WO2012019603A2 - Messsonde zum eintauchen in eine messkammer bzw. einen messkanal - Google Patents

Messsonde zum eintauchen in eine messkammer bzw. einen messkanal Download PDF

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    • G01S7/521—Constructional features

Definitions

  • Probe for immersion in a measuring chamber or a measuring channel
  • the invention relates to a measuring probe for immersion in a measuring chamber or a measuring channel.
  • the invention particularly relates to a measuring probe for measuring the local flow velocity at a plurality of positions of a cross-sectional area of a flow channel.
  • each measured variable can be detected reliably with individual measuring devices; Comfortable and easy to handle are handy multifunction measuring instruments with attachable probes. In any case, not only the "how” but also the "where" is important in a measurement because there are more or less suitable measuring locations for each measured variable. If, for example, the volume flow is to be determined, the flow velocity can be measured at several points of the cross-sectional area through the flow channel, for example, and a flow rate averaged over the channel cross-section can be calculated. The volume flow (m 3 / s) is then obtained by multiplying the average flow velocity by the area of the channel cross section.
  • the flow rate - but also other measured variables can be measured with a rod-shaped measuring probe (eg telescope probe), which is immersed in the flow channel through relatively no openings in the channel wall, wherein the sensitive to the physical quantity to be measured sensor element at the top of the probe is arranged.
  • the sensor element may be a small impeller or a hot wire sensor.
  • the sensor element is positioned as accurately as possible at a predefined measurement position in the cross-sectional area of the flow channel during the measurement. For certain measurements, a measured value recording is standardized at several positions in the channel. Inaccuracies in the positioning can falsify the measurement result in an undesirable manner.
  • One object of the present invention is to provide a measuring probe for immersion in a measuring channel or in a measuring chamber, with the aid of which a physical variable of interest in the measuring channel or in the measuring chamber can be reliably measured at a predetermined position.
  • a measuring probe for measuring a physical property of a medium (measurand) in a measuring channel or a measuring chamber comprises: a rod-shaped probe body for immersion in the medium through an opening of a wall of the channel or the measuring chamber; a handle disposed at a first end of the rod-shaped probe body; a sensor element disposed at a second end of the rod-shaped probe body and configured to generate an electrical sensor signal dependent on the physical property to be measured; and one connected to the rod-shaped probe body Transducer, which is designed to measure without contact the position of the sensor element relative to the wall.
  • the method comprises the following steps: immersing the probe in the channel or in the measuring chamber through an opening in the wall; non-contact measurement of the position of the probe relative to the wall by means of the transducer; and signaling to a user if the probe has assumed a desired setpoint position relative to the wall.
  • Figure 1 is a perspective view of a probe with rod-shaped probe body and a transducer for non-contact position measurement according to a
  • FIG. 2 shows a side view of the measuring probe from FIG. 1 in a reference position defined by a stop relative to a flow channel
  • FIG. 3 shows a side view of the measuring probe from FIG. 2 during insertion of the measuring probe into the flow channel towards a setpoint position
  • Figure 4 is a side view of the measuring probe of Figure 2 or 3 in the desired desired position relative to the inner surface of the wall of the flow channel.
  • FIG. 5 shows a block diagram for illustrating the mode of operation of the measuring probe from FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a measuring probe according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • probes for measuring one or more interesting physical quantities eg temperature, humidity, flow velocity, etc.
  • probes with a rod-shaped probe body 11 are frequently used, which are inserted through a (closable) opening 41 in FIG the wall 40 of the channel or the measuring chamber can be immersed in the interior 42.
  • the example described below relates to the measurement of the flow velocity in the interior 41 of a ventilation duct of an air conditioning system.
  • the invention is not limited to this application.
  • arbitrary physical quantities can be measured in the same way as the flow velocity in the interior of any measuring chambers.
  • the sensor element 12 for measuring the flow speed.
  • a sensor element 12 thus come an impeller with tachometer or a hot wire anemometer in question.
  • the measuring probes differ essentially only in the sensor element 12 which is sensitive to the respective measured variable and which is arranged at that end of the rod-shaped probe body 11 which dips into the interior 42 of the measuring channel or the measuring chamber.
  • the sensor element 12 generates a physical quantity to be measured
  • a handle 13 can be arranged, which facilitates the handling of the probe.
  • a transducer 20 (transmitter 22 and receiver 21 or a transmitter / receiver) which is adapted to measure without contact the position of the sensor element 12 relative to the channel wall 40.
  • the transducer 20 is a distance sensor for non-contact distance measurement, for example an ultrasonic transducer or an optical distance sensor.
  • the transducer 20 is incorporated in the handle 13. This can be useful in many cases, but is not mandatory.
  • the transducer 20 can also be arranged on a separate housing on the probe body. The measuring direction of the transducer 20 is parallel to the longitudinal axis of the rod-shaped probe body 11 in the direction of the sensor element 12.
  • a stop element 13 is arranged on the probe body at a defined distance a from the sensor element.
  • the probe body by 11 may be a telescopic rod whose length is set before the measurement. Regardless of whether the length of the probe body 11 is adjustable or not, the length of the probe body is constant during operation (while taking a series of measurements). Consequently, in a measurement, the stopper member 13 also has a defined distance xo to the transducer 20.
  • the stopper member 13 can be brought into abutment with the wall 40 (for example, with the inner surface of the wall 40) of the flow channel. This position of the measuring probe (and thus of the sensor element) can be considered as a reference position for the further measurements.
  • a measuring procedure is explained in more detail below with reference to FIGS. 2 to 4.
  • the end of the measuring probe on which the sensor element 12 is arranged, as shown in Fig. 2 is inserted through an opening 41 in the wall 40 of the measuring channel.
  • the measuring probe can be moved by means of the stop element 13 on the inner surface.
  • the channel wall 40 are brought into abutment at the edge of the opening, so that the relative position between the probe and channel wall 40 is clearly defined and thus also the relative position of the transducer 20 to the channel wall.
  • Channel wall 40 recorded and stored as a reference value.
  • This calibration procedure is comparable to the taring of a balance and is not absolutely necessary.
  • the calibration can compensate for differences in the wall thickness of the channel wall when the transducer is outside the measurement channel and measures the distance to the outer surface of the channel wall, whereas for the positioning of the sensor element 12 its distance (in the reference position this a) to the inner surface of the channel wall 40 is relevant. If the wall thickness is negligibly small or is considered separately by the operator, the calibration can be omitted.
  • the probe body 11 (as shown in Figures 1 to 4) is formed as a telescopic rod, there is still another way of calibrating the subsequent position measurements.
  • the telescopic rod can be brought at least into an inserted and an extended position, the length difference between the length of the probe body 11 in the extended position and the length AL in the inserted position to be known or otherwise measured.
  • the probe body 11 is brought in the inserted position into a defined by the stop 13 reference position x 0 , in which the stop 13 against the channel wall 40, in particular on the inside, is applied.
  • a first non-contact reference measurement is performed, in which a first reference measured value t x is recorded with the transducer 20 (in the case of an ultrasonic transducer, this measured value is a time).
  • This reference measured value t x represents the relative position of the transducer relative to the channel wall 40.
  • the probe body 11 is in the inserted position during the first reference measurement in the reference position defined by the stop 13.
  • the telescopic rod is pulled out and carried out a second reference measurement in which a second reference measured value t2 is recorded with the transducer 20.
  • the second measured value t 2 defines the zero point for the following position measurements, which corresponds to the above-mentioned taring of the measurement as with a balance.
  • the sensitivity AL / At of the transducer 20 can be determined. This value can be stored and used for calibration of the subsequent position measurements, which of course are performed with the probe body 11 extended.
  • the probe is further immersed in the measuring channel to bring the sensor element 12 in a desired target position. This process is outlined in FIG. In FIG. 4, the measuring probe is in one
  • Target position for the measurement data acquisition In comparison to the reference position xo, the distance between the transducer 20 and the inner surface of the channel wall 40 is smaller by the value t, that is to say xout.
  • the sensor element 12 is consequently located at a distance a + t (immersion depth) from the inner surface of the channel wall 40, through which the measuring probe is inserted.
  • FIG. 5 illustrates the function of the measuring probe during operation on the basis of a block diagram.
  • the measuring probe has a signal processing unit 30, which is e.g. can be arranged in the handle 13 of the probe.
  • the signal processing unit 30 may also be spatially distributed.
  • components of the signal processing unit 30 may also be arranged in the vicinity of the sensor element 12 or else separately in an external device.
  • the output signal of the sensor element 12 (sensor signal) is supplied to the signal processing unit 30, furthermore, the transducer 20 is connected to the signal processing unit 30.
  • the signal processing unit 30 is adapted to the
  • the signal processing unit 30 may further be configured to store the corresponding detected immersion depth a + t of the sensor element 12 for a measured value obtained from the sensor element 12, ie value pairs from the measured value and position of the sensor element 12 are stored during the measured value recording.
  • the signal processing unit 30 may comprise a memory or an external memory may be provided.
  • the exact measuring location is known and, in the case of flow measurement, for example, an airfoil (flow velocity over position) can be calculated.
  • the wall thickness of the wall 40 can be stored in the memory and taken into account in the distance calculation by the signal processing unit 30.
  • a plurality of successive desired positions of a measurement series can be stored in the memory.
  • the probe may include a user interface 31 for inputting commands by a user and for outputting information to the user.
  • the operator can trigger the above-mentioned calibration process (eg via a push-button), when the measuring probe is at the reference position.
  • the user can zerauerstelle 31 indicate to the user whether the probe is at the desired target position, whether they are further immersed in the channel 40, or the immersion depth must be reduced.
  • the user cut parts 31 may include one or more optical signal transmitters, a display, a buzzer or the like. exhibit.
  • the transducer 20 is connected to the probe body 11 outside the measuring channel or the measuring chamber.
  • the transducer 20 can also be arranged at the other end (or in its vicinity) of the sensor body 11 (in the vicinity of the S), so that it is introduced with the sensor element 12 into the interior 42 of the channel. In this case, the transducer on both the opening 41 opposite channel wall

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Abstract

Es wird eine Messsonde zur Messung einer physikalischen Eigenschaft eines Mediums in einem Kanal oder einer Messkammer beschrieben. Die Messsonde weist Folgendes auf: einen stabförmigen Sondenkörper zum Eintauchen in das Medium durch eine Öffnung einer Wand des Kanals bzw. der Messkammer; einen an einem ersten Ende des stabförmigen Sondenkörpers angeordneten Griff; ein an einem zweiten Ende des stabförmigen Sondenkörpers angeordnetes Sensorelement, das dazu ausgebildet ist, ein von der zu messenden physikalischen Eigenschaft abhängiges elektrisches Sensorsignal zu erzeugen; und einen mit dem stabförmigen Sondenkörper verbundenen Transducer, der dazu ausgebildet ist, berührungslos die Position des Sensorelement relativ zur Wand zu messen.

Description

Beschreibung
Messsonde zum Eintauchen in eine Messkammer bzw. einen Messkanal
Die Erfindung bezieht sich auf eine Messsonde zum Eintauchen in eine Messkammer oder einen Messkanal. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Messsonde zur Messung der lokalen Strömungsgeschwindigkeit an mehreren Positionen einer Querschnittsfläche eines Strömungskanals.
Häufig müssen in Strömungskanälen (z.B. Luftschächte udgl.) unterschiedliche Parameter des strömenden Mediums (oft ist dies Luft) gemessen werden. Im Folgenden sei als Beispiel ein System zur Be- und Entlüftung sowie zur Klimatisierung eines Gebäudes genannt. Bei Klimaanlagen sollen Temperatur, Feuchte, Strömungsgeschwindigkeit, Druck und C02-Gehalt der Luft optimal aufeinander abgestimmt sein, damit das Klima stimmt - für Menschen und Material gleichermaßen. Dazu bedarf es einer sorgfältigen Bestimmung der Messgrößen und Einregelung der Klima- bzw. Lüftungsanlage. Große Klimaanlagen gibt es in fast jedem Hotel, Bürohaus und Industriegebäude. Zunehmend wird auch im privaten Bereich die kontrollierte Wohnraumlüftung wichtig.
Die herkömmliche Art für frische Luft zu sorgen hat bekannte Nachteile. Das Lüften mit offenem Fenster bei eingeschalteter Heizung kostet viel Energie. Mangelndes oder falsches Lüften indes führt verbrauchte Luft nicht ab - es fehlt frische Luft zum Atmen, Gerüche bilden sich, Feuchte wird nicht abgeführt, und im ungünstigsten Fall bildet sich Schimmel. Unkontrollierte Wohnraumbelüftung funktioniert nur bedingt, vor allem ist sie ineffektiv und mitunter teuer. Optimal ist deshalb eine kontrollierte Belüftung über Klimaanlagen. Jedoch auch diese soll optimal eingestellt sein: zu wenig Luftaustausch bedeutet ein Mangel an Behaglichkeit - eine zu hohe Luftaustauschrate verschwendet Energie. Die Parameter, die das Klima ausmachen, spielen eng zusammen und hängen voneinander ab. Unabhängig von der Art des zu belüftenden bzw. zu klimatisierenden Gebäudes (Industrieanlage o- der Wohnhaus) interessieren immer um die gleichen Messgrößen, die zu erfassen und aufeinander abzustimmen sind: Lufttemperatur, Luftfeuchte, Strömungsgeschwindigkeit, C02-Gehalt, Druckdifferenz zwischen den Räumen und Druckabfall an Filtern. Prinzipiell kann jede Messgröße mit Einzelmessgeräten zuverlässig erfasst werden; komfortabel und leicht zu handha- ben sind handliche Multifunktionsmessgeräte mit ansteckbaren Fühlern. In jedem Fall ist bei einer Messung nicht nur das "Wie" sondern auch das "Wo" wichtig, denn für jede Messgröße gibt es mehr oder weniger geeignete Messorte. Soll beispielsweise der Volumenstrom ermittelt werden, kann z.B. an mehreren Punkten der Querschnittsfläche durch den Strömungskanal die Strömungsgeschwindigkeit gemessen und eine über den Kanalquerschnitt gemittelte Strömungsgeschwindigkeit berechnet werden. Den Volumenstrom (m3/s) erhält man dann durch Multiplikation der mittleren Strömungsgeschwindigkeit mit der Fläche des Kanalquerschnitts.
Die Strömungsgeschwindigkeit - aber auch andere Messgrößen (siehe oben) können mit einer stabförmigen Messsonde (z.B. Teleskop-Sonde) , der in den Strömungskanal durch verhältnismäßig keine Öffnungen in der Kanalwand eingetaucht wird, gemessen werden, wobei das auf die zu messende physikalische Größe empfindliche Sensorelement an der Spitze der Messsonde angeordnet ist. Im Falle der einer Strömungsmessung kann das Sensorelement ein kleines Flügelrad oder ein Hitzdraht-Sensor sein. Wichtig bei der Messung ist, dass das Sensorelement bei der Messung möglichst genau an einer vordefinierten Messposi- tion in der Querschnittsfläche des Strömungskanals positioniert ist. Für bestimmte Messungen ist eine Messwertaufnahme an mehreren Positionen im Kanal normiert. Ungenauigkeiten in der Positionierung können das Messergebnis in unerwünschter Weise verfälschen.
Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Messsonde zum Eintauchen in einen Messkanal oder in eine Messkammer zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe eine interessierende physikalische Größen im Messkanal bzw. in der Messkammer zuverlässig an einer vorgegebnen Positionen messbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Messsonde gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Beispielhaf- te Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Es wird eine Messsonde zur Messung einer physikalischen Eigenschaft eines Mediums (Messgröße) in einem Messkanal oder einer Messkammer beschrieben. Die Messsonde weist Folgendes auf: einen stabförmigen Sondenkörper zum Eintauchen in das Medium durch eine Öffnung einer Wand des Kanals bzw. der Messkammer; einen an einem ersten Ende des stabförmigen Sondenkörpers angeordneten Griff; ein an einem zweiten Ende des stabförmigen Sondenkörpers angeordnetes Sensorelement, das dazu ausgebildet ist, ein von der zu messenden physikalischen Eigenschaft abhängiges elektrisches Sensorsignal zu erzeugen; und einen mit dem stabförmigen Sondenkörper verbundenen Transducer, der dazu ausgebildet ist, berührungslos die Position des Sensorelement relativ zur Wand zu messen.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Messung einer physikali- sehen Eigenschaft eines Mediums in einem Kanal oder einer
Messkammer mit der oben erwähnten Messsonde beschrieben. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Eintauchen der Sonde in den Kanal bzw. in die Messkammer durch eine Öffnung in der Wand; berührungsloses Messen der Position der Messsonde relativ zur Wand mit Hilfe des Transducers; und Signalisieren an einen Benutzer, ob die Sonde eine gewünschte Sollposition relativ zur Wand eingenommen hat.
Die folgenden Abbildungen und die weitere Beschreibung soll helfen, die Erfindung besser zu verstehen. Nähere Details, Varianten und Weiterentwicklungen des Erfindungsgedankens werden an Hand der Abbildungen, erläutert, die ein spezielles ausgewähltes Beispiel betreffen. Die Elemente in den Figuren sind nicht unbedingt als Einschränkung zu verstehen, vielmehr wird Wert darauf gelegt, das Prinzip der Erfindung darzustellen. In den Abbildungen zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Messsonde mit stabförmigem Sondenkörper und einem Transducer zur berührungslosen Positionsmessung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine Seitenansicht der Messsonde aus Figur 1 in einer durch einen Anschlag definierten Referenzposition relativ zu einem Strömungskanal; Figur 3 eine Seitenansicht der Messsonde aus Figur 2 beim Einführen der Messsonde in den Strömungskanal hin zu einer Sollposition; Figur 4 eine Seitenansicht der Messsonde aus Figur 2 oder 3 in der gewünschten Sollposition relativ zur Innenoberfläche der Wand des Strömungskanals; und
Figur 5 ein Blockschaltbild zur Illustration der Funktions- weise der Messsonde aus der Figur 1 bis 4.
In den Abbildungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder korrespondierende Komponenten mit gleicher oder ähnlicher Bedeutung.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Messsonde gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Als Messsonden zum Messen einer oder mehrerer interessierender physikalischer Größen (z.B. Temperatur, Feuchte, Strömungsgeschwindigkeit, etc.) im Innenraum 42 eines Messkanals bzw. einer Messkammer werden häufig Sonden mit stabför- migem Sondenkörper 11 eingesetzt, die durch eine (verschließbare) Öffnung 41 in der Wand 40 des Kanals bzw. der Messkammer in den Innenraum 42 eingetaucht werden können. Das im Folgenden beschriebene Beispiel betrifft die Messung der Strömungsgeschwindigkeit im Innenraum 41 eines Belüftungskanals einer Klimaanlage. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt. Mit gleichartigen oder ähnli- chen Messsonden können im Innenraum beliebiger Messkammern beliebige physikalische Größen in gleicher Weise gemessen werden wie die Strömungsgeschwindigkeit. Im vorliegenden Beispiel ist das Sensorelement 12 zur Messung der Strömungsge- schwindigkeit geeignet. Als Sensorelement 12 kommen folglich ein Flügelrad mit Drehzahlmesser oder ein Hitzdrahtanemometer in Frage. Je nach Einsatzzweck unterscheiden sich die Messsonden im Wesentlichen nur durch das auf die jeweilige Messgröße empfindliche Sensorelement 12, das an jenem Ende des stabförmigen Sondenkörpers 11 angeordnet ist, das in den Innenraum 42 des Messkanals bzw. der Messkammer eintaucht. Das Sensorelement 12 erzeugt ein von der zu messenden physikalischen Größe
(z.B. Strömungsgeschwindigkeit des im Messkanal strömenden Gases) abhängiges elektrisches Sensorsignal.
An dem dem Sensorelement 12 gegenüberliegenden Ende des Son- denkörpers 11 kann ein Handgriff 13 angeordnet sein, der die Handhabbarkeit der Messsonde erleichtert. Mit dem Sondenkörper 11 ist ein Transducer 20 (Sender 22 und Empfänger 21 oder ein Sender-/Empfänger) verbunden, der dazu ausgebildet ist, berührungslos die Position des Sensorelement 12 relativ zur Kanalwand 40 zu messen. Der Transducer 20 ist ein Distanzsensor zur berührungslosen Distanzmessung, beispielsweise ein Ultraschall-Transducer oder ein optischer Abstandssensor. Im vorliegenden Beispiel ist der Transducer 20 in dem Griff 13 eingebaut. Dies kann in vielen Fällen zweckmäßig sein, ist jedoch nicht zwingend. Der Transducer 20 kann auch ein einem separaten Gehäuse am Sondenkörper angeordnet sein. Die Messrichtung des Transducers 20 ist parallel zur Längsachse des stabförmigen Sondenkörpers 11 in Richtung des Sensorelementes 12.
Zwischen dem Transducer 20 und dem Sensorelement 12 ist an dem Sondenkörper in einem definierten Abstand a von dem Sensorelement ein Anschlagelement 13 angeordnet. Der Sondenkör- per 11 kann ein Teleskopstab sein, dessen Länge vor der Messung eingestellt wird. Unabhängig davon, ob die Länge des Sondenkörpers 11 einstellbar ist oder nicht, ist während des Betriebs (während der Aufnahme einer Messreihe) die Länge des Sondenkörpers konstant. Folglich hat bei einer Messung das Anschlagelement 13 auch einen definierten Abstand xo zum Transducer 20. Das Anschlagelement 13 kann mit der Wand 40 (beispielsweise mit der Innenoberfläche der Wand 40) des Strömungskanals in Anschlag gebracht werden. Diese Position der Messsonde (und somit des Sensorelementes) kann für die weiteren Messungen als Referenzposition betrachtet werden.
Ein Messvorgang wird im Folgenden anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert. Zur Messung von z.B. der Strömungsgeschwin- digkeit im Innenraum 42 des Strömungskanals wird das Ende der Messsonde, an dem das Sensorelement 12 angeordnet ist, wie in Fig. 2 gezeigt durch eine Öffnung 41 in der Wand 40 des Messkanals eingeführt. Um die folgenden Positionsmessungen durch den Transducer 20 zu kalibrieren, kann die Messsonde mit Hil- fe des Anschlagelementes 13 an der Innenoberfläche . der Kanalwand 40 am Rand der Öffnung in Anschlag gebracht werden, so dass die Relativposition zwischen Messsonde und Kanalwand 40 klar definiert ist und somit auch die Relativposition des transducers 20 zur Kanalwand. Danach wird mit Hilfe des Transducers 20 ein Messwert zwischen Transducer 20 und zur
Kanalwand 40 aufgenommen und als Referenzwert abgespeichert. Dieser Kalibiervorgang ist mit dem Tarieren einer Waage vergleichbar und ist nicht unbedingt notwendig. Durch die Kalibrierung können jedoch Unterschiede in der Wandstärke der Ka- nalwand ausgeglichen werden, wenn der Transducer außerhalb des Messkanals liegt und den Abstand zur Außenfläche der Kanalwand misst, wohingegen für die Positionierung des Sensorelementes 12 dessen Abstand (in der Referenzposition beträgt dieser a) zur Innenfläche der Kanalwand 40 relevant ist. Sofern die Wandstärke vernachlässigbar gering ist oder von der Bedienperson separat berücksichtigt wird, kann die Kalibrierung entfallen.
Für den Fall, dass der Sondenkörper 11 (wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt) als Teleskopstab ausgebildet ist, besteht noch eine weitere Möglichkeit der Kalibrierung der nachfolgenden Positionsmessungen. Der Teleskopstab kann dabei zumindest in eine eingeschobene und eine ausgezogene Stellung gebracht werden, wobei die Längendifferenz zwischen der Länge des Sondenkörpers 11 in ausgezogener Stellung und der Länge AL in eingeschobener Stellung bekannt sein oder anderweitig gemessen werden muss. In der Folge wird der Sondenkörper 11 in eingeschobener Stellung in eine durch den Anschlag 13 definierte Referenzposition x0 gebracht, in der der Anschlag 13 an der Kanalwand 40, insbesondere an deren Innenseite, anliegt. Danach wird eine erste berührungslose Referenzmessung durchgeführt, bei der mit dem Transducer 20 ein erster Refe- renzmesswert tx (im Falle eines Ultraschalltransducers ist dieser Messwert eine Zeit) aufgenommen wird. Dieser Referenzmesswert tx repräsentiert die Relativposition des Transducers relativ zur Kanalwand 40. Der Sondenkörper 11 befindet sich bei der ersten Referenzmessung in der durch den Anschlag 13 definierten Referenzposition in eingeschobener Stellung. Danach. Danach wird der Teleskopstab ausgezogen und eine zweite Referenzmessung durchgeführt, bei der mit dem Transducer 20 ein zweiter Referenzmesswert t2 aufgenommen wird. Der zweite Messwert t2 definiert für die folgenden Positionsmessungen den Nullpunkt, was dem oben erwähnten Tarieren der Messung wie bei einer Waage entspricht. Aus der Differenz der Messwerte
Figure imgf000010_0001
und der bekannten Längendifferenz ÄL zwischen eingeschobener und ausgezogener Stellung des Sondenkörpers 11 kann die Empfindlichkeit AL/At des Transducers 20 ermittelt werden. Dieser Wert kann gespeichert und zur Kalibrierung der für die nachfolgenden Positionsmessungen, die natürlich mit ausgezogenem Sondenkörper 11 durchgeführt werden, verwendet werden.
Nach einem eventuellen Kalibriervorgang wird die Sonde weiter in den Messkanal eingetaucht, um das Sensorelement 12 in eine gewünschten Sollposition zu bringen. Dieser Vorgang ist in Figur 3 skizziert. In Figur 4 ist die Messsonde in einer
Sollposition für die Messdatenerfassung. Im Vergleich zur Referenzposition xo ist der Abstand zwischen Transducer 20 und Innenfläche der Kanalwand 40 um den Wert t geringer, also xout . Das Sensorelement 12 befindet sich folglich in einem Abstand a+t (Eintauchtiefe) von der Innenfläche der Kanalwand 40, durch die die Messsonde eingeführt wird.
Figur 5 illustriert anhand eines Blockschaltbildes die Funktion der Messsonde während des Betriebs. Die Messsonde weist eine Signalverarbeitungseinheit 30 auf, die z.B. im Griff 13 der Messsonde angeordnet sein kann. Die Signalverarbeitungseinheit 30 kann jedoch auch räumlich verteilt sein. Beispielsweise können Komponenten der Signalverarbeitungseinheit 30 auch in der Nähe des Sensorelementes 12 oder auch separat in einem externen Gerät angeordnet sein. Das Ausgangssignal des Sensorelementes 12 (Sensorsignal) ist der Signalverarbeitungseinheit 30 zugeführt, des Weiteren ist der Transducer 20 mit der Signalverarbeitungseinheit 30 verbunden. Die Signalverarbeitungseinheit 30 ist dazu ausgebildet, den
Transducer 20 anzusteuern und eine Eintauchtiefe a+t des Sensorelementes 12 in den Kanal 40 (bzw. die Messkammer) aus der vom Transducer 20 erhaltenen Information (d.h. aus dem Sen- sorsignal) zu berechnen. Im vorliegenden Fall wird der Betrag ' t ermittelt, den die Messsonde weiter in den Kanal eintaucht als in der Referenzposition, die gesuchte Eintauchtiefe beträgt dann a+t . Die Signalverarbeitungseinheit 30 kann weiter dazu ausgebildet sein, zu einem von dem Sensorelement 12 erhaltenen Messwert die korrespondierende ermittelte Eintauchtiefe a+t des Sensorelementes 12 zu speichern, d.h. es werden Wertepaare aus Messwert und Position des Sensorelementes 12 bei der Messwertaufnahme gespeichert. Zu diesem Zweck kann die Signalverarbeitungseinheit 30 einen Speicher umfassen o- der es kann ein externer Speicher vorgesehen sein. So ist nach Abschluss einer Messreihe zu jedem Messwert der genaue Messort bekannt und es kann - im Falle der Strömungsmessung - z.B. ein Strömungsprofil (Strömungsgeschwindigkeit über Posi- tion) berechnet werden. Für den Fall, dass auf die oben beschriebene Kalibrierung verzichtet wird, kann die Wandstärke der Wand 40 in dem Speicher abgelegt sein und bei der Abstandsberechnung von der Signalverarbeitungseinheit 30 berücksichtigt werden. Des Weiteren können mehrere aufeinander folgende Sollpositionen einer Messreihe in dem Speicher abgelegt sein.
Um das korrekte Positionieren der Messsonde an der gewünschten Position zu erleichtern kann die Messsonde eine Benutzer- schnittsteile 31 zur Eingabe von Befehlen durch einen Benutzer und zur Ausgabe von Informationen an den Benutzer aufweisen. Über die Benutzerschnittstelle 31 kann der Signalverarbeitungseinheit 30 signalisiert werden, dass sich die Messsonde an einer vorgegebenen Referenzposition (t=0) relativ zur Wand 40 befindet. Mit Hilfe der Benutzerschnittstelle 31 kann die Bedienperson den oben genannten Kalibriervorgang auslösen (z.B. über einen Taster), wenn die Messsonde sich an der Referenzposition befindet. Des Weiteren kann die Benut- zerschnittstelle 31 dem Benutzer signalisieren, ob sich die Messsonde an der gewünschten Sollposition befindet, ob sie weiter in den Kanal 40 eingetaucht werden, oder die Eintauchtiefe verringert werden muss. Zu diesem Zweck kann die Benut- zerschnittsteile 31 einen oder mehrere optische Signalgeber, ein Display, einen Summer oder dgl . aufweisen.
In dem in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Transducer 20 außerhalb des Messkanals bzw. der Mess- kammer mit dem Sondenkörper 11 verbunden. Grundsätzlich kann der Transducer 20 auch am anderen Ende (oder in dessen Nähe) des Sensorkörpers 11 (in der Nähe des S) angeordnet sein, sodass dieser mit dem Sensorelement 12 in den Innenraum 42 des Kanals eingeführt wird. In diesem Fall kann der Transducer sowohl auf die der Öffnung 41 gegenüberliegenden Kanalwand
(in den Fig. 2 bis 4) nicht gezeigt) gerichtet sein, als auch zur Kanalwand 40 in Richtung der Öffnung 41.

Claims

Patentansprüche
Messsonde zur Messung einer physikalischen Eigenschaft eines Mediums in einem Kanal oder einer Messkammer; die Messsonde weist Folgendes auf:
einen stabförmigen Sondenkörper (11) zum Eintauchen in das Medium durch eine Öffnung (41) einer Wand (40) des Kanals bzw. der Messkammer;
einen an einem ersten Ende des stabförmigen Sondenkörpers (11) angeordneten Griff (13);
ein an einem zweiten Ende des stabförmigen Sondenkörpers (11) angeordnetes Sensorelement (12), das dazu ausgebildet ist, ein von der zu messenden physikalischen Eigenschaft abhängiges elektrisches Sensorsignal zu erzeugen;
einen mit dem stabförmigen Sondenkörper (11) verbundenen Transducer (20) , der dazu ausgebildet ist, berührungslos die Position des Sensorelement (12) relativ zur Wand (40) zu messen.
Messsonde gemäß Anspruch 1, bei der der Transducer (20) ein Ultraschalltransducer (21, 22) oder ein optischer Transducer ist. 3. Messsonde nach Anspruch 1 oder 2, die weiter einen Anschlag (13) aufweist, der in einen definierten Abstand (x0) zum Transducer (20) an dem stabförmigen Sondenkörper (11) angeordnet ist.
Messsonde gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiter eine Signalverarbeitungseinheit (30) aufweist, die mit dem Transducer (20) sowie mit dem Sensorelement (12) ver bunden und dazu ausgebildet ist, den Transducer (20) an- zusteuern und die Eintauchtiefe (a) des Sensorelementes (12) in den Kanal (40) bzw. die Messkammer aus der vom Transducer (20) erhaltenen Information zu berechnen.
Messsonde nach Anspruch 4, bei dem die Signalverarbeitungseinheit (30) dazu ausgebildet ist, zu einem von dem Sensorelement (12) erhaltenen Messwert die korrespondierende ermittelte Eintauchtiefe (a) des Sensorelementes (12) zu speichern.
Messsonde nach Anspruch 4 oder 5, die weiter eine Benutzerschnittstelle (31) zur Eingabe von Befehlen durch einen Benutzer und zur Ausgabe von Informationen an den Be nutzer aufweist, wobei über die Benutzerschnittstelle (31) der die Signalverarbeitungseinheit (30) mitteilbar ist, dass sich die Messsonde an einer vorgegebenen Referenzposition (t=0) relativ zur Wand (40) befindet. 7. Messsonde nach einem der Ansprüche 4 bis 6, die weiter eine Benutzerschnittstelle (31) zur Eingabe von Befehlen durch einen Benutzer und zur Ausgabe von Informationen an den Benutzer aufweist, wobei über die Benutzerschnittstelle (31) dem Benutzer signalisierbar ist, dass sich die Messsonde an einer gewünschten Sollposition befindet.
8. Messsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der stabförmige Sondenkörper (11) ein Teleskopstab ist. 9. Verfahren zur Messung einer physikalischen Eigenschaft eines Mediums in einem Kanal oder einer Messkammer mit einer Messsonde gemäß einem der vorstehenden Ansprüche; das Verfahren umfasst folgende Schritte: Eintauchen der Sonde in den Kanal bzw. die Messkammer durch eine Öffnung in der Wand (40);
berührungsloses Messen der Position der Messsonde relativ zur Wand (40) mit Hilfe des Transducers (20) ;
Signalisieren an einen Benutzer, ob die Sonde eine gewünschte Sollposition (xo~t) relativ zur Wand (40) hat.
Verfahren gemäß Anspruch 9, das weiter aufweist:
Bewegen der Sonde in eine durch einen Anschlag (13) an dem Sondenkörper (11) definierte Referenzposition (xo)
berührungsloses Messen der Position der Messsonde relativ zur Wand (40) mit Hilfe des Transducers (20) ;
Speichern des zur Referenzposition (x0) gehörenden Messwertes für die Position,
wobei weitere Messungen der Position der Messsonde mit dem Messwert für die Referenzposition unter Berücksichtigung der Länge des Sondenkörpers kalibriert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Sondenkörper (11) einen Teleskopstab umfasst mit definierter Längendifferenz zwischen einer eingeschobenen und eine ausgezogenen Stellung des Teleskopstabes; das Verfahren weist weiter auf :
Bewegen der Sonde in eine durch einen Anschlag (13) an dem Sondenkörper (11) definierte Referenzposition (xo) , in der der Anschlag (13) an der Innenseite einer Wand (40) des Kanals bzw. der Messkammer anliegt;
berührungsloses Messen der Position der Messsonde relativ zur Wand (40) mit Hilfe des Transducers (20) , um einen ersten Referenzwert zu erhalten, wobei der Son- denkörper (11) in der eingeschobenen Stellung ist und die Sonde sich in der Referenzposition befindet;
Ausziehen des Sondenkörpers von der eingeschobenen Stellung in die ausgezogenen Stellung;
berührungsloses Messen der Position der Messsonde relativ zur Wand (40) mit Hilfe des Transducers (20), um einen zweiten Referenzwert zu erhalten, wobei der Sondenkörper (11) in der ausgezogenen Stellung ist und die Sonde sich in der Referenzposition befindet;
Kalibrieren aller folgenden Messwerte mit Hilfe des ersten Referenzwertes, des zweiten Referenzwertes und der definierten Längendifferenz.
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