EP1787092A1 - Thermal apparatus for determining and/or monitoring the mass flow rate of a measuring medium - Google Patents

Thermal apparatus for determining and/or monitoring the mass flow rate of a measuring medium

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Publication number
EP1787092A1
EP1787092A1 EP05761128A EP05761128A EP1787092A1 EP 1787092 A1 EP1787092 A1 EP 1787092A1 EP 05761128 A EP05761128 A EP 05761128A EP 05761128 A EP05761128 A EP 05761128A EP 1787092 A1 EP1787092 A1 EP 1787092A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature sensor
temperature
measuring medium
flow
evaluation unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05761128A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dieter Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG filed Critical Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Publication of EP1787092A1 publication Critical patent/EP1787092A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/69—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element of resistive type
    • G01F1/692—Thin-film arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters

Definitions

  • the invention relates to a thermal or calorimetric device for determining and / or monitoring the flow of a flowing through a pipe or through a measuring tube measuring medium.
  • the measuring medium is a flowable medium, in particular a liquid, a vaporous or a gaseous medium.
  • thermal flow meters usually use two as possible identically designed temperature sensors.
  • both temperature sensors are usually installed in a measuring tube in which the flow of a measuring medium is measured.
  • One of the two temperature sensors is a so-called passive temperature sensor; it detects the current temperature of the medium to be measured.
  • the second temperature sensor is a so-called active temperature sensor, which is heated via a heating unit.
  • the heating unit is either an additional resistance heater or the temperature sensor itself is a resistance element, e.g. around a RTD (Resistance Temperature Detector) temperature sensor which is itself heated by conversion of an electrical power (e.g., by increased sense current).
  • RTD Resistance Temperature Detector
  • the two temperature sensors are pin-shaped or arranged straight and parallel to each other.
  • the measurement signal and consequently also the flow rate of the measurement medium measured in the pipeline or in the measurement tube changes as a function of the angle which the two temperature sensors occupy with respect to the flow direction of the measurement medium.
  • the heatable temperature sensor is heated so that sets a fixed temperature difference between the two tempera ture sensors.
  • it has become known to feed a constant-time heating power via a control / control unit.
  • the dissipation of the heat from the heated temperature sensor takes place via heat conduction, thermal radiation and possibly also free convection within the measuring medium. If the medium to be measured is in motion, an additional cooling of the heated temperature sensor is added by the colder medium flowing past. Due to the medium flowing past, an additional heat transfer occurs due to a forced flow Convection on. Consequently, in order to maintain the fixed temperature difference between the two temperature sensors, a higher heating power is required for the heated temperature sensor. In the case of the supply of a time-constant heating power, the temperature difference between the two temperature sensors decreases as a result of the flow of the measuring medium.
  • thermophysical properties of the measuring medium itself and the pressure prevailing in the measuring medium If the corresponding flow-dependent characteristic curves have been created for these parameters or if the corresponding parameters are known in the functional equations, the mass flow rate of the measuring medium can be determined exactly.
  • Thermal measuring instruments based on the principle described above are offered and sold by Endress + Hauser under the name 't-mass'.
  • the installation position of the flowmeter in the pipeline is always to be chosen so that it is ensured that the measuring medium with the temperature sensors in continuous thermal contact.
  • Possible installation positions are the lateral installation position in vertically arranged pipelines, or the temperature sensors are located in a horizontal pipeline in the upper, in the lower Bergich or in the lateral area of the pipeline. In the latter case, the positioning in the lateral area of the pipeline is advantageous insofar as in this type of installation neither deposits after air cushioning can adversely affect the function of the measuring device.
  • the two pin-shaped temperature sensors can be arranged one after another and the other side by side relative to the flow direction of the measuring medium ,
  • the object of the invention is to propose a calorimetric flowmeter whose measured value provision is essentially independent of the installation position in the measuring tube or in the pipe line.
  • a first temperature sensor and a second temperature sensor wherein the two temperature sensors are designed substantially rotationally symmetrical and in the region of a housing facing the measuring medium such that they in direct or indirect thermal contact with the through the pipe or through the measuring tube flowing medium.
  • the first temperature sensor provides information about the current temperature of the measuring medium; at least the second temperature sensor is a heatable temperature sensor to which a heating unit is assigned.
  • a control / evaluation unit is provided, which controls the heating unit in such a way that the heating unit supplies a defined heating power to the second temperature sensor.
  • the control / evaluation unit determines the flow of the measured medium through the pipe or through the measuring tube on the basis of the temperature difference and / or on the basis of the heating power supplied to the second temperature sensor.
  • the first temperature sensor and the second temperature sensor have the same
  • Shape of an open ring Furthermore, the two temperature sensors are arranged substantially concentrically.
  • the two temperature sensors at least in the an ⁇ bordering areas of the two rings have a serrated, toothed structure. This allows you to optimally increase the area of the temperature sensors, which is in thermal contact with the measuring medium.
  • the two temperature sensors are applied in thin-film technology to a dielectric disk-shaped structure.
  • a preferred embodiment of the device according to the invention provides that the two temperature sensors are arranged in mutually parallel planes. Between the two temperature sensors, an insulating layer is arranged.
  • control / evaluation unit controls the
  • Heating unit or the heatable temperature sensor so that the heating unit acts on the second temperature sensor with a constant heating power; Based on the temperature difference between the first temperature sensor and the second temperature sensor, the control / evaluation unit determines the flow of the measured medium in the pipeline or in the measuring tube.
  • control / evaluation unit controls the heating unit in such a way that between the first temperature sensor and the second temperature tursensor an approximately constant temperature difference prevails; Subsequently, the control / evaluation unit determines the flow of the measuring medium in the pipeline or in the measuring tube on the basis of the heating power supplied to the second temperature sensor.
  • control / evaluation unit either the
  • the device according to the invention is thus used as a flow switch.
  • control / evaluation unit is designed so that it measures the flow continuously, and / or that it recognizes in which time sequence or within which period of time the flow below or exceeds at least two predetermined limits.
  • control / evaluation unit is designed such that it can switch over the activation or evaluation of the two temperature sensors, whereby each temperature sensor is either a heatable temperature sensor or a temperature sensor for the current one Temperature of the measuring medium can be.
  • the measurement accuracy can be increased, for example, by averaging the values of the temperature sensors.
  • FIG. 1 a schematic representation of the device according to the invention
  • FIG. 2 a plan view of a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 a plan view of a second embodiment of the invention
  • FIG. 4 a plan view of a third embodiment of the invention
  • FIG 5 shows a cross section through a fourth embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the flowmeter 1 according to the invention.
  • the flowmeter 1 is fastened by means of a screw thread 9 in a socket 4 which is located on the pipe 2.
  • a screw thread 9 in a socket 4 which is located on the pipe 2.
  • the flowing measuring medium 3 In the pipe 2 or in the measuring tube is the flowing measuring medium 3.
  • the flow direction is marked with S.
  • the temperature measuring device 6 is located in the measuring medium 3 zugewand Area of the Housing 5. Different embodiments of the substantially rotationally symmetrical and lying on concentric circles temperature sensors 11, 12 are shown in the figures Fig. 2-4.
  • the temperature sensors 11, 12 are in the cases shown on a dielectric
  • Carrier structure 13 is arranged, which is located on the end face of the housing 5. While the ring structures shown in FIGS. 2 and 3 are designed to be smooth in the adjacent regions of the two temperature sensors 11, 12, the two annular temperature sensors 11, 12 shown in FIG. 4 have a toothed shape.
  • the two temperature sensors 11, 12 can be electrically heatable resistance elements, so-called RTD sensors.
  • a conventional temperature sensor e.g. a PtIOO or PtIOOO to which a thermally coupled heating unit 14 is assigned.
  • the heating unit 14 is arranged in the housing 5 in FIG. 1.
  • the heating unit 14 is thermally coupled to the heatable temperature sensor 11, 12, but largely decoupled from the measuring medium.
  • the coupling or decoupling is preferably carried out via the filling of the corresponding intermediate spaces with a thermally highly conductive or a thermally poorly conductive material.
  • a casting material is preferably used for this purpose.
  • the flowmeter 1 according to the invention it is possible with the flowmeter 1 according to the invention to measure the flow either continuously; Alternatively, it is possible to use the flowmeter 1 according to the invention as a flow switch, which always indicates the change of a switching state, if at least one pre-specified limit is exceeded or exceeded.
  • both temperature sensors 11, 12 are made heatable, the desired function of the first temperature sensor 11 or the second temperature sensor 12 being determined by the control / evaluation unit 10.
  • the control / evaluation unit 10 it is possible for the control / evaluation unit 10 to actuate the two temperature sensors 11, 12 alternately as an active or passive temperature sensor 11, 12 and to determine the flow measured value via an averaging of the measured values supplied by the two temperature sensors 11, 12.
  • FIG. 4 shows a cross section of a fourth embodiment of the invention Device shown.
  • the two substantially rotationally symmetrical temperature sensors 11, 12 can be found in planes arranged essentially parallel to one another.
  • the two temperature sensors 11, 12 are applied to an insulating support structure 13, for example by thin-film technology.

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Abstract

The invention relates to an apparatus for determining and/or monitoring the flow rate of a measuring medium (3) through a pipe (2) or a measuring tube comprising a first temperature sensor (11) and a second temperature sensor (12). The two temperature sensors (11, 12) are configured essentially in an rotationally symmetrical manner while being disposed in the area of a housing (5) which faces the measuring medium (2) so as to be in thermal contact with the measuring medium (3) that flows through the pipe (2) or the measuring tube. The first temperature sensor (11) provides data on the current temperature of the measuring medium (3) while the second temperature sensor (12) can be heated. A control/evaluation unit (10) feeds a defined heating capacity to the second temperature sensor (12) and determines the flow rate of the measuring medium (3) through the pipe (2) or the measuring tube based on the difference in temperature and/or the heating capacity fed to the second temperature sensor (12).

Description

Beschreibung description
THERMISCHE VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG UND/ODER ÜBERWACHUNG DES MASSEDURCHLAUPS EINES MESSMEDIUMSTHERMAL DEVICE FOR DETERMINING AND / OR MONITORING THE MASS FLOW OF A MEASURING MEDIUM
[001] Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische bzw. kalorimetrische Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Durchflusses eines durch eine Rohrleitung oder durch ein Messrohr strömenden Messmediums. Bei dem Messmedium handelt es sich um ein fließfähiges Medium, insbesondere um ein flüssiges, ein dampfförmiges oder ein gasförmiges Medium.The invention relates to a thermal or calorimetric device for determining and / or monitoring the flow of a flowing through a pipe or through a measuring tube measuring medium. The measuring medium is a flowable medium, in particular a liquid, a vaporous or a gaseous medium.
[002] Herkömmliche thermische Durchflussmessgeräte verwenden meist zwei möglichst gleichartig ausgestaltete Temperatursensoren. Für industrielle Anwendung sind beide Temperatursensoren üblicherweise in ein Messrohr eingebaut, in dem der Durchfluss eines Messmediums gemessen wird. Einer der beiden Temperatursensoren ist ein sog. passiver Temperatursensor; er erfasst die aktuelle Temperatur des Messmediums. Bei dem zweiten Temperatursensor handelt es sich um einen sog. aktiven Tempera¬ tursensor, der über eine Heizeinheit beheizt wird. Als Heizeinheit ist entweder eine zu¬ sätzliche Widerstandsheizung vorgesehen, oder bei dem Temperatursensor selbst handelt es sich um ein Widerstandselement, z.B. um einen RTD (Resistance Temperature Detector) Temperatursensor, der selbst durch Umsetzung einer elektrischen Leistung (z.B. durch erhöhten Messstrom) erwärmt wird. Entsprechende Tiemperatursensoren werden beispielsweise von der Firma Honey well angeboten und vertrieben.Conventional thermal flow meters usually use two as possible identically designed temperature sensors. For industrial applications, both temperature sensors are usually installed in a measuring tube in which the flow of a measuring medium is measured. One of the two temperature sensors is a so-called passive temperature sensor; it detects the current temperature of the medium to be measured. The second temperature sensor is a so-called active temperature sensor, which is heated via a heating unit. The heating unit is either an additional resistance heater or the temperature sensor itself is a resistance element, e.g. around a RTD (Resistance Temperature Detector) temperature sensor which is itself heated by conversion of an electrical power (e.g., by increased sense current). Corresponding Tiemperatursensoren are offered and sold for example by Honeywell.
[003] Die beiden Temperatursensoren sind stiftförrnig bzw. gerade und parallel zueinander angeordnet. Dabei verändern sich das Messsignal und folglich auch der in der Rohrleitung bzw. in dem Messrohr gemessene Durchfluss des Messmediums in Abhängigkeit von dem Winkel, den die beiden Temperatursensoren bezüglich der Strömungsrichtung des Messmediums einnehmen.The two temperature sensors are pin-shaped or arranged straight and parallel to each other. In this case, the measurement signal and consequently also the flow rate of the measurement medium measured in the pipeline or in the measurement tube changes as a function of the angle which the two temperature sensors occupy with respect to the flow direction of the measurement medium.
[004] Gemäß einer bekannten Ausgestaltung wird der beheizbare Temperatur-sensor so beheizt, dass sich eine feste Temperaturdifferenz zwischen den beiden Tempera¬ tursensoren einstellt. Alternativ ist es auch bekannt gewor-den, über eine Regel- /Steuereinheit eine zeitkonstante Heizleistung einzuspeisen.According to a known embodiment, the heatable temperature sensor is heated so that sets a fixed temperature difference between the two tempera ture sensors. Alternatively, it has become known to feed a constant-time heating power via a control / control unit.
[005] Tritt in dem Messrohr kein Durchfluss auf, so erfolgt die Ableitung der Wärme von dem beheizten Temperatursensor über Wärmeleitung, Wärmestrahlung und ggf. auch freie Konvektion innerhalb des Messmediums. Ist das zu messende Medium in Bewegung, kommt eine zusätzliche Abkühlung des beheizten Temperatursensors durch das vorbeiströmende kältere Medium hinzu. Durch das vorbeiströmende Messmedium tritt hier zusätzlich ein Wärmetransport infolge einer erzwungenen Konvektion auf. Um unter diesen Umständen die feste Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatur-sensoren aufrecht zu erhalten, ist folglich eine höhere Heizleistung für den beheizten Temperatursensor erforderlich. Im Falle der Einspeisung einer zeitkonstanten Heizleistung verringert sich infolge des Durchflusses des Messmediums die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatur-sensoren.If no flow occurs in the measuring tube, then the dissipation of the heat from the heated temperature sensor takes place via heat conduction, thermal radiation and possibly also free convection within the measuring medium. If the medium to be measured is in motion, an additional cooling of the heated temperature sensor is added by the colder medium flowing past. Due to the medium flowing past, an additional heat transfer occurs due to a forced flow Convection on. Consequently, in order to maintain the fixed temperature difference between the two temperature sensors, a higher heating power is required for the heated temperature sensor. In the case of the supply of a time-constant heating power, the temperature difference between the two temperature sensors decreases as a result of the flow of the measuring medium.
[006] Es besteht ein funktionaler Zusammenhang zwischen der zum Beheizen des Tempe¬ ratursensors notwendigen Heizenergie und dem Durchfluss, insbe-sondere dem Masse- durchfluss eines vorgegebenen Messmediums durch eine Rohrleitung bzw. durch das Messrohr. Parameter sind - wie bereits ange-deutet - die thermophysikalischen Ei¬ genschaften des Messmediums selbst und der im Messmedium herrschende Druck. Sind die entsprechenden vom Durchfluss abhängigen Kennlinien für diese Parameter erstellt bzw. sind die entsprechenden Parameter in den Funktionsgleichungen bekannt, lässt sich der Massedurchfluss des Messmediums exakt bestimmen. Thermische Messgeräte, die auf dem zuvor beschriebenen Prinzip beruhen, werden von Endress+Hauser unter der Bezeichnung 't-mass' angeboten und vertrieben.There is a functional relationship between the heating energy necessary for heating the temperature sensor and the flow, in particular the mass flow of a given measuring medium through a pipeline or through the measuring tube. Parameters are - as already indicated - the thermophysical properties of the measuring medium itself and the pressure prevailing in the measuring medium. If the corresponding flow-dependent characteristic curves have been created for these parameters or if the corresponding parameters are known in the functional equations, the mass flow rate of the measuring medium can be determined exactly. Thermal measuring instruments based on the principle described above are offered and sold by Endress + Hauser under the name 't-mass'.
[007] Die Einbauposition des Durchflussmessgeräts in die Rohrleitung ist dabei stets so zu wählen, dass gewährleistet ist, dass das Messmedium mit den Temperatursensoren in stetigem thermischem Kontakt ist. Mögliche Einbaupositonen sind die seitliche Ein- baupositon bei vertikal angeordneten Rohrleitungen, oder die Temperatursensoren befinden sich bei einer waagerecht angeordneten Rohrleitung im oberen, im unteren Bergich oder im seitlichen Bereich der Rohrleitung. Im letzten Fall ist dje Posi¬ tionierung im seitlichen Bereich der Rohrleitung insofern günstig, da bei dieser Art der Montage weder Ablagerungen nach Luftpolster die Funktion des Messgeräts negativ beeinflussen können. Je nach Einbauposition tritt nun aber bei den bekannten parallel angeordneten, stiftförmigen Temperatursensoren das Problem auf, dass die Messwerte in Abhängigkeit von der Einbauposition variieren: So können die beiden stiftförmigen Temperatursensoren einmal hintereinander und ein anderes Mal nebeneinander relativ zur Strömungs-richtung des Messmediums angeordnet sind.The installation position of the flowmeter in the pipeline is always to be chosen so that it is ensured that the measuring medium with the temperature sensors in continuous thermal contact. Possible installation positions are the lateral installation position in vertically arranged pipelines, or the temperature sensors are located in a horizontal pipeline in the upper, in the lower Bergich or in the lateral area of the pipeline. In the latter case, the positioning in the lateral area of the pipeline is advantageous insofar as in this type of installation neither deposits after air cushioning can adversely affect the function of the measuring device. Depending on the installation position, however, the problem arises in the case of the known parallel pin-type temperature sensors that the measured values vary depending on the installation position: For example, the two pin-shaped temperature sensors can be arranged one after another and the other side by side relative to the flow direction of the measuring medium ,
[008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kalorimetrisches Durchfluss- messgerät vorzuschlagen, dessen Messwerte-Bereitstellung im wesentlichen unabhängig ist von der Einbauposition in dem Messrohr bzw. in der Rohr-leitung.The object of the invention is to propose a calorimetric flowmeter whose measured value provision is essentially independent of the installation position in the measuring tube or in the pipe line.
[009] Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den folgenden Komponenten gelöst:The object is achieved by a device with the following components:
[010] Einen ersten Temperatursensor und einen zweiten Temperatursensor, wobei die beiden Temperatursensoren im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgestaltet und in dem dem Messmedium zugewandten Bereich eines Gehäuses derart angeordnet sind, dass sie in direktem oder indirektem thermischem Kontakt mit dem durch die Rohrleitung bzw. durch das Messrohr strömende Medium sind. Der erste Tempera¬ rarsensor stellt Information über die aktuelle Temperatur des Messmediums bereit; zumindest bei dem zweiten Temperatursensor handelt es sich um einen beheizbaren Temperatursensor, dem eine Heizeinheit zugeordnet ist. Weiterhin ist eine Regel- /Auswerte-einheit vorgesehen, die die Heizeinheit derart ansteuert, dass die Heizeinheit dem zweiten Temperatur-sensor eine definierte Heizleistung zuführt. Weiterhin ermittelt die Regel-/ Auswerteeinheit anhand der Temperatur-differenz und/ oder anhand der dem zweiten Temperatursensor zugeführten Heizleistung den Durchfluss des Messmediums durch die Rohrleitung bzw. durch das Messrohr.[010] A first temperature sensor and a second temperature sensor, wherein the two temperature sensors are designed substantially rotationally symmetrical and in the region of a housing facing the measuring medium such that they in direct or indirect thermal contact with the through the pipe or through the measuring tube flowing medium. The first temperature sensor provides information about the current temperature of the measuring medium; at least the second temperature sensor is a heatable temperature sensor to which a heating unit is assigned. Furthermore, a control / evaluation unit is provided, which controls the heating unit in such a way that the heating unit supplies a defined heating power to the second temperature sensor. Furthermore, the control / evaluation unit determines the flow of the measured medium through the pipe or through the measuring tube on the basis of the temperature difference and / or on the basis of the heating power supplied to the second temperature sensor.
[011] Durch die im wesentlichen rotationssymmetrische Anordnung und Ausge-staltung der beiden Temperatursensoren wird eine weitgehende Richtungs-unabhängigkeit bei der Durchflussmessung erreicht. Dadurch ist es auch möglich, die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse im Vergleich zu den herkömmlichen Messgeräten zu erhöhen.Due to the essentially rotationally symmetrical arrangement and design of the two temperature sensors, a substantial directional independence in the flow measurement is achieved. This also makes it possible to increase the accuracy and reproducibility of the measurement results in comparison to the conventional measuring instruments.
[012] Bevorzugt haben der erste Temperatursensor und der zweite Temperatur-sensor die[012] Preferably, the first temperature sensor and the second temperature sensor have the
Form eines offenen Rings. Weiterhin sind die beiden Temperatursensoren im we¬ sentlichen konzentrisch angeordnet.Shape of an open ring. Furthermore, the two temperature sensors are arranged substantially concentrically.
[013] Alternativ wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungs-gemäßen[013] Alternatively, according to an advantageous development of the inventive
Vorrichtung angeregt, dass die beiden Temperatursensoren zumindest in den an¬ grenzenden Bereichen der beiden Ringe eine zacken-förmige, verzahnte Struktur aufweisen. Hierdurch lässt dich die Fläche der Temperatursensoren, die mit dem Messmedium in thermischem Kontakt ist, optimal vergrößern.Device excited that the two temperature sensors, at least in the an¬ bordering areas of the two rings have a serrated, toothed structure. This allows you to optimally increase the area of the temperature sensors, which is in thermal contact with the measuring medium.
[014] Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die beiden Temperatursensoren in Dünnfilmtechnik auf eine dielektrische scheibenförmige Struktur aufgebracht.[014] According to a favorable embodiment of the device according to the invention, the two temperature sensors are applied in thin-film technology to a dielectric disk-shaped structure.
[015] Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die beiden Temperatursensoren in parallel zueinander verlaufenden Ebenen angeordnet sind. Zwischen den beiden Temperatursensoren ist eine Isolationsschicht angeordnet.A preferred embodiment of the device according to the invention provides that the two temperature sensors are arranged in mutually parallel planes. Between the two temperature sensors, an insulating layer is arranged.
[016] Als besonders vorteilhaft wird es im Zusammenhang mit der vorliegenden[016] It will be particularly advantageous in connection with the present
Erfindung angesehen, wenn es sich bei dem ersten Temperatursensor und bei dem zweiten Temperatursensor um RTDs - also um Resistance Temperature Detector - Sensoren handelt.Considered invention, when it is the first temperature sensor and the second temperature sensor to RTDs - ie Resistance Temperature Detector - sensors.
[017] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung steuert die Regel-/Auswerteeinheit die[017] According to an advantageous development, the control / evaluation unit controls the
Heizeinheit bzw. den beheizbaren Temperatursensor so an, dass die Heizeinheit den zweiten Temperatursensor mit einer konstanten Heizleistung beaufschlagt; anhand der Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Temperatursensor und dem zweiten Tempe¬ ratursensor bestimmt die Regel-/Auswerteeinheit den Durchfluss des Messmediums in der Rohrleitung bzw. in dem Messrohr.Heating unit or the heatable temperature sensor so that the heating unit acts on the second temperature sensor with a constant heating power; Based on the temperature difference between the first temperature sensor and the second temperature sensor, the control / evaluation unit determines the flow of the measured medium in the pipeline or in the measuring tube.
[018] Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Regel-/Auswerteinheit die Heizeinheit so ansteuert, dass zwischen dem ersten Temperatursensor und dem zweiten Tempera- tursensor eine näherungsweise konstante Temperaturdifferenz herrscht; anschließend bestimmt die Regel-/Auswerteeinheit anhand der dem zweiten Temperatursensor zu¬ geführten Heizleistung den Durchfluss des Messmedium in der Rohrleitung bzw. in dem Messrohr.[018] Alternatively, it is proposed that the control / evaluation unit controls the heating unit in such a way that between the first temperature sensor and the second temperature tursensor an approximately constant temperature difference prevails; Subsequently, the control / evaluation unit determines the flow of the measuring medium in the pipeline or in the measuring tube on the basis of the heating power supplied to the second temperature sensor.
[019][019]
[020] Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Regel-/Auswerteeinheit entweder den[020] In addition, it is proposed that the control / evaluation unit either the
Durchfluss kontinuierlich misst, und/oder aber sie erkennt, ob der Durchfluss zumindest einen vorgegebenen Grenzwert unter- oder überschreitet. Im zuletzt genannten Fall wird die erfindungsgemäße Vorrichtung also als Durchflussschalter genutzt.Flow continuously measures, and / or but it detects whether the flow at least falls below or exceeds a predetermined limit. In the latter case, the device according to the invention is thus used as a flow switch.
[021] Darüber hinaus schlägt eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungs-gemäßenIn addition, proposes an advantageous embodiment of the inventive
Vorrichtung vor, dass die Regel-/Auswerteeinheit so ausgestaltet ist, dass sie den Durchfluss kontinuierlich misst, und/oder dass sie erkennt, in welcher zeitlichen Abfolge bzw. innerhalb welcher Zeitspanne der Durchfluss zumindest zwei vorgegebene Grenzwerte unter- oder überschreitet.Device before that the control / evaluation unit is designed so that it measures the flow continuously, and / or that it recognizes in which time sequence or within which period of time the flow below or exceeds at least two predetermined limits.
[022] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darüber hinaus vorgesehen, dass die Regel-/Auswerteeinheit so ausgestaltet ist, dass sie die Ansteuerung bzw. Auswertung der beiden Temperatursensoren umschalten kann, womit jeder Temperatursensor jeweils entweder beheizbarer Temperatursensor oder Temperatursensor für die aktuelle Temperatur des Messmediums sein kann. In diesem Zusammen-hang lässt sich beispielsweise über eine Mittelung der Werte der Temperatur-sensoren die Messgenauigkeit erhöhen.[022] According to a preferred embodiment of the device according to the invention, moreover, it is provided that the control / evaluation unit is designed such that it can switch over the activation or evaluation of the two temperature sensors, whereby each temperature sensor is either a heatable temperature sensor or a temperature sensor for the current one Temperature of the measuring medium can be. In this context, the measurement accuracy can be increased, for example, by averaging the values of the temperature sensors.
[023] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:[023] The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
[024] Fig. 1 : eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,[024] FIG. 1: a schematic representation of the device according to the invention,
[025] Fig. 2: eine Draufsicht auf eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen[025] FIG. 2: a plan view of a first embodiment of the invention
Anordnung der Temperatursensoren,Arrangement of the temperature sensors,
[026] Fig. 3: eine Draufsicht auf eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen[026] FIG. 3: a plan view of a second embodiment of the invention
Anordnung der Temperatursensoren,Arrangement of the temperature sensors,
[027] Fig. 4: eine Draufsicht auf eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen[027] FIG. 4: a plan view of a third embodiment of the invention
Anordnung der Temperatursensoren undArrangement of temperature sensors and
[028] Fig. 5: einen Querschnitt durch eine vierte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.5 shows a cross section through a fourth embodiment of the device according to the invention.
[029] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Durch- flussmessgeräts 1. Das Durchflussmessgerät 1 ist über ein Schraubgewinde 9 in einem Stutzen 4, der sich an der Rohrleitung 2 befindet, befestigt. In der Rohrleitung 2 bzw. in dem Messrohr befindet sich das strömende Mess-medium 3. Die Strömungsrichtung ist mit S gekennzeichnet.[029] FIG. 1 shows a schematic representation of the flowmeter 1 according to the invention. The flowmeter 1 is fastened by means of a screw thread 9 in a socket 4 which is located on the pipe 2. In the pipe 2 or in the measuring tube is the flowing measuring medium 3. The flow direction is marked with S.
[030] Die Temperaturmesseinrichtung 6 befindet im dem Messmedium 3 zuge-wandten Bereich des Gehäuses 5. Unterschiedliche Ausgestaltungen der im wesentlichen rotati¬ onssymmetrischen und auf konzentrischen Kreisen liegenden Temperatursensoren 11, 12 sind in den Figuren Fig. 2 - Fig.4 dargestellt.[030] The temperature measuring device 6 is located in the measuring medium 3 zugewand Area of the Housing 5. Different embodiments of the substantially rotationally symmetrical and lying on concentric circles temperature sensors 11, 12 are shown in the figures Fig. 2-4.
[031] Die Temperatursensoren 11, 12 sind in den gezeigten Fällen auf einer dielektrischen[031] The temperature sensors 11, 12 are in the cases shown on a dielectric
Trägerstruktur 13 angeordnet, die sich an der Stirnfläche des Gehäuses 5 befindet. Wahrend die in den Figuren Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Ringstrukturen eine in den ang renzenden Bereichen der beiden Temperatur-sensoren 11, 12 glatt ausgestaltet sind, weisen die beiden in Fig. 4 gezeigten ringförmigen Temperatursensoren 11, 12 eine verzahnte Form auf.Carrier structure 13 is arranged, which is located on the end face of the housing 5. While the ring structures shown in FIGS. 2 and 3 are designed to be smooth in the adjacent regions of the two temperature sensors 11, 12, the two annular temperature sensors 11, 12 shown in FIG. 4 have a toothed shape.
[032] Die Ansteuerung der Temperatursensoren 11, 12 und/oder die Auswertung der von den Temperatursensoren 11, 12 gelieferten Messsignale erfolgt über die Regel- /Auswerteeinheit 10, die im gezeigten Fall im Umformer 7 ange-ordnet ist. Über die Verbindung 8 erfolgt die Kommunikation mit einer entfernten, in der Fig. 1 nicht gesondert dargestellten Kontrollstelle.[032] The control of the temperature sensors 11, 12 and / or the evaluation of the measurement signals supplied by the temperature sensors 11, 12 via the control / evaluation unit 10, which is arranged in the case shown in the converter 7. Via the connection 8, the communication with a remote, not separately shown in FIG. 1 control point.
[033] Wie bereits zuvor erwähnt, kann es sich bei den beiden Temperatursensoren 11, 12 um elektrisch beheizbare Widerstandselemente, sog. RTD-Sensoren, handeln. Selbst¬ verständlich kann auch in Verbindung mit der erfindungs-gemäßen Lösung auch ein üblicher Temperatursensor, z.B. ein PtIOO oder PtIOOO eingesetzt werden, dem eine thermisch angekoppelte Heizeinheit 14 zugeordnet ist. Die Heizeinheit 14 ist in der Fig. 1 im Gehäuse 5 angeordnet. Die Heizeinheit 14 ist thermisch an den beheizbaren Temperatursensor 11, 12 gekoppelt, aber von dem Messmedium weitgehend entkoppelt. Die Ankopplung bzw. die Entkopplung erfolgt bevorzugt über die Auffüllung der entsprechenden Zwischenräume mit einem thermisch gut leitenden bzw. einem thermisch schlecht leitenden Material. Bevorzugt kommt hierzu ein Ver¬ gussmaterial zum Einsatz.As already mentioned above, the two temperature sensors 11, 12 can be electrically heatable resistance elements, so-called RTD sensors. Of course, in connection with the solution according to the invention, a conventional temperature sensor, e.g. a PtIOO or PtIOOO to which a thermally coupled heating unit 14 is assigned. The heating unit 14 is arranged in the housing 5 in FIG. 1. The heating unit 14 is thermally coupled to the heatable temperature sensor 11, 12, but largely decoupled from the measuring medium. The coupling or decoupling is preferably carried out via the filling of the corresponding intermediate spaces with a thermally highly conductive or a thermally poorly conductive material. A casting material is preferably used for this purpose.
[034] Wie bereits an vorhergehender Stelle beschrieben, ist es mit dem erfindungs¬ gemäßen Durchflussmessgerät 1 möglich, den Durchfluss entweder kontinuierlich zu messen; alternativ ist es möglich, das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät 1 als Durchflussschalter zu verwenden, der immer dann die Änderung eines Schaltzustandes anzeigt, wenn zumindest ein vorge-gebener Grenzwert unter- oder überschritten wird.As already described above, it is possible with the flowmeter 1 according to the invention to measure the flow either continuously; Alternatively, it is possible to use the flowmeter 1 according to the invention as a flow switch, which always indicates the change of a switching state, if at least one pre-specified limit is exceeded or exceeded.
[035] Vorteilhafter Weise ist darüber hinaus vorgesehen, dass beide Temperatur-sensoren 11, 12 beheizbar ausgestaltet sind, wobei die gewünschte Funktion des ersten Tempe¬ ratursensors 11 oder des zweiten Temperatursensors 12 von der Regel/Auswerteeinheit 10 bestimmt ist. Beispielsweise ist es möglich, dass die Regel-/Auswerteeinheit 10 die beiden Temperatursensoren 11, 12 alternierend als aktiven oder passiven Tempera¬ tursensor 11, 12 ansteuert und den Durchflussmesswert über eine Mittelung der von beiden Temperatur-sensoren 11, 12 gelieferten Messwerte bestimmt.In addition, it is advantageously provided that both temperature sensors 11, 12 are made heatable, the desired function of the first temperature sensor 11 or the second temperature sensor 12 being determined by the control / evaluation unit 10. For example, it is possible for the control / evaluation unit 10 to actuate the two temperature sensors 11, 12 alternately as an active or passive temperature sensor 11, 12 and to determine the flow measured value via an averaging of the measured values supplied by the two temperature sensors 11, 12.
[036] In Fig. 4 ist ein Querschnitt einer vierten Ausgestaltung der erfindungs-gemäßen Vorrichtung dargestellt. In diesem Fall sind die beiden im wesentlichen rotations¬ symmetrisch angeordneten Temperatursensoren 11, 12 in im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Ebenen zu finden. Im gezeigten Fall sind die beiden Tempe¬ ratursensoren 11, 12 z.B. in Dünnfilm-technik auf eine isolierende Trägerstruktur 13 aufgebracht. FIG. 4 shows a cross section of a fourth embodiment of the invention Device shown. In this case, the two substantially rotationally symmetrical temperature sensors 11, 12 can be found in planes arranged essentially parallel to one another. In the case shown, the two temperature sensors 11, 12 are applied to an insulating support structure 13, for example by thin-film technology.

Claims
AnsprücheExpectations
[001] 1. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Durchflusses eines[001] 1. Device for determining and/or monitoring the flow of a
Messmediums (3) durch eine Rohrleitung (2) bzw. durch ein Messrohr mit einem ersten Temperatursensor (11) und einem zweiten Temperatur-sensor (12), wobei die beiden Temperatursensoren (11, 12) im wesentlichen rotations-symmetrisch ausgestaltet und in dem dem Messmedium (2) zugewandten Bereich eines Gehäuses Measuring medium (3) through a pipeline (2) or through a measuring tube with a first temperature sensor (11) and a second temperature sensor (12), the two temperature sensors (11, 12) being essentially rotationally symmetrical and in which the area of a housing facing the measuring medium (2).
(5) derart angeordnet sind, dass sie in thermischem Kontakt mit dem durch die Rohrleitung (2) bzw. durch das Messrohr strömende Messmedium (3) sind, wobei der erste Temperatursensor (11) Information über die aktuelle Temperatur des Messmediums (3) bereitstellt, wobei eine Heizeinheit (14) vorgesehen ist, die dem zweiten Temperatur-sensor (12) zugeordnet ist oder dass es sich bei dem zweiten Temperatur-sensor (12) um ein Widerstandselement handelt, wobei eine RegeWAuswerteeinheit (10) vorgesehen ist, die die Heizeinheit (14) oder den Temperatursensor (12) derart ansteuert, dass dem zweiten Temperatursensor (12) eine definierte Heizleistung zuführt, und wobei die RegeWAuswerteeinheit (10) anhand der Temperaturdifferenz und/oder anhand der dem zweiten Temperatursensor (12) zugeführten Heizleistung den Durchfluss des Messmediums (3) durch die Rohrleitung (2) bzw. durch das Messrohr ermittelt.(5) are arranged in such a way that they are in thermal contact with the measuring medium (3) flowing through the pipeline (2) or through the measuring tube, the first temperature sensor (11) providing information about the current temperature of the measuring medium (3). , wherein a heating unit (14) is provided which is assigned to the second temperature sensor (12) or that the second temperature sensor (12) is a resistance element, wherein a control evaluation unit (10) is provided which Heating unit (14) or the temperature sensor (12) controls such that the second temperature sensor (12) supplies a defined heating power, and the control evaluation unit (10) determines the flow based on the temperature difference and/or based on the heating power supplied to the second temperature sensor (12). of the measuring medium (3) through the pipeline (2) or through the measuring tube.
[002] 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Temperatursensor (11) und der zweite Temperatursensor (12) die Form eines offenen Rings haben und wobei die beiden Temperatursensoren (11, 12) konzentrisch angeordnet sind.2. Device according to claim 1, wherein the first temperature sensor (11) and the second temperature sensor (12) have the shape of an open ring and wherein the two temperature sensors (11, 12) are arranged concentrically.
[003] 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die beiden Temperatursensoren (11, 12) zumindest in den angrenzen-de Bereichen der Ringe eine zackenförmige, verzahnte Struktur aufweisen.3. Device according to claim 2, wherein the two temperature sensors (11, 12) have a jagged, toothed structure at least in the adjacent areas of the rings.
[004] 4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, wobei die beiden Temperatursensoren[004] 4. Device according to claim 1, 2 or 3, wherein the two temperature sensors
(11, 12) in Dünnfilmtechnik auf eine dielektrische scheibenförmige Trä¬ gerstruktur (13) aufgebracht sind.(11, 12) are applied to a dielectric disk-shaped support structure (13) using thin film technology.
[005] 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, wobei es sich bei dem ersten Tempera¬ tursensor (11) und bei dem zweiten Temperatursensor (12) um RTDs - also um Resistance Temperature Detector - Sensoren handelt.5. Device according to claim 1 or 4, wherein the first temperature sensor (11) and the second temperature sensor (12) are RTDs - that is to say resistance temperature detector - sensors.
[006][006]
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, wobei die beiden6. Device according to one or more of claims 1-5, wherein the two
Temperatursensoren (11, 12) in wesentlichen in parallel zueinander verlaufenden Ebenen angeordnet sind.Temperature sensors (11, 12) are arranged essentially in planes that run parallel to one another.
[007][007]
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Regel-/Auswerteeinheit (10) die7. Device according to claim 1, wherein the control/evaluation unit (10).
Heizeinheit (14) bzw. den zweiten Temperatursensor (12) so ansteuert, dass der zweite Temperatursensor (12) mit einer konstanten Heizleistung beaufschlagt, und wobei die Regel-/Auswerteeinheit (10) anhand der Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Temperatursensor (11) und dem zweiten Temperatur-sensor (12) den Durchfluss des Messmediums (3) in der Rohrleitung (2) bzw. in dem Messrohr bestimmt.Controls the heating unit (14) or the second temperature sensor (12) in such a way that the second temperature sensor (12) is subjected to a constant heating power, and wherein the control/evaluation unit (10) determines the flow of the measuring medium (3) in the pipeline (2) or in the measuring tube based on the temperature difference between the first temperature sensor (11) and the second temperature sensor (12).
[008][008]
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die RegeWAuswerteinheit (10) die8. Device according to claim 1, wherein the control evaluation unit (10).
Heizeinheit (14) so ansteuert, dass zwischen dem ersten Temperatursensor (11) und dem zweiten Temperatur-sensor (12) eine näherungsweise konstante Tempe¬ raturdifferenz herrscht, und wobei die Regel-/Auswerteeinheit (10) anhand der dem zweiten Temperatur-sensor (12) zugeführten Heizleistung den Durchfluss des Messmediums (3) in der Rohrleitung (2) bzw. in dem Messrohr bestimmt.The heating unit (14) is controlled in such a way that there is an approximately constant temperature difference between the first temperature sensor (11) and the second temperature sensor (12), and the control/evaluation unit (10) is based on the second temperature sensor (12). 12) supplied heating power determines the flow of the measuring medium (3) in the pipeline (2) or in the measuring tube.
[009][009]
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, 7 oder 8, wobei die RegeWAuswerteeinheit9. Device according to claim 1, 7 or 8, wherein the control evaluation unit
(10) so ausgestaltet ist, dass sie den Durchfluss kontinuierlich misst, und/oder dass sie erkennt, ob der Durchfluss min. einen vorgegebenen Grenzwert unter- oder überschreitet.(10) is designed so that it continuously measures the flow and/or that it detects whether the flow falls below or exceeds at least a predetermined limit value.
[010] 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, 7 oder 8, wobei die RegeWAuswerteeinheit[010] 10. Device according to claim 1, 7 or 8, wherein the control evaluation unit
(10) so ausgestaltet ist, dass sie den Durchfluss kontinuierlich misst, und/oder dass sie erkennt, in welcher zeitlichen Abfolge bzw. innerhalb welcher Zeitspanne der Durchfluss zumindest zwei vorgegebene Grenzwerte unter- oder überschreitet.(10) is designed so that it continuously measures the flow and/or that it detects in which time sequence or within which period of time the flow falls below or exceeds at least two predetermined limit values.
[011] 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, wobei die beiden Temperatursensoren[011] 11. Device according to claims 1 to 10, wherein the two temperature sensors
(11, 12) so ausgestaltet sind, dass sie beheizbar sind, und wobei die Regel- /Auswerteeinheit (10) die beiden Temperatusensoren (11; 12) so ansteuert, dass ein Temperatursensor (11; 12) die Temperatur des Messmediums (3) liefert und dass der zweite Temperatursensor (12; 11) aufgeheizt wird. (11, 12) are designed so that they can be heated, and the control/evaluation unit (10) controls the two temperature sensors (11; 12) in such a way that a temperature sensor (11; 12) determines the temperature of the measuring medium (3). supplies and that the second temperature sensor (12; 11) is heated.
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