DE102007058133A1

DE102007058133A1 - Messsystem, insbesondere zur Durchflussmessung eines in einer Rohrleitung strö menden Messmediums

Info

Publication number: DE102007058133A1
Application number: DE200710058133
Authority: DE
Inventors: Achim Wiest; Andreas Berger
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2009-06-04
Also published as: WO2009068692A1

Abstract

Messsystem, insbesondere zur Durchflussmessung eines in einer Rohrleitung strömenden Messmediums (4), insbesondere eines Fluids, welches Messsystem ein Messrohr (1) umfasst, welches Messrohr (1) ein Trägerrohr (2) mit mindestens einer Auskleidung (3) umfasst, welches Trägerrohr (2) einen freien Querschnitt AiT aufweist und welche mindestens eine Auskleidung (3) einen freien Querschnitt AiT aufweist, wobei Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung (3) und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs (2) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der freie Querschnitt AiA, welcher von der mindestens einen Auskleidung (3) begrenzt ist, in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr (1) strömenden Messmediums (4) so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, insbesondere aufgrund temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs (2) und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums (4) und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads (10), kleiner als die temperaturbedingten Messabweichungen sind, die im freien Querschnitt AiT des Trägerrohrs (2) des Messrohrs (1) ohne die mindestens eine Auskleidung (3) auftreten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem, insbesondere zur Durchflussmessung eines in einer Rohrleitung strömenden Messmediums, insbesondere eines Fluids, welches Messsystem ein Messrohr umfasst, welches Messrohr ein Trägerrohr mit mindestens einer Auskleidung umfasst, welches Trägerrohr einen freien Querschnitt A_i ^T aufweist und welche mindestens eine Auskleidung einen freien Querschnitt A_i ^A aufweist.
Es sind Messrohre, insbesondere aus der magnetisch induktiven Durchflussmessung oder aus der Durchflussmessung auf Basis von Ultraschall bereits bekannt, die mit einer Auskleidung auf der Innenseite versehen sind. Diese Auskleidung wird üblicherweise Liner genannt.
Die WO2006/067077A2 beschreibt dabei, dass der üblicherweise aus einem thermoplastischen, duroplastischen oder elastomeren Kunststoff bestehende Liner der chemischen Isolierung des Trägerrohrs vom Fluid dient. Bei magnetischinduktiven Messaufnehmern, bei denen das Trägerrohr eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, beispielsweise bei Verwendung metallischer Trägerrohre, dient der Liner außerdem als elektrische Isolierung zwischen dem Trägerrohr und dem Fluid, die ein Kurzschließen des elektrischen Feldes über das Trägerrohr verhindert. Durch eine entsprechende Auslegung des Trägerrohrs ist insoweit also eine Anpassung der Festigkeit des Messrohrs an die im jeweiligen Einsatzfall vorliegenden mechanischen Beanspruchungen realisierbar, während mittels des Liners eine Anpassung des Messrohrs an die für den jeweiligen Einsatzfall geltenden chemischen und/oder biologischen Anforderungen realisierbar ist.
Bei Ultraschall-Durchflussmessgeräten weist der Werkstoff, aus dem die Auskleidung gefertigt ist, eine geringere akustische Impedanz auf, als das Trägerrohr selbst oder das Material ist akustisch dämpfend wie in der US4003252A1 . Die US4365518 zeigt ein Ultraschalldurchflussmessgerät, welches ein Messrohr aufweist, worin die Strömung auf mehrere Kanäle in einer Auskleidung aufgeteilt ist.
Ultraschall-Durchflussmessgeräte werden vielfach in der Prozess- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie erlauben in einfacher Weise, den Volumendurchfluss in einer Rohrleitung berührungslos zu bestimmen.
Die bekannten Ultraschall-Durchflussmessgeräte arbeiten häufig nach dem Doppler- oder nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip. Beim Laufzeitdifferenz-Prinzip werden die unterschiedlichen Laufzeiten von Ultraschallimpulsen relativ zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausgewertet. Es wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in einem Medium von dessen Fließgeschwindigkeit direkt beeinflusst wird. Hierzu werden Ultraschallimpulse sowohl in wie auch entgegen der Strömung gesendet. Aus der Laufzeitdifferenz lässt sich die Fließgeschwindigkeit und damit bei bekanntem Durchmesser des Rohrleitungsabschnitts der Volumendurchfluss bestimmen.
Die Ultraschallwandler bestehen normalerweise aus einem Piezoelement, auch kurz Piezo genannt, und einem Koppelelement, auch Koppelkeil oder seltener Vorlaufkörper genannt, aus Kunststoff. Im Piezoelement werden die Ultraschallwellen erzeugt und über das Koppelelement zur Rohrwandung geführt und von dort in die Flüssigkeit geleitet. Da die Schallgeschwindigkeiten in Flüssigkeiten und Kunststoffen unterschiedlich sind, werden die Ultraschallwellen beim Übergang von einem zum anderen Medium gebrochen. Der Brechungswinkel bestimmt sich nach dem Snell'schen Gesetz. Der Brechungswinkel ist somit abhängig von dem Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den beiden Medien.
Üblicherweise wird das Koppelelement am Rohr bzw. in einem am Rohr befestigten Sensorhalter ausgerichtet.
Wegen seiner guten Verarbeitbarkeit einerseits und seinen guten chemischen und mechanischen Eigenschaften anderseits haben sich neben Hartgummi oder fluorhaltigen Kunststoffen, wie z. B. PTFE, PFA, in besonderem Maße auch Polyurethane als Material für Liner von In-Line-Durchflussmessgeräten etabliert. Zudem weisen Liner aus Polyurethan, insbesondere auch in bakteriologischer Hinsicht, zumeist gute biologische Eigenschaften auf und sind insoweit auch gut für die Anwendung auf wässrige Fluide geeignet.
Die Auswahl des Materials für die Auskleidung ist meist unabhängig von dem Werkstoff des Trägerrohrs. Eine besonders vorteilhafte Kombination ist nicht bekannt. Auch die geometrischen Dimensionen von Auskleidung und Trägerrohr sind geprägt durch fertigungstechnische Fragestellungen oder Kostengesichtspunkte, eine Mindestdicke für Temperatur- und Druckfestigkeit bei erwarteter Einsatztemperatur und erwartetem Einsatzdruck oder für ausreichende elektrische bzw. chemische Isolation oder akustische Dämpfung vorausgesetzt. So ist nicht bekannt, dass ein bestimmtes Verhältnis von Auskleidungsdicke zu dem Innendurchmesser des Trägerrohrs bevorzugt Verwendung findet. Die Länge des Messrohrs spielt lediglich bei der Haftung von Liner am Trägerrohr eine Rolle.
Die Liner weisen üblicherweise einen Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, der weit über dem Temperaturausdehnungskoeffizienten des Materials des Trägerrohrs liegt. So kommt es zu unterschiedlich starken Ausdehnungen von Auskleidung und Trägerrohr über Temperatur. Dies kann zu einer Ablösung der Auskleidung von dem Trägerrohr führen, wobei verschiedene Ausführungsformen bzw. Befestigungskonstruktionen bekannt geworden sind, diese Ablösung zu verhindern. Dazu zählen z. B. Löcher im Trägerrohr bzw. in der dem Messmedium zugewandten Trägerrohrwand, Schwalbenschwanz- oder Brückenkonstruktionen oder das Einbringen von gitterartigen, netzartigen oder porösen Stützkörpern oder dreidimensionalen Geweben, wobei sich das Material der Auskleidung bei der Fertigung in bzw. zwischen diese Befestigungsmittel bewegt und somit mit dem Trägerrohr fest verbunden ist. Eine weitere Möglichkeit eine Ablösung zu vermeiden ist, die Temperaturausdehnungskoeffizienten der Auskleidung und des Trägerrohrs ähnlich Groß zu wählen und die Auskleidung sehr dünn zu gestalten.
Keine Beachtung fand hingegen der Messfehler durch eine Temperaturausdehnung des Messrohrs, also der Temperaturabhängigkeit der Messung von den geometrischen Abmessungen des Messsystems, insbesondere des Innendurchmessers des Messrohrs. Der Innendurchmesser des Messrohrs bzw. die lichte Weite oder der freie Querschnitt des Messrohrs begrenzen den Durchfluss des Messmediums durch das Messrohr.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Messsystem zum Messen eines in einer Rohrleitung bzw. in einem Messrohr strömenden Fluids vorzuschlagen, welches eine hohe Messgenauigkeit über einen weiten Temperaturbereich aufweist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Messsystem, insbesondere zur Durchflussmessung eines in einer Rohrleitung strömenden Messmediums, insbesondere eines Fluids, vorgeschlagen wird, welches Messsystem ein Messrohr umfasst, welches Messrohr ein Trägerrohr mit mindestens einer Auskleidung umfasst, welches Trägerrohr einen freien Querschnitt A_i ^T aufweist und welche mindestens eine Auskleidung einen freien Querschnitt A_i ^A aufweist, wobei Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der freie Querschnitt A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung begrenzt ist, in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr strömenden Messmediums so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, insbesondere aufgrund temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads, kleiner als die temperaturbedingten Messabweichungen sind, die im freien Querschnitt A_i ^T des Trägerrohrs des Messrohrs ohne die mindestens eine Auskleidung auftreten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der freie Querschnitt A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung begrenzt ist, in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr strömenden Messmediums so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, insbesondere aufgrund temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads, näherungsweise Null sind.
Das bedeutet, dass Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der freie Querschnitt A_i ^A der mindestens einen Auskleidung in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr strömenden Messmediums so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, insbesondere aufgrund temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads, kleiner als 50%, vorzugsweise kleiner als 20%, insbesondere kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5%, insbesondere kleiner als 2%, insbesondere kleiner als 1%, insbesondere kleiner als 0,5%, insbesondere kleiner als 0,1% der temperaturbedingten Messabweichungen sind, die im freien Querschnitt A_i ^T des Trägerrohrs des Messrohrs ohne die mindestens eine Auskleidung auftreten.
Ein Trägerrohr, welches einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, weist einen mittleren inneren Radius r _i ^T und einen mittleren äußeren Radius r _a ^T auf. Die Auskleidung weist einen mittleren inneren Radius r _i ^A und einen mittleren äußeren Radius r _a ^A auf. Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs sind nun so aufeinander abgestimmt, dass sich ein mittlerer innerer Radius r _i ^A der Auskleidung in Abhängigkeit einer Temperatur des durch das Messrohr strömenden Messmediums so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, die ohne die Auskleidung auftreten würden, entsprechend verkleinert werden. Dabei wird die relative Änderung des mittleren inneren Radius der Auskleidung, welcher dem Innendurchmesser des Messrohrs entspricht, der Innendurchmesser der Auskleidung begrenzt somit den Innendurchmesser des Messrohrs, betrachtet. Hier wird im Nachfolgenden auch von kompensiert gesprochen, obwohl eine Vollständige Kompensation, also eine Vollständige Reduktion der Messabweichungen auf Null, nicht zwingend erfindungsgemäß ist. Der Einfachheit halber wird im Nachfolgenden ein Messrohr mit näherungsweise kreisrundem Querschnitt beschrieben, obwohl die Erfindung nicht auf solche Rohre festgelegt ist. Es sind auch Rohre mit rechteckigen oder andersartigen Querschnitten erfindungsgemäß auszugestalten.
Durch eine immer vorhandene Oberflächenrauheit oder durch gewisse Fertigungstoleranzen ist eine Oberfläche nie eben und ein Innendurchmesser über eine Rohrleitungslänge nie konstant. Eine Näherung kann somit, je nach technischem Gebiet, sowohl mikroskopische Ungenauigkeiten als auch makroskopische Abweichungen berücksichtigen. Eine Mittelung der Radien wird wie folgt definiert.
ist der über eine Querschnittsfläche gemittelte Radius.
Besitzt das Rohr die Länge L und wird die axial vom Rohreinlauf bis zum Rohrauslauf laufende Koordinate x eingeführt, ergibt sich somit ein über die Länge des Rohres gemittelter Radius zu:
Die Mittelung von Durchmessern erfolgt analog.
Eine Geometrie kennzeichnet die konstruktive Gestaltung, insbesondere Größe und Form, eines Körpers. Neben den äußerlichen Abmessungen sind z. B. auch Dichte oder Porosität bei offen- oder geschlossenporigen Strukturen durch die Geometrie bestimmt. Diese Parameter sind erfindungsgemäß in gewissen Grenzen vorgebbar. Stoffeigene Größen können sich, im Unterschied zu Materialkonstanten, über die Zeit und/oder über weitere Parameter, hier insbesondere über die Temperatur ändern. Sie berechnen sich meist über Funktionen, unter anderem mit Materialkonstanten als Koeffizienten.
So ist die Wärmeausdehnung, oder auch Temperaturausdehnung genannt, meist durch α beschrieben, wie die meisten physikalischen Größen nicht linear. Allgemein gilt: x = x₀·(1 + k₁ΔT + k₂(ΔT)² + ... + k_n(ΔT)ⁿ), mit der Temperaturdifferenz ΔT = (T – T₀), wobei x₀ die physikalische Größe bei einer Temperatur T₀ ist, und mit den Temperaturkoeffizienten n-ter Ordnung k_n, wobei n Element der natürlichen Zahlen ist. Für den interessierenden Bereich wird die Wärmeausdehnung als linear angenommen.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, die geometrischen Verhältnisse von Auskleidung und Trägerrohr und deren Eigenschaften bezüglich ihrer Ausdehnung über die Temperatur so aufeinander abzustimmen, dass der Einfluss der Temperatur des Messrohrs auf die Messung verringert wird. Die Effekte der unterschiedlichen Ausdehnung über Temperatur von Trägerrohr und Auskleidung kompensieren sich im Idealfall gegenseitig. So besteht z. B. das Trägerrohr aus einem ersten Material und die Auskleidung besteht aus einem zweiten Material, wobei sich beide Materialen unterscheiden und die Temperaturausdehnungskoeffizienten beider Materialen und die geometrischen Abmessungen von Trägerrohr und Auskleidung entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Dies können je nach Anwendung Änderungen sowohl in radialer Richtung des Messrohrs als auch in axialer Richtung sein. Dadurch ist die Messgenauigkeit weniger abhängig von der Temperatur des Messmediums. Das Trägerrohr besitzt vorteilhaft eine größere Steifigkeit als die Auskleidung.
Es ist nun nicht mehr ausschließlich das Material der Auskleidung und deren Dicke nach fertigungstechnischen Gesichtspunkten oder nach der Qualität der Isolation ausgesucht, sondern die Dicke, oder auch Stärke, der Auskleidung ist Abhängig vom Verhältnis der geometrischen Maße des Trägerrohrs, den stoffeigenen Größen des Werkstoffs des Trägerrohrs und von dem Einsatzzweck bzw. dem Messsystem, in dem die Rohrleitung bzw. das Messrohr eingesetzt ist. Zur Materialauswahl sind nun unter anderem die Temperaturausdehnungskoeffizienten mit einbezogen.
Der Temperaturausdehnungskoeffizient der Auskleidung bzw. die Temperaturausdehnungskoeffizienten der Auskleidungen, also die auszuwählenden Materialen der Auskleidungen sind eine Funktion des Temperaturausdehnungskoeffizienten des Trägerrohrs und der Steifigkeit des Trägerrohrs, also dem Material des Trägerrohrs, der Materialstärke bzw. der Dicke der Auskleidung, des Innendurchmessers bzw. des freien Querschnitts des Trägerrohrs und, entsprechend dem Einsatzzweck, des Abstands der Sensoren und/oder der Länge und/oder weiteren geometrischen Merkmalen des Trägerrohrs.
Weitere geometrische Merkmalen neben den verschiedenen Befestigungskonstruktionen bzw. Stützkörpern in oder am Trägerrohr, können z. B. Schultern sein, welche die Länge der Auskleidung begrenzen. Je nach Einsatzzweck der erfindungsgemäßen Rohrleitung- bzw. des erfindungsgemäßen Messrohrs kann der letzte Faktor, wie auch alle anderen Faktoren, den Wert Null annehmen bzw. er wird nicht berücksichtigt.
Umgekehrt sind die Temperaturausdehnungskoeffizienten ihrerseits abhängig vom gewählten Material. Es gibt also mehrere gleichberechtigte Vorgehensweisen bei der Auswahl und Dimensionierung vom Messrohr, also von Auskleidung und Trägerrohr. Einerseits können zuerst bevorzugte Materialien ausgewählt werden, die für die besondere Anwendung sehr geeignet erscheinen. Die lichte Weite, also der freie Querschnitt und somit der Innendurchmesser, des Messrohrs ist herkömmlicherweise eine Forderung des Kunden. Die weitere Dimensionierung erfolgt dann unter den Vorgaben von Temperaturausdehnungskoeffizienten, Steifigkeiten und geometrischen Merkmalen, aber auch Fertigungsverfahren, bzw. Fertigungseigenschaften wie z. B. die Fertigungstemperatur, finden Berücksichtigung. Andererseits könnten geometrische Vorgaben bestehen, wie z. B. eine geforderte minimale lichte Weite und/oder ein maximaler Außendurchmesser des Messrohrs und/oder weitere einschränkende prozesstechnische Merkmale, wie. z. B. ein bestimmter vorherrschender Druck des Messmediums. Daraufhin kann eine Materialauswahl erfolgen. Weitere Auflösungen nach einzelnen Parametern der oben genannten Funktion sind selbstverständlich möglich.
Der Druck des Messmediums oder der Umgebungsdruck auf die Rohrleitung bzw. die daraus resultierende Druckdifferenz haben einen vernachlässigbaren Einfluss. In einer weitergebildeten Berechnungsformel können auch diese mit einfließen. Die Schallgeschwindigkeiten in Auskleidungen, Trägerrohr und/oder Messmedium sind für die Messung mit einem Ultraschalldurchflussmessgerät, die elektrischen Leitfähigkeiten für ein magnetisch induktives Messgerät relevant. Teilweise sind diese jedoch bekannt oder eine Vorraussetzung für das verwendete Material oder sie können während oder kurz vor der eigentlichen Messung bestimmt werden. Somit sind sie bei der Produktion der erfindungsgemäßen Rohrleitung nicht maßgeblich für die geometrisch konstruktive Ausgestaltung der Rohrleitung. Als stellvertretende Größe der Steifigkeit zur Berechnung kann z. B. der Elastizitätsmodul, kurz E-Modul, herangezogen.
Das erfindungsgemäße Messrohr hat Vorteile für viele Arten den Durchfluss zu messen. Bei der thermischen Massenstrommessung dient der Rohrleitungsquerschnitt zur Berechnung des Durchflusses, genau wie bei der Ultraschall-Durchflussmessung oder der magnetisch induktiven Durchflussmessung. Auch für Vortex-Durchflussmesser oder für die Wirk- bzw. Differenzdruckdurchflussmessung kann die Erfindung in dem kleinsten Querschnitt einer Blende, eines Venturirohrs oder eines Rohrs, in dem ein Staudruckkörper platziert wird, vorteilhaft eingesetzt werden. Aber auch in der Füllstandsmesstechnik kann das erfindungsgemäße Messrohr vorteilhaft eingesetzt werden. In dieser Aufzählung von Anwendungsbeispielen nicht genannte Anwendungen sollen hierdurch jedoch keineswegs ausgeschlossen werden.
Zu den Grundlagen einer Berechnungsformel. Die Fläche einer Rohröffnung A(T), also der freie Querschnitt eines Messrohrs, welche durch den Innendurchmesser als charakteristische Größe festgelegt ist, ändert sich in erster Näherung, wenn sich der Umfang der Rohrwand U(T) mit einem Temperaturkoeffizienten α verändert:
Da sich der Durchfluss Q aus dem Produkt aus Rohrquerschnitt A, also der durchströmten Fläche, und der Geschwindigkeit v des Messmediums, genauer der mittleren Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums beim Durchtritt durch die Fläche A, ergibt, Q = A·v, folgt:
Da α << 1, typische Werte für α bei Kunststoffen liegen bei 1 ... 1000·10^–6, folgt α² ≈ 0 und damit:
Die Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums, welche z. B. bei der Durchflussmessung mittels Ultraschall gemessen wird, verändert sich aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Geometrie des Messrohrs und ist somit quasi auch temperaturabhängig, wobei hier unberücksichtigt bleibt, dass der Druck des Messmediums bei steigender Temperatur zunimmt, da auch das Messmedium eine Wärmeausdehnung hat, welcher seinerseits die Strömungsgeschwindigkeit beeinflussen kann. Eine näherungsweise temperaturunabhängig konstante Geometrie des Messrohrs würde somit zu einer näherungsweise konstanten Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums im Messrohr führen. Allerdings verändert sich das Messrohr auch in der Länge, so dass es zu einer Volumenveränderung des Messrohrs durch Temperaturausdehnung kommt. Eine solche Volumenausdehnung, wie auch andere temperaturbedingte Effekte, können unter Umständen mit einem anderen Verhältnis von Auskleidungsdicke zu Trägerrohrdurchmesser bzw. unten näher beschriebenen Maßnahmen kompensiert werden bzw. ihr Einfluss auf die Messung verringert werden. Für die Volumenausdehnung gilt: V(T) = Y(T₀)·(1 + 3α(T – T₀)), wobei V(T) das temperaturabhängige Volumen einer Rohrleitung ist. Weitere zu berücksichtigende und damit zu korrigierende Effekte können temperaturunabhängig sein und mit der Konstruktion des Rohrs bzw. der Materialauswahl zusammenhängen, wie z. B. eine Kompressibilität der Auskleidung oder eine Veränderung des Drucks des Messmediums. Somit kann auch eine temperaturbedingte Querschnitts- bzw. Innendurchmesservergrößerung oder – verkleinerung zu einer Verbesserung der Messung führen, z. B. durch Korrektur eines durch eine Änderung eines Messpfads bzw. Signalpfads verursachten Fehlers.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, dass eine relative Änderung
des freien Querschnitts A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung begrenzt ist, bei einer Temperaturänderung ΔT = T – T₀ des Messmediums, von einer Ausgangstemperatur T₀ des Messmediums ausgehend, kleiner ist als eine relative Änderung
des freien Querschnitts A_i ^T des Trägerrohrs ohne die mindestens eine Auskleidung.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass eine relative Änderung
des freien Querschnitts A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung begrenzt ist, bei einer Temperaturänderung ΔT = T – T₀ des Messmediums, von einer Ausgangstemperatur T₀ des Messmediums ausgehend, näherungsweise Null ist.
Somit beträgt eine relative Änderung
des freien Querschnitts A_i ^A der mindestens einen Auskleidung bei einer Temperaturänderung ΔT = T – T₀ des Messmediums, von einer Ausgangstemperatur T₀ des Messmediums (4) ausgehend, nicht mehr als 50%, vorzugsweise nicht mehr als 20%, insbesondere nicht mehr als 10%, insbesondere nicht mehr als 5%, insbesondere nicht mehr als 2%, insbesondere nicht mehr als 1%, insbesondere kleiner als 0.5%, insbesondere kleiner als 0.1%, insbesondere kleiner als 0,05%, insbesondere kleiner als 0,02% einer relativen Änderung
des freien Querschnitts A_i ^T des Trägerrohrs ohne die mindestens eine Auskleidung.
Die relative Änderung des normierten, gemittelten inneren Radius der Auskleidung
ist entsprechend kleiner der relativen Änderung des normierten, gemittelten inneren Radius des Trägerrohrs
. Der Innendurchmesser des Messrohrs ist somit über die Länge des Messrohrs und über einen weiten Temperaturbereich näherungsweise konstant. Es entsteht eine Rohrleitung mit näherungsweise konstantem freiem Querschnitt bzw. näherungsweise konstanter lichter Weite über einen weiten Temperaturbereich bzw. in einem großen Temperaturintervall.
Der weite Temperaturbereich ist der Bereich in dem die Wärmeausdehnungen bestimmt bzw. vorhergesagt werden können, insbesondere der Bereich, in dem die linearen Gesetze zur Temperaturausdehnung und Steifigkeit gelten und angenommen werden können. Die Grenzen sind Stoffabhängig. Aus der Kunststoffkunde sind so genannte Übergangstemperaturen bekannt. An Ihnen können sich die Wärmeausdehnungen ändern. Zwischen den Übergangstemperaturen sind die Wärmeausdehnungen aber wiederum determiniert.
Sind diese bekannt, können sie in die Berechnung des Messrohrs miteinbezogen werden, wodurch sich z. B. in einem Mehrlinersystem Änderungen höherer Ordnung kompensieren lassen.
So sind z. B. die Einfriertemperatur, die Glasübergangstemperatur, die Fließtemperatur, die Kristallitschmelztemperatur oder die Cracktemperatur als Übergangstemperaturen bekannt. So wird z. B. bei Epoxidharzen eine Glasübergangstemperatur genannt, oberhalb derer die Wärmeausdehnung um ein vielfaches höher ist, als darunter. Welche Übergangstemperaturen heranzuziehen bzw. zu berücksichtigen sind, hängt vom Stoff ab, also ob es sich um einen Duroplasten, um einen Elastomeren oder einen Thermoplasten handelt, wobei z. B. die Thermoplasten wiederum unterteilt werden können in z. B. amorphe oder teilkristalline Thermoplaste. Zwischen den Übergangstemperaturen verhalten sich die Stoffe unterschiedlich. So ist ein amorpher Thermoplast zwischen der Einfriertemperatur und der Glasübergangstemperatur hart-elastisch und spröde und zwischen der Glasübergangstemperatur und der Fließtemperatur weich-elastisch. Oberhalb der Fließtemperatur wird er zunächst teigig plastisch, bevor er flüssig wird und sich schließlich bei der Cracktemperatur zersetzt. Für die genannten Anwendungen sollte eine Auskleidung, welche mit einem Messmedium in Berührung steht, nicht flüssig sein oder sich gar zersetzen. Teilkristalline Thermoplasten sind im bevorzugten Gebrauchsbereich zwischen Glasübergangstemperatur und Fließtemperatur im Vergleich dazu zäh-elastisch.
Das Trägerrohr dehnt sich bei Erwärmung oder Abkühlung in einer bestimmten Abhängigkeit zur Temperaturdifferenz, um die es erwärmt oder abgekühlt wird, und zu stoffeigenen Größen des Materials, aus welchem das Trägerrohr besteht, und zu den geometrischen Verhältnissen des Trägerrohrs aus. Einer fachlich qualifizierten Person ist in diesem Zusammenhang üblicherweise der Begriff Ausdehnung bekannt, obwohl es sich bei Abkühlung genau genommen um eine Schrumpfung handelt.
Gleichermaßen dehnt sich die Auskleidung, welche im Trägerrohr fest angebracht ist aus. Sie wird dicker. Wenn der Werkstoff der Auskleidung eine höhere Wärmeausdehnung im Vergleich zum Trägerrohr bei gleicher Temperaturdifferenz aufweist, dehnt sich die Auskleidung mehr, also in größerem Umfang aus. Da jedoch das um die Auskleidung liegende Trägerrohr deren Ausdehnung nach außen, also von der Rohrmitte aus bzw. dem in der Rohrleitung strömenden Messmedium aus gesehen, begrenzt, dehnt sich die Auskleidung vermehrt nach innen, also zur Rohrmitte hin bzw. zum Messmedium hin aus. Dies vor allem, wenn das Trägerrohr eine genügend große Steifigkeit besitzt. Ist das Trägerrohr steif, hat die Neigung des Auskleidungsmaterials durch seine Ausdehnung das Trägerrohr zu verformen einen vernachlässigbaren Einfluss. Jedoch auch eine Kombination von zwei Materialen mit ähnlichen Steifigkeiten, wie z. B. PVDF und glasfaserverstärktes PVDF, ist denkbar.
Die stoffeigenen Größen sind zu den vorhandenen Geometrien abzustimmen. Die Messabweichung aufgrund der temperaturbedingten Ausdehnung des Trägerrohrs wird, wie bereits beschrieben, durch die vom Trägerrohr abweichende Ausdehnung über Temperatur der Auskleidung verringert. Des Weiteren können erfindungsgemäß bestimmte weitere gleichartige Effekte, wie z. B. temperaturbedingte Änderungen der geometrischen Abmessungen des Messsystems, insbesondere neben den Änderungen in radialer Richtung auch axiale Veränderungen, welche z. B. einen Drift der Messung zur Folge haben, kompensiert werden.
Dies ist besonders vorteilhaft für Durchflussmessungen, wobei der Fehler durch die Wärmeausdehnung des Rohrleitungssystems nicht gesondert berücksichtigt werden muss. Da bei Niedrigpreislösungen einer Durchflussmessung eine solche Korrektur bzw. eine separate Temperaturmessung nicht vorgenommen werden, ermöglicht die Erfindung kostengünstig eine hohe Messgenauigkeit im Vergleich zum Stand der Technik zu erreichen. Aber auch in der Füllstandsmesstechnik kann das erfindungsgemäße Messrohr vorteilhaft eingesetzt werden. So lässt sich z. B. ein Behälter konstruieren der trotz Temperaturänderungen näherungsweise das gleiche Volumen aufweist.
Es können je nach Anwendung isotrope Materialen eingesetzt werden oder anisotrope Materialen werden zur Herstellung der mindestens einen Auskleidung und/oder zur Herstellung des Trägerrohrs verwendet, insbesondere mit unterschiedlichen stoffeigenen Größen, wie z. B. axial und radial unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
In einer ersten Näherung kann angenommen werden, dass die Temperaturverteilung im Messrohr näherungsweise homogen ist und näherungsweise der Temperatur des Messmediums entspricht. Dies ist zum Beispiel bei thermisch isolierten Rohren zum Wärmetransport oder in der Prozessindustrie der Fall. Für eine genauere Berechnungen sind die vorherrschenden Bedingungen zu kennen.
Eine additive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, dass Größe und Form des freien Querschnitts A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung (3) begrenzt ist, in einer bestimmten Abhängigkeit zur Temperatur T des Messmediums (4) steht und über die Länge (6) des Messrohrs (1) näherungsweise konstant ist. Somit ist ΔA →Ai (T) = AAi (T, x) – AAi (T, x0) kleiner 0,5, vorzugsweise kleiner 0,2, insbesondere kleiner 0,1, insbesondere kleiner 0,05, insbesondere kleiner 0,02, insbesondere kleiner 0,01, wobei A_i ^A über einen weiten Temperaturbereich in vorgebbarer Weise variiert, bevorzugt in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr strömenden Messmediums, damit Messabweichungen aufgrund von temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads, die ihrerseits Funktionen der Messmediumstemperatur darstellen, verringert sind. Jedes Messrohr aus einem Trägerrohr mit eingezogenem Liner, wenn es fertigungstechnisch einwandfrei gefertigt ist, hat einen über die Länge des Messrohrs näherungsweise konstanten Innendurchmesser, der sich über einen weiten Temperaturbereich in bestimmter Weise verändert. Hier werden jedoch Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs so aufeinander abgestimmt, dass sich der über die Länge des Messrohrs näherungsweise konstante freie Querschnitt A_i ^A der mindestens einen Auskleidung in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr strömenden Messmediums so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen entsprechend verringert werden.
Bei einem Messrohr mit kreisförmigem Querschnitt steht Innendurchmesser des Messrohrs, z. B. über einen weiten Temperaturbereich, in einem bestimmten Verhältnis zur Länge des Messrohrs bzw. steht in einer bestimmten Abhängigkeit zur Länge des Messrohrs. Hier sind sowohl lineare als auch nichtlineare Funktionen möglich. Vorteilhaft steht der Innendurchmesser über Temperatur im gleichen Verhältnis zur Rohrleitungslänge bzw. zur Messrohrlänge, also eine Innendurchmesseränderung ist proportional zu einer Längenänderung. Weiterhin bevorzugt ist der Innendurchmesser eine Funktion der Messrohrlänge bzw. die Innendurchmesseränderung ist eine Funktion der Längenänderung.
Dies kann sowohl mit einer Auskleidung, als auch mit mehreren Auskleidungen, welche z. B. schichtweise übereinander aufgetragen sind, realisiert werden. Es handelt sich somit um ein Mehrlinersystem. Die Vorteile des Mehrlinersystems liegen in der Möglichkeit, quadratische Messabweichungen oder Messabweichungen höherer Ordnung zu verringern. Einige Beispiele von temperaturbedingten Messabweichungen sollen hier aufgezeigt werden. Diese Auflistung erhebt jedoch nicht den Anspruch der Vollständigkeit. Die Kompensation bzw. die Verringerung nicht genannter Messabweichungen soll nicht ausgeschlossen werden.
So gilt für die Schallgeschwindigkeit c in idealen Gasen:
mit dem Adiabatenexponeten κ, dem Druck p, der Dichte ρ, der idealen Gaskonstante R, der Temperatur T und M der molaren Masse. Eine Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit im Messmedium kann, auch bei bekanntem Messmedium, zu einer Messabweichung, insbesondere bei Durchflussmessgeräten auf Basis von Ultraschall, führen. Diese, wie auch andere Abweichungen vom realen Wert der zu messenden Größe, können erfindungsgemäß verkleinert werden.
Ein weitere Messabweichung aufgrund einer temperaturbedingten geometrischen Änderung des Messsystems, z. B. bei eines Ultraschalldurchflussmesssystes, ist die Änderung der Länge und des Außendurchmessers des Messrohrs, an dessen Wänden Sensoren, hier Ultraschallsensoren, d. h. Messsignalgeber und -aufnehmer, angebracht sind. Ultraschallsensoren, auch so genannte Clamp-On-Systeme, senden ein Ultraschallsignal in einem bestimmten Winkel zu den Messrohrwänden durch das Messmedium. Sind die Sensoren auf oder an den Wänden des Trägerrohrs befestigt, welches sich über Temperatur ausdehnt, ändert sich der radiale Abstand der Sensoren und/oder deren axialer Abstand und damit unter Umständen auch der Winkel der Sensoren zueinander. Der Winkel des Signals zum Messrohr, insbesondere der Winkel des Signals im Messmedium, ist nicht mehr ideal. Bei Ultraschallmessgeräten heißt dieser Signalweg akustischer Pfad. Der akustische Pfad erstreckt sich z. B. bei einem Clamp-On-System über das Trägerrohr bzw. über die Trägerrohrwand, die Auskleidungen und das Messmedium. Der Akustische Pfad, also der Laufweg der Signale im Messmedium ist wesentlich zur Bestimmung der Laufzeit der Signale bzw. der Laufzeitdifferenz der Signale und damit zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums. Aber auch bei Inline-Systemen oder Systemen mit Messsignalen parallel zur Strömungsrichtung wird ein akustischer Pfad genutzt. Der akustische Pfad im Messmedium verändert sich nun durch die beschriebene Ausdehnung des Trägerrohrs, auf welchem die Sensoren befestigt sind und somit auch die Messung.
Allgemein gilt für den Durchfluss, berechnet aus den gemessenen Laufzeiten mittels eines Ultraschall Laufzeitdifferenz-Verfahrens:
wobei t₁ die Laufzeit des Signals in eine Richtung und t₂ die Laufzeit des Signals in die andere Richtung ist. K ist seinerseits eine Funktion von der Länge des akustischen Pfads, vom Verhältnis zwischen radialem und axialem Sensorabstand, von der Geschwindigkeitsverteilung im Messmedium, also dem Strömungsprofil und der Querschnittsfläche des Messrohrs.
Das Messsignal S, welches bei einer Durchflussmessung auf Basis von Ultraschall verwendet wird, ist quadratisch abhängig von der Laufzeit der Ultraschallsignale, insbesondere bei Ultraschallsignalen parallel zur Strömungsrichtung.
wobei Δt, die Zeitdifferenz t₁ – t₂ zwischen Hin- und Rücksignal, also z. B. zwischen dem Signal mit dem Flüssigkeitsstrom und dem Signal gegen den Flüssigkeitsstrom, von der Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums abhängt und t₁·t₂, das Produkt der Laufzeiten der Signale, unter anderem von der Temperatur des Messmediums abhängig ist. Dies gilt nicht nur in direkter Weise, bei einer Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit, falls die Ultraschallwandler parallel zur Strömungsrichtung des Messmediums im Messrohr angebracht sind, führt dies zu einem zu Messfehler, welcher quadratisch von der Temperatur abhängt, sondern auch indirekt über die temperaturbedingte Längung des Messpfads, also die Längung des Messrohrs. Eine Alternative zur Verringerung der Messabweichung durch eine axiale Änderung des akustischen Pfads parallel zur Strömungsrichtung des Messmediums bei Ultraschallwandlern, die fest mit dem Trägerrohr in Verbindung stehen, wird weiter unten erläutert.
Die Strömungsgeschwindigkeit v(T) des Messmediums im Messrohr ist quadratisch Abhängig von der lichten Weite, welche in die Berechnung der freien Querschnittsfläche des Messrohrs A(T) eingeht:
wobei Q_v der Volumendurchfluss ist, wobei für den Massendurchfluss Q_m gilt: Q_m = Q_v·ρ; daher im Nachfolgenden nur noch kurz Durchfluss Q genannt. Bei einer Veränderung der lichten Weite des Messrohrs verändert sich somit auch die Strömungsgeschwindigkeit. Diese Abhängigkeit kann durch einen erfindungsgemäßen Liner verringert werden. Die Strömungsgeschwindigkeit ist näherungsweise konstant bzw. ist vom Messrohr bei näherungsweise konstantem Innendurchmesser weniger beeinflusst.
Durch mehrere Linerschichten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungen und Dicken, dehnen sich diese Schichten unterschiedlich aus und ermöglichen über steigende Temperatur eine sowohl progressive, als auch einen degressive Zu- und/oder Abnahme des Innendurchmessers des Messrohrs. Es lässt sich weiterhin auch der Effekt der stärkeren Ausdehnung ab einer Übergangstemperatur, z. B. der Glasübergangstemperatur, als ein Mittel zur überproportionalen Kompensation einsetzen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der freie Querschnitt A_i ^A der mindestens einen Auskleidung in einer bestimmten Abhängigkeit zu seiner axialen Lage in dem Messrohr und zur Temperatur T des Messmediums steht. Die Dicke des Liners variiert über die Rohrlänge über die Länge des Messrohrs in bestimmter, vorgebbarer Art und Weise. Der Innendurchmesser steht somit in einem bestimmten Verhältnis zur Temperatur des Messmediums und zur seiner axialen Position im Messrohr. Die axiale Lage wird in der Hauptströmungsrichtung des Messmediums vom Eingang des Messrohrs bis zum Ausgang des Messrohrs bestimmt.
Eine solche Ausführungsform kann durch verschiedene Ausgestaltungen realisiert werden. Einige dieser Ausgestaltungen sind im Folgenden erörtert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Auskleidung aus einem porösen Material, insbesondere einem geschlossenporigen Material, gefertigt ist oder dass mindestens eine Auskleidung aus einem offenporigen Material zwischen dem Trägerrohr und mindestens einer weiteren Auskleidung aus einem homogen geschlossenen Material angebracht ist, wobei die homogen geschlossene Auskleidung und das Trägerrohr die offenporige Auskleidung umschließen und diese somit vor einem Kontakt zur Umgebung des Messrohrs, z. B. vor einem Kontakt mit dem Messmedium, schützen, und dass die Poren mit einem Stoff, insbesondere einem Fluid, welches bevorzugt näherungsweise inkompressibel ist, insbesondere mit einem Gel, gefüllt sind.
Eine sehr vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass ein Fluid, insbesondere ein Gel, von dem Trägerrohr und mindestens einer homogen geschlossenen Auskleidung umschlossen und verkapselt wird, wobei bevorzugt das Trägerrohr an seinen axialen Enden Schultern nach innen, also auf der dem Messmedium zugewandten Seite, aufweist, welche das Fluid in seiner axialen Ausdehnung begrenzen und welche die mindestens eine Auskleidung stützen. Die Auskleidung ist dabei bevorzugt von einer mittleren Elastizität, welche insbesondere im Bereich der vollfluorierten Polymere liegt, und bildet somit eine mechanisch stabile, aber dennoch eingeschränkt flexible Wand zum Messmedium hin.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, dass ein doppelwandiges Rohr aus elastischem Material, insbesondere aus einem Polymer, in ein Trägerrohr mit auf den Stirnseiten befindlichen, nach innen, also in Richtung des Messmediums, ausgerichteten Schultern eingebettet ist, wobei dieses doppelwandige Rohr zwischen den beiden Rohrwänden einen Hohlraum bildet, der auf den Stirnseiten des doppelwandigen Rohrs fest verschlossen ist und dieser Hohlraum ein Fluid, insbesondere ein Gel, oder eine poröse Struktur umschließt bzw. das Fluid oder die poröse Struktur den Hohlraum ausfüllt, d. h. in diesem verkapselt ist, insbesondere wobei die poröse Struktur ein Fluid in den Poren aufweist, weshalb der Hohlraum nicht mehr leer ist und im Nachfolgenden als Innenraum bezeichnet wird, und der Druck in dem doppelwandigen Rohr und damit seine Ausdehnung nach innen, d. h. in Richtung des Messmediums, mit Hilfe von Prozess- und/oder Zustandgrößen des Messmediums, insbesondere Temperatur und Druck des Messmediums, als Regelgrößen geregelt wird, insbesondere über eine, mit dem Innenraum des doppelwandigen Rohrs über eine Leitung verbundene, Regeleinrichtung. Es handelt sich somit um eine, in das Trägerrohr eingebettete Einrichtung, einem rohrförmigen Luftballon zu vergleichen, der mit einem, bevorzugt näherungsweise inkompressiblen, Fluid befüllt wird und der Grad der Befüllung bzw. der Druck des Fluids vom Messmedium und dessen Zustand abhängt. Da die Stirnseiten durch die Schultern des Trägerrohrs und die vom Messmedium abgewandte Seite des doppelwandigen Rohrs von der Trägerrohrwand abgestützt sind und das Trägerrohr bevorzugt ausreichend steif ist, erfolgt eine Ausdehnung nur auf der dem Messmedium zugewandten Seite des doppelwandigen Rohrs. Eine Alternative stellt ein doppelwandiges Rohr mit ausreichend steifen strinseitigen radialen Verschlüssen dar, um auf die Schultern im Trägerrohr zu verzichten und/oder eine dem Messmedium abgewandte ausreichend Steife Rohrwand des doppelwandigen Rohrs. Durch eine Kombination der beiden genannten Merkmale macht das Trägerrohr als stabilisierendes Element überflüssig. Mit der befüllbaren Einrichtung, doppelwandiges Rohr, kann somit der Innendurchmesser des Messrohrs abhängig von Temperatur, Druck, Dichte des Messmediums oder anderen messmediumsspezifischen Eigenschaften eingestellt sein, um bspw. Schwankungen dieser Größen auszugleichen. Dies stellt eine Variante einer möglichen Druckkompensation dar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, dass Kanäle in der mindestens einen Auskleidung angebracht sind, welche mit einem Fluid gefüllt sind, bevorzugt vom einem Fluid durchströmt werden. Die Kanäle können dabei spiralförmig umlaufend sein, bevorzugt verlaufen sie rohrförmig und parallel zu den Wänden der Auskleidung. Druck, Temperatur, Fließgeschwindigkeit und andere Stoff-, Prozess- und Zustandsparameter des Fluids sind von den Stoff-, Prozess- und Zustandsparametern des Messmediums abhängig, welche bevorzugt als Regelgrößen zur Regelung des Fluids dienen.
Die vorgenannten Ausführungsformen haben die Vorteile, dass ein Zustand der Auskleidung einstellbar ist, neben einem bestimmten Innendurchmesser des Messrohrs ist eine bestimmte Temperatur oder eine bestimmte Steifigkeit der Auskleidung einstellbar, so dass eine Kompensation bzw. Korrektur bzw. Verringerung verschiedener Einflüsse auf die Messung, wie dies z. B. Änderungen des Drucks des Messmediums oder Änderungen stoffeigener Größen des Messmediums darstellen, insbesondere die Änderung des Messmediums selbst, möglich ist.
Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung schlägt vor, dass das Messrohr eine Temperiervorrichtung aufweist, welche auf eine vorgegebene Temperatur einstellbar ist. Eine solche Temperiervorrichtung kann am Messrohr und/oder im Messrohr angebracht sein, z. B. in das Trägerrohr integriert sein oder in die Auskleidung, sie kann aber auch zwischen Trägerrohr und Auskleidung oder auf der Oberfläche von Trägerrohr oder Auskleidung platziert sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass eine Temperiervorrichtung auf der einem Messmedium abgewandten Seite des Trägerrohrs angebracht ist, wodurch eine vorgegebene Temperatur der dem Messmedium abgewandten Seite des Trägerrohrs einstellbar ist.
Ungleiche Temperaturen auf der Außenseite, also der dem Messmedium abgewandten Seite, des Messrohrs und auf der Innenseite, also der dem Messmedium zugewandten Seite des Messrohrs, führen zu einem Temperaturgradienten im Messrohr bzw. in der Messrohrwand, bestehend aus Auskleidungswand und Trägerrohrwand. Dieses Problem kann unter Umständen dadurch verstärkt werden, dass die Auskleidung ein guter Wärmeisolator ist. Durch diesen Temperaturgradienten kommt es unter Umständen zu unbestimmten Wärmeausdehnungen. Unbestimmt sind die Ausdehnungen, wenn der Temperaturgradient unbekannt ist. Ist die Temperatur im Rohr und die in der Umgebung immer näherungsweise konstant, kann der Temperaturgradient bestimmt und bei der Auslegung bzw. Dimensionierung des Messrohrs berücksichtigt werden. Wechseln die Bedingungen unvorhergesehen, so kann auch der Innendurchmesser unbestimmt sein. Eine günstige Verbesserung, also eine Verminderung des Temperaturgradienten, schafft eine gute Isolation, d. h. eine gute Wärmedämmung, auf der Außenseite, also auf der dem Messmedium abgewandten Seite, des Trägerrohrs, wobei die Isolation dann Teil des Messrohrs ist. Eine weitere Verbesserung des Problems schafft eine Temperiervorrichtung auf der Außenseite des Trägerrohrs, deren Temperatur einstellbar ist, insbesondere so einstellbar ist, dass sich eine gewünschte Temperatur auf der Außenseite des Trägerrohrs einstellt. Bevorzugt wird die Temperatur der Temperiervorrichtung mit der Temperatur des Messmediums als Regelgröße geregelt.
Die Temperatur der Temperiervorrichtung ist bevorzugt abhängig von der Temperatur des Messmediums bzw. von dem zeitlichen Verlauf der Temperatur des Messmediums und/oder von den Temperaturen in der Auskleidung und/oder im Trägerrohr und/oder von der Temperatur der Umgebung des Messrohrs.
Dabei sind viele Ausgestaltungsbeispiele für Temperiervorrichtungen denkbar. So werden bevorzugt Heizdrähte oder in dafür vorgesehenen Einrichtungen fließende Kühl- bzw. Wärmeflüssigkeiten, insbesondere in Verbindung mit mindestens einem Temperatursensor, welcher die Temperatur des Messmediums bestimmt, eingesetzt. Eine Beschränkung auf die genannten Ausführungsbeispiele ist hiermit nicht gegeben.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist deshalb darin zu sehen, dass Kanäle auf der dem Messmedium abgewandten Seite des Trägerrohrs bzw. in der Trägerrohrwand angebracht sind, in denen das Messmedium fließt.
Die Kanäle können dabei sowohl spiralförmig umlaufend, als auch rohrförmig und parallel zum Trägerrohr verlaufen. Bevorzugt haben sie dann gleiche Länge wie das Messrohr und führen Teile des Messmediums parallel zur Hauptströmungsrichtung des Messmediums im Messrohr oder auch in der entgegengesetzten Richtung dazu.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass Kanäle in der mindestens einen Auskleidung angebracht sind, in denen das Messmedium fließt. Bei mehreren Auskleidungen sind Kanäle in der inneren Auskleidung, also in der Auskleidung, welche dem Messmedium zugewandt ist, und/oder in weiteren Auskleidungen vorzusehen. Die Kanäle, welche insbesondere das Messmedium führen, stellen eine näherungsweise homogene Wärmeverteilung in dem Messrohr her. Vorteilhaft sind die Kanäle in der Auskleidung zusätzlich zum Ausgleich von Druckeinflüssen und/oder Druckschwankungen, also zu einer Druckkompensation.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Temperiervorrichtung in der Auskleidung vor, insbesondere beheizbare Drähte, welche in die Auskleidung eingebettet sind.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Durchflussmesssystem auf Basis von Ultraschall arbeitet und mindestens zwei, einen Abstand zueinander aufweisende Ultraschallsensoren parallel zur Hauptströmungsrichtung des Messmediums in einem Messrohr umfasst, wobei das Messrohr in axialer Richtung begrenzt ist und die Auskleidung Kanäle aufweist, in denen das Messmedium fließt. Die von Kanälen durchzogene Auskleidung wird von dem Messmedium durchströmt und dient insbesondere zur Verringerung der Einflüsse von Druck- und Temperaturschwankungen auf die Messung. Das Messrohr ist axial begrenzt. Durch den beschriebenen Aufbau entsteht eine kleine und variabel einsetzbare Ultraschall-Messzelle, welche bevorzugt einen näherungsweise konstanten mittleren Innendurchmesser aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Durchflussmesssystem auf Basis von Ultraschall arbeitet und mindestens zwei, einen Abstand zueinander aufweisende Ultraschallsensoren parallel zur Hauptströmungsrichtung des Messmediums in einem Messrohr umfasst, wobei der Innendurchmesser des Messrohrs über einen weiten Temperaturbereich in einer bestimmten Abhängigkeit zu seiner axialen Lage in dem Messrohr und zur Temperatur des Messmediums steht. Ist das Messrohr ist im Vergleich zu seinem Durchmesser relativ kurz, ist damit die Auskleidung, also das den Innendurchmesser einschnürende Element, welches bevorzugt ein mit einem inkompressiblem Gel gefülltes doppelwandiges Rohr aus einem Polymer ist, stabil gegen hohe Drücke des Messmediums, wobei das Trägerrohr bevorzugt an seinen axialen Enden Schultern nach innen, also auf der dem Messmedium zugewandten Seite, aufweist, welche die axiale Ausdehnung der Auskleidung begrenzen. Die so aufgebaute Ultraschall-Messzelle ist ebenfalls klein und variabel einsetzbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass eine Länge eines Signalpfads, welcher durch die mindestens eine Auskleidung begrenzt ist, näherungsweise konstant ist. Dies über einen gewünschten Temperaturbereich.
Besonders Vorteilhaft wird ein erfindungsgemäßes Messrohr mit einer Sensoranordnung kombiniert, deren Geometrien und stoffeigene Größen ihrerseits mit dem Trägerrohr, an welchem die Sensoren befestigt sind und/oder mit der Auskleidung abgestimmt sind, um temperaturabhängige Messabweichungen zu kompensieren bzw. zu verringern.
Wird beispielsweise ein erfindungsgemäßes Messsystem, welches einen Durchfluss mit einem Verfahren bestimmt, welches mindestens einen Messwert und den freien Querschnitt A_i ^A benötigt, so kann der freie Querschnitt A_i ^A des Messrohrs über einen weiten Temperaturbereich konstant gehalten werden, aber durch die Ausdehnung des Trägerrohrs oder der Sensoren, welche am Trägerrohr befestigt sind und deren stoffeigene Größen und Geometrien nicht mit dem Messrohr abgestimmt sind, wird ein Messfehler in die Berechnung des Durchflusses eingebracht.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Messrohrs.
2 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Messrohrs mit mehreren Auskleidungsschichten.
3 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Messrohrs mit einer Auskleidung, deren Dicke in Abhängigkeit ihrer Position im Messrohr variiert.
4 zeigt eine perspektivisch dargestellte Teilschnittzeichnung eines erfindungsgemäßen Messsystems mit Kanälen in der Auskleidung.
5 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Inline-Ultraschall-Messsystems.
6 zeigt eine Detaildarstellung eines Haltelements im Schnitt.
7 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Messrohrs mit Kanälen in der Auskleidung und Flüssigkeitsreservoir.
1 zeigt die Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Messrohrs 1, mit kreisförmigem Querschnitt, bestehend aus einem Trägerrohr 2 und einer im Trägerrohr 2 angebrachten Auskleidung 3. Der Innendurchmesser 5 der Auskleidung 3 bestimmt den Innendurchmesser des Messrohrs 1 und damit die lichte Weite des Messrohrs 1 und beträgt das Doppelte des Radius' der Auskleidung rAi . Für den äußeren Radius rAa der Auskleidung gilt: rAa = rTi ∀T, wobei rTi der innere Radius des Trägerrohrs ist und T die Temperatur des Messmediums, unter der Annahme, dass die Temperatur des Messmediums homogen im gesamten Messrohr vorherrscht. Die verwendeten Werkstoffe von Auskleidung 3 und Trägerrohr 2 und damit ihre stoffeigenen Größen sind in ausreichendem Maße bekannt. Bei einer Temperatur T₀ ist rAi so gewählt, dass gilt: |r Ai (T) – r Ai (T0)|<| f·αA·(T – T0)|. Für f gilt: f < 1. f ist vorteilhaft kleiner 0,5. Bevorzugt gilt f ≤ 0,2 und besonders Vorteilhaft gilt f ≤ 0,1, insbesondere f ≤ 0,05, insbesondere f ≤ 0,02, insbesondere f ≤ 0,01. Die temperaturbedingte Änderung des Radius ist kleiner, als die mit dem Faktor f multiplizierte Ausdehnung bzw. temperaturbedingte Veränderung der Auskleidung.
Die temperaturbedingten Ausdehnungen, oder auch Wärmeausdehnungen, α^A der Auskleidung und α^T des Trägerrohrs, sind in ausreichendem Maße von den verwendeten Materialen bekannt. Auch die Steifigkeiten oder die unter Spannungen erzeugten Verformungen sind bei einer bevorzugten Kombination von Stahl oder Edelstahl, insbesondere Nickelbasislegierungen, als Trägerrohrmaterial, und Kunststoff, insbesondere ein Polymer, bevorzugt Hartgummi, Polyurethan oder fluorierte Kunststoffe, wie z. B. PFA oder PTFE, als Auskleidungsmaterial, bekannt.
Eine Berechnung der realen Bedingungen ist abhängig von den gewählten Materialen und/oder Geometrien aus denen Auskleidung und Trägerrohr gefertigt sind. Voneinander verschiedene Materialien, insbesondere verschiedene Kombinationen, verhalten sich unter Umständen in der beschriebenen Situation unterschiedlich. Im Rahmen einer Simulation können komplexe Parameter berücksichtigt werden, wodurch eine genaue Berechnung der Geometrieverhältnisse ermöglicht wird. Die Durchführung eines Versuchs ist eine weitere Alternative. Auch reale Verhältnisse, wie z. B. die Fertigungsgüte, können zumindest teilweise berücksichtigt werden.
In 2 ist eine Darstellung eines Messrohrs 1 gezeigt, welches Teil eines erfindungsgemäßen Messsystems ist und welches aus einem Trägerrohr 2 und mehreren Auskleidungen 3', 3'', 3''' besteht. Die Auskleidungen 3', 3'', 3''' sind aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt und verfügen unter anderem über unterschiedliche Wärmeausdehnungen. Ein progressiver oder ein degressiver Verlauf des Innendurchmessers 5 des Messrohrs 1 über Temperatur ist dadurch möglich. Ein progressiver oder ein degressiver Anstieg bzw. eine progressive oder eine degressive Abnahme des Innendurchmessers 5 des Messrohrs 1 kann zur Kompensation bzw. Verringerung von verschiedenen Messabweichungen, die bei einem Rohr ohne diese spezielle Form der Auskleidung bei Änderung der Temperatur auftreten würde, kompensiert werden. Auch eine Kombination von temperaturbedingten Änderungen bzw. Messabweichungen aus verschiedenen Quellen ist kompensierbar bzw. verringerbar.
3 zeigt die Schnittdarstellung eines Messrohrs 1 mit einer Auskleidung 3, welche als stirnseitig verschlossenes doppelwandiges Rohr ausgebildet ist. Das Trägerrohr 2 weist Schultern 17 im Bereich des Messrohreingangs 12 und des Messrohrausgangs 13 auf, welche in die Rohrmitte, also in Richtung des Messmediums 4 zeigen. Die Auskleidung 3 ist in das Trägerrohr 2 dermaßen eingebettet, dass die Trägerrohrwand eine Ausdehnung der Auskleidung nach außen, also von der Rohrmitte bzw. dem Messmedium weg, begrenzt und die Schultern 17 begrenzen die Auskleidung 3 axial. Die Auskleidung 3 besteht aus einer inneren Wand 18, welche mit dem Messmedium 4 in Berührung steht, und einer äußeren Wand 19, welche am Trägerrohr 2 anliegt. Die stirnseitigen Auskleidungswände 20, welche die doppelwandige rohrförmige Auskleidung stirnseitig verschließen, liegen mit ihren Außenseiten, welche in Richtung der jeweiligen, nächstgelegenen Enden des Messrohrs 1 zeigen, an den Schultern 17 des Trägerrohrs an. So kann sich nur die innere Auskleidungswand 18 wesentlich verformen. Eine solch aufgebaute Messzelle oder Messkammer ist besonders vorteilhaft kurz in ihrer axialen Ausdehnung, also in ihrer Länge 6, im Vergleich zu Ihrem Innendurchmesser 5', 5'', 5''', womit eine hohe Stabilität der Auskleidungswand 18 gegen äußere Einflüsse, wie z. B. ein hoher dynamischer Druck des strömenden Messmediums 4, und damit ein geringer Grad an unerwünschter Verformung aufgrund dieser Einflüsse gewährleistet ist. Die Dicke der Auskleidung 3 und damit der Innendurchmesser 5', 5'', 5''' des Messrohrs sind abhängig von der Befüllung der Auskleidung mit einem Fluid. Sie sind allerdings über die Rohrlänge nicht zwingend konstant, sondern variieren von Messrohreingang 12 zu Messrohrausgang 13. Die Dicke der Auskleidung 3 ändert sich bevorzugt symmetrisch zu ihren Mittelachsen, sowohl axial als auch radial. Sie hat einen Bauch in der Mitte, der ausgefahren und dicker wird oder eingezogen und damit dünner wird.
Die dargestellte Ausführungsform verfügt des Weiteren über einen Zugang in Form einer Bohrung zum Innenraum der Auskleidung 3 und einer daran angeschlossenen Leitung 21. Über diese Leitung ist die Auskleidung 3 mit einer nicht dargestellten Regeleinrichtung verbunden, die mit Hilfe von Prozess- und/oder Zustandgrößen des Messmediums, insbesondere Temperatur und Druck des Messmediums, als Regelgrößen den Druck des Fluids in der Auskleidung regelt. Allerdings kann mit dieser Regeleinrichtung nicht nur der Druck, unter anderem auch zur Druckkompensation, eingestellt werden, sondern auch die Temperatur des Fluids. Eine ebenfalls nicht dargestellte, in die Regeleinrichtung integrierte oder dazu separat angebrachte Heiz- und/oder Kühleinheit, kurz Temperiervorrichtung, bringt das Fluid auf eine bestimmte Temperatur, bevorzugt in Abhängigkeit der Temperatur des Messmediums 4. Durch die Regeleinheit wird also der Druck des Fluids in der Auskleidung 3 und damit die Dicke und, in begrenztem Maß, die Form der Auskleidung 3 bestimmt. Der Innendurchmesser 5', 5'', 5''' des Messrohrs 1 steht erfindungsgemäß über einen weiten Temperaturbereich in einer bestimmten Abhängigkeit zu seiner axialen Lage in dem Messrohr 1 und zur Temperatur des Messmediums 4. Er verändert sich also über die Länge 6 des Messrohrs. Das Maß der Dicke der Auskleidung 3 hängt also von der Temperatur des Messmediums ab.
Eine axial zum Messrohr verlaufende Koordinate x zur Kennzeichnung der axialen Lage des Durchmessers im Messrohr von Messrohreingang 12 zum Messrohrausgang 13 wurde der Einfachheit halber nicht dargestellt.
In 4 ist eine Messzelle mit Kanälen 8 in der Auskleidung 3 im Teilschnitt perspektivisch dargestellt. Auf der dem Messmedium 4 zugewandten Seite des Trägerrohrs 2 ist eine Auskleidung 3 eingebettet. Die Auskleidung 3 verfügt über Kanäle 8, welche achsparallel zum Trägerrohr 2 verlaufen. Der Innendurchmesser der Auskleidung definiert einen Messkanal 27, der die für die Messung relevante Strömung des Messmediums 4 führt. Die Richtung dieser Strömung des Messmediums 4 im Messkanal wird als Hauptströmungsrichtung des Messmediums 4 bezeichnet. Durch die Kanäle 8 wird das Messmedium 4 nach dem Einlaufen in die Messzelle, über den Messrohreingang 12, antiparallel, also entgegengesetzt zur Hauptströmungsrichtung des Messmediums 4, geführt. Nach der Zusammenführung der aufgeteilten Strömung wird das Messmedium 4 in einem einzigen Strom durch den für die Messung relevanten Messkanal 27 des Messrohrs 1 geleitet, um, am Ende des Messrohrs 1, über den Ausgang des Messrohrs 1 aus der Messzelle ausgeführt zu werden. Der Innendurchmesser 5, aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt, des Messrohrs 1 bzw. der Innendurchmesser 5 des für die Messung relevanten Teils des Messrohrs 1, des Messkanals 27, ist über einen weiten Temperaturbereich näherungsweise konstant. Der Verlauf der Strömung des Messmediums 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel umkehrbar, so dass zuerst der Messkanal 27 durchströmt wird und anschließend die Kanäle 8 in der Auskleidung 3. Dann wird der Messrohreingang 12 zum Messrohrausgang 13 und umgekehrt. Alternativ zu den gezeigten Kanälen 8 ist eine Zusammenfassung der Kanäle zu einem einzigen, um den Messkanal 27 liegenden, rohrförmigen Kanal möglich.
5 und 6 werden im Folgenden der Einfachheit halber zusammen näher erläutert. 5 zeigt eine Schnittdarstellung in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Inline-Ultraschall-Messsystems mit näherungsweise konstanter Länge 15 des Signalpfads 10 zwischen den Sensoren, welcher einerseits durch die Funktionalen Flächen 16 der Sensoren und andererseits durch die Auskleidung 3 des Messrohrs 1 begrenzt ist. Als Funktionsflächen 16 werden hier die dem Messmedium 4 zugewandten und die sich gegenseitig gegenüberstehenden Flächen der Vorlaufkörper 24, die Schallauskoppelflächen, angesehen. Gleichermaßen wären auch Piezoelemente oder andere funktionale Elemente möglich. Die Vorlaufkörper 24 sind einerseits Teil der Sensoren und gleichzeitig funktionales Bauteil.
Gleichzeitig verfügt das Messrohr 1 über einen, über einen weiten Temperaturbereich näherungsweise konstanten freien Querschnitt. In 6 ist eine Detailansicht eines Ultraschallsensors dargestellt. Der Aufbau eines Sensors ist mindestens zweiteilig, d. h er besteht aus mindestens zwei zusammengefügten Teilen, welche aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Hier sind es Sensorhülse 25 und Vorlaufkörper 24. Wegen der besseren Übersichtlichkeit ist die Sensorhülse 25 geschnitten und der Vorlaufkörper 24 ungeschnitten dargestellt. Die Sensorhülse 25 ist fest mit dem Trägerrohr 2 verbunden. Sie besteht bevorzugt aus einem Material mit einem ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie das Trägerrohr 2. Sie kann auch aus dem gleichen Material gefertigt sein. Die Sensorhülse umschließt den Vorlaufkörper 24 radial vollständig. Der Vorlaufkörper 24 ist aus einem anderen Werkstoff als die Sensorhülse 25 hergestellt, insbesondere dessen Wärmeausdehnung ist deutlich höher, und er ist bevorzugt stoffschlüssig mit der Sensorhülse 25 verbunden, bevorzugt über eine Klebefläche 26, welche umfänglich um den Vorlaufkörper verläuft. Der Teil des Vorlaufkörpers 24 der sich zwischen der Klebefläche 26 und der Rohrmitte bzw. dem Messmedium befindet, kann sich frei in Richtung der Rohrmitte bzw. in Richtung des Messmediums ausdehnen. So wird erreicht, die konstruktive Gestaltung der Vorlaufkörper 24 in Abhängigkeit der verwendeten Materialen von Vorlaufkörper 24, Sensorhülse 25 und Trägerrohr 2 und in Abhängigkeit der Geometrien von Sensorhülse 25 und Trägerrohr 2 vorausgesetzt, dass die Länge 15 des Signalpfads 10 zwischen den beiden Funktionsflächen 16 der Vorlaufkörper 24 und der Auskleidung 3 über einen weiten Temperaturbereich näherungsweise konstant ist.
Alternativ zu einer aktiven Regelung der flüssigkeitsgefüllten Auskleidung, ist in 7 ein Messrohr mit Reservoir dargestellt. In die Auskleidung 3 sind spiralförmig umlaufende Kanäle 11 eingebettet, die bevorzugt ein Öl, einen Alkohol oder ein Gel führen. Verbunden sind die Kanäle 11 mit einem Reservoir für den Füllstoff. Die Auskleidung 3 selbst ist elastisch. Die Wand des Reservoirs 30, welche mit dem Messmedium in Berührung steht, könnte einerseits ebenfalls elastisch ausgebildet sein, beispielsweise um Druckschwankungen zu verringern, andererseits könnte die Wand auch eine hohe Steifigkeit aufweisen, um vornehmlich Temperaturschwankungen zu verringern. Die übrigen Wände des Reservoirs sind dann ebenfalls steif. Im Vergleich zur aktiv geregelten Auskleidung, wird hier keine zusätzliche Energie benötigt, um die Dicke der Auskleidung anzupassen.

1: Messrohr
2: Trägerrohr
3: Auskleidung
4: Messmedium
5: Innendurchmesser des Messrohrs
6: Länge des Messrohrs
7: Temperiervorrichtung
8: Kanäle
9: Trägerrohrwand
10: Signalpfad, z. B. akustischer Pfad
11: Kanäle in der Auskleidung
12: Eingang des Messrohrs
13: Ausgang des Messrohrs
14: Halteelemente
15: Länge des Signalpfads
16: Funktionsflächen
17: Schultern
18: Innere Auskleidungswand
19: Äußere Auskleidungswand
20: Stirnseitige Auskleidungswände
21: Leitung
22: Steg
23: Abstandshalter
24: Vorlaufkörper
25: Sensorhülse
26: Klebefläche
27: Messkanal
28: Funktionales Bauteil
29: Verbindungsfläche
30: Reservoir
r_a ^A: äußerer Radius der Auskleidung
r_i ^A: innerer Radius der Auskleidung
r_a ^T: äußerer Radius des Trägerrohrs
r_i ^T: innerer Radius des Trägerrohrs
A^A: Querschnittsfläche der Auskleidung
A^M: freie Querschnittsfläche des Messrohrs bzw. Rohröffnungsfläche
A^T: Querschnittsfläche des Trägerrohrs
M: Mittelpunkt des Messrohrquerschnitts bzw. Mittelachse des Messrohrs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/067077 A2 [0003]
- US 4003252 A1 [0004]
- US 4365518 [0004]

Claims

Messsystem, insbesondere zur Durchflussmessung eines in einer Rohrleitung strömenden Messmediums (4), insbesondere eines Fluids, welches Messsystem ein Messrohr (1) umfasst, welches Messrohr (1) ein Trägerrohr (2) mit mindestens einer Auskleidung (3) umfasst, welches Trägerrohr (2) einen freien Querschnitt A_i ^T aufweist und welche mindestens eine Auskleidung (3) einen freien Querschnitt A_i ^A aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung (3) und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs (2) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der freie Querschnitt A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung (3) begrenzt ist, in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr (1) strömenden Messmediums (4) so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, insbesondere aufgrund temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs (2) und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums (4) und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads (10), kleiner als die temperaturbedingten Messabweichungen sind, die im freien Querschnitt A_i ^T des Trägerrohrs (2) des Messrohrs (1) ohne die mindestens eine Auskleidung (3) auftreten.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Geometrien und stoffeigene Größen der mindestens einen Auskleidung (3) und Geometrien und stoffeigene Größen des Trägerrohrs (2) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der freie Querschnitt A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung (3) begrenzt ist, in Abhängigkeit einer Temperatur T des durch das Messrohr (1) strömenden Messmediums (4) so einstellt, dass temperaturbedingte Messabweichungen, insbesondere aufgrund temperaturbedingter Änderungen der Geometrien des Trägerrohrs (2) und/oder aufgrund temperaturabhängiger Änderungen von Stoff- und/oder Strömungseigenschaften des Messmediums (4) und/oder aufgrund temperaturbedingter Änderungen eines Signalpfads (10), näherungsweise Null sind.
Messsystem nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine relative Änderung
des freien Querschnitts A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung (3) begrenzt ist, bei einer Temperaturänderung ΔT = T – T₀ des Messmediums (4), von einer Ausgangstemperatur T₀ des Messmediums (4) ausgehend, kleiner ist als eine relative Änderung
des freien Querschnitts A_i ^T des Trägerrohrs (2) ohne die mindestens eine Auskleidung (3).
Messsystem nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine relative Änderung
des freien Querschnitts A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung (3) begrenzt ist, bei einer Temperaturänderung ΔT = T – T₀ des Messmediums (4), von einer Ausgangstemperatur T₀ des Messmediums (4) ausgehend, näherungsweise Null ist.
Messsystem nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Größe und Form des freien Querschnitts A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung (3) begrenzt ist, in einer bestimmten Abhängigkeit zur axialen Lage des freien Querschnitts A_i ^A in dem Messrohr (1) und zur Temperatur T des Messmediums (4) steht.
Messsystem nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Größe und Form des freien Querschnitts A_i ^A, welcher von der mindestens einen Auskleidung (3) begrenzt ist, in einer bestimmten Abhängigkeit zur Temperatur T des Messmediums (4) steht und über die Länge (6) des Messrohrs (1) näherungsweise konstant ist.
Messsystem nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (1) eine Temperiervorrichtung (7) aufweist, welche auf eine vorgegebene Temperatur einstellbar ist.
Messsystem nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kanäle (11) in der mindestens einen Auskleidung (3) angebracht sind, in denen das Messmedium (4) fließt.
Messsystem nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (15) eines Signalpfads (10), welcher durch die mindestens eine Auskleidung (3) begrenzt ist, näherungsweise konstant ist.