DE4316067A1 - Method for measuring the temperature, the flow rate and the pressure of a fluid and device suitable for carrying out this method - Google Patents

Method for measuring the temperature, the flow rate and the pressure of a fluid and device suitable for carrying out this method

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Abstract

For the combined temperature, flow and density measurement, use is made of a turbulent flow meter having a sensor, preferably a strip-type thermometer resembling a strip-type strain gauge, which is mounted on a tongue which is arranged in a defined position behind the perturbing body in the flow and by means of which a measurement signal is produced or determined, which measurement signal can be evaluated with regard to offset, frequency and amplitude so that, in turn, the temperature, flow rate and density can be determined therefrom. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Tem­ peratur, der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckes re­ spektive der Dichte eines Fluids, insbesondere zur Erfas­ sung des Wärmeumsatzes in Heizungen, Kühlsystemen und Kli­ maanlagen, wozu eine Sensor hinter einen Störkörper zur Erzeugung von Wirbeln auf einer Meßzunge positioniert, und das erzeugte Frequenzsignal aufgezeichnet und ausgewertet wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem einer Meßzunge vorge­ ordneten Störkörper sowie gegebenenfalls weiteren Aufneh­ mern und der Auswerteeinheit.The invention relates to a method for measuring the tem temperature, flow velocity and pressure re perspective of the density of a fluid, in particular for detection Solution of heat turnover in heating, cooling systems and Kli systems, for which a sensor behind a disturbing body Generation of vortices positioned on a measuring tongue, and the generated frequency signal is recorded and evaluated becomes. The invention also relates to a device for Performed the procedure with a measuring tongue ordered disruptive body and, if necessary, additional recording and the evaluation unit.

Wirbelströmungsmesser zur Erfassung insbesondere der Strö­ mungsgeschwindigkeit sind bekannt. Aus der DE-GM 82 30 598 ist ein Meßgerät für Wärmetauscher an Wetterkühlanlagen be­ kannt, das bei hohem Betriebsdruck arbeitet. Mit Hilfe des von diesem Meßgerät bekannten Verfahrens wird sowohl die Strömungsgeschwindigkeit als auch die Temperatur gemessen, wozu der Störkörper zur Erzeugung der benötigten Wirbel auf einer Meßzunge angeordnet ist. Wegen der mechanischen Bean­ spruchung durch den Staudruck und damit verbundenen Taumel­ bewegungen des Störkörpers ist die Zunge so stark ausge­ legt, daß ihre Steifigkeit Bewegungen des Störkörpers verhindert. Es ist somit nicht möglich, gleichzeitig auch den Druck bzw. die Dichte des Fluids zu messen. Bei Hei­ zungsanlagen, Kühlsystemen und Klimaanlagen wird bei be­ kannter Wärmekapazität des Wärmeträgers der Massedurchsatz und die Temperaturdifferenz am Ein- und Austritt eines Wärmetauschers ermittelt. Hierzu sind getrennte Aufnehmer erforderlich. Der Aufwand ist relativ hoch, wobei wiederum die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden müssen, nicht aber der Druck bzw. die Dichte des Fluids, so daß nur ungenügende und ungenaue Angaben zu erhalten sind.Vortex flow meter for recording the currents in particular speed are known. From DE-GM 82 30 598 is a measuring device for heat exchangers on weather cooling systems knows that works at high operating pressure. With the help of known from this measuring device, both the  Flow rate as well as the temperature measured why the interfering body to generate the required vertebrae a measuring tongue is arranged. Because of the mechanical bean stress caused by the dynamic pressure and the associated wobble movements of the interfering body, the tongue is so strong specifies that its stiffness moves the interfering body prevented. It is therefore not possible at the same time to measure the pressure or density of the fluid. With Hei systems, cooling systems and air conditioning systems are used at be Known heat capacity of the heat transfer medium throughput and the temperature difference at the entry and exit of a Heat exchanger determined. There are separate transducers for this required. The effort is relatively high, again the temperature and the flow rate are determined must be, but not the pressure or the density of the Fluids, so that only insufficient and imprecise information are preserved.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und eine geeignete Vorrichtung zu schaffen, über die Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und Druck/Dichte kom­ biniert mit geringem Aufwand ermittelt werden können.The invention is therefore based on the object, a Ver drive and create a suitable device over which Temperature, flow velocity and pressure / density com biniert can be determined with little effort.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Meßsignal sowohl bezüglich Offset und Frequenz als auch Am­ plitude ausgewertet wird und daß daraus Temperatur, Strö­ mungsgeschwindigkeit und Dichte ermittelt werden.The object is achieved in that the Measurement signal with respect to offset and frequency as well as Am plitude is evaluated and that temperature, current speed and density can be determined.

Gezielt wird nach diesem Verfahren ein auswertbares Signal erzeugt, über das nicht nur wie bisher Offset und Frequenz, sondern auch die Amplitude ausgewertet werden kann, so daß dieses Wirbelwechselsignal gleichzeitig auch eine einwand­ freie Dichtemessung zuläßt. Alles dies erfolgt mit einem einzigen Sensor, so daß der apparative Aufwand ausgespro­ chen gering gehalten werden kann. Mit Hilfe des erfindungs­ gemäßen Verfahrens können sowohl Flüssigkeiten als vom Prinzip her auch Gase untersucht werden, so daß unabhängig vom jeweiligen Medium genaue Meßergebnisse erreicht werden, die einwandfreie Rückschlüsse auf die Wärmeumsätze ermögli­ chen.An evaluable signal is targeted according to this method which not only uses offset and frequency as before, but also the amplitude can be evaluated so that this vortex change signal is also a fault allows free density measurement. All of this is done with one single sensor, so that the expenditure on equipment Chen can be kept low. With the help of the invention  According to the method, both liquids and from In principle, gases are also examined, so that independent exact measurement results are achieved from the respective medium, the impeccable conclusions on the heat sales allow chen.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß Störkörper und Signalaufnehmer in einer defi­ nierten Position zueinander in der Strömung angeordnet und mit der Auswerteeinheit verbunden werden. Dies bringt das vorteilhaft auswertbare Signal, weil sich Störkörper und Aufnehmer nicht nachteilig beeinflussen. Erfindungsgemäß erhält man ein einwandfreies Wirbelwechselsignal, dessen Amplitude gemessen und ausgewertet werden kann und ent­ sprechend auch wird.After an expedient training of the invention is before seen that interfering body and signal pickup in a defi nied position to each other in the flow and be connected to the evaluation unit. This brings it Signal that can be advantageously evaluated because there are interfering bodies and Do not adversely affect transducers. According to the invention you get a perfect vortex change signal, the Amplitude can be measured and evaluated and ent speaking too.

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung mit einem einer Meßzunge vorgeordneten Störkörper sowie gege­ benenfalls weiteren Aufnehmern und der Auswerteeinheit vor­ gesehen, wobei ein Sensor als Strömungsmeßstreifen auf ei­ ner Meßzunge hinter einem Störkörper in der Strömung den Wechseldruck von Karman-Wirbeln erfassend ausgebildet und angeordnet ist, und wobei die Auswerteeinheit, Frequenz, Amplitude und Offset des Meßsignals erfaßt. Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung können alle drei Meßgrößen an dem Wirbelströmungsmesser ermittelt werden, ohne daß es aufwen­ diger Meßeinrichtungen bedarf.A device is used to carry out the method one upstream of a measuring tongue and against if necessary, further sensors and the evaluation unit seen with a sensor as a flow meter on egg ner measuring tongue behind an interfering body in the flow Alternating pressure of Karman vertebrae trained and is arranged, and wherein the evaluation unit, frequency, The amplitude and offset of the measurement signal are recorded. With the help of a Such a device can all three measurements on the Vortex flow meters can be determined without it the measuring equipment required.

Besonders störunanfällig ist eine derartige Vorrichtung, wenn der als Temperaturmeßstreifen ausgebildete Sensor der Meßzunge zugeordnet ist, die dicht hinter dem Störkörper und rechtwinklig dazu im Strömungsschatten angeordnet ist. Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Meßzunge mit Sensor in einem Hohlraum des Störkörpers aufrecht und pa­ rallel zur Strömung stehend angeordnet ist, wobei der Hohl­ raum seitliche, über die Höhe der Meßzunge reichende Aus­ nehmungen aufweist. Durch diese Ausbildung kann das Meß­ signal so empfangen und ausgewertet werden, daß daraus Tem­ peratur, Strömungsgeschwindigkeit und Dichte zu ermitteln sind.Such a device is particularly susceptible to faults, if the sensor designed as a temperature measuring strip Measuring tongue is assigned, which is just behind the disturbing body and is arranged at right angles to it in the flow shadow. It is further provided according to the invention that the measuring tongue with Sensor upright in a cavity of the interfering body and pa is arranged parallel to the flow, the hollow  space from the side, reaching over the height of the measuring tongue has taking. With this training, the measurement signal are received and evaluated in such a way that tem to determine temperature, flow velocity and density are.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zusätzlich zum Sensor oder an seiner Stelle ein Piezoauf­ nehmer mit entsprechender rechnerischer Verknüpfung vorge­ sehen ist. Diese Ausbildung ist besonders für Gasleitungen vorteilhaft einzusetzen, weil hierdurch unter gleichen Meß­ bedingungen ein höheres Signal geliefert wird, was wiederum einwandfreie Meßergebnisse auch bei der geringeren Dichte von Gasen ermöglicht. Eine einwandfreie kombinierte Messung von Geschwindigkeit und Dichte ist mit einem solchen piezo­ elektrischen Aufnehmer an dem im Prinzip bekannten Wirbel­ strömungsmesser möglich.An expedient development of the invention provides that in addition to the sensor or a piezo on its place subscriber with the corresponding mathematical link see is. This training is especially for gas pipes advantageous to use because this way under the same measurement conditions a higher signal is delivered, which in turn flawless measurement results even with the lower density of gases. A perfect combined measurement of speed and density is with such a piezo electrical transducer on the vortex known in principle flow meter possible.

Diese Kombination der verschiedenen Messungen können vor­ teilhaft auch bei einer anderen Meßeinrichtung verwendet werden, wozu die Erfindung vorsieht, daß der Sensor durch einen Drall-, Schwingkörper- oder Coriolisströmungsmesser ersetzt ist. Genaue Meßergebnisse bei diesen unterschied­ lich ausgebildeten Strömungsmessern geben die Möglichkeit, den für den jeweiligen Einsatzfall optimalen Wert zu ermit­ teln.This combination of different measurements can be done before partially used in another measuring device be what the invention provides that the sensor through a swirl, vibrating body or Coriolis flow meter is replaced. Exact measurement results with this difference trained flow meters give the possibility to determine the optimal value for the respective application teln.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß mit einem relativ geringen apparativen Aufwand mehrere Meß­ größen gleichzeitig und genau ermittelt werden können. Dabei kann vorteilhafterweise auf bekannte Meßeinrichtungen zurückgegriffen werden, die durch geeignete Abwandlung und Anordnung dazu benutzt werden, auch Druck/Dichte gleichzei­ tig mitzumessen bzw. auch bei Gasen eine einwandfreie Mes­ sung zu ermöglichen.The invention is particularly characterized in that with a relatively small amount of equipment, several measuring sizes can be determined simultaneously and accurately. It can advantageously be based on known measuring devices be used by appropriate modification and Arrangement to be used, pressure / density at the same time tig to measure or a perfect measurement even with gases solution.

Eine zweckmäßige Ausführung wird anhand der Figuren weiter erläutert. Es zeigen:An expedient embodiment is further illustrated by the figures explained. Show it:

Fig. 1 eine einfache Ausfertigung der Meßvorrichtung mit getrenntem Störkörper und Meßzunge, Fig. 1 is a simple copy of the measuring device with a separate bluff body and Meßzunge,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in Seitenansicht, Fig. 2 shows the device according to Fig. 1 in side view,

Fig. 3 eine für die Ermittlung der verschiedenen Werte geeignete Darstellung eines Meßsignals, Fig. 3 is a suitable for the determination of the various values representation of a measurement signal,

Fig. 4 eine besonders zweckmäßige und kompakte Meßsonde in Seitenansicht, Fig. 4 a particularly convenient and compact probe in side view,

Fig. 5 die Meßsonde nach Fig. 4 in Vorkopfansicht und Fig. 5, the probe of Fig. 4 in front view and

Fig. 6 die Meßsonde nach Fig. 4 in Draufsicht, und zwar mittig geschnitten. Fig. 6, the measuring probe of FIG. 4 in plan view, cut in the middle.

Bei der Darstellung nach Fig. 1 ist die Meßvorrichtung 1 in eine Strömung 2 von Flüssigkeit oder Gas angeordnet, wo­ bei der Störkörper 3 so vor der Meßzunge 4 mit dem Sensor 5 angeordnet ist, daß sich die hier gezeigten Wirbel 6 bil­ den. Mit einer derartigen Meßvorrichtung können sowohl Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur wie auch Dichte mit dem einzigen Sensor 5 ermittelt werden, weil dieser das aus Fig. 3 ersichtliche Meßsignal erzeugt.In the illustration of FIG. 1, the measuring device 1 in a flow 2 of liquid or gas is arranged, is arranged where in the bluff body 3 before Meßzunge 4 to the sensor 5 that the eddy 6 shown here is the bil. With such a measuring device, both flow velocity, temperature and density can be determined with the single sensor 5 because it generates the measuring signal shown in FIG. 3.

Fig. 2 zeigt die Meßvorrichtung gemäß Fig. 1 in Seitenan­ sicht, wobei deutlich wird, daß der Sensor 5 im Bereich ei­ ner entsprechenden Verbreiterung 7 des Störkörpers 3 ange­ ordnet ist. Fig. 2 shows the measuring device of FIG. 1 in Seitenan view, it being clear that the sensor 5 is in the area egg ner corresponding widening 7 of the interfering body 3 is arranged.

Bei dem in Fig. 3 wiedergegebenen Meßsignal 11 wird der Strömungswert 8, der Dichtewert 9 und der Temperaturwert 10, wie dargestellt, ausgewertet und festgehalten.In the model shown in Fig. 3 measurement signal 11 of the flow value 8, the density value of 9 and the temperature value 10 is, as shown, evaluated and noted.

In den Fig. 4, 5 und 6 ist eine weitere Ausbildung einer derartigen Meßvorrichtung 1 wiedergegeben, wobei es sich um eine kompakter Meßsonde 12 handelt. Das Vorderteil 13 des hier als Störkörper 3 dienenden Korpus ist so aufgebaut, wie dies auch anhand der Fig. 1 angedeutet ist. Es werden hier durch die Karman-Wirbel gebildet, die über den Wirbel 6 zu dem in Fig. 3 dargestellten Signal führen.In Figs. 4, 5 and 6 a further embodiment of such a measuring device 1 is shown, wherein it is a compact measurement probe 12th The front part 13 of the body serving here as a disturbing body 3 is constructed in the way that is also indicated with reference to FIG. 1. It is formed here by the Karman vortices, which lead via the vortex 6 to the signal shown in FIG. 3.

Im Mittelteil 14 der Meßsonde 12 ist ein Hohlraum 15 aus­ gebildet, in dem die Meßzunge 4 mit dem Sensor 5 unterge­ bracht ist. Die Anordnung der Meßzunge 4 entspricht genau der in Fig. 1; ebenso die Anordnung des Sensors 4. Der Hohlraum 15 ist über seitliche Ausnehmungen 16, 17 zwischen Vorderteil 13 und Rückenteil 18 über die erzeugten Wirbel erreichbar, wobei auch hier Fig. 4 und 5 verdeutlichen, daß der Sensor 5 unterhalb bzw. im Bereich der Verbreite­ rung 7 positioniert ist.In the central part 14 of the measuring probe 12 , a cavity 15 is formed, in which the measuring tongue 4 with the sensor 5 is inserted. The arrangement of the measuring tongue 4 corresponds exactly to that in Fig. 1; likewise the arrangement of the sensor 4 . The cavity 15 can be reached via lateral recesses 16 , 17 between the front part 13 and the back part 18 via the generated vertebrae, with FIGS. 4 and 5 also showing that the sensor 5 is positioned below or in the region of the spreading 7 .

BezugszeichenlisteReference list

1 Meßvorrichtung
2 Strömung
3 Störkörper
4 Meßzunge
5 Sensor
6 Wirbel
7 Verbreiterung
8 Strömungswert
9 Dichtewert
10 Temperaturwert
11 Meßsignal
12 Meßsonde
13 Vorderteil = 3
14 Mittelteil
15 Hohlraum
16 Ausnehmung
17 Ausnehmung
18 Rückenteil von 3. 1 measuring device
2 flow
3 interfering bodies
4 measuring tongue
5 sensor
6 vertebrae
7 broadening
8 flow value
9 density value
10 temperature value
11 measurement signal
12 measuring probe
13 front part = 3
14 middle section
15 cavity
16 recess
17 recess
18 back part of 3 .

Claims (7)

1. Verfahren zur Messung der Temperatur, der Strömungsge­ schwindigkeit und des Druckes respektive der Dichte eines Fluids, insbesondere zur Erfassung des Wärme­ umsatzes in Heizungen, Kühlsystemen und Klimaanlagen, wozu ein Sensor hinter einem Störkörper zur Erzeugung von Wirbeln auf der Meßzunge positioniert, und das erzeugte Frequenzsignal aufgezeichnet und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal sowohl bezüglich Offset und Frequenz als auch Amplitude ausgewertet wird und daraus Temperatur, Strömungs­ geschwindigkeit und Dichte ermittelt werden.1. A method for measuring the temperature, the speed of the flow and the pressure or the density of a fluid, in particular for detecting the heat turnover in heating systems, cooling systems and air conditioning systems, for which a sensor is positioned behind an interfering body for generating eddies on the measuring tongue, and that generated frequency signal is recorded and evaluated, characterized in that the measurement signal is evaluated both with respect to offset and frequency as well as amplitude and temperature, flow velocity and density can be determined therefrom. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Störkörper und Signalaufnehmer in einer definierten Position zueinander in der Strömung angeordnet und mit der Auswerteeinheit verbunden werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that Disturbing bodies and signal pickups in a defined Position to each other in the flow and with the evaluation unit.   3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 oder Anspruch 2, mit einem einer Meßzunge vorgeordneten Störkörper sowie gegebenenfalls weiteren Aufnehmern und der Auswerteeinheit, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Sensor (5) als Strömungsmeßstreifen auf einer Meßzunge (4) hinter einem Störkörper (3) in der Strömung den Wechseldruck von Karman-Wirbeln (6) erfassend ausgebildet und angeordnet ist und daß die Auswerteinheit, Frequenz, Amplitude und Offset des Meßsignals erfaßt.3. A device for performing the method according to claim 1 or claim 2, with a disturbing body upstream of a measuring tongue and optionally further sensors and the evaluation unit, characterized in that a sensor ( 5 ) as a flow measuring strip on a measuring tongue ( 4 ) behind a disturbing body ( 3 ) the alternating pressure of Karman vortices ( 6 ) is designed and arranged in the flow and that the evaluation unit, frequency, amplitude and offset of the measurement signal is detected. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der als Temperaturmeßstreifen ausgebildete Sensor (5) der Meßzunge (4) zugeordnet ist, die dicht hinter dem Störkörper (3) und rechtwinklig dazu im Strö­ mungsschatten angeordnet ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the sensor designed as a temperature measuring strip ( 5 ) is associated with the measuring tongue ( 4 ) which is arranged closely behind the disturbing body ( 3 ) and at right angles to it in the flow shadow. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzunge (4) mit Sensor (5) in einem Hohlraum (15) des Störkörpers (3) aufrecht und parallel zur Strömung (2) stehend angeordnet ist, wobei der Hohl­ raum seitliche, über die Höhe der Meßzunge (4) rei­ chende Ausnehmungen (16, 17) aufweist.5. The device according to claim 4, characterized in that the measuring tongue ( 4 ) with sensor ( 5 ) in a cavity ( 15 ) of the disturbing body ( 3 ) is arranged upright and parallel to the flow ( 2 ), the cavity lateral, over the height of the measuring tongue ( 4 ) has sufficient recesses ( 16 , 17 ). 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Sensor (5) oder an seiner Stelle ein Piezoaufnehmer mit entsprechender rechnerischer Verknüpfung vorgesehen ist.6. The device according to claim 3, characterized in that in addition to the sensor ( 5 ) or in its place a piezoelectric transducer is provided with a corresponding mathematical link. 7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Störkörper (5) durch einen Drall-, Schwing­ körper- oder Coriolisströmungsmesser ersetzt ist.7. The device according to claim 3, characterized in that the disturbing body ( 5 ) is replaced by a swirl, vibrating body or Coriolis flow meter.
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