DE202016107019U1

DE202016107019U1 - Nichtinvasive Messeinrichtung für das Messen einer Veränderung in einer Flüssigkeitsströmung durch ein Rohr

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Publication number: DE202016107019U1
Application number: DE202016107019.8U
Authority: DE
Original assignee: Prange BV
Current assignee: Prange BV
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2017-02-06
Anticipated expiration: 2026-12-16
Also published as: NL2015974B1

Abstract

Nichtinvasive Messeinrichtung (1) für das Messen einer Veränderung in einer Flüssigkeitsströmung durch ein Rohr (100), wobei die Messeinrichtung (1) zur Befestigung an einer Außenseite des Rohres (100) eingerichtet wurde und Folgendes umfasst: – rohrtemperaturverändernde Mittel (2) für die regulierbare Veränderung der Temperatur des Rohres (100) an einer ersten Position (A) entlang des Rohres (100), wobei die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) zum Anliegen am Rohr (100) eingerichtet wurden; – einen ersten Temperaturaufnehmer (3) für das Messen der Rohrtemperatur Tc in der Nähe der ersten Position (A); – einen zweiten Temperaturaufnehmer (4) für das Messen der Rohrtemperatur Ta an einer zweiten Position (B) entlang des Rohrs (100), wobei die zweite Position (B) so gewählt ist, dass der Einfluss der Änderung der Rohrtemperatur an der ersten Position (A) durch die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) auf die Rohrtemperatur an der zweiten Position (B) gering ist; – Rechenmittel (6) zur Bestimmung von Veränderungen in der Strömung auf der Grundlage von mindestens der gemessenen Temperatur Tc und Ta während des Einsatzes der rohrtemperaturverändernden Mittel (2), – einen Signalgenerator (12) für das Generieren eines Ausgangssignals, das für die Zusammenarbeit mit den Rechenmitteln (6) eingerichtet wurde, wobei das Ausgangssignal Informationen über die Strömung im Rohr (100) enthält, mit dem Merkmal, dass die Rechenmittel (6) für die Berechnung und Registrierung eines Temperaturunterschieds ΔT zwischen Tc und Ta eingerichtet sind, und die Rechenmittel (6) für die Feststellung der folgenden Phasen in der Flüssigkeitsströmung eingerichtet sind: c) Eine erste Phase (F1), in der die Flüssigkeit nahezu still liegt, und ΔT innerhalb einer vorher bestimmten ersten Bandbreite liegt; d) eine zweite Phase, in der die Flüssigkeit fließt und ΔT außerhalb der vorher bestimmten ersten Bandbreite liegt und sich kontinuierlich verändert.

Description

Die Erfindung betrifft eine nichtinvasive Messeinrichtung für das Messen einer Veränderung in einer Flüssigkeitsströmung durch ein Rohr, wobei die Messeinrichtung zur Befestigung an einer Außenseite des Rohres eingerichtet wurde und Folgendes umfasst:

– rohrtemperaturverändernde Mittel für die regulierbare Veränderung der Temperatur des Rohres an einer ersten Position entlang des Rohres, wobei die rohrtemperaturverändernden Mittel zur Anlage am Rohr eingerichtet wurden;
– einen ersten Temperaturaufnehmer für das Messen der Rohrtemperatur Tc in der Nähe der ersten Position;
– einen zweiten Temperaturaufnehmer für das Messen der Rohrtemperatur Ta an einer zweiten Position entlang des Rohrs, wobei die zweite Position so gewählt wurde, dass der Einfluss der Änderung der Rohrtemperatur an der ersten Position durch die temperaturverändernden Mittel auf die Rohrtemperatur an der zweiten Position gering ist;
– Rechenmittel zur Bestimmung von Veränderungen in der Flüssigkeitsströmung auf der Grundlage von mindestens der gemessenen Temperatur Tc und Ta während des Einsatzes der rohrtemperaturverändernden Mittel,
– einen Signalgenerator für das Generieren eines Ausgangssignals, der für die Zusammenarbeit mit den Rechenmitteln eingerichtet ist, wobei das Ausgangssignal Informationen über die Strömung im Rohr enthält.

Mit Flüssigkeit wird ein ausfließendes Medium oder ein ausfließender Stoff bezeichnet. Es ist ein Medium, das bei einer konstanten Temperatur und einem konstanten Druck eine bestimmte Masse und ein bestimmtes Volumen, aber keine feste Form besitzt. Es kann sich dabei um Gase, Flüssigkeiten, Plasmen und bis zu einem gewissen Grad um plastische feste Stoffe handeln.
Eine Messeinrichtung gemäß der Erfindung ist im Fachgebiet bekannt und im Europäischen Patent EP1593940 beschrieben.
Die bekannte Messeinrichtung misst drei Temperaturen an verschiedenen Stellen auf dem Rohr. Die bekannte Messeinrichtung bestimmt eine Veränderung der Strömung in der Flüssigkeit im Rohr anhand der thermischen Leitfähigkeit quer über das Rohr. Hierfür verwendet die bekannte Messeinrichtung eine Sonde, die um das Rohr herumführt. Die bekannte Messeinrichtung bestimmt anhand der Temperatur der rohrtemperaturverändernden Mittel, die als Heizelemente ausgeführt sind, ein Verhältnis zwischen der Temperatur der rohrtemperaturverändernden Mittel und der gemessenen Temperatur Tc quer über das Rohr. In dem Verhältnis werden beide gemessenen Temperaturen für die Rohrtemperatur an einer zweiten Position entlang des Rohres korrigiert.
Dadurch, dass die Sonde um das Rohr herumführt, hat die bekannte Messeinrichtung den Nachteil, dass mindestens die Dimensionen der Sonde vom Durchmesser des Rohres abhängig sind, wodurch die bekannte Messeinrichtung nicht ohne Weiteres für jedes Rohr anwendbar ist.
Die bekannte Messeinrichtung hat außerdem den Nachteil, dass sie die Strömung nur in einer bestimmten Strömungsrichtung bestimmen kann.
Die Erfindung hat das Ziel, eine Alternative gemäß Einleitung bereitzustellen, die eine Veränderung der Flüssigkeitsströmung nur durch die Bestimmung der Rohrtemperaturen in Längsrichtung des Rohres bestimmt und die oben genannten Nachteile aufhebt.
Zu diesem Zweck hat die Messeinrichtung gemäß der Erfindung das Merkmal, dass die Rechenmittel für die Berechnung und Registrierung eines Temperaturunterschiedes ΔT zwischen Tc und Ta und für die Feststellung der folgenden Phasen in der Strömung eingerichtet sind:

a) Eine erste Phase, in der die Flüssigkeit nahezu still liegt, und ΔT innerhalb einer vorher bestimmten ersten Bandbreite liegt.
b) Eine zweite Phase, in der die Flüssigkeit fließt und ΔT außerhalb der vorher bestimmten ersten Bandbreite liegt und sich kontinuierlich verändert.

Wegen der Berechnung und Registrierung des Temperaturunterschieds ΔT und der Bestimmung der zwei genannten Phasen ist ein dritter Temperaturaufnehmer nicht mehr notwendig. Dadurch ist die Messeinrichtung bidirektional. Die Messeinrichtung gemäß der Erfindung kann außerdem im Vergleich mit der bekannten Messeinrichtung ökonomischer ausgeführt werden. Dadurch ist auch keine Sonde für die Bestimmung der Rohrtemperatur Tc notwendig.
Vorzugsweise ist die Messeinrichtung gemäß der Erfindung auch für die Bestimmung einer dritten Phase eingerichtet, in der die Flüssigkeit fließt und ΔT innerhalb einer vorher bestimmten zweiten Bandbreite liegt.
In einer ersten Vorzugsausführungsform der Messeinrichtung gemäß der Erfindung enthalten die Rechenmittel signalverarbeitende Mittel für die Verarbeitung der Signale S_Tc, S_Ta des ersten und zweiten Temperaturaufnehmers, wobei S_Tc und S_Ta Informationen über die gemessenen Temperaturen Tc und Ta umfassen und wobei die signalverarbeitenden Mittel einen Differenzverstärker mit einem ersten und zweiten Eingang und einen Ausgang umfassen, wobei der erste Eingang an den ersten Temperaturaufnehmer und der zweite Eingang an den zweiten Temperaturaufnehmer gekoppelt ist und der Differenzverstärker im Betrieb ein verstärktes Signal S_kΔT (k = Verstärkungsfaktor, ΔT = Tc – Ta) des Unterschieds zwischen Tc und Ta generiert, wobei das Maß der Verstärkung k einstellbar ist und die signalverarbeitenden Mittel gleichzeitig einen Differenziator mit einem Eingang und Ausgang umfassen, wobei der Eingang des Differenziators an den Ausgang des Differenzverstärkers gekoppelt ist, wobei der Differenziator für das Generieren eines Differenzsignals S_kΔT' am Ausgang des Differenziators eingerichtet ist, welches Signal S_kΔT' Informationen über das Maß der Veränderung des Unterschieds zwischen Tc und Ta umfasst und wobei ein Signalgenerator für das Generieren eines Ausgangssignals S_flow auf der Grundlage des Differenzsignals S_kΔT' eingerichtet ist, wobei der Signalgenerator einen Filter zur Ausfilterung von Rauschsignalen auf dem Differenzsignal S_kΔT' umfasst, und S_flow Informationen über eine Veränderung in der Flüssigkeitsströmung durch das Rohr enthält.
Vorzugsweise ist der Differenzverstärker diskret ausgeführt. Der Differenziator und der Signalgenerator sind vorzugsweise softwaremäßig ausgeführt.
In einer alternativen Ausführungsform der Messeinrichtung gemäß der Erfindung sind die rohrtemperaturverändernden Mittel für die Kühlung des Rohres eingerichtet. Die Kühlung des Rohres kann in Situationen vorteilhaft sein, in denen die Flüssigkeit im Rohr nicht erwärmt werden darf.
Für die Erwärmung und Kühlung des Rohres umfassen die rohrtemperaturverändernden Mittel vorzugsweise ein Peltier-Element zur Veränderung der Rohrtemperatur.
In einer automatisierten Ausführung der Messeinrichtung gemäß der Erfindung enthalten die rohrtemperaturverändernden Mittel automatische Einstellmittel für die Veränderung der Rohrtemperatur, wobei die Einstellmittel für die Bestimmung der Veränderung der Rohrtemperatur auf der Grundlage der Eigenschaften des Rohrs – worunter beispielsweise der Durchmesser des Rohrs oder des Materials des Rohrs – und externer Bedingungen des Rohres eingerichtet sind – worunter beispielsweise die Umgebungstemperatur um das Rohr, die Eigenschaften der Flüssigkeit, wie der thermische Leitfähigkeitskoeffizient oder der Neigungswinkel des Rohrs und frühere, in den automatischen Einstellmitteln gespeicherte Messungen. Vorzugsweise sind die automatischen Einstellmittel mit einer Selbstlerneinstellung versehen, wobei die Messungen auf der Grundlage der Messungen aus der Vergangenheit optimiert werden.
Eine weitere automatisierte Ausführung der Messeinrichtung gemäß der Erfindung umfasst einen Neigungswinkelmesser für die automatische Bestimmung des Neigungswinkels.
Die Messeinrichtung gemäß der Erfindung ist auch in der Lage, die Strömungsgeschwindigkeit zu bestimmen. Die Strömungsgeschwindigkeit kann bestimmt werden, indem das Maß der Veränderung des Temperaturunterschiedes ΔT in der zweiten Phase mit dem bestimmten Maß der Veränderung bei früheren Messungen verglichen wird, von denen die Strömungsgeschwindigkeit bekannt ist.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der ersten und zweiten Position einstellbar. Die Messeinrichtung gemäß der Erfindung kann beispielsweise an die Rohrdicke oder das Rohrmaterial angepasst werden.
Die rohrtemperaturverändernden Mittel bestehen vorzugsweise aus einer plattenförmigen Oberfläche, die für das Anlegen an das Rohr bestimmt ist. Dadurch müssen die rohrtemperaturverändernden Mittel nicht an den Rohrdurchmesser angepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Messeinrichtung gemäß der Erfindung sind die rohrtemperaturverändernden Mittel auch für die einstellbare Veränderung der Temperatur des Rohres an der zweiten Position entlang des Rohres eingerichtet, und zwar auf eine Art und Weise, dass, wenn die rohrtemperaturverändernden Mittel für die Erwärmung des Rohrs an der ersten Position eingerichtet sind, sie gleichzeitig für die Kühlung des Rohres an der zweiten Position eingerichtet sind, oder, wenn die rohrtemperaturverändernden Mittel für die Kühlung des Rohres an der ersten Position eingerichtet sind, sie gleichzeitig für die Erwärmung des Rohres an der zweiten Position eingerichtet sind.
In einer alternativen weiteren Ausführungsform der Messeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind die rohrtemperaturverändernden Mittel auch eingerichtet für die einstellbare Veränderung der Temperatur des Rohres auf der zweiten Position entlang des Rohres, und zwar auf eine Art und Weise, dass, wenn die rohrtemperaturverändernden Mittel für die Erwärmung des Rohrs an der ersten Position eingerichtet sind, sie gleichzeitig für die Erwärmung des Rohres an der zweiten Position eingerichtet sind, oder, wenn die rohrtemperaturverändernden Mittel für die Kühlung des Rohres an der ersten Position eingerichtet sind, sie gleichzeitig für die Kühlung des Rohres an der zweiten Position eingerichtet sind.
Durch die Veränderung der Temperatur des Rohres an sowohl der ersten als auch an der zweiten Position wird ein doppelter Messbereich geschaffen.
Insbesondere die Ausführung der innovativen Messeinrichtung, wobei die rohrtemperaturverändernden Mittel die Temperatur des Rohres sowohl an der ersten als auch an der zweiten Position verändern, ist hervorragend für die Selbstlernfunktion geeignet.
Zur Befestigung der Messeinrichtung am Rohr umfasst die Messeinrichtung vorzugsweise ein Befestigungsteil, das bei Gebrauch der Messeinrichtung in Längsrichtung des Rohres vor allem am Rohr anliegt. In Längsrichtung des Befestigungsteils ist aufeinanderfolgend ein erstes und zweites Federelement angebracht, wobei jedes Federelement ein erstes Ende besitzt, das fest mit dem Befestigungsteil verbunden ist, und ein zweites Ende, das nicht mit dem Befestigungsteil verbunden ist. Am zweiten Ende des ersten Federelementes ist der erste Temperaturaufnehmer befestigt und am zweiten Ende des zweiten Federelementes ist der zweite Temperaturaufnehmer befestigt, und zwar auf eine Art und Weise, dass nach der Befestigung des Befestigungsteils der erste und zweite Temperaturaufnehmer entgegen der Federwirkung am Rohr anliegen.
Vorzugsweise umfasst das Befestigungsteil weitere Federelemente, von denen jedes ein erstes Ende umfasst, das fest mit dem Befestigungsteil verbunden ist und ein freies zweites Ende, wobei an das zweite Ende die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) angebracht sind, und zwar in einer Art und Weise, dass nach der Befestigung des Befestigungsteils die rohrtemperaturverändernden Mittel entgegen der Federwirkung am Rohr anliegen.
Für die Positionierung des Befestigungsteils am Rohr umfasst das Befestigungsteil vorzugsweise an einer Seite, die bei Gebrauch der Messeinrichtung am Rohr anliegt, mehrere biegsame Vorsprünge. Diese Vorsprünge sind vorzugsweise paarweise ausgeführt. Durch Biegen dieser Vorsprünge kann die Messeinrichtung zur Befestigung an Rohren mit verschiedenen Durchmessern angepasst werden.
Vorzugsweise umfasst das Befestigungsteil mehrere Öffnungen für die dauerhafte Befestigung des Befestigungsteils am Rohr mittels Spannhilfsmitteln wie Kabelbinder.
In einer praktischen Ausführungsform der Messeinrichtung ist das Befestigungsteil plattenförmig.
Die Erfindung betrifft auch eine Arbeitsweise für das Messen einer Veränderung in einer Flüssigkeitsströmung durch ein Rohr, wobei die Arbeitsweise an einer Außenseite des Rohres anwendbar ist und die folgenden Schritte umfasst:

a). das Messen der Temperatur an einer ersten Stelle an der Außenseite des Rohrs;
b). das Messen der Temperatur an einer zweiten Stelle an der Außenseite des Rohrs;
c). das Verändern der Temperatur des Rohres an der ersten Position entlang des Rohrs;
d). die Berechnung von Veränderungen in der Flüssigkeitsströmung auf der Grundlage der in Schritt a) und Schritt b) gemessenen Temperatur;
e). das Abgeben eines Signals auf der Grundlage der in Schritt d) berechneten Veränderung.

Die Arbeitsweise hat das innovative Merkmal, dass in Schritt d) der Temperaturunterschied ΔT zwischen der in Schritt a) und Schritt b) gemessenen Temperatur registriert und berechnet wird und anhand des berechneten Temperaturunterschiedes ΔT die folgenden Phasen in der Flüssigkeitsströmung festgestellt werden:

d1) Eine erste Phase, in der die Flüssigkeit nahezu still liegt, und ΔT innerhalb einer vorher bestimmten ersten Bandbreite liegt.
d2) Eine zweite Phase, in der die Flüssigkeit fließt und ΔT außerhalb der vorher bestimmten ersten Bandbreite liegt und sich kontinuierlich verändert.

In einer Ausführung der Arbeitsweise gemäß der Erfindung kann zudem die weitere folgende Phase festgestellt werden:

d3) Eine dritte Phase, in der die Flüssigkeit fließt und ΔT innerhalb einer vorher bestimmten zweiten Bandbreite liegt.

In einer Vorzugsausführungsweise der Arbeitsweise gemäß der Erfindung wird in Schritt d) für die Bestimmung der verschiedenen Phasen der registrierte Temperaturunterschied ΔT differenziert.
In einer alternativen Ausführungsweise der Arbeitsweise gemäß der Erfindung wird das Rohr in Schritt c) abgekühlt.
Vorzugsweise wird der erste und zweite Temperaturaufnehmer (3, 4) durch die Messung von Tc und Ta kalibriert, wenn die rohrtemperaturverändernden Mittel ausgeschaltet sind.
Die Erfindung wird anhand folgender Abbildungen näher erläutert, wobei:
eine schematische Übersicht der Teile einer ersten Ausführungsform der Messeinrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
eine schematische Übersicht der Teile einer zweiten Ausführungsform der Messeinrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
eine schematische Übersicht der Rechenmittel und des Signalgenerators der Messeinrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
ein Befestigungsteil als Teil der innovativen Messeinrichtung zeigt.
eine Messung des Verlaufs von S_kΔT bei Erwärmung des Rohrs durch die rohrtemperaturverändernden Mittel zeigt, wenn die Flüssigkeit in Richtung des ersten Temperaturaufnehmers zum zweiten Temperaturaufnehmer fließt;
eine Messung des Verlaufs von S_kΔT bei Erwärmung des Rohrs durch die rohrtemperaturverändernden Mittel zeigt, wenn die Flüssigkeit in Richtung des zweiten Temperaturaufnehmers zum ersten Temperaturaufnehmer fließt;
eine Messung des Verlaufs von S_kΔT bei Abkühlung des Rohrs durch die rohrtemperaturverändernden Mittel zeigt, wenn die Flüssigkeit in Richtung des ersten Temperaturaufnehmers zum zweiten Temperaturaufnehmer fließt;
eine Messung des Verlaufs von S_kΔT bei Abkühlung des Rohrs durch die rohrtemperaturverändernden Mittel zeigt, wenn die Flüssigkeit in Richtung des zweiten Temperaturaufnehmers zum ersten Temperaturaufnehmer fließt;
Gleiche Ziffern in den verschiedenen Abbildungen kennzeichnen gleiche Teile.
zeigt eine schematische Übersicht der Teile einer ersten Ausführungsform der Messeinrichtung 1 gemäß der Erfindung. Die Messeinrichtung 1 umfasst die rohrtemperaturverändernden Mittel 2 für das einstellbare Verändern der Temperatur des Rohres 100 an einer ersten Position A entlang des Rohrs 100. Die rohrtemperaturverändernden Mittel 2 liegen am Rohr 100 an und erwärmen oder kühlen die Flüssigkeit im Rohr indirekt durch die Erwärmung oder Kühlung des Rohres 100. Die Messeinrichtung 1 umfasst ferner einen ersten Temperaturaufnehmer 3 für das Messen der Rohrtemperatur Tc in der Nähe der ersten Position A und eines zweiten Temperaturaufnehmers 4 für das Messen der Rohrtemperatur Ta an einer zweiten Position B entlang des Rohrs 100. Die zweite Position B wurde auf die Art und Weise gewählt, dass der Einfluss der temperaturverändernden Mittel 2 auf die Rohrtemperatur an der Stelle der zweiten Position B gering ist. Die Messeinrichtung 1 umfasst auch Rechenmittel und einen Signalgenerator, die sich vorzugsweise in einem Gehäuse 5 befinden. Die Rechenmittel sind zur Bestimmung von Veränderungen in der Flüssigkeitsströmung auf der Grundlage von mindestens der gemessenen Temperatur Tc und Ta während des Einsatzes der rohrtemperaturverändernden Mittel eingerichtet. Der Signalgenerator arbeitet zusammen mit den Rechenmitteln und generiert ein Ausgangssignal, das Informationen über eine Veränderung der Strömung im Rohr 100 enthält. Die Funktion der Rechenmittel und des Signalgenerators wird weiter in erläutert.
Die rohrtemperaturverändernden Mittel 2 sind vorzugsweise plattenförmig und liegen am Rohr 100 an.
Die zeigt eine schematische Übersicht der Teile einer zweiten Ausführungsform der Messeinrichtung 1 gemäß der Erfindung. In dieser Ausführungsform sind die rohrtemperaturverändernden Mittel 2 zudem für das einstellbare Verändern der Temperatur des Rohres 100 an einer zweiten Position B entlang des Rohrs 100 eingerichtet. Die rohrtemperaturverändernden Mittel 2 sind dabei für die Erwärmung des Rohres 100 an der ersten Position A und das Kühlen des Rohres 100 an der zweiten Position B oder das Kühlen des Rohres 100 an der ersten Position A und die Erwärmung des Rohres 100 an der zweiten Position B eingerichtet. Als Alternative können die rohrtemperaturverändernden Mittel 2 für die Erwärmung des Rohres 100 an der ersten Position A und die Erwärmung des Rohres 100 an der zweiten Position B oder das Kühlen des Rohres 100 an der ersten Position A und das Kühlen des Rohres 100 an der zweiten Position B eingerichtet sein. Durch diese Maßnahmen wird der Messbereich der Messeinrichtung 1 auf innovative Weise verdoppelt.
Der erste und zweite Temperaturaufnehmer ist vorzugsweise über elektrisch leitfähige Drähte mit den Rechenmitteln verbunden.
Die zeigt eine schematische Übersicht der Rechenmittel 6 und des Signalgenerators 12 der Messeinrichtung gemäß der Erfindung. Die Rechenmittel 6 umfassen signalverarbeitende Mittel 7 für die Verarbeitung der Signale S_Tc; S_Ta des ersten und zweiten Temperaturaufnehmers 3, 4. Die signalverarbeitenden Mittel 7 umfassen einen Rechenfilter 8 mit einem ersten und zweiten Eingang 8-1, 8-2 und einen Ausgang 8-3. Der erste Eingang 8-1 ist an den ersten Temperaturaufnehmer 3 gekoppelt, der zweite Eingang 8-2 ist an den zweiten Temperaturaufnehmer 4 gekoppelt. Der Rechenfilter 8 generiert im Betrieb ein Signal S_ΔT am Ausgang 8-3 der Differenz zwischen Tc und Ta. Eine praktische Ausarbeitung des Rechenfilters 8 ist als Wheatstone bridge ausgeführt. Die signalverarbeitenden Mittel 7 umfassen daneben einen Verstärker 9 mit einem Eingang 9-1 und einem Ausgang 9-2. Eingang 9-2 ist an den Ausgang 8-3 des Rechenfilters 8 angeschlossen. Der Verstärker 9 verstärkt das Signal S_ΔT mit einem einstellbaren Faktor K und leitet das gegebene Signal S_kΔT an den Ausgang 9-2.
Die signalverarbeitenden Mittel 7 umfassen daneben einen Differenziator 10 mit einem Eingang 10-1 und einem Ausgang 10-2. Der Eingang 10-1 ist an den Ausgang 9-2 des Differenzverstärkers 9 angeschlossen. Der Differenziator 10 ist zur Generierung des Differenzsignals S_kΔT' am Ausgang 10-2 des Differentiators 10 eingerichtet. Das Signal S_kΔT' enthält Information über das Maß der Veränderung des Ausgangssignals des Verstärkers 9.
Außerdem umfassen die signalverarbeitenden Mittel 7 einen Filter 11, versehen mit einem Eingang 11-1 und einem Ausgang 11-2. Der Eingang 11-1 ist mit dem Ausgang 10-2 des Differenziators 10 verbunden. Der Filter 11 ist zur Ausfilterung von Rauschsignalen am Differenzsignal S_kΔT' eingerichtet. Das Ausgangssignal an Ausgang 11-2 des Filters liefert ein sauberes Signal S_flow, woraus bequem abzuleiten ist, ob eine Strömung der Flüssigkeit stattgefunden hat. Dieses Signal kann auch noch weiteren Mitteln 12 angeboten werden, die die Information über die Strömung abhandeln.
Die Rechenmittel 6 können auch einen Speicher 14 enthalten, wobei mittels bekannter Mittel Rohrparameter wie Durchmesser, Dicke und Art des Materials gespeichert werden können. Daneben können auch andere externe Informationen mittels der bekannten Mittel im Speicher 14 gespeichert werden.
Vorzugsweise umfassen die Rechenmittel 6 auch eine Selbstlernoption 13, wobei die Selbstlernoption 13 vom Speicher 14 Gebrauch macht, um Messungen zu speichern und wieder auszulesen. Mithilfe der Selbstlernoption 13 kann sich das Messsystem gemäß der Erfindung selbst optimieren, indem es Gebrauch von Daten und früheren Messungen macht, die im Speicher 14 gespeichert sind, um den Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers und die Einstellungen des Rauschfilters zu bestimmen.
Daneben können die Daten im Speicher 14 genutzt werden, um die Steuerung 15 für die rohrtemperaturverändernden Mittel 2 zu steuern.
zeigt ein Befestigungsteil 20 als Teil der innovativen Messeinrichtung. Das Befestigungsteil 20 ist für die Befestigung der Messeinrichtung 1 an das Rohr 100 bestimmt. Das Befestigungsteil 20 ist vorzugsweise plattenförmig. Bei Nutzung der Messeinrichtung 1 liegt das Befestigungsteil 20 in Längsrichtung des Rohres 100 am Rohr an. In Längsrichtung des Befestigungsteils 20 sind aufeinanderfolgend ein erstes Federelement 21 und ein zweites Federelement 22 angebracht. Jedes Federelement, 21 und 22, hat ein erstes Ende 21-A, 22-A, das fest mit dem Befestigungsteil 20 verbunden ist. Daneben hat jedes Federelement, 21, 22, ein nicht mit Befestigungsteil 20 verbundenes zweites Ende, 21-B, 22-B. Am zweiten Ende 21-B des ersten Federelements 21 ist der erste Temperaturaufnehmer 3 befestigt. Am zweiten Ende 22-B des zweiten Federelements 22 ist der zweite Temperaturaufnehmer 4 befestigt. Nach der Befestigung des Befestigungsteils 20 an das Rohr 100 liegen der erste und zweite Temperaturaufnehmer 3, 4 entgegen der Federwirkung des Federelements 21, 22 am Rohr 100 an.
Daneben umfasst das Befestigugsteil 20 weitere Federelemente 23, von denen in dieser Abbildung ein (1) Federelement 23 gezeigt wird. Jedes Federelement 23 umfasst ein erstes Ende 23-A, das fest mit dem Befestigungsteil 20 verbunden ist und ein freies zweites Ende 23-B. Am zweiten Ende 23-B jedes Federelements 23 sind die rohrtemperaturverändernden Mittel 2 angebracht. Nach der Befestigung des Befestigungsteils 20 an das Rohr 100 liegen die rohrtemperaturverändernden Mittel 2 entgegen der Federwirkung der Federelemente 23 am Rohr 100 an.
Um die Positionierung an Rohren mit verschiedenen Durchmessern zu erleichtern, umfasst das Befestigungsteil 20 an einer Seite C, das beim Gebrauch der Messeinrichtung 1 am Rohr 100 anliegt, mehrere biegsame Vorsprünge 24. Diese Vorsprünge 24 sind vor allem quer in Längsrichtung des Befestigungsteils 20 biegsam und federnd, um auf dem Rohr (100) zentriert werden zu können. Vorzugsweise sind die Vorsprünge 24 paarweise angebracht und werden in der Praxis in verschiedene Richtungen verbogen.
Für die nachhaltige Befestigung des Befestigungsteils 20 am Rohr 100 umfasst das Befestigungsteil 20 mehrere Öffnungen 25. Diese Öffnungen 25 sind für das Zusammenwirken mit Spannmitteln wie Kabelbinder vorgesehen, die bei Gebrauch das Befestigungsteil 20 gegen das Rohr 100 spannen.
zeigt eine Messung des Verlaufs von S_kΔT bei Erwärmung des Rohrs 100 durch rohr-100-temperaturverändernde Mittel 2, wenn die Flüssigkeit in Richtung des ersten Temperaturaufnehmers 3 zum zweiten Temperaturaufnehmer 4 fließt. In der Messung können drei Phasen festgestellt werden:
Eine erste Phase F1, in der die Flüssigkeit nahezu still liegt, und S_ΔT innerhalb einer vorher bestimmten ersten Bandbreite liegt.
Eine zweite Phase F2, in der die Flüssigkeit fließt und S_ΔT außerhalb der vorher bestimmten ersten Bandbreite liegt und sich kontinuierlich verändert.
Eine dritte Phase F3, in der die Flüssigkeit fließt und S_ΔT innerhalb einer vorher bestimmten zweiten Bandbreite liegt.
Mit einem Differenziator 10 kann das Gebiet F2 auf einfache Weise bestimmt werden. Eventuelle Rauschsignale infolge des Differenzierens können vom Filter 11 ausgefiltert werden.
zeigt eine Messung des Verlaufs von S_kΔT bei Erwärmung des Rohrs 100 durch rohr-100-temperaturverändernde Mittel 2, wenn die Flüssigkeit in Richtung des ersten Temperaturaufnehmers 4 zum zweiten Temperaturaufnehmer 3 fließt. Die Konditionen dieser Messung sind mit denen aus identisch, mit dem Unterschied, dass die Strömung im Rohr 100 entgegengesetzt verläuft. In dieser Grafik sind zudem die drei Phasen F1, F2 und F3 zu unterscheiden, woraus ersichtlich ist, dass die Messeinrichtung gemäß der Erfindung bidirektional feststellen kann, dass eine Strömung stattgefunden hat.
zeigt eine Messung des Verlaufs von S_kΔT bei Abkühlung des Rohrs 100 durch rohr-100-temperaturverändernde Mittel 2, wenn die Flüssigkeit in Richtung des ersten Temperaturaufnehmers 3 zum zweiten Temperaturaufnehmer 4 fließt. Diese Messung zeigt, dass die Messeinrichtung gemäß der Erfindung auch funktioniert, wenn die temperaturverändernden Mittel 2 das Rohr 100 und damit die Flüssigkeit abkühlen. Die drei Phasen F1, F2 und F3 müssen unterschieden werden.
zeigt eine Messung des Verlaufs von S_kΔT bei Abkühlung des Rohrs 100 durch rohr-100-temperaturverändernde Mittel 2, wenn die Flüssigkeit in Richtung des zweiten Temperaturaufnehmers 4 zum ersten Temperaturaufnehmer 3 fließt. Diese Messung zeigt, dass die Messung gemäß auch in entgegengesetzter Strömungsrichtung funktioniert. Auch hier müssen die drei verschiedenen Phasen F1, F2 und F3 unterschieden werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle Ausführungsformen, die unter die beigefügten Schlussfolgerungen fallen, wobei die Abbildungen der Erläuterung dienen.
Die rohrtemperaturverändernden Mittel 2 können auch eingerichtet sein, um an mehreren Stellen in der Nähe der ersten Position A oder der zweiten Position B das Rohr 100 zu erwärmen oder zu kühlen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1593940 [0003]

Claims

Nichtinvasive Messeinrichtung (1) für das Messen einer Veränderung in einer Flüssigkeitsströmung durch ein Rohr (100), wobei die Messeinrichtung (1) zur Befestigung an einer Außenseite des Rohres (100) eingerichtet wurde und Folgendes umfasst: – rohrtemperaturverändernde Mittel (2) für die regulierbare Veränderung der Temperatur des Rohres (100) an einer ersten Position (A) entlang des Rohres (100), wobei die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) zum Anliegen am Rohr (100) eingerichtet wurden; – einen ersten Temperaturaufnehmer (3) für das Messen der Rohrtemperatur Tc in der Nähe der ersten Position (A); – einen zweiten Temperaturaufnehmer (4) für das Messen der Rohrtemperatur Ta an einer zweiten Position (B) entlang des Rohrs (100), wobei die zweite Position (B) so gewählt ist, dass der Einfluss der Änderung der Rohrtemperatur an der ersten Position (A) durch die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) auf die Rohrtemperatur an der zweiten Position (B) gering ist; – Rechenmittel (6) zur Bestimmung von Veränderungen in der Strömung auf der Grundlage von mindestens der gemessenen Temperatur Tc und Ta während des Einsatzes der rohrtemperaturverändernden Mittel (2), – einen Signalgenerator (12) für das Generieren eines Ausgangssignals, das für die Zusammenarbeit mit den Rechenmitteln (6) eingerichtet wurde, wobei das Ausgangssignal Informationen über die Strömung im Rohr (100) enthält, mit dem Merkmal, dass die Rechenmittel (6) für die Berechnung und Registrierung eines Temperaturunterschieds ΔT zwischen Tc und Ta eingerichtet sind, und die Rechenmittel (6) für die Feststellung der folgenden Phasen in der Flüssigkeitsströmung eingerichtet sind: c) Eine erste Phase (F1), in der die Flüssigkeit nahezu still liegt, und ΔT innerhalb einer vorher bestimmten ersten Bandbreite liegt; d) eine zweite Phase, in der die Flüssigkeit fließt und ΔT außerhalb der vorher bestimmten ersten Bandbreite liegt und sich kontinuierlich verändert.
Messeinrichtung gemäß Schlussfolgerung 1, in der die Rechenmittel (6) für die Feststellung einer dritten Phase (F3) eingerichtet sind, in der die Flüssigkeit fließt und ΔT innerhalb einer vorher bestimmten zweiten Bandbreite liegt.
Messeinrichtung (1) gemäß Schlussfolgerung 1 oder 2, wobei die Rechenmittel (6) signalverarbeitende Mittel (7) für die Verarbeitung der Signale (S_Tc; S_Ta) des ersten und zweiten Temperaturaufnehmers (3, 4) umfassen, wobei die signalverarbeitenden Mittel (7) einen Differenzverstärker (8, 9) mit einem ersten und zweiten Eingang und einen Ausgang umfassen, wobei der erste Eingang an den ersten Temperaturaufnehmer (3) und der zweite Eingang an den zweiten Temperaturaufnehmer (4) gekoppelt ist und der Differenzverstärker (8, 9) im Betrieb ein verstärktes Signal S_kΔT des Unterschieds zwischen S_Tc und S_Ta generiert, wobei das Maß der Verstärkung k einstellbar ist und die signalverarbeitenden Mittel (7) zudem einen Differenziator (10) mit einem Eingang und Ausgang umfassen, wobei der Eingang des Differentiators (10) an den Ausgang des Differenzverstärkers (8, 9) gekoppelt ist, wobei der Differentiator (10) zur Generierung eines Differenzsignals S_kΔT' am Ausgang des Differentiators (10) eingerichtet ist, welches Signal S_kΔT' Informationen über das Maß der Veränderung von Signal S_kΔT umfasst, und wobei der Signalgenerator (12) zur Generierung des Ausgangssignals auf der Grundlage des Differenzsignals S_kΔT' eingerichtet ist, wobei der Signalgenerator (12) einen Filter (11) für die Ausfilterung von Rauschsignalen auf dem Differenzsignal S_kΔT' umfasst.
Messeinrichtung (1) gemäß Schlussfolgerung 3, wobei die Differenzverstärker (8, 9) diskret und der Differenziator (10) und der Signalgenerator (12) softwaremäßig ausgeführt sind.
Messeinrichtung (1) gemäß einer der Schlussfolgerungen 1 bis 4, wobei die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) für die Kühlung des Rohres (100) eingerichtet sind.
Messeinrichtung (1) gemäß einer der vorherigen Schlussfolgerungen, wobei die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) ein Peltier-Element für die Veränderung der Rohrtemperatur umfassen.
Messeinrichtung (1) gemäß einer der vorherigen Schlussfolgerungen, wobei die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) automatische Einstellmittel für die Veränderung der Rohrtemperatur umfassen, wobei die Einstellmittel für die Bestimmung der Veränderung der Rohrtemperatur auf der Grundlage der Eigenschaften des Rohres (100) – worunter beispielsweise die Durchmesser des Rohres (100) oder das Material des Rohres (100) – und externer Bedingungen des Rohres (100) eingerichtet sind – worunter beispielsweise die Umgebungstemperatur rund um das Rohr (100), die Eigenschaften der Flüssigkeit, wie der thermische Leitfähigkeitskoeffizient oder der Neigungswinkel des Rohres (100) und frühere, in den automatischen Einstellmitteln gespeicherten Messungen.
Messeinrichtung (1) gemäß Schlussfolgerung 7, wobei die Messeinrichtung einen Neigungswinkelmesser für die automatische Bestimmung des Neigungswinkels umfasst.
Messeinrichtung (1) gemäß Schlussfolgerung 7 oder 8, wobei die Messeinrichtung für die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch das Rohr (100) durch die Bestimmung des Maßes der Veränderung des Temperaturunterschieds ΔT in der zweiten Phase (F2) und den Vergleich des Maßes der Veränderung mit früheren Messungen eingerichtet ist, von denen die Strömungsgeschwindigkeit bekannt ist.
Messeinrichtung (1) gemäß einer der vorherigen Schlussfolgerungen, wobei der Abstand zwischen der ersten Position (A) und der zweiten Position (B) einstellbar ist.
Messeinrichtung (1) gemäß einer der vorherigen Schlussfolgerungen, wobei die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) eine plattenförmige Oberfläche umfassen, die zur Anlage am Rohr (100) bestimmt ist.
Messeinrichtung (1) gemäß Schlussfolgerung 5 bis 11, wobei die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) auch für die einstellbare Veränderung der Temperatur des Rohres (100) an der zweiten Position (B) entlang des Rohres (100) eingerichtet sind, und zwar auf eine Art und Weise, dass, wenn die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) für die Erwärmung des Rohrs (100) an der ersten Position (A) eingerichtet sind, sie gleichzeitig für die Kühlung des Rohres (100) an der zweiten Position (B) eingerichtet sind, oder, wenn die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) für die Kühlung des Rohres (100) an der ersten Position (A) eingerichtet sind, sie gleichzeitig für die Erwärmung des Rohres (100) an der zweiten Position (B) eingerichtet sind.
Messeinrichtung (1) gemäß Schlussfolgerung 5 bis 11, wobei die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) auch für die einstellbare Veränderung der Temperatur des Rohres (100) an der zweiten Position (B) entlang des Rohres (100) eingerichtet sind, und zwar auf eine Art und Weise, dass, wenn die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) für die Erwärmung des Rohrs (100) an der ersten Position (A) eingerichtet sind, die gleichzeitig für die Erwärmung des Rohres (100) an der zweiten Position (B) eingerichtet sind, oder, wenn die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) für die Kühlung des Rohres (100) an der ersten Position (A) eingerichtet sind, sie gleichzeitig für die Kühlung des Rohres (100) an der zweiten Position (B) einrichtet sind.
Messeinrichtung (1) gemäß einer der vorhergehenden Schlussfolgerungen, wobei die Messeinrichtung (1) ein Befestigungsteil (20) für die Befestigung der Messeinrichtung (1) am Rohr (100) umfasst, das bei Gebrauch der Messeinrichtung (1) in Längsrichtung des Rohres (100) hauptsächlich am Rohr (100) anliegt, wobei in Längsrichtung des Befestigungsteils (20) aufeinanderfolgend ein erstes und zweites Federelement (21, 22) angebracht ist, wobei jedes Federelement (21, 22) ein erstes Ende (21-A, 22-A) besitzt, das fest verbunden ist mit dem Befestigungsteil (20) und ein nicht mit Befestigungsteil (20) verbundenes zweites Ende (21-B, 22-B), wobei am zweiten Ende (21-B) des ersten Federelements (21) der erste Temperaturaufnehmer (3) und am zweiten Ende (22-B) des zweiten Federelements (22) der zweite Temperaturaufnehmer (4) befestigt ist, und zwar auf eine Art und Weise, dass nach Befestigung des Befestigungsteils (20) der erste und zweite Temperaturaufnehmer (3, 4) entgegen der Federwirkung am Rohr (100) anliegen.
Messeinrichtung (1) gemäß Schlussfolgerung 14, wobei das Befestigungsteil (20) weitere Federelemente (23) umfasst, jeweils mit einem ersten Ende (23-A), das fest mit dem Befestigungsteil (20) verbunden ist, und einem freien, zweiten Ende (23-B), wobei am zweiten Ende (23-B) die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) angebracht sind, und zwar in einer Art und Weise, dass nach der Befestigung des Befestigungsteils (20) am Rohr (100) die rohrtemperaturverändernden Mittel (2) entgegen der Federwirkung am Rohr (100) anliegen.
Messeinrichtung (1) gemäß Schlussfolgerung 14 oder 15, wobei das Befestigungsteil (20) an einer Seite (C), die bei Gebrauch der Messeinrichtung (1) am Rohr (100) anliegt, mehrere biegsame Vorsprünge (24) umfasst, die hauptsächlich quer zur Längsrichtung des Befestigungsteils (20) biegsam und vorzugsweise federnd sind, welche Vorsprünge für das Zentrieren der Messeinrichtung (1) am Rohr (100) bestimmt sind.
Messeinrichtung (1) gemäß Schlussfolgerung 14, 15 oder 16, wobei das Befestigungsteil (20) mehrere Öffnungen (25) umfasst, die für die Zusammenarbeit mit Spannmitteln wie beispielsweise Kabelbinder zur nachhaltigen Befestigung des Befestigungsteils (20) am Rohr (100) bestimmt sind.
Messeinrichtung (1) gemäß einer der Schlussfolgerungen 14 bis 17, wobei das Befestigungsteil (20) plattenförmig ist.