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DE69201953T2 - Thermometrische strömungsmessung. - Google Patents

Thermometrische strömungsmessung.

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DE69201953T2
DE69201953T2 DE69201953T DE69201953T DE69201953T2 DE 69201953 T2 DE69201953 T2 DE 69201953T2 DE 69201953 T DE69201953 T DE 69201953T DE 69201953 T DE69201953 T DE 69201953T DE 69201953 T2 DE69201953 T2 DE 69201953T2
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DE
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pipe
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equations
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Lars Emanuel Stenlund
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/704Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/712Measuring the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
  • Es gibt zahlreiche Situationen, in denen es erforderlich ist, den Fluß eines Fluids in einem Rohr messen zu können, in Abwesenheit ständig installierter Geräte. Es kann beispielsweise erforderlich sein, den Fluß eines Mediums in Stadtteilheizungsverteilungsnetzen an irgendeinem unter mehreren zugänglichen Punkten zu messen, um ein vermutetes Leck lokalisieren zu können.
  • Es kann ebenfalls erforderlich sein, den Fluß eines Mediums in einem Zentralheizungsrohr in einem Gebäude zu messen, infolge eines befürchteten Kurzschlusses oder einer Verstopfung des Systems. Es gibt viele Beispiele für unterschiedliche Situationen, in denen es erforderlich ist, den Fluß eines Mediums in einem Rohr oder einer Leitung zu messen, ohne Arbeiten an dem tatsächlichen Rohr oder der Leitung selbst durchzuführen.
  • Die DE-A-3 423 966 beschreibt ein Verfahren zur Messung des Flusses eines Mediums in einer Leitung mit Hilfe zweier hintereinander angebrachter Thermometer mit kurzer Reaktionszeit. In diesem Fall wird eine Temperaturänderungsfront gebildet, die sich durch die Leitung ausbreitet, beispielsweise durch ein stromaufwärts angebrachtes Heizelement zur Erzeugung eines Wärmeimpulses, oder durch Änderung der Einstellung eines Mischventils. Wenn die Entfernung zwischen den Thermometern bekannt ist, kann die Flußrate des Mediums berechnet werden, durch Messung der Zeit, die zwischen dem Auftreten der Front bei jeweiligen Temperaturen verstreicht.
  • Die GB-A-2 159 631 beschreibt ein Meßgerät, welches auf ähnlichen Grundlagen beruht, obwohl in diesem Fall ein Thermometer durch eine Wärmequelle mit kurzer Reaktionszeit ersetzt wird, deren Aktivierung einen Startpunkt bildet, wobei ein Signal von einem stromabwärts angeordneten Thermometer gemessen wird, um die Laufzeit oder die Ausbreitungszeit zu bestimmen.
  • Die SU-A-710 004 beschreibt eine Anordnung, bei welcher zwei Thermoelemente in dem Weg eines flüssigen Mediums, welches in einer Durchlaßleitung fließt, voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Thermoelemente sind in Reihe geschaltet, und es wird das Frequenzspektrum des sich ergebenden Summensignals analysiert. Angeblich zeigt dieses ein scharf ausgebildetes Minimum für eine bestimmte Frequenz, woraus die Flußrate des Mediums ermittelt werden kann.
  • Die US-A-4 604 904 befaßt sich mit der Messung der Korrelation zwischen unterschiedlichen Parametern, die spontan entlang einem Rohr auftreten (Kapazität, Ultraschall, optische Messung, Wärmemessung, elektrische Aufladung, Leitfähigkeit), und schlägt vor, daß mehrere kapazitive Meßsensoren entlang dem Rohr voneinander beabstandet angeordnet werden, wodurch die Kabellänge der Meßvorrichtung entlang dem Rohr kompensiert werden kann.
  • Ein kommerziell genutztes Standardflußmeßgerät beruht darauf, daß ein homogenes Magnetfeld durch ein Isolierrohr erzeugt wird, in einer Richtung quer zum Fluß. Nach Faradays Gesetz tritt dann eine Spannung senkrecht sowohl zum Feld als auch zur Flußrichtung auf. Derartige Meßgeräte stellen ein Ergebnis zur Verfügung, welches den Volumenfluß anzeigt, unabhängig von der Art des Flusses. Derartige Flußmeßgeräte sind jedoch sowohl kompliziert als auch teuer.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Messung des Flusses eines Mediums, welche in Bezug auf die Qualität der Messung mit magnetischen Messungen konkurrieren können, jedoch einfacher sind, kostengünstiger sowie einfacher einzusetzen oder anzubringen, aber dennoch ein zufriedenstellendes Ergebnis zur Verfügung zu stellen.
  • Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß dieses Ziel dadurch erreicht werden kann, daß eine Korrelationsmessung mit Temperatursensoren durchgeführt wird, die in Wärmekontakt mit der Außenoberfläche eines Standardrohrs angebracht sind, wobei die einzige Arbeit darin besteht sicherzustellen, daß die Rohroberfläche ausreichend sauber ist, um einen guten Kontakt zu ermöglichen. In gewissen Fällen kann es sinnvoll sein, eine einfache Ausnehmung oder Vertiefung in der Rohroberfläche auszubilden. Die Signale, die von den Sensoren erhalten werden, werden abgetastet, und die Abtastergebnisse gespeichert. Die Korrelation zwischen den Signalreihen für unterschiedliche Zeitverschiebungen wird ermittelt, und der höchste Korrelationsfaktor ausgewählt. Die Zeitverschiebung entsprechend diesem höchsten Korrelationsfaktor ergibt dann zusammen mit der Entfernung einen Ausdruck für die Geschwindigkeit des Fließmediums. Wenn die Querschnittsfläche der Leitung oder des Rohrs bekannt ist, kann die Flußrate bestimmt werden.
  • Bei einem Vergleich der Messungen mit Hilfe eines magnetischen Flußmeßgerätes stellte sich heraus, daß eine extrem gute Übereinstimmung mit äußerst zufriedenstellender Linearität erreicht wird.
  • Bei Korrelationsmessungen bei spontan auftretenden Temperaturschwankungen durch Messen der Schwankungen von außerhalb des Rohrs oder der Leitung hat sich herausgestellt, daß mit relativ langen Abtastreihen gearbeitet werden muß, um ein überbestimmtes System von Messungen zu erhalten, welches auf Grundlage des Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate bearbeitet werden kann. Es ist nicht möglich, eine einfache Durchlaufzeitmessung durchzuführen, wie bei der künstlichen Erzeugung eines Gradienten und des Messung mit Hilfe von Sensoren, die in dem Fluß angebracht sind, und aus diesem Grunde ist es nötig, mit statistischen Korrelationsverfahren zu arbeiten. Abgesehen von extrem einfachen Fällen, in welchen schnelle Anderungen auftreten, ist es ebenfalls erforderlich, mit einer berechneten Übertragungsfunktion oder Querkorrelation zu arbeiten, deren Maximalwert die gewünschte Durchgangszeitmessung ergibt, während physikalisch sinnvolle Nebenbedingungen verwendet werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf eine beispielshafte Ausführungsform sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
  • Fig. 1 ein System zur Messung des Flusses eines Mediums in einem Rohr gemäß der Erfindung;
  • Fig. 2 schematisch eine Verstärker- und Filterkette zur Erzielung eines Temperatursignals;
  • Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Zweikanalsystems, welches gemäß Figur 2 aufgebaut ist;
  • Fig. 4A-D Beispiele des Korrelationsergebnisses, das gemessen und mit unterschiedlichen Nebenbedingungen berechnet wurde;
  • Fig. 5A-E Beispiele für Vergleiche zwischen Messungen, die gleichzeitig mit Magnetflußmeßgeräten beziehungsweise gemäß der Erfindung durchgeführt wurden, wobei das Fluid eine Flüssigkeit war, nämlich Wasser.
  • Wie in Figur 1 gezeigt ist, wird das erfindungsgemäße Meßverfahren mit Hilfe von zwei Meßköpfen 1, 2 durchgeführt, die voneinander beabstandet entlang einem Rohr angeordnet sind. Das Meßergebnis wird von einer zentralen Bearbeitungseinheit 3 erhalten, welche ein Anzeigefenster 4 aufweist. Die Meßköpfe sind mit geeigneten, unterschiedlichen Farben versehen, beispielsweise rot und blau, so daß das Meßgerät anzeigt, wenn der Strom von "rot nach blau" gelangt oder in Gegenrichtung verläuft.
  • Figur 2 zeigt eine Meßschaltung, die so arbeitet, daß sie die Temperaturänderungen mißt, die außen entlang dem Rohr auftreten. Ein Thermistor T ist neben dem Meßkopf angeordnet. Ein Widerstand R ist zusammen mit dem Thermistor zwischen Masse und eine konstante Spannung geschaltet. Die Spannung des Verbindungspunktes ist die Größe, deren Änderungen untersucht werden sollen. Obwohl der Meßkopf einen Teil der Elektronik oder die gesamte Elektronik enthalten kann, wird es momentan vorgezogen, daß der Meßkopf nur den Thermistor aufweist, wobei der Meßkopf mit dem Rest der Schaltung über ein abgeschirmtes, verdrilltes Leiterpaar verbunden ist, so daß der Impedanzanpassungsverstärker 11 und der Widerstand R1 von dem Thermistor entfernt angeordnet sind. Hochfrequenzstörungen werden durch ein Tiefpaßfilter R2C1 ausgeschaltet. Der einstellbare Widerstand R3 ist zu dem Zweck vorgesehen, um die Spannungsänderungen, die durch die Temperaturänderungen hervorgerufen werden, auf geeignete Weise zu skalieren. Die Zeitkonstante R3C2 kann relativ lang gewählt werden, beispielsweise 100 sek. Die Verstärker 12, 13 und 14 bilden eine Gegentaktkopplungsstufe zusammen mit den Verstärkern 15, 16 und 17, wobei R4C3 Hochfrequenzsignale aus schaltet, und ein Ausgangssignal von dem Ausgang des Verstärkers 18 abgenommsen werden kann. Die unterschiedlichen Verstärker können Standardverstärker sein (beispielsweise vom Typ 741). Die Ausgangssignale werden dann mit einer Abtastfrequenz von 1-50 Hz abgetastet.
  • Aus praktischen Gründen ist es möglich, das System etwas komplizierter aufzubauen, da es gewünscht ist, die Einstellung des Widerstands R3 zu automatisieren, so daß selbst das höchstwertige Bit vorzugsweise einem A/D-Wandler zugeführt wird. Bei den in Figur 3 gezeigten Blockschaltbild entsprechen die Stufen A-E in Figur 2 entsprechenden Kästen, so daß Signale von den Thermistoren nacheinander dem Computer MPU zügeführt werden können. Der Analogmultiplexer Mux 1 einer ersten Multiplexschaltung schickt Analogsignale an den Analog/Digitalwandler. Der Analogmultiplexer Mux 2 einer zweiten Multiplexschaltung stellt den Widerstand RG gesteuert durch den Computer ein, so daß der Wandler weder ein Signal empfängt, welches so groß ist, daß ein Datenüberlauf auftritt, noch ein Signal, welches so klein ist, daß die Anzahl signifikanter Bits verringert wird.
  • Durch Steuern der übrigen Einheiten (Mux 1, Mux 2, Mux 3) kann die Signaleinheit MPU die Spannungen über den Thermistoren erfassen, beispielsweise einmal pro Sekunde, und beispielsweise 1024 Werte mit jeweils 8 Bits erfassen. Es ist dann sinnvoll, die entsprechenden Berechnungen für eine derartige Zeitreihe durchzuführen und zehn neue Werte aufzunehmen, während die zehn ältesten Werte gelöscht werden, um eine neue Berechnung durchzuführen.
  • BERECHNNNG DER ÜBERTRAGUNGSFUNKTION Konventionen:
  • W Spaltenmatrizen: Großbuchstaben in Fettdruck.
  • Wi Kleinbuchstaben mit Indizes: Matrixelemente.
  • W übrige Matrizen: in Fettdruck und unterstrichen.
  • Bezeichnungen:
  • M Anzahl an Punkten in X bzw. Y.
  • m = M-1
  • T1, T2 Zeitreihen mit Temperaturdaten.
  • X, Y T1 und T2, jeweils zweimal differenziert (xi, yi, 0≤i≤m).
  • N Anzahl an Punkten in A.
  • n = N-1.
  • A Autokovarianzfunktion für X (ai, -n≤i≤n).
  • C Kreuzkovarianzfunktion zwischen X und Y (ci, 0≤u≤).
  • H Übertragungsfunktion (hi, 0≤i≤n).
  • #.1 BEARBEITUNG VON MESSDATEN
  • Die Zeitreihen T1 und T2 werden jeweils durch Messung der Temperaturen an Orten 1 bzw. 2 zu diskreten Zeitpunkten erhalten. Die Autokovarianz- und Kreuzkovarianzfunktion können nur aus statischen Zeitreihen berechnet werden, also Zeitreihen, bei welchen der Wartewert von der Zeit unabhängig ist. Da Temperaturdaten, die über eine relativ kurzen Zeitraum gemessen wurden (einige Minuten), durch aus Trends enthalten können, und daher nicht statisch sind, ist es erforderlich, Daten vor der Untersuchung zu differenzieren. Wir führten eine zweifache Differenzierung mit einem "sanftent" Differenzierverfahren durch, bei welchem nicht die nächstgelegenen Punkte berücksichtigt wurden:
  • Sämtliche Untersuchungen erfolgten bei der Zeitreihe X, (x&sub0;, x&sub1;, x&sub2;, ..., xm), Y, (y&sub0;, y&sub1;, y&sub2;, ..., ym), wobei xi, yi auf folgender Grundlage berechnet wurden
  • xi = T1i
  • yi = T2i
  • #.2 DIE ÜBERTRAGUNGSPuNKTION
  • Unsere grundlegende Annahme besteht darin, daß Y von X entsprechend der Übertragungsfunktion H linear abhängig ist. Folgende Beziehung gilt, wenn Störungen vernachlässigt werden können (H-Definition)
  • Bei der Übertragungsfunktion H gilt die Tatsache, daß hi gleich 0 ist, wenn i< 0 ist, für jedes physikalische System. Der Gegensatz würde nämlich dazu führen, daß das System auf zukünftige Ereignisse reagiert.
  • Weiterhin nehmen wir an, daß die Wirkung eines getrennten Ereignisses abklingt und nach einem bestimmten Zeitraum ihre Signifikanz verliert, also hi=0 für i> n.
  • #.3 AUTO- UND KREUZKOVARIANZ
  • Im Falle einer Zeitreihe kann der Begriff Varianz für eine stochastische Variable erweitert werden, um auch den Ausdruck Autokovarianzfunkton zu umfassen. Zusätzlich zur Varianz (=a&sub0;) enthält der Ausdruck ebenfalls bestimmte Information in Bezug auf eine mögliche Periodizität, unter anderem.
  • Wie im Falle der Berechnung von Mittelwerten und Varianzen ist es nicht möglich, die exakte Autokovarianzfunktion zu erzeugen; diese muß geschätzt werden. Dies erfolgt gemäß folgender Formel: (A-Definition)
  • Hierbei können r und j frei gewählt werden. Damit eine Autokovarianz berechnet werden kann ist es erforderlich, daß die Zeitreihe statisch ist. Eine statische Zeitreihe bedingt, daß der Erwartungswert von ai bei dem voranstehenden Ausdruck von j abhängt.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß a-i = ai ist.
  • Im Falle zweier Zeitreihen wird die Kreuzkovarianzfunktion definiert, welche Information in Bezug auf die Kopplung zwischen zwei Zeitreihen zur Verfügung stellt. Die Kreuzkovarianz C wird mit Hilfe folgender Formel geschätzt (C-Definition)
  • #.4 ERMITTLUNG VON H DURCH DIE KLEINSTEN FEHLERQUADRATE
  • Wenn X und Y bekannt sind, und H ermittelt werden soll, stellt die Gleichung (H-Definition) ein überbestimmtes Gleichungssystem zur Verfügung
  • oder
  • X H=Y (H-über)
  • Infolge von Störungen bei X und Y gibt es keine Übertragungsfunktion, welche die Gleichung (H-Über) exakt löst, jedoch wird die beste Approximation mit Hilfe des Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate gefunden. Das vorliegende Beispiel beruht auf dieser Grundlage.
  • Das Problem besteht darin, die Matrix H zu ermitteln, welche RES minimalisiert, die Summe der quadrierten Residuen. Aus der Gleichung (H-Definition) erhält man:
  • in Matrixform lautet dies folgendermaßen:
  • Um die letzte Zeile zu erhalten wurde die Regel für eine transponierte Matrix (A B)T = BT AT verwendet.
  • Diese Summe zeigt ein Minimum, wenn
  • wobei (...)i das i-te Element des Vektors bezeichnet.
  • Zusammen ergeben diese N Gleichungen die wohlbekannte Formel für das Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate:
  • XTXH = XTY (H-aus-XY)
  • Eine nähere Untersuchung der Matrizen XTX und XTY zeigt, daß die Matrixelemente aus Elementen von den Autokovarianzfunktionen und den Kreuzkovarianzfunktionen bestehen. wobei
  • Die Gleichung läßt sich daher folgendermaßen schreiben
  • AH = C (H-aus-AC)
  • #.5 DIREKTE ABLEITUNG AUS DEN DEFINITIONEN
  • Die Gleichung (H-aus-AC) läßt sich daher direkt aus den Defitionen (H-Definition), (A-Definition) und (C-Definition) ableiten. Diese Beziehungen lassen einfacher schreiben, mit Hilfe des Faltungsoperators *:
  • Y = H * X
  • A = X * X
  • X = Y * X
  • Die Kreuzkovarianzfunktion läßt sich daher folgendermaßen schreiben
  • C = Y * X =
  • = (H* X) * X =
  • = H * (X * X) =
  • = H * A
  • Hierbei wurde ausgenutzt, daß für den Faltungsoperator das Assoziativgesetz gilt, nämlich (r*g) *h = f* (g*h).
  • Dieser Ausdruck läßt sich in Summenform schreiben
  • oder in Matrixform
  • C = A H
  • und dies ist identisch mit Gleichung (H-aus-AC) aus dem vorherigen Abschnitt.
  • #.6 BERECHNUNG VON H MIT HILFE DES GLEICHUNGSSYSTEMS
  • Das Gleichungssystem (H-aus-AC) kann selbstverständlich mit Standardverfahren angegangen werden, um H zu erhalten. Wenn dies bei einem Versuch durchgeführt wurde (Rohr D, v=0,88 so erhielt man hi, 0&le;i&le;n gemäß Figur 4A. H, welches auf diese Weise erhalten wurde, ergab jedoch keine sinnvolle Information. Störungen von Meßdaten dominierten total.
  • Die folgenden Werte sind jene, die bei der Übertragungsfunktion für dieses System erwartet werden können:
  • 1. hi&ge;0 für 0&le;i&le;n.
  • 2. hj ist klein für i=0 und iTn.
  • 3. Eine ruhige Folge der h-WErte.
  • 4. Die h-Werte steigen monoton bis zu einem Maximum an und nehmen dann monoton auf 0 ab.
  • Um eine physikalisch sinnvolle Übertragungsfunktion zu erhalten lösen wir das Gleichungssystem (H-aus-AC) mit der Nebenbedingung, daß die Summe der zweiten Differenzen von h klein sein soll. Diese Bedingung sorgt für eine "ruhig" Folge der h-Werte.
  • Die Differenz läßt sich folgendermaßen darstellen
  • Di+1, i=hi+1 -hi
  • Die Differenz zweiter Ordnung ergibt sich dann folgendermaßen
  • Der Formfaktor ist die Summe der Differenz zweiter Ordnung in der quadratischen Form wobei
  • Die Gleichung (RES) wird dadurch abgeändert, daß der voranstehend angegebene Formfaktor addiert wird, multipliziert mit einem Gewichtsfaktor &beta;. Hieraus ergibt sich ein neuer Ausdruck
  • Wie bislang besteht das Problem darin, jenes H zu finden, welches RES minimalisiert. Entsprechend der voranstehenden Ableitung (RES) - (H-aus-XY) ergibt sich folgendes Gleichungssystem
  • (XTX + &beta;O)H = XTY
  • welches für eine statische Zeitreihe ersetzt werden kann durch
  • (A + &beta; g)H = C (H-aus-ACQ)
  • Die Figuren 4B bis 4C zeigen Untersuchungen derselben Daten wie in Figur 4A, jedoch mit der voranstehenden Gleichung. Die Figuren zeigen Untersuchungen mit unterschiedlichen Werten von &beta;, nämlich 0,001, 1,0 und 100. Es wird bereits eine deutliche Verbesserung erhalten, wenn &beta; = 0,001 ist, und für einen Wert von &beta; = 100 ist das Ergebnis deutlich akzeptierbar, obwohl die Form der Kurve immer noch nicht exakt das darstellt, was man aus physikalischen Gründen erwarten würde.
  • #.7 DIE GLEICHUNG IN DEM PROGRAMM HCOV
  • Ursprünglich wird jedoch eine andere Gleichung zur Bestimmung von H abgeleitet. Ausgehend von Gleichung (H-aus-AC), die direkt von den Definitionen gemäß Abschnitt #.5 abgeleitet ist, erhielt man
  • H, welches RES minimalisiert, wird dann durch folgende Gleichung gegeben
  • Es läßt sich zeigen, daß dieser Ausdruck in enger Beziehung zur Gleichung H-aus-ACQ) steht. Multipliziert man von links aus beide Seiten mit (AT)&supmin;¹, so erhält man
  • Dies zeigt, daß sich die Gleichung (H-HCOV), die bei unseren Untersuchungen verwendet wurde, von der Gleichung (H-aus-ACQ) nur darin unterscheidet, daß (AT)&supmin;¹ O statt O verwendet wird.
  • #.8 BESTIMMUNG DER WÄRMEIMPULSGESCHWINDIGKEIT
  • Der Zweck der Untersuchungen besteht darin, eine Messung der Zeit zu erhalten, welche ein Wärmeimpuls benötigt, sich über eine bestimmte Entfernung in dem Rohr auszubreiten. Um dies zu erzielen passen wir ein Polynom zweiten Grades an die fünf Punkte in H an, die am nächsten an der Spitze liegen, Figur 4D. &lambda;max, also jenes X, für welches h ein Maximum annimmt (&lambda; ist eine kontinuierliche Variable) kann einfach aus der Kurve h(&lambda;) erhalten werden.
  • Um die Geschwindigkeit des Wärmeimpulses zu bestimmen benötigen wir darüberhinaus DTIME, die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen, sowie DIST, die Entfernung zwischen den Meßpunkten auf dem Rohr.
  • Die berechnete Geschwindigkeit ergibt dann als
  • Die Berechnungen können auf einem Computer durchgeführt werden, beispielsweise einem konventionellen PC. Da die tatsächlichen Algorithmen für numerische Berechnung an sich wohl bekannt sind, können sie der Standardliteratur entnommen werden, beispielsweise Press et al, "Numerical Recipes" (Cambridge University Press, 1988).
  • Mit Hilfe des voranstehend geschilderten Verfahrens wurden Vergieichsversuche durchgeführt. Die Vergleiche wurde mit Hilfe eines Flußmeßgerätes vorgenommen, welches von Endress & Hauser hergestellt wird. Es wurde eine Reihe von Flüssen in Rohren mit fünf unterschiedlichen Innendurchmessern erzeugt, im Bereich von 12,5 mm bis 35,9 mm. Die Flußraten wurden zwischen 0,3 m/s und 1,06 m/s geändert, mit einer Anderung der Reynolds-Zahl zwischen 1,100 bis 15,000. Es stellte sich eine gute Linearität heraus, und die Genauigkeit war so hoch wie man erwarten konnte in Anbetracht der Tatsache, daß die Innendurchmesser der Rohre nicht ausreichend genau bekannt waren.
  • Die Diagramme in den Figuren 5A bis 5C wurden auf der Grundlage von Rohren gezeichnet, deren jeweiliger Durchmesser 35,9 mm, 27,2 mm, 21,6 mm, 16,0 mm bzw. 12,5 mm betrug (geschätzte Werte auf der Grundlage gemessener Außendurchmesser und gemessener Wandstärken am Ende des jeweiligen Rohres). Die thermometrisch gemessenen Werte sind entlang der y-Achse der Diagramme aufgetragen, und man ersieht aus den Diagrammen, daß die Linearität sehr gut ist, und daß die Messungen tatsächlich sehr verläßlich sind.

Claims (4)

1. Verfahren zur Messung der Flußrate eines Fluids durch ein Rohr, mit einer Messung von Temperaturänderungen an zumindest zwei unterschiedlichen Orten an jeweils bekannten Entfernungen entlang dem Rohr, gekennzeichnet durch Anbringung an zwei der Positionen, ohne Berührung mit dem Fluid, von Temperatursensoren, welche elektrische Temperatursignale erzeugen, die eine große Anzahl an Malen m abgetastet werden, wobei eine Abtastreihe X=x&sub0;, x&sub1;, ... xm von dem einen Sensor abgenommen wird, und Y=y&sub0;, y&sub1;, ... ym von dem anderen Sensor abgenommen wird, woraufhin eine Übertragungsfunktion H=h&sub0;, h&sub1;, ... hm berechnet wird, bei welcher n kleiner ist als m, und deren Elemente folgendes Gleichungssystem erfüllen
wobei H durch die Methode der kleinsten Fehlerquadrate bestimmt wird; Bestimmung eines Maximums der Übertragungsfunktion H, aus welchem die Anzahl an Abtastintervallen erhalten wird, welcher der Transport des Fluids über die bekannte Entfernung entspricht, woraus die mittlere Flußrate bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das überbestimmte Gleichungssystem unter Verwendung der Nebenbedingung gelöst wird, daß Differenzen zweiter Ordnung zwischen aufeinanderfolgenden Elementen der Übertragungsfunktion klein sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das überbestimmte Gleichungssystem unter der Nebenbedingung gelöst wird, daß die ersten und die letzten Elemente niedrige Werte aufweisen, und sämtliche Werte positiv sind.
4. Anordnung zum Einsatz des Verfahrens nach Anspruch 1, mit zwei Temperatursensoren (T), dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung weiterhin einen Computer aufweist, der zur Durchführung der Berechnungen von Anspruch 1 programmiert ist, sowie einen Analog/Digitalwandler, einen Verstärker mit variabler Verstärkung (D), dessen Ausgangssignal auf den Analog/Digitalwandler gegeben wird, eine an den Computer angeschlossene, erste Multiplexschaltung zum Steuern der variablen Verstärkung, so daß ihr Ausgangssignal mit dem Analog/Digitalwandler verträglich ist, und eine zweite, an den Computer angeschlossene Multiplexschaltung, um so Signale von den beiden Temperatursensoren zum Analog/Digitalwandler abwechselnd an den Analog/Digitalwandler anzulegen.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2363852A (en) * 2000-06-23 2002-01-09 Bowling Farms Ltd A method and apparatus for determining the time taken for a fluid to flow through a length of conduit.
SE0301261D0 (sv) * 2003-04-30 2003-04-30 Tetra Laval Holdings & Finance Metod för att kontrollera uppehållstiden i en begränsad rörledning
JP2006242851A (ja) * 2005-03-04 2006-09-14 Sanki Eng Co Ltd 熱源設備における保温配管内冷(温)水の流速を求める方法および装置
CN110108331B (zh) * 2019-05-23 2021-07-27 西安电子科技大学 基于ert的同质气液混合两相流流量测试方法及系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2856032A1 (de) * 1978-01-03 1979-07-12 Coulthard John Vorrichtung und verfahren zum messen der geschwindigkeit einer relativbewegung zwischen einem ersten koerper und einem zweiten koerper bzw. einem stroemungsmittel
DE3423966A1 (de) * 1984-06-29 1985-01-31 Gerhard 7440 Nürtingen Gutekunst Verfahren und vorrichtung zur thermischen massenstrommessung
DE3600679A1 (de) * 1986-01-13 1987-07-16 Centra Buerkle Gmbh & Co Verfahren und einrichtung zur messung von stroemungsgeschwindigkeiten

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06508202A (ja) 1994-09-14
SE9100526L (sv) 1992-08-23
SE9100526D0 (sv) 1991-02-22
WO1992014993A1 (en) 1992-09-03
DE69201953D1 (de) 1995-05-11
SE470143B (sv) 1993-11-15
EP0573477B1 (de) 1995-04-05
EP0573477A1 (de) 1993-12-15

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