DE202021003603U1 - Device for measuring a flow rate of a fluid - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (10) zur Bestimmung einer Durchflussgeschwindigkeit eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, durch ein Volumen (12), aufweisend:das Volumen (12), wobei das Volumen (12) einen Fluideintritt (14) und einen Fluidaustritt (16) aufweist,eine Messvorrichtung (24) zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch eine oder mehrere in dem Volumen (12) angeordnete Ultraschall-Messstrecken, aufweisend wenigstens eine Ultraschall-Messstrecke (20-1, 20-2, 20-3) zum Messen der Durchflussgeschwindigkeit, wobei die wenigstens eine Ultraschall-Messstrecke (20-1, 20-2, 20-3) in dem Volumen (12) angeordnet ist und einen ihr zugeordneten Ultraschall-Sensor aufweist, um die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids zu messen und um wenigstens einen Durchflussgeschwindigkeitsmesswert auszugeben,eine Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit durch das Volumen (12) basiert auf dem wenigstens einen Durchflussgeschwindigkeitsmesswert;einen ersten Drucksensor (28) zur Messung eines ersten Drucks und einen zweiten Drucksensor (30) zur Messung eines zweiten Drucks, wobei der erste Drucksensor (28) undder zweite Drucksensor (30) in dem Volumen (12) angeordnet sind, wobei der erste Drucksensor (28) und der zweite Drucksensor (30) eine Differenzdruck-Bestimmungsstrecke (32) zur Bestimmung eines Differenzdrucks über der Differenzdruck-Bestimmungsstrecke (32) begrenzen,eine Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung (34) zur Bestimmung des Differenzdrucks über der Differenzdruck-Bestimmungsstrecke (32) unter Verwendung des ersten Drucks und des zweiten Drucks,eine Durchflussgeschwindigkeits-Änderungsbestimmungsvorrichtung (36) zur Bestimmung einer Änderung zwischen einem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit und einem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit undeine Differenzdruck-Änderungsbestimmungsvorrichtung (38) zur Bestimmung einer Änderung zwischen einem durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung (34) bestimmten Wert des Differenzdrucks und einem vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung (34) bestimmten Wert des Differenzdrucks, undeine Durchflussgeschwindigkeits-Bewertungsvorrichtung (40) zum Bewerten von durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Werten für die Durchflussgeschwindigkeit als fehlerfrei oder als fehlerhaft und zum Ausgeben von als fehlerfrei bewerteten Werten für die Durchflussgeschwindigkeit,wobei die Durchflussgeschwindigkeits-Bewertungsvorrichtung (40) ausgebildet ist, um den durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert für die Durchflussgeschwindigkeit als fehlerfrei zu bewerten,(i) wenn die Änderung zwischen dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit und dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit größer als ein erster Grenzwert für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit ist und die Änderung des Differenzdrucks größer als ein erster Grenzwert für die Änderung des Differenzdrucks ist, oder(ii) wenn die Änderung zwischen dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit und dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit kleiner als ein zweiter Grenzwert für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit ist und die Änderung des Differenzdrucks kleiner als ein zweiter Grenzwert für die Änderung des Differenzdrucks ist.Device (10) for determining a flow rate of a fluid, in particular a liquid, through a volume (12), comprising:the volume (12), the volume (12) having a fluid inlet (14) and a fluid outlet (16),a Measuring device (24) for measuring the flow rate of the fluid through one or more ultrasonic measuring sections arranged in the volume (12), having at least one ultrasonic measuring section (20-1, 20-2, 20-3) for measuring the flow rate, wherein the at least one ultrasonic measuring section (20-1, 20-2, 20-3) is arranged in the volume (12) and has an ultrasonic sensor assigned to it in order to measure the flow rate of the fluid and to output at least one flow rate measured value, a flow rate determination device (26) for determining the flow rate through the volume (12) based on the at least one flow rate meter t; a first pressure sensor (28) for measuring a first pressure and a second pressure sensor (30) for measuring a second pressure, the first pressure sensor (28) and the second pressure sensor (30) being arranged in the volume (12), the first pressure sensor (28) and the second pressure sensor (30) delimit a differential pressure determination section (32) for determining a differential pressure over the differential pressure determination section (32), a differential pressure determination device (34) for determining the differential pressure over the differential pressure determination section ( 32) using the first pressure and the second pressure, a flow rate change determiner (36) for determining a change between a value of the flow rate determined by the flow rate determiner (26) and a value previously determined by the flow rate determiner (26). the flow rate and a difference na pressure change determining means (38) for determining a change between a value of the differential pressure determined by the differential pressure determining means (34) and a value of the differential pressure previously determined by the differential pressure determining means (34), and a flow rate evaluating device (40) for evaluating values for the flow rate determined by the flow rate determination device (26) as error-free or as faulty and for outputting values for the flow rate evaluated as error-free, the flow rate evaluation device (40) being designed to evaluate the flow rate determined by the flow rate determination device (26 ) evaluating the determined value for the flow rate as error-free, (i) if the change between the value of the flow rate determined by the flow rate determining device (26) and the preceding value before the value of the flow rate determined by the flow rate determination device (26) is greater than a first limit value for the change in flow rate and the change in the differential pressure is greater than a first limit value for the change in the differential pressure, or (ii) if the change between the value of the flow rate determined by the flow rate determination device (26) and the value of the flow rate previously determined by the flow rate determination device (26) is less than a second limit value for the change in flow rate and the change in the differential pressure is less than a second limit value for the change in differential pressure.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung bzw. Ermittlung einer Durchflussgeschwindigkeit eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, durch ein Volumen, gemäß dem Schutzanspruch 1.The present invention relates to a device for determining or determining a flow rate of a fluid, in particular a liquid, through a volume, according to claim 1.

Durchflussgeschwindigkeiten von Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten in Volumina, beispielsweise Rohrleitungen oder Kanälen können mittels Ultraschallmesstechnik ermittelt werden. In der Regel werden hierzu Ultraschallpulse von einem Sensor ausgesandt und von demselben Sensor oder einem zweiten Sensor empfangen. Aus typischen Größen, beispielsweise der Laufzeit des Ultraschalls auf dem Messpfad mit der Strömung und entgegen der Strömung kann die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden.Flow rates of fluids, in particular liquids in volumes, such as pipelines or channels, can be determined using ultrasonic measurement technology. As a rule, for this purpose, ultrasonic pulses are emitted by a sensor and received by the same sensor or by a second sensor. The flow speed can be determined from typical variables, for example the transit time of the ultrasound on the measurement path with the flow and against the flow.

Eine derartige Vorrichtung hat jedoch eine begrenzte Messgenauigkeit, beispielsweise verursacht durch Luft- oder Fremd-Gasblasen im Fluid-System oder durch anderweitige Fremdmedien, die eine zu dem im System befindlichen Fluid unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit des verwendeten Ultraschallsignals aufweisen.However, such a device has a limited measuring accuracy, for example caused by air or foreign gas bubbles in the fluid system or by other foreign media that have a different propagation speed of the ultrasonic signal used in the fluid in the system.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung mit einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Messgenauigkeit bzw. erhöhten Fehlertoleranz anzugeben.Proceeding from this, the present invention is based on the object of specifying a device with improved measurement accuracy or increased error tolerance compared to the prior art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved by a device having the features of claim 1 . Advantageous configurations and developments of the invention are specified in the further claims.

Demnach wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Bestimmung bzw. Ermittlung einer Durchflussgeschwindigkeit eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, durch ein Volumen, gelöst, die Folgendes aufweist:

  • - das Volumen, wobei das Volumen einen Fluideintritt und einen Fluidaustritt aufweist,
  • - eine Messvorrichtung zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch eine oder mehrere in dem Volumen angeordnete Ultraschall-Messstrecken aufweisend wenigstens eine Ultraschall-Messstrecke zum Messen der Durchflussgeschwindigkeit, wobei die wenigstens eine Ultraschall-Messstrecke in dem Volumen angeordnet ist und einen ihr zugeordneten Ultraschall-Sensor aufweist, um die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids zu messen und um wenigstens einen Durchflussgeschwindigkeitsmesswert auszugeben,
  • - eine Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit durch das Volumen basiert auf dem wenigstens einen Durchflussgeschwindigkeitsmesswert;
  • - einen ersten Drucksensor zur Messung eines ersten Drucks und einen zweiten Drucksensor zur Messung eines zweiten Drucks, wobei der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor in dem Volumen angeordnet sind, wobei der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor eine Differenzdruck-Bestimmungsstrecke zur Bestimmung eines Differenzdrucks über der Differenzdruck-Bestimmungsstrecke begrenzen,
  • - eine Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung zur Bestimmung des Differenzdrucks über der Differenzdruck-Bestimmungsstrecke unter Verwendung des ersten Drucks und des zweiten Drucks,
  • - eine Durchflussgeschwindigkeits-Änderungsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung einer Änderung zwischen einem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit und einem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit und
  • - eine Differenzdruck-Änderungsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung einer Änderung zwischen einem durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert des Differenzdrucks und einem vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert des Differenzdrucks, und
  • - eine Durchflussgeschwindigkeits-Bewertungsvorrichtung zum Bewerten von durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Werten für die Durchflussgeschwindigkeit als fehlerfrei oder als fehlerhaft und zum Ausgeben von als fehlerfrei bewerteten Werten für die Durchflussgeschwindigkeit,
  • - wobei die Durchflussgeschwindigkeits-Bewertungsvorrichtung ausgebildet ist, um den durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert für die Durchflussgeschwindigkeit als fehlerfrei zu bewerten,
    1. (i) wenn die Änderung zwischen dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit und dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit größer als ein erster Grenzwert für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit ist und die Änderung des Differenzdrucks größer als ein erster Grenzwert für die Änderung des Differenzdrucks ist, oder
    2. (ii) wenn die Änderung zwischen dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit und dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit kleiner als ein zweiter Grenzwert für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit ist und die Änderung des Differenzdrucks kleiner als ein zweiter Grenzwert für die Änderung des Differenzdrucks ist.
Accordingly, the object on which the invention is based is achieved by a device for determining or determining a flow rate of a fluid, in particular a liquid, through a volume, which has the following:
  • - the volume, the volume having a fluid inlet and a fluid outlet,
  • - a measuring device for measuring the flow rate of the fluid through one or more ultrasonic measuring sections arranged in the volume, having at least one ultrasonic measuring section for measuring the flow rate, the at least one ultrasonic measuring section being arranged in the volume and having an ultrasonic sensor assigned to it to measure the flow rate of the fluid and to output at least one flow rate measurement value,
  • - a flow rate determination device for determining the flow rate through the volume based on the at least one flow rate measurement value;
  • - a first pressure sensor for measuring a first pressure and a second pressure sensor for measuring a second pressure, the first pressure sensor and the second pressure sensor being arranged in the volume, the first pressure sensor and the second pressure sensor over a differential pressure determination path for determining a differential pressure limit the differential pressure determination section,
  • - a differential pressure determination device for determining the differential pressure across the differential pressure determination section using the first pressure and the second pressure,
  • - a flow rate change determining device for determining a change between a value of the flow rate determined by the flow rate determining device and a value of the flow rate previously determined by the flow rate determining device and
  • - a differential pressure change determination device for determining a change between a value of the differential pressure determined by the differential pressure determination device and a value of the differential pressure previously determined by the differential pressure determination device, and
  • - a flow rate evaluation device for evaluating flow rate values determined by the flow rate determination device as error-free or erroneous and for outputting flow rate values evaluated as error-free,
  • - wherein the flow rate evaluation device is designed to evaluate the value for the flow rate determined by the flow rate determination device as error-free,
    1. (i) if the change between the flow rate value determined by the flow rate determination device and the flow rate value previously determined by the flow rate determination device is greater than a first limit value for the change in flow rate and the change in the differential pressure is greater than a first limit value for the change of the differential pressure, or
    2. (ii) if the change between the flow rate value determined by the flow rate determination device and the flow rate value previously determined by the flow rate determination device is less than a second limit value for the change in flow rate and the change in the differential pressure is less than a second limit value for the change in differential pressure.

Eine Vorrichtung mit den vorstehend genannten Merkmalen führt zu einer erhöhten Messgenauigkeit insbesondere aufgrund einer Eliminierung von Fehlmessungen der Ultraschallsensoren, die aufgrund von beispielsweise Fremdmedien im Fluid (dies können beispielsweise Gasblasen oder Luftblasen in einer Flüssigkeit oder Fremdmedien-Ansammlungen im Fluid sein).A device with the above-mentioned features leads to increased measurement accuracy, in particular due to the elimination of incorrect measurements by the ultrasonic sensors, which are due to foreign media in the fluid, for example (this can be gas bubbles or air bubbles in a liquid or accumulations of foreign media in the fluid).

In einer möglichen Ausführungsform weist die Vorrichtung mehr als eine Ultraschall-Messstrecke zum Messen der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids, insbesondere drei Ultraschall-Messstrecken zum Messen der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids, auf, wobei die Ultraschall-Messstrecken in dem Volumen stromabwärts oder stromaufwärts nacheinanderfolgend angeordnet sind und wobei jede Ultraschall-Messstrecke einen zugeordneten Ultraschall-Sensor aufweist. Dies erhöht die Redundanz und auch die Genauigkeit der Messungen.In one possible embodiment, the device has more than one ultrasonic measuring section for measuring the flow rate of the fluid, in particular three ultrasonic measuring sections for measuring the flow rate of the fluid, the ultrasonic measuring sections being arranged in succession in the volume downstream or upstream and wherein each ultrasonic measuring section has an associated ultrasonic sensor. This increases the redundancy and also the accuracy of the measurements.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform erstreckt sich die Differenzdruck-Bestimmungsstrecke über wenigstens Teile aller Ultraschall-Messstrecken. Somit erhöht sich die Genauigkeit der Messungen.In a further possible embodiment, the differential pressure determination section extends over at least parts of all ultrasonic measurement sections. This increases the accuracy of the measurements.

In einer optionalen Ausgestaltung weist/weisen der Ultraschall-Sensor oder wenigstens einer der Ultraschall-Sensoren, insbesondere alle der Ultraschall-Sensoren, jeweils zwei piezokeramische bzw. piezoelektrische Elemente auf. Dies stellt eine relativ einfache aber dennoch robuste Konstruktion dar.In an optional configuration, the ultrasonic sensor or at least one of the ultrasonic sensors, in particular all of the ultrasonic sensors, has/have two piezoceramic or piezoelectric elements. This represents a relatively simple but nevertheless robust construction.

Der Ultraschall-Sensor oder wenigstens einer der Ultraschall-Sensoren, insbesondere alle der Ultraschall-Sensoren kann/können ein Time-of-Flight-Sensor /Time-of-Flight-Sensoren sein. Dies sorgt für eine hohe Präzision der Messung bei relativ niedrigen Kosten für die Vorrichtung und relativ niedrigem Berechnungsaufwand zur Geschwindigkeitsbestimmung.The ultrasonic sensor or at least one of the ultrasonic sensors, in particular all of the ultrasonic sensors, can be a time-of-flight sensor. This ensures a high precision of the measurement with relatively low costs for the device and relatively low calculation effort for determining the speed.

Die Vorrichtung kann, wie obenstehend beschrieben, mehrere Ultraschall-Messstrecken aufweisen. In diesem Fall ist optional wenigstens eine erste Ultraschall-Messstrecke der mehr als einen Ultraschall-Messstrecken derart angeordnet und ausgebildet, dass die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids in einer Durchströmungsrichtung des Volumens gemessen wird und wenigstens eine zweite Ultraschall-Messstrecke der mehr als einen Ultraschall-Messstrecken ist derart angeordnet und ausgebildet, dass die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids entgegen der Durchströmungsrichtung des Volumens gemessen wird. Dies erhöht die Redundanz der Messung und ermöglicht eine präzise Messung.As described above, the device can have a plurality of ultrasonic measuring sections. In this case, at least one first ultrasonic measuring section of the more than one ultrasonic measuring section is optionally arranged and designed in such a way that the flow rate of the fluid is measured in a flow direction of the volume and at least one second ultrasonic measuring section of the more than one ultrasonic measuring section is arranged and designed in such a way that the flow rate of the fluid is measured counter to the flow direction of the volume. This increases the redundancy of the measurement and enables precise measurement.

Ebenfalls im Fall, dass die Vorrichtung mehrere Ultraschall-Messstrecken aufweist, kann die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung ausgebildet sein, um aus den in jeder der mehr als einen Ultraschall-Messstrecken mittels der Ultraschall-Sensoren gemessenen Durchflussgeschwindigkeiten, insbesondere gleichzeitig gemessenen Durchflussgeschwindigkeiten die Durchflussgeschwindigkeit zu bestimmen. Auch dies erhöht unter anderem die Präzision der Messung.Also in the event that the device has several ultrasonic measuring sections, the flow rate determination device can be designed to determine the flow rate from the flow rates measured in each of the more than one ultrasonic measuring sections by means of the ultrasonic sensors, in particular flow rates measured simultaneously. This also increases the precision of the measurement, among other things.

In einer möglichen Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Messvorgang- bzw. Abtastvorgang-Initiierer auf, der jeweils einen Messvorgang bzw. einen Abtastvorgang initiiert, wobei der Messvorgang- bzw. Abtastvorgang-Initiierer mit wenigstens einer, insbesondere allen der Ultraschall-Messstrecken, insbesondere den jeweiligen Ultraschall-Sensoren und mit dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor in Kommunikation steht, um einen Messvorgang bzw. einen Abtastvorgang an der jeweiligen Ultraschall-Messstrecke, insbesondere dem jeweiligen Ultraschall-Sensor und dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor zu initiieren, insbesondere gleichzeitig zu initiieren. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Bedeutung des Begriffs „gleichzeitig“ möglichst gleichzeitig im Rahmen der technischen Gegebenheiten bedeutet. D.h. also beispielsweise, dass zwei Messvorgänge, die im Sinne der vorliegenden Beschreibung gleichzeitig initiiert werden, auch von einem Prozessor oder einer Steuerung unmittelbar nacheinander sequentiell initiiert werden können, je nach der Kommunikationsstruktur der Vorrichtung. Der Begriff „gleichzeitig“ ist demnach ggf. auch als „unmittelbar nacheinanderfolgend“ zu interpretieren, wenn Signalwege oder Kommunikationsstrukturen dies nötig machen.In one possible embodiment, the device has a measuring process or scanning process initiator, which initiates a measuring process or a scanning process, wherein the measuring process or scanning process initiator works with at least one, in particular all of the ultrasonic measuring sections, in particular the respective ultrasonic sensors and is in communication with the first pressure sensor and the second pressure sensor in order to initiate a measuring process or a scanning process on the respective ultrasonic measuring section, in particular the respective ultrasonic sensor and the first pressure sensor and the second pressure sensor, in particular simultaneously initiate. At this point it should be noted that the meaning of the term "simultaneously" means as simultaneously as possible within the framework of the technical conditions. This means, for example, that two measurement processes that are initiated simultaneously in the sense of the present description can also be initiated sequentially in immediate succession by a processor or a controller, depending on the communication structure of the device. The term "simultaneously" can therefore also be interpreted as "immediately consecutively" if signal paths or communication structures make this necessary.

Die Vorrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet, um durch eine Verwendung der Messvorrichtung zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit und der Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung Messwerte für die Durchflussgeschwindigkeit, die aufgrund von Fremdmedien oder Gasblasen fehlerhaft sind, zu verwerfen.The device is designed in particular to discard measured values for the flow rate that are incorrect due to foreign media or gas bubbles by using the measuring device for measuring the flow rate and the differential pressure determination device.

In einer möglichen Ausführungsform ist der erste Grenzwert für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit gleich dem zweiten Grenzwert für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit. Alternativ hierzu oder zusätzlich hierzu ist der erste Grenzwert für die Änderung des Differenzdrucks gleich dem zweiten Grenzwert für die Änderung des Differenzdrucks. Dadurch wird ein geringer Aufwand bei der Ermittlung eines Ergebnisses bei gleichzeitig hoher Präzision benötigt.In one possible embodiment, the first flow rate change limit is equal to the second flow rate change limit. Alternatively or additionally, the first differential pressure change limit is equal to the second differential pressure change limit. As a result, little effort is required when determining a result with high precision at the same time.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist der vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmte Wert der Durchflussges.chwindigkeit der zeitlich unmittelbar vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmte Wert der Durchflussgeschwindigkeit. Alternativ hierzu oder zusätzlich hierzu ist der vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung bestimmte Wert des Differenzdrucks der zeitlich unmittelbar vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung bestimmte Wert des Differenzdrucks. Auch dies dient einem präzisen Ergebnis bei gleichzeitig geringem Aufwand zur Ermittlung desselben.In a further possible embodiment, the value of the flow rate previously determined by the flow rate determination device is the value of the flow rate determined immediately beforehand by the flow rate determination device. As an alternative to this or in addition to this, the value of the differential pressure previously determined by the differential pressure determination device is the value of the differential pressure determined immediately beforehand by the differential pressure determination device. This also serves to obtain a precise result with at the same time little effort to determine the same.

Die Vorrichtung kann dazu ausgebildet sein, um den Durchflussgeschwindigkeitsmesswert, der dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit zugrunde liegt, und die Werte für den ersten Druck und den zweiten Druck, die dem durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert des Differenzdrucks zugrunde liegen, in etwa, insbesondere genau zeitgleich zu bestimmen. Weiterhin kann die Vorrichtung alternativ oder zusätzlich hierzu dazu ausgebildet sein, um den Durchflussgeschwindigkeitsmesswert, der dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit zugrunde liegt, und die Werte für den ersten Druck und den zweiten Druck, die dem vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung bestimmten Wert des Differenzdrucks zugrunde liegen, in etwa, insbesondere genau zeitgleich, zu bestimmen.The device can be designed to measure the flow rate value, which is based on the value of the flow rate determined by the flow rate determination device, and the values for the first pressure and the second pressure, which are based on the value of the differential pressure determined by the differential pressure determination device , to be determined approximately, in particular exactly at the same time. Furthermore, as an alternative or in addition to this, the device can be designed to measure the flow rate measurement value, on which the value of the flow rate previously determined by the flow rate determination device is based, and the values for the first pressure and the second pressure, which are based on the value previously determined by the differential pressure Determination device based certain value of the differential pressure, approximately, in particular exactly at the same time to determine.

Optional weist die Vorrichtung eine Ultraschall-Empfangssignal-Amplituden-Bestimmungsvorrichtung zur Bestimmung von Scheitelwerten der Amplitude für jeweils eine Periode eines von der Messvorrichtung zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit empfangenen Ultraschallsignals und eine Ultraschall-Empfangssignal-Amplituden-Bewertungsvorrichtung auf, die ausgebildet ist, um auf Basis eines Wertes für die Amplitude und auf Basis des in etwa, insbesondere genau zeitgleich bestimmten Differenzdrucks zu bewerten, ob der Wert der Amplitude als fehlerfreier Wert zu betrachten ist oder ob der Wert der Amplitude als fehlerhafter Wert zu betrachten ist. Die Ultraschall-Empfangssignal-Amplituden-Bewertungsvorrichtung kann ausgebildet sein, um in dem Fall, in dem der Wert der Amplitude als fehlerhafter Wert zu betrachten ist, auf Basis eines zeitlich vorangehend bestimmten Scheitelwertes für die Amplitude und/oder auf Basis eines zeitlich nachfolgend bestimmten Scheitelwertes für die Amplitude und auf Basis des Differenzdrucks zu bewerten, ob der Wert der Amplitude als fehlerfreier Wert zu betrachten ist oder ob der Wert der Amplitude als fehlerhafter Wert zu betrachten ist.Optionally, the device has an ultrasonic received signal amplitude determination device for determining peak values of the amplitude for one period of an ultrasonic signal received by the measuring device for measuring the flow rate and an ultrasonic received signal amplitude evaluation device, which is designed to based on of a value for the amplitude and on the basis of the differential pressure determined approximately, in particular exactly at the same time, to evaluate whether the value of the amplitude is to be regarded as an error-free value or whether the value of the amplitude is to be regarded as an incorrect value. The ultrasonic received signal amplitude evaluation device can be designed to, in the case where the value of the amplitude is to be regarded as an erroneous value, on the basis of a peak value for the amplitude determined chronologically beforehand and/or on the basis of a peak value determined chronologically subsequently for the amplitude and on the basis of the differential pressure to evaluate whether the value of the amplitude is to be regarded as an error-free value or whether the value of the amplitude is to be regarded as an incorrect value.

Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft beschrieben. In den Zeichnungen zeigen

  • 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittdarstellung; und
  • 2 eine Darstellung eines beispielhaften Verlaufs einer Durchflussgeschwindigkeit und eines Differenzdrucks in der Vorrichtung gemäß 1.
The invention is described in the following by way of example with reference to the accompanying drawings using a preferred embodiment. Show in the drawings
  • 1 an embodiment of a device according to the invention in a sectional view; and
  • 2 a representation of an exemplary course of a flow rate and a differential pressure in the device according to FIG 1 .

In 1 ist eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Bestimmung bzw. Ermittlung einer Durchflussgeschwindigkeit eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, durch ein Volumen 12 hindurch dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist das Volumen12 auf, welches von dem Fluid, dessen Durchflussgeschwindigkeit zu bestimmen ist, in einer Strömungs- bzw. Durchflussrichtung durchströmt wird. Das Volumen 12 weist einen Fluideintritt 14 und einen Fluidaustritt 16 auf. Die Strömungs- bzw. Durchflussrichtung ist durch Pfeile 18 angedeutet, welche die Strömungs- bzw. Durchflussrichtung als sich vom Fluideintritt 14 zum Fluidaustritt 16 hin erstreckend definieren.In 1 a possible embodiment of a device 10 according to the invention for determining or determining a flow rate of a fluid, in particular a liquid, through a volume 12 is shown. The device 10 has the volume 12 through which the fluid, whose flow rate is to be determined, flows in a flow or flow direction. The volume 12 has a fluid inlet 14 and a fluid outlet 16 . The flow or flow direction is indicated by arrows 18 which define the flow or flow direction as extending from the fluid inlet 14 to the fluid outlet 16 .

Das Volumen 12 weist in der in 1 dargestellten Ausführungsform jeweils drei (in alternativen Ausführungsformen auch zwei oder mehr als drei, allgemein also mehrere) zwischen dem Fluideintritt 14 und dem Fluidaustritt 16 angeordnete Ultraschall-Messstrecken 20-1 (erste Ultraschall-Messstrecke), 20-2 (zweite Ultraschall-Messstrecke) und 20-3 (dritte Ultraschall-Messstrecke) auf. Die erste bis dritte Ultraschall-Messstrecke 20-1, 20-2 und 20-3 sind in der in 1 dargestellten Ausführungsform in der Strömungs- bzw. Durchflussrichtung nacheinander folgend zwischen dem Fluideintritt 14 und dem Fluidaustritt 16 angeordnet.The volume 12 has in 1 illustrated embodiment three (in alternative embodiments also two or more than three, i.e. generally several) ultrasonic measuring sections 20-1 (first ultrasonic measuring section), 20-2 (second ultrasonic measuring section) arranged between the fluid inlet 14 and the fluid outlet 16 and 20-3 (third ultrasonic measuring section). The first to third ultrasonic measuring sections 20-1, 20-2 and 20-3 are in 1 illustrated embodiment in the direction of flow or throughflow sequentially arranged between the fluid inlet 14 and the fluid outlet 16.

Die drei Ultraschall-Messstrecken 20-1, 20-2 und 20-3 sind jeweils durch ein piezokeramisches Element (in der Folge auch piezokeramischer Sensor genannt) 22-1 bis 22-6 an deren Beginn und deren Ende begrenzt.The three ultrasonic measurement sections 20-1, 20-2 and 20-3 are each delimited by a piezoceramic element (hereinafter also referred to as a piezoceramic sensor) 22-1 to 22-6 at their beginning and end.

Die erste Ultraschall-Messstrecke 20-1 wird durch einen ersten piezokeramischen Sensor 22-1 und einen zweiten piezokeramischen Sensor 22-2 begrenzt, die Bestandteile eines ersten Ultraschall-Sensors zum Messen der Durchflussgeschwindigkeit durch die erste Ultraschall-Messstrecke 20-1 sind. Die zweite Ultraschall-Messstrecke 20-2 wird durch einen dritten piezokeramischen Sensor 22-3 und einen vierten piezokeramischen Sensor 22-4 begrenzt, die Bestandteile eines zweiten Ultraschall-Sensors zum Messen der Durchflussgeschwindigkeit durch die zweite Ultraschall-Messstrecke 20-2 sind. Die dritte Ultraschall-Messstrecke 20-3 wird durch einen fünften piezokeramischen Sensor 22-5 und einen sechsten piezokeramischen Sensor 22-6 begrenzt, die Bestandteile eines dritten Ultraschall-Sensors zum Messen der Durchflussgeschwindigkeit durch die dritte Ultraschall-Messstrecke 20-3 sind.The first ultrasonic measuring section 20-1 is delimited by a first piezoceramic sensor 22-1 and a second piezoceramic sensor 22-2, which are components of a first ultrasonic sensor for measuring the flow rate through the first ultrasonic measuring section 20-1. The second ultrasonic measuring section 20-2 is delimited by a third piezoceramic sensor 22-3 and a fourth piezoceramic sensor 22-4, which are components of a second ultrasonic sensor for measuring the flow rate through the second ultrasonic measuring section 20-2. The third ultrasonic measuring section 20-3 is delimited by a fifth piezoceramic sensor 22-5 and a sixth piezoceramic sensor 22-6, which are components of a third ultrasonic sensor for measuring the flow rate through the third ultrasonic measuring section 20-3.

Die piezokeramischen Sensoren 22-1 bis 22-6 sind in einer Wand 25 des Volumens 12 angeordnet, alternativ auch an der Außenseite der Wand 25 des Volumens 12 angeordnet.The piezoceramic sensors 22 - 1 to 22 - 6 are arranged in a wall 25 of the volume 12 , alternatively also arranged on the outside of the wall 25 of the volume 12 .

Die erste und die dritte Ultraschall-Messstrecke 20-1 und 20-3 bzw. die piezokeramischen Sensoren 22-1, 22-2, 22-5 und 22-6 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids in der Durchströmungsrichtung der jeweiligen zugeordneten Ultraschall-Messstrecke 20-1 und 20-3 gemessen wird. Die zweite Ultraschall-Messstrecke 20-2 bzw. die piezokeramischen Sensoren 22-3und 22-4 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids entgegen der Durchströmungsrichtung der zugeordneten Ultraschall-Messstrecke 20-2 gemessen wird. Zur Messung bzw. Ermittlung der jeweiligen Durchflussgeschwindigkeit steht jede der Ultraschall-Messstrecken 20-1, 20-2 und 20-3 mit einer Messvorrichtung 24 zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch jede der Ultraschall-Messstrecken 20-1, 20-2 und 20-3 in Verbindung, die die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch jede der Ultraschall-Messstrecken 20-1, 20-2 und 20-3 misst (ggf. auch ermittelt bzw. bestimmt).The first and the third ultrasonic measurement section 20-1 and 20-3 and the piezoceramic sensors 22-1, 22-2, 22-5 and 22-6 are designed and arranged such that the flow rate of the fluid in the direction of flow respective assigned ultrasonic measuring section 20-1 and 20-3 is measured. The second ultrasonic measuring section 20-2 or the piezoceramic sensors 22-3 and 22-4 are designed and arranged in such a way that the flow rate of the fluid is measured counter to the flow direction of the associated ultrasonic measuring section 20-2. Each of the ultrasonic measurement sections 20-1, 20-2 and 20-3 is provided with a measuring device 24 for measuring the flow rate of the fluid through each of the ultrasonic measurement sections 20-1, 20-2 and 20 in order to measure or determine the respective flow rate -3 in connection, which measures the flow rate of the fluid through each of the ultrasonic measuring sections 20-1, 20-2 and 20-3 (possibly also determined or determined).

Die Messvorrichtung 24 ist in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform demnach vorgesehen, um drei Messwerte zu ermitteln, nämlich die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch die erste Ultraschall-Messstrecke 20-1, die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch die zweite Ultraschall-Messstrecke 20-2 und die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch die dritte Ultraschall-Messstrecke 20-3. In alternativen Ausführungsformen kann die Messvorrichtung 24 vorgesehen sein, um mehr akls drei oder aber auch weniger als drei Messwerte zu ermitteln, die Anzahl der Messwerte entspricht in der Regel der Anzahl der vorhandenen Ultraschall-Messstrecken.In the embodiment described here, measuring device 24 is therefore provided to determine three measured values, namely the flow rate of the fluid through the first ultrasonic measuring section 20-1, the flow rate of the fluid through the second ultrasonic measuring section 20-2 and the flow rate of the Fluid through the third ultrasonic measuring section 20-3. In alternative embodiments, the measuring device 24 can be provided in order to determine more than three or also fewer than three measured values; the number of measured values generally corresponds to the number of ultrasonic measurement sections present.

Zur Ermittlung bez. Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit v des Fluids durch das Volumen 12 weist die Vorrichtung 10 weiterhin eine Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit v durch das Volumen 12 auf, die mit der Messvorrichtung 24 in Verbindung steht und aus den von der Messvorrichtung 24 ausgegebenen Daten, d.h. in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform aus der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch die erste Ultraschall-Messstrecke 20-1, der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch die zweite Ultraschall-Messstrecke 20-2 und der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch die dritte Ultraschall-Messstrecke 20-3 die Durchflussgeschwindigkeit v des Fluids durch das Volumen 12 bestimmt bzw. ermittelt.To determine the flow rate v of the fluid through the volume 12, the device 10 also has a flow rate determination device 26 for determining the flow rate v through the volume 12, which is connected to the measuring device 24 and from the measuring device 24 output data, ie in the embodiment described here from the flow rate of the fluid through the first ultrasonic measuring section 20-1, the flow rate of the fluid through the second ultrasonic measuring section 20-2 and the flow rate of the fluid through the third ultrasonic measuring section 20- 3 the flow rate v of the fluid through the volume 12 is determined or ascertained.

In der in 1 beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Messung der Durchflussgeschwindigkeit mittels des Time-of-Flight-Prinzips, d.h. des Laufzeit-Prinzips. Hierzu sind alle der Ultraschall-Sensoren Time-of-Flight-Sensoren, d.h. alle der piezokeramischen Sensoren 22-1 bis 22-6 sind Time-of-Flight-Sensoren. Somit sind alle Messstrecken Time-of-Flight-Messstrecken. In alternativen Ausführungsformen könnte eine(r) oder könnten mehrere der Messstrecken bzw. Ultraschallsensoren auf dem Singaround-Prinzip oder dem Ultraschalldoppler-Prinzip basiert sein.in the in 1 described embodiment, the flow rate is measured by means of the time-of-flight principle, ie the transit time principle. For this purpose, all of the ultrasonic sensors are time-of-flight sensors, ie all of the piezoceramic sensors 22-1 to 22-6 are time-of-flight sensors. Thus, all measurement sections are time-of-flight measurement sections. In alternative embodiments, one or more of the measurement sections or ultrasonic sensors could be based on the singaround principle or the ultrasonic Doppler principle.

Die Vorrichtung 10 weist weiterhin einen ersten Drucksensor 28 zur Bestimmung eines ersten Drucks p1 und einen zweiten Drucksensor 30 zur Bestimmung eines zweiten Drucks p2 auf. Der erste Drucksensor 28 und der zweite Drucksensor 30 sind in dem Volumen 12 angeordnet. Der erste Drucksensor 28 und der zweite Drucksensor 30 begrenzen bzw. definieren eine zwischen ihnen, also zwischen dem ersten Drucksensor 28 und dem zweiten Drucksensor 30 angeordnete Differenzdruck-Bestimmungsstrecke 32.The device 10 also has a first pressure sensor 28 for determining a first pressure p1 and a second pressure sensor 30 for determining a second pressure p2. The first pressure sensor 28 and the second pressure sensor 30 are arranged in the volume 12 . The first pressure sensor 28 and the second pressure sensor 30 delimit or define a differential pressure determination path 32 arranged between them, i.e. between the first pressure sensor 28 and the second pressure sensor 30.

Eine Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 ist zur Bestimmung eines Differenzdrucks Δp über der Differenzdruck-Bestimmungsstrecke 32 ausgebildet. Als Differenzdruck Δp(tpbest) über der Differenzdruck-Bestimmungsstrecke 32 zum Bestimmungszeitpunkt tpbest ist die Differenz zwischen dem am ersten Drucksensor 28 zur Zeit tpbest anliegenden Druck p1 und dem am zweiten Drucksensor 30 in etwa zu der gleichen Zeit anliegenden Druck p2 definiert (Δp(tpbest) = p1(tpbest) - p2(tpbest)).A differential pressure determination device 34 is designed to determine a differential pressure Δp across the differential pressure determination path 32 . As differential pressure Ap (t pbest) via the differential pressure determination section 32 for determining the time t pbest is the difference between the the first pressure sensor 28 to the time t pbest applied pressure p1 and the signal present at the second pressure sensor 30 in approximately at the same time pressure p2 defined ( Δp(t pbest ) = p1(t pbest ) - p2(t pbest )).

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass, wenn in der vorliegenden Anmeldung von der gleichen Zeit oder gleichzeitig die Rede ist, die entsprechenden Zeiten, die gleichzeitig genannt oder als gleichzeitig beschrieben werden, im Rahmen technischer Toleranzen oder aufgrund einer aufeinanderfolgenden Abfolge von Vorgängen, insbesondere Messvorgängen, voneinander abweichen können. So können z.B. als gleichzeitig beschriebene Messvorgänge sequenziell ausgelöst werden oder durch Latenzen zeitlich geringfügig voneinander getrennt sein. Dies wird auch dadurch verdeutlicht, dass der Wortlaut in etwa gleichzeitig oder in etwa zu der gleichen Zeit Verwendung findet.It should be noted at this point that when the present application refers to the same time or concurrently, the ent Speaking times, which are mentioned at the same time or are described as being at the same time, can deviate from one another within the framework of technical tolerances or due to a sequential sequence of processes, in particular measuring processes. For example, measurement processes that are described simultaneously can be triggered sequentially or be slightly separated from one another in terms of time due to latencies. This is also illustrated by the fact that the wording is used at about the same time or around the same time.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Anmerkungen gilt für das Obenstehende, dass der Zeitpunkt tvbest, zu dem der Messwert für v ermittelt wird, und der Zeitpunkt tpbest, zu dem der Messwert für p1 und p2 und somit auch für Δp ermittelt wird, in der beschriebenen Ausführungsform in etwa gleichzeitig sind, d.h. tpbest = tvbest.Taking into account the above remarks, it applies to the above that the time t vbest , at which the measured value for v is determined, and the time t pbest , at which the measured value for p1 and p2 and thus also for Δp is determined, in the described Embodiment are approximately the same, ie t pbest = t vbest .

Weiterhin weist die Vorrichtung 10 eine Durchflussgeschwindigkeits-Änderungsbestimmungsvorrichtung 36 (oder eine Durchflussmengen- bzw. Durchflussvolumen-Änderungsbestimmungsvorrichtung) und eine Differenzdruck-Änderungsbestimmungsvorrichtung 38 auf.Furthermore, the device 10 has a flow rate change determination device 36 (or a flow rate or flow volume change determination device) and a differential pressure change determination device 38 .

Die Durchflussgeschwindigkeits-Änderungsbestimmungsvorrichtung 36 (oder Durchflussmengen- bzw. Durchflussvolumen-Änderungsbestimmungsvorrichtung) ist zur Bestimmung einer Änderung der Durchflussgeschwindigkeit δv(tvbest) = v(tvbest) - v(tvbestΔt1) zwischen dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit v(tvbest) und dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit v(tvbest-Δt1) vorgesehen. Gleichwertig hierzu kann anstelle der Änderung δ(tvbest) der Durchflussgeschwindigkeit v(tvbest) des Fluids (Durchflussgeschwindigkeit v(t), angegeben in [m/s]) auch die Änderung δVol(tVolbest) der Durchflussmenge bzw. des Durchflussvolumens Vol (Durchflussmenge bzw. Durchflussvolumen angegeben in [I/h]) durch das eine bekannte Größe bzw. einen bekannten Querschnitt aufweisende Volumen 12, wie in 2 dargestellt, Verwendung finden. Diese Größen sind aber alle abhängig von der Durchflussgeschwindigkeit v(t), so dass die jeweiligen relativen Änderungen zu einem gegebenen Zeitpunkt wieder identisch zu der Änderung δv(tvbest) der Durchflussgeschwindigkeit sind.The flow rate change determiner 36 (or flow rate or flow volume change determiner) is for determining a change in flow rate δv(t vbest ) = v(t vbest ) - v(t vbest Δt1) between the value determined by the flow rate determiner 26 the flow rate v(t vbest ) and the value of the flow rate v(t vbest -Δt1) previously determined by the flow rate determiner 26. Equivalently, instead of the change δ(t vbest ) in the flow rate v(t vbest ) of the fluid (flow rate v(t), specified in [m/s]), the change δVol(t Volbest ) in the flow rate or the flow volume Vol (flow rate or flow volume indicated in [I/h]) through the volume 12, which has a known size or a known cross-section, as in 2 shown, find use. However, these variables are all dependent on the flow rate v(t), so that the respective relative changes at a given point in time are again identical to the change δv(t vbest ) in the flow rate.

Die Differenzdruck-Änderungsbestimmungsvorrichtung 38 ist zur Bestimmung einer Änderung δΔp(tpbest) des Differenzdrucks Δp(tpbest) vorgesehen. Es gilt dabei, dass δΔp(tpbest) = Δp(tpbest) - Δp(tpbest-Δt2), d.h. die Differenz zwischen dem durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 bestimmten Wert des Differenzdrucks Δp(tpbest) und dem vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 bestimmten Wert des Differenzdrucks Δp(tpbest-Δt2).The differential pressure change determination device 38 is provided for determining a change δΔp(t pbest ) of the differential pressure Δp(t pbest ). It applies here that δΔp(t pbest )=Δp(t pbest )−Δp(t pbest −Δt2), ie the difference between the value of the differential pressure Δp(t pbest ) determined by the differential pressure determination device 34 and the previously determined by the Differential pressure determination device 34 determined value of the differential pressure Δp (t pbest -Δt2).

Wiederum gilt unter Verweis auf das Obenstehende, dass in der hier beschriebenen Ausführungsform die Zeitpunkte (tvbest -Δt1) und (tpbest-Δt2) in etwa gleichzeitig sind. Alternativ hierzu sind aber auch durch Zeitintervalle getrennte Zeitpunkte zur jeweiligen Bestimmung von δ(tvbest) und δΔp(tpbest) denkbar, d.h. es sind alternativ hierzu Ausführungsformen denkbar, bei denen tvbest und tpbest duch ein Zeitintervall Δtbest getrennt sind. Ferner gilt in der vorliegenden Ausführungsform Δt1 = Δt2, wobei die Werte für Δt1 und Δt2 im Rahmen technischer Toleranzen oder aufgrund einer aufeinanderfolgenden Abfolge von Vorgängen, insbesondere Messvorgängen, voneinander abweichen können. Alternativ ist auch eine Relation Δt1 = Δt2 + Δtdiff denkbar, wobei Δtdiff eine Zeitdauer ist , die (im mathematischen Sinne) sowohl positiv als auch negativ sein kann.Again, referring to the above, in the embodiment described herein, the times (t vbest -Δt1) and (t pbest -Δt2) are approximately simultaneous. As an alternative to this, points in time separated by time intervals for the respective determination of δ(t vbest ) and δΔp(t pbest ) are also conceivable, ie alternatively embodiments are conceivable in which t vbest and t pbest are separated by a time interval Δt best . Furthermore, in the present embodiment, Δt1=Δt2 applies, with the values for Δt1 and Δt2 being able to deviate from one another within the scope of technical tolerances or due to a successive sequence of processes, in particular measurement processes. Alternatively, a relation Δt1=Δt2+Δt diff is also conceivable, where Δt diff is a time duration that (in the mathematical sense) can be either positive or negative.

Es sei an dieser Stelle weiterhin angemerkt, dass in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform der vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmte Wert der Durchflussgeschwindigkeit v(tvbest-Δt1) der zeitlich unmittelbar vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmte Wert der Durchflussgeschwindigkeit ist, und dass in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform der vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 bestimmte Wert des Differenzdrucks Δp(tpbestΔt2) der zeitlich unmittelbar vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 bestimmte Wert des Differenzdrucks ist.It should also be noted at this point that in the embodiment described here, the value of the flow rate v(t vbest -Δt1) previously determined by the flow rate determination device 26 is the value of the flow rate determined immediately beforehand by the flow rate determination device 26, and that in the embodiment described here, the value of the differential pressure Δp(t pbest Δt2) previously determined by the differential pressure determination device 34 is the value of the differential pressure determined immediately beforehand by the differential pressure determination device 34 .

In alternativen Ausführungsformen kann der vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmte Wert der Durchflussgeschwindigkeit v(tvbest-Δt1) der vorletzte oder ein zeitlich noch weiter zurückliegend bestimmter Wert der Durchflussgeschwindigkeit sein und/oder kann der vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 bestimmte Wert des Differenzdrucks Δp(tpbest-Δt2) der vorletzte oder ein zeitlich noch weiter zurückliegend bestimmter Wert des Differenzdrucks sein.In alternative embodiments, the value of the flow rate v(t vbest -Δt1) previously determined by the flow rate determination device 26 can be the penultimate value or a value of the flow rate determined even further back in time and/or can be the value previously determined by the differential pressure determination device 34 of the differential pressure Δp(t pbest -Δt2) can be the penultimate value of the differential pressure or a value determined even further back in time.

Weiterhin weist die Vorrichtung 10 eine Durchflussgeschwindigkeits-Bewertungsvorrichtung 40 zum Bewerten von durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmten Werten für die Durchflussgeschwindigkeit v als fehlerfrei oder als fehlerhaft und zum Ausgeben von als fehlerfrei bewerteten Werten für die Durchflussgeschwindigkeit v auf. Die Durchflussgeschwindigkeits-Bewertungsvorrichtung 40 ist ausgebildet, um den durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmten Wert für die Durchflussgeschwindigkeit v(tvbest) als fehlerfrei zu bewerten, wenn

  1. (i) die Änderung δv(tvbest) = v(tvbest) - v(tvbest-Δt1) zwischen dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit v(tvbest) und dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit v(tvbest-Δt1) größer als ein erster Grenzwert vgrenz1 für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit ist, und die Änderung δΔp(tpbest) des Differenzdrucks Δp(tpbest), d.h. die Differenz zwischen dem durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 bestimmten Wert des Differenzdrucks Δp(tpbest) und dem vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 bestimmten Wert des Differenzdrucks Δp(tpbest-Δt2), größer als ein erster Grenzwert pgrenz1 für die Änderung des Differenzdrucks ist, oder
  2. (ii) wenn die Änderung δv(tvbest) = v(tvbest) - v(tvbest-Δt1) zwischen dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit v(tvbest) und dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit v(tvbest-Δt1) kleiner als ein zweiter Grenzwert vgrenz2 für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit ist und die Änderung des Differenzdrucks Δp(tpbest), d.h. d.h. die Differenz zwischen dem durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 bestimmten Wert des Differenzdrucks Δp(tpbest) und dem vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 bestimmten Wert des Differenzdrucks Δp(tpbest-Δt2), kleiner als ein zweiter Grenzwert pgrenz2 für die Änderung des Differenzdrucks ist.
Furthermore, the device 10 has a flow rate evaluation device 40 for evaluating values determined by the flow rate determination device 26 for the flow rate v as error-free or as incorrect and for outputting values for the flow rate v assessed as error-free. The flow rate evaluation device 40 is off forms in order to assess the value determined by the flow rate determination device 26 for the flow rate v(t vbest ) as error-free if
  1. (i) the change δv(t vbest ) = v(t vbest ) - v(t vbest -Δt1) between the value of the flow rate v(t vbest ) determined by the flow rate determiner 26 and that previously determined by the flow rate determiner 26 determined value of the flow rate v(t vbest -Δt1) is greater than a first limit value v limit1 for the change in the flow rate, and the change δΔp(t pbest ) of the differential pressure Δp(t pbest ), ie the difference between the differential pressure value of the differential pressure Δp(t pbest ) determined by the determination device 34 and the value of the differential pressure Δp(t pbest -Δt2) previously determined by the differential pressure determination device 34, is greater than a first limit value p limit1 for the change in the differential pressure, or
  2. (ii) when the change δv(t vbest ) = v(t vbest ) - v(t vbest -Δt1) between the value of the flow rate v(t vbest ) determined by the flow rate estimator 26 and that previously determined by the flow rate determiner 26 determined value of the flow rate v(t vbest -Δt1) is less than a second limit value v limit2 for the change in the flow rate and the change in the differential pressure Δp(t pbest ), i.e. the difference between the value determined by the differential pressure determination device 34 of the Differential pressure Δp(t pbest ) and the value of the differential pressure Δp(t pbest -Δt2) previously determined by the differential pressure determination device 34, is smaller than a second limit value p limit2 for the change in the differential pressure.

Die beiden Grenzwerte werden empirisch ermittelt (sie hängen in der Regel von der Geometrie der Vorrichtung ab) und sind in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform definiert als: vgrenz1 = 10 l/h , vgrenz2 = 5 l/h , pgrenz1 = 20 mbar und pgrenz2 = 50 mbar. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass vgrenz1 und vgrenz2 auf einfache Art und Weise durch die Kenntnis der Abmessungen und der Geometrie der Vorrichtung in Werte, die die Einheit m/s tragen, d.h. als Weg/Zeit angegeben sind, umgerechnet werden können.The two limit values are determined empirically (they generally depend on the geometry of the device) and are defined in the embodiment described here as: v limit1 =10 l/h, v limit2 =5 l/h, p limit1 =20 mbar and p limit2 = 50 mbar. It should be noted at this point that v limit1 and v limit2 can be easily converted into values that have the unit m/s, ie are specified as distance/time, by knowing the dimensions and the geometry of the device .

In diesem Zusammenhang sei auf 2 verwiesen, wo Werte für die Durchflussgeschwindigkeit v (hier gegeben in l/h) und die Änderung δΔp des Differenzdrucks über der Zeit dargestellt sind, d.h. die Vorrichtung 10 nimmt wiederholt, insbesondere kontinuierlich Messungen vor.In this context, be on 2 referenced, where values for the flow rate v (given here in l/h) and the change δΔp in the differential pressure over time are shown, ie the device 10 repeatedly, in particular continuously, carries out measurements.

Aus 2 lässt sich erkennen, dass zu dem Zeitpunkt tpeak1, zu dem ein erster Peak in der Durchflussgeschwindigkeit auftritt (markiert durch einen linken Kreis 42), die Durchflussgeschwindigkeit v (oberer Kurvenverlauf, bezeichnet mit Bezugszeichen 44) von in etwa 100 l/h auf in etwa 150 l/h zunimmt. Die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit δ(tpeak1) = v(tpeak1) - v(tpeak1-Δt1) beträgt damit in etwa 50 I/h. Hingegen bleibt der Wert für den Differenzdruck Δp (unterer Kurvenverlauf, bezeichnet mit Bezugszeichen 46) im Bereich um tpeak1 nahezu konstant bei in etwa 50 mbar. Die Änderung des Differenzdrucks δΔp(tpeak1) = Δp(tpeak1) - Δp(tpeak1-Δt2) beträgt damit in etwa gleich 0 mbar. Der Messwert für v(tpeak1) wird als fehlerhaft verworfen, da δv(tpeak1) über dem Grenzwert vgrenz1 liegt, der Wert von δΔp(tpeak1) jedoch unter dem Grenzwert pgrenz1 liegt.Out 2 it can be seen that at the time t peak1 , at which a first peak in the flow rate occurs (marked by a circle 42 on the left), the flow rate v (upper curve, denoted by reference numeral 44) from around 100 l/h to in increases by about 150 l/h. The change in the flow rate δ(t peak1 ) = v(t peak1 ) - v(t peak1 -Δt1) is about 50 l/h. In contrast, the value for the differential pressure Δp (lower curve, denoted by reference numeral 46) in the area around t peak1 remains almost constant at approximately 50 mbar. The change in the differential pressure δΔp(t peak1 ) = Δp(t peak1 ) - Δp(t peak1 -Δt2) is therefore approximately equal to 0 mbar. The measured value for v(t peak1 ) is rejected as erroneous because δv(t peak1 ) is above the limit value v limit1 , but the value of δΔp(t peak1 ) is below the limit value p limit1 .

Aus 2 lässt sich weiterhin erkennen, dass zu dem Zeitpunkt tpeak2, zu dem ein zweiter Peak in der Durchflussgeschwindigkeit auftritt (markiert durch einen rechten Kreis 47), die Durchflussgeschwindigkeit v (oberer Kurvenverlauf, bezeichnet mit Bezugszeichen 44) von in etwa 100 l/h auf in etwa 170 l/h zunimmt. Die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit δv(tpeak2) = v(tpeak2) - v(tpeak2-Δt1) beträgt damit in etwa 70 I/h. Hingegen nimmt der Wert für den Differenzdruck Δp (unterer Kurvenverlauf, bezeichnet mit Bezugszeichen 46) im Bereich um tpeak2 von in etwa 50 mbar auf in etwa 300 mbar zu. Die Änderung des Differenzdrucks δΔp(tpeak2) = Δp(tpeak2) - Δp(tpeak2-Δt2)) beträgt damit in etwa 250 mbar. Der Messwert für v(tpeak2 ) wird als fehlerfrei bestimmt und ausgegeben, da δv(tpeak2) über dem Grenzwert vgrenz2 liegt und δΔp(tpeak2) über dem Grenzwert pgrenz2 liegt.Out 2 it can also be seen that at the time t peak2 , at which a second peak in the flow rate occurs (marked by a right-hand circle 47), the flow rate v (upper curve, denoted by reference numeral 44) of approximately 100 l/h increases by about 170 l/h. The change in the flow rate δv(t peak2 ) = v(t peak2 ) - v(t peak2 -Δt1) is about 70 l/h. In contrast, the value for the differential pressure Δp (lower curve, denoted by reference numeral 46) increases in the area around t peak2 from approximately 50 mbar to approximately 300 mbar. The change in the differential pressure δΔp(t peak2 ) = Δp(t peak2 ) - Δp(t peak2 -Δt2)) is approximately 250 mbar. The measured value for v(t peak2 ) is determined to be error-free and is output because δv(t peak2 ) is above the limit value v limit2 and δΔp(t peak2 ) is above the limit value p limit2 .

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist insbesondere auch für Messungen in Extrem-Bereichen, beispielsweise im Niedrigfluss-Bereich (0 - 6000 ml/min), für Messungen unter pulsierenden Bedingungen (Pulsbreiten unter einer Millisekunde) und für hochpräzise Durchflussmessungen gut geeignet. Die Vorrichtung 10 kann eine genaue und schnelle Messung (insbesondere durch die gleichzeitige Messung in und entgegen der Durchflussrichtung und durch die hohe Anzahl der Messstrecken) gewährleisten, um den Durchfluss bzw. die Durchflussgeschwindigkeit v zu messen. Auch der Differenzdruck Δp(t) ist schnell ermittelbar. Insbesondere ist sie geeignet um kurzzeitige Erhöhungen oder Verringerungen der Durchflussgeschwindigkeit sicher erfassen zu können, wodurch die gemessenen Werte schnell als fehlerfreie oder fehlerhafte Messungen von v(t) klassifiziert werden können. Somit können fehlerhafte Werte von v(t) aufgrund von Gasblasen in Flüssigkeiten und/oder von Ansammlungen von Fremdstoffen bzw. Fremdmedien im System verworfen werden.The embodiment of a device 10 according to the invention described above is particularly well suited for measurements in extreme ranges, for example in the low flow range (0-6000 ml/min), for measurements under pulsating conditions (pulse widths below one millisecond) and for high-precision flow measurements. The device 10 can ensure an accurate and rapid measurement (in particular through the simultaneous measurement in and against the direction of flow and through the large number of measuring sections) in order to measure the flow or the flow rate v. The differential pressure Δp(t) can also be determined quickly. In particular, it is suitable for being able to reliably detect short-term increases or decreases in the flow rate, which means that the measured values can be quickly classified as error-free or erroneous measurements of v(t). Therewith erroneous values of v(t) due to gas bubbles in liquids and/or accumulations of foreign substances or foreign media in the system can be discarded.

Einer der grundlegenden Vorteile der Ultraschallmessung und der Differenzdruckmessung bei dieser Art von Anwendung ist, dass die Vorrichtung 10 aufgrund der fehlenden beweglichen Elemente nicht empfindlich auf Vibrationen reagiert. Ultraschallmessungen können in einem Modus durchgeführt werden, der nur eine niedrige Leistung voraussetzt, was den Stromverbrauch reduziert und ein kleineres Energiebudget ermöglicht. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Geräte nicht so sperrig sind wie bei anderen Messprinzipien, beispielsweise mechanischen Messungen. Auch die Druckmessungen sind mit wenig Energieaufwand auf kleinem Raum durchführbar.One of the fundamental advantages of ultrasonic measurement and differential pressure measurement in this type of application is that the device 10 is not sensitive to vibration due to the lack of moving elements. Ultrasonic measurements can be performed in a low-power mode, which reduces power consumption and allows for a smaller power budget. Another advantage is that the devices are not as bulky as with other measurement principles, such as mechanical measurements. The pressure measurements can also be carried out with little energy expenditure in a small space.

Die Vorrichtung 10 weist weiterhin einen Messvorgang- bzw. Abtastvorgang-Initiierer 48 auf, der jeweils einen Messvorgang bzw. einen Abtastvorgang initiiert. Der Messvorgang- bzw. Abtastvorgang-Initiierer 48 steht mit allen piezokeramischen Sensoren 22-1 bis 22-6 und mit dem ersten Drucksensor 28 und dem zweiten Drucksensor 30 in Kommunikation, um einen Messvorgang bzw. einen Abtastvorgang an der jeweiligen Ultraschall-Messstrecke 20-1 bis 20-3, insbesondere dem jeweiligen piezokeramische Sensor 22-1 bis 22-6 und dem ersten Drucksensor 28 und dem zweiten Drucksensor 30 zu initiieren. In der Ausführungsform der 1 werden die Abtastvorgänge an der jeweiligen Ultraschall-Messstrecke, insbesondere dem jeweiligen piezokeramische Sensor 22-1 bis 22-6 und dem ersten Drucksensor 28 und dem zweiten Drucksensor 30 wie bereits vorstehend erläutert gleichzeitig initiiert.The device 10 also has a measuring process or scanning process initiator 48 which initiates a measuring process or a scanning process. The measuring process or scanning process initiator 48 is in communication with all piezoceramic sensors 22-1 to 22-6 and with the first pressure sensor 28 and the second pressure sensor 30 in order to start a measuring process or a scanning process on the respective ultrasonic measuring section 20- 1 to 20-3, in particular the respective piezoceramic sensor 22-1 to 22-6 and the first pressure sensor 28 and the second pressure sensor 30 to initiate. In the embodiment of 1 the scanning processes on the respective ultrasonic measuring section, in particular the respective piezoceramic sensor 22-1 to 22-6 and the first pressure sensor 28 and the second pressure sensor 30, as already explained above, are initiated simultaneously.

In möglichen Ausführungsformen ist der erste Grenzwert vgrenz1 für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit gleich dem zweiten Grenzwert vgrenz2 für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit. Alternativ hierzu oder aber auch zusätzlich hierzu ist der erste Grenzwert pgrenz1 für die Änderung des Differenzdrucks gleich dem zweiten Grenzwert pgrenz2 für die Änderung des Differenzdrucks.In possible embodiments, the first limit value v limit1 for the change in flow rate is equal to the second limit value v limit2 for the change in flow rate. As an alternative to this or in addition to this, the first limit value p limit1 for the change in the differential pressure is equal to the second limit value p limit2 for the change in the differential pressure.

Ferner ist die Vorrichtung 10 dazu ausgebildet ist, um die Durchflussgeschwindigkeitsmesswerte, die dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit v zugrunde liegt, und die Werte für den ersten Druck p1 und den zweiten Druck p2, die dem durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 bestimmten Wert des Differenzdrucks zugrunde liegen, auf Basis von zeitgleich bestimmten Werten für die jeweiligen Größen zu bestimmen. Die Vorrichtung 10 ist weiterhin dazu ausgebildet ist, um den Durchflussgeschwindigkeitsmesswert, der dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung 26 bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit zugrunde liegt, und die Werte für den ersten Druck p1 und den zweiten Druck p2, die dem vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung 34 bestimmten Wert des Differenzdrucks zugrunde liegen, auf Basis von zeitgleich bestimmten Werten für die jeweiligen Größen zu bestimmen.Furthermore, the device 10 is designed to calculate the flow rate measurement values, on which the value of the flow rate v determined by the flow rate determination device 26 is based, and the values for the first pressure p1 and the second pressure p2, which are based on the value determined by the differential pressure determination device 34 certain value of the differential pressure as a basis, to be determined on the basis of simultaneously determined values for the respective variables. The device 10 is also designed to measure the flow rate value, which is the basis of the value of the flow rate previously determined by the flow rate determination device 26, and the values for the first pressure p1 and the second pressure p2, which are based on the previously determined by the differential pressure Determination device 34 specific value of the differential pressure are based, to be determined on the basis of values determined at the same time for the respective variables.

Als weitere Komponente weist die Vorrichtung 10 eine Ultraschall-Empfangssignal-Amplituden-Bestimmungsvorrichtung 50 zur Bestimmung von Scheitelwerten der Amplitude für jeweils eine Periode eines von der Messvorrichtung 24 zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit empfangenen Ultraschallsignals und eine Ultraschall-Empfangssignal-Amplituden-Bewertungsvorrichtung 52 auf, die ausgebildet ist, um auf Basis eines Wertes für die Amplitude und auf Basis des zeitgleich bestimmten Differenzdrucks zu bewerten, ob der Wert der Amplitude als fehlerfreier Wert zu betrachten ist oder ob der Wert der Amplitude als fehlerhafter Wert zu betrachten ist. Die Ultraschall-Empfangssignal-Amplituden-Bewertungsvorrichtung 52 ist ausgebildet, um in dem Fall, in dem der Wert der Amplitude als fehlerhafter Wert zu betrachten ist, auf Basis eines zeitlich vorangehend bestimmten Scheitelwertes für die Amplitude und/oder auf Basis eines zeitlich nachfolgend bestimmten Scheitelwertes für die Amplitude und auf Basis des Differenzdrucks zu bewerten, ob der Wert der Amplitude als fehlerfreier Wert zu betrachten ist oder ob der Wert der Amplitude als fehlerhafter Wert zu betrachten ist.As a further component, device 10 has an ultrasonic received signal amplitude determination device 50 for determining peak values of the amplitude for one period of an ultrasonic signal received from measuring device 24 for measuring the flow rate and an ultrasonic received signal amplitude evaluation device 52, which is designed to evaluate on the basis of a value for the amplitude and on the basis of the differential pressure determined at the same time whether the value of the amplitude is to be regarded as an error-free value or whether the value of the amplitude is to be regarded as an incorrect value. The ultrasonic received signal amplitude evaluation device 52 is designed, in the case in which the value of the amplitude is to be regarded as an erroneous value, on the basis of a peak value for the amplitude determined in a chronologically preceding manner and/or on the basis of a peak value determined in a chronologically subsequent manner for the amplitude and on the basis of the differential pressure to evaluate whether the value of the amplitude is to be regarded as an error-free value or whether the value of the amplitude is to be regarded as an incorrect value.

Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsformen mit festen Merkmalskombinationen beschrieben wird, umfasst sie jedoch auch die denkbaren weiteren vorteilhaften Kombinationen, wie sie insbesondere, aber nicht erschöpfend, durch die Unteransprüche angegeben sind. Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.Although the invention is described on the basis of embodiments with fixed combinations of features, it also includes other conceivable advantageous combinations, as specified in particular, but not exhaustively, by the dependent claims. All features disclosed in the application documents are claimed to be essential to the invention insofar as they are new compared to the prior art, either individually or in combination.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Vorrichtung zur Bestimmung bzw. Ermittlung einer Durchflussgeschwindigkeit eines FluidsDevice for determining or determining a flow rate of a fluid
1212
Volumenvolume
1414
Fluideintrittfluid entry
1616
Fluidaustrittfluid leakage
1818
Pfeilarrow
20-120-1
Ultraschall-MessstreckeUltrasonic measuring section
20-220-2
Ultraschall-MessstreckeUltrasonic measuring section
20-320-3
Ultraschall-MessstreckeUltrasonic measuring section
22-122-1
piezokeramischer Sensorpiezoceramic sensor
22-222-2
piezokeramischer Sensorpiezoceramic sensor
22-322-3
piezokeramischer Sensorpiezoceramic sensor
22-422-4
piezokeramischer Sensorpiezoceramic sensor
22-522-5
piezokeramischer Sensorpiezoceramic sensor
22-622-6
piezokeramischer Sensorpiezoceramic sensor
2424
Messvorrichtung zur Messung der DurchflussgeschwindigkeitMeasuring device for measuring the flow rate
2525
Wand des Volumens 12Volume 12 wall
2626
Durchflussgeschwindigkeits-BestimmungsvorrichtungFlow Rate Determination Device
2828
erster Drucksensorfirst pressure sensor
3030
zweiter Drucksensorsecond pressure sensor
3232
Differenzdruck-Bestimmungsstreckedifferential pressure determination section
3434
Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtungdifferential pressure determination device
3636
Durchflussgeschwindigkeits-ÄnderungsbestimmungsvorrichtungFlow rate change determining device
3838
Differenzdruck-Änderungsbestimmungsvorrichtungdifferential pressure change determining device
4040
Durchflussgeschwindigkeits-Bewertungsvorrichtungflow rate evaluation device
4242
linker Kreisleft circle
4444
oberer Kurvenverlaufupper curve
4646
unterer Kurvenverlauflower curve
4747
rechter Kreisright circle
4848
Abtastvorgang-InitiiererScanning Initiator
5050
Ultraschall-Empfangssignal-Amplituden-BestimmungsvorrichtungUltrasonic received signal amplitude determination device
5252
Ultraschall-Empfangssignal-Amplituden-BewertungsvorrichtungUltrasonic received signal amplitude evaluation device

Claims (17)

Vorrichtung (10) zur Bestimmung einer Durchflussgeschwindigkeit eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, durch ein Volumen (12), aufweisend: das Volumen (12), wobei das Volumen (12) einen Fluideintritt (14) und einen Fluidaustritt (16) aufweist, eine Messvorrichtung (24) zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids durch eine oder mehrere in dem Volumen (12) angeordnete Ultraschall-Messstrecken, aufweisend wenigstens eine Ultraschall-Messstrecke (20-1, 20-2, 20-3) zum Messen der Durchflussgeschwindigkeit, wobei die wenigstens eine Ultraschall-Messstrecke (20-1, 20-2, 20-3) in dem Volumen (12) angeordnet ist und einen ihr zugeordneten Ultraschall-Sensor aufweist, um die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids zu messen und um wenigstens einen Durchflussgeschwindigkeitsmesswert auszugeben, eine Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit durch das Volumen (12) basiert auf dem wenigstens einen Durchflussgeschwindigkeitsmesswert; einen ersten Drucksensor (28) zur Messung eines ersten Drucks und einen zweiten Drucksensor (30) zur Messung eines zweiten Drucks, wobei der erste Drucksensor (28) und der zweite Drucksensor (30) in dem Volumen (12) angeordnet sind, wobei der erste Drucksensor (28) und der zweite Drucksensor (30) eine Differenzdruck-Bestimmungsstrecke (32) zur Bestimmung eines Differenzdrucks über der Differenzdruck-Bestimmungsstrecke (32) begrenzen, eine Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung (34) zur Bestimmung des Differenzdrucks über der Differenzdruck-Bestimmungsstrecke (32) unter Verwendung des ersten Drucks und des zweiten Drucks, eine Durchflussgeschwindigkeits-Änderungsbestimmungsvorrichtung (36) zur Bestimmung einer Änderung zwischen einem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit und einem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit und eine Differenzdruck-Änderungsbestimmungsvorrichtung (38) zur Bestimmung einer Änderung zwischen einem durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung (34) bestimmten Wert des Differenzdrucks und einem vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung (34) bestimmten Wert des Differenzdrucks, und eine Durchflussgeschwindigkeits-Bewertungsvorrichtung (40) zum Bewerten von durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Werten für die Durchflussgeschwindigkeit als fehlerfrei oder als fehlerhaft und zum Ausgeben von als fehlerfrei bewerteten Werten für die Durchflussgeschwindigkeit, wobei die Durchflussgeschwindigkeits-Bewertungsvorrichtung (40) ausgebildet ist, um den durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert für die Durchflussgeschwindigkeit als fehlerfrei zu bewerten, (i) wenn die Änderung zwischen dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit und dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit größer als ein erster Grenzwert für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit ist und die Änderung des Differenzdrucks größer als ein erster Grenzwert für die Änderung des Differenzdrucks ist, oder (ii) wenn die Änderung zwischen dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit und dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit kleiner als ein zweiter Grenzwert für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit ist und die Änderung des Differenzdrucks kleiner als ein zweiter Grenzwert für die Änderung des Differenzdrucks ist.Device (10) for determining a flow rate of a fluid, in particular a liquid, through a volume (12), comprising: the volume (12), the volume (12) having a fluid inlet (14) and a fluid outlet (16), a Measuring device (24) for measuring the flow rate of the fluid through one or more ultrasonic measuring sections arranged in the volume (12), having at least one ultrasonic measuring section (20-1, 20-2, 20-3) for measuring the flow rate, wherein the at least one ultrasonic measuring section (20-1, 20-2, 20-3) is arranged in the volume (12) and has an ultrasonic sensor assigned to it in order to measure the flow rate of the fluid and to output at least one flow rate measured value, a flow rate determination device (26) for determining the flow rate through the volume (12) based on the at least one flow rate measurement worth; a first pressure sensor (28) for measuring a first pressure and a second pressure sensor (30) for measuring a second pressure, the first pressure sensor (28) and the second pressure sensor (30) being arranged in the volume (12), the first Pressure sensor (28) and the second pressure sensor (30) delimit a differential pressure determination path (32) for determining a differential pressure across the differential pressure determination path (32), a differential pressure determination device (34) for determining the differential pressure across the differential pressure determination path (32 ) using the first pressure and the second pressure, a flow rate change determiner (36) for determining a change between a value of the flow rate determined by the flow rate determiner (26) and a value of the flow rate previously determined by the flow rate determiner (26). flow rate and a diff limit pressure change determining means (38) for determining a change between a value of the differential pressure determined by the differential pressure determining means (34) and a value of the differential pressure previously determined by the differential pressure determining means (34), and a flow rate evaluating device (40) for evaluating values determined by the flow rate determination device (26) for the flow rate as error-free or as faulty and for outputting values for the flow rate assessed as error-free, the flow rate evaluation device (40) being designed to evaluate the flow rate determined by the flow rate determination device ( 26) evaluate the determined value for the flow rate as error-free, (i) if the change between the value of the flow rate determined by the flow rate determination device (26) and the v value of the flow rate previously determined by the flow rate determination device (26). is greater than a first limit for the change in flow rate and the change in the differential pressure is greater than a first limit for the change in the differential pressure, or (ii) if the change between the value of the flow rate determined by the flow rate determination device (26) and the flow rate value previously determined by the flow rate determining device (26) is less than a second flow rate change limit and the differential pressure change is less than a second differential pressure change limit. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (10) mehr als eine Ultraschall-Messstrecke (20-1, 20-2, 20-3) zum Messen der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids, insbesondere drei Ultraschall-Messstrecken (20-1, 20-2, 20-3) zum Messen der Durchflussgeschwindigkeit des Fluids, aufweist, wobei die Ultraschall-Messstrecken (20-1, 20-2, 20-3) in dem Volumen (12) stromabwärts oder stromaufwärts nacheinanderfolgend angeordnet sind und wobei jede Ultraschall-Messstrecke (20-1, 20-2, 20-3) einen zugeordneten Ultraschall-Sensor aufweist.Device (10) after claim 1 , wherein the device (10) has more than one ultrasonic measuring section (20-1, 20-2, 20-3) for measuring the flow rate of the fluid, in particular three ultrasonic measuring sections (20-1, 20-2, 20-3 ) for measuring the flow rate of the fluid, wherein the ultrasonic measuring sections (20-1, 20-2, 20-3) are arranged in the volume (12) downstream or upstream one after the other and wherein each ultrasonic measuring section (20-1 , 20-2, 20-3) has an associated ultrasonic sensor. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei sich die Differenzdruck-Bestimmungsstrecke (32) über wenigstens Teile aller Ultraschall-Messstrecken (20-1, 20-2, 20-3) erstreckt.Device (10) after claim 2 , wherein the differential pressure determination section (32) extends over at least parts of all ultrasonic measurement sections (20-1, 20-2, 20-3). Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ultraschall-Sensor oder wenigstens einer der Ultraschall-Sensoren, insbesondere alle der Ultraschall-Sensoren, jeweils zwei piezokeramische bzw. piezoelektrische Elemente (22-1, 22-2, 22-3, 22-4, 22-5, 22-6) aufweist.Device (10) according to one of the preceding claims, in which the ultrasonic sensor or at least one of the ultrasonic sensors, in particular all of the ultrasonic sensors, has two piezoceramic or piezoelectric elements (22-1, 22-2, 22-3, 22-4, 22-5, 22-6). Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ultraschall-Sensor oder wenigstens einer der Ultraschall-Sensoren, insbesondere alle der Ultraschall-Sensoren ein Time-of-Flight-Sensor ist /Time-of-Flight-Sensoren sind.Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the ultrasonic sensor or at least one of the ultrasonic sensors, in particular all of the ultrasonic sensors is a time-of-flight sensor / are time-of-flight sensors. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei wenigstens eine erste Ultraschall-Messstrecke (20-1, 20-2, 20-3) der mehr als einen Ultraschall-Messstrecken (20-1, 20-2, 20-3) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids in einer Durchströmungsrichtung des Volumens (12) gemessen wird und wobei wenigstens eine zweite Ultraschall-Messstrecke (20-1, 20-2, 20-3) der mehr als einen Ultraschall-Messstrecken (20-1, 20-2, 20-3) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Durchflussgeschwindigkeit des Fluids entgegen der Durchströmungsrichtung des Volumens (12) gemessen wird.Device (10) according to one of claims 2 until 5 , wherein at least one first ultrasonic measuring section (20-1, 20-2, 20-3) of the more than one ultrasonic measuring sections (20-1, 20-2, 20-3) is arranged and designed in such a way that the flow rate of the fluid is measured in a flow direction of the volume (12) and wherein at least one second ultrasonic measuring section (20-1, 20-2, 20-3) of the more than one ultrasonic measuring section (20-1, 20-2, 20 -3) is arranged and designed in such a way that the flow rate of the fluid is measured counter to the flow direction of the volume (12). Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) ausgebildet ist, um aus den in jeder der mehr als einen Ultraschall-Messstrecken (20-1, 20-2, 20-3) mittels der Ultraschall-Sensoren gemessenen Durchflussgeschwindigkeiten, insbesondere gleichzeitig gemessenen Durchflussgeschwindigkeiten die Durchflussgeschwindigkeit zu bestimmen.Device (10) according to one of claims 2 until 6 , wherein the flow rate determination device (26) is designed to determine from the flow rates measured in each of the more than one ultrasonic measuring sections (20-1, 20-2, 20-3) by means of the ultrasonic sensors, in particular flow rates measured simultaneously to determine the flow rate. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche , wobei die Vorrichtung (10) einen Messvorgang- bzw. Abtastvorgang-Initiierer (48) aufweist, der jeweils einen Messvorgang bzw. einen Abtastvorgang initiiert, wobei der Messvorgang- bzw. Abtastvorgang-Initiierer (48) mit wenigstens einer, insbesondere allen der Ultraschall-Messstrecken (20-1, 20-2, 20-3), insbesondere den jeweiligen Ultraschall-Sensoren und mit dem ersten Drucksensor (28) und dem zweiten Drucksensor (30) in Kommunikation steht, um einen Messvorgang bzw. einen Abtastvorgang an der jeweiligen Ultraschall-Messstrecke (20-1, 20-2, 20-3), insbesondere dem jeweiligen Ultraschall-Sensor und dem ersten Drucksensor (28) und dem zweiten Drucksensor (30) zu initiieren, insbesondere gleichzeitig zu initiieren.Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the device (10) has a measuring process or scanning process initiator (48) which initiates a measuring process or a scanning process, the measuring process or scanning process initiator (48 ) is in communication with at least one, in particular all of the ultrasonic measuring sections (20-1, 20-2, 20-3), in particular the respective ultrasonic sensors and with the first pressure sensor (28) and the second pressure sensor (30), to initiate a measurement process or a scanning process on the respective ultrasonic measuring section (20-1, 20-2, 20-3), in particular the respective ultrasonic sensor and the first pressure sensor (28) and the second pressure sensor (30), especially to initiate at the same time. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, um durch eine Verwendung der Messvorrichtung (24) zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit und der Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung (34) Messwerte für die Durchflussgeschwindigkeit, die aufgrund von Fremdmedien oder Gasblasen fehlerhaft sind, zu verwerfen.Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the device (10) is designed to, by using the measuring device (24) for measuring the flow rate and the differential pressure determination device (34), measured values for the flow rate due to foreign media or gas bubbles are defective. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Grenzwert für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit gleich dem zweiten Grenzwert für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit ist.Apparatus (10) according to any one of the preceding claims, wherein the first flow rate change limit is equal to the second flow rate change limit. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Grenzwert für die Änderung des Differenzdrucks gleich dem zweiten Grenzwert für die Änderung des Differenzdrucks ist.Apparatus (10) according to any one of the preceding claims, wherein the first differential pressure change limit is equal to the second differential pressure change limit. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmte Wert der Durchflussgeschwindigkeit der zeitlich unmittelbar vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmte Wert der Durchflussgeschwindigkeit ist.Apparatus (10) according to any one of the preceding claims, wherein the flow rate value previously determined by the flow rate determination device (26) is the flow rate value determined by the flow rate determination device (26) immediately previously in time. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung (34) bestimmte Wert des Differenzdrucks der zeitlich unmittelbar vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung (34) bestimmte Wert des Differenzdrucks ist.Apparatus (10) according to any one of the preceding claims, wherein the precedent by the value of the differential pressure determined by the differential pressure determining device (34) is the value of the differential pressure determined immediately beforehand by the differential pressure determining device (34). Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, um den Durchflussgeschwindigkeitsmesswert, der dem durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit zugrunde liegt, und die Werte für den ersten Druck und den zweiten Druck, die dem durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung (34) bestimmten Wert des Differenzdrucks zugrunde liegen, in etwa, insbesondere genau zeitgleich zu bestimmen.Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the device (10) is designed to calculate the flow rate measurement value, on which the value of the flow rate determined by the flow rate determination device (26) is based, and the values for the first pressure and the second pressure, on which the value of the differential pressure determined by the differential pressure determining device (34) is based, approximately, in particular exactly at the same time. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, um den Durchflussgeschwindigkeitsmesswert, der dem vorangehend durch die Durchflussgeschwindigkeits-Bestimmungsvorrichtung (26) bestimmten Wert der Durchflussgeschwindigkeit zugrunde liegt, und die Werte für den ersten Druck und den zweiten Druck, die dem vorangehend durch die Differenzdruck-Bestimmungsvorrichtung (34) bestimmten Wert des Differenzdrucks zugrunde liegen, in etwa, insbesondere genau zeitgleich, zu bestimmen.Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the device (10) is designed to calculate the flow rate measurement value, on which the value of the flow rate previously determined by the flow rate determination device (26) is based, and the values for the first pressure and to determine the second pressure, on which the value of the differential pressure previously determined by the differential pressure determining device (34) is based, approximately, in particular exactly at the same time. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) eine Ultraschall-Empfangssignal-Amplituden-Bestimmungsvorrichtung (50) zur Bestimmung von Scheitelwerten der Amplitude für jeweils eine Periode eines von der Messvorrichtung (24) zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit empfangenen Ultraschallsignals aufweist und eine Ultraschall-Empfangssignal-Amplituden-Bewertungsvorrichtung (52) aufweist, die ausgebildet ist, um auf Basis eines Wertes für die Amplitude und auf Basis des in etwa, insbesondere genau zeitgleich bestimmten Differenzdrucks zu bewerten, ob der Wert der Amplitude als fehlerfreier Wert zu betrachten ist oder ob der Wert der Amplitude als fehlerhafter Wert zu betrachten ist.Device (10) according to one of the preceding claims, wherein the device (10) has an ultrasonic received signal amplitude determination device (50) for determining peak values of the amplitude for one period of an ultrasonic signal received from the measuring device (24) for measuring the flow rate and has an ultrasound received signal amplitude evaluation device (52) which is designed to evaluate on the basis of a value for the amplitude and on the basis of the differential pressure determined approximately, in particular exactly at the same time, whether the value of the amplitude is an error-free value is to be considered or whether the value of the amplitude is to be considered as an erroneous value. Vorrichtung (10) nach Anspruch 16, wobei die Ultraschall-Empfangssignal-Amplituden-Bewertungsvorrichtung (52) ausgebildet ist, um in dem Fall, in dem der Wert der Amplitude als fehlerhafter Wert zu betrachten ist, auf Basis eines zeitlich vorangehend bestimmten Scheitelwertes für die Amplitude und/oder auf Basis eines zeitlich nachfolgend bestimmten Scheitelwertes für die Amplitude und auf Basis des Differenzdrucks zu bewerten, ob der Wert der Amplitude als fehlerfreier Wert zu betrachten ist oder ob der Wert der Amplitude als fehlerhafter Wert zu betrachten ist.Device (10) after Claim 16 , wherein the ultrasonic received signal amplitude evaluation device (52) is designed, in the case in which the value of the amplitude is to be regarded as an erroneous value, on the basis of a temporally previously determined peak value for the amplitude and/or on the basis of a to evaluate the chronologically subsequent peak value for the amplitude and on the basis of the differential pressure whether the value of the amplitude is to be regarded as an error-free value or whether the value of the amplitude is to be regarded as an incorrect value.
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