WO2014180564A1 - Method and measuring device for measuring the flow rate of a gas in a pipeline by means of a turbine-wheel gas meter - Google Patents

Method and measuring device for measuring the flow rate of a gas in a pipeline by means of a turbine-wheel gas meter Download PDF

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WO2014180564A1
WO2014180564A1 PCT/EP2014/001218 EP2014001218W WO2014180564A1 WO 2014180564 A1 WO2014180564 A1 WO 2014180564A1 EP 2014001218 W EP2014001218 W EP 2014001218W WO 2014180564 A1 WO2014180564 A1 WO 2014180564A1
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WO
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flow
gas
turbine wheel
sensor device
pipeline
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/001218
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Inventor
Günther WAIBEL
Thomas Plocher
Andreas TRUTTENBACH
Original Assignee
Rma Mess- Und Regeltechnik Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
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    • G—PHYSICS
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Definitions

  • the invention relates to a method for flow measurement of a gas in a pipeline by means of a Turbinenrad- gas meter, wherein at least one operating parameter of a turbine wheel detected by means of a first sensor device and at least one turbine wheel condition signal is given to an evaluation device in which from the Turbinenrad- state signal 1.
  • Flow value is calculated, wherein a flow state of the gas in the pipeline independent of the turbine wheel by means of a second sensor device he summarizes ⁇ and at least one flow state signal is given to an evaluation in which from the flow state signal, a second flow value is calculated, wherein that the 1st flow value and the 2nd flow value are compared with each other.
  • the invention relates to a measuring device for flow measurement of a gas in a pipeline by means of a turbine wheel gas meter, with a in the pipeline
  • a turbine gas meter is an accurate meter for measuring the flow of gases in a pipeline.
  • the measuring principle consists essentially in the fact that the kinetic energy of the gas flowing in the pipeline is used to set the turbine pipe arranged in the gas pipe in rotation, wherein in the theoretical ideal case, the rotational speed of the turbine wheel is proportional to the flow velocity of the gas and thus also proporti onal to be measured gas flow or volume.
  • the se theoretical proportionality is not given in practice, since significant disturbing influences act.
  • a known problem with a turbine gas meter is the relatively large measurement inaccuracy with rapidly changing gas flow velocities, since the turbine wheel can only lag behind due to mass inertial effects of the gas flow, ie, as the flow rate of the gas decreases, it does not decrease at the same time also the rotational speed of the turbine wheel, but the turbine wheel reduces its rotational speed with delay, so that for a short period of time a too large gas flow is assumed and calculated. This deviation occurs all the more, depending more often and the faster the flow velocity of the gas changes. For a pulsating gas flow, the measurement deviations are for this reason partly considerable and the turbine wheel gas meter measures compared to the real flow or volume flow to much larger volume flow of the gas.
  • Turbinenrad- gas meter Another problem with a known Turbinenrad- gas meter are the so-called backflows there, which can occur in a gas network partially. In a return flow, the gas flows in the opposite direction for a certain period of time, which can not be detected by a conventional turbine wheel gas meter.
  • the invention has for its object to provide a method and a Messvörraum for flow measurement of a gas in a pipeline by means of a turbine gas meter, with which deviations from a normal operating state can be reliably determined in a simple manner.
  • the above-mentioned object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • a flow state of the gas in the pipeline is detected independently of the turbine wheel by means of a second sensor device and at least one flow state signal is sent to an evaluation device in which a further second flow value is calculated from the flow state signal. and that the first flow value and the second flow value are compared with each other.
  • the volume flow or mass flow of the gas is detected in the pipeline.
  • a flow sensor can be used, which is arranged downstream of the turbine wheel. In this way, there is no influence on the gas flow upstream of the turbine wheel, whereby the measurement accuracy of the turbine wheel could be adversely affected.
  • the flow direction of the gas is detected by means of the second sensor device, so that unwanted reverse flows can be detected.
  • the invention is based on the idea of simultaneously measuring the gas flow or the gas volume in two completely different ways and comparing the resulting measured values with respect to the gas flow or the gas volume with one another.
  • evaluations of the redundantly acquired data make statements about their plausibility. For example, pulsating flow states, return flows or an inhibited or blocked turbine wheel can be detected.
  • an operating state of the turbine wheel and in particular its rotational speed is detected in a conventional manner, and at least one turbine wheel state signal is sent to an evaluation device in which the first flow value is calculated. If a constant laminar gas flow in the pipeline prevails at approximately constant speed and the turbine wheel can rotate in the desired manner, the gas flow in the pipeline can be determined with high accuracy in this way.
  • the second sensor device measures the gas flow according to another measuring principle and completely independent of the turbine wheel, so that deviations occur between the measurement results, if problems in the storage of the turbine wheel falsify the measurement by means of the first sensor device. Furthermore, the direction of flow of the gas can be detected by means of the second sensor device. This makes it possible to reliably detect the said return flows, so that the measurement results are significantly improved.
  • a difference value between the first flow value, which is determined on the basis of the measurement with the first sensor device, and the second flow value, which results from the measurement with the second sensor device is determined.
  • the difference value is outside the predetermined difference range, ie if the two sensor devices differ greatly deliver results, this indicates that there are measurement errors or disturbances in the data acquisition. This is preferably communicated to the user by an optical and / or acoustic signal. If the difference value is particularly large, it may alternatively or additionally be provided that the gas flow in the pipeline is interrupted in order to end the grossly erroneous flow measurement.
  • the above-mentioned object is achieved by a second sensor device by means of which a flow state of the gas in the pipeline can be detected independently of the turbine wheel and of which at least one flow state signal can be given to an evaluation device. It is provided that the second sensor device has at least one flow sensor, by means of which the mass or volume flow of the gas and / or the flow direction of the gas can be detected, and that the second
  • Sensor device is arranged downstream of the turbine wheel.
  • the rotational speed of the turbine wheel is preferably detected, for which, for example, a plurality of independently operating sensors can be provided, each detecting the Drehgeschwin ⁇ speed of the turbine wheel and each emit a corresponding signal to the evaluation device, preferably from the average rotational speed the theoretical gas flow or the theoretical gas quantity is calculated.
  • the second sensor device preferably comprises a plurality of the mass flow or volume flow of the gas and in particular the flow velocity of the gas in the pipeline independently.
  • pendent flow sensors which can operate, for example, according to the thermal principle.
  • the flow sensor is heated to a temperature above the gas temperature.
  • the gas flowing along the flow sensor cools it, so that electrical energy is necessary to maintain the elevated temperature of the flow sensor.
  • the required power is a measure of the flow velocity of the gas, from which the gas flow can be calculated.
  • the advantage of this measuring principle is, in particular, that the measurement responds very quickly to changes in the gas flow and that, in addition, the possibility of a bidirectional flow measurement is given, ie the flow sensor recognizes from which side it is flown, so that the flow direction of the gas can be detected.
  • the second sensor device has at least one flow sensor arranged downstream of the turbine wheel. In this way it is ensured that the flow sensor does not affect the quality of the gas flow upstream of the turbine wheel and thus the measurement accuracy of the turbine wheel.
  • the second sensor device having a plurality of arranged in different cross-sectional areas of the pipe Strömungssen ⁇ sensors.
  • a flow sensor in the middle of the pipeline and at least one further flow sensor in the region of the pipe wall may be positioned in order to obtain information about the gas flow in different cross-sectional areas.
  • the flow sensors are inserted from the outside of the pipe through the wall into the gas flow, so that they can be easily replaced in the event of a defect without having to interrupt the gas flow and the flow measurement.
  • the figure shows a schematic representation of a turbine wheel gas meter 10, with which a gas flow (arrows G) can be measured in a pipeline 12.
  • a turbine wheel 11 is rotatably mounted about a longitudinal axis L of the pipe 12, as indicated by the arrow D. Due to the gas flow G, the turbine wheel 11 is rotated.
  • a first measuring device 13 comprises a first rotary sensor 14, which is arranged on the upstream side of the turbine wheel and is connected via a line 23 to an electronic evaluation device 20.
  • the first rotation sensor 14 detects the rotational speed of the turbine wheel 11 and outputs a corresponding signal via the line 23 to a first evaluation unit 21 of the evaluation device 20.
  • a second rotation sensor 15 which is arranged radially to the turbine wheel 11 and with which also the rotational speed of the turbine wheel 11 can be detected.
  • the 2nd rotation sensor 15 is over a Line 24 is connected to the first evaluation unit 21 of the evaluation device 20 and outputs a corresponding signal with respect to the rotational speed of the turbine wheel to the first evaluation unit.
  • a second sensor device 16 which, in the illustrated embodiment, comprises three flow sensors, namely a first flow sensor 17, a second flow sensor 18 and a third flow sensor.
  • the first flow sensor 17 extends radially inward from the wall of the pipeline 12, so that its measuring range lies in the region of the longitudinal axis L of the pipeline 12.
  • the first flow sensor 17 is connected via a line 25 to a second evaluation unit 22 of the evaluation device 20.
  • the first flow sensor 17 is arranged downstream of the turbine wheel 11 at an axial distance from it in the pipeline 12.
  • Flow sensor 18 is arranged, which extends through the wall of the pipe 12 radially inwardly, but is arranged with its measuring range in the edge region of the cross section of the pipe 12.
  • the second flow sensor 18 is connected via a line 26 to the second evaluation unit 22 of the evaluation device 20.
  • the third flow sensor 19 is arranged upstream of the turbine wheel 11 and extends through the wall of the pipe line 12 radially inwardly, its measuring range is also located in the edge region of the cross section of the pipe 12.
  • the third flow sensor 19 is connected via a line 27 to the second evaluation unit 22 of the evaluation device 20.
  • the three flow sensors 17, 18 and 19 preferably operate on the thermal principle (see above) and deliver signals corresponding to their measured data to the second evaluation unit 22, in which a second flow value from the measured data of the three flow sensors 17, 18 and 19 for the gas flow or the gas quantity, ie the mass or volume flow of the gas is calculated. Further, the flow direction of the gas is detected with the flow sensors to detect unwanted backward movements.
  • the two evaluation units 21 and 22 are followed by a common third evaluation unit 28, which represents a comparison unit.
  • the third evaluation unit 28 receives from the first evaluation unit 21 a signal S1, which corresponds to the determined by means of the first sensor device 13 gas flow.
  • the third evaluation unit 28 of the second evaluation unit 22 contains a signal S2 which corresponds to the second gas flow rate calculated by means of the second sensor device 16.
  • these two flow values are compared and it is checked whether the difference between these two flow values is within a predetermined tolerance or difference range.
  • the third evaluation unit outputs a corresponding evaluation signal S3, which can be further processed.

Abstract

In order to measure the flow rate of a gas in a pipeline by means of a turbine-wheel gas meter, at least one operating parameter of a turbine wheel is detected by means of a first sensing device and at least one turbine-wheel state signal is provided to an evaluating device, in which a first flow rate value is calculated from the turbine-wheel state signal. A flow state of the gas in the pipeline is detected independently of the turbine wheel by means of a second sensing device and at least one flow state signal is provided to an evaluating device, in which an additional second flow rate value is calculated from the flow state signal. Then the first flow rate value and the second flow rate value are compared with each other. According to the invention, the mass flow or volumetric flow of the gas and/or the flow direction of the gas is detected by means of the second sensing device and the second sensing device is arranged downstream of the turbine wheel.

Description

Verfahren und MessVorrichtung zur Durchflussmessung eines Gases in einer Rohrleitung mittels eines Turbinenrad- Gaszählers  Method and measuring device for flow measurement of a gas in a pipeline by means of a turbine wheel gas meter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchflussmessung eines Gases in einer Rohrleitung mittels eines Turbinenrad- Gaszählers, wobei zumindest ein Betriebsparameter eines Turbinenrades mittels einer 1. Sensorvorrichtung erfasst und zumindest ein Turbinenrad-Zustandssignal an eine Auswertevorrichtung gegeben wird, in der aus den Turbinenrad- Zustandssignal ein 1. Durchflusswert errechnet wird, wobei ein Strömungszustand des Gases in der Rohrleitung unabhängig vom Turbinenrad mittels einer 2. Sensorvorrichtung er¬ fasst und zumindest ein Strömungszustandssignal an eine Auswertevorrichtung gegeben wird, in der aus dem Strömungszustandssignal ein weiterer 2. Durchflusswert errechnet wird, wobei dass der 1. Durchflusswert und der 2. Durchflusswert miteinander verglichen werden. The invention relates to a method for flow measurement of a gas in a pipeline by means of a Turbinenrad- gas meter, wherein at least one operating parameter of a turbine wheel detected by means of a first sensor device and at least one turbine wheel condition signal is given to an evaluation device in which from the Turbinenrad- state signal 1. Flow value is calculated, wherein a flow state of the gas in the pipeline independent of the turbine wheel by means of a second sensor device he summarizes ¬ and at least one flow state signal is given to an evaluation in which from the flow state signal, a second flow value is calculated, wherein that the 1st flow value and the 2nd flow value are compared with each other.
Ferner betrifft die Erfindung eine Messvorrichtung zur Durchflussmessung eines Gases in einer Rohrleitung mittels eines Turbinenrad-Gaszählers, mit einem in der Rohrleitung Furthermore, the invention relates to a measuring device for flow measurement of a gas in a pipeline by means of a turbine wheel gas meter, with a in the pipeline
BESTÄTIGUNGSKOPIE CONFIRMATION COPY
l angeordneten, drehbaren Turbinenrad und einer 1. Sensorvor richtung, mittels der zumindest ein Betriebsparameter und insbesondere die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades erfassbar ist und von der zumindest ein Turbinenrad-Zustandsignal an eine Auswertevorrichtung gebbar ist, und mit einer 2. Sensorvorrichtung, mittels der ein Strömungszustand des Gases in der Rohrleitung unabhängig vom Turbinenrad er fassbar ist und von der zumindest ein Strömungszustandssig nal an eine Auswertevorrichtung gebbar ist. l arranged, rotatable turbine wheel and a first Sensorvor direction, by means of at least one operating parameter and in particular the rotational speed of the turbine wheel is detectable and from the at least one turbine state signal to an evaluation device is gebbar, and with a second sensor device, by means of a flow state of the Gas in the pipeline independently of the turbine he is tangible and from the at least one Strömungszustssig signal to an evaluation device is gebbar.
Ein Turbinenrad-Gaszähler stellt ein genaues Messgerät zur Durchflussmessung von Gasen in einer Rohrleitung dar. Das Messprinzip besteht im wesentlichen darin, dass die kineti sehe Energie des in der Rohrleitung strömenden Gases dazu genutzt wird, das in der Gasleitung angeordnete Turbinenra in Drehung zu versetzen, wobei im theoretischen Idealfall die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades proportional der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und somit auch proporti onal dem zu messenden Gasdurchfluss oder -volumen ist. Die se theoretische Proportionalität ist jedoch in der Praxis nicht gegeben, da wesentliche Störeinflüsse einwirken. A turbine gas meter is an accurate meter for measuring the flow of gases in a pipeline. The measuring principle consists essentially in the fact that the kinetic energy of the gas flowing in the pipeline is used to set the turbine pipe arranged in the gas pipe in rotation, wherein in the theoretical ideal case, the rotational speed of the turbine wheel is proportional to the flow velocity of the gas and thus also proporti onal to be measured gas flow or volume. The se theoretical proportionality, however, is not given in practice, since significant disturbing influences act.
Ein bekanntes Problem bei einem Turbinenrad-Gaszähler stellt die relativ große Mess-Ungenauigkeit bei sich schnell ändernden Strömungsgeschwindigkeiten des Gases dar, da das Turbinenrad aufgrund von Masseträgheitseffekten der Gasströmung nur mit Verzögerung folgen kann, d.h. wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit des Gases verringert, verringert sich nicht gleichzeitig auch die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades, sondern das Turbinenrad verringert seine Drehgeschwindigkeit mit Verzögerung, so dass für einen kurzen Zeitraum ein zu großer Gasdurchfluss angenommen und errechnet wird. Diese Abweichung tritt umso stärker auf, je häufiger und je schneller sich die Strömungsgeschwindigkeit des Gases ändert. Bei einer pulsierenden Gasströmung sind die Messabweichungen aus diesem Grund zum Teil erheblich und der Turbinenrad-Gaszähler misst gegenüber dem realen Durchfluss oder Volumenstrom einen viel zu großen Volumenstrom des Gases. A known problem with a turbine gas meter is the relatively large measurement inaccuracy with rapidly changing gas flow velocities, since the turbine wheel can only lag behind due to mass inertial effects of the gas flow, ie, as the flow rate of the gas decreases, it does not decrease at the same time also the rotational speed of the turbine wheel, but the turbine wheel reduces its rotational speed with delay, so that for a short period of time a too large gas flow is assumed and calculated. This deviation occurs all the more, depending more often and the faster the flow velocity of the gas changes. For a pulsating gas flow, the measurement deviations are for this reason partly considerable and the turbine wheel gas meter measures compared to the real flow or volume flow to much larger volume flow of the gas.
Ein weiteres Problem bei einem bekannten Turbinenrad- Gaszähler stellen die sogenannten RückStrömungen da, die in einem Gasnetz partiell auftreten können. Bei einer Rück- strömung strömt das Gas für einen bestimmten Zeitraum in Gegenrichtung, was von einem herkömmlichen Turbinenrad- Gaszähler nicht erkannt werden kann. Another problem with a known Turbinenrad- gas meter are the so-called backflows there, which can occur in a gas network partially. In a return flow, the gas flows in the opposite direction for a certain period of time, which can not be detected by a conventional turbine wheel gas meter.
Nach einer längeren Betriebsdauer des Turbinenrades kann es an dessen Lagerung aufgrund von Verunreinigungen oder von Korrosionserscheinungen zu einer Schwergängigkeit des Turbinenrades aufgrund übermäßiger Reibungskräfte bis hin zur vollständigen Blockierung des Turbinenrades kommen. Wenn in herkömmlicher Weise mittels einer 1. Sensorvorrichtung die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades erfasst und daraus der theoretische Durchfluss oder Volumenstrom des Gases errechnet wird, ergeben sich bei einem schwergängigen Turbinenrad große Abweichungen gegenüber dem IST-Zustand. Die dadurch verursachten wirtschaftlichen Schäden können erheblich sein. After a longer period of operation of the turbine wheel, it may come to its storage due to contamination or corrosion phenomena to a stiffness of the turbine wheel due to excessive frictional forces to the complete blockage of the turbine wheel. If, in a conventional manner, the rotational speed of the turbine wheel is detected by means of a first sensor device and the theoretical flow rate or volume flow of the gas is calculated therefrom, a sluggish turbine wheel will deviate greatly from the actual state. The resulting economic damage can be significant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Messvörrichtung zur Durchflussmessung eines Gases in einer Rohrleitung mittels eines Turbinenrad-Gaszählers zu schaffen, mit dem sich Abweichungen von einem normalen Betriebszustand in einfacher Weise zuverlässig feststellen lassen . Hinsichtlich des Verfahrens wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist ebenfalls vorgesehen, dass zusätzlich ein Strömungs zustand des Gases in der Rohrleitung unabhängig von dem Turbinenrad mittels einer 2. Sensorvorrichtung er- fasst und zumindest ein Strömungszustandssignal an eine Auswertevorrichtung gegeben wird, in der aus dem Strömungszustandssignal ein weiterer 2. Durchflusswert errechnet wird, und dass der 1. Durchflusswert und der 2. Durchflusswert miteinander verglichen werden. The invention has for its object to provide a method and a Messvörrichtung for flow measurement of a gas in a pipeline by means of a turbine gas meter, with which deviations from a normal operating state can be reliably determined in a simple manner. With regard to the method, the above-mentioned object is achieved by a method having the features of claim 1. In this case, it is likewise provided that, in addition, a flow state of the gas in the pipeline is detected independently of the turbine wheel by means of a second sensor device and at least one flow state signal is sent to an evaluation device in which a further second flow value is calculated from the flow state signal. and that the first flow value and the second flow value are compared with each other.
Mittels der 2. Sensorvorrichtung wird der Volumenstrom bzw. Massenstrom des Gases in der Rohrleitung erfasst. Zu diesem Zweck kann ein Strömungssensor verwendet werden, der stromab des Turbinenrades angeordnet ist. Auf diese Weise ist keine Einflussnahme auf die Gasströmung stromauf des Turbinenrades gegeben, wodurch die Messgenauigkeit des Turbinenrades negativ beeinflusst werden könnte. Alternativ oder zusätzlich dazu wird mittels der 2. Sensorvorrichtung die Strömungsrichtung des Gases erfasst, so dass ungewollte Rückwärtsströmungen festgestellt werden können. By means of the second sensor device, the volume flow or mass flow of the gas is detected in the pipeline. For this purpose, a flow sensor can be used, which is arranged downstream of the turbine wheel. In this way, there is no influence on the gas flow upstream of the turbine wheel, whereby the measurement accuracy of the turbine wheel could be adversely affected. Alternatively or additionally, the flow direction of the gas is detected by means of the second sensor device, so that unwanted reverse flows can be detected.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Gasdurchfluss bzw. das Gasvolumen gleichzeitig auf zwei vollständig un- terschiedliche Arten zu messen und die sich dabei ergeben- den Messwerte bezüglich des Gasdurchflusses bzw. des Gasvo- lumens miteinander zu vergleichen. Auf diese Weise lassen sich durch Auswertungen der redundant erfassten Daten Aus- sagen über deren Plausibilität machen. Beispielsweise kön- nen pulsierende Strömungszustände, RückStrömungen oder ein gehemmtes oder blockiertes Turbinenrad erkannt werden. Mittels der 1. Sensorvorrichtung wird in herkömmlicher Weise ein Betriebszustand des Turbinenrades und insbesondere dessen Drehgeschwindigkeit erfasst und zumindest ein Turbi- nenrad-Zustandssignal wird an eine Auswertevorrichtung gegeben, in der der 1. Durchflusswert errechnet wird. Wenn in der Rohrleitung eine konstante laminare Gasströmung mit annähernd gleichbleibender Geschwindigkeit herrscht und das Turbinenrad in gewünschter Weise rotieren kann, lässt sich auf diese Weise der Gasdurchfluss in der Rohrleitung mit hoher Genauigkeit bestimmen. The invention is based on the idea of simultaneously measuring the gas flow or the gas volume in two completely different ways and comparing the resulting measured values with respect to the gas flow or the gas volume with one another. In this way, evaluations of the redundantly acquired data make statements about their plausibility. For example, pulsating flow states, return flows or an inhibited or blocked turbine wheel can be detected. By means of the first sensor device, an operating state of the turbine wheel and in particular its rotational speed is detected in a conventional manner, and at least one turbine wheel state signal is sent to an evaluation device in which the first flow value is calculated. If a constant laminar gas flow in the pipeline prevails at approximately constant speed and the turbine wheel can rotate in the desired manner, the gas flow in the pipeline can be determined with high accuracy in this way.
Die 2. Sensorvorrichtung misst den Gasdurchfluss nach einem anderen Messprinzip und völlig unabhängig von dem Turbinenrad, so dass sich zwischen den Messergebnissen Abweichungen einstellen, wenn Probleme in der Lagerung des Turbinenrades die Messung mittels der 1. Sensorvorrichtung verfälschen. Ferner kann mittels der 2. Sensorvorrichtung die Strömungsrichtung des Gases erfasst werden. Dadurch ist es möglich, die genannten Rückströmungen zuverlässig festzustellen, so dass die Messergebnisse deutlich verbessert werden. The second sensor device measures the gas flow according to another measuring principle and completely independent of the turbine wheel, so that deviations occur between the measurement results, if problems in the storage of the turbine wheel falsify the measurement by means of the first sensor device. Furthermore, the direction of flow of the gas can be detected by means of the second sensor device. This makes it possible to reliably detect the said return flows, so that the measurement results are significantly improved.
Vorzugsweise wird in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt ein Differenzwert zwischen dem 1. Durchflusswert, der auf der Grundlage der Messung mit der 1. Sensorvorrichtung ermittelt wird, und dem 2. Durchflusswert ermittelt, der sich aus der Messung mit der 2. Sensorvorrichtung ergibt. Anschließend wird überprüft, ob der Differenzwert zwischen den beiden Durchflusswerten innerhalb eines vorgegebenen Differenzbereiches liegt. Wenn dies der Fall ist, ist davon auszugehen, dass der Gasdurchfluss mit einer akzeptablen Toleranz ermittelt wird. Wenn der Differenzwert jedoch außerhalb des vorgegebenen Differenzbereiches liegt, d.h. wenn die beiden Sensorvorrichtungen stark unterschied- liehe Messergebnisse liefern, deutet dies darauf hin, dass es Messfehler oder Störungen in der Messwerterfassung gibt. Dies wird vorzugsweise durch ein optisches und/oder akustisches Signal dem Benutzer mitgeteilt. Falls der Differenzwert besonders groß ist, kann alternativ oder zusätzlich dazu vorgesehen sein, dass die Gasströmung in der Rohrleitung unterbrochen wird, um die grob fehlerhafte Durchflussmessung zu beenden. Preferably, in a subsequent method step, a difference value between the first flow value, which is determined on the basis of the measurement with the first sensor device, and the second flow value, which results from the measurement with the second sensor device, is determined. Subsequently, it is checked whether the difference value between the two flow values lies within a predetermined difference range. If this is the case, it can be assumed that the gas flow is determined with an acceptable tolerance. However, if the difference value is outside the predetermined difference range, ie if the two sensor devices differ greatly deliver results, this indicates that there are measurement errors or disturbances in the data acquisition. This is preferably communicated to the user by an optical and / or acoustic signal. If the difference value is particularly large, it may alternatively or additionally be provided that the gas flow in the pipeline is interrupted in order to end the grossly erroneous flow measurement.
Hinsichtlich der Messvorrichtung wird die oben genannte Aufgabe durch eine 2. Sensorvorrichtung gelöst, mittels der ein Strömungszustand des Gases in der Rohrleitung unabhängig vom Turbinenrad erfassbar ist und von der zumindest ein Strömungszustandssignal an eine Auswertevorrichtung gebbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass die 2. Sensorvorrichtung zumindest einen Strömungssensor aufweist, mittels dessen der Massen- oder Volumenstrom des Gases und/oder die Strömungsrichtung des Gases erfassbar sind, und dass die 2. With regard to the measuring device, the above-mentioned object is achieved by a second sensor device by means of which a flow state of the gas in the pipeline can be detected independently of the turbine wheel and of which at least one flow state signal can be given to an evaluation device. It is provided that the second sensor device has at least one flow sensor, by means of which the mass or volume flow of the gas and / or the flow direction of the gas can be detected, and that the second
Sensorvorrichtung stromab des Turbinenrades angeordnet ist. Sensor device is arranged downstream of the turbine wheel.
Mittels der 1. Sensorvorrichtung wird vorzugsweise die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades erfasst, wofür beispielsweise mehrere unabhängig voneinander arbeitende Sensoren vorgesehen sein können, die jeweils die Drehgeschwin¬ digkeit des Turbinenrades erfassen und jeweils ein entsprechendes Signal an die Auswertevorrichtung abgeben, in der vorzugsweise aus der durchschnittlichen Drehgeschwindigkeit der theoretische Gasdurchfluss bzw. die theoretische Gasmenge errechnet wird. By means of the first sensor device, the rotational speed of the turbine wheel is preferably detected, for which, for example, a plurality of independently operating sensors can be provided, each detecting the Drehgeschwin ¬ speed of the turbine wheel and each emit a corresponding signal to the evaluation device, preferably from the average rotational speed the theoretical gas flow or the theoretical gas quantity is calculated.
Die 2. Sensorvorrichtung umfasst vorzugsweise mehrere den Massen- oder Volumenstrom des Gases und insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in der Rohrleitung unab- hängig voneinander erfassende Strömungssensoren, die beispielsweise nach dem thermischen Prinzip arbeiten können. Dabei wird der Strömungssensor auf eine Temperatur oberhalb der Gastemperatur aufgeheizt. Das an dem Strömungssensor entlang strömende Gas kühlt diesen, so dass elektrische Energie notwendig ist, um die erhöhte Temperatur des Strömungssensors aufrecht zu erhalten. Die dafür benötigte Leistung ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, woraus sich der Gasdurchfluss errechnen lässt. Vorteil dieses Messprinzips ist insbesondere, dass die Messung sehr schnell auf Änderungen der Gasströmung anspricht und dass darüber hinaus die Möglichkeit einer bidirektionalen Strömungsmessung gegeben ist, d.h. der Strömungssensor erkennt, von welcher Seite er angeströmt wird, so dass die Strömungsrichtung des Gases erfasst werden kann. The second sensor device preferably comprises a plurality of the mass flow or volume flow of the gas and in particular the flow velocity of the gas in the pipeline independently. pendent flow sensors, which can operate, for example, according to the thermal principle. In this case, the flow sensor is heated to a temperature above the gas temperature. The gas flowing along the flow sensor cools it, so that electrical energy is necessary to maintain the elevated temperature of the flow sensor. The required power is a measure of the flow velocity of the gas, from which the gas flow can be calculated. The advantage of this measuring principle is, in particular, that the measurement responds very quickly to changes in the gas flow and that, in addition, the possibility of a bidirectional flow measurement is given, ie the flow sensor recognizes from which side it is flown, so that the flow direction of the gas can be detected.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die 2. Sensorvorrichtung zumindest einen stromab des Turbinenrades angeordneten 1. Strömungssensor aufweist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Strömungssensor die Qualität der Gasströmung stromauf des Turbinenrades und damit die Messgenauigkeit des Turbinenrades nicht beeinträchtigt . In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the second sensor device has at least one flow sensor arranged downstream of the turbine wheel. In this way it is ensured that the flow sensor does not affect the quality of the gas flow upstream of the turbine wheel and thus the measurement accuracy of the turbine wheel.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die 2. Sensorvorrichtung mehrere in unterschiedlichen Querschnittsbereichen der Rohrleitung angeordnete Strömungssen¬ soren aufweist. Dabei kann beispielsweise ein Strömungssensor in der Mitte der Rohrleitung und zumindest ein weiterer Strömungssensor im Bereich der Rohrwandung positioniert sein, um Informationen über die Gasströmung in unterschiedlichen Querschnittsbereichen zu erreichen. Vorzugsweise sind die Strömungssensoren von der Außenseite der Rohrleitung durch deren Wandung hindurch in die Gasströmung eingesetzt, so dass sie im Falle eines Defekts in einfache Weise ausgetauscht werden können, ohne die Gasströmung und die Durchflussmessung unterbrechen zu müssen. In a further development of the invention it can be provided that the second sensor device having a plurality of arranged in different cross-sectional areas of the pipe Strömungssen ¬ sensors. In this case, for example, a flow sensor in the middle of the pipeline and at least one further flow sensor in the region of the pipe wall may be positioned in order to obtain information about the gas flow in different cross-sectional areas. Preferably, the flow sensors are inserted from the outside of the pipe through the wall into the gas flow, so that they can be easily replaced in the event of a defect without having to interrupt the gas flow and the flow measurement.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich, wobei die einzige Figur einen schematischen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Messvorrichtung und einen Turbinenradgaszähler zeigt . Further details and features of the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the drawing, wherein the single figure shows a schematic longitudinal section through the measuring device according to the invention and a turbine gas meter.
Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Turbinenrad-Gaszähler 10, mit dem eine Gasströmung (Pfeile G) in einer Rohrleitung 12 gemessen werden kann. In der Rohrleitung 12 ist ein Turbinenrad 11 um eine Längsachse L der Rohrleitung 12 drehbar gelagert, wie es durch den Pfeil D angedeutet ist. Aufgrund der Gasströmung G wird das Turbinenrad 11 in Drehung versetzt. The figure shows a schematic representation of a turbine wheel gas meter 10, with which a gas flow (arrows G) can be measured in a pipeline 12. In the pipeline 12, a turbine wheel 11 is rotatably mounted about a longitudinal axis L of the pipe 12, as indicated by the arrow D. Due to the gas flow G, the turbine wheel 11 is rotated.
Eine 1. Messvorrichtung 13 umfasst einen 1. Drehsensor 14, der auf der stromauf gelegenen Seite des Turbinenrades angeordnet ist und über eine Leitung 23 mit einer elektronischen Auswertevorrichtung 20 verbunden ist. Der 1. Drehsensor 14 erfasst die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades 11 und gibt ein entsprechendes Signal über die Leitung 23 an eine 1. Auswerteeinheit 21 der Auswertevorrichtung 20. A first measuring device 13 comprises a first rotary sensor 14, which is arranged on the upstream side of the turbine wheel and is connected via a line 23 to an electronic evaluation device 20. The first rotation sensor 14 detects the rotational speed of the turbine wheel 11 and outputs a corresponding signal via the line 23 to a first evaluation unit 21 of the evaluation device 20.
In der Wandung der Rohrleitung 12 sitzt ein 2. Drehsensor 15, der radial zum Turbinenrad 11 angeordnet ist und mit dem ebenfalls die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades 11 erfasst werden kann. Der 2. Drehsensor 15 ist über eine Leitung 24 mit der 1. Auswerteeinheit 21 der Auswertevorrichtung 20 verbunden und gibt ein entsprechendes Signal bezüglich der Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades an die 1. Auswerteeinheit ab. Mit der von den beiden Drehsensoren 14 und 15 der 1. Sensorvorrichtung 13 erfassten Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades 11 kann ein 1. Durchflusswert für den Gasdurchfluss bzw. den Gasvolumenstrom in der Rohrleitung 12 ermittelt werden. In the wall of the pipe 12 sits a second rotation sensor 15, which is arranged radially to the turbine wheel 11 and with which also the rotational speed of the turbine wheel 11 can be detected. The 2nd rotation sensor 15 is over a Line 24 is connected to the first evaluation unit 21 of the evaluation device 20 and outputs a corresponding signal with respect to the rotational speed of the turbine wheel to the first evaluation unit. With the rotational speed of the turbine wheel 11 detected by the two rotary sensors 14 and 15 of the first sensor device 13, a first flow value for the gas flow or the gas volume flow in the pipeline 12 can be determined.
Zusätzlich zu der 1. Sensorvorrichtung 13 ist eine 2. Sensorvorrichtung 16 vorgesehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel 3 Strömungssensoren,, nämlich einen 1. Strömungssensor 17, einen 2. Strömungssensor 18 und einen 3. Strömungssensor umfasst. Der 1. Strömungssensor 17 erstreckt sich von der Wandung der Rohrleitung 12 radial nach innen, so dass sein Messbereich im Bereich der Längsachse L der Rohrleitung 12 liegt. Der 1. Strömungssensor 17 ist über eine Leitung 25 mit einer 2. Auswerteeinheit 22 der Auswertevorrichtung 20 verbunden. Wie die Figur zeigt, ist der 1. Strömungssensor 17 stromab des Turbinenrades 11 mit axialem Abstand zu diesem in der Rohrleitung 12 angeordnet. In addition to the first sensor device 13, a second sensor device 16 is provided which, in the illustrated embodiment, comprises three flow sensors, namely a first flow sensor 17, a second flow sensor 18 and a third flow sensor. The first flow sensor 17 extends radially inward from the wall of the pipeline 12, so that its measuring range lies in the region of the longitudinal axis L of the pipeline 12. The first flow sensor 17 is connected via a line 25 to a second evaluation unit 22 of the evaluation device 20. As the figure shows, the first flow sensor 17 is arranged downstream of the turbine wheel 11 at an axial distance from it in the pipeline 12.
Ebenfalls stromab des Turbinenrades 11, jedoch zwischen dem Turbinenrad 11 und dem 1. Strömungssensor 17 ist der 2. Also downstream of the turbine wheel 11, but between the turbine wheel 11 and the first flow sensor 17 is the 2nd
Strömungssensor 18 angeordnet, der sich durch die Wandung der Rohrleitung 12 radial nach innen erstreckt, jedoch mit seinem Messbereich im Randbereich des Querschnitts der Rohrleitung 12 angeordnet ist. Der 2. Strömungssensor 18 ist über eine Leitung 26 mit der 2. Auswerteeinheit 22 der Auswertevorrichtung 20 verbunden. Flow sensor 18 is arranged, which extends through the wall of the pipe 12 radially inwardly, but is arranged with its measuring range in the edge region of the cross section of the pipe 12. The second flow sensor 18 is connected via a line 26 to the second evaluation unit 22 of the evaluation device 20.
Der 3. Strömungssensor 19 ist stromauf des Turbinenrades 11 angeordnet und erstreckt sich durch die Wandung der Rohr- leitung 12 radial nach innen, wobei sein Messbereich ebenfalls im Randbereich des Querschnittes der Rohrleitung 12 angeordnet ist. Der 3. Strömungssensor 19 ist über eine Leitung 27 mit der 2. Auswerteeinheit 22 der Auswertevorrichtung 20 verbunden. The third flow sensor 19 is arranged upstream of the turbine wheel 11 and extends through the wall of the pipe line 12 radially inwardly, its measuring range is also located in the edge region of the cross section of the pipe 12. The third flow sensor 19 is connected via a line 27 to the second evaluation unit 22 of the evaluation device 20.
Vorzugsweise arbeiten die drei Strömungssensoren 17, 18 und 19 nach dem thermischen Prinzip (siehe oben) und geben jeweils Signale entsprechend ihren Messdaten an die 2. Auswerteeinheit 22 ab, in der aus den Messdaten der drei Strömungssensoren 17, 18 und 19 ein 2. Durchflusswert für den Gasdurchfluss bzw. die Gasmenge, d.h. den Massen- oder Volumenstrom des Gases errechnet wird. Ferner wird mit den Strömungssensoren die Strömungsrichtung des Gases erfasst, um ungewollte Rückwärtsbewegungen zu erkennen. The three flow sensors 17, 18 and 19 preferably operate on the thermal principle (see above) and deliver signals corresponding to their measured data to the second evaluation unit 22, in which a second flow value from the measured data of the three flow sensors 17, 18 and 19 for the gas flow or the gas quantity, ie the mass or volume flow of the gas is calculated. Further, the flow direction of the gas is detected with the flow sensors to detect unwanted backward movements.
Den beiden Auswerteeinheiten 21 und 22 ist eine gemeinsame 3. Auswerteeinheit 28 nachgeordnet, die eine Vergleichseinheit darstellt. Die 3. Auswerteeinheit 28 erhält von der 1. Auswerteeinheit 21 ein Signal Sl, das dem mittels der 1. Sensorvorrichtung 13 ermittelten Gasdurchfluss entspricht. Entsprechend enthält die 3. Auswerteeinheit 28 von der 2. Auswerteeinheit 22 ein Signal S2, das dem mittels der 2. Sensorvorrichtung 16 errechneten 2. Gasdurchfluss entspricht. In der 3. Auswerteeinheit 28 werden diese beiden Durchflusswerte verglichen und wird überprüft, ob die Differenz zwischen diesen beiden Durchflusswerten innerhalb eines vorgegebenen Toleranz- oder Differenzbereiches liegt. Die 3. Auswerteeinheit gibt ein entsprechendes Auswertesignal S3 ab, das weiter verarbeitet werden kann. The two evaluation units 21 and 22 are followed by a common third evaluation unit 28, which represents a comparison unit. The third evaluation unit 28 receives from the first evaluation unit 21 a signal S1, which corresponds to the determined by means of the first sensor device 13 gas flow. Correspondingly, the third evaluation unit 28 of the second evaluation unit 22 contains a signal S2 which corresponds to the second gas flow rate calculated by means of the second sensor device 16. In the third evaluation unit 28, these two flow values are compared and it is checked whether the difference between these two flow values is within a predetermined tolerance or difference range. The third evaluation unit outputs a corresponding evaluation signal S3, which can be further processed.

Claims

Patentansprüche Patent claims
Verfahren zur Durchflussmessung eines Gases in einer Rohrleitung (12) mittels eines Turbinenrad-GaszählersMethod for measuring the flow of a gas in a pipeline (12) using a turbine wheel gas meter
(10) , wobei zumindest ein Betriebsparameter eines Turbinenrades (11) mittels einer 1. Sensorvorrichtung (13) erfasst und zumindest ein Turbinenrad-Zustandssignal an eine Auswertevorrichtung (20, 21) gegeben wird, in der aus der Turbinenrad-Zustandssignal ein 1. Durchflusswert errechnet wird, wobei ein Strömungszustand des Gases in der Rohrleitung (12) unabhängig vom Turbinenrad(10), wherein at least one operating parameter of a turbine wheel (11) is detected by means of a first sensor device (13) and at least one turbine wheel status signal is sent to an evaluation device (20, 21), in which a first flow value is derived from the turbine wheel status signal is calculated, with a flow state of the gas in the pipeline (12) independent of the turbine wheel
(11) mittels einer 2. Sensorvorrichtung (16) erfasst und zumindest ein Strömungszustandssignal an eine Auswertevorrichtung (20, 22) gegeben wird, in der aus dem Strömungszustandssignal ein weiterer 2. Durchflusswert errechnet wird, und wobei der 1. Durchflusswert und der 2. Durchflusswert miteinander verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der 2. Sensorvorrichtung (16) der Massen- oder Volumenst om des Gases und/oder die Strömungsrichtung des Gases erfasst werden und dass die 2. Sensorvorrichtung (16) stromab des Tur- binenrades (11) angeordnet ist. (11) is detected by means of a second sensor device (16) and at least one flow state signal is sent to an evaluation device (20, 22), in which a further second flow value is calculated from the flow state signal, and wherein the 1st flow value and the 2nd. Flow value are compared with each other, characterized in that the mass or volume flow of the gas and / or the flow direction of the gas are detected by means of the second sensor device (16) and that the second sensor device (16) downstream of the tur- binary wheel (11) is arranged.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzwert zwischen dem 1. Durchflusswert und dem 2. Durchflusswert ermittelt und anschließend überprüft wird, ob der Differenzwert innerhalb eines vorgegebenen Differenzbereiches liegt. Method according to claim 1, characterized in that a difference value between the 1st flow value and the 2nd flow value is determined and it is then checked whether the difference value lies within a predetermined difference range.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung in der Rohrleitung (12) unterbrochen wird, wenn der Differenzwert außerhalb des vorgegebenen Differenzbereichs liegt. Method according to claim 2, characterized in that the gas flow in the pipeline (12) is interrupted if the difference value lies outside the predetermined difference range.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische und/oder akustische Fehlermeldung ausgegeben wird, wenn der Differenzwert außerhalb der vorgegebenen Differenzbereichs liegt. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that an optical and/or acoustic error message is output if the difference value is outside the predetermined difference range.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der 1. Sensorvorrichtung (13) die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades (11) er- fasst wird. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotational speed of the turbine wheel (11) is detected by means of the first sensor device (13).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der 2. Sensorvorrichtung (16) die Strömungsgeschwindigkeit des Gases erfasst wird . Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the flow velocity of the gas is detected by means of the second sensor device (16).
Messvorrichtung zur Durchflussmessung eines Gases in einer Rohrleitung mittels eines Turbinenrad-Gaszählers, mit einem in der Rohrleitung (12) angeordneten, drehbaren Turbinenrad (11) und einer 1. Sensorvorrichtung (13), mittels der zumindest ein Betriebsparameter und insbesondere die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades (11) erfassbar ist und von der zumindest ein Turbinen- rad-Zustandssignal an eine Auswertevorrichtung (20, 21) gebbar ist, und mit einer 2. Sensorvorrichtung (16), mittels der ein Strömungszustand des Gases in der Rohrleitung (12) unabhängig vom Turbinenrad (13) erfassbar ist und von der zumindest ein Strömungs zustandssignal an eine Auswertevorrichtung (20, 21) gebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Sensorvorrichtung (16) zumindest einen Strömungssensor aufweist, mittels dessen der Massen- oder Volumenstrom des Gases und/oder die Strömungsrichtung des Gases erfassbar sind, und dass die 2. Sensorvorrichtung (16) stromab des Turbinenrades (11) angeordnet ist. Measuring device for measuring the flow of a gas in a pipeline by means of a turbine wheel gas meter, with a rotatable turbine wheel (11) arranged in the pipeline (12) and a first sensor device (13), by means of which at least one operating parameter and In particular, the rotational speed of the turbine wheel (11) can be detected and from which at least one turbine wheel status signal can be given to an evaluation device (20, 21), and with a second sensor device (16), by means of which a flow state of the gas in the pipeline (12) can be detected independently of the turbine wheel (13) and from which at least one flow status signal can be transmitted to an evaluation device (20, 21), characterized in that the second sensor device (16) has at least one flow sensor, by means of which the mass or volume flow of the gas and/or the flow direction of the gas can be detected, and that the second sensor device (16) is arranged downstream of the turbine wheel (11).
8. Messvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die 1. Sensorvorrichtung (13) mehrere die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrades (11) unabhängig voneinander erfassende Sensoren (14, 15) aufweist. 8. Measuring device according to claim 7, characterized in that the first sensor device (13) has a plurality of sensors (14, 15) which independently detect the rotational speed of the turbine wheel (11).
9. Messvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Sensorvorrichtung (16) mehrere die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in der Rohrleitung (12) unabhängig voneinander erfassende Strömungssensoren (17, 18, 19) aufweist. 9. Measuring device according to claim 7 or 8, characterized in that the second sensor device (16) has a plurality of flow sensors (17, 18, 19) which independently detect the flow velocity of the gas in the pipeline (12).
10. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Sensorvorrichtung (16) zumindest einen stromab des Turbinenrades (11) angeordneten 1. Strömungssensor (17) aufweist. 10. Measuring device according to one of claims 7 to 9, characterized in that the second sensor device (16) has at least one first flow sensor (17) arranged downstream of the turbine wheel (11).
11. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Sensorvorrichtung (16) mehrere in unterschiedlichen Querschnittsbereichen der Rohrleitung (12) angeordnete Strömungssensoren (17, 18, 19) aufweist. 11. Measuring device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the 2nd sensor device (16) has a plurality of flow sensors (17, 18, 19) arranged in different cross-sectional areas of the pipeline (12).
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Sensorvorrichtung (16) zumindest einen Strömungssensor (17, 18, 19) nach dem thermischen Prinzip aufweist. Measuring device according to one of claims 7 to 11, characterized in that the second sensor device (16) has at least one flow sensor (17, 18, 19) based on the thermal principle.
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