EP3841360A1 - Messvorrichtung und messsonde für ein strömendes fluid - Google Patents

Messvorrichtung und messsonde für ein strömendes fluid

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EP3841360A1
EP3841360A1 EP19739633.6A EP19739633A EP3841360A1 EP 3841360 A1 EP3841360 A1 EP 3841360A1 EP 19739633 A EP19739633 A EP 19739633A EP 3841360 A1 EP3841360 A1 EP 3841360A1
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EP
European Patent Office
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measuring
fluid
interface
sensor
light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19739633.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mario THEISSL
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.)
Technische Universitaet Graz
Original Assignee
Technische Universitaet Graz
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Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Graz filed Critical Technische Universitaet Graz
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters
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    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/43—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle
    • G01N2021/434—Dipping block in contact with sample, e.g. prism

Definitions

  • the present invention relates to a measuring device with a measuring element for measuring the flow velocity of a flowing fluid.
  • the invention further relates to a measuring probe for such a measuring device.
  • the flowing fluid is a liquid or gaseous medium, e.g. Air, water or oil, or a mixture of liquid and gaseous media.
  • Measuring devices of the aforementioned type are used, for example, for flow measurement, e.g. used in a flow channel of an oil-filled gear, or for measuring the wind speed in anemometry.
  • electromagnetic, differential pressure and ultrasonic methods and calorimetric methods are known in particular.
  • a sensor exposed to the flowing fluid which e.g. has a temperature-dependent electrical resistance, heated.
  • the fluid flowing past the thermally conductive interface of the sensor extracts heat from the interface and thus from the sensor.
  • the heat withdrawn which can be determined from the heat supplied and the temperature of the sensor, depends on the flow rate of the fluid, so that the flow rate can be inferred. In addition to the flow rate, the heat withdrawn also depends on the temperature difference between the interface and the fluid and on its mass density. If the temperature of the fluid is not known, it can be done with little additional effort, e.g. with the help of another temperature sensor. Comparable correlations apply to the other measuring methods mentioned, the electromagnetic, the differential pressure and the ultra rapid method.
  • the fluid to be measured for its flow velocity e.g. Air, water or oil
  • its mass density if not already known, can be estimated with sufficient accuracy and a clear measurement result can be achieved.
  • the mass density of the fluid is not known, the respective measurement of the flow rate does not give a clear result, since the measured value for a fluid with a high mass density and low flow rate can coincide with the measured value for a fluid with a low mass density and high flow rate.
  • the aim of the invention is to create a measuring device for measuring the flow velocity and a measuring probe therefor, which always provide clear measurement results even for different types of fluids.
  • the aim is achieved according to a first aspect of the invention with a measuring device for measuring the flow velocity of a flowing fluid, which is characterized by:
  • a first measuring element with an interface which can be exposed to the flowing fluid and which is designed to measure the flow rate of the fluid
  • a second measuring element with an interface which can be exposed to the flowing fluid and which is designed to measure a characteristic property of the fluid
  • an evaluation device connected to the first and second measuring elements, which is designed to correct the flow velocity measured by the first measuring element by the influence of the property of the fluid measured by the second measuring element on measuring the flow velocity.
  • the invention is based on the knowledge that by measuring a characteristic property of the fluid, ie a physical property of the fluid itself, for example its optical density, fluorescence, dielectric constant or its ohmic resistance, the fluid can be determined with high accuracy.
  • the combination of two measurements enables the flow velocity of several different fluids to be measured unambiguously: the flowing fluids are differentiated based on their respective measured characteristic properties, so that the measuring device provides a clear, fluid-specific measured value for the flow velocity at every point in time after calibration. There is no need for time-consuming manual correction.
  • the measuring device can not only differentiate between fluids of different phases (liquid or gaseous), but also, for example, between different oils, oil and water or different gases, and thus even mixture ratios, based on the difference in the characteristic properties of the fluid measured Determine fluids.
  • an electromagnetic, a differential pressure and / or an ultrasonic method can be used to measure the flow velocity of the fluid.
  • said interface of the first measuring element is thermally conductive and said first measuring element is designed for calorimetric measurement of the flow velocity of the fluid on the basis of the heat transfer between its thermally conductive interface and the flowing fluid.
  • Such a measuring element for kalo rimetric measurement is simple in construction and robust and reliable in operation.
  • the second measuring element can measure, for example, the fluorescence, the dielectric constant or the ohmic resistance of the fluid.
  • the said interface of the second measuring element is transparent and the named second measuring element for measuring the optical density of the Fluids based on the optical reflectivity or refractivity of its transparent interface to the flowing fluid is formed. Even slight differences in the optical density of two fluids are sufficient to ensure that they are clearly differentiated - for example, as a result of the occurrence or non-occurrence of total reflection at the transparent interface.
  • the gas content of the gear oil or the like can also be used. determined on the basis of the optical density determined by the second measuring element and the measurement of the flow velocity can be corrected accordingly. The case that different fluids could not be distinguished due to identical refractive indices is unlikely in practical applications.
  • the calorimetric first measuring element could use the so-called heating method to heat the fluid with an additional heating element arranged between a first and a second temperature sensor, the temperature difference of the flowing fluid being recorded in front of and behind the heating element.
  • the first measuring element comprises a first temperature sensor for the temperature of the fluid and a second temperature sensor heated by a control circuit to a temperature which is constant with respect to the temperature of the fluid and which has the aforementioned heat-conducting interface, the Circuit heating power supplied to the second temperature sensor is a measure of the flow rate.
  • the heating of the fluid is less than in the heating process, which is not only energy-saving, but also helps to avoid possible side effects in the flowing fluid.
  • the measuring element can be constructed to save space.
  • said first temperature sensor is a first solder joint and said second temperature sensor is a second solder joint of a thermocouple for measuring the temperature difference of the fluid between the first and second solder joints.
  • Thermocouples immediately detect one Temperature difference, so that a separate measurement of two temperatures with subsequent arithmetic difference is omitted, which simplifies the measuring device overall.
  • the optical second measuring element particularly preferably comprises a light source for emitting a light beam, for the light beam a light guide with the said transparent interface, on which the emitted light beam impinges at an acute angle, transmits a reflection or refraction of the light beam that occurs at the transparent interface
  • Light sensor and a detector circuit for the light sensor for detecting the optical reflectivity or refractivity of the transparent interface.
  • a refraction angle of the light beam at the transparent interface can be measured on the basis of the point of impact of the refracted light beam on the light sensor and thus the exact optical density of the fluid can be determined, for which purpose a possible proportion of reflection of the light beam could also be evaluated; alternatively or additionally, the angle can be measured at which total reflection of the incident light beam occurs at the transparent interface, e.g. by the light source fanning out the light beam or emitting it in chronological order at different angles on the transparent boundary surface, taking into account the local or temporal impact of the reflected light beam on the light sensor.
  • it is sufficient to recognize whether total reflection has occurred at the transparent interface i.e. the fluid has an optical density that is sufficiently different from that of the light guide, or not, so that a simple distinction is drawn between two different fluids, one optically dense and one optically less dense.
  • the evaluation device is arranged in a housing and the first and second temperature sensors, the light source, the light guide and the light guide ler are arranged in a measuring probe separate from the housing.
  • a flexible, particularly slim measuring probe can be set up without having to integrate the entire measuring device and to expose it to the flowing fluid.
  • Measurement data can be sent from the measuring probe to the evaluation device via a cable or a wireless connection.
  • control circuit and the detector circuit are also arranged in the housing. These parts of the measuring device are also not exposed to the temperature of the fluid and the measuring probe is even smaller and more robust.
  • the invention provides a measuring probe, which can be used in particular for a measuring device of the aforementioned type, comprising:
  • a first transducer anchored to the carrier with an interface
  • a second transducer anchored to the carrier with an interface
  • the first sensor mentioned has a first one Includes temperature sensor and a second temperature sensor with said interface, said interface of the first sensor is thermally conductive, and / or if said second sensor is a light source for emitting a light beam, for the light beam, a light guide with said interface which the emitted light beam strikes at an acute angle and comprises a light sensor which detects a reflection or refraction of the light beam which occurs at the interface, said interface of the second sensor being transparent.
  • the light source is anchored to a first side of the carrier and the light sensor is anchored to a second side of the carrier facing away from the first, and if the light guide extends from the first to the second side.
  • the light source and light sensor are optically separated from each other without any additional components, so that interference from stray light that is guided over undesired light paths is avoided.
  • the light guide is in the form of a prism, one outer surface of which faces the light source and the light sensor and at least one of the other outer surfaces forms the said transparent interface.
  • the second of the other lateral surfaces mentioned can either be mirrored or also transparent, and thus the two other lateral surfaces together form the transparent boundary surface.
  • a clearly detectable two-fold reflection of the light beam on the other lateral surfaces mentioned can be achieved, which facilitates the detection of the fluid on the basis of the optical reflectivity or refractivity of the transparent interface.
  • a prismatic light guide can be easily and aerodynamically inserted into the measuring probe, e.g. at their top, integrate.
  • the light guide is made of silicone. Silicone is a soft material; this helps damage, e.g. a flow channel, one associated with it an oil-filled gearbox or the like, if the light guide detaches from the measuring probe.
  • the carrier is a flexible printed circuit board.
  • a circuit board carries the necessary components, connects them in an electrically conductive manner and can be brought into a desired shape so that the measuring probe can be adapted to different applications with the same structure.
  • An area of the carrier e.g. that area on which the second transducer is arranged, even after it has been applied to the carrier, is bent or kinked in order to achieve the desired alignment of the transducer.
  • FIG. 1 shows a measuring device according to the invention in a schematic side view
  • FIG. 2 shows the measuring probe of the measuring device from FIG. 1 in a schematic plan view
  • Fig. 3 shows the measuring device of Figure 1 in a block diagram.
  • FIG. 4a to 4c each show an enlarged section A of the measuring probe of the measuring device from FIG. 1, immersed in a fluid with low optical density (FIG. 4a), in a fluid with high optical density (FIG. 4b) and in a fluid with low optical density with a droplet of a fluid with high optical density adhering to the measuring probe (FIG. 4c); and
  • FIGS. 5a to 5c variants of the measuring probe of the measuring device of FIG. 1 in each case in a schematic side view.
  • the measuring device 1 has a first measuring element 3 and a second measuring element 4 (dashed lines in FIG. 3) and an evaluation te owned 5.
  • the evaluation device 5 is connected to the first and second measuring elements 3, 4.
  • the first measuring element 3 calorimetrically measures the flow velocity v of the fluid 2 in the example shown.
  • the first measuring element 3 detects the heat transfer between a heat-conducting surface exposed to the flowing fluid 2, the interface 6 of the first measuring element 3 and the flowing fluid 2.
  • a fluid 2 of high flow velocity v and low mass density leads to the same heat transfer as a fluid 2 of low flow velocity v and high mass density.
  • the first measuring element 3 can determine the flow rate v of the fluid 2 in an electromagnetic manner, by means of differential pressure or ultrasound measurement, for which purpose said interface e.g. an electrode or membrane or the like. would be, as is known to those skilled in the art.
  • said interface e.g. an electrode or membrane or the like.
  • the second measuring element 4 measures the optical density n of the flowing fluid 2 in order to distinguish different fluids 2 from one another.
  • the second measuring element 4 detects the optical reflectivity or refractivity of a transparent interface 7 exposed to the flowing fluid 2 between the second measuring element 4 and the flowing fluid 2.
  • the second measuring element 4 could be a different one measure characteristic property of the fluid 2, ie another physical property of the fluid 2 itself, not an externally impressed property such as the temperature, the pressure or the flow velocity v.
  • the second measuring element 4 could, for example, perform an optical measurement of the fluorescence, a capacitive measurement of the dielectric constant or a measurement of the ohmic resistance of the fluid 2; to do this re said interface of the second measuring element 4, for example, again transparent or would have one or more electrodes electrically insulated from one another.
  • the second measuring element 4 - or another measuring element - optionally measures the pressure of the fluid 2, so that a pressure dependence of heat conduction or heat dissipation of the fluid 2 and consequently the heat transfer can be compensated more easily.
  • the evaluation device 5 corrects the flow velocity v measured by the first measuring element 3 by the influence of the property measured by the second measuring element 4 (here: the optical density n) on the measurement of the flow velocity v (here: the heat transfer at the heat-conducting boundary surface 6) to obtain a corrected value v * of the flow velocity v.
  • the evaluation device 5 uses fluids 2 of different mass density, e.g. a gas and a liquid or water and an oil etc., generally have different optical densities, fluorescences, dielectric constants and / or ohmic resistances. These properties of the fluid 2 are thus related to e.g. the heat transfer at the heat-conducting interface 6. If the fluid 2 is recognized on the basis of its characteristic property, its flow velocity v can be clearly measured, i.e. A flow velocity v measured ambiguously or ambiguously is corrected on the basis of the measured property (e.g. the optical density n).
  • the calorimetric first measuring element 3 comprises a first temperature sensor 8, for example a temperature-dependent electrical resistance, in particular a PTC thermistor or thermistor (NTC thermistor), a Zener diode or a thermocouple.
  • a first temperature sensor 8 measures the temperature of the fluid 2 in a manner known to the person skilled in the art.
  • the first measuring element 3 comprises a second temperature sensor 9, which communicates the heat-conducting interface 6 mentioned flowing fluid 2.
  • the first temperature sensor 8 has a similar interface.
  • the second temperature sensor 9 is heated by a control circuit 10 such that it exceeds the temperature of the fluid 2 measured by the first temperature sensor 8 by a constant temperature difference.
  • the heating power supplied by the control circuit to the second temperature sensor 9 is a measure of the flow velocity v of the fluid 2 due to the flow rate-dependent heat transfer at the heat-conducting interface 6.
  • the evaluation device 5 can further comprise an optional estimator, for example a non-linear Kalman filter, a point estimator or another estimator known in stochastic signal processing.
  • the second temperature sensor 9 is e.g. a temperature-dependent electrical resistance and is directly electrically heated by the control circuit 10; alternatively, a separate heating resistor could be provided for this.
  • the first temperature sensor 8 is a first solder joint 8 'and the second temperature sensor 9 is a second solder joint 9' of a thermocouple E.
  • the thermocouple E comprises a pair of different metallic conductors M 1 M 2 , which are connected to each other at the second soldering point 9 'and measures the temperature difference between the first and second soldering points 8', 9 'directly, ie without determining the respective temperatures.
  • the metallic conductor M 1 M 2 for example, copper comes as the first conductor M and a copper fer-nickel alloy, for example Konstantan °, as the second conductor M 2 - known as "Type T" thermocouple - or another known in the prior art Pair of metallic conductors Mi, M 2 in question.
  • At least one of the two metallic conductors M x or M 2 can be sputtered on, for example, by means of cathode sputtering. the, in particular if the other (eg copper) is already provided as the conductor of the first measuring element 3.
  • the second soldering point 9 ′ is heated by the control circuit 10 to a constant temperature difference using an electrical resistor.
  • the electrical resistance can be Chromebil det as a separate heating resistor R (Fig. 5a and 5b); alternatively, the electrical resistance R is at least partially formed by the metallic conductors Mi and / or M 2 , so that the second solder joint 9 'is formed directly on the electrical resistance R (FIG. 5c).
  • the control circuit 10 could heat the second temperature sensor 9 with constant current and measure the temperature of the second temperature sensor 9 in order to determine the heat transfer at the heat-conducting interface 6 therefrom.
  • the first temperature sensor 8 could be omitted, e.g. if the temperature of the fluid 2 is known sufficiently precisely.
  • a separate heating element (not shown) could be arranged in front of the second temperature sensor 9 in the direction of the flow velocity v, so that the first and second temperature sensors 9 measure the temperature difference of the fluid 2 in front of and behind the heating element.
  • the optical second measuring element 4 comprises a light source (e.g. a light-emitting or laser diode) 11, which emits a light beam 12 (FIG. 4a).
  • the second measuring element 4 further comprises a light guide 13 for the light beam 12.
  • the light guide 13 has the above-mentioned transparent interface 7.
  • the light source 11 and the transparent interface 7 are arranged or aligned such that the light beam 12 emitted by the light source 11 strikes the interface 7 at an acute angle.
  • the second measuring element 4 comprises a light sensor (for example a photodiode) 14 and a detector circuit 15.
  • the light sensor 14 is arranged and aligned in such a way that it reflects or refracts the light beam 12 the transparent interface 7 detected.
  • the detector circuit 15 detects a reflection or refraction, for example on the basis of a signal of the light sensor 14 that exceeds or falls below a threshold value and can infer a fluid 2 of lower or higher optical density n from this.
  • the detector circuit 15 can determine an angle at which total reflection occurs (FIG. 4a) or a refraction angle ⁇ (FIG. 4b) on the basis of the point of incidence of the light beam 12 on the light sensor 14 and determine the optical density n of the fluid 2 therefrom , as explained in detail below with reference to the representations in FIGS. 4a to 4c.
  • the light source 11 can be operated in a pulsed manner, so that the detector circuit 15 or the evaluation device 5 can correct the light beam 12 detected by the light sensor 14 by the ambient light detected by the light sensor 14 in pauses.
  • a filter can optionally be used in order to suppress ambient light deviating from the wavelength of the light beam 12.
  • the evaluation device 5 of the measuring device 1 is arranged in a housing 16 in the example of FIGS. 1 and 3.
  • the first and second temperature sensors 8, 9 of the first measuring element 3 and the light source 11, the light guide 13 and the light sensor 14 of the second measuring element 4 are arranged in a measuring probe 17 separate from the housing 16.
  • the control circuit 10 and the detector circuit 15 are also arranged in the housing 16.
  • the housing 16 and the measuring probe 17 each have an electrical connection 18, 19, the control circuit 10 and the detector circuit 15 each having the connection 18 of the housing 16 and the first and second temperature sensors 8, 9 and the light sensor 14 - and optionally the light source 11 - are connected to the connection 19 of the measuring probe 17.
  • the connections 18, 19 are electrically connected to one another via a supply and da cable 20, so that the control circuit 10 with the temperature sensors 8, 9 and the detector circuit 15 the light sensor 14 - and optionally with the light source 11 - is connected ver.
  • control circuit 10 and the detector circuit 15 can be arranged in the measuring probe 17; furthermore, if desired, the evaluation device 5 in the measuring probe 17 - e.g. in the form of a micro electro-mechanical system (MEMS) - be arranged and the housing 16 is omitted.
  • the cable 20 can be replaced by a data radio connection and / or the measuring probe 17 can be supplied with energy by a battery, via inductive coupling or by means of energy harvesting.
  • the measuring probe 17 comprises a carrier 21, e.g. an (optionally flexible) circuit board.
  • a first sensor with an interface 6 is anchored ver for measuring the flow velocity v of the fluid 2;
  • a second transducer with an interface 7 is anchored to the carrier 21 for measuring a characteristic characteristic of the fluid 2.
  • the first sensor comprises the first temperature sensor 8 and the second temperature sensor 9 and the interface mentioned is the heat-conducting interface 6;
  • the second sensor comprises the light source 11, the light guide 13, which has the transparent interface 7 as the interface of the second sensor, and the light sensor 14.
  • the connector 19 is also optionally anchored to the carrier 21 and can be enclosed by a reinforcing sleeve 22.
  • the second temperature sensor 9 in particular between the first and second temperature sensors 8, 9, there is an optional thermal insulation 23, e.g. made of silicone, attached to the carrier 21.
  • the thermal insulation 23 or another jacket can encase the carrier 21 at least in regions and thereby give it a streamlined shape.
  • the (here: heat-conducting) boundary surface 6 of the first sensor and the (here: transparent) interface 7 of the second sensor on the outside of the measuring probe 17, ie without a jacket, are presented to the flowing fluid 2, so that the two interfaces 6, 7 the fluid 2 are set when the measuring probe 17 is immersed in the fluid 2.
  • the measuring probe 17 can be immersed in a free-flowing fluid 2 or, as in the example in FIGS. 1 and 2, between walls 24, eg a tubular flow channel, while the housing 16 is mounted outside of the flowing fluid 2 and protected from it. If the cross section of the flow channel is known, the mass flow of the fluid 2 can be determined in a known manner from the flow velocity v.
  • the light source 11 on a first side 25 are optional
  • the underside - of the support 21 anchored, so that the light source 11 is covered by the support 21 from the perspective of the light sensor 14, thereby preventing an annoying surface 7 passing the transparent surface 7 of the path of the light beam 12 to the light sensor 14.
  • the light guide 13 extends, e.g. at the tip 27 of the measuring probe 17, from the first side 25 to the second side 26.
  • such an interfering light path could be prevented by other components, as will be explained in more detail below with reference to FIGS. 5a to 5c.
  • the light guide 13 has the shape of a prism, which with its one lateral surface 28 faces the light source 11 and the light sensor 14 and optionally on the first side 25 of the carrier 21 to the light source 11 and on the second side 26 of the Carrier 21 extends to the light sensor 14 (Fig. 4a).
  • the other mantle surfaces 29, 30 of the prism at least one forms said transparent interface 7; the second of the other jacket surfaces 29, 30 mentioned could be mirrored or both other jacket surfaces 29, 30 together form the said transparent interface 7.
  • one lateral surface 28, 29, 30 could face the light source 11 and the light sensor 14 and / or the light guide 13 could be parallelepipedic or curved, for example.
  • the light guide 13 is made of transparent glass or plastic, such as epoxy, or from a soft transparent material, such as silicone or the like.
  • transparent denotes - as also with regard to the transparent interface 7 - good permeability for at least the wavelength or the wavelength range of the light beam 12.
  • FIGS. 4a to 4c illustrate the function of the optical second measuring element 4.
  • the measuring probe 17 is immersed in a fluid 2 with a low optical density n (FIG. 4a)
  • the light beam 12 is directed to the transparent interface 7 forming lateral surfaces 29, 30 of the prism-shaped light guide 13 totally reflected, ie it occurs Refle xion, and is detected in the light sensor 14, which detects the detector circuit 15.
  • the measuring probe 17 is immersed in a fluid 2 with a high optical density n (FIG. 4b)
  • the light beam 12 is not reflected at the transparent interface 7 but merely refracted, i.e. refraction occurs.
  • the light sensor 14 then does not detect a reflected light beam 12, which also detects the detector circuit 15, etc. as a lack of reflection and thus refraction.
  • the light sensor 14 can optionally be arranged on the side of the transparent interface 7 opposite the light source 11 (not shown) in order to determine the refraction angle ⁇ , or the light source 11 4a, for example, fan out the light beam 12 so that the light beam 12 strikes the transparent interface 7 at different acute angles.
  • the light sensor 14 could each be subdivided into stripe or matrix-shaped fields, so that on the basis of the refraction or reflections detected by different fields of the light sensor 14, the refraction angle ⁇ or the angle at which total reflection occurs, and consequently the optical cal Density n of the fluid 2 can be closed.
  • the light beam 12 could be NEN angles hit the transparent interface 7, for example by the light source 11 deflects the light beam 12, and thus fanned out, or by the transparent interface 7 is pivoted ge, so that the optical density n of the fluid 2 based on the time detection of a reflection by the light sensor 14 can be determined.
  • the light guide 13 can have a different shape as an alternative to the prismatic one, e.g. circular cylindrical with a convexly curved interface 7. It goes without saying that other curvatures of the interface 7 are possible, e.g. concave, the light beam 12 already striking the transparent interface 7 at a small fanning out at clearly different acute angles, thereby increasing the effect of the fanning out.
  • the optical second measuring element 4 also delivers correct measurement results if e.g. a droplet 31 of a fluid 2 with high optical density n adheres to the transparent interface 7, although the measuring probe 17 is immersed in a flowing fluid 2 with low optical density n.
  • the light beam 12 is initially only refracted at the transparent interface 7 and enters the droplet 31, whereupon it is reflected on its outer surface due to the lower optical density n of the surrounding fluid 2; subsequently, the reflected light beam 12 occurs again, i.e. Refraction, again in the light guide 13 and there, similar to the example in FIG. 4a, further reflected towards the light sensor 14.
  • the detection circuit 15 thus correctly detects the optical reflectivity of the transparent interface 7.
  • an area of the carrier 21, for example the end region 33 carrying the second sensor, can also be bent or bent before or after the sensor is attached , As a result, the end region 33 of the carrier 21 is shown in dashed lines in FIG. position in order to give - in this example - the second encoder a desired orientation. It goes without saying that the carrier 21 could also be bent and / or bent elsewhere (also several times).
  • an optional component 34 is also arranged between the light source 11 and the light sensor 14.
  • the component 34 is impermeable to the light beam 12 to cover the light source 11 from the point of view of the light sensor 14. This prevents possible interference from a path of the light beam 12 to the light sensor 14 that leads past the transparent surface 7.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (1) zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit (v) eines strömenden Fluids (2), umfassend ein erstes Messelement (3) mit einer dem strömenden Fluid (2) aussetzbaren Grenzfläche (6), welches zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit (v) des Fluids (2) ausgebildet ist, ein zweites Messelement (4) mit einer dem strömenden Fluid (2) aussetzbaren Grenzfläche (7), welches zum Messen einer charakteristischen Eigenschaft des Fluids (2) ausgebildet ist, und eine an das erste und zweite Messelement (3, 4) angeschlossene Auswerteeinrichtung (5), welche zum Korrigieren der vom ersten Messelement (3) gemessenen Strömungsgeschwindigkeit (v) um den Einfluss der vom zweiten Messelement (4) gemessenen Eigenschaft des Fluids (2) auf das Messen der Strömungsgeschwindigkeit (v) ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Messsonde (17) für eine solche Messvorrichtung (1).

Description

Messvorrichtung und Messsonde für ein strömendes Fluid
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung mit einem Messelement zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Fluids. Die Erfindung betrifft ferner eine Messsonde für eine solche Messvorrichtung.
Das strömende Fluid ist ein flüssiges oder gasförmiges Me dium, z.B. Luft, Wasser oder Öl, oder ein Gemisch aus flüssigen und gasförmigen Medien. Messvorrichtungen der vorgenannten Art werden beispielsweise zur Durchflussmessung, z.B. in einem Strömungskanal eines ölgefüllten Getriebes, oder zum Messen der Windgeschwindigkeit in der Anemometrie verwendet. Zur Durch flussmessung sind insbesondere elektromagnetische, Differenz druck- und Ultraschall -Verfahren sowie kalorimetrische Verfah ren bekannt .
Bei dem letztgenannten Verfahren wird ein dem strömenden Fluid ausgesetzter Messfühler, welcher z.B. einen temperaturab hängigen elektrischen Widerstand hat, geheizt. Das an der wär meleitfähigen Grenzfläche des Messfühlers vorbeiströmende Fluid entzieht der Grenzfläche und damit dem Messfühler Wärme. Die entzogene Wärme, welche aus der zugeführten Wärme und der Tem peratur des Messfühlers ermittelbar ist, hängt von der Strö mungsgeschwindigkeit des Fluids ab, sodass auf die Strömungsge schwindigkeit rückgeschlossen werden kann. Neben der Strömungs geschwindigkeit hängt die entzogene Wärme jedoch auch von der Temperaturdifferenz zwischen der Grenzfläche und dem Fluid und von dessen Massendichte ab. Ist die Temperatur des Fluids nicht bekannt, so kann diese mit geringem Mehraufwand, z.B. mithilfe eines weiteren Temperatursensors, ermittelt werden. Vergleich bare Zusammenhänge gelten für die genannten anderen Messverfah ren, das elektromagnetische, das Differenzdruck- bzw. das Ult raschall-Verfahren .
In vielen Anwendungen, z.B. beim Messen der Windgeschwin digkeit oder des Durchflusses in einem Strömungskanal, ist das auf seine Strömungsgeschwindigkeit zu messende Fluid (z.B. Luft, Wasser oder Öl) vorbekannt. Dadurch kann dessen Massen dichte, wenn nicht ohnehin bekannt, mit ausreichender Genauig keit geschätzt und so ein eindeutiges Messergebnis erzielt wer den. Ist hingegen die Massendichte des Fluids nicht bekannt, ergibt die jeweilige Messung der Strömungsgeschwindigkeit kein eindeutiges Ergebnis, da der Messwert für ein Fluid mit hoher Massendichte und geringer Strömungsgeschwindigkeit mit dem Messwert für ein Fluid mit geringer Massendichte und hoher Strömungsgeschwindigkeit zusammenfallen kann. Ein solcher Fall tritt z.B. beim Messen der Strömungsgeschwindigkeit der Fluide in einem Strömungskanal eines teilweise ölgefüllten Getriebes ein, da nicht bekannt ist, zu welchem Zeitpunkt welches Fluid an dem Messelement vorbeiströmt. Bisher ist üblich, im Messer gebnis auftretende Zwei- oder Mehrdeutigkeiten manuell nachzu korrigieren, was jedoch aufwändig und wenig treffsicher ist.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine Messvorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und eine Messsonde hie- für zu schaffen, welche auch für verschiedenartige Fluide stets eindeutige Messergebnisse liefern.
Das Ziel wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung mit einer Messvorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Fluids erreicht, welche sich auszeichnet durch :
ein erstes Messelement mit einer dem strömenden Fluid aus- setzbaren Grenzfläche, welches zum Messen der Strömungsge schwindigkeit des Fluids ausgebildet ist;
ein zweites Messelement mit einer dem strömenden Fluid aussetzbaren Grenzfläche, welches zum Messen einer charakteris tischen Eigenschaft des Fluids ausgebildet ist; und
eine an das erste und zweite Messelement angeschlossene Auswerteeinrichtung, welche zum Korrigieren der vom ersten Messelement gemessenen Strömungsgeschwindigkeit um den Einfluss der vom zweiten Messelement gemessenen Eigenschaft des Fluids auf das Messen der Strömungsgeschwindigkeit ausgebildet ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich durch das Messen einer charakteristischen Eigenschaft des Flu ids, d.h. einer physikalischen Eigenschaft des Fluids selbst, z.B. seiner optischen Dichte, Fluoreszenz, Dielektrizi tätskonstante bzw. seines ohmschen Widerstands, das Fluid mit hoher Treffsicherheit bestimmen lässt. So kann durch die Kombi nation aus zwei Messungen die Strömungsgeschwindigkeit mehrerer verschiedener Fluide eindeutig gemessen werden: Anhand ihrer jeweiligen gemessenen charakteristischen Eigenschaft werden die strömenden Fluide unterschieden, sodass die Messvorrichtung nach Kalibrierung in jedem Zeitpunkt einen eindeutigen, flu idspezifischen Messwert für die Strömungsgeschwindigkeit lie fert. Eine aufwändige manuelle Nachkorrektur entfällt. Dabei kann die Messvorrichtung nicht nur zwischen Fluiden verschiede ner Phasen (flüssig oder gasförmig) unterscheiden, sondern an hand der Verschiedenheit der jeweils gemessenen charakteristi schen Eigenschaft des Fluids auch zwischen z.B. unterschiedli chen Ölen, Öl und Wasser oder unterschiedlichen Gasen, und so gar Mischungsverhältnisse der Fluide ermitteln.
Zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids kann beispielsweise ein elektromagnetisches, ein Differenzdruck- und/oder ein Ultraschall -Verfahren eingesetzt werden. Bevorzugt ist die genannte Grenzfläche des ersten Messelements wärmelei tend und das genannte erste Messelement zum kalorimetrischen Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids anhand des Wär meübergangs zwischen seiner wärmeleitenden Grenzfläche und dem strömenden Fluid ausgebildet. Ein solches Messelement zum kalo rimetrischen Messen ist einfach im Aufbau und robust und zuver lässig im Betrieb.
Je nach Anwendungsfall und in Betracht kommenden Fluiden kann das zweite Messelement z.B. die Fluoreszenz, die Die lektrizitätskonstante bzw. den ohmschen Widerstand des Fluids messen. Besonders vorteilhaft ist hingegen, wenn die genannte Grenzfläche des zweiten Messelements transparent und das ge nannte zweite Messelement zum Messen der optischen Dichte des Fluids anhand der optischen Reflektivität oder Refraktivität seiner transparenten Grenzfläche zu dem strömenden Fluid ausge bildet ist. Bereits geringfügige Unterschiede in der optischen Dichte zweier Fluide reichen aus, um deren eindeutige Unter scheidung - z.B. infolge des Auftretens oder Nicht-Auftretens von Totalreflexion an der transparenten Grenzfläche - sicherzu stellen. So kann auch z.B. der Gasgehalt des Getriebeöls od.dgl. anhand der vom zweiten Messelements ermittelten opti schen Dichte bestimmt und das Messen der Strömungsgeschwindig keit entsprechend korrigiert werden. Der Fall, dass verschiede ne Fluide aufgrund identischer Brechungsindizes nicht unter scheidbar wären, ist in praktischen Anwendungen unwahrschein lich .
Das kalorimetrische erste Messelement könnte nach dem so genannten Aufheizverfahren das Fluid mit einem zwischen einem ersten und einem zweiten Temperaturfühler angeordneten zusätz lichen Heizelement heizen, wobei die Temperaturdifferenz des strömenden Fluids jeweils vor und hinter dem Heizelement er fasst wird. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst hinge gen das erste Messelement einen ersten Temperaturfühler für die Temperatur des Fluids und einen von einer Regelschaltung auf eine gegenüber der Temperatur des Fluids konstante Temperatur differenz geheizten zweiten Temperaturfühler, der die genannte wärmeleitende Grenzfläche aufweist, wobei die von der Regel - Schaltung dem zweiten Temperaturfühler zugeführte Heizleistung ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ist. Dabei ist die Er wärmung des Fluids geringer als beim Aufheizverfahren, was nicht nur energiesparend ist, sondern auch mögliche Nebenwir kungen im strömenden Fluid vermeiden hilft. Ferner kann das Messelement platzsparender aufgebaut sein.
In einer günstigen Variante ist der genannte erste Tempe raturfühler eine erste Lötstelle und der genannte zweite Tempe raturfühler eine zweite Lötstelle eines Thermoelements zur Mes sung der Temperaturdifferenz des Fluids zwischen der ersten und der zweiten Lötstelle. Thermoelemente erfassen unmittelbar eine Temperaturdifferenz, sodass eine separate Messung zweier Tempe raturen mit nachfolgender rechnerischer Differenzbildung ent fällt, was die Messvorrichtung insgesamt vereinfacht.
Besonders bevorzugt umfasst das optische zweite Messele ment eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahls, für den Lichtstrahl einen Lichtleiter mit der genannten transparenten Grenzfläche, auf welche der ausgesandte Lichtstrahl in spitzem Winkel auftrifft, einen eine an der transparenten Grenzfläche auftretende Reflexion oder Refraktion des Lichtstrahls erfas senden Lichtfühler und eine Detektorschaltung für den Lichtfüh ler zum Detektieren der optischen Reflektivität oder Refrakti- vität der transparenten Grenzfläche. Dieser Aufbau des zweiten Messelements ist einfach und robust. Je nach Anforderung kann einerseits ein Refraktionswinkel des Lichtstrahls an der trans parenten Grenzfläche anhand des Auftreffpunktes des gebrochenen Lichtstrahls auf dem Lichtfühler gemessen und damit die genaue optische Dichte des Fluids bestimmt werden, wozu ferner ein allfälliger Anteil an Reflexion des Lichtstrahls ausgewertet werden könnte; alternativ oder ergänzend kann der Winkel gemes sen werden, bei welchem an der transparenten Grenzfläche Total reflexion des auftreffenden Lichtstrahls auftritt, z.B. indem die Lichtquelle den Lichtstrahl auffächert bzw. in zeitlicher Abfolge in verschiedenen Winkeln auf die transparente Grenzflä che aussendet und dabei das örtliche bzw. das zeitliche Auf- treffen des reflektierten Lichtstrahls auf dem Lichtfühler mit berücksichtigt wird. In den meisten Fällen reicht andererseits aus, zu erkennen, ob Totalreflexion an der transparenten Grenz fläche aufgetreten ist, d.h. das Fluid eine vom Lichtleiter ausreichend verschiedene optische Dichte hat, oder nicht, so dass auf einfache Weise zwischen zwei verschiedenen Fluiden, einem optisch dichten und einem optisch weniger dichten, unter schieden wird.
Vorteilhaft ist, wenn die Auswerteeinrichtung in einem Ge häuse angeordnet ist, und dabei der erste und der zweite Tempe raturfühler, die Lichtquelle, der Lichtleiter und der Lichtfüh- ler in einer vom Gehäuse separaten Messsonde angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich eine flexible einsetzbare, insbeson dere schlanke Messsonde aufbauen, ohne dass die gesamte Mess vorrichtung zu integrieren und dem strömenden Fluid auszusetzen ist. Messdaten können dabei über ein Kabel oder eine Drahtlos verbindung von der Messsonde an die Auswerteeinrichtung gesandt werden .
Besonders günstig ist dabei, wenn in dem Gehäuse ferner die Regelschaltung und die Detektorschaltung angeordnet sind. So sind auch diese Teile der Messvorrichtung nicht der Tempera tur des Fluids ausgesetzt und die Messsonde ist noch kleiner und robuster.
In einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung eine Mess sonde, welche insbesondere für eine Messvorrichtung der vorge nannten Art verwendet werden kann, umfassend:
einen Träger;
für das Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, einen an dem Träger verankerten ersten Messgeber mit einer Grenzfläche ;
für das Messen einer charakteristischen Eigenschaft des Fluids, einen an dem Träger verankerten zweiten Messgeber mit einer Grenzfläche; und
einen elektrischen Anschluss, mit welchem die beiden Mess geber verbunden sind,
wobei die genannten Grenzflächen des ersten und des zwei ten Messgebers an einer Außenseite der Messsonde zum Eintauchen in ein strömendes Fluid dargeboten sind.
Hinsichtlich weiterer Ausführungsvarianten der Messsonde und der Vorteile der Kombination des Messens der Strömungsge schwindigkeit mit dem Messen einer charakteristischen Eigen schaft des strömenden Fluids zur Korrektur des Messens der Strömungsgeschwindigkeit um den Einfluss der gemessenen charak teristischen Eigenschaft wird auf die vorangegangenen Ausfüh rungen zu der Messvorrichtung verwiesen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der genannte erste Messgeber einen ersten Temperaturfühler und einen zweiten Temperaturfühler mit der ge nannten Grenzfläche umfasst, wobei die genannte Grenzfläche des ersten Messgebers wärmeleitend ist, und/oder wenn der genannte zweite Messgeber eine Lichtquelle zum Aussenden eines Licht strahls, für den Lichtstrahl einen Lichtleiter mit der genann ten Grenzfläche, auf welche der ausgesandte Lichtstrahl in spitzem Winkel auftrifft, und einen eine an der Grenzfläche auftretende Reflexion oder Refraktion des Lichtstrahls erfas senden Lichtfühler umfasst, wobei die genannte Grenzfläche des zweiten Messgebers transparent ist.
Besonders günstig ist dabei, wenn die Lichtquelle an einer ersten Seite des Trägers und der Lichtfühler an einer der ers ten abgewandten zweiten Seite des Trägers verankert sind, und wenn sich der Lichtleiter von der ersten zur zweiten Seite er streckt. Ohne weitere Bauteile werden auf diese Weise Licht quelle und Lichtfühler voneinander optisch getrennt, sodass ei ne Störung durch über unerwünschte Lichtpfade geführtes Streu licht vermieden wird.
Besonders bevorzugt hat dabei der Lichtleiter die Form ei nes Prismas, dessen eine Mantelfläche der Lichtquelle und dem Lichtfühler zugewandt ist und von dessen anderen Mantelflächen zumindest eine die genannte transparente Grenzfläche bildet. Die zweite der genannten anderen Mantelflächen kann dabei ent weder verspiegelt sein oder ebenfalls transparent und somit beide anderen Mantelflächen gemeinsam die transparente Grenz fläche bilden. So kann eine deutlich erfassbare zweimalige Re flexion des Lichtstrahls an den genannten anderen Mantelflächen erzielt werden, was die Detektion des Fluids anhand der opti schen Reflektivität bzw. Refraktivität der transparenten Grenz fläche erleichtert. Ferner lässt sich ein prismenförmiger Lichtleiter einfach und strömungsgünstig in die Messsonde, z.B. an ihrer Spitze, integrieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Lichtleiter aus Silikon. Silikon ist ein weiches Material; das hilft Be schädigungen, z.B. eines Strömungskanals, eines damit verbünde- nen ölgefüllten Getriebes od.dgl., zu vermeiden, falls sich der Lichtleiter von der Messsonde ablöst.
Günstig ist ferner, wenn der Träger eine flexible Leiter platte ist. Eine solche Leiterplatte trägt die erforderlichen Bauteile, verbindet sie elektrisch leitend und kann in eine ge wünschte Form gebracht werden, sodass die Messsonde bei ansons ten gleichem Aufbau an unterschiedliche Anwendungen anpassbar ist. Dabei kann ein Bereich des Trägers, z.B. jener Bereich, auf welchem der zweite Messgeber angeordnet ist, auch noch nach seinem Aufbringen auf den Träger gebogen bzw. geknickt werden, um dadurch eine gewünschte Ausrichtung des Messgebers zu errei chen .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den beige schlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels nä her erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht;
Fig. 2 die Messsonde der Messvorrichtung von Fig. 1 in ei ner schematischen Draufsicht;
Fig. 3 die Messvorrichtung von Fig. 1 in einem Block schaltbild;
die Fig. 4a bis 4c jeweils einen vergrößerten Ausschnitt A der Messsonde der Messvorrichtung von Fig. 1, eingetaucht in ein Fluid mit geringer optischer Dichte (Fig. 4a), in ein Fluid mit hoher optischer Dichte (Fig. 4b) und in ein Fluid mit ge ringer optischer Dichte mit einem an der Messsonde haftenden Tröpfchen eines Fluids mit hoher optischer Dichte (Fig. 4c); und
die Fig. 5a bis 5c Varianten der Messsonde der Messvor richtung von Fig. 1 jeweils ausschnittsweise in schematischer Seitenansicht .
Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine Messvorrichtung 1 zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit v eines strömenden Fluids 2. Die Messvorrichtung 1 hat ein erstes Messelement 3 und ein zweites Messelement 4 (strichlierte Linien in Fig. 3) und eine Auswer- teeinrichtung 5. Die Auswerteeinrichtung 5 ist an das erste und das zweite Messelement 3, 4 angeschlossen.
Das erste Messelement 3 misst die Strömungsgeschwindigkeit v des Fluids 2 in dem dargestellten Beispiel kalorimetrisch. Zu diesem Zweck erfasst das erste Messelement 3 den Wärmeübergang zwischen einer dem strömenden Fluid 2 ausgesetzten wärmeleiten den Grenzfläche 6 des ersten Messelements 3 und dem strömenden Fluid 2. Der Wärmeübergang ist umso größer, je höhere Strö mungsgeschwindigkeit v und Massendichte das strömende Fluid 2 hat. So führt ein Fluid 2 hoher Strömungsgeschwindigkeit v und geringer Massendichte zu dem gleichen Wärmeübergang wie ein Fluid 2 geringer Strömungsgeschwindigkeit v und hoher Massen dichte .
Alternativ kann das erste Messelement 3 die Strömungsge schwindigkeit v des Fluids 2 auf elektromagnetische Weise, mit tels Differenzdruck- oder Ultraschallmessung ermitteln, wozu die genannte Grenzfläche z.B. eine Elektrode oder Membran od.dgl. wäre, wie dem Fachmann bekannt ist. Auch diese alterna tiven Messverfahren führen jeweils zu einer Zwei- bzw. Mehrdeu tigkeit beim Messen der Strömungsgeschwindigkeit v.
Das zweite Messelement 4 misst in dem dargestellten Bei spiel die optische Dichte n des strömenden Fluids 2, um ver schiedene Fluide 2 voneinander zu unterscheiden. Zu diesem Zweck erfasst das zweite Messelement 4 die optische Reflektivi- tät oder Refraktivität einer dem strömenden Fluid 2 ausgesetz ten transparenten Grenzfläche 7 zwischen dem zweiten Messele ment 4 und dem strömenden Fluid 2. Anstelle der optischen Dich te n könnte das zweite Messelement 4 eine andere charakteristi sche Eigenschaft des Fluids 2 messen, d.h. eine andere physika lische Eigenschaft des Fluids 2 selbst, nicht eine von außen eingeprägte Eigenschaft wie die Temperatur, den Druck oder die Strömungsgeschwindigkeit v. Beispielsweise könnte das zweite Messelement 4 z.B. eine optische Messung der Fluoreszenz, eine kapazitive Messung der Dielektrizitätskonstante oder eine Mes sung des ohmschen Widerstandes des Fluids 2 vornehmen; dazu wä- re die genannte Grenzfläche des zweiten Messelements 4 z.B. wiederum transparent oder hätte eine oder mehrere voneinander elektrisch isolierte Elektroden. Gerade bei kompressiblen Flui den 2, insbesondere Gasen, misst optional das zweite Messele ment 4 - oder ein weiteres Messelement - zusätzlich den Druck des Fluids 2, damit eine Druckabhängigkeit von Wärmeleitung bzw. Wärmeabfuhr des Fluids 2 und folglich des Wärmeübergangs einfacher kompensiert werden kann.
Die Auswerteeinrichtung 5 korrigiert die vom ersten Mess element 3 gemessene Strömungsgeschwindigkeit v um den Einfluss der vom zweiten Messelement 4 gemessenen Eigenschaft (hier: der optischen Dichte n) auf das Messen der Strömungsgeschwindigkeit v (hier: auf den Wärmeübergang an der wärmeleitenden Grenzflä che 6), um einen korrigierten Wert v* der Strömungsgeschwindig keit v zu erhalten. Dazu nutzt die Auswerteeinrichtung 5 aus, dass Fluide 2 unterschiedlicher Massendichte, z.B. ein Gas und eine Flüssigkeit oder Wasser und ein Öl etc., im Allgemeinen unterschiedliche optische Dichten n, Fluoreszenzen, Dielektri zitätskonstanten und/oder ohmsche Widerstände haben. Diese Ei genschaften des Fluids 2 stehen somit jeweils in Zusammenhang mit z.B. dem Wärmeübergang an der wärmeleitenden Grenzfläche 6. Ist das Fluid 2 anhand seiner charakteristischen Eigenschaft erkannt, kann dessen Strömungsgeschwindigkeit v eindeutig ge messen werden, d.h. eine zwei- oder mehrdeutig gemessene Strö mungsgeschwindigkeit v wird anhand der gemessenen Eigenschaft (z.B. der optischen Dichte n) korrigiert.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 umfasst das kalorimetrische erste Messelement 3 einen ersten Temperaturfüh ler 8, z.B. einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, insbesondere ein Kaltleiter (PTC-Thermistor) oder Heißleiter (NTC-Thermistor) , eine Zenerdiode oder ein Thermoelement. Mit dem ersten Temperaturfühler 8 misst das erste Messelement 3 die Temperatur des Fluids 2 in dem Fachmann bekannter Weise. Ferner umfasst das erste Messelement 3 einen zweiten Temperaturfühler 9, welcher die genannte wärmeleitende Grenzfläche 6 zu dem strömenden Fluid 2 aufweist. Optional hat auch der erste Tempe raturfühler 8 eine ähnliche Grenzfläche.
Der zweite Temperaturfühler 9 wird in diesem Beispiel von einer Regelschaltung 10 derart geheizt, dass er die vom ersten Temperaturfühler 8 gemessenen Temperatur des Fluids 2 um eine konstante Temperaturdifferenz überschreitet. Die von der Regel schaltung dem zweiten Temperaturfühler 9 dazu zugeführte Heiz leistung ist aufgrund des strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Wärmeübergangs an der wärmeleitenden Grenzfläche 6 ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit v des Fluids 2. Zur Schätzung und Kompensation des dynamischen Verhaltens bzw. der thermischen Trägheit der beiden Temperaturfühler 8, 9 bei transienten Ände rungen der Temperatur bzw. der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 2 kann die Auswerteeinrichtung 5 ferner einen optionalen Schätzer umfassen, z.B. einen nicht-linearen Kalman-Filter, ei nen Punktschätzer oder einen anderen in der stochastischen Sig nalverarbeitung bekannten Schätzer.
Der zweite Temperaturfühler 9 ist z.B. ein temperaturab hängiger elektrischer Widerstand und wird unmittelbar von der Regelschaltung 10 elektrisch geheizt; alternativ könnte ein se parater Heizwiderstand dafür vorgesehen sein.
In der Ausführungsform nach den Fig. 5a bis 5c ist der erste Temperaturfühler 8 eine erste Lötstelle 8' und der zweite Temperaturfühler 9 eine zweite Lötstelle 9' eines Thermoele ments E. Das Thermoelement E umfasst ein Paar unterschiedlicher metallischer Leiter M1 M2, welche miteinander an der zweiten Lötstelle 9' verbunden sind und misst direkt, d.h. ohne Bestim mung der jeweiligen Temperaturen, die Temperaturdifferenz zwi schen erster und zweiter Lötstelle 8', 9'. Als metallische Lei ter M1 M2 kommen z.B. Kupfer als erster Leiter M und eine Kup fer-Nickel-Legierung, z.B. Konstantan°, als zweiter Leiter M2 - als „Typ T" Thermoelement bekannt - oder ein anderes im Stand der Technik bekanntes Paar metallischer Leiter Mi, M2 in Frage. Zumindest einer der beiden metallischen Leiter Mx oder M2 kann beispielsweise mittels Kathodenzerstäubung aufgesputtert wer- den, insbesondere wenn der andere (z.B. Kupfer) ohnehin als Leiter des ersten Messelements 3 vorgesehen ist. Die zweite Lötstelle 9' ist, wie zuvor beschrieben, von der Regelschaltung 10 mithilfe eines elektrischen Widerstandes auf eine konstante Temperaturdifferenz geheizt. Der elektrische Widerstand kann dabei als separater Heizwiderstand R (Fig. 5a und 5b) ausgebil det sein; alternativ ist der elektrische Widerstand R zumindest zum Teil durch die metallischen Leiter Mi und/oder M2 gebildet, sodass die zweite Lötstelle 9' direkt am elektrischen Wider stand R ausgebildet ist (Fig. 5c) .
Anstatt auf eine konstante Temperaturdifferenz gegenüber dem Fluid 2 könnte die Regelschaltung 10 den zweiten Tempera turfühler 9 mit Konstantstrom heizen und die Temperatur des zweiten Temperaturfühler 9 messen, um daraus den Wärmeübergang an der wärmeleitenden Grenzfläche 6 zu ermitteln. Ferner könnte der erste Temperaturfühler 8 entfallen, z.B. wenn die Tempera tur des Fluids 2 ausreichend genau bekannt ist. In einer weite ren Alternative könnte ein separates Heizelement (nicht darge stellt) dem zweiten Temperaturfühler 9 in Richtung der Strö mungsgeschwindigkeit v vorgelagert sein, sodass der erste und der zweite Temperaturfühler 9 die Temperaturdifferenz des Flu ids 2 vor und hinter dem Heizelement messen.
In dem dargestellten Beispiel umfasst das optische zweite Messelement 4 eine Lichtquelle (z.B. eine Leucht- oder Laserdi ode) 11, welche einen Lichtstrahl 12 (Fig. 4a) aussendet. Das zweite Messelement 4 umfasst ferner einen Lichtleiter 13 für den Lichtstrahl 12. Der Lichtleiter 13 weist die genannte transparente Grenzfläche 7 auf. Die Lichtquelle 11 und die transparente Grenzfläche 7 sind derart angeordnet bzw. ausge richtet, dass der von der Lichtquelle 11 ausgesandte Licht strahl 12 in spitzem Winkel auf die Grenzfläche 7 auftrifft.
Außerdem umfasst das zweite Messelement 4 einen Lichtfüh ler (z.B. eine Photodiode) 14 und eine Detektorschaltung 15. Der Lichtfühler 14 ist derart angeordnet und ausgerichtet, dass er eine Reflexion oder eine Refraktion des Lichtstrahls 12 an der transparenten Grenzfläche 7 erfasst. Die Detektorschaltung 15 erkennt eine Reflexion oder Refraktion beispielsweise anhand eines schwellwertüber- oder -unterschreitenden Signals des Lichtfühlers 14 und kann daraus auf ein Fluid 2 geringerer oder höherer optischer Dichte n schließen. Optional kann die Detek torschaltung 15 anhand des Auftreffpunktes des Lichtstrahls 12 auf dem Lichtfühler 14 einen Winkel , bei welchem Totalrefle xion auftritt, (Fig. 4a) oder einen Refraktionswinkel ß (Fig. 4b) ermitteln und daraus die optische Dichte n des Fluids 2 bestimmen, wie unter Bezugnahme auf die Darstellungen in den Fig. 4a bis 4c weiter unten ausführlich erläutert wird.
Zur optionalen Kompensation von Umgebungslicht kann die Lichtquelle 11 gepulst betrieben werden, sodass die Detektor schaltung 15 oder die Auswerteeinrichtung 5 den vom Lichtfühler 14 erfassten Lichtstrahl 12 um das vom Lichtfühler 14 in Puls pausen erfasste Umgebungslicht korrigieren kann. Alternativ o- der ergänzend kann optional ein Filter eingesetzt werden, um von der Wellenlänge des Lichtstrahls 12 abweichendes Umgebungs licht zu unterdrücken.
Die Auswerteeinrichtung 5 der Messvorrichtung 1 ist in dem Beispiel der Fig. 1 und 3 in einem Gehäuse 16 angeordnet. Dabei sind der erste und der zweite Temperaturfühler 8, 9 des ersten Messelements 3 und die Lichtquelle 11, der Lichtleiter 13 und der Lichtfühler 14 des zweiten Messelements 4 in einer vom Ge häuse 16 separaten Messsonde 17 angeordnet. In dem Gehäuse 16 sind ferner die Regelschaltung 10 und die Detektorschaltung 15 angeordnet. Das Gehäuse 16 und die Messsonde 17 haben jeweils einen elektrischen Anschluss 18, 19, wobei die Regelschaltung 10 und die Detektorschaltung 15 jeweils mit dem Anschluss 18 des Gehäuses 16 und der erste und zweite Temperaturfühler 8, 9 und der Lichtfühler 14 - sowie optional die Lichtquelle 11 - mit dem Anschluss 19 der Messsonde 17 verbunden sind. Die An schlüsse 18, 19 sind miteinander über ein Versorgungs- und Da tenkabel 20 elektrisch verbunden, sodass die Regelschaltung 10 mit den Temperaturfühlern 8, 9 und die Detektorschaltung 15 mit dem Lichtfühler 14 - und optional mit der Lichtquelle 11 - ver bunden ist.
Alternativ können die Regelschaltung 10 und die Detektor schaltung 15 in der Messsonde 17 angeordnet sein; ferner könnte sogar, wenn gewünscht, die Auswerteeinrichtung 5 in der Mess sonde 17 - z.B. in Form eines Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) - angeordnet sein und das Gehäuse 16 entfallen. Optional kann das Kabel 20 durch eine Daten-Funkverbindung ersetzt und/oder die Messsonde 17 durch eine Batterie, über induktive Kopplung oder mittels Energy Harvesting energieversorgt sein.
In dem dargestellten Beispiel umfasst die Messsonde 17 ei nen Träger 21, z.B. eine (optional flexible) Leiterplatte. An dem Träger 21 ist für das Messen der Strömungsgeschwindigkeit v des Fluids 2 ein erster Messgeber mit einer Grenzfläche 6 ver ankert; ferner ist an dem Träger 21 für das Messen einer cha rakteristischen Eigenschaft des Fluids 2 ein zweiter Messgeber mit einer Grenzfläche 7 verankert. In diesem Beispiel umfasst der erste Messgeber den ersten Temperaturfühler 8 und den zwei ten Temperaturfühler 9 und die genannten Grenzfläche ist die wärmeleitende Grenzfläche 6; der zweite Messgeber umfasst die Lichtquelle 11, den Lichtleiter 13, welcher als Grenzfläche des zweiten Messgebers die transparente Grenzfläche 7 hat, und den Lichtfühler 14. Auch der Anschluss 19 ist optional am Träger 21 verankert und kann von einer Verstärkungshülse 22 eingefasst sein. Um den zweiten Temperaturfühler 9 herum, insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturfühler 8, 9, ist eine optionale thermische Isolation 23, z.B. aus Silikon, am Träger 21 angebracht. Die thermische Isolation 23 oder ein an derer Mantel kann den Träger 21 zumindest bereichsweise umman teln und ihm dabei eine strömungsgünstige Form verleihen.
Es versteht sich, dass die (hier: wärmeleitende) Grenzflä che 6 des ersten Messgebers und die (hier: transparente) Grenz fläche 7 des zweiten Messgebers an der Außenseite der Messsonde 17, d.h. ohne Ummantelung, dem strömenden Fluid 2 dargeboten sind, sodass die beiden Grenzflächen 6, 7 dem Fluid 2 ausge- setzt sind, wenn die Messsonde 17 in das Fluid 2 eingetaucht ist. Die Messsonde 17 kann in ein frei strömendes Fluid 2 oder, wie in dem Beispiel der Fig. 1 und 2, zwischen Wandungen 24 ei nes z.B. rohrförmigen Strömungskanals eingetaucht werden, wäh rend das Gehäuse 16 außerhalb des strömenden Fluids 2 und davor geschützt gelagert ist. Bei bekanntem Querschnitt des Strö mungskanals kann dabei aus der Strömungsgeschwindigkeit v in bekannter Weise der Massenstrom des Fluids 2 ermittelt werden.
Optional sind die Lichtquelle 11 an einer ersten Seite 25
- in diesem Beispiel: der Oberseite - des Trägers 21 und der Lichtfühler 14 an einer der ersten abgewandten zweiten Seite 26
- hier: der Unterseite - des Trägers 21 verankert, sodass die Lichtquelle 11 aus Sicht des Lichtfühlers 14 vom Träger 21 ver deckt ist, wodurch ein störender, an der transparenten Oberflä che 7 vorbeiführender Pfad des Lichtstrahls 12 zum Lichtfühler 14 verhindert wird. Dabei erstreckt sich der Lichtleiter 13, z.B. an der Spitze 27 der Messsonde 17, von der ersten Seite 25 zur zweiten Seite 26. Alternativ könnte ein solcher störender Lichtpfad durch andere Bauteile unterbunden werden, wie weiter unten in Bezug auf die Fig. 5a bis 5c näher erläutert wird.
Im dargestellten Beispiel hat der Lichtleiter 13 die Form eines Prismas, welches mit seiner einen Mantelfläche 28 der Lichtquelle 11 und dem Lichtfühler 14 zugewandt ist und sich optional an der ersten Seite 25 des Trägers 21 bis zur Licht quelle 11 und an der zweiten Seite 26 des Trägers 21 bis zum Lichtfühler 14 erstreckt (Fig. 4a) . Von den anderen Mantelflä chen 29, 30 des Prismas bildet zumindest eine die genannte transparente Grenzfläche 7; die zweite der genannten anderen Mantelflächen 29, 30 könnte dabei verspiegelt sein oder beide anderen Mantelflächen 29, 30 gemeinsam die genannte transparen te Grenzfläche 7 bilden. Alternativ könnte je eine Mantelfläche 28, 29, 30 der Lichtquelle 11 und dem Lichtfühler 14 zugewandt sein und/oder der Lichtleiter 13 z.B. parallelepipedisch oder gekrümmt sein. Der Lichtleiter 13 ist aus transparentem Glas oder Kunst stoff, z.B. Epoxy, oder aus einem weichen transparenten Materi al, z.B. Silikon od.dgl. Der Ausdruck „transparent" bezeichnet in diesem Zusammenhang - wie auch hinsichtlich der transparen ten Grenzfläche 7 - eine gute Durchlässigkeit für zumindest die Wellenlänge bzw. den Wellenlängenbereich des Lichtstrahls 12.
Die Beispiele der Fig. 4a bis 4c veranschaulichen die Funktion des optischen zweiten Messelements 4. Ist die Messson de 17 in ein Fluid 2 mit geringer optischer Dichte n einge taucht (Fig. 4a), wird der Lichtstrahl 12 an den die transpa rente Grenzfläche 7 bildenden Mantelflächen 29, 30 des prismen förmigen Lichtleiters 13 totalreflektiert, d.h. es tritt Refle xion auf, und wird im Lichtfühler 14 erfasst, was die Detektor schaltung 15 detektiert. Ist andererseits die Messsonde 17 in ein Fluid 2 mit hoher optischer Dichte n eingetaucht (Fig. 4b), wird der Lichtstrahl 12 an der transparenten Grenzfläche 7 nicht reflektiert sondern bloß gebrochen, d.h. es tritt Refrak tion auf. Der Lichtfühler 14 erfasst dann keinen reflektierten Lichtstrahl 12, was die Detektorschaltung 15 ebenfalls detek tiert, u.zw. als ausbleibende Reflexion und somit Refraktion.
Soll die optische Dichte n des Fluids 2 genauer bestimmt werden, so kann optional entweder der Lichtfühler 14 an der der Lichtquelle 11 gegenüberliegenden Seite der transparenten Grenzfläche 7 angeordnet sein (nicht dargestellt) , um den Re fraktionswinkel ß zu ermitteln, oder kann die Lichtquelle 11 den Lichtstrahl 12 in der Darstellungsebene der Fig. 4a z.B. auffächern, sodass der Lichtstrahl 12 in verschiedenen spitzen Winkeln auf die transparente Grenzfläche 7 auftrifft. Der Lichtfühler 14 könnte dabei jeweils in streifen- oder matrix förmige Felder unterteilt sein, sodass anhand der von unter schiedlichen Feldern des Lichtfühlers 14 erfassten Refraktion oder Reflexionen auf den Refraktionswinkel ß bzw. den Winkel , bei welchem Totalreflexion eintritt, und folglich auf die opti sche Dichte n des Fluids 2 geschlossen werden kann. Alternativ könnte der Lichtstrahl 12 in zeitlicher Abfolge in verschiede- nen Winkeln auf die transparente Grenzfläche 7 auftreffen, z.B. indem die Lichtquelle 11 den Lichtstrahl 12 ablenkt, und somit auffächert, oder indem die transparente Grenzfläche 7 ge schwenkt wird, sodass die optische Dichte n des Fluids 2 anhand des zeitlichen Erfassens einer Reflexion durch den Lichtfühler 14 ermittelt werden kann.
Wie im Beispiel der Fig. 5b dargestellt kann der Lichtlei ter 13 alternativ zur prismatischen eine andere Form haben, z.B. kreiszylindrisch mit im Querschnitt konvex gekrümmter Grenzfläche 7. Es versteht sich, dass andere Krümmungen der Grenzfläche 7 möglich sind, z.B. konkav, wobei der Lichtstrahl 12 bereits bei geringer Auffächerung unter deutlich verschiede nen spitzen Winkeln auf die transparente Grenzfläche 7 auf trifft, wodurch die Wirkung der Auffächerung verstärkt wird.
Fig. 4c versinnbildlicht, dass das optische zweite Mess element 4 auch dann korrekte Messergebnisse liefert, wenn z.B. ein Tröpfchen 31 eines Fluids 2 mit hoher optischer Dichte n an der transparenten Grenzfläche 7 haftet, obwohl die Messsonde 17 in ein strömendes Fluid 2 geringer optischer Dichte n einge taucht ist. In diesem Fall wird der Lichtstrahl 12 an der transparenten Grenzfläche 7 zunächst nur gebrochen und tritt in das Tröpfchen 31 ein, worauf er an dessen Außenfläche aufgrund der geringeren optischen Dichte n des umgebenden Fluids 2 re flektiert wird; in weiterer Folge tritt der reflektierte Licht strahl 12 unter nochmaliger Brechung, d.h. Refraktion, wieder in den Lichtleiter 13 ein und wird dort, ähnlich wie im Bei spiel der Fig. 4a, zum Lichtfühler 14 hin weiter reflektiert. Die Detektionsschaltung 15 detektiert somit die optische Re- flektivität der transparenten Grenzfläche 7 korrekt.
Wie in Fig. 5a durch den Pfeil 32 versinnbildlicht, kann in der Variante mit flexibler Leiterplatte als Träger 21 ein Bereich des Trägers 21, z.B. ein den zweiten Messgeber tragen der Endbereich 33, auch vor oder nach dem Aufbringen des Mess gebers gebogen oder geknickt werden. Dadurch wird der Endbe reich 33 des Trägers 21 in die in Fig. 5a strichliert darge- stellte Stellung gebracht, um - in diesem Beispiel - dem zwei ten Messgeber eine gewünschte Ausrichtung zu geben. Es versteht sich, dass der Träger 21 auch an anderer Stelle (auch mehrfach) gebogen und/oder geknickt werden könnte.
In den Beispielen der Fig. 5a bis 5c ist ferner ein optio nales Bauteil 34 jeweils zwischen der Lichtquelle 11 und dem Lichtfühler 14 angeordnet. Das Bauteil 34 ist für den Licht strahl 12 undurchlässig, um die Lichtquelle 11 aus Sicht des Lichtfühlers 14 zu verdecken. Dadurch wird möglichen Störungen durch einen an der transparenten Oberfläche 7 vorbeiführenden Pfad des Lichtstrahls 12 zum Lichtfühler 14 vorgebeugt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs formen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten, Kombinatio nen und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.

Claims

Patentansprüche :
1. Messvorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindig keit (v) eines strömenden Fluids (2), gekennzeichnet durch
ein erstes Messelement (3) mit einer dem strömenden Fluid (2) aussetzbaren Grenzfläche (6) , welches zum Messen der Strö mungsgeschwindigkeit (v) des Fluids (2) ausgebildet ist;
ein zweites Messelement (4) mit einer dem strömenden Fluid
(2) aussetzbaren Grenzfläche (7), welches zum Messen einer cha rakteristischen Eigenschaft des Fluids (2) ausgebildet ist; und eine an das erste und zweite Messelement (3, 4) ange schlossene Auswerteeinrichtung (5) , welche zum Korrigieren der vom ersten Messelement (3) gemessenen Strömungsgeschwindigkeit (v) um den Einfluss der vom zweiten Messelement (4) gemessenen Eigenschaft des Fluids (2) auf das Messen der Strömungsge schwindigkeit (v) ausgebildet ist.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die genannte Grenzfläche (6) des ersten Messelements
(3) wärmeleitend und das genannte erste Messelement (3) zum ka lorimetrischen Messen der Strömungsgeschwindigkeit (v) des Flu ids (2) anhand des Wärmeübergangs zwischen seiner wärmeleiten den Grenzfläche (6) und dem strömenden Fluid (2) ausgebildet ist .
3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass das genannte erste Messelement (3) einen ersten Tem peraturfühler (8) für die Temperatur des Fluids (2) und einen von einer Regelschaltung (10) auf eine gegenüber der Temperatur des Fluids (2) konstante Temperaturdifferenz geheizten zweiten Temperaturfühler (9) umfasst, der die genannte wärmeleitende Grenzfläche (6) aufweist, wobei die von der Regelschaltung (10) dem zweiten Temperaturfühler (9) zugeführte Heizleistung ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit (v) ist.
4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass der genannte erste Temperaturfühler (8) eine erste Lötstelle (8') und der genannte zweite Temperaturfühler (9) ei- ne zweite Lötstelle (9') eines Thermoelements (E) zur Messung der Temperaturdifferenz des Fluids (2) zwischen der ersten und der zweiten Lötstelle (8', 9') ist.
5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, dass die genannte Grenzfläche (7) des zweiten Messelements (4) transparent und das genannte zweite Messelement (4) zum Messen der optischen Dichte (n) des Fluids (2) anhand der optischen Reflektivität oder Refraktivität sei ner transparenten Grenzfläche (7) zu dem strömenden Fluid (2) ausgebildet ist.
6. Messvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass das genannte zweite Messelement (4) eine Lichtquelle
(11) zum Aussenden eines Lichtstrahls (12), für den Lichtstrahl
(12) einen Lichtleiter (13) mit der genannten transparenten Grenzfläche (7), auf welche der ausgesandte Lichtstrahl (12) in spitzem Winkel ( ) auftrifft, einen eine an der transparenten Grenzfläche (7) auftretende Reflexion oder Refraktion des Lichtstrahls (12) erfassenden Lichtfühler (14) und eine Detek torschaltung (15) für den Lichtfühler (14) zum Detektieren der optischen Reflektivität oder Refraktivität der transparenten Grenzfläche (7) umfasst.
7. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4 in Verbindung mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (5) in einem Gehäuse (16) angeordnet ist, und dass der erste und der zweite Temperaturfühler (8, 9), die Lichtquelle (11), der Lichtleiter (13) und der Lichtfühler (14) in einer vom Gehäuse (16) separaten Messsonde (17) angeordnet sind .
8. Messvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, dass in dem Gehäuse (16) ferner die Regelschaltung (10) und die Detektorschaltung (15) angeordnet sind.
9. Messsonde, insbesondere für eine Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend:
einen Träger (21) ; für das Messen der Strömungsgeschwindigkeit (v) des Fluids (2), einen an dem Träger (21) verankerten ersten Messgeber mit einer Grenzfläche (6);
für das Messen einer charakteristischen Eigenschaft des Fluids (2), einen an dem Träger (21) verankerten zweiten Mess geber mit einer Grenzfläche (7); und
einen elektrischen Anschluss (19) , mit welchem die beiden Messgeber verbunden sind,
wobei die genannten Grenzflächen (6, 7) des ersten und des zweiten Messgebers an einer Außenseite der Messsonde (17) zum Eintauchen in ein strömendes Fluid (2) dargeboten sind.
10. Messsonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erste Messgeber einen ersten Temperaturfühler (8) und einen zweiten Temperaturfühler (9) mit der genannten Grenzfläche (6) umfasst, wobei die genannte Grenzfläche (6) des ersten Messgebers wärmeleitend ist.
11. Messsonde nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, dass der genannte zweite Messgeber eine Lichtquelle
(11) zum Aussenden eines Lichtstrahls (12), für den Lichtstrahl
(12) einen Lichtleiter (13) mit der genannten Grenzfläche (7), auf welche der ausgesandte Lichtstrahl (12) in spitzem Winkel ( ) auftrifft, und einen eine an der Grenzfläche (7) auftreten de Reflexion oder Refraktion des Lichtstrahls (12) erfassenden Lichtfühler (14) umfasst, wobei die genannte Grenzfläche (7) des zweiten Messgebers transparent ist.
12. Messsonde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (11) an einer ersten Seite (25) des Trä gers (21) und der Lichtfühler (14) an einer der ersten abge wandten zweiten Seite (26) des Trägers (21) verankert sind, und dass sich der Lichtleiter (13) von der ersten zur zweiten Seite (25, 26) erstreckt.
13. Messsonde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (13) die Form eines Prismas hat, dessen eine Mantelfläche (28) der Lichtquelle (11) und dem Lichtfühler (14) zugewandt ist und von dessen anderen Mantelflächen (29, 30) zumindest eine die genannte transparente Grenzfläche (7) bildet .
14. Messsonde nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (13) aus Silikon ist.
15. Messsonde nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (21) eine flexible Leiterplatte ist .
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