WO1997019326A1

WO1997019326A1 - Ultraschall-durchflussmessverfahren

Info

Publication number: WO1997019326A1
Application number: PCT/EP1996/005082
Authority: WO
Inventors: Abram Klaas Roskam; Jan Aart Van Bekkum; Vladimir Smychliaev
Original assignee: Krohne Ag
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 1997-05-29
Also published as: CA2209789A1; EP0804717A1; DK0804717T3; CA2209789C; NO973364L; JP2002013957A; AU7693196A; NO973364D0; NO326813B1; NL1001719C2; EP0804717B1; US5987997A; JPH10512966A; DE59609187D1; JP3478833B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschall-Durchflußmessung für strömende Medien mit einem Meßrohr (1), mit mindestens zwei am Meßrohr angeordneten, jeweils einen Meßpfad (M1, M2, M3, M4, M5) bildenden Ultraschallwandlerpaaren, mit einem die Geschwindigkeiten des Mediums entlang der Meßpfade (M1, M2, M3, M4, M5) aus den Signalen der Ultraschallwandlerpaare bestimmenden Wandler (2) und mit einem die Durchflußmenge des Mediums aus den Geschwindigkeiten des Mediums entlang der Meßpfade (M1, M2, M3, M4, M5) bestimmenden Addierer (3). Erfindungsgemäß ist ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung dadurch weitergebildet, daß ein die Reynoldssche Zahl durchgängig bestimmender Reynoldszahlmesser (5) vorgesehen ist und daß ein mit dem Addierer (3) und dem Reynoldszahlmesser (5) verbundener Durchflußmengenkorrektor (6) vorgesehen ist.

Description

Ultraschall-Durchflußmeßverfahren

Die Erfindung betrifft gemäß einer ersten Lehre ein Ultraschall-Durchflußmeßverfah¬ ren für strömende Medien mit Hilfe eines Meßrohres und mit Hilfe mindestens zweier am Meßrohr angeordneter, jeweils einen Meßpfad bildender Ultraschallwandlerpaare, bei welchem die Durchflußmenge des strömenden Mediums aus der Geschwindigkeit des Mediums entlang mindestens zweier Meßpfade bestimmt wird. Der Begriff des Mediums umfaßt vorliegend sowohl Flüssigkeiten als auch Gase.

Die Erfindung betrifft gemäß einer zweiten Lehre weiter eine Vorrichtung zur Durch¬ führung eines Ultraschall-Durchflußmeßverfahrens für strömende Medien mit einem Meßrohr, mit mindestens zwei am Meßrohr angeordneten, jeweils einen Meßpfad bil¬ denden Ultraschallwandlerpaaren, mit einem die Geschwindigkeiten des Mediums entlang der Meßpfade aus den Signalen der Ultraschallwandlerpaare bestimmenden Wandler und mit einem die Durchflußmenge des Mediums aus den Geschwindigkei¬ ten des Mediums entlang der Meßpfade bestimmenden Addierer.

Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen für die Ultraschall-Durchflußmessung der mittleren Geschwindigkeit bzw. Durchflußmenge eines strömenden Mediums verwenden eine Vielzahl von Meßpfaden, die die Stützpunkte einer möglichst opti¬ malen numerischen Integrationsmethode bilden. Hierbei wird die Integrationsmetho- de üblicherweise durch die Dimension bzw. Geometrie des Meßpfades und des Meß¬ rohres bestimmt. Es existieren verschiedene klassische optimale Integrationsmetho¬ den etwa von Tschebycheff, Gauß oder Taylor, die z. B. in den Offenlegungsschriften CH - A - 610 038, DE - A - 30 38 213 und EP - A - 0 125 845 wiedergegeben sind. Die aus diesen Offenlegungsschriften bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind im Hinblick auf ihre Genauigkeit abhängig von der Viskosität des Mediums und damit von der Reynoldsschen Zahl. Zu dieser Tatsache wird z. B. verwiesen auf den Artikel "A New Integration Technique for Flowmeters with Chordal Paths" in Flow Measu¬ rement and Instrumentation, Vol. 1, No. 4, Juli 1990, Seiten 216 bis 224. Die aus den genannten Offenlegungsschriften bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Ultra¬ schall-Durchflußmessung weisen durch ihre Abhängigkeit von der Viskosität des Mediums eine nur ungenügende Genauigkeit auf, da sich die Viskosität insbesondere infolge von Temperaturänderungen während der Messung stark ändern kann. Eine

ORIGINAL UNTERLAGEN hohe Genauigkeit wird jedoch insbesondere bei der Messung der Durchflußmengen von beispielsweise Gasen, Erdöl, Erdölprodukten und chemischen Produkten im all¬ gemeinen gefordert. Ein zweites wichtiges Problem bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind die durch Einbaueffekte verursachten Störungen des Geschwin¬ digkeitsprofils, durch die die Genauigkeit zusätzlich nachteilig beeinflußt wird.

Bei den genannten Produkten werden außerordentlich hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Messung gestellt. So wird z. B. für Erdöl in dem Bereich der Durch¬ flußmenge von 50 % bis 100 % der Nenndurchflußmenge ein maximaler Fehler von ± 0,15 % und in dem Bereich der Durchflußmenge von 10 % bis 100 % der Nenndurch¬ flußmenge ein maximaler Fehler von ± 0,25 % gefordert. Bislang sind diese geforder¬ ten Genauigkeiten nur mit Turbinenzählern zu gewährleisten.

Bei der Messung der Durchflußmenge eines in einem Meßrohr fließenden Mediums ist es vorteilhaft, die Strömung des Mediums nicht zu stören. Gleichzeitig ist es er¬ wünscht, die geforderte hohe Meßgenauigkeit mit Hilfe einer verhältnismäßig preis¬ werten Vorrichtung zu erhalten, die gleichzeitig eine lange Lebensdauer aufweist. Es ist weiter vorteilhaft, wenn eine derartige Vorrichtung nach der Produktion mit Was¬ ser kalibriert werden kann und anschließend im Betrieb bei den Nutzern mit anderen Flüssigkeiten oder sogar Gasen nachkalibriert werden kann, um die geforderten Ge¬ nauigkeiten zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die genannten Probleme zu beseiti¬ gen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der die an¬ geführte hohe Genauigkeit gewährleistet wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ermöglichen, den Einfluß der Viskosität des Mediums stark zu verrin¬ gern. Die Aufgabe der Erfindung besteht weiter darin, ein Verfahren und eine Vor¬ richtung zur Verfügung zu stellen, die den Einfluß von Änderungen im Strömungs¬ profil vermindert und die im Betrieb die Möglichkeit der Selbstkalibrierung eröffnet. Schließlich ist es auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine durchgängige Bestimmung der Visko¬ sität des Mediums, also "real-time" ermöglicht, und die es darüber hinaus erlaubt ba- sierend auf der Viskosität und der Schallgeschwindigkeit und/oder der Schalldämpf¬ ung den Typ des Mediums, z. B. den Typ des strömenden Erdöls, zu identifizieren.

Erfindungsgemäß werden die zuvor aufgezeigten und hergeleiteten Aufgaben gemäß der ersten Lehre dadurch gelöst, daß bei einem Ultraschall-Durchflußmeßverfahren für strömende Medien die Reynoldssche Zahl des strömenden Mediums durchgehend gemessen wird und daß der Wert für die Durchflußmenge anhand des Wertes für die Reynoldssche Zahl korrigiert wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Reynoldssche Zahl anhand der Geschwindigkeit des Mediums entlang mindestens zweier Meßpfade bestimmt. Diese Geschwindigkeiten des strömenden Mediums auf den verschiedenen Meßpfaden können gleichzeitig oder nacheinander bestimmt werden.

Gemäß der zweiten Lehre der Erfindung werden die zuvor aufgezeigten und herge¬ leiteten Aufgaben dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung zur Durchführung eines Ul¬ traschall-Durchflußmeßverfahrens für strömende Medien dadurch gekennzeichnet ist, daß ein die Reynoldssche Zahl durchgängig bestimmender Reynoldszahlmesser vor¬ gesehen ist und daß ein mit dem Addierer und dem Reynoldszahlmesser verbundener Durchflußmengenkorrektor vorgesehen ist.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung erfährt die vorliegende Erfindung da¬ durch, daß vor der Bestimmung der Reynoldsschen Zahl im Betrieb ein Betriebsströ¬ mungsprofil basierend auf den gemessenen Geschwindigkeiten aufgenommen wird und daß für den Fall eines durch Einlaufeffekte oder andere Ursachen gestörten ak¬ tuellen Strömungsprofils dieses einer arithmetischen Korrektur auf der Grundlage ei¬ nes zuvor bestimmten ungestörten Eichströmungsprofils unterworfen wird.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Ul¬ traschall-Durchflußmeßverfahren für strömende Medien bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Ultraschall-Durchflußmeßverfahrens für strö¬ mende Medien auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 25 nachgeordneten Patentansprüche, anderer¬ seits auf die Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein Blockschaltschild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Ultraschall-Durch¬ flußmeßverfahrens für strömende Medien,

Fig. 2 a) - f) ein Flußdiagramm mit erläuternden Darstellungen des Ablaufes einer

Korrektur der Strömungsprofile,

Fig. 3 a), b) eine beispielhafte grafische Darstellung einer Korrektur von Strömungs¬ profilen bei großen Reynoldsschen Zahlen bzw. bei kleinen Reynolds- schen Zahlen,

Fig. 4 a), b) grafische Darstellungen der Verbesserung der Genauigkeit bei der An¬ wendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens für Medien verschiede¬ ner Viskosität,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Ultraschall-Durch¬ flußmeßverfahrens für strömende Medien,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für einen Strömungs¬ profilkorrektor,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für einen Reynoldszahl¬ messer,

Fig. 8 ein Beispiel einer auf empirischen Daten basierenden Fehlerkurve zur

Verwendung in einem erfindungsgemäßen Durchflußkorrektor und a) - d) die Abhängigkeit verschiedener Geschwindigkeitsverhältnisse von der

Reynoldsschen Zahl zur Erläuterung der Funktionsweise des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bei der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflußmeßverfah¬ rens eingesetzten Vorrichtung werden mindestens zwei, vorteilhaft jedoch fünf Ge¬ schwindigkeiten auf unterschiedlichen Meßpfaden gemessen, wobei die Meßpfade durch Ultraschallwandlerpaare, bestehend aus einander zugeordneten, auf unter¬ schiedlichen Seiten des Meßrohres angeordneten Ultraschallwandlern, gebildet wer¬ den. Vorzugsweise hat sich das Strömungsprofil des Mediums in einer an die erfin¬ dungsgemäße Vorrichtung angeschlossenen Leitung mit Hilfe von Einlauf- und Aus¬ laufsektionen formiert und möglichst vollständig entwickelt. Das genannte Eichströ- mungsprofil ist vorzugsweise eine möglichst gute Annäherung an das Strömungs¬ profil in einer vollständig entwickelten Strömung. Aus der Praxis ist bekannt, daß die Geschwindigkeiten auf bestimmten Meßpfaden weniger abhängig und auf anderen Meßpfaden stärker abhängig von der Reynoldsschen Zahl sind. Die weniger von der Reynoldsschen Zahl abhängigen Meßpfade sind die im Abstand von einem halben Radius des Meßrohres zur Wand des Meßrohres. Dahingegen liegen die stärker von der Reynoldsschen Zahl abhängigen Meßpfade beispielsweise in der Mitte oder nahe bei den Wänden des Meßrohres. Bei den zuletzt genannten Meßpfaden hat das Strömungsprofil einen maximalen Einfluß auf die Reynoldssche Zahl. Die erfindungs¬ gemäße Vorrichtung kann auch mit mehr oder mit weniger als fünf Meßpfaden arbei¬ ten, worunter jedoch mindestens ein Meßpfad sein muß, der relativ wenig von der Reynoldsschen Zahl abhängig ist.

Da die Reynoldssche Zahl in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgängig ge¬ messen wird, kann diese Messung "real-time" zur Korrektur der Durchflußmenge und eventuell zur Bestimmung der Viskosität und falls erforderlich auch zur Identifikation des Mediums eingesetzt werden. Dies wird im folgenden erläutert.

Bevorzugterweise werden die auf den Meßpfaden gemessenen Geschwindigkeiten des strömenden Mediums herangezogen, um die Reynoldssche Zahl zu bestimmen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Reynoldssche Zahl auf andere Weise, z. B. basie- rend auf der Messung der Ultraschall-Dämpfung zu bestimmen. Der hieraus bestimmte Wert der Reynoldsschen Zahl wird anschließend dazu verwendet, anhand der Feh¬ lerkurve eine Korrektur der Durchflußmenge vorzunehmen. Selbstverständlich kann aus der mittleren Geschwindigkeit und der Durchflußmenge auch ein Wert für das Volumen bestimmt werden.

Im weiteren wird nun das Verfahren und die Vorrichtung zur Verwirklichung des Ver¬ fahrens unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Die fünf die Meßpfade Ml bis M5 bil¬ denden, an dem Meßrohr 1 angeschlossenen Ultraschallwandlerpaare sind mit einem Wandler 2 verbunden, welcher die verschiedenen Geschwindigkeiten des strömen¬ den Mediums entlang der Meßpfade Ml bis M5 beispielsweise aus den Laufzeitdiffe¬ renzen der Ultraschallsignale bestimmt. Über verschiedene, später erläuterte Einheiten werden diese Geschwindigkeiten einem Addierer 3 zugeführt, wo sie jeweils mit ent¬ sprechenden Gewichtsfaktoren multipliziert und anschließend aufsummiert werden. Die am Ausgang des Addierers 3 anliegende mittlere Geschwindigkeit, also die Durchflußmenge pro Querschnittsfläche des Meßrohres, liegt an einem Durchflußkor¬ rektor 6 zur Korrektur der Durchflußmenge an. In dem Durchflußkorrektor 6 ist eine auf empirischen Daten basierende, beispielsweise in Fig. 8 dargestellte Fehlerkurve gespeichert, die außer der Reynoldsschen Zahl alle anderen, mit der erfindungsgemä¬ ßen Vorrichtung verbundenen technologischen Toleranzen beinhaltet. Diese Tole¬ ranzen werden nach der Produktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durch¬ führung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflußmeßverfahrens sorgfältig ge¬ messen. Die von dem Wandler 2 errechnete Durchflußmenge wird nunmehr, basierend auf einer durch einen Reynoldszahlmesser 5 bestimmten Reynoldsschen Zahl, korri¬ giert. Die von dem Durchflußkorrektor 6 ausgegebene korrigierte Durchflußmenge wird anschließend von einer fakultativ vorsehbaren Anzeigevorrichtung 4 angezeigt. Wie bereits erwähnt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Wasser geeicht werden, wobei die bei der Eichung erhaltenen Meßergebnisse auch für andere Me¬ dien, wie andere Flüssigkeiten und sogar Gase, übertragen werden, da für die Reynoldssche Zahl Re gilt:

υ v und

worin V_w und V_m die Durchflußgeschwindigkeiten von Wasser und einem zweiten Medium sind. υ_κ und υ_m sind hierbei die kinematischen Viskositäten von Wasser und dem Medium, während D der Durchmesser des Meßrohres 1 ist. Es gilt beispielsweise bei 20° C:

und υ_Ulfi -= \5 - \0^m² / s

Dies bedeutet, daß eine mit Wasser kalibrierte Vorrichtung zur Durchführung des er¬ findungsgemäßen Ultraschall-Durchflußmeßverfahrens mit dem Medium Luft ohne weiteres arbeitet, wenn die Geschwindigkeit der Luft um einen Faktor 15 höher ist als die Geschwindigkeit des Wassers bei der Eichung.

Vor der Bestimmung der Reynoldsschen Zahl ist es wichtig die Symmetrie des Strö¬ mungsprofils anhand der Geschwindigkeitsverhältnisse oder Geschwindigkeitsdiffe¬ renzen zu prüfen. Ist das aktuelle Strömungsprofil ungestört bzw. vollständig ent¬ wickelt, so werden die gemessenen Geschwindigkeiten ohne weiteres für die weitere Verarbeitung genutzt. Eine hohe Symmetrie des Strömungsprofils wird beispielsweise durch die Anordnung einer Venturidüse in der Leitung gefördert.

Vor der Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei dem Nutzer wird diese Vorrichtung beispielsweise mit Wasser geeicht. Hierzu wird in dem Bereich, in dem die Vorrichtung später eingesetzt wird, z. B. in einem Bereich für die mittlere Ge¬ schwindigkeit von 0, 1 m/s bis 6 m/s, für eine Mehrzahl von Meßpunkten, z. B. bei 10%, 20%, 50% und 100% der maximalen mittleren Geschwindigkeit, eine Eichung durchgeführt. Bei dieser Eichung werden die für jeden Meßpfad gemessenen Ge¬ schwindigkeiten des strömenden Mediums bei einem ungestörten Eichströmungs- profil in einem Speicher abgelegt. Diese sogenannte Eichprofilmatrix ist charakteris¬ tisch für die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ultraschall- Durchflußmeßverfahrens, da diese Matrix alle mechanischen, elektronischen, akusti¬ schen und hydraulischen Toleranzen beinhaltet.

Bei der Korrektur der Symmetrie des aktuellen Strömungsprofils sind zwei Fälle, ab¬ hängig von der Reynoldsschen Zahl, zu unterscheiden. Einerseits der Fall, bei dem mit großen Reynoldsschen Zahlen oberhalb von etwa 100.000 gearbeitet wird und andererseits der Fall, bei dem mit kleineren Reynoldsschen Zahlen gearbeitet wird. Im ersten Fall hat die Eichprofilmatrix für fünf Meßpfade ||EPM|| folgende Gestalt:

woπn

V lp, ... V5p die Geschwindigkeiten des strömenden Mediums entlang der entsprechenden Meßpfade bei dem Eichströmungsprofil sind,

∑ Vp die entsprechende mittlere Geschwindigkeit oder Durchflußmenge pro Meßrohrquerschnitt bei dem Eichströmungsprofil ist,

GI, ... G5 die den Meßpfaden zugeordneten Gewichtsfaktoren sind, und

10%, ... 100% die Meßpunkte im Betriebsbereich sind.

Bei der betriebsbereit montierten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens wird in einem weiteren Eichprozeß zunächst die Betriebsprofilma- trix ||ßPM|| aufgenommen, welche die folgende Gestalt aufweist:

worin Vlb ... V5b die Geschwindigkeiten entlang der entsprechenden Meßpfade bei dem Betriebsströmungsprofil sind,

∑ Vb die entsprechende mittlere Geschwindigkeit oder Durchflußmenge pro Meßrohrquerschnitt bei dem Betriebsströmungsprofil ist, und

GI, ... G5 wiederum die Gewichtsfaktoren der Meßpfade sind.

Für die soeben eingeführte Betriebsprofilmatrix IßPMH werden die Durchflußmengen im Meßrohr in einem Gleichförmigkeitsgebiet, also bei Reynoldsschen Zahlen größer 100.000, übereinstimmend mit den Durchflußmengen bei der Aufnahme des Eich- strömungsprofils künstlich eingestellt - beispielsweise mit Hilfe eines mobilen, geeich¬ ten Durchflußmengenerzeugers. In diesem Fall gilt:

∑ Vbtn* = ∑ Vp_lWk (G1. 3)

In der Praxis ist es jedoch schwierig, die Gleichung 3 hinreichend genau zu erfüllen, da sich häufig nicht exakt die gleichen Durchflußmengen einstellen lassen. Um den¬ noch eine Korrektur der Strömungsprofile durchführen zu können, überführt man die Gleichung 3 in die folgende Form:

ß - ∑ Vb_ιaκ = ∑ V_PlttΛ (G1. 3a)

In Gleichung 3a ist ß ein Inteφolationsfaktor zur Korrektur der Tatsache, daß sich die gleichen Durchflußmengen in der Regel nicht einstellen lassen. Gleichung 3a ist gleichbedeutend mit

V_r^ || (G1. 4)

Es wird nun eine Profildeterminante ||PrDer|| eingeführt, für die gilt:

worin

die Profildeterminante der Eichprofilmatrix ist, und £^_100» II die Profildeterminante der Betriebsprofilmatrix ist.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Betrieb beim Nutzer wird dann die Korrektur mit der aktuellen Profilmatrix || APM Jj = ||ß.PM|| ■ ||Pr Z>er|J durchge¬ führt:

worin

∑ Vbgec die entsprechend korrigierten mittleren Geschwindigkeiten oder Durchflußmengen pro Querschnittfläche des Meßrohres in dem Meßrohr bei dem aktuellen Strömungsprofil sind.

Gleichung 6 gilt in der dargestellten Form nur für Medien, die sich über den betrach¬ teten Bereich von 10% bis 100% der Nenndurchflußmenge linear verhalten. Für nichtlineare Medien sind die Korrekturen der Geschwindigkeiten des Mediums ent¬ lang der Meßpfade jeweils mit Hilfe der zugehörigen Koeffizienten aus der Eichpro¬ filmatrix und der Betriebsprofilmatrix, z. B. Vlp50% / V l bso% für eine Geschwindig¬ keit des strömenden Mediums auf dem Meßpfad M l von V lb50%, durchzuführen. Für den Fall der nichtlinearen Medien ist es weiter notwendig, die Koeffizienten ßj , ß2 ... ß5 einzuführen - vgl. auch Gleichung 3a. Weiter werden für nichtlineare Medien die Korrekturkoeffizienten zwischen den nur diskret bekannten Werten inteφoliert.

Nach der Korrektur des aktuellen Strömungsprofils mit Hilfe der Eichprofilmatrix und der Betriebsprofilmatrix läßt sich der relative Fehler der mittleren Geschwindigkeiten bzw. Durchflußmengen nach folgender Gleichung berechnen:

Zusammengefaßt wird bei der Verarbeitung mit Hilfe der genannten Profilmatrizen wie folgt vorgegangen. Zunächst sind mit Hilfe jeweils einer Eichung die Geschwin¬ digkeiten des Mediums auf den Meßpfaden und die zugehörigen mittleren Ge¬ schwindigkeiten bzw. Durchflußmengen bei einem ungestörten Eichströmungsprofil und anschließend bei einem Betriebsströmungsprofil gemessen worden. Dann wird das Verhältnis zwischen den mittleren Geschwindigkeiten bzw. Durchflußmengen während der Aufnahme der Eichströmungsprofile und der Betriebsströmungsprofile festgehalten. Danach werden die aktuell gemessenen Geschwindigkeiten des Medi¬ ums entlang der Meßpfade bei dem aktuellen Strömungsprofil entsprechend diesem Verhältnis geändert. Anschließend werden die Verhältnisse der Geschwindigkeiten des Mediums entlang der Meßpfade bei dem Eichströmungsprofil und der abwei¬ chenden Geschwindigkeiten des Mediums entlang der Meßpfade bei dem Betriebs¬ strömungsprofil gebildet und die entsprechenden Geschwindigkeiten des Mediums entlang der Meßpfade bei dem aktuellen Strömungsprofil mit diesen Verhältnissen multipliziert. Bei dieser Korrektur wird selbstverständlich, falls notwendig, mit einer Inteφolation gearbeitet.

Liegt nach obiger Korrektur des Strömungsprofils ein ungestörtes Geschwindig¬ keitsprofil vor, so kann basierend auf diesem Strömungsprofil die Reynoldssche Zahl bestimmt werden.

Wie bereits erwähnt, wird die beschriebene Korrektur des Strömungsprofils abhängig von der Reynoldsschen Zahl durchgeführt. Die in Gleichung 1 wiedergegebene Eichprofilmatrix kann nur bei großen Reynoldszahlen, etwa größer als 100.000, ver¬ wendet werden, weil in diesem Fall die rechte Seite der hydrodynamischen Basisvek¬ torgleichung von Navier-Stokes verschwindet

— + V - (Ω - V) = — V² Ω (G1. 8) dt ^V ' Re

worin

Ω die Rotation der Geschwindigkeit V ist, was bedeutet, daß Ω = V ^■ V und

Re die Reynoldssche Zahl ist, (vgl. auch Gleichung (41.23) in "The Feynman Lectures on Physics, Reading" von R. Fyenman, R. Leighton, M. Sands, Massachusetts, Palo Alto, London, Addison-Wesley Publishing Company, Inc. 1964)

Bei großen Reynoldsschen Zahlen folgt somit aus der hydrodynamischen Gleichung 8 die hydrostatische Basisvektorgleichung:

^ + V . (Ω - V) = 0 (G1.9) dt ^v '

Für diesen Fall sind die Eigenschaften des Mediums, z. B. die Viskosität, außer Be¬ tracht gelassen worden, da ihr Einfluß gering ist. Dieser geringe Einfluß hat zur Folge, daß sich die Strömungsprofilform in dem Gleichförmigkeitsgebiet für Reynoldssche Zahlen oberhalb 100.000 nur unwesentlich ändert.

Für den zweiten Fall kleinerer Reynoldsscher Zahlen ist der Einfluß der Eigenschaf¬ ten des Mediums durchaus wesentlich, so daß es notwendig ist, die Eichprofilmatrix in einer anderen Form zu benutzen. Bei der Eichung wird in diesem Fall auch die Vis¬ kosität des Mediums ( v ) und der Durchmesser (D) des Meßrohres gemessen, so daß man für jedes Eichströmungsprofil eine entsprechende Reynoldsprofilmatrix \\EPM - Re„|| in dimensionsloser Form erhält:

Aus Gleichung 10 ist zu entnehmen, daß bei der eingangs durchgeführten Eichung für jede Reynoldssche Zahl ein Eichprofil für die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflußmeßverfahrens in dimensionsloser Form mit Kompensation von Toleranzen gespeichert werden kann (vgl. Fig. 2a). Dimensionslos bedeutet, daß auch die aktuell gemessenen Geschwindigkeiten VI , ... V5 durch die mittlere Geschwindigkeit also die Durchflußmenge pro Querschnittsfläche des Meß¬ rohres bei einer maximalen Durchflußmenge während einer Eichung im eingebauten Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung dividiert werden, so daß Vkix = Vi I

Bei der Eichung im eingebauten Zustand werden entsprechend Gleichung 2 bei dem vom Eichströmungsprofil abweichenden Betriebsströmungsprofil die Geschwindig¬ keiten auf den Meßpfaden und die mittlere Geschwindigkeit, also die Durchfluß¬ menge pro Querschnittsfläche des Meßrohres, wie folgt bestimmt:

= |∑ Vλ-_max|| (GI- I D

Hieraus folgt schließlich die dimensionslose Betriebsprofilmatrix, die da lautet:

Die dimensionslose Betriebsprofilmatrix ist in Fig. 2b wiedergegeben.

Basierend auf den im Betrieb gemessenen Geschwindigkeiten Vlk, ... V5k des strö¬ menden Mediums auf den Meßpfaden Ml bis M5 wird die Reynoldssche Zahl in nullter Näherung Ren anhand von noch zu erläuternden Gleichungen bestimmt. Für diese Reynoldssche Zahl in nullter Näherung Reo werden mit Hilfe der Gleichung 10 für eine übereinstimmende Reynoldssche Zahl der Eichung Rep die auch als Funk¬ tionen in analytischer Form darstellbaren Geschwindigkeiten auf den Meßpfaden aus den Eichströmungsprofilen ermittelt (vgl. Fig. 2c). Aus diesen Geschwindigkeiten auf den Meßpfaden wird gleichzeitig die mittlere Geschwindigkeit Vpgem ermittelt. Die¬ ses Profil wird anschließend mit dem aktuellen Strömungsprofil verglichen (vgl. Fig. 2d), in dem die gefundene mittlere Geschwindigkeit Vgemn (in nullter Näherung n = 0, also VgemO) mit der mittleren Geschwindigkeit Vpgem des Eichströmungsprofils verglichen wird (dVgem = Vgemn - Vpgem). Ist die gefundene Differenz zwischen den mittleren Geschwindigkeiten größer als ein bestimmter Maximalwert ε , so wird in einem folgenden Iterationsprozeß eine kleinere Differenz angenommen, z. B. Vgem (n + 1 ) = Vgemn + dVgem / 2. Aus der neuen mittleren Geschwindigkeit wird die Reynoldssche Zahl Rei erster Näherung aus der Gleichung Re j = Vgeml • D/ υ er¬ mittelt. Mit Hilfe dieser Reynoldsschen Zahl in erster Näherung wird aus der gespei¬ cherten Eichprofilmatrix eine neue mittlere Geschwindigkeit bestimmt, die anschlie¬ ßend wiederum verglichen wird (vgl. Fig. 2e und 2f). Ist die gefundene Differenz dVgem kleiner als der genannte Maximalwert ε, so wird der zuletzt gefundene Wert für die Reynoldssche Zahl zur Korrektur der Durchflußmenge verwandt. Mit Hilfe des geschilderten Iterationsprozesses ist eine verbesserte Genauigkeit gewährleistet.

In den Fig. 3a und 3b sind Beispiele korrigierter dimensionsloser Strömungsprofile für große Reynoldssche Zahlen (Fig. 3a) und kleine Reynoldssche Zahlen (Fig. 3b) dar¬ gestellt. In beiden Figuren bezeichnet a das Eichströmungsprofil, b das gestörte Be¬ triebsströmungsprofil und c das korrigierte Betriebsströmungsprofil.

Nach der beschriebenen Korrektur des Strömungsprofils wird der zuletzt gefundene Wert für die Reynoldssche Zahl an den Durchflußkorrektor 6 zur Korrektur der Durchflußmenge weitergegeben. Das gesamte Verfahren findet "real-time" statt.

In den Fig. 4a und 4b sind Beispiele für die erfindungsgemäß gewährleistete Erhö¬ hung der Genauigkeit grafisch dargestellt. Fig. 4a zeigt bei einem Ausführungsbei¬ spiel mit fünf Meßpfaden die Prozentsätze der Fehler bei drei Medien mit verschiede¬ ner Viskosität (20 cSt, 40 cSt bzw. 50 cSt) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit in m/s bei einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik (vgl. Kurven a, b, und c) und bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines Ultraschall - Durchflußmeßverfahrens für strömende Medien (vgl. Kurven d, e und f). Hier ist deut¬ lich ersichtlich, daß der Prozentsatz des Fehlers von Werten größtenteils oberhalb von 0,5 % bei Verfahren gemäß dem Stand der Technik durch das erfindungsgemäße Ver¬ fahren auf Werte unter 0,2 % für alle drei Medien reduziert ist. In Fig. 4b sind für die selben drei Medien unterschiedlicher Viskosität die Prozentsät¬ ze der Fehler für die gleichen Meßresultate wiedergegeben, die auch in Fig. 4a darge¬ stellt sind, jetzt jedoch nicht als Funktion der Geschwindigkeit, sondern als Funktion der Reynoldsschen Zahl, wiederum vor und nach der Korrektur. Hier fällt auf, daß durch die Darstellung als Funktion der Reynoldsschen Zahl alle drei Kurven a, b und c im wesentlichen zusammenfallen. Auch hier wird noch einmal deutlich, daß mit dem erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflußmeßverfahren für strömende Medien die Genauigkeit entscheidend verbessert wird.

Abhängig davon, ob das Strömungsprofil turbulenten oder laminaren Charakter auf¬ weist, wird die Reynoldssche Zahl wie folgt bestimmt:

Bei einem Strömungsprofil mit turbulentem Charakter wird die Reynoldssche Zahl aus den Geschwindigkeitsverhältnissen oder -differenzen der Meßpfade 2 und 4 (V2 + V4) und den Meßpfaden 1 und 5 (Vi ₊ V5) bestimmt;

Bei einem Strömungsprofil mit laminarem Charakter wird die Reynolds¬ sche Zahl aus den Geschwindigkeitsverhältnissen oder -differenzen der Geschwindigkeiten auf den Meßpfaden 2 und 4 (V2 + V4) und dem Meßpfad 3 (V3) bestimmt.

Die Reynoldssche Zahl kann also sowohl basierend auf Geschwindigkeitsverhältnis¬ sen (Fall a) der Geschwindigkeiten auf den Meßpfaden als auch basierend auf den Geschwindigkeitsdifferenzen (Fall b) der Geschwindigkeiten auf den Meßpfaden sowohl für Strömungsprofile mit turbulentem Charakter als auch für Strömungsprofile mit laminarem Charakter bestimmt werden.

Für den Fall a, daß also die Reynoldssche Zahl basierend auf Geschwindigkeitsver¬ hältnissen bestimmt wird, liegt ein Strömungspropfil mit laminarem Charakter unter folgender Bedingung vor:

(V₂ + V₄) / V₃ < 1,9 (GI. 13) Umgekehrt weist ein Strömungsprofil einen turbulenten Charakter auf, wenn gilt:

(V₂ + V₄)/V₃>1,9 (GI.14)

Die folgenden Gleichungen zur Bestimmung der Reynoldsschen Zahl wurden empi¬ risch aufgefunden.

Bei einem Strömungsprofil mit laminarem Charakter gilt für die Reynoldssche Zahl:

Re, = 19100((V₂ + V₄)/V₃)²-60200(V₂ + V₄)/V₃+ 47700 (GI.15)

Demgegenüber gilt für ein Strömungsprofil mit turbulentem Charakter für die Reynoldssche Zahl, falls diese kleiner als 30.000 ist:

Re, = 6500 + 39000^(5, 14(V₂ + V₄)/(V, + V-)-S,22) (GI.16)

Für eine Reynoldssche Zahl > 20.000 gilt bei einem Strömungsprofil mit turbulentem Charakter:

Re,=5080000((V₂ + V₄)/(V_{l +} V₅))²

-108600000(V₂ + V₄) / (V, + V₅) + 5833000

Für den Fall b, in dem die Bestimmung der Reynoldsschen Zahl basierend auf Ge¬ schwindigkeitsdifferenzen ermittelt wird, liegt ein Strömungsprofil mit laminarem Cha¬ rakter vor, wenn gilt:

(V₂ + V₄)-1,9V₃<0 (GI.18)

Umgekehrt liegt ein Strömungsprofil mit turbulentem Charakter vor, wenn gilt:

(V₂ + V₄)-1,9V₃>0 (GI.19)

Bei einem Strömungsprofil mit laminarem Charakter gilt nunmehr:

Re_/

+ V₄)-(V,+V₅))/2 + C₁ (GI.20) Demgegenüber gilt bei einem Strömungsprofil mit turbulentem Charakter für Reynoldssche Zahlen kleiner 30.000:

Re, = A₂((V₂ + V₄) - (V₁ + V₅) / 2)² + 5₂((V₂ + V₄) - (V, + V₅)) / 2 + C₂ (GI. 21)

Schließlich gilt für Reynoldssche Zahlen größer 20.000 und Strömungsprofile mit turbulentem Charakter:

R, = A-«V₂ + V₄) - (V, + V,) / 2)² + ß₃((V₂ + V₄) - (V, + V,)) / 2 + C, (GI. 22)

Die Koeffizienten Ai bis A3, B \ bis B3 und Ci bis C3 in den Gleichungen 20 bis 22 werden empirisch ermittelt.

Wie bereits beschrieben, wird zum Zwecke einer einwandfreien Funktion des Durch¬ flußkorrektors im Betrieb bei dem Nutzer das aktuelle Strömungsprofil insbesondere auf Abweichungen von den Eichströmungsprofilen oder Asymmetrien kontrolliert. Diese Kontrolle findet statt mit Hilfe eines Profilmessers 7 und eines Profilkorrektors 9, geschaltet zwischen den Wandler 2 und den Addierer 3. Diese werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 erläutert. Der Profilmesser 7 vergleicht die Ge¬ schwindigkeiten auf den Meßpfaden und gibt bei Profilabweichungen oder bei einem defekten Sensor ein spezielles Signal von seinem Ausgang 23 ab an den Profilkorrek¬ tor 9 und an einen Alarmgeber 8. Tritt nun im Betrieb durch Installations- oder Ein¬ laufeffekte, wie beispielsweise Krümmungen und vergleichbare Störungen, ein ge¬ störtes Strömungsprofil auf, so können die Abweichung dieses gestörten Strömungs¬ profils von den Eichströmungsprofilen bzw. die Asymmetrien des gestörten Strö¬ mungsprofils durch den Profilkorrektor 9 im wesentlichen beseitigt werden. Die Wir¬ kung dieses Profilkorrektors 9 basiert auf den Gleichungen 1 bis 12. Ein in Fig. 6 dar¬ gestellter, eine Einheit innerhalb des Profilkorrektors 9 bildender Umschalter 11 weist drei Stellungen auf, nämlich Stellung a für die Strömungsprofileichung, Stellung b für die Strömungsprofilangleichung und Stellung c für die Strömungsprofilüberwachung.

Der Umschalter 11 steht in der Stellung a, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Ultraschall-Durchflußmeßverfahrens für strömende Medien bei einem ungestörten Referenzströmungsprofil geeicht wird. In dieser Stellung wird in dem Eichströmungsprofilspeicher 12 die Eichprofilmatrix \\EPM\\ gespeichert (vgl. hierzu auch Gleichung 1 ).

Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Ultraschall-Durch¬ flußmeßverfahrens für strömende Medien bei dem Nutzer installiert, so wird zunächst die Durchflußmenge in der an die erfindungsgemäße Vorrichtung angeschlossenen Leitung im wesentlichen auf die maximal mögliche Durchflußmenge im Betrieb einge¬ stellt. Der Umschalter 11 steht in diesem Fall in Stellung b. In dieser Stellung wird die Betriebsprofilmatrix \\BPM\\ in einem Betriebsprofilspeicher 13 gespeichert (vgl. auch Gleichung 2). Anschließend bestimmt ein Profilvergleicher 14, basierend auf den Glei¬ chungen 3, 4 und 5, die Profildeterminante ||PrZλ?/||.

Unter normalen Bedingungen steht der Umschalter 11 im Betrieb in der Stellung c, so daß die Informationen über die Geschwindigkeiten auf den Meßpfaden vom Um¬ schalter 11 direkt an einen Profilwandler 15 weitergegeben wird, der gemäß Glei¬ chung 6 arbeitet. Am Ausgang des Profilwandlers 15 ist demzufolge im Prinzip ein ungestörtes und korrigiertes Strömungsprofil verfügbar. Basierend auf diesem Strö¬ mungsprofil wird in dem Reynoldszahlmesser 5 die Reynoldssche Zahl bestimmt, die anschließend dem Durchflußkorrektor 6 zur Verfügung gestellt wird. Dieser Durch¬ flußkorrektor 6 arbeitet mit einer auch technologische Toleranzen der Vorrichtung berücksichtigenden Fehlerkurve. In Fig. 8 der Zeichnung ist eine solche Fehlerkurve beispielhaft dargestellt, wobei durch die Anwendung dieser Fehlerkurve ein maxima¬ ler Fehler von 0,15 % gewährleistet wird.

Bei Veränderungen in der an das Meßrohr angeschlossenen Leitung oder anderen hydraulischen Übergangsprozessen, z. B. im Falle des Schließens eines Regelventils, ändert sich das Strömungsprofil sehr schnell. Diese Änderung wird von dem Profil¬ messer 7 kontrolliert, und dieser gibt für den Fall einer signifikanten Änderung über den Ausgang 23 ein Signal an den Alarmgeber 8 und den Profilkorrektor 9 weiter (vgl. hierzu auch Fig. 6). In dem Profilkorrektor 9 wird dann der Umschalter 11 von der Stellung c umgeschaltet in die Stellung b. In dieser Stellung wird das über den Betriebsprofilspeicher 13 vermittelte Betriebsströmungsprofil verglichen mit den Eichströmungsprofil aus dem Eichströmungsprofilspeicher 12. Bei einer zu großen Abweichung zwischen den beiden Strömungsprofilen wird über den Rückkopp- lungsausgang 22 ein Rückkoppelsignal an den Umschalter 11 angelegt, woraufhin erneut ein Betriebsströmungsprofil im Betriebsströmungsprofilspeicher 13 abgelegt wird. Dies geschieht solange, bis "real-time" ein korrigiertes Betriebsströmungsprofil vorhanden ist, das dann von dem Umschalter 11 in der Stellung c wieder dem Wand¬ ler 15 zu *göe* führt wird.

Die am Ausgang des Profilmessers 7 anliegenden Werte für die Geschwindigkeiten werden neben dem Addierer 3 auch dem Reynoldszahlmesser 5 zugeführt (vgl. auch Fig. 7 und Fig. 8). Ein sich in diesem Reynoldszahlmesser 5 befindender Turbulent- Laminar-Umschalter 16 arbeitet basierend auf den Gleichungen 13 und 14 oder 18 und 19. Dieser Turbulent-Laminar-Umschalter 16 ist verbunden mit einem Laminar- Strömungsmesser 17, einem Turbulent-Strömungsmesser 18 und einem Übergangs- Strömungsmesser 19, wobei diese Strömungsmesser 17, 18 und 19 basierend auf den Gleichungen 15, 16 und 17 oder 20, 21 und 22 arbeiten. Die an den Ausgängen dieser Strömungsmesser 17, 18 und 19 anliegenden Werte für die Reynoldssche Zahl wer¬ den anschließend einem Operationsausgangsverstärker 20 zugeführt.

In den Fig. 9a bis 9d sind die der Funktionsweise des Reynoldszahlmessers 5 zu¬ grundeliegenden Verhältnisse beispielhaft grafisch dargestellt. Fig. 9a zeigt eine grafi¬ sche Darstellung des Verhältnisses (V2+V4)/V3 als Funktion von der Reynoldsschen Zahl, die in Millionen aufgetragen ist, auf dessen Verlauf die Wirkung des Turbulent- Laminar-Umschalters 16 beruht. Fig. 9b zeigt eine grafische Darstellung der Reynoldszahl als Funktion des Verhältnisses (V2+V4)/V3 auf dessen Verlauf die Wir¬ kungsweise des Laminar-Strömungsmessers 17 beruht. In Fig. 9b sind sowohl expe¬ rimentell bestimmte Meßdaten als auch theoretische Daten aufgetragen. In den Fig. 9c und 9d sind die Abhängigkeiten der Reynoldsschen Zahl, die in Tausenderschrit¬ ten aufgetragen ist, von dem Verhältnis (V2+V4)/(Vι+V5) dargestellt, auf dessen Ver¬ lauf die Verarbeitung in dem Turbulent-Strömungsmesser 18 beruht. In den Fig. 9c und 9d sind die genannten Zusammenhänge sowohl für Meßdaten, mit Öl und Was¬ ser als strömende Medien, als auch für theoretisch bestimmte Daten aufgetragen. Für Fig. 9c gilt in etwa, daß die Reynoldssche Zahl kleiner als 30.000 ist, während für Fig. 9d gilt, daß die Reynoldssche Zahl etwa größer als 20.000 ist. Der an dem Ausgang des Operationsausgangsverstärkers 20 anliegende, "real-time" bestimmte Wert für die Reynoldssche Zahl wird neben dem Durchflußkorrektor 6 auch einem Viskositätsmesser 10 zugeführt. Dieser Viskositätsmesser 10 bestimmt die Viskosität des Mediums, basierend auf der Reynoldsschen Zahl, der mittleren Ge¬ schwindigkeit, also der Durchflußmenge pro Querschnittsfläche des Meßrohres, und dem Durchmesser des Meßrohres 1.

Der am Ausgang des Viskositätsmessers 10 anliegende Viskositätswert wird einerseits an die Anzeigevorrichtung 4 und andererseits an einen Mediumsidentifikator 24 wei¬ tergegeben. Diesem Mediumsidentifikator 24 stehen auch die vom Wandler 2 be¬ stimmte Ultraschallgeschwindigkeit innerhalb des Mediums und/oder die Ultraschall¬ dämpfung des Mediums zur Verfügung. Basierend auf der Viskosität des Mediums, der Ultraschallgeschwindigkeit im Medium und/oder der Ultraschalldämpfung des Mediums bestimmt der Mediumsidentifikator 24 den Typ des Mediums, z. B. den Erdöltyp, durch Vergleichen mit für bekannte Medien gespeicherten Daten.

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Durchflußmeßverfahren für strömende Medien, mit Hilfe eines Meßroh¬ res und mit Hilfe mindestens zweier am Meßrohr angeordneter, jeweils einen Meßpfad bildender Ultraschallwandleφaare, bei welchem die Durchflußmenge des strömenden Mediums aus der Geschwindigkeit des Mediums entlang mindestens zweier Meß¬ pfade bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldssche Zahl des strö¬ menden Mediums durchgängig gemessen wird und daß der Wert für die Durchfluß¬ menge anhand des Wertes für die Reynoldssche Zahl korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Durchflußmenge anhand des Wertes für die Reynoldssche Zahl unter Verwendung einer auf empirischen Daten basierenden Fehlerkurve durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fehlerkurve alle die Messungen beeinflussenden technologischen Toleranzen berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldsche Zahl anhand der Geschwindigkeit des Mediums entlang mindestens zweier Meßpfade bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldssche Zahl anhand eines Rechenalgorithmus aus den Geschwindigkeiten des Mediums entlang verschiedener Meßpfade bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldssche Zahl basierend auf Verhältnissen der Geschwindigkeiten entlang verschiedener Meßpfade bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldssche Zahl basierend auf Differenzen der Geschwindigkeiten entlang verschiedener Meßpfade bestimmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge¬ schwindigkeiten des strömenden Mediums V I , V2, V3, V4 und V5 entlang fünf ver¬ schiedener Meßpfade bestimmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine turbulente Strö¬ mung für (V2 + V4)/V3 > 1,9 und eine laminare Strömung für (V2 + V4VV3 < 1,9 ange¬ nommen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall einer tur¬ bulenten Strömung aus den Geschwindigkeitsverhältnissen oder -differenzen der Summe der Geschwindigkeiten entlang der Meßpfade 2 und 4 (V2 + V4) und der Meßpfade 1 und 5 (Vj + V5) die Reynoldssche Zahl bestimmt wird und daß für den Fall einer laminaren Strömung aus den Geschwindigkeitsverhältnissen oder -differenzen der Summe der Geschwindigkeiten entlang der Meßpfade 2 und 4 (V2 + V4) und des Meßpfades 3 (V3) bestimmt wird.

1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für eine laminare Strömung die Reynoldssche Zahl aus den Geschwindigkeitsverhältnissen wie folgt bestimmt wird:

Re, = 19100« V₂ + V₄) / V, )² - 60200(V₂ + \\) I V_λ + 47700

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für eine turbulente Strömung die Reynoldssche Zahl aus den Geschwindigkeitsverhältnissen wie folgt bestimmt wird:

Re_r = 5080000« V, + V. ) I (V. + V,))² Re, > 20.000 ' ^{2 4 J} ' ⁵

-108600000(V₂ + V₄) / (V, + V,) + 5833000

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für eine laminare Strömung die Reynoldssche Zahl aus den Geschwindigkeitsdifferenzen wie folgt be¬ stimmt wird: Re_; = Λ,«V₂ + V₄)- (V, + V₅) / 2)² + 5, «V₂ + V₄) - (V, + V-)) / 2 + C,

wobei Ai, B i und Ci empirisch bestimmt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für eine turbulente Strömung die Reynoldssche Zahl aus den Geschwindigkeitsdifferenzen wie folgt be¬ stimmt wird:

Re, < 30.000 Re, = Λ₂ ((V₂ + V₄) - (V₁ + V₅) / 2)² + ß₂«V₂ + V₄) - (^ + VO) / 2 + C

Re, > 20.000 R, = Λ₃«V₂ + V₄) - (V, + V,) / 2)² + ß₃«V₂ + V₄) - (V, + V₅)) / 2 + C„

wobei A2, B2, C2, A3, B3 und C3 empirisch bestimmt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in ei¬ nem Eichprozeß aus den Geschwindigkeiten des Mediums entlang der Meßpfade für verschiedene Durchflußmengen und Reynoldssche Zahlen möglichst ungestörte Eichströmungsprofile aufgenommen werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Eichprozeß mit Hilfe einer betriebsbereit montierten Vorrichtung zur Durchführung des Verfah¬ rens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mindestens ein Betriebsströmungsprofil auf¬ genommen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen zwi¬ schen den Eichströmungsprofilen und den Betriebsströmungsprofilen rechnerisch korrigiert werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere für Reynoldssche Zahlen größer 100.000 zur Aufnahme der Betriebsströmungsprofile möglichst den Durchflußmengen bei der Aufnahme der Eichströmungsprofile ent¬ sprechende Durchflußmengen des Mediums eingestellt werden, daß die Verhältnisse zwischen den einzelnen Geschwindigkeiten entlang der Meßpfade der Eichströ¬ mungsprofile und der Betriebsströmungsprofile bestimmt werden, daß mit diesen Ver- hältnissen die aktuell gemessenen Geschwindigkeiten entlang der Meßpfade korri¬ giert werden und daß bei dieser Korrektur die gemessenen Geschwindigkeiten mit den Verhältnissen der Durchflußmengen bei der Aufnahme der Eichströmungsprofile und bei der Aufnahme der Referenzströmungsprofile zusätzlich korrigiert werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturfaktoren zwischen den während der Aufnahme der Eichströmungsprofile und der Betriebs¬ strömungsprofile eingestellten Durchflußmengen anhand einer Inteφolation bestimmt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere für Reynoldssche Zahlen kleiner 100.000 die Eichprofile in dimensionsloser Form für eine Mehrzahl von Reynoldsschen Zahlen gemessen und gespeichert werden, daß die aktuell gemessenen Geschwindigkeiten und die aktuelle Durchflußmenge zu ei¬ nem dimensionslosen aktuellen Strömungsprofil verarbeitet werden und daß das di¬ mensionslose aktuelle Strömungsprofil mit den Eichströmungsprofilen verglichen und anhand dieses Vergleiches korrigiert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem aktuellen Strömungsprofil die Reynoldssche Zahl in nullter Näherung bestimmt wird, daß aus dem zu der Reynoldsschen Zahl in nullter Näherung gespeicherten Strömungsprofil die mittlere Geschwindigkeit bestimmt wird, daß die mittlere Geschwindigkeit aus dem Speicher verglichen wird mit der aktuellen mittleren Geschwindigkeit, daß bei einer Abweichung zwischen den mittleren Geschwindigkeiten oberhalb eines vorbestimm¬ ten Grenzwertes eine neue aktuelle mittlere Geschwindigkeit angenommen wird, die weniger von der mittleren Geschwindigkeit aus dem Speicher abweicht, daß aus der neuen aktuell ermittelten Geschwindigkeit die Reynoldssche Zahl in erster Näherung bestimmt wird, daß aus dem zu der Reynoldsschen Zahl in erster Näherung gespei¬ cherten Strömungsprofil erneut die mittlere Geschwindigkeit bestimmt wird, daß bei einer erneuten Abweichung oberhalb des vorbestimmten Grenzwertes erneut eine neue aktuelle mittlere Geschwindigkeit abgenommen wird, die weniger von der mitt¬ leren Geschwindigkeit aus dem Speicher abweicht und daß anderenfalls der letzte Wert für die Reynoldssche Zahl zur weiteren Verarbeitung herangezogen wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß an¬ hand der Durchflußmenge, des Durchmessers des Meßrohres und der Reynoldsschen Zahl die Viskosität des Mediums bestimmt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22. dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Viskosität und insbesondere weiterer mediumsabhängiger Meßgrößen eine Mediumsidentifika¬ tion vorgenommen wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere mediums¬ abhängige Meßgrößen die Ultraschallgeschwindigkeit und/oder die Ultraschalldäm¬ pfung des Mediums bestimmt werden.

25. Vorrichtung zur Durchführung des Ultraschall-Durchflußmeßverfahrens für strö¬ mende Medien nach einem der Ansprüche 1 bis 24, mit einem Meßrohr (1), mit minde¬ stens zwei am Meßrohr (1 ) angeordneten, jeweils einen Meßpfad (Ml, M2, M3, M4, M5) bildenden Ultraschallwandleφaaren, mit einem die Geschwindigkeiten des Me¬ diums entlang der Meßpfade (Ml, M2, M3, M4, M5) aus den Signalen der Ultra¬ schallwandlerpaare bestimmenden Wandler (2) und mit einem die Durchflußmenge des Mediums aus den Geschwindigkeiten des Mediums entlang der Meßpfade (M l , M2, M3, M4, M5) bestimmenden Addierer (3), dadurch gekennzeichnet, daß ein die Reynoldssche Zahl durchgängig bestimmender Reynoldszahlmesser (5) vorgesehen ist und daß ein mit dem Addierer (3) und dem Reynoldszahlmesser (5) verbündender Durchflußmengenkorrektor (6) vorgesehen ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wandler (2) und dem Addierer (3) nacheinander ein Profilkorrektor (9) und ein Pro¬ filmesser (7) vorgesehen sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkorrektor (9) umfaßt einen am Eingang angeordneten Umschalter (11 ), einen hinter den Um¬ schalter (1 1) geschalteten Betriebsströmungsprofilspeicher (13), einen hinter den Be- triebsströmungsprofilspeicher (13) geschalteten Strömungsprofilvergleicher ( 14), einen am Ausgang angeordneten Profilwandler (15) und einen mit seinem Eingang hinter einen Ausgang des Umschalters ( 1 1) und seinem Ausgang vor einen Eingang des Strömungsprofllvergleichers (14) geschalteten Eichströmungsprofilspeicher (12), daß ein weiterer Ausgang des Strömungsprofllvergleichers ( 14) mit einem weiteren Eingang des Umschalters (11) verbunden ist und daß bei nicht übereinstimmendem Eichströmungsprofil und Betriebsströmungsprofil der Umschalter (1 1), der Betriebs- strömungsprofilspeicher (13) und der Strömungsprofilvergleicher (14) eine Rück¬ kopplungsschleife bilden.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Reynoldszahlmesser (5) umfaßt einen Turbulent-Laminar-Umschalter (16), an den Turbulent-Laminar-Umschalter (16) angeschlossen und parallelgeschaltet einen La- minar-Strömungsmesser (17), einen Turbulent-Strömungsmesser ( 18), einen Über- gangs-Strömungsmesser (19) und einen mit den Ausgängen des Laminar-Strömungs- messers (17), des Turbulent-Strömungsmessers ( 18) und des Übergangs-Strömungs- messers (19) verbundenen Operationsausgangsverstärker (20).

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Ausgang des Reynoldszahlmessers (5) und dem Ausgang des Durchfluß¬ mengenkorrektors (6) verbundener Viskositätsmesser (10) vorgesehen ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Aus¬ gang des Viskositätsmessers (10) und mit mindestens einem Eingang (27, 28) mit Ausgängen (25, 26) des Wandlers (2) verbundener Mediumsidentifikator (24) zur Identifizierung des Mediumstyps aus Vergleichen der Viskosität und der Ultraschall¬ geschwindigkeit und/oder der Ultraschalldämpfung mit gespeicherten Werten vorge¬ sehen ist, wobei der Wandler (2) die Ultraschallgeschwindigkeit oder die Ultraschall¬ dämpfung ermittelt.