhindert, dass sich das Fluid und die Temperatursensoren 31, 32 durch die Umgebungsluft abkühlt oder ggf. erwärmt.Two
Die zwei Temperatursensoren 31, 32 befinden sich entlang der Strömungsrichtung des Rohrs 2 an zwei unterschiedlichen Stellen: Der erste Temperatursensor 31 befindet sich vor dem Einschnürungsabschnitt 20. Der zweite Temperatursensor 32 befindet sich in dem Einschnürungsabschnitt 20 und hier insbesondere in dem Teilbereich 21 mit der kleinsten Querschnittsfläche. Die zwei Temperatursensoren 31, 32 sind somit entlang des Rohrs 2 asymmetrisch angeordnet.The two
Jedem Temperatursensor 31, 32 ist in der dargestellten Ausgestaltung eine Heizvorrichtung 310, 320 zugeordnet, um den jeweiligen Temperatursensor 31, 32 zu beheizen. Die gezeigte Anordnung erlaubt es, unterschiedliche Messmodi anzuwenden. Für die Messungen bzw. die Überwachung ist die Auswertevorrichtung 4 vorhanden, die von den Temperatursensoren 31, 32 Messwerte oder von den Heizvorrichten 310, 320 Betriebsdaten erhält. Dafür sind entsprechende Datenverbindungen vorhanden, die hier für die Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.In the embodiment shown, each
In einer Variante erfassen beide Temperatursensoren 31, 32 die Temperatur des Fluids und die Temperaturmesswerte werden von der Auswertevorrichtung 4 verarbeiten. Die Verarbeitung besteht z. B. in einer Differenzbildung.In one variant, both
In einer weiteren Variante werden beide Temperatursensoren 31, 32 beheizt und es findet anhand ihrer Messwerte eine Regelung auf einen jeweils vorgegebenen Temperaturwert statt. Es wird also eine konstante Temperatur des Temperatursensors 31, 32 bewirkt. Die erforderlichen Heizleistungen erlauben die Messung bzw. Überwachung der Kenngröße.In a further variant, both
Die
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- RohrPipe
- 44
- Auswertevorrichtungevaluation device
- 55
- thermische Isolierungthermal insulation
- 2020
- Einschnürungsabschnittconstriction section
- 2121
- Teilbereichsubarea
- 3131
- Temperatursensortemperature sensor
- 3232
- Temperatursensortemperature sensor
- 9999
- Gasquellegas source
- 100100
- Brennervorrichtungburner device
- 310310
- Heizvorrichtungheating device
- 320320
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