DE4316067A1

DE4316067A1 - Verfahren zur Messung der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckes eines Fluids und zur Durchführung geeignete Vorrichtung

Info

Publication number: DE4316067A1
Application number: DE4316067A
Authority: DE
Inventors: Dankwart Mohrmann
Original assignee: DMT GmbH and Co KG
Current assignee: DMT GmbH and Co KG
Priority date: 1993-05-13
Filing date: 1993-05-13
Publication date: 1994-11-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Tem peratur, der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckes re spektive der Dichte eines Fluids, insbesondere zur Erfas sung des Wärmeumsatzes in Heizungen, Kühlsystemen und Kli maanlagen, wozu eine Sensor hinter einen Störkörper zur Erzeugung von Wirbeln auf einer Meßzunge positioniert, und das erzeugte Frequenzsignal aufgezeichnet und ausgewertet wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem einer Meßzunge vorge ordneten Störkörper sowie gegebenenfalls weiteren Aufneh mern und der Auswerteeinheit.

Wirbelströmungsmesser zur Erfassung insbesondere der Strö mungsgeschwindigkeit sind bekannt. Aus der DE-GM 82 30 598 ist ein Meßgerät für Wärmetauscher an Wetterkühlanlagen be kannt, das bei hohem Betriebsdruck arbeitet. Mit Hilfe des von diesem Meßgerät bekannten Verfahrens wird sowohl die Strömungsgeschwindigkeit als auch die Temperatur gemessen, wozu der Störkörper zur Erzeugung der benötigten Wirbel auf einer Meßzunge angeordnet ist. Wegen der mechanischen Bean spruchung durch den Staudruck und damit verbundenen Taumel bewegungen des Störkörpers ist die Zunge so stark ausge legt, daß ihre Steifigkeit Bewegungen des Störkörpers verhindert. Es ist somit nicht möglich, gleichzeitig auch den Druck bzw. die Dichte des Fluids zu messen. Bei Hei zungsanlagen, Kühlsystemen und Klimaanlagen wird bei be kannter Wärmekapazität des Wärmeträgers der Massedurchsatz und die Temperaturdifferenz am Ein- und Austritt eines Wärmetauschers ermittelt. Hierzu sind getrennte Aufnehmer erforderlich. Der Aufwand ist relativ hoch, wobei wiederum die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden müssen, nicht aber der Druck bzw. die Dichte des Fluids, so daß nur ungenügende und ungenaue Angaben zu erhalten sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren und eine geeignete Vorrichtung zu schaffen, über die Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und Druck/Dichte kom biniert mit geringem Aufwand ermittelt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Meßsignal sowohl bezüglich Offset und Frequenz als auch Am plitude ausgewertet wird und daß daraus Temperatur, Strö mungsgeschwindigkeit und Dichte ermittelt werden.

Gezielt wird nach diesem Verfahren ein auswertbares Signal erzeugt, über das nicht nur wie bisher Offset und Frequenz, sondern auch die Amplitude ausgewertet werden kann, so daß dieses Wirbelwechselsignal gleichzeitig auch eine einwand freie Dichtemessung zuläßt. Alles dies erfolgt mit einem einzigen Sensor, so daß der apparative Aufwand ausgespro chen gering gehalten werden kann. Mit Hilfe des erfindungs gemäßen Verfahrens können sowohl Flüssigkeiten als vom Prinzip her auch Gase untersucht werden, so daß unabhängig vom jeweiligen Medium genaue Meßergebnisse erreicht werden, die einwandfreie Rückschlüsse auf die Wärmeumsätze ermögli chen.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vor gesehen, daß Störkörper und Signalaufnehmer in einer defi nierten Position zueinander in der Strömung angeordnet und mit der Auswerteeinheit verbunden werden. Dies bringt das vorteilhaft auswertbare Signal, weil sich Störkörper und Aufnehmer nicht nachteilig beeinflussen. Erfindungsgemäß erhält man ein einwandfreies Wirbelwechselsignal, dessen Amplitude gemessen und ausgewertet werden kann und ent sprechend auch wird.

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung mit einem einer Meßzunge vorgeordneten Störkörper sowie gege benenfalls weiteren Aufnehmern und der Auswerteeinheit vor gesehen, wobei ein Sensor als Strömungsmeßstreifen auf ei ner Meßzunge hinter einem Störkörper in der Strömung den Wechseldruck von Karman-Wirbeln erfassend ausgebildet und angeordnet ist, und wobei die Auswerteeinheit, Frequenz, Amplitude und Offset des Meßsignals erfaßt. Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung können alle drei Meßgrößen an dem Wirbelströmungsmesser ermittelt werden, ohne daß es aufwen diger Meßeinrichtungen bedarf.

Besonders störunanfällig ist eine derartige Vorrichtung, wenn der als Temperaturmeßstreifen ausgebildete Sensor der Meßzunge zugeordnet ist, die dicht hinter dem Störkörper und rechtwinklig dazu im Strömungsschatten angeordnet ist. Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Meßzunge mit Sensor in einem Hohlraum des Störkörpers aufrecht und pa rallel zur Strömung stehend angeordnet ist, wobei der Hohl raum seitliche, über die Höhe der Meßzunge reichende Aus nehmungen aufweist. Durch diese Ausbildung kann das Meß signal so empfangen und ausgewertet werden, daß daraus Tem peratur, Strömungsgeschwindigkeit und Dichte zu ermitteln sind.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zusätzlich zum Sensor oder an seiner Stelle ein Piezoauf nehmer mit entsprechender rechnerischer Verknüpfung vorge sehen ist. Diese Ausbildung ist besonders für Gasleitungen vorteilhaft einzusetzen, weil hierdurch unter gleichen Meß bedingungen ein höheres Signal geliefert wird, was wiederum einwandfreie Meßergebnisse auch bei der geringeren Dichte von Gasen ermöglicht. Eine einwandfreie kombinierte Messung von Geschwindigkeit und Dichte ist mit einem solchen piezo elektrischen Aufnehmer an dem im Prinzip bekannten Wirbel strömungsmesser möglich.

Diese Kombination der verschiedenen Messungen können vor teilhaft auch bei einer anderen Meßeinrichtung verwendet werden, wozu die Erfindung vorsieht, daß der Sensor durch einen Drall-, Schwingkörper- oder Coriolisströmungsmesser ersetzt ist. Genaue Meßergebnisse bei diesen unterschied lich ausgebildeten Strömungsmessern geben die Möglichkeit, den für den jeweiligen Einsatzfall optimalen Wert zu ermit teln.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß mit einem relativ geringen apparativen Aufwand mehrere Meß größen gleichzeitig und genau ermittelt werden können. Dabei kann vorteilhafterweise auf bekannte Meßeinrichtungen zurückgegriffen werden, die durch geeignete Abwandlung und Anordnung dazu benutzt werden, auch Druck/Dichte gleichzei tig mitzumessen bzw. auch bei Gasen eine einwandfreie Mes sung zu ermöglichen.

Eine zweckmäßige Ausführung wird anhand der Figuren weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine einfache Ausfertigung der Meßvorrichtung mit getrenntem Störkörper und Meßzunge,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in Seitenansicht,

Fig. 3 eine für die Ermittlung der verschiedenen Werte geeignete Darstellung eines Meßsignals,

Fig. 4 eine besonders zweckmäßige und kompakte Meßsonde in Seitenansicht,

Fig. 5 die Meßsonde nach Fig. 4 in Vorkopfansicht und

Fig. 6 die Meßsonde nach Fig. 4 in Draufsicht, und zwar mittig geschnitten.

Bei der Darstellung nach Fig. 1 ist die Meßvorrichtung 1 in eine Strömung 2 von Flüssigkeit oder Gas angeordnet, wo bei der Störkörper 3 so vor der Meßzunge 4 mit dem Sensor 5 angeordnet ist, daß sich die hier gezeigten Wirbel 6 bil den. Mit einer derartigen Meßvorrichtung können sowohl Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur wie auch Dichte mit dem einzigen Sensor 5 ermittelt werden, weil dieser das aus Fig. 3 ersichtliche Meßsignal erzeugt.

Fig. 2 zeigt die Meßvorrichtung gemäß Fig. 1 in Seitenan sicht, wobei deutlich wird, daß der Sensor 5 im Bereich ei ner entsprechenden Verbreiterung 7 des Störkörpers 3 ange ordnet ist.

Bei dem in Fig. 3 wiedergegebenen Meßsignal 11 wird der Strömungswert 8, der Dichtewert 9 und der Temperaturwert 10, wie dargestellt, ausgewertet und festgehalten.

In den Fig. 4, 5 und 6 ist eine weitere Ausbildung einer derartigen Meßvorrichtung 1 wiedergegeben, wobei es sich um eine kompakter Meßsonde 12 handelt. Das Vorderteil 13 des hier als Störkörper 3 dienenden Korpus ist so aufgebaut, wie dies auch anhand der Fig. 1 angedeutet ist. Es werden hier durch die Karman-Wirbel gebildet, die über den Wirbel 6 zu dem in Fig. 3 dargestellten Signal führen.

Im Mittelteil 14 der Meßsonde 12 ist ein Hohlraum 15 aus gebildet, in dem die Meßzunge 4 mit dem Sensor 5 unterge bracht ist. Die Anordnung der Meßzunge 4 entspricht genau der in Fig. 1; ebenso die Anordnung des Sensors 4. Der Hohlraum 15 ist über seitliche Ausnehmungen 16, 17 zwischen Vorderteil 13 und Rückenteil 18 über die erzeugten Wirbel erreichbar, wobei auch hier Fig. 4 und 5 verdeutlichen, daß der Sensor 5 unterhalb bzw. im Bereich der Verbreite rung 7 positioniert ist.

Bezugszeichenliste

1 Meßvorrichtung
2 Strömung
3 Störkörper
4 Meßzunge
5 Sensor
6 Wirbel
7 Verbreiterung
8 Strömungswert
9 Dichtewert
10 Temperaturwert
11 Meßsignal
12 Meßsonde
13 Vorderteil = 3
14 Mittelteil
15 Hohlraum
16 Ausnehmung
17 Ausnehmung
18 Rückenteil von 3.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Temperatur, der Strömungsge schwindigkeit und des Druckes respektive der Dichte eines Fluids, insbesondere zur Erfassung des Wärme umsatzes in Heizungen, Kühlsystemen und Klimaanlagen, wozu ein Sensor hinter einem Störkörper zur Erzeugung von Wirbeln auf der Meßzunge positioniert, und das erzeugte Frequenzsignal aufgezeichnet und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal sowohl bezüglich Offset und Frequenz als auch Amplitude ausgewertet wird und daraus Temperatur, Strömungs geschwindigkeit und Dichte ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Störkörper und Signalaufnehmer in einer definierten Position zueinander in der Strömung angeordnet und mit der Auswerteeinheit verbunden werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1 oder Anspruch 2, mit einem einer Meßzunge vorgeordneten Störkörper sowie gegebenenfalls weiteren Aufnehmern und der Auswerteeinheit, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Sensor (5) als Strömungsmeßstreifen auf einer Meßzunge (4) hinter einem Störkörper (3) in der Strömung den Wechseldruck von Karman-Wirbeln (6) erfassend ausgebildet und angeordnet ist und daß die Auswerteinheit, Frequenz, Amplitude und Offset des Meßsignals erfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der als Temperaturmeßstreifen ausgebildete Sensor (5) der Meßzunge (4) zugeordnet ist, die dicht hinter dem Störkörper (3) und rechtwinklig dazu im Strö mungsschatten angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzunge (4) mit Sensor (5) in einem Hohlraum (15) des Störkörpers (3) aufrecht und parallel zur Strömung (2) stehend angeordnet ist, wobei der Hohl raum seitliche, über die Höhe der Meßzunge (4) rei chende Ausnehmungen (16, 17) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Sensor (5) oder an seiner Stelle ein Piezoaufnehmer mit entsprechender rechnerischer Verknüpfung vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Störkörper (5) durch einen Drall-, Schwing körper- oder Coriolisströmungsmesser ersetzt ist.