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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids (aufweisend die Vorrichtung nach Anspruch 1) gemäß Anspruch 11 und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Wärmestroms dQ/dt (aufweisend die Vorrichtung nach Anspruch 11), der von einem Wärme transportierenden Fluid ausgeht, gemäß Anspruch 13.
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Die Bestimmung der Viskosität eines Fluids ist in vielen Anwendungsbereichen notwendig oder zumindest erstrebenswert, beispielsweise um für das Fluid oder für die Anwendung wichtige Parameter bestimmen oder überwachen zu können oder beispielsweise auch zur Überwachung von Visco-Kupplungen, für Strömungswächter und dgl. Beispielsweise ist es in vielen Anwendungen nötig, die Viskosität eines Fluids zu regulieren, beispielsweise konstant zu halten. Aus der Viskosität eines Fluids lassen sich ferner auch Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Fluids und somit auch Rückschlüsse auf physikalische Größen des Fluids ziehen, wobei die Effekte, die eine veränderte Viskosität bewirkt, große Einflüsse auf ein System haben können.
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Zur Bestimmung der Viskosität eines Fluids wird in der Regel ein Viskosimeter benutzt, mit dem die Viskosität des Fluids direkt, d.h. in Kontakt mit dem Viskosimeter gemessen wird. Derartige Viskosimeter sind beispielsweise zur Messung der Viskosität eines Fluids im Fließvorgang nicht oder zumindest nicht vorteilhaft verwendbar, da die Viskositätsmessung im Viskosimeter mittels einer Kugel bekannter Dichte und bekannten Radius' erfolgt, die in einen Zylinder, der mit dem Fluid gefüllt ist, eingebracht wird und deren Sinkgeschwindigkeit in dem Fluid gemessen wird. Eine derartige Verfahrensweise ist für strömende Fluide nicht geeignet Ferner ist die Handhabung der Viskosimeter meist arbeitsaufwändig.
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Die Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit bildet die Grundlage bzw. stellt benötigte Werte für die Ermittlung vieler weiterer Parameter eines Fluids zur Verfügung, beispielsweise einer Flüssigkeit, wie z.B. für die Ermittlung eines Mischungsverhältnisses oder aber auch die Ermittlung eines Wärmestroms, der von einem Wärme transportierenden Fluid ausgeht.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids, eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Wärmestroms dQ/dt, der von einem Wärme transportierenden Fluid ausgeht, anzugeben.
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Der erste Aspekt der Aufgabenstellung wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids, aufweisend
- - ein Strömungsvolumen mit einer ersten Position und einer zweiten Position,
- - eine Druckmessvorrichtung zum Messen einer Druckdifferenz Δp zwischen einem Druck p1 des Fluids an der ersten Position und einem Druck p2 des Fluids an der zweiten Position;
- - eine Laufzeitdifferenzmessvorrichtung zum Messen einer Laufzeitdifferenz Δt von zwei Ultraschallsignalen, von denen das erste Ultraschallsignal eine vorbestimmte Strecke zumindest teilweise in Strömungsrichtung und das zweite Ultraschallsignal die vorbestimmte Strecke zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids zurücklegt;
- - eine Annahmewertfestlegevorrichtung zur Festlegung eines angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids;
- - wobei für die Bestimmung der Viskosität eine Viskositätsbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen wenigstens einer, insbesondere zweier von dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids abhängiger Größen und zu einer iterativen Bestimmung einer Differenz zwischen der wenigstens einen von dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids abhängigen Größen und einer gemessenen Größe oder eine Differenz zwischen zwei von dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids abhängigen Größen vorgesehen ist.
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Insbesondere wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids aufweisend:
- - ein Strömungsvolumen mit einer ersten Position und einer zweiten Position,
- - eine Druckmessvorrichtung zum Messen einer Druckdifferenz Δp zwischen einem Druck p1 des Fluids an der ersten Position und einem Druck p2 des Fluids an der zweiten Position;
- - eine Laufzeitdifferenzmessvorrichtung zum Messen einer Laufzeitdifferenz Δt von zwei Ultraschallsignalen, von denen das erste Ultraschallsignal eine vorbestimmte Strecke zumindest teilweise in Strömungsrichtung und das zweite Ultraschallsignal die vorbestimmte Strecke zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids zurücklegt;
- - eine Annahmewertfestlegevorrichtung zur Festlegung eines angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids;
- - eine erste Volumenstrombestimmungsvorrichtung zum Bestimmen eines ersten Volumenstroms V1 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp;;
- - eine zweite Volumenstrombestimmungsvorrichtung zum Bestimmen eines zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Laufzeitdifferenz Δt;
- - eine Volumenstrom-Differenzbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer Volumenstrom-Differenz ΔV zwischen dem ersten bestimmten Volumenstrom V1 und dem zweiten bestimmten Volumenstrom V2
- - eine Entscheidungsvorrichtung zum Entscheiden, ob, abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag, der Volumenstrom-Differenz ΔV entweder der angenommene Wert für die Viskosität des Fluids durch eine Ausgabevorrichtung ausgegeben werden soll oder ob durch eine Neu-Annahmewertfestlegevorrichtung ein neuer angenommener Wert für die Viskosität des Fluids festgelegt werden soll, sowie
- - eine Neu-Annahmewertrückführvorrichtung zur Rückführung des neuen angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids zu der ersten Volumenstrombestimmungsvorrichtung und der zweiten Volumenstrombestimmungsvorrichtung.
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Insbesondere wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ferner auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids aufweisend
- - ein Strömungsvolumen mit einer ersten Position und einer zweiten Position,
- - eine Druckmessvorrichtung zum Messen einer Druckdifferenz Δp zwischen einem Druck p1 des Fluids an der ersten Position und einem Druck p2 des Fluids an der zweiten Position;
- - eine Laufzeitdifferenzmessvorrichtung zum Messen einer Laufzeitdifferenz Δt von zwei Ultraschallsignalen, von denen das erste Ultraschallsignal eine vorbestimmte Strecke zumindest teilweise in Strömungsrichtung und das zweite Ultraschallsignal die vorbestimmte Strecke zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids zurücklegt;
- - eine Annahmewertfestlegevorrichtung zur Festlegung eines angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids;
- - eine erste Volumenstrombestimmungsvorrichtung zum Bestimmen eines ersten Volumenstroms V1 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp;
- - eine Theorielaufzeit-Bestimmungsvorrichtung zum Bestimmen eines theoretischen Wertes für die Laufzeitdifferenz Δt_theo unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und des ersten Volumenstroms V1;
- - eine Laufzeitdifferenz-Differenzbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer Laufzeitdifferenz-Differenz ΔΔt zwischen der Laufzeitdifferenz Δt und dem theoretischen Wert für die Laufzeitdifferenz Δt_theo;
- - eine Entscheidungsvorrichtung zum Entscheiden, ob, abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag, der Laufzeitdifferenz-Differenz ΔΔt entweder der angenommene Wert für die Viskosität des Fluids durch eine Ausgabevorrichtung ausgegeben werden soll oder ob durch eine Neu-Annahmewertfestlegevorrichtung ein neuer angenommener Wert für die Viskosität des Fluids festgelegt werden soll, sowie
- - eine Neu-Annahmewertrückführvorrichtung zur Rückführung des neuen angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids zu der ersten Volumenstrombestimmungsvorrichtung und der Theorielaufzeit-Bestimmungsvorrichtung.
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Insbesondere wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe weiterhin auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids aufweisend
- - ein Strömungsvolumen mit einer ersten Position und einer zweiten Position,
- - eine Druckmessvorrichtung zum Messen einer Druckdifferenz Δp zwischen einem Druck p1 des Fluids an der ersten Position und einem Druck p2 des Fluids an der zweiten Position;
- - eine Laufzeitdifferenzmessvorrichtung zum Messen einer Laufzeitdifferenz Δt von zwei Ultraschallsignalen, von denen das erste Ultraschallsignal eine vorbestimmte Strecke zumindest teilweise in Strömungsrichtung und das zweite Ultraschallsignal die vorbestimmte Strecke zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids zurücklegt;
- - eine Annahmewertfestlegevorrichtung zur Festlegung eines angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids;
- - eine zweite Volumenstrombestimmungsvorrichtung zum Bestimmen eines zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Laufzeitdifferenz Δt;
- - eine Theoriedruckdifferenz-Bestimmungsvorrichtung zum Bestimmen eines theoretischen Wertes für die Druckdifferenz Δp_theo unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und des zweiten Volumenstroms V2;
- - eine Druckdifferenz-Differenzbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen einer Druckdifferenz-Differenz ΔΔp zwischen der Druckdifferenz Δp und dem theoretischen Wert für die Druckdifferenz Δp_theo;
- - eine Entscheidungsvorrichtung zum Entscheiden, ob, abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag, der Druckdifferenz-Differenz ΔΔp entweder der angenommene Wert für die Viskosität des Fluids durch eine Ausgabevorrichtung ausgegeben werden soll oder ob durch eine Neu-Annahmewertfestlegevorrichtung ein neuer angenommener Wert für die Viskosität des Fluids festgelegt werden soll, sowie
- - eine Neu-Annahmewertrückführvorrichtung zur Rückführung des neuen angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids zu der zweiten Volumenstrombestimmungsvorrichtung und der Theoriedruckdifferenz-Bestimmungsvorrichtung.
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Die Druckmessvorrichtung zum Messen einer Druckdifferenz Δp zwischen einem Druck des Fluids an der ersten Position und einem Druck des Fluids an der zweiten Position kann einen ersten Drucksensor, der an der ersten Position angeordnet ist, und einen zweiten Drucksensor, der an der zweiten Position angeordnet ist, aufweisen. Dies stellt eine zuverlässige Funktion bei gleichzeitig geringem konstruktivem Aufwand sicher.
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Die Laufzeitdifferenzmessvorrichtung kann einen ersten Ultraschallwandler und einen zweiten Ultraschallwandler aufweisen, wobei der erste Ultraschallwandler vorgesehen ist, um ein erstes Ultraschallsignal auszusenden und wobei der zweite Ultraschallwandler vorgesehen ist, um ein zweites Ultraschallsignal auszusenden, wobei der erste Ultraschallwandler ferner dazu vorgesehen ist, um das zweite Ultraschallsignal zu empfangen, und wobei der zweite Ultraschallwandler ferner dazu vorgesehen ist, um das erste Ultraschallsignal zu empfangen.
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Weiterhin kann das Strömungsvolumen zwischen der ersten Position und der zweiten Position eine Querschnittsänderung, insbesondere Querschnittsverengung aufweisen. Die Querschnittsänderung kann eine variable Querschnittsänderung, insbesondere ein Ventil oder eine Blende sein.
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Die Annahmewertfestlegevorrichtung und/oder die erste Volumenstrombestimmungsvorrichtung und/oder die zweite Volumenstrombestimmungsvorrichtung und/oder die Volumenstrom-Differenzbestimmungsvorrichtung und/oder die Entscheidungsvorrichtung und/oder die Neu-Annahmewertrückführvorrichtung und/oder die Theorielaufzeit-Bestimmungsvorrichtung und/oder die Laufzeitdifferenz-Differenzbestimmungsvorrichtung und/oder die Theoriedruckdifferenz-Bestimmungsvorrichtung und/oder die Druckdifferenz-Differenzbestimmungsvorrichtung kann/können ganz oder teilweise in einer Steuer- und Auswertevorrichtung integriert sein.
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Die vorstehend diskutierten Varianten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sichern eine kompakte Bauweise und eine einfache Verwendbarkeit bzw. Konstruktion, gerade auch in geschlossenen Systemen.
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Optional weist die Vorrichtung weiterhin
- - zum Bestimmen des ersten Volumenstroms V1 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp eine Datentabelle oder eine mathematische Gleichung oder eine mathematische Näherungsgleichung für die Beziehung zwischen dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids und der Druckdifferenz Δp auf
und/oder
- - zum Bestimmen des zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der Laufzeitdifferenz Δt eine Datentabelle oder eine mathematische Gleichung oder eine mathematische Näherungsgleichung für die Beziehung zwischen dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids und der Laufzeitdifferenz Δt auf.
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Es wurde im Rahmen der Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt der Aufgabenstellung weiterhin erkannt, dass die vorstehend beschriebene Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids auch Bestandteil einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids, welches ein Gemisch aus wenigstens einem ersten Mischungs-Fluid und einem zweiten Mischungs-Fluid ist, sein kann.
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Die Vorrichtung zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids weist in einer möglichen Ausführungsform einen ersten Temperatursensor, insbesondere einen in dem Strömungsvolumen angeordneten Temperatursensor zum Messen einer absoluten Temperatur und eine Bestimmungsvorrichtung zum Bestimmen des Mischungsverhältnisses des Fluids basierend auf der ausgegebenen Viskosität und der gemessenen absoluten Temperatur auf.
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Es wurde im Rahmen der Erfindung gemäß dem dritten Aspekt der Aufgabenstellung weiterhin erkannt, dass die vorstehend beschriebene Vorrichtung zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids auch Bestandteil einer Vorrichtung sein kann zum Bestimmen eines Wärmestroms dQ/dt, der von einem Wärme transportierenden Fluid ausgeht, welches ein Gemisch aus wenigstens einem ersten Mischungs-Fluid und einem zweiten Mischungs-Fluid ist, und das durch ein Wärmestrom-Strömungsvolumen von einer Ersttemperatur-Position, an der es eine erste Temperatur T1 aufweist, zu einer Zweittemperatur-Position strömt, wo es aufgrund des Wärmestroms dQ/dt eine zweite Temperatur T2 aufweist, die zu der ersten Temperatur T1 unterschiedlich ist.
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Die Vorrichtung zum Bestimmen eines Wärmestroms kann weiterhin aufweisen:
- - eine Differenztemperaturmessvorrichtung zum Messen der Differenztemperatur ΔT zwischen der ersten Temperatur T1 und der zweiten Temperatur T2;
- - eine Dichtebestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der Dichte und eine Wärmekapazitätsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität des Wärme des transportierenden Fluids basierend auf der gemessenen absoluten Temperatur T und dem bestimmten Mischungsverhältnis des Wärme transportierenden Fluids; und
- - eine Wärmestrombestimmungsvorrichtung zum Bestimmen des Wärmestroms dQ/dt, der von dem Wärme transportierenden Fluid abgegeben oder empfangen wird, basierend auf der Differenztemperatur ΔT, einem gemessenen Volumenstrom oder dem ersten Volumenstrom V1 oder dem zweiten Volumenstrom V2, der bestimmten Dichte und der bestimmten spezifischen Wärmekapazität.
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Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnung anhand von möglichen Ausführungsform beispielhaft beschrieben. Die beigefügten Zeichnungen zeigen in
- 1a bis 1c jeweils ein Flussdiagramm, in dem Verfahrensschritte zur Bestimmung einer Viskosität mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind:
- 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids;
- 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids;und
- 4 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids.
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Wie den Flussdiagrammen in den 1a bis 1c zu entnehmen ist, weisen alle drei dargestellten Beispiele des Verfahrens zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids, das (für die nachstehend genannten apparativen Komponenten siehe vor allem 2 und 3) durch ein Strömungsvolumen 10 von einer ersten Position 12, an der es einen ersten Druck p1 aufweist, zu einer zweiten Position 14 strömt, wo es, insbesondere aufgrund von Druckverlusten, insbesondere verursacht durch Reibung, Wirbelbildung und/oder Strömungsablösung, einen zweiten Druck p2 aufweist, folgende Schritte auf:
- a) Messen einer Druckdifferenz Δp = p1 - p2 des Fluids zwischen der ersten Position 12 und der zweiten Position 14;
- b) Messen einer Laufzeitdifferenz Δt von zwei Ultraschallsignalen, von denen das erste Ultraschallsignal eine vorbestimmte Strecke zumindest teilweise in Strömungsrichtung und das zweite Ultraschallsignal die vorbestimmte Strecke zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids zurücklegt; und
- c) Festlegen eines angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids.
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Die vorstehend genannten Schritte können, obwohl sie in den gezeigten Beispielen jeweils in der genannten Reihenfolge dargestellt sind, in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Ein erstes mögliches Beispiel, das in 1a dargestellt ist, weist weiterhin die folgenden Schritte auf:
- d) Bestimmen eines ersten Volumenstroms V1 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp;
- e) Bestimmen eines zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Laufzeitdifferenz Δt;
- f) Bestimmen einer Volumenstrom-Differenz ΔV zwischen dem ersten bestimmten Volumenstrom V1 und dem zweiten bestimmten Volumenstrom V2.
- g) Abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag, der bestimmten Volumenstrom-Differenz ΔV entweder Ausgabe des angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids oder Festlegen eines neuen angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und anschließende Rückkehr zu Schritt d).
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Es handelt sich demnach um ein iteratives Verfahren, das als Abbruchkriterium die Größe, in dem hier beschriebenen Beispiel die Größe in Form des Betrags der bestimmten Volumenstrom-Differenz ΔV aufweist. Ist der Betrag der Volumenstrom-Differenz ΔV ausreichend klein, so wird der im gerade fertiggestellten Durchlauf Verwendung findende angenommene Wert für die Viskosität v des Fluids als „reale“ Viskosität des Fluids ausgegeben. In anderen Worten gesagt handelt es sich bei dem Verfahren um ein iteratives Näherungsverfahren zur Bestimmung des Wertes der Viskosität v des Fluids.
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Ein zweites mögliches Beispiel, das in 1b dargestellt ist, weist weiterhin die folgenden Schritte auf:
- d) Bestimmen eines ersten Volumenstroms V1 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp;
- e) Bestimmen eines theoretischen Wertes für die Laufzeitdifferenz Δt_theo unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und dem ersten Volumenstrom V1;
- f) Bestimmen einer Laufzeitdifferenz-Differenz ΔΔt zwischen der Laufzeitdifferenz Δt und dem theoretischen Wert für die Laufzeitdifferenz Δt_theo;
- g) Abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag, der bestimmten Laufzeitdifferenz-Differenz ΔΔt entweder Ausgabe des angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids oder Festlegen eines neuen angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids und anschließende Rückkehr zu Schritt d).
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Auch bei dem zweiten Beispiel handelt sich um ein iteratives Verfahren, das als Abbruchkriterium die Größe, in dem hier beschriebenen Beispiel die Größe in Form des Betrags der bestimmten Laufzeitdifferenz-Differenz ΔΔt aufweist.
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In einem dritten Beispiel eines Verfahrens zur Viskositätsbestimmung, das in 1c dargestellt ist, sind folgende zusätzlichen Schritte vorhanden:
- d) Bestimmen eines zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der Laufzeitdifferenz Δt;
- e) Bestimmen eines theoretischen Wertes für die Druckdifferenz Δp_theo unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und des zweiten Volumenstroms V2;
- f) Bestimmen einer Druckdifferenz-Differenz ΔΔp zwischen der Druckdifferenz Δp und dem theoretischen Wert für die Druckdifferenz Δp_theo;
- g) Abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag, der bestimmten Druckdifferenz-Differenz ΔΔp entweder Ausgabe des angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids oder Festlegen eines neuen angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids und anschließende Rückkehr zu Schritt d)
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Auch bei dem dritten Beispiel handelt sich um ein iteratives Verfahren, das als Abbruchkriterium die Größe, in dem hier beschriebenen Beispile die Größe in Form des Betrags der bestimmten Laufzeitdifferenz-Differenz ΔΔt aufweist.
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Alle vorstehend und auch ggf. nachstehend genannten Schritte können in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden, mit Ausnahme der Schritte, die auf einen Wert oder ein Ergebnis eines anderen Schrittes aufbauen. Diese Schritte müssen, wie der Fachmann selbstverständlich erkennt, nach dem/den Schritt/en, auf deren Wert oder Ergebnis sie aufbauen, ausgeführt werden.
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In den beschriebenen Beispielen erfolgt, um das Verfahren auf kompaktem Raum und auch in geschlossenen Kreisläufen ausführen zu können, das Messen der Laufzeitdifferenz Δt der Ultraschallsignale innerhalb des Strömungsvolumens 10.
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In möglichen Anwendungen ist das Fluid ein Gemisch aus wenigstens einem ersten Mischungs-Fluid (d.h. einem ersten Fluid, das Bestandteil des Gemisches ist) und einem zweiten Mischungs-Fluid (d.h. einem zweiten Fluid, das Bestandteil des Gemisches ist). Insbesondere ist in möglichen Anwendungen das Gemisch eine Flüssigkeit ist, die eine binäre Mischung aus einer ersten Mischungs-Flüssigkeit (d.h. einer ersten Flüssigkeit, die Bestandteil des Gemisches ist) und einer zweiten Mischungs-Flüssigkeit (d.h. einer zweiten Flüssigkeit, die Bestandteil des Gemisches ist. Weiterhin insbesondere ist das Gemisch in möglichen Anwendungen eine Mischung aus Wasser und Glykol. Für alle vorstehend genannten Gemische ist das Verfahren, insbesondere auch die drei beschriebenen Beispiele, eine zuverlässige Weise, um die Viskosität des Gemisches zu bestimmen.
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In den vorstehend beschriebenen Beispielen erfolgt das Bestimmen des ersten Volumenstroms V1 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp mittels einer Datentabelle, alternativ hierzu mittels einer mathematischen Gleichung oder einer mathematischen Näherungsgleichung für die Beziehung zwischen dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids und der Druckdifferenz Δp. Das Bestimmen des zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der Laufzeitdifferenz Δt erfolgt mittels einer Datentabelle oder einer mathematischen Gleichung, alternativ hierzu mittels einer mathematischen Näherungsgleichung für die Beziehung zwischen dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids und der Laufzeitdifferenz Δt.
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Im Rahmen der vorliegenden Überlegungen wurde erkannt, dass ein Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids, insbesondere auch ein Verfahren gemäß der vorstehend beschriebenen Beispiele Basis für bzw. Bestandteil eines Verfahren(s) zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids, welches ein Gemisch aus wenigstens einem ersten Mischungs-Fluid und einem zweiten Mischungs-Fluid ist, sein kann. Das Verfahren zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids weist in einer möglichen beispielhaften Realisierung die folgenden zusätzlichen Schritte aufweist:
- h) Messen einer absoluten Temperatur; und
- i) Bestimmen des Mischungsverhältnisses des Fluids basierend auf der ausgegebenen Viskosität und der gemessenen absoluten Temperatur.
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Auch bei dem beschriebenen Verfahren zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids findet wieder eine Datentabelle Verwendung. Das Bestimmen des Mischungsverhältnisses des Fluids basierend auf der ausgegebenen Viskosität und der gemessenen Temperatur erfolgt nämlich in dem beschriebenen Beispiel mittels einer Datentabelle für die Beziehung zwischen der ausgegebenen Viskosität und der gemessenen Temperatur. Alternativ hierzu wäre wiederum die Verwendung einer mathematischen Gleichung oder einer mathematischen Näherungsgleichung für die Beziehung zwischen der ausgegebenen Viskosität und der gemessenen Temperatur denkbar.
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Im Rahmen der vorliegenden Überlegungen wurde weiterhin erkannt, dass ein Verfahren zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids, insbesondere auch ein Verfahren gemäß dem vorstehend beschriebenen Beispiel Basis für bzw. Bestandteil eines Verfahren(s) zum Bestimmen eines Wärmestroms dQ/dt sein kann. Der Wärmestrom geht dabei von einem Wärme transportierenden Fluid aus, welches ein Gemisch aus wenigstens dem ersten Mischungs-Fluid und dem zweiten Mischungs-Fluid ist und das durch das Strömungsvolumen 10 von einer Ersttemperatur-Position, an der es eine erste Temperatur T1 aufweist, zu einer Zweittemperatur-Position strömt, wo es aufgrund des Wärmestroms dQ/dt, also der Abgabe von Wärme oder der Aufnahme von Wärme, die zwischen den beiden Positionen erfolgt, eine zweite Temperatur T2 aufweist, die zu der ersten Temperatur T1 unterschiedlich ist.
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Das Verfahren zum Bestimmen eines Wärmestroms weist in einer möglichen beispielhaften Realisierung die folgenden zusätzlichen Schritte auf:
- j) Messen der Differenztemperatur ΔT zwischen der ersten Temperatur T1 und der zweiten Temperatur T2;
- k) Bestimmen der Dichte und der spezifischen Wärmekapazität des Wärme transportierenden Fluids basierend auf der gemessenen absoluten Temperatur T und dem bestimmten Mischungsverhältnis des Wärme transportierenden Fluids; und
- l) Bestimmen des Wärmestroms dQ/dt, der von dem Wärme transportierenden Fluid abgegeben oder empfangen wird, basierend auf der Differenztemperatur ΔT, einem gemessenen Volumenstrom oder dem ersten Volumenstrom V1 oder dem zweiten Volumenstrom V2, der bestimmten Dichte und der bestimmten spezifischen Wärmekapazität.
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Die Bestimmung der Dichte und die Bestimmung des Wärmestroms erfolgen in dem hier beschriebenen Beispiel wiederum auf Basis einer Datentabelle. Alternativ hierzu wäre wiederum die Verwendung einer mathematischen Gleichung oder einer mathematischen Näherungsgleichung denkbar.
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Alle anbei beschriebenen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids (vgl. die 2 bis 4) weisen das Strömungsvolumen 10 mit der ersten Position 12 und der zweiten Position 14 auf. Das Strömungsvolumen 10 weist einen Fluideintritt 20 und einen Fluidaustritt 22 auf, wobei an dieser Stelle angemerkt sei, dass eine Durchströmung der Vorrichtung 1 sowohl in einer Richtung vom Fluideintritt 20 zum Fluidaustritt 22, als auch in umgekehrter Richtung denkbar ist, so dass die als Fluideintritt 20 bezeichnete Öffnung in Verwendung der Vorrichtung 1 auch als Austritt für das Fluid fungieren kann, während die als Fluidaustritt 22 bezeichnete Öffnung in Verwendung der Vorrichtung 1 auch als Eintritt für das Fluid fungieren kann.
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Die Vorrichtung 1 weist weiterhin eine Druckmessvorrichtung 24 zum Messen einer Druckdifferenz Δp zwischen dem Druck p1 des Fluids an der ersten Position 12 und dem Druck p2 des Fluids an der zweiten Position 14 auf. Die Druckdifferenz ist dabei u.a. durch Reibung, Wirbelbildung und/oder Strömungsablösung im Bereich des zwischen der ersten Position 12 und der zweiten Position 14 angeordneten Volumens bedingt.
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Eine Laufzeitdifferenzmessvorrichtung 26 zum Messen einer Laufzeitdifferenz Δt von zwei Ultraschallsignalen, nämlich einem ersten und einem zweiten Ultraschallsignal, ist ebenso Bestandteil der Vorrichtung 1. Das erste Ultraschallsignal legt eine vorbestimmte Strecke vollständig, in alternativen Ausführungsformen zumindest teilweise in Strömungsrichtung zurück und das zweite Ultraschallsignal legt die vorbestimmte Strecke vollständig, in alternativen Ausführungsformen zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids zurücklegt.
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Ferner dient eine Annahmewertfestlegevorrichtung 28 einer Festlegung eines angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids;
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Eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids, welche in 2 dargestellt ist, weist weiterhin eine erste Volumenstrombestimmungsvorrichtung 30 zum Bestimmen eines ersten Volumenstroms V1 des Fluids auf. Die Bestimmung des ersten Volumenstroms V1 erfolgt unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp.
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Eine zweite Volumenstrombestimmungsvorrichtung 32 dient zum Bestimmen eines zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Laufzeitdifferenz Δt.
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Eine Volumenstrom-Differenzbestimmungsvorrichtung 34 zum Bestimmen einer Volumenstrom-Differenz ΔV zwischen dem ersten bestimmten Volumenstrom V1 und dem zweiten bestimmten Volumenstrom V2 ist ebenso Bestandteil der ersten Ausführungsform, wie auch eine Entscheidungsvorrichtung 36 zum Entscheiden, ob, abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag, der Volumenstrom-Differenz ΔV entweder der angenommene Wert für die Viskosität des Fluids durch eine Ausgabevorrichtung 37 ausgegeben werden soll oder ob durch eine Neu-Annahmewertfestlegevorrichtung 38 der Vorrichtung 1 ein neuer angenommener Wert für die Viskosität des Fluids festgelegt werden soll.
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Die Vorrichtung 1 weist weiterhin eine Neu-Annahmewertrückführvorrichtung 40 zur Rückführung des neuen angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids zu der ersten Volumenstrombestimmungsvorrichtung 30 und der zweiten Volumenstrombestimmungsvorrichtung 32 auf. Dadurch werden die Iterationen, die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eines Verfahrens zur Bestimmung der Viskosität eines Fluids beschrieben sind, ermöglicht.
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Eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids, welche in 3 dargestellt ist, weist neben den obenstehend genannten, in allen Ausführungsformen vorhandenen Komponenten eine/die erste Volumenstrombestimmungsvorrichtung 30 zum Bestimmen eines ersten Volumenstroms V1 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp auf.
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Sie weist ferner eine Theorielaufzeit-Bestimmungsvorrichtung 42 zum Bestimmen eines theoretischen Wertes für die Laufzeitdifferenz Δt_theo unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und des ersten Volumenstroms V1 und eine Laufzeitdifferenz-Differenzbestimmungsvorrichtung 44 zum Bestimmen einer Laufzeitdifferenz-Differenz ΔΔt zwischen der Laufzeitdifferenz Δt und dem theoretischen Wert für die Laufzeitdifferenz Δt_theo auf.
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Wie auch die erste Ausführungsform weist die zweite Ausführungsform eine Entscheidungsvorrichtung 36' auf, die vorgesehen ist, um zu entscheiden, ob, abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag der Laufzeitdifferenz-Differenz ΔΔt entweder der angenommene Wert für die Viskosität des Fluids durch die Ausgabevorrichtung 37 ausgegeben werden soll oder ob durch die Neu-Annahmewertfestlegevorrichtung 38 ein neuer angenommener Wert für die Viskosität des Fluids festgelegt werden soll, sowie eine Neu-Annahmewertrückführvorrichtung 40' zur Rückführung des neuen angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids zu der ersten Volumenstrombestimmungsvorrichtung 30 und der Theorielaufzeit-Bestimmungsvorrichtung 42 auf.
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Eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids, die in 4 dargestellt ist, weist neben den obenstehend genannten, in allen Ausführungsformen vorhandenen Komponenten eine/die zweite Volumenstrombestimmungsvorrichtung 32 zum Bestimmen eines zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Laufzeitdifferenz Δt auf.
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Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Theoriedruckdifferenz-Bestimmungsvorrichtung 46 zum Bestimmen eines theoretischen Wertes für die Druckdifferenz Δp_theo unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und des zweiten Volumenstroms V2, sowie eine Druckdifferenz-Differenzbestimmungsvorrichtung 48 zum Bestimmen einer Druckdifferenz-Differenz ΔΔp zwischen der Druckdifferenz Δp und dem theoretischen Wert für die Druckdifferenz Δp_theo auf.
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Die dritte Ausführungsform weist auch eine Entscheidungsvorrichtung 36" zum Entscheiden, ob, abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag, der Druckdifferenz-Differenz ΔΔp entweder der angenommene Wert für die Viskosität des Fluids durch die Ausgabevorrichtung 37 ausgegeben werden soll, oder ob durch die Neu-Annahmewertfestlegevorrichtung 38 ein neuer angenommener Wert für die Viskosität v des Fluids festgelegt werden soll, sowie eine Neu-Annahmewertrückführvorrichtung 40" zur Rückführung des neuen angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids zu der zweiten Volumenstrombestimmungsvorrichtung 32 und der Theoriedruckdifferenz-Bestimmungsvorrichtung 46 auf.
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In allen drei beschriebenen Ausführungsformen weist die Druckmessvorrichtung 24 einen ersten Drucksensor 24a, der an der ersten Position 12 angeordnet ist, und einen zweiten Drucksensor 24b, der an der zweiten Position 14 angeordnet ist, auf. Bei den Drucksensoren kann es sich, je nach Ausführungsform der Vorrichtung 1 beispielsweise um kapazitive oder induktive oder piezoresistive Drucksensoren handeln, oder aber auch frequenzanaloge Drucksensoren oder Drucksensoren mit Hallelement handeln. Die aufgezählten Beispiele sind keine abschließende Aufzählung, es sind auch weitere Drucksensoren, insbesondere Drucksensoren heutiger Bauart aber auch einer zukünftigen, während der Laufzeit des vorliegenden Schutzrechts entwickelten Bauart denkbar. In weiteren alternativen Ausführungsformen ist es denkbar, den Druck p1 des Fluids an der ersten Position 12 und/oder den Druck p2 des Fluids an der zweiten Position 14 mittels einer mit dem Druck verknüpften Größe, d.h. also indirekt zu messen. In diesem Fall weist eine entsprechende Vorrichtung 1 keinen Drucksensor sondern einen Sensor für eine andere Größe, nämlich eine Größe, die der Druckbestimmung dient, auf.
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Die Laufzeitdifferenzmessvorrichtung 26 weist einen ersten Ultraschallwandler 26a und einen zweiten Ultraschallwandler 26b auf. Der erste Ultraschallwandler 26a ist vorgesehen, um ein erstes Ultraschallsignal auszusenden und der zweite Ultraschallwandler 26b ist vorgesehen, um ein zweites Ultraschallsignal auszusenden. Weiterhin ist der erste Ultraschallwandler 26a dazu vorgesehen, um das zweite Ultraschallsignal zu empfangen, und der zweite Ultraschallwandler 26b ist dazu vorgesehen, um das erste Ultraschallsignal zu empfangen.
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Der erste Ultraschallwandler 26a und der zweite Ultraschallwandler 26b sind in der ersten (siehe 2) und dritten (siehe 4) beschriebenen Ausführungsform derart angeordnet, dass entweder der erste Ultraschallwandler 26a oder der zweite Ultraschallwandler 26b sein Ultraschallsignal in der Strömungsrichtung des Fluids, d.h. in etwa parallel zu der Strömungsrichtung durch die Vorrichtung 1 sendet und der andere Ultraschallwandler, d.h. der zweite Ultraschallwandler 26b oder der erste Ultraschallwandler 26a sein Ultraschallsignal entgegen der Strömungsrichtung des Fluids, d.h. in etwa antiparallel zu der Strömungsrichtung durch die Vorrichtung 1 sendet.
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Die Vorrichtung 1 weist in der ersten (siehe 2) und dritten (siehe 4) beschriebenen Ausführungsform zur Befestigung des ersten Ultraschallwandlers 26a eine erste Halterung bzw. Haltevorrichtung 47a auf, die den ersten Ultraschallwandler 26a aufnimmt bzw. an der der erste Ultraschallwandler 26a befestigt ist, und mittels derer der erste Ultraschallwandler 26a derart im Strömungsvolumen 10 angeordnet ist, dass er sein Signal parallel (bzw. ggf. antiparallel) zu der Strömungsrichtung des Fluids abgibt bzw. aussendet. Die Vorrichtung 1 weist weiterhin zur Befestigung des zweiten Ultraschallwandlers 26b eine zweite Halterung bzw. Haltevorrichtung 47b auf, die den zweiten Ultraschallwandler 26b aufnimmt bzw. an der der zweite Ultraschallwandler 26b befestigt ist, und mittels derer der zweite Ultraschallwandler 26b derart im Strömungsvolumen 10 angeordnet ist, dass er sein Signal antiparallel (bzw. ggf. parallel) zu der Strömungsrichtung des Fluids abgibt.
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In der zweiten beschriebenen Ausführungsform (siehe 3) sind der erste Ultraschallwandler 26a und der zweite Ultraschallwandler 26b derart angeordnet, dass entweder der erste Ultraschallwandler 26a oder der zweite Ultraschallwandler 26b sein Ultraschallsignal teilweise in Strömungsrichtung des Fluids durch die Vorrichtung 1 sendet und der andere Ultraschallwandler, d.h. der zweite Ultraschallwandler 26b oder der erste Ultraschallwandler 26a sein Ultraschallsignal teilweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids durch die Vorrichtung 1 sendet. In anderen Worten gesagt sind der erste Ultraschallwandler 26a und der zweite Ultraschallwandler 26b derart angeordnet, dass das von ihnen ausgesandte Ultraschallsignal jeweils einen Winkel mit der Strömungsrichtung des Fluids einschließt, der ungleich zu 90°, ungleich zu 180°, ungleich zu 270° und ungleich zu 360° ist. In dieser Ausführungsform sind der erste Ultraschallwandler 26a und der zweite Ultraschallwandler 26b in einer Strömungsvolumenbegrenzung 49 aufgenommen und derart angeordnet, dass das von ihnen ausgesandte Ultraschallsignal jeweils einen Winkel mit der Strömungsrichtung des Fluids einschließt, der ungleich zu 90°, ungleich zu 180°, ungleich zu 270° und ungleich zu 360° ist.
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Das Strömungsvolumen 10 weist in den dargestellten Ausführungsformen zwischen der ersten Position12 (also der Position an der der erste Drucksensor 24a angeordnet ist), und der zweiten Position (also der Position an der der zweite Drucksensor 24b angeordnet ist) eine Querschnittsänderung in Form einer Querschnittsverengung 50 auf. In alternativen Ausführungsformen ist auch eine Querschnittserweiterung denkbar. Die Querschnittsänderung dient der Erzeugung/Stabilisierung/Vergrößerung der Druckdifferenz Δp zwischen dem an der ersten Position 12 in dem die Vorrichtung 1 durchströmenden Fluid herrschenden Druck p1 und dem an der zweiten Position 14 in dem die Vorrichtung 1 durchströmenden Fluid herrschenden Druck p2, die vor allem durch Reibung, Wirbelbildung und/oder Strömungsablösung bedingt ist. Die Querschnittsänderung ist in den beschriebenen Ausführungsformen eine feste, nichtveränderliche Querschnittsänderung. In alternativen Ausführungsformen kann die Querschnittsänderung eine variable Querschnittsänderung, insbesondere ein Ventil oder eine Blende sein. In weiteren alternativen Ausführungsformen weist die Vorrichtung 1 keine Querschnittsänderung auf.
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In den obenstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die Annahmewertfestlegevorrichtung 28 und die erste Volumenstrombestimmungsvorrichtung 30 und die zweite Volumenstrombestimmungsvorrichtung 32 und die Volumenstrom-Differenzbestimmungsvorrichtung 34 und die Entscheidungsvorrichtung 36 bzw. 36' bzw. 36" und die Neu-Annahmewertrückführvorrichtung 40 und die Theorielaufzeit-Bestimmungsvorrichtung 42 und die Laufzeitdifferenz-Differenzbestimmungsvorrichtung 44 und die Theoriedruckdifferenz-Bestimmungsvorrichtung 44 und die Druckdifferenz-Differenzbestimmungsvorrichtung 48 in einer Steuer- und Auswertevorrichtung 51 integriert, was eine kompakte Bauweise ermöglicht. Alternativ hierzu können eine oder mehrere der vorstehend genannten Komponenten in einer eigenen Einheit bzw. Vorrichtung integriert sein. Ferner ist auch die Ausgabevorrichtung 37 in den beschriebenen Ausführungsformen in der Steuer- und Auswertevorrichtung 51 integriert. Sie kann aber je nach Ausführungsform eine außerhalb der Steuer- und Auswertevorrichtung 51 angeordnete Vorrichtung sein. Insbesondere kann die Ausgabevorrichtung auch in einer Schnittstelle zu einer Peripherie der Vorrichtung 1 angeordnet sein.
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Die Vorrichtung 1 weist weiterhin Datentabellen zum Bestimmen einiger Werte auf. Im Detail weist die Vorrichtung 1 eine erste Datentabelle 52 zum Bestimmen des ersten Volumenstroms V1 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp, sowie eine zweite Datentabelle 52' zum Bestimmen des zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der Laufzeitdifferenz Δt auf. In alternativen Ausführungsformen können alternativ oder auch zusätzlich hierzu eine mathematische Gleichung oder eine mathematische Näherungsgleichung Verwendung finden.
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Vom Gedanken der vorliegenden Erfindung ist auch umfasst, dass die Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids Bestandteil einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids, welches ein Gemisch aus wenigstens einem ersten Mischungs-Fluid und einem zweiten Mischungs-Fluid ist, ist. Die Vorrichtung zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids weist neben einer der obenstehend beschriebenen Vorrichtungen 1 einen ersten Temperatursensor, der in dem Strömungsvolumen 10 angeordnet ist, auf. Dieser dient zum Messen einer absoluten Temperatur. Die Vorrichtung zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids weist ferner eine Bestimmungsvorrichtung zum Bestimmen des Mischungsverhältnisses des Fluids basierend auf der ausgegebenen Viskosität und der gemessenen absoluten Temperatur auf. In der hier beschriebenen Ausführungsform weist die Vorrichtung zum Bestimmen des Mischungsverhältnisses des Fluids eine dritte Datentabelle auf, die dem Bestimmen des Mischungsverhältnisses des Fluids basierend auf der ausgegebenen Viskosität und der gemessenen absoluten Temperatur dient. Alternativ hierzu können beispielsweise auch eine mathematische Gleichung oder eine mathematische Näherungsgleichung Verwendung finden.
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Vom Gedanken der vorliegenden Erfindung ist auch umfasst, dass die Vorrichtung zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids Bestandteil einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Wärmestroms dQ/dt ist. Der Wärmestrom geht dabei von einem Wärme transportierenden Fluid aus, welches ein Gemisch aus wenigstens dem ersten Mischungs-Fluid und dem zweiten Mischungs-Fluid ist, und das durch ein Wärmestrom-Strömungsvolumen von einer Ersttemperatur-Position, an der es eine erste Temperatur T1 aufweist, zu einer Zweittemperatur-Position strömt, wo es aufgrund des Wärmestroms dQ/dt eine zweite Temperatur T2 aufweist, die zu der ersten Temperatur T1 unterschiedlich ist.
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Die Vorrichtung zum Bestimmen eines Wärmestroms weist eine Differenztemperaturmessvorrichtung zum Messen der Differenztemperatur ΔT zwischen der ersten Temperatur T1 und der zweiten Temperatur T2 auf. An der Ersttemperatur-Position ist zur Messung der Temperatur T1 ein zweiter Temperatursensor vorgesehen und an der Zweittemperatur-Position ist zur Messung der Temperatur T2 ein dritter Temperatursensor vorgesehen, deren Messwerte durch die Differenztemperaturmessvorrichtung entsprechend verarbeitet, d.h. voneinander subtrahiert werden. In möglichen Ausführungsformen kann die Differenztemperaturmessvorrichtung den Wert von T1 - T2 oder T2 - T1 oder den Betrag |T1 - T2| ermitteln.
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Ebenso weist die Vorrichtung zum Bestimmen eines Wärmestroms eine Dichtebestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der Dichte und eine Wärmekapazitätsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität des transportierenden Fluids basierend auf der gemessenen absoluten Temperatur T und dem bestimmten Mischungsverhältnis des Wärme transportierenden Fluids auf. Weiterhin weist sie eine Wärmestrombestimmungsvorrichtung zum Bestimmen des Wärmestroms dQ/dt, der von dem Wärme transportierenden Fluid abgegeben oder empfangen wird, basierend auf der Differenztemperatur ΔT, einem gemessenen Volumenstrom oder dem ersten Volumenstrom V1 oder dem zweiten Volumenstrom V2, der bestimmten Dichte und der bestimmten spezifischen Wärmekapazität auf. Auch die vorstehend genannten Vorrichtungen, d.h. die Dichtebestimmungsvorrichtung, die Wärmekapazitätsbestimmungsvorrichtung und die Wärmestrombestimmungsvorrichtung können eine oder mehrere Datentabellen zur Bestimmung der jeweiligen Größen aufweisen, alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch eine mathematische Gleichung oder eine mathematische Näherungsgleichung Verwendung finden.
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Es verbleibt anzumerken, dass in den beschriebenen Ausführungsformen die Datentabellen, die die Zusammenhänge zwischen zwei oder mehreren Werten beinhalten bzw. zur Verfügung stellen, empirisch bestimmt sind. Alternativ sind, wie auch vorstehend erwähnt eine Verwendung mathematischer Näherungsgleichungen denkbar. Eine Verwendung von mathematischen Formeln, die aus theoretischen Modellen bzw. idealen Systemen abgeleitet sind, ist möglich, es ist aber ggf. eine Korrektur nötig, um die realen Systeme genau genug beschreiben zu können.
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Zusammenfassend lassen sich die durch die erfindungsgemäßen Vorrichtungen durchgeführten Verfahren nochmals wie folgt zusammenfassen:
- 1. Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids, das durch ein Strömungsvolumen (10) von einer ersten Position (12), an der es einen ersten Druck p1 aufweist, zu einer zweiten Position (14) strömt, wo es, insbesondere aufgrund von Druckverlusten, insbesondere verursacht durch Reibung, Wirbelbildung und/oder Strömungsablösung, einen zweiten Druck p2 aufweist, wobei das Verfahren die Schritte
- a) Messen einer Druckdifferenz Δp = p1 - p2 des Fluids zwischen der ersten Position (12) und der zweiten Position (14);
- b) Messen einer Laufzeitdifferenz Δt von zwei Ultraschallsignalen, von denen das erste Ultraschallsignal eine vorbestimmte Strecke zumindest teilweise in Strömungsrichtung und das zweite Ultraschallsignal die vorbestimmte Strecke zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids zurücklegt; und
- c) Festlegen eines angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids;
aufweist,
wobei die Bestimmung der Viskosität durch ein Bestimmen wenigstens einer, insbesondere zweier von dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids abhängiger Größen und einer iterativen Bestimmung einer Differenz zwischen der wenigstens einen von dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids abhängigen Größen und einer gemessenen Größe oder eine Differenz zwischen zwei von dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids abhängigen Größen erfolgt. - 2. Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids, das durch ein Strömungsvolumen (10) von einer ersten Position (12), an der es einen ersten Druck p1 aufweist, zu einer zweiten Position (14) strömt, wo es, insbesondere aufgrund von Druckverlusten, insbesondere verursacht durch Reibung, Wirbelbildung und/oder Strömungsablösung, einen zweiten Druck p2 aufweist, insbesondere Verfahren nach 1., wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a) Messen einer Druckdifferenz Δp = p1 - p2 des Fluids zwischen der ersten Position (12) und der zweiten Position (14);
- b) Messen einer Laufzeitdifferenz Δt von zwei Ultraschallsignalen, von denen das erste Ultraschallsignal eine vorbestimmte Strecke zumindest teilweise in Strömungsrichtung und das zweite Ultraschallsignal die vorbestimmte Strecke zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids zurücklegt;
- c) Festlegen eines angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids;
- d) Bestimmen eines ersten Volumenstroms V1 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp;
- e) Bestimmen eines zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Laufzeitdifferenz Δt;
- f) Bestimmen einer Volumenstrom-Differenz ΔV zwischen dem ersten bestimmten Volumenstrom V1 und dem zweiten bestimmten Volumenstrom V2.
- g) Abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag, der bestimmten Volumenstrom-Differenz ΔV entweder Ausgabe des angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids oder Festlegen eines neuen angenommenen Wertes für die Viskosität des Fluids und anschließende Rückkehr zu Schritt d).
- 3. Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids, das durch ein Strömungsvolumen (10) von einer ersten Position (12), an der es einen ersten Druck p1 aufweist, zu einer zweiten Position (14) strömt, wo es, insbesondere aufgrund von Druckverlusten, insbesondere verursacht durch Reibung, Wirbelbildung und/oder Strömungsablösung, einen zweiten Druck p2 aufweist, insbesondere Verfahren nach 1., wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a) Messen der Druckdifferenz Δp = p1 - p2 des Fluids zwischen der ersten Position (12) und der zweiten Position (14);
- b) Messen einer Laufzeitdifferenz Δt von zwei Ultraschallsignalen, von denen das erste Ultraschallsignal eine vorbestimmte Strecke zumindest teilweise in Strömungsrichtung und das zweite Ultraschallsignal die vorbestimmte Strecke zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids zurücklegt;
- c) Festlegen eines angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids;
- d) Bestimmen eines ersten Volumenstroms V1 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp;
- e) Bestimmen eines theoretischen Wertes für die Laufzeitdifferenz Δt_theo unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und dem ersten Volumenstrom V1;
- f) Bestimmen einer Laufzeitdifferenz-Differenz ΔΔt zwischen der Laufzeitdifferenz Δt und dem theoretischen Wert für die Laufzeitdifferenz Δt_theo;
- g) Abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag, der bestimmten Laufzeitdifferenz-Differenz ΔΔt entweder Ausgabe des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids oder Festlegen eines neuen angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und anschließende Rückkehr zu Schritt d).
- 4. Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids, das durch ein Strömungsvolumen (10) von einer ersten Position (12), an der es einen ersten Druck (p1) aufweist, zu einer zweiten Position (14) strömt, wo es, insbesondere aufgrund von Druckverlusten, insbesondere verursacht durch Reibung, Wirbelbildung und/oder Strömungsablösung, einen zweiten Druck p2 aufweist, insbesondere Verfahren nach 1., wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a) Messen der Druckdifferenz Δp = p1 - p2 des Fluids zwischen der ersten Position (12) und der zweiten Position (14);
- b) Messen einer Laufzeitdifferenz Δt von zwei Ultraschallsignalen, von denen das erste Ultraschallsignal eine vorbestimmte Strecke zumindest teilweise in Strömungsrichtung und das zweite Ultraschallsignal die vorbestimmte Strecke zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung des Fluids zurücklegt;
- c) Festlegen eines angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids;
- d) Bestimmen eines zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der Laufzeitdifferenz Δt;
- e) Bestimmen eines theoretischen Wertes für die Druckdifferenz Δp_theo unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und dem zweiten Volumenstroms V2;
- f) Bestimmen einer Druckdifferenz-Differenz ΔΔp zwischen der Druckdifferenz Δp und dem theoretischen Wert für die Druckdifferenz Δp_theo;
- g) Abhängig von der Größe, insbesondere dem Betrag, der bestimmten Druckdifferenz-Differenz ΔΔp entweder Ausgabe des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids oder Festlegen eines neuen angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und anschließende Rückkehr zu Schritt d).
- 5. Verfahren nach 1., 2., 3. oder 4., wobei
das Messen der Laufzeitdifferenz Δt der Ultraschallsignale innerhalb des Strömungsvolumens (10) erfolgt.
- 6. Verfahren nach 1., 2., 3., 4. oder 5., wobei
das Fluid ein Gemisch aus wenigstens einem ersten Mischungs-Fluid und einem zweiten Mischungs-Fluid ist, weiterhin insbesondere eine Flüssigkeit ist, die eine binäre Mischung aus einer ersten Mischungs-Flüssigkeit und einer zweiten Mischungs-Flüssigkeit ist, weiterhin insbesondere eine Mischung aus Wasser und Glykol ist.
- 7. Verfahren nach 1., 2., 3., 4., 5. oder 6., wobei
das Bestimmen des ersten Volumenstroms V1 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der gemessenen Druckdifferenz Δp mittels einer Datentabelle (52, 52') oder einer mathematischen Gleichung oder einer mathematischen Näherungsgleichung für die Beziehung zwischen dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids und der Druckdifferenz Δp erfolgt und/oder das Bestimmen des zweiten Volumenstroms V2 des Fluids unter Verwendung des angenommenen Wertes für die Viskosität v des Fluids und der Laufzeitdifferenz Δt mittels einer Datentabelle (52, 52') oder einer mathematischen Gleichung oder einer mathematischen Näherungsgleichung für die Beziehung zwischen dem angenommenen Wert für die Viskosität v des Fluids und der Laufzeitdifferenz Δt erfolgt.
- 8. Verfahren zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids, welches ein Gemisch aus wenigstens einem ersten Mischungs-Fluid und einem zweiten Mischungs-Fluid ist, aufweisend ein Verfahren zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids gemäß 1., 2., 3., 4., 5., 6. oder 7..
- 9. Verfahren nach 8.,
wobei das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte aufweist:
- h) Messen einer absoluten Temperatur;
- i) Bestimmen des Mischungsverhältnisses des Fluids basierend auf der ausgegebenen Viskosität und der gemessenen absoluten Temperatur.
- 10. Verfahren nach 8. oder 9.,
wobei das Bestimmen des Mischungsverhältnisses des Fluids basierend auf der ausgegebenen Viskosität und der gemessenen Temperatur mittels einer Datentabelle (52, 52') oder einer mathematischen Gleichung oder einer mathematischen Näherungsgleichung für die Beziehung zwischen der ausgegebenen Viskosität und der gemessenen Temperatur erfolgt.
- 11. Verfahren zum Bestimmen eines Wärmestroms dQ/dt, der von einem Wärme transportierenden Fluid ausgeht, welches ein Gemisch aus wenigstens einem ersten Mischungs-Fluid und einem zweiten Mischungs-Fluid ist und das durch ein Wärmestrom-Strömungsvolumen von einer Ersttemperatur-Position, an der es eine erste Temperatur T1 aufweist, zu einer Zweittemperatur-Position strömt, wo es aufgrund des Wärmestroms dQ/dt eine zweite Temperatur T2 aufweist, die zu der ersten Temperatur T1 unterschiedlich ist, wobei das Verfahren ein Verfahren zum Bestimmen eines Mischungsverhältnisses eines Fluids gemäß 8., 9. oder 10. aufweist.
- 12. Verfahren nach 11.,
wobei das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte aufweist:
- j) Messen der Differenztemperatur ΔT zwischen der ersten Temperatur T1 und der zweiten Temperatur T2;
- k) Bestimmen der Dichte und der spezifischen Wärmekapazität des Wärme transportierenden Fluids basierend auf der gemessenen absoluten Temperatur T und dem bestimmten Mischungsverhältnis des Wärme transportierenden Fluids; und
- l) Bestimmen des Wärmestroms dQ/dt, der von dem Wärme transportierenden Fluid abgegeben oder empfangen wird, basierend auf der Differenztemperatur ΔT, einem gemessenen Volumenstrom oder dem ersten Volumenstrom V1 oder dem zweiten Volumenstrom V2, der bestimmten Dichte und der bestimmten spezifischen Wärmekapazität.
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Obwohl die Erfindung anhand einer Ausführungsform 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Bestimmen einer Viskosität eines Fluids
- 10
- Strömungsvolumen
- 12
- erste Position
- 14
- zweite Position
- 20
- Fluideintritt
- 22
- Fluidaustritt
- 24
- Druckmessvorrichtung
- 24a
- erster Drucksensor
- 24b
- zweiter Drucksensor
- 26
- Laufzeitdifferenzmessvorrichtung
- 26a
- erster Ultraschallwandler
- 26b
- zweiter Ultraschallwandler
- 28
- Annahmewertfestlegevorrichtung
- 30
- erste Volumenstrombestimmungsvorrichtung
- 32
- zweite Volumenstrombestimmungsvorrichtung
- 34
- Volumenstrom-Differenzbestimmungsvorrichtung
- 36, 36', 36"
- Entscheidungsvorrichtung,
- 37
- Ausgabevorrichtung
- 38
- Neu-Annahmewertfestlegevorrichtung
- 40, 40', 40"
- Neu-Annahmewertrückführvorrichtung
- 42
- Theorielaufzeit-Bestimmungsvorrichtung
- 44
- Laufzeitdifferenz-Differenzbestimmungsvorrichtung
- 46
- Theoriedruckdifferenz-Bestimmungsvorrichtung
- 47a
- erste Halterung bzw. Haltevorrichtung
- 47b
- zweite Halterung bzw. Haltevorrichtung
- 48
- Druckdifferenz-Differenzbestimmungsvorrichtung
- 49
- Strömungsvolumenbegrenzung
- 50
- Querschnittsverengung
- 51
- Steuer- und Auswertevorrichtung
- 52, 52'
- Datentabelle
