WO2014166734A1 - Vorgefertigtes in-line messgerät - Google Patents

Vorgefertigtes in-line messgerät Download PDF

Info

Publication number
WO2014166734A1
WO2014166734A1 PCT/EP2014/055982 EP2014055982W WO2014166734A1 WO 2014166734 A1 WO2014166734 A1 WO 2014166734A1 EP 2014055982 W EP2014055982 W EP 2014055982W WO 2014166734 A1 WO2014166734 A1 WO 2014166734A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
measuring device
prefabricated
line measuring
measuring
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/055982
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Altendorf
Christian Seiler
Original Assignee
Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg filed Critical Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
Publication of WO2014166734A1 publication Critical patent/WO2014166734A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/661—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters using light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers

Definitions

  • the measuring tube or the pipe section is particularly preferably a pipe section in the form of a so-called spoolpiece, also referred to as a pipe spool, which has at its ends connecting means, such as, for example, flanges or
  • Stops which, for connecting the pipe section to a
  • the prefabricated in-line measuring device comprises a second sensor, which is integrated in the measuring tube, and for determining a
  • flanges may be provided at the two metering tube ends to permit connection to a piping system.
  • designs have become known in which a measuring tube via its ends, are slipped over the example.
  • Sleeve connected to a piping system.
  • the window is preferably part of a screw-in sensor.
  • the first sensor which as already mentioned is an optical sensor, is screwed, for example, into a provided opening of the measuring tube, so that it couples with the lumen.
  • the window can be integrated in the optical sensor.
  • the window is integrated into the wall of the measuring tube and the sensor, i. the optical transmitting and / or receiving unit can be coupled to the window.
  • the in-line measuring device comprises a measuring electronics, which for the evaluation, processing and / or measurement data generation, of the first and / or the second sensor recorded measurement signals, is used.
  • At least one measured value of the first measuring sensor can be corrected on the basis of empirical values or calibration values, because e.g. it is known that at a certain
  • Calculation rule for example, in the form of a correction polynomial, be given or deposited, in which the flow is included as a variable.
  • a measured value of the first sensor can be determined based on a measured value of the second sensor.
  • the measured value of the concentration of at least one component of the measured substance is determined on the basis of at least one measuring signal or measured value recorded by the first measuring sensor
  • Flow rate the volume flow and / or the mass flow, preferably based on stored data, calculated and / or corrected.
  • the measured substance properties belonging to a specific measured concentration are taken. These can then be used to determine or correct the measured value and / or measuring signal of the second measuring sensor.
  • the mass flow can be determined with improved accuracy.
  • the second sensor is a gem. the measuring principle working with the thermal measuring principle.
  • the use of semiconductor diode lasers proposed here whose wavelength is itself in a defined range, eg by means of temperature change, set or can be changed by external measures, for example by means of a MEMS system.
  • so-called external cavity diode laser, distributed Bragg reflector laser or Quantum cascade laser can be mentioned here.
  • the first sensor can also be a sensor for Raman spectroscopy. Raman spectroscopy can also be used for
  • Fig. 1 a schematic representation of an in-line measuring device.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a prefabricated in-line measuring device 2 with a sensor 4 in the form of a based on the ultrasonic principle
  • the first and second sensors 4, 7 are integrated into the measuring tube 1 or its wall.
  • the measuring tube 1 has for receiving the first and the second sensor 4, 7 corresponding terminals 3.
  • the corresponding sensor 4, 7 are screwed into a corresponding port 3 on the measuring tube 1.
  • the ultrasonic flow sensor 4 can thus, for example, the average flow velocity of the medium example.
  • the measuring signal / measured value supplied by the measuring sensor 4 based on the measuring signals or the measured values of the measuring sensor 7, or the measuring signal / measured value supplied by the second measuring sensor for calculating the flow rate to use the volume or mass flow.
  • concentration of one or more components of the medium can be determined, for example, in a database or other memory unit associated with this concentration chemical and / or physical properties of the medium.
  • the thermal conductivity, the viscosity, the density, the thermal conductivity or another variable required for the evaluation and measured value calculation can be determined by calculating these values from the concentration (s) of the components of the medium or from a storage unit be retrieved. These media properties can then be used to calculate or correct the desired metric.
  • sensors based on an optical measuring principle are subject to measurement value corruption in the case of a moving medium. Due to the combined design of the proposed in-line measuring device 2 can now be based on the
  • Flow measuring principle based sensor or a sensor based on the magnetic-inductive measuring principle can be used.
  • the use of other not mentioned here sensor is conceivable.
  • Diameter of the measuring device If the medium is a gas, gas analysis can be performed using multispectral pyroelectric infrared detectors.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) umfassend einen ersten Messaufnehmer (4) zur spektrometrischen Bestimmung der Konzentration wenigstens einer Komponente eines Messstoffs vermittels eines optischen Messprinzips, wobei der erste Messaufnehmer in ein Messrohr, welches einen Rohrleitungsabschnitt umfasst, integriert ist, welcher Rohrleitungsabschnitt an ein Rohrleitungssystem anschließbar ist.

Description

Vorgefertigtes In-Line Messgerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein vorgefertigtes In-Line Messgerät. Zur Bestimmung der Zusammensetzung von Messstoffen, wie z.B. Gasen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt geworden, optische Messverfahren wie bspw. die sog.
Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy zu verwenden. Eine zu diesem Zweck bestimmte Vorrichtung ist aus der Offenlegungsschrift US 2008/0288182 A1 bekannt geworden. Dort wird vorgeschlagen, Gas aus einer Rohrleitung zu entnehmen und einem Sensor zur Bestimmung der Konzentration einer Komponente des entnommenen Gases zuzuführen.
Ferner sind In-Line Messgeräte zur Durchflussmessung, bei denen der Messaufnehmer in ein Messrohr integriert ist bzw. bei dem das Messrohr Teil des Durchflussmessgerätes ist, sind aus dem Stand der Technik bspw. aus der WO 2006074850 A1 und der DE
10201 1006971 A1 sowie aus einer Vielzahl anderer Veröffentlichungen bekannt geworden.
Ein Durchflussmessgerät umfasst bei derartigen In-Line Bauformen zumindest einen Messaufnehmer, der in das Messrohr integriert ist, so dass zur Inbetriebnahme des InLine Messgerätes, das Messrohr nur in ein bestehendes Rohrleitungssystem eingebaut werden muss. Dies geschieht oftmals, indem das Messrohr über entsprechende
Prozessanschlüsse zw. zwei Rohrleitungsabschnitte eingespannt wird. Aufgrund der unzureichenden Kenntnis der Zusammensetzung eines Messstoffes oder des nicht bekannten Strömungsprofils ist jedoch eine nur ungenaue Bestimmung der gewünschten Messgröße möglich. Dies trifft einerseits auf die Durchflussmessung zu, bei der bspw. der Durchfluss, bspw. anhand der Strömungsgeschwindigkeit des Messstoffs, der Volumendurchflusses und/oder der Massendurchflusses des Messstoffs ermittelt wird, andererseits ergeben sich, insbesondere durchflussabhängige, Messungenauigkeiten bei der Bestimmung einer anderweitigen Messgröße des Messstoffs wie bspw. der
Konzentration einer Komponente des Messstoffs.
Zudem ist es problematisch und unter Umständen aufwendig, mehrere Messaufnehmer, die z.B. in unterschiedliche Messgeräte integriert sind, in eine Rohrleitung einzubauen und diese aufeinander abzustimmen, insbesondere zu kalibrieren. Daher bedingt das Nachrüsten einer Anlage mit einem weiteren Messaufnehmer oftmals eine erneute Kalibrierung und somit einen unter Umständen längeren Anlagenstillstand. Außerdem erfordert der nachträgliche Einbau eines Messaufnehmers insbesondere eines auf einem optischen Messprinzip beruhenden Messaufnehmers oder eines anderen Messaufnehmers zur Bestimmung der Konzentration einer Komponente des Messstoffs in ein bestehendes Rohrleitungssystem oftmals nicht nur einen Stillstand der Anlage sondern auch eine Kalibrierung vor Ort sowie unter Umständen den Einsatz dafür erforderlicher Fluide, wie bspw. bestimmter Flüssigkeiten oder Gase.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.
Die Aufgabe wird durch ein vorgefertigtes In-Line-Messgerät umfassend einen ersten Messaufnehmer zur, vorzugsweise spektrometrischen, Bestimmung der Konzentration wenigstens einer Komponente eines Messstoffs vermittels eines optischen Messprinzips gelöst, wobei der erste Messaufnehmer in ein Messrohr, welches einen
Rohrleitungsabschnitt umfasst, integriert ist, welcher Rohrleitungsabschnitt an ein Rohrleitungssystem anschließbar ist.
Das vorgeschlagene In-Line-Messgerät wird also werksseitig, bspw. vom Hersteller des Messgerätes, zusammengesetzt, so dass es nur noch das Messrohr des Messgerätes in ein bereits bestehendes Rohrleitungssystem eingesetzt werden muss. Ferner kann auch eine Kalibrierung des Messgeräts werksseitig erfolgen. Die entsprechenden
Kalibrierdaten können in dem Messgerät hinterlegt werden. Das Messgerät kann daher bereits zusammengesetzt in eine Anlage, insbesondere an eine dafür vorgesehene Messstelle, gebracht und besonders einfach in Betrieb genommen werden.
Bei dem vorgeschlagenen vorgefertigten In-Line-Messgerät handelt es sich bevorzugt um ein Messgerät zur Gasanalyse, wobei die Konzentration wenigstens einer Komponente des Gases anhand eines spektrometrischen Verfahrens ermittelt wird. Die Bestandteile des Gases bzw. des Gasgemisches können somit bestimmt werden. Es wird also in einer Ausführungsform der Erfindung ein vorgefertigtes In-Line Gas-Spektrometer
vorgeschlagen.
Bei dem Messrohr bzw. dem Rohrleitungsabschnitt handelt es sich besonders bevorzugt um einen Rohrleitungsabschnitt in Form um eines sog. Spoolpiece, auch als Pipe Spool bezeichnet, das an seinen Enden Verbindungsmittel, wie bspw. Flansche oder
Anschläge, aufweist, die zum Anschließen des Rohrleitungsabschnitts an ein
Rohrleitungssystem dienen. Das Problem der Ausrichtung des ersten Messaufnehmers und/oder der Ausrichtung des Messpfads zwischen einer Sende- und/oder
Empfangseinheit des ersten Messaufnehmers kann somit beseitigt werden, da der Messaufnehmer samt Messgerät vorgefertigt wird. Zur Inbetriebnahme muss das vorgefertigte Messgerät nun nur noch an ein Rohrleitungssystem angeschlossen werden.
In einer Ausführungsform umfasst das vorgefertigte In-Line-Messgerät einen zweiten Messaufnehmer, der in das Messrohr integriert ist, und der zur Bestimmung einer
Durchflussgeschwindigkeit, eines Volumen- und/oder Massedurchflusses dient. Der erste und der zweite Messaufnehmer können somit aufeinander abgestimmt und/oder gemeinsam kalibriert werden. In einer Ausführungsform umfasst das vorgefertigte In-Line-Messgerät einen
Rohrleitungsabschnitt, der zum Führen des Messstoffs dient, in welchem
Rohrleitungsabschnitt ein Fenster vorgesehen ist, welches für Wellenlängen im optischen Bereich durchlässig ist, und welches Fenster dazu dient, ein optisches Messsignal, das zur Bestimmung der Konzentration der wenigstens einen Komponente des Messstoffs dient, in den Messstoff einzukoppeln. Es können auch zwei Fenster vorgesehen sein, eines für eine Sendeeinheit, das andere für eine Empfängereinheit. Anstelle eines zweiten Fensters kann auch ein Reflektor wie bspw. ein Spiegel für das optische
Messsignal des ersten Messaufnehmers dienen. Das optische Messsignal kann bspw. durch das Messrohr und den im Betrieb darin geführten Messstoff entlang eines, vorzugsweise geradlinigen, Messpfads durch das Messrohr hindurch geleitet werden. Zudem kann an einem Ende des Messpfads eine Empfangseinheit zum Empfangen des optischen Signals angeordnet sein, welche Empfangseinheit bspw. ebenfalls über ein in das Messrohr integriertes Fenster mit dem Lumen des Messrohrs, in dem im Betrieb der Messstoff geführt wird, befindet koppeln, um das optische Messsignal zu empfangen. Andererseits kann der Messpfad entlang eines messtechnisch optimierten Winkels durch das Messrohr hindurch verlaufen. Ferner kann bspw. ein Spiegel vorgesehen sein, der das optische Messsignal zurück zum Sender reflektiert.
In einer weiteren Ausführungsform ist das wenigstens eine Fenster fluchtend zur Wandung des Messrohrs angeordnet. Somit kann eine nicht-invasive bzw. minimal invasive Bauform erreicht werden, so dass der im Messrohr geführte Messstoff beim durchfließe des Messrohrs nicht behindert wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Messpfad des ersten Messaufnehmers und der/die Messpfade für die Durchflussmessung in einem Winkel zueinander angeordnet, so dass sie sich nicht gegenseitig behindern und die Baugrösse so klein wie möglich gehalten werden kann. In einer weiteren Ausführungsform ist das In-Line Messgerät über einen
Prozessanschluss an einem Ende des Rohrleitungsabschnitts in den Verlauf eines Rohrleitungssystems einspannbar. Bspw. können an den beiden Messrohrenden Flansche vorgesehen sein, um einen Anschluss an ein Rohrleitungssystem zu ermöglichen. Aus dem Stand der Technik sind auch Bauformen bekannt geworden bei denen ein Messrohr über seine Enden, über die bspw. Hülse gestülpt werden, mit einem Rohrleitungssystem verbunden wird.
In einer weiteren Ausführungsform grenzt das Fenster zum Einkoppeln des optischen Signals an das Lumen, d.h. den inneren Querschnitt, des Rohrleitungsabschnitts an.
Vorzugsweise grenzt das Fenster zum Auskoppeln des optischen Messsignals ebenfalls an das Lumen des Messrohrs an.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Fenster eine funktionalisierte Oberfläche auf, wobei sich aneinander grenzende Bereiche dieser Oberfläche sich hinsichtlich ihres Adsorptionsverhaltens voneinander unterscheiden. Dadurch kann eine ggf. in dem Messrohr an dem Fenster auftretenden Kondensation von Flüssigkeit verhindert werden, bzw. der Strahlengang des optischen Messsignals frei von Kondensat gehalten werden. Bspw. können diese Bereiche ringförmig sein, so dass ein Kondensat stets nach außen, d.h. in Richtung der Wandung des Messrohrs abtransportiert wird.
Bevorzugt ist das Fenster Teil eines Einschraubsensors. Der erste Messaufnehmer, bei dem es sich wie bereits gesagt um einen optischen Sensor handelt, wird bspw. in eine vorgesehene Öffnung des Messrohrs geschraubt, so dass er mit dem Lumen koppelt. Das Fenster kann hierbei im optischen Sensor integriert sein. Alternativ ist das Fenster in die Wandung des Messrohrs integriert und der Sensor, d.h. die optische Sende- und/oder Empfangseinheit, kann koppelnd mit dem Fenster verbunden werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das In-Line-Messgerät einen Reinigungsbetrieb auf, in dem das Fenster beheizbar ist. Bspw. können Heizdrähte verwendet werden, die dazu dienen, das Fenster in einem Reinigungsbetrieb von einer Ablagerung zu befreien. Alternativ kann die Temperatur des Fensters an diejenige des Messstoffs angepasst werden, so dass eine Kondensation des Messstoffs vermieden wird. In einer weiteren Ausführungsform weist das In-Line-Messgerät einen Reinigungsbetrieb auf, in dem das Fenster in mechanische Schwingung versetzbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das In-Line Messgerät eine Messelektronik, die zur Auswertung, Aufbereitung und/oder Messdatenerzeugung, der von dem ersten und/oder dem zweiten Messaufnehmer aufgenommenen Messsignale, dient. Die
Messelektronik dient also dazu, sowohl die Signale des ersten Messaufnehmers als auch die Signale des zweiten Messaufnehmers zu verarbeiten. Es können auch verschiedene Betriebsmodi vorgesehen sein, um zeitweise entweder nur die Signale des ersten Messaufnehmers oder nur die Signale des zweiten Messaufnehmers zu verarbeiten. In der Ausführungsform des vorgeschlagenen vorgefertigten In-Line-Messgerätes bei dem nur ein erster Messaufnehmer Bestandteil des Messgerätes ist, kann ebenfalls eine Messelektronik vorgesehen sein, die dann dazu dient, nur die Messsignale dieses ersten Messaufnehmers zu verarbeiten.
In einer weiteren Ausführungsform liefert die Messelektronik anhand der Messsignale des ersten und des zweiten Messaufnehmers einen Wert eines Energiegehalts den
Rohrleitungsabschnitt durchströmenden Messstoffs. In einer weiteren Ausführungsform dient das Messsignal des zweiten Messaufnehmers zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit, des Volumen- und/oder
Massedurchflusses dazu, das von dem ersten Messaufnehmer gelieferte Messsignal bzw. den entsprechenden Messwert, vorzugsweise anhand hinterlegter Daten, zu korrigieren, um die Konzentration der wenigstens einen Komponente, insbesondere genauer als bei herkömmlichen Analysegeräten dieser Art, zu bestimmen.
Bspw. kann anhand eines Messwerts des zweiten Messaufnehmers zumindest ein Messwert des ersten Messaufnehmers anhand von Erfahrungs- oder Kalibrierwerten korrigiert werden, weil z.B. bekannt ist, dass bei einer bestimmten
Durchflussgeschwindigkeit oder bei einem bestimmten Massendurchfluss ein besonders großer Messfehler oder eine Messabweichung in eine bestimmte Richtung vorliegt. Zu diesem Zweck kann bspw. eine Speichereinheit vorgesehen sein, die in das Messgerät integriert ist oder entfernt von dem Messgerät angeordnet ist, mit dem Messgerät aber in einer Kommunikationsverbindung steht. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine
Rechenvorschrift, bspw. in Form eines Korrekturpolynoms, vorgegeben oder auch hinterlegt sein, in der der Durchfluss als Variable enthalten ist. Somit kann ein Messwert des ersten Messaufnehmer anhand eines Messwerts des zweiten Messaufnehmers bestimmt werden. In einer weiteren Ausführungsform wird anhand wenigstens eines von dem ersten Messaufnehmer aufgenommenen Messsignals bzw. Messwerts der Konzentration wenigstens einer Komponente des Messstoffs der Messwert der
Durchflussgeschwindigkeit, des Volumendurchflusses und/oder des Massedurchflusses, vorzugsweise anhand hinterlegter Daten, berechnet und/oder korrigiert. Bspw. können anhand von in ebenfalls einer Speichereinheit hinterlegten Daten die einer bestimmten gemessenen Konzentration zugehörigen Messstoffeigenschaften entnommen werden. Diese können dann zur Bestimmung oder Korrektur des Messwert und/oder Messsignals des zweiten Messaufnehmers verwendet werden. Bspw. kann im Falle eines thermischen Durchflussmessaufnehmers anhand des von dem beheizbaren Temperaturfühler gelieferten Messsignals und der ermittelten Messstoffeigenschaften, wie bspw. die dynamische Viskosität, die thermische Leitfähigkeit, die Wärmeleitfähigkeit, etc. (die aus der ermittelten Konzentration der wenigstens einer Komponente des Messstoffs abgeleitet werden) der Massend urchfluss mit verbesserter Genauigkeit ermittelt werden.
In einer weiteren Ausführungsform enthält das In-Line Messgerät eine Vorrichtung zur Stromungskonditionierung, um das Durchflussprofil des im Betrieb durch den
Rohrleitungsabschnitt fließenden Messstoffs zu beeinflussen. Diese
Stromungskonditionierung kann stromaufwärts von dem ersten Messaufnehmer und dem zweiten Messaufnehmer angeordnet sein. Dadurch können gleichbleibende
Messverhältnisse im Bereich des ersten Messaufnehmers geschaffen werden, welcher erste Messaufnehmer bevorzugt zur Bestimmung der Konzentration wenigstens einer Komponente anhand eines optischen Messprinzips dient. In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem zweiten Messaufnehmer um einen gem. dem Ultraschallprinzip arbeitenden Messaufnehmer.
In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem zweiten Messaufnehmer um einen gem. dem Thermischen Messprinzip arbeitenden Messaufnehmer.
In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich beim ersten Messaufnehmer um einen gem. dem Laseranemometrischen Messprinzip (LDA: Laser-Doppler-Anemometrie) arbeitenden Messaufnehmer. In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Messaufnehmer um einen TDLAS. TDLAS steht dabei für Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy. In einer weiteren Ausführungsform wird Konzentration der Komponenten des Messstoffs durch Auswerten der Absorptionskennlinien beim Durchfahren des Messbereichs des ersten Messaufnehmers ermittelt. Dadurch können die Konzentrationen sämtlicher Komponenten bestimmt werden, die eine charakteristische Absorptionskennlinie im Messbereich des ersten Messaufnehmers aufweisen.
Vorteilhaft wird hier die Verwendung von Halbleiter-Diodenlasern vorgeschlagen, deren Wellenlänge sich selbst in definierter Bandbreite , z.B. mittels Temperaturänderung, einstellen oder durch externe Maßnahmen z.B. mittels eines MEMS Systems verändern lässt. Als Beispiel können hier sogenannte External Cavity Diodenlaser, Distributed Bragg Reflector Laser oder Quantum Kaskadenlaser genannt werden. Alternativ kann es sich bei dem ersten Messaufnehmer auch um einen Messaufnehmer zur Raman-Spektroskopie handeln. Die Raman-Spektroskopie kann auch zur
Bestimmung der Zusammensetzung des Messstoffs, das heißt der Konzentration einer Komponente des Messstoffs herangezogen werden. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines In-Line Messgerätes.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines vorgefertigten In-Line Messgeräts 2 mit einem Messaufnehmer 4 in Form eines auf dem Ultraschallprinzip beruhenden
Durchflussmessaufnehmers und einem Messaufnehmer 7 in Form eines auf dem
Messprinzip der Laserspektroskopie basierenden Messaufnehmers zur Ermittlung der Konzentration wenigstens einer Komponente eines durch das Messrohr strömenden Messstoffs.
Der erste und der zweite Messaufnehmer 4, 7 sind dabei in das Messrohr 1 bzw. dessen Wandung integriert. Das Messrohr 1 weist zur Aufnahme des ersten bzw. des zweiten Messaufnehmers 4, 7 entsprechende Anschlüsse 3 auf. Bspw. kann wie in Figur 1 gezeigt, die entsprechenden Messaufnehmer 4, 7 in einen entsprechenden Anschluss 3 am Messrohr 1 geschraubt werden.
Der erste und der zweite Messaufnehmer 4, 7 sind dabei bevorzugt an eine gemeinsame Signal- bzw. Datenverarbeitungseinheit, nicht gezeigt, angeschlossen, so dass die Messsignale bzw. Messwerte an diese Signal- bzw. Datenverarbeitungseinheit übertragbar sind und dort abwechselnd oder gleichzeitig verarbeitet werden können. Entsprechende Anschlüsse zur Signalübertragung können dabei an den
Messaufnehmern 4, 7 vorgesehen sein.
Das In-Line Messgerät wird werkseitig Zusammengesetzt und muss nur noch in ein bestehendes Rohrleitungssystem integriert werden.
Vermittels des Ultraschall-Durchflussmessaufnehmers 4 kann somit bspw. die mittlere Durchflussgeschwindigkeit des Messstoffs bspw. vermittels der Signal- bzw.
Datenverarbeitungseinheit ermittelt werden. Ferner kann durch den Messaufnehmer 7 zur Bestimmung der Konzentration wenigstens einer Komponente des Messstoffs die Zusammensetzung des Messstoffs oder eben die Konzentration der wenigstens einen Komponente ermittelt werden. Vorzugsweise werden der Volumendurchfluss bzw. die (mittlere)
Durchflussgeschwindigkeit und/oder der Massendurchfluss und die Konzentration der Komponente/Komponenten des Messstoffs vermittels des Messaufnehmers 7 annähernd zum selben Zeitpunkt bestimmt, wie das Messsignal bzw. der Messwert der
Durchflussgeschwindigkeit bzw. des Volumen- und/oder Massedurchflusses durch den Messaufnehmer 4.
Somit können für einen gegebenen durch das Messrohr 1 fließenden Messstoff sowohl dessen Durchflussgeschwindigkeit bzw. ein daraus abgeleiteter Wert oder auch der Volumendurchfluss und/oder der Massendurchfluss als auch dessen Komposition, d.h. Zusammensetzung, bestimmt werden - und zwar für genau eine bestimmte Menge des Messstoffs, nämlich diejenige, die sich zum Zeitpunkt der Messung sich in dem Messrohr befindet.
Damit ist eine hochgenaue und an die heutigen Bedürfnisse angepasste Messung der gewünschten Messgröße möglich, da heutzutage oftmals Messstoffe mit sich ändernder Konzentration einer Komponente verarbeitet werden. Wie bspw. bei der Förderung oder dem Transport von Gasen.
Ferner ist es eine weitere Idee der vorliegenden Erfindung anhand der Messsignale bzw. der Messwerte des Messaufnehmers 7 das/den von dem Messaufnehmer 4 gelieferte Messsignal/Messwert zu korrigieren, bzw. das/den von dem zweiten Messaufnehmer gelieferten Messsignal/Messwert zur Berechnung der Durchflussgeschwindigkeit, des Volumen- bzw. Massendurchflusses zu verwenden. Anhand der ermittelten Konzentration einer oder mehrere Komponenten des Messstoffs können bspw. in einer Datenbank oder einer sonstigen Speichereinheit die zu dieser Konzentration zugehörigen chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Messstoffs ermittelt werden. Bspw. kann in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Messstoffs die thermische Leitfähigkeit, die Viskosität, die Dichte, die Wärmeleitfähigkeit oder eine andere für die Auswertung und Messwertberechnung erforderliche Größe bestimmt werden, indem diese Werte anhand der Konzentration(en) der Komponenten des Messstoffs berechnet oder aus einer Speichereinheit abgerufen werden. Diese Messstoffeigenschaften können anschließend zur Berechnung oder Korrektur der gewünschten Messgröße verwendet werden.
Außerdem ist es möglich, anhand des ermittelten Durchflussmesssignals, wie bspw. der (mittleren) Durchflussgeschwindigkeit, des Volumendurchflusses und/oder des
Massedurchflusses das Messsignal/den Messwert des Messaufnehmers 7 zu korrigieren oder zur Berechnung desselben zu verwenden. Bspw. ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass auf einem optischen Messprinzip beruhende Messaufnehmer im Fall eines bewegten Messstoffs einer Messwertverfälschung unterliegt. Durch die kombinierte Bauform des vorgeschlagenen In-Line Messgerätes 2 kann nun anhand des
Durchflussmesssignals eine entsprechende Korrektur falls erforderlich, bspw. ab einem gewissen Schwellwert des gemessenen Durchflusses, erfolgen.
Anstelle des in Figur 1 gezeigten auf dem Ultraschall-Messprinzip beruhenden
Messaufnehmers 4 kann auch ein auf einem anderen Messprinzip beruhender
Messaufnehmer 4 verwendet werden. Bspw. kann ein auf dem Thermischen
Durchflussmessprinzip beruhender Messaufnehmer verwendet werden, oder ein auf dem magnetisch-induktiven Messprinzip beruhender Messaufnehmer verwendet werden. Auch die Verwendung anderer hier nicht genannter Messaufnehmer ist denkbar.
Bei dem Messaufnehmer 7 handelt es sich bevorzugt um einen Messaufnehmer, der auf einem optischen Messprinzip beruht, vorzugsweise mit einem Sender LD und einem Empfänger PD eines optischen Messsignals. Das optische Messsignal wird entlang eines Messpfads, in Figur 1 durch die gestrichelte Linie zwischen Sender LD und Empfänger PD wiedergegeben, zwischen dem Sender LD und dem Empfänger PD zumindest durch einen Teil des Lumens, das im Messbetreib zumindest teilweise von dem Messstoff gefüllt ist, geführt.
In Figur 1 ist dabei eine sog. Cross Duct Ausführung gezeigt, bei der das optische Messsignal von einer Seite des Messrohrs 1 auf die gegenüberliegende Seite übertragen wird. Es ist jedoch auch möglich eine sog. Messlanze zu verwenden. Es ist auch möglich das Messrohr entlang eines Messpfads zu durchstrahlen, der kürzer ist als der
Durchmesser des Messgeräts. Handelt es sich bei dem Messstoff um ein Gas, kann eine Gasanalyse mittels multispektralen pyroelektrischen Infrarot-Detektoren vorgenommen werden.
Es ist natürlich auch möglich, dass nur der auf einem optischen Messprinzip beruhende Messaufnehmer 7 zur Bestimmung der Konzentration der wenigstens einen Komponente des Messstoffs in das Messrohr integriert ist. Der Vorteile der Erfindung und der Ausführungsform des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels sowie der zugehörigen Beschreibung gelten dann entsprechend.
Bezugszeichenliste
1 M ess roh r/M ess roh rwa nd u ng
2 In-Line Messgerät
3 Anschluss für den ersten oder zweiten Messaufnehmer
4 zweiter Messaufnehmer
7 erster Messaufnehmer
17 Messrohrachse
LD Sendeeinheit für optisches Signal
PD Empfangseinheit für optisches Signal
S Strömungsrichtung
F1 Erstes Fenster
F2 Zweites Fenster

Claims

Patentansprüche
1. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) umfassend einen ersten Messaufnehmer (4) zur, vorzugsweise spektrometrischen, Bestimmung der Konzentration wenigstens einer Komponente eines Messstoffs vermittels eines optischen Messprinzips, wobei der erste Messaufnehmer in ein Messrohr, welches einen Rohrleitungsabschnitt umfasst, integriert ist, welcher Rohrleitungsabschnitt an ein Rohrleitungssystem anschließbar ist.
2. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach dem vorherigen Anspruch,
wobei das vorgefertigte In-Line-Messgerät einen zweiten Messaufnehmer, der in das
Messrohr integriert ist, zur Bestimmung einer Durchflussgeschwindigkeit, eines Volumen- und/oder Massedurchflusses umfasst.
3. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei in dem Rohrleitungsabschnitt wenigstens ein Fenster (F1 , F2) vorgesehen ist, welches für Wellenlängen im optischen Bereich durchlässig ist, und
welches Fenster (F1 , F2) dazu dient, ein optisches Messsignal, das zur Bestimmung der Konzentration der wenigstens einen Komponente des Messstoffs dient, in das Lumen des Messrohr, welches zum Führen des Messstoffs dient, einzukoppeln bzw. auszukoppeln.
4. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Fenster (F1 , F2) fluchtend zur Wandung des Rohrleitungsabschnitts (1 ) angeordnet ist.
5. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Fenster (F1 , F2) zum Einkoppeln des optischen Signals in das Lumen, d.h. den inneren Querschnitt, des Rohrleitungsabschnitts (1 ) angrenzt.
6. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Fenster (F1 , F2) eine funktionalisierte Oberfläche aufweist, wobei aneinander angrenzende Bereiche der funktionalisierten Oberfläche sich hinsichtlich ihres
Adsorptionsverhaltens voneinander unterscheiden.
7. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das In-Line Messgerät (2) einen Reinigungsbetrieb aufweist, in dem das Fenster (F1 , F2) beheizbar ist.
8. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das In-Line Messgerät (2) einen Reinigungsbetrieb aufweist, in dem das Fenster (F1 , F2) in mechanische Schwingung versetzbar ist.
9. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das InLine Messgerät eine Messelektronik umfasst, die zur Auswertung, Aufbereitung und/oder Messdatenerzeugung, der von dem ersten und/oder dem zweiten Messaufnehmer (4, 7) aufgenommenen Messsignale, dient.
10. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei das Messsignal des zweiten Messaufnehmer (4) oder ein daraus abgeleiteter Messwert dazu dient, das von dem ersten Messaufnehmer (7) gelieferte Messsignal bzw. den
entsprechenden Messwert, vorzugsweise anhand hinterlegter Daten, zur korrigieren, um die Konzentration der wenigstens einen Komponente zu bestimmen.
1 1. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der Ansprüche2 bis 1 1 , wobei anhand wenigstens eines von dem ersten Messaufnehmer (7) aufgenommenen
Messsignals bzw. Messwerts der Konzentration wenigstens einer Komponente des Messstoffs der Messwert der Durchflussgeschwindigkeit, des Volumendurchflusses und/oder des Massedurchflusses, vorzugsweise anhand hinterlegter Daten, berechnet und/oder korrigiert wird.
12. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das In-Line Messgerät (2) eine Vorrichtung zur Strömungskonditionierung enthält, um das Durchflussprofil des im Betrieb durch den Rohrleitungsabschnitt (1 ) fließenden Messstoffs zu beeinflussen.
13. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem zweiten Messaufnehmer (4) um einen gem. dem Ultraschallprinzip arbeitenden Messaufnehmer oder um einen gem. dem Thermischen Messprinzip arbeitenden Messaufnehmer handelt.
14. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem ersten Messaufnehmer (7) um einen TDLAS handelt oder wobei es sich bei dem ersten Messaufnehmer (7) einen Messaufnehmer zur Raman-Spektroskopie handelt.
15. Vorgefertigtes In-Line-Messgerät (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Konzentration der Komponenten des Messstoffs durch auswerten der Absorptionskennlinien beim Durchfahren des Messbereichs des ersten Messaufnehmers (7) ermittelt wird.
PCT/EP2014/055982 2013-04-09 2014-03-25 Vorgefertigtes in-line messgerät WO2014166734A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013103518.3A DE102013103518A1 (de) 2013-04-09 2013-04-09 Vorgefertigtes In-Line Messgerät
DE102013103518.3 2013-04-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014166734A1 true WO2014166734A1 (de) 2014-10-16

Family

ID=50440639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/055982 WO2014166734A1 (de) 2013-04-09 2014-03-25 Vorgefertigtes in-line messgerät

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013103518A1 (de)
WO (1) WO2014166734A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018185034A1 (fr) * 2017-04-05 2018-10-11 Sagemcom Energy & Telecom Sas Compteur de fluide
EP4375622A1 (de) * 2022-11-23 2024-05-29 Smart Technology, s.r.o. Multifunktionale vorrichtung zur messung der durchflussrate von flüssigkeiten, insbesondere getränken

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015116525A1 (de) * 2015-09-29 2017-03-30 Abb Schweiz Ag Messung der Geschwindigkeit eines Gasstroms unter Nutzung von Partikeln
DE102016125871A1 (de) 2016-12-29 2018-07-05 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg System zur Bestimmung und Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3595078A (en) * 1967-09-06 1971-07-27 Maurice Sidney Beck Powder flow measurement
WO2001079830A2 (en) * 2000-04-17 2001-10-25 Southwest Research Institute A system and method to determine thermophysical properties of multi-component gas
US20020029003A1 (en) * 1996-07-15 2002-03-07 Mace Leslie E. Multiple function airway adapter
US20020108437A1 (en) * 2001-02-09 2002-08-15 Jochim Koch Combined respiratory flow sensor
WO2006074850A2 (de) 2005-01-13 2006-07-20 Endress+Hauser Flowtec Ag Verfahren zur regelung eines thermischen bzw. kalorimetrischen durchflussmessgeräts
US20080288182A1 (en) 2007-05-15 2008-11-20 Cline Richard L Energy Flow Measurement In Gas Pipelines
WO2012000645A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Services Petroliers Schlumberger A multiphase flowmeter and liquid film measurement method
DE102011006971A1 (de) 2011-04-07 2012-10-11 Endress + Hauser Flowtec Ag Meßwandler vom Vibrationstyp sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0646346A3 (de) * 1993-09-30 1998-06-17 NDD Medizintechnik GmbH Vorrichtung zur Messung von Atemgasparametern
EP1818666A1 (de) * 2006-02-13 2007-08-15 FOSS Analytical A/S Bestimmung von Schwefel in Schiffskraftstoffen
US20110153225A1 (en) * 2008-01-25 2011-06-23 Schlumberger Technology Corporation In-line composition and volumetric analysis of vent gases and flooding of the annular space of flexible pipe
JP5523908B2 (ja) * 2010-04-13 2014-06-18 三菱重工業株式会社 流量測定装置及び流速測定装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3595078A (en) * 1967-09-06 1971-07-27 Maurice Sidney Beck Powder flow measurement
US20020029003A1 (en) * 1996-07-15 2002-03-07 Mace Leslie E. Multiple function airway adapter
WO2001079830A2 (en) * 2000-04-17 2001-10-25 Southwest Research Institute A system and method to determine thermophysical properties of multi-component gas
US20020108437A1 (en) * 2001-02-09 2002-08-15 Jochim Koch Combined respiratory flow sensor
WO2006074850A2 (de) 2005-01-13 2006-07-20 Endress+Hauser Flowtec Ag Verfahren zur regelung eines thermischen bzw. kalorimetrischen durchflussmessgeräts
US20080288182A1 (en) 2007-05-15 2008-11-20 Cline Richard L Energy Flow Measurement In Gas Pipelines
WO2012000645A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Services Petroliers Schlumberger A multiphase flowmeter and liquid film measurement method
DE102011006971A1 (de) 2011-04-07 2012-10-11 Endress + Hauser Flowtec Ag Meßwandler vom Vibrationstyp sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018185034A1 (fr) * 2017-04-05 2018-10-11 Sagemcom Energy & Telecom Sas Compteur de fluide
FR3065071A1 (fr) * 2017-04-05 2018-10-12 Sagemcom Energy & Telecom Sas Compteur de fluide
EP4375622A1 (de) * 2022-11-23 2024-05-29 Smart Technology, s.r.o. Multifunktionale vorrichtung zur messung der durchflussrate von flüssigkeiten, insbesondere getränken

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013103518A1 (de) 2014-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3084414B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der konzentrationen von komponenten eines gasgemisches
EP2739944B1 (de) Verfahren zum detektieren einer belagsbildung oder einer abrasion in einem durchflussmessgerät
EP3428583B1 (de) Verfahren zum betrieb eines fluidzählers und fluidzähler
DE102004053673A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder Massendurchflusses eines Mediums
WO2014166734A1 (de) Vorgefertigtes in-line messgerät
DE102010040396A1 (de) Durchflussmesser zur Erfassung einer Eigenschaft eines fluiden Mediums
DE102012015887B4 (de) Vortex-Durchflussmessgerät
EP3762686A1 (de) Fluiddurchflussmesser
DE102011080894A1 (de) Sensor-Modul zum Messen und/oder Überwachen von Parametern von in Rohrleitungen strömenden Medien sowie damit gebildetes Meßsystem
EP3273205B1 (de) Verfahren und anordnung zur ultraschall-clamp-on-durchflussmessung und körper zur realisierung der messung
WO2009065613A1 (de) Vorrichtung und messanordnung zur ermittlung der partikelkonzentration, der partikelgrösse, der mittleren partikelgrösse und der partikelgrössenverteilung der partikeln einer dispersen phase innerhalb eines dispersen systems sowie dessen trübung
EP2653857B1 (de) Trübungssensor sowie Durchflusszähler für Fluid
WO2017121443A1 (de) Ultraschallfluidzähler sowie verfahren zur durchfluss- und/oder volumenbestimmung eines strömenden mediums
EP2146189A1 (de) Ultraschallmessung von Strömungsgeschwindigkeiten
DE112011102854T5 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Durchflussmessgeräts
DE102007053105A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Volumenstrommessung von Fluiden in Rohrleitungen
WO1998022784A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur selbstkompensierenden messung des volumendurchflusses von gasen
DE102009059710A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Messung des Durchflusses eines durch ein Rohr strömenden Fluides
DE102012109234A1 (de) Durchflussmessgerät, sowie Verwendung dieses Durchflussgerätes und Verfahren zur Ermittlung der Fließgeschwindigkeit
EP3372961B1 (de) Messeinheit, leitungsstück, durchflussmesser und verfahren zur bestimmung der durchflussmenge
EP2416145B1 (de) Vorrichtung zur Analyse eines Fluids
DE102016111657B4 (de) Vorrichtung zur optischen in-situ Gasanalyse
WO1996000375A1 (de) Ultraschall-durchflussmesser mit kontinuierlicher nullfluss-kalibrierung
EP1731883B1 (de) Verfahren zur Erfassung einer Geometrieänderung eines Ultraschalldurchflussmesskanals
DE19843841C2 (de) Meßzelle für fotometrische Messungen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14715559

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14715559

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1