DE10247312B3

DE10247312B3 - Messvorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve für mindestens eine Messgröße eines Fluids, sowie dafür geeignete Kühlvorrichtung und Verwendung einer Kühlvorrichtung bei einer Messvorrichtung zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve

Info

Publication number: DE10247312B3
Application number: DE2002147312
Authority: DE
Inventors: Henrik Jahr; Ingo Riesen; Jan Schultheiss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2022-10-11

Abstract

Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung (11) zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve (3) für mindestens eine Messgröße (M) eines Fluids (7) weist eine Kühlvorrichtung (9) auf, mittels welcher das Fluid (7) kühlbar ist und welcher mindestens zwei Teilströme (71, 72, 73) unterschiedlicher Temperatur des Fluids (7) entnehmbar sind. DOLLAR A Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung (9) weist einen Kühlkanal (11) auf, in welchen das Fluid (7) einspeisbar ist, sie weist ferner Mittel (13) zum Einbringen eines Kühlmediums (14) in die Kühlvorrichtung (9) auf, wobei der Kühlkanal (11) vom Kühlmedium (14) umspülbar ist. Schließlich umfasst die Kühlvorrichtung (9) weiterhin weitere Mittel (17) zur Entnahme eines Fluids (7) aus dem Kühlkanal (11), welche an mindestens zwei verschiedenen Orten des Kühlkanals (11) angeordnet sind, so dass der Kühlvorrichtung (9) mindestens zwei Teilströme (71, 72, 73) unterschiedlicher Temperatur des Fluids (7) entnehmbar sind. DOLLAR A Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve (3) für mindestens eine Messgröße (M) eines Fluids (7) wird das Fluid (7) mittels einer Kühlvorrichtung (9) auf mindestens zwei unterschiedliche Temperaturen abgekühlt. Der Kühlvorrichtung (9) wird für jede Temperatur mindestens jeweils ein Teilstrom (71, 72, 73) des Fluids (7) entnommen, für jeden Teilstrom (71, 72, 73) wird mindestens ein Messwert (51, 52, 53) der Messgröße (M) des Fluids (7) gemessen und aus den Messwerten (51, 52, 53) ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve für mindestens eine Messgröße eines Fluids, eine dafür geeignete Kühlvorrichtung und eine Verwendung einer Kühlvorrichtung bei einer Messvorrichtung zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve.

Um verschiedene analytische Größen eines Fluids, insbesondere Wasser, bestimmen zu können, verwendet man in der Regel ein Messgerät, dessen Messfühler in die Flüssigkeit eingetaucht oder von dieser benetzt werden, um so durch direkte Messung einer interessierenden Größe einen entsprechenden Messwert zu erhalten.

Nachteilig dabei ist, dass sehr viele analytisch erfassbare Größen sehr stark von der Fluid-Temperatur abhängig sind und dass die tatsächliche chemische Zusammensetzung des einer Messung unterzogenen Fluids ebenfalls einen großen Einfluss auf den zu ermittelnden Messwert ausübt.

Typische, analytisch erfassbare Messgrößen eines Fluids sind beispielsweise die Leitfähigkeit, die Sauerstoffkonzentration im Fluid, der PH-Wert oder die Wasserstoffkonzentration im Fluid.

Bedingt durch die oben erwähnte starke Abhängigkeit einer analytisch erfassbaren Größe eines Fluids von der Temperatur und/oder der chemischen Zusammensetzung des Fluids ist die Ermittlung der tatsächlichen Werte einer gewünschten Messgrö ße mittels eines Messgeräts schwierig, da hierfür beispielsweise zumindest der Temperatureinfluss auf die zu ermittelnde Messgröße kompensiert werden muss.

Dazu ist es aus der betrieblichen Praxis bekannt, sogenannte vorab tabellierte Temperaturkompensationskurven zu verwenden, die für häufig zu messende Fluide und typische Konzentrationen der Fluidbestandteile ermittelt wurden und zur Kompensation des Temperatureinflusses einer tatsächlich vorgenommenen Messung zur Verfügung stehen. Derartige Temperaturkompensationskurven können beispielsweise in einem elektronischen Messgerät bereits gespeichert sein.

Nachteilig bei derartigen, vorab ermittelten, insbesondere aus der Fachliteratur bekannten, Temperaturkompensationskurven ist, dass insbesondere eine Abweichung der Zusammensetzung des zu messenden Fluids von der der vorgefertigten Temperaturkompensationskurve zugrunde liegenden Fluid-Zusammensetzung einen fehlerhaften Wert für die aktuell zu ermittelnde Messgröße liefern kann. Um derartige Probleme mittels des aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehens überwinden zu können, müsste zu jeder möglichen Zusammensetzung eines zu messenden Fluids vorab eine Temperaturkompensationskurve vorab ermittelt und gegebenenfalls abgespeichert werden, so dass bei einer tatsächlichen Messung auf die der aktuellen Zusammensetzung des Fluids entsprechende vorgefertigte Temperaturkompensationskurve zugegriffen werden kann.

Wegen der praktisch unendlichen Vielfalt an tatsächlich vorkommenden Zusammensetzungen eines zu messenden Fluids ist diese hypothetische Lösung nicht durchführbar, da hierfür praktisch eine unendlich große Anzahl an Temperaturkompensationskurven vorgehalten werden müsste. Eine tatsächliche Messung mit Temperaturkompensation mittels einer derartigen tabellierten Temperaturkompensationskurve ist daher praktisch in jedem Fall mit einem Fehler behaftet.

Aus der Schrift DE 195 33 510 A1 ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Bestimmung flüchtiger und/oder gelöster Komponenten in Flüssigkeiten oder Gasen bekannt, wobei eine Messwertverfälschung durch getrennte Temperaturmessungen an einer Membran und einem Konzentrations-Sensor und eine Recheneinrichtung und/oder elektronische Kompensationsschaltung verhindert wird. Insofern findet eine Temperaturkompensation des Messwerts statt, so dass dieser nicht infolge schwankender Temperaturen scheinbar ebenfalls variiert.

Aus der DE 689 23 249 T2 ist ein Kühlelement zur Kühlung einer durchströmten Röhre bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Messvorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve für mindestens eine Messgröße eines Fluids, sowie eine dafür geeignete Kühlvorrichtung anzugeben. Des Weiteren soll eine Verwendung einer Kühlvorrichtung bei einer Messvorrichtung zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve angegeben werden. Insbesondere soll dabei eine einfache und genaue Er mittlung einer Temperaturkompensationskurve für ein einer Messung unterzogenes Fluid möglich sein, so dass bei einer Messung eines Fluids bei unterschiedlichen Fluid-Temperaturen der gewünschte Messwert möglichst wenig streut.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Messvorrichtung zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve für mindestens eine Messgröße eines Fluids mit einer Kühlvorrichtung, mittels welcher das Fluid kühlbar ist und welcher mindestens zwei Teilströme unterschiedlicher Temperatur des Fluids entnehmbar sind.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass ein besonders genaues Messergebnis für eine zu ermittelnde Messgröße eines Fluids dann möglich ist, wenn eine dafür erforderliche Temperaturkompensationskurve im Zusammenhang mit der Messung direkt ermittelbar ist, ohne die Notwendigkeit des Rückgriffs auf vorgefertigte Temperaturkompensationskurven, welche wie bereits erwähnt nur für bestimmte Zusammensetzungen des zu messenden Fluids zur Verfügung stehen.

Die durch eine unterschiedliche Zusammensetzung des zu messenden Fluids im Vergleich zu einer vorgefertigten Temperaturkompensationskurve verursachten Messfehler sind bei einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung weitgehend ausgeschlossen oder zumindest stark reduziert, da hierbei die mindestens zwei Teilströme unterschiedlicher Temperatur des Fluids selbstverständlich hinsichtlich ihrer jeweiligen Zusammensetzung ihrer Fluid-Bestandsteile gleich sind. Wenn nun, beispielsweise mittels eines bekannten Messgeräts, bei jedem der mindestens zwei Teilströme eine interessierende Messgröße erfasst wird, so beziehen sich diese Messungen auf ein- und dieselbe Zusammensetzung des zu messenden Fluids, da die mindestens zwei Teilströme dem zu messenden Fluid entnommen sind, welches eine aktuelle Zusammensetzung aufweist.

Da weiterhin die mindestens zwei Teilströme eine zueinander unterschiedliche Temperatur aufweisen, ist mittels einer Bestimmung einer interessierenden Messgröße bei den Teilströmen die Temperaturabhängigkeit der Messgröße besonders leicht direkt ermittelbar.

Misst man beispielsweise mit einem oder mehreren identischen, bekannten Messgeräten bei jedem der Teilströme die interessierende Messgröße sowie gegebenenfalls die jeweilige Fluid-Temperatur, so ergeben sich – trotz gegebenenfalls bereits in dem oder den Messgeräten hinterlegten, vorab ermittelten Temperaturkompensationskurven für bestimmte Fluid-Zusammensetzungen – voneinander abweichende Messwerte, da üblicherweise keine vorgefertigte Temperaturkompensationskurve für die aktuell vorliegende Fluid-Zusammensetzung zur Verfügung steht. Dies ist unerwünscht, da die interessierende Messgröße nur dann aussagekräftig und insbesondere zum Vergleich mit historischen Messwerten für diese Messgröße taugt, wenn der Temperatureinfluss kompensiert sowie der Einfluss der Zusammensetzung des Fluids genügend genau berücksichtigt ist. Nur dann lassen sich beispielsweise aufmerksamkeitsbedürftige Änderungen der interessierenden Messgröße sicher erkennen und quantitativ ermitteln; der genaue Absolutwert der interessierenden Messgröße ist häufig sogar weniger relevant.

Zur Ermittlung der Temperaturkompensationskurve im Zusammenhang mit der Erfindung trägt man beispielsweise die Messwerte für jeden Teilstrom über die jeweilige Temperatur des betreffenden Teilstroms auf und erhält somit je nach Anzahl der gemessenen Teilströme die Abhängigkeit der so erhaltenen Messwerte von der jeweiligen Fluid-Teilstromtemperatur; idealerweise müssten die Messwerte, insbesondere in dem Fall, in dem die verwendeten Messgeräte bereits auf gespeicherte Temperaturkompensationskurven zurückgreifen, untereinander gleich sein. Dies ist jedoch wegen der vorher beschriebenen Problematik höchst selten der Fall. Da meist nicht unbedingt der Absolutwert der interessierenden Messgröße, sondern deren Än derung im Laufe der Zeit und/oder bezüglich verschiedener Messorte innerhalb des Fluids relevant ist, kann man den Messwert eines Teilstroms als Referenzwert wählen und die anderen Messwerte beispielsweise mit einem Faktor derart beaufschlagen, dass jeder der anderen Messwerte multipliziert mit dem jeweiligen Faktor den Referenzwert ergibt. Die jeweiligen Faktoren erhält man dabei sehr einfach als Quotient des jeweiligen Teilstrom-Messwerts geteilt durch den Referenzwert. Die gewünschte Temperaturkompensationskurve ist dann aus derjenigen Kurve, welche in Abszissenrichtung die Temperatur des Fluids und in Ordinatenrichtung die zu jeden jeweiligen Teilstrom-Temperaturen korrespondierenden Faktoren aufweist, leicht ermittelbar.

Selbst wenn nur wenige Teilströme gemessen werden, ist die Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve mittels der oben genannten Faktoren relativ genau möglich, da zwischen den Teilströmen zugeordneten Faktoren beispielsweise mittels eines bekannten Interpolationsverfahrens interpoliert werden kann, um die gewünschte Temperaturkompensationskurve als stetige Kurve zu erhalten.

Bezüglich der Kühlvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, durch eine Kühlvorrichtung zur Kühlung eines Fluids, mit einem Kühlkanal, in welchen das Fluid einspeisbar ist, mit Mitteln zum Einbringen eines Kühlmediums in die Kühlvorrichtung, wobei der Kühlkanal vom Kühlmedium umspülbar ist, und mit weiteren Mitteln zur Entnahme des Fluids aus dem Kühlkanal, welche an mindestens zwei verschiedenen Orten des Kühlkanals angeordnet sind, so dass der Kühlvorrichtung mindestens zwei Teilströme unterschiedlicher Temperatur des Fluids entnehmbar sind.

Beim Durchströmen des Kühlkanals wird das zu kühlende Fluid entlang seines Wegs durch den Kühlkanal mittels des Kühlmediums immer weiter abgekühlt, bis an einem Auslass des Kühlka nals eine gewünschte, abgesenkte, Temperatur des Fluids vorherrscht.

Ausgehend vom Ort eines Einlasses in den Kühlkanal hin zu einem Auslass des Kühlkanals herrscht also ein Temperaturgefälle des zu kühlenden Fluids. Bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung werden nun mindestens zwei Teilströme des zu kühlenden Fluids an voneinander unterschiedlichen Orten des Kühlkanals entnommen, wobei wegen des Temperaturgefälles die mindestens zwei Teilströme eine voneinander unterschiedliche Temperatur aufweisen.

Die entnommenen Teilströme können dann, beispielsweise bezüglich einer interessierenden Messgröße, einer Messung, beispielsweise mittels eines bekannten Messgeräts, unterzogen werden. Die dabei ermittelten Messgrößen erlauben dann auf einfache Weise die direkte Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve des Fluids – gegebenenfalls unter Einbeziehung einer Interpolation – für eine aktuelle Zusammensetzung des Fluids. Die Ermittlung der Temperaturkompensationskurve ist im Zusammenhang mit der Messvorrichtung näher beschrieben.

Mittels einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung sowie einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist daher für eine aktuell vorliegende Zusammensetzung des Fluids auf einfache Weise eine Temperaturkompensationskurve für eine interessierende analytisch erfassbare Größe des Fluids ermittelbar. Dadurch ist insbesondere der infolge einer Abweichung der Zusammensetzung des Fluids von einem tabellierten Wert entstehende Messfehler ausgeschlossen oder zumindest stark reduziert.

In einer vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung bei einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung verwendet.

Die Erfindung führt weiterhin zu einem Verfahren zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve für mindestens eine Messgröße eines Fluids, mit folgenden Schritten:

1. Das Fluid wird mittels einer Kühlvorrichtung auf mindestens zwei unterschiedliche Temperaturen abgekühlt.
2. Der Kühlvorrichtung wird für jede Temperatur mindestens jeweils ein Teilstrom des Fluids entnommen.
3. Für jeden Teilstrom wird mindestens ein Messwert der Messgröße des Fluids gemessen, und
4. Aus den Messwerten wird die Temperaturkompensationskurve für die Messgröße ermittelt.

Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung und der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemachten Angaben sind beim erfindungsgemäßen Verfahren analog anwendbar und werden daher hier nicht wiederholt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher dargestellt.
Es zeigt:
Figur eine erfindungsgemäße Messvorrichtung.
In der Figur ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve 3 für mindestens eine Messgröße M eines Fluids 7 dargestellt.
Die Messvorrichtung 1 umfasst eine Kühlvorrichtung 9, bei welcher in einen Kühlkanal 11 das Fluid 7 eingespeist ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kühlkanal 11 zur Erzielung einer möglichst langen Abkühlungsstrecke mit geringem Raumbedarf gewendelt ausgebildet. Das abzukühlende Fluid 7 weist im Bereich der Einspeisungsstelle in den Kühlkanal die höchste Temperatur auf und wird auf seinen Weg durch den Kühlkanal in Richtung eines Auslasses aus dem Kühlkanal 11 mittels eines Kühlmediums 14, welches den Kühlkanal 11 umspült, abgekühlt. Das Kühlmedium 14, beispielsweise Kühlwasser, wird z.B. über ein Ventil 13 in die Kühlvorrichtung 9 eingeleitet und tritt dort mit der Außenfläche des Kühlkanals 11 in Kontakt. Die Abführung des Kühlmediums 14 aus der Kühlvorrichtung 9 geschieht beispielsweise mittels einer Leitung. Während des Betriebs der Kühlvorrichtung 9 wird kontinuierlich mittels des Ventils 13 das Kühlmediums 14 zugeführt und nach Wärmetausch mit dem zu kühlenden Fluid 7 abgeführt.
Entlang seines Wegs durch den Kühlkanal 11 wird das zu kühlende Fluid 7 immer stärker abgekühlt, so dass sich innerhalb des Kühlkanals 11 in Richtung eines Auslasses des Kühlkanals 11 ein Temperaturgefälle ausbildet.
Dem Kühlkanal 11 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel an drei verschiedenen Orten, beispielsweise mittels Anzapfungen 17, drei Teilströme 71, 72, 73 des Fluids 7 entnehmbar, welche wegen des sich ausbildenden Temperaturgefälles eine jeweils unterschiedliche Temperatur des Fluids aufweisen.
Die drei Teilströme 71, 72, 73 werden einem Messgerät 19 zugeführt, mittels welchem für jeden der drei Teilströme 71, 72, 73 die interessierende Messgröße M, beispielsweise die Leitfähigkeit des Fluids 7 oder die Sauerstoffkonzentration im Fluid 7 oder der PH-Wert des Fluids 7 oder die Wasserstoffkonzentration im Fluid 7, ermittelbar ist.
Diese, mittels des Messgeräts 19 für jeden Teilstrom 71, 72, 73 ermittelten Messwerte 51, 52, 53 sind leicht in die Temperaturkompensationskurve 3 des Fluids 7 überführbar, beispielsweise indem diese Messwerte 51, 52, 53 über der jeweiligen Temperatur des zugehörigen Teilstroms 71, 72, 73 aufgetragen werden, einer der Messwerte 51, 52, 53 als Referenzwert gewählt wird und die anderen Messwerte jeweils mittels eines Faktors derart beaufschlagt werden, so dass sich jeweils der Referenzwert ergibt.
Auf einfache Weise ist eine derartige Temperaturkompensationskurve 3 mittels eines Rechners ermittelbar, welcher neben der Möglichkeit zur graphischen Darstellung über Berechnungsprogramme zur Interpolation verfügt; eine Ermittlung der Temperaturkompensationskurve ist beispielhaft in der Beschreibung an früherer Stelle dargestellt.
Die Temperaturkompensationskurve 3 kann dann beispielsweise in Form einer Graphik oder einer Tabelle ausgedruckt und/oder abgespeichert werden.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 besteht darin, dass für eine aktuell vorliegende Zusammensetzung eines Fluids, für welche keine vorab ermittelte, beispielsweise als Fachliteratur erhältliche, Temperaturkompensationskurve vorliegt, auf einfache Weise die gewünschte Temperaturkompensationskurve 3 direkt ermittelbar ist, so dass insbesondere der Einfluss der Zusammensetzung des Fluids 7 auf den Wert der zu ermittelnden Messgröße M und der damit zusammenhängende Messfehler vermieden ist.
Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung kann beispielsweise vorübergehend in den Wasser-Dampf-Kreislauf eines Kraftwerks geschaltet werden, um dem im gesagten Kreislauf zirkulierenden Fluid eine Probe zu entnehmen und die zur aktuellen Zusammensetzung dieses Fluids korrespondierende Temperaturkompensationskurve zu ermitteln.
Nachdem die Probe dem Fluid entnommen wurde und die Temperaturkompensationskurve ermittelt ist, kann die Messvorrichtung wieder entfernt werden.
Mit einer derart ermittelten Temperaturkompensationskurve 3 ist dann für das aktuell vorliegende Fluid einfach und genau eine interessierende Messgröße ermittelbar; dazu muss dann lediglich an einen gewünschten Ort des Wasser-Dampf-Kreislaufs ein Messfühler angebracht werden und die interessierende Messgröße sowie die Fluid-Temperatur gemessen werden. Der derart ermittelte Messwert ist dann einfach mit Hilfe der mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ermittelten Temperaturkompensationskurve hinsichtlich seiner Temperaturabhängigkeit bereinigbar. Der so gewonnene temperaturkompensierte Messwert ist darüber hinaus meist sehr genau, insbesondere, wenn man seine Änderungen betrachtet.

Claims

Messvorrichtung (1) zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve (3) für mindestens eine Messgröße (M) eines Fluids (7), gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung (9), mittels welcher das Fluid (7) kühlbar ist und welcher mindestens zwei Teilströme (71, 72, 73) unterschiedlicher Temperatur des Fluids (7) entnehmbar sind.
Kühlvorrichtung (9) zur Kühlung eines Fluids (7), gekennzeichnet durch – einen Kühlkanal (11), in welchen das Fluid (7) einspeisbar ist, – Mittel (13) zum Einbringen eines Kühlmediums (14) in die Kühlvorrichtung (9), wobei der Kühlkanal (11) vom Kühlmedium (14) umspülbar ist, und – weitere Mittel (17) zur Entnahme des Fluids (7) aus dem Kühlkanal (11), welche an mindestens zwei verschiedenen Orten des Kühlkanals (11) angeordnet sind, so dass der Kühlvorrichtung (9) mindestens zwei Teilströme (71, 72) unterschiedlicher Temperatur des Fluids (7) entnehmbar sind.
Verwendung einer Kühlvorrichtung (9) nach Anspruch 2 bei einer Messvorrichtung (1) nach Anspruch 1.
Verfahren zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve (3) für mindestens eine Messgröße (M) eines Fluids (7), gekennzeichnet durch folgende Schritte a) das Fluid (7) wird mittels einer Kühlvorrichtung (9) auf mindestens zwei unterschiedliche Temperaturen abgekühlt, b) der Kühlvorrichtung (9) wird für jede Temperatur mindestens jeweils ein Teilstrom (71, 72, 73) des Fluids (7) entnommen, c) für jeden Teilstrom (71, 72, 73) wird mindestens ein Messwert (51, 52, 53) der Messgröße (M) des Fluids (7) gemessen, und d) aus den Messwerten (51, 52, 53) wird die Temperaturkompensationskurve (3) für die Messgröße (M) ermittelt.