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DE9204374U1 - Vorrichtung zur Messung von Mehrphasenströmungen charakterisierenden Parametern - Google Patents

Vorrichtung zur Messung von Mehrphasenströmungen charakterisierenden Parametern

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DE9204374U1
DE9204374U1 DE9204374U DE9204374U DE9204374U1 DE 9204374 U1 DE9204374 U1 DE 9204374U1 DE 9204374 U DE9204374 U DE 9204374U DE 9204374 U DE9204374 U DE 9204374U DE 9204374 U1 DE9204374 U1 DE 9204374U1
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Description

Vorrichtung zur Messung von mehrphasenströmungen
charakterisierenden Parametern
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technisch wichtige Gebiet der Mehrphasenströmungen. Hiermit werden Strömungen bezeichnet, die aus mehreren Komponenten in den unterschiedlichen Aggregatzuständen (Gase, Flüssigkeiten, Feststoffteilchen ) bestehen, welche in Abhängigkeit von den Betriebsparametern unterschiedliche Verteilungsformen über den Querschnitt der Förderleitung annehmen können.
Diese Verteilungsformen werden in Gruppen sog. Strömungsformen zusammengefaßt, welche eine sehr starke Einflußgröße beispielsweise für den Druckverlust entlang der Förderleitung und damit auf den Energiebedarf für die Förderung darstellen. Ein Beispiel für eine wichtige Gas/ Flüssigkeits- Strömungsform ist die sog. Slug- Strömung, bei der durch das Gas Flüssigkeitspfropfen (=slugs) mit hoher Geschwindigkeit durch die Förderleitung geschoben werden. In den Slugs selbst ist der Gasanteil sehr gering, während zwischen den Slugs i.A. nur ein dünner Flüssigkeitsfilm an der Rohrwand, und damit ein hoher Gasanteil vorhanden ist. In Pipelinesystemen für die Offshore- Erdölförderung können Sluglängen von 600 bis 1000 Rohrdurchmessern auftreten, die infolge der großen Massen und geringen Kompressibilität beträchtliche Impulskräfte auf Armaturen und Pumpen ausüben können.
Meßgeräte, die eine Bestimmung der Zusammensetzung in Mehrphasenströmungen sowie die Detektion der momentanen Verteilungsform der Strömungskomponenten im Sensor ermöglichen, sind deshalb von hoher Bedeutung für den sicheren und wirtschaftlichen Betrieb von Mehrphasen- Transportsystemen. Aus den ermittelten Volumenanteilen der Komponenten lassen sich über deren Dichten die Massenanteile berechnen. Durch zyklische Ermittlung der momentanen Verteilungsform kann die vorherrschende Strömungsform bestimmt werden. Ferner kann die Bestimmung der Fördermengen durchgeführt werden, indem die Messung der
Zusammensetzung mit einer Geschwindigkeitsmessung kombiniert wird.
Gut geeignet zur Messung der volumetrischen Gemischzusammensetzung in Mehrphasenströmungen ist die Impedanzmethode. Sie basiert auf den unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften (Permittivität, Leitfähigkeit) der Strömungskomponenten und deren Auswirkung auf die gemessene Impedanz (Kapazität, Leitwert) eines geeigneten Sensors. Trotz einer Reihe von Vorteilen wie z.B. hohe Ansprechgeschwindigkeit und Verzicht auf bewegliche Teile gibt es Einschränkungen wie z.B. die Empfindlichkeit des Meßwerts von der Verteilungsform, und es sind verschiedene Elektrodenanordnungen entwickelt worden, die versuchen, diese Abhängigkeit zu minimieren.
In sehr speziellen Fällen, wenn die Grenzfläche zwischen den Strömungskomponenten eben und senkrecht oder parallel zu den ebenen Elektroden des Impedanzsensors liegt, kann die resultierende Impedanz leicht über die Parallel- bzw. Serienschaltung von Teilimpedanzen berechnet werden. Für den allgemeinen Fall, mit dispergierten Strömungskomponenten, wurde eine Reihe von analytischen Ansätzen entwickelt, die die Permittivität einer Mischung aus zwei Komponenten der spezifischen Permittivitäten el, &egr;2 als Funktion der Volumenanteile der Komponenten darstellen. Diese Ansätze basieren auf allgemeinen Annahmen bezüglich der Form der dispergierten Teilchen und sind sehr oft beschränkt auf relativ schmale maximale Konzentrationen. Ein guter Überblick über diese Modelle ist bei van Beek [1] gegeben.
Trotz der relativ hohen Anzahl analytischer Modelle für die Mischungspermittivität in Zweikomponentenströmungen gibt es nur sehr wenige Modelle für Dreikomponentenströmungen, z.B. Dykesteen [2], der ein Modell von Maxwell [3] auf Dreikomponentenströmungen ausweitet. Hierbei gibt es im Unterschied zu den Zweikomponentenströmungen zwei Unbekannte — z.B. Gasgehalt &agr; und Wassergehalt &bgr; — , sodaß mindestens zwei Variablen gemessen werden müssen. Hammer [4] gibt einen Vorschlag für eine Meßstrategie zur Konzentrationsmessung in Öl/Wasser/Gas- Strömungen an, wobei sowohl Kapazität als auch Leitfähig-
keit der Mischung gemessen werden. Jede Messung ergibt eine Reihe möglicher Zusammensetzungen von &agr; und ß, sodaß die genaue Zusammensetzung aus dem Schnittpunkt der beiden Kurven ermittelt werden kann. Das Problem in diesem Fall besteht darin, aus einer Reihe von Kennfeldern das für die jeweilige Strömungsform richtige auszuwählen. Dies erfordert zusätzliche Informationen über die vorherrschende Strömungsform.
Bei der in PS DE 38 16 867 Cl beschriebenen Vorrichtung zur Messung der Komponentenanteile stellt die notwendige Kalibrierung auf die elektrischen Stoffwerte einen bedeutenden Nachteil dar.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu überwinden und mit Hilfe einer geeigneten Meßanordnung die Anteile sowie die Verteilungsform der Komponenten in Mehrphasenströmungen zu bestimmen. Die nachstehend beschriebene Meßanordnung wurde ursprünglich für die Anwendung in Öl/Wasser/Gas- Strömungen in der Offshore-Erdölförderung entwickelt, kann jedoch leicht auf ein wesentlich weiteres Feld von Mehrkomponentenströmungen ausgeweitet werden.
Zentrales Teil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Meßanordnung ist ein Impedanzsensor ohne in die Strömung hineinragende Einbauten, der aus vorzugsweise acht Streifenelektroden (1) besteht, die gleichmäßig an der Innenseite des Rohres angebracht sind, Fig.l. Mittels einer Umschaltvorrichtung wird ein Impedanzmessgerät so mit den Sensorelektroden verbunden, daß die Impedanz zwischen mindestens 2 Elektroden gemessen wird. Die übrigen Elektroden werden dabei auf definierte Potentiale gelegt, so daß sich eine bestimmte elektrische Feldverteilung im Sensor einstellt.
Je nach Lage der Meßelektroden zueinander sowie nach der Anzahl der verwendeten Meßelektroden können auf diese Weise unterschiedliche Meßfelder im Sensor erzeugt werden. Diese Felder können schrittweise um die Sensorachse rotiert werden, so daß sich je nach Symmetriegrad eine unterschiedliche Anzahl von Meßfeldern je Gruppe ergibt. Fig. 2 zeigt die elektrischen Felder im ungestörten Zustand für die
wichtigsten Potentialverteilungen sowie die Symbole (2) für die daraus abgeleiteten Meßfelder. Bei einer Anordnung von 8 Elektroden können diese Meßfelder in die Gruppen der diametralen Felder D1-D4 (4), exzentrischen Felder E1-E8 (6), Wandfelder W1-W8 (8), Breitfelder B1-B4 (10), integralen Felder 11,12 (12), und das maltheserkreuzförmige Feld Ml (14) unterteilt werden. Diese Gruppen weisen stark unterschiedliche Eigenschaften auf. Die bei homogener Stoffverteilung nahezu homogenen diametralen Felder D1-D4 liefern einen Impedanzmess wert, dessen Empfindlichkeit entlang eines schmalen streifenformigen Bereichs diametral über den Sensorquerschnitt näherungsweise gleichmäßig verteilt ist. Die Breitfelder verhalten sich ähnlich, jedoch mit einer breiteren Empfindlichkeitsbereich. Wenn zu den exzentrischen und Wandfeldern übergegangen wird, wird das Feld immer inhomogener — wie durch die zunehmende Dichte der Äquipotentiallinien (1) in Fig. 2 wiedergegeben — und der Empfindlichkeitsbereich wird von der Rohrmitte in Richtung auf die Rohrwand verlagert. Eine Messung über die Felder Il und 12 ergibt den Durchschnittswert der Impedanz über den Bereich des Rohrumfangs. Beim Meßfeld Ml liegt der Bereich maximaler Empfindlichkeit noch näher an der Rohrwand.
Die Impedanz ist eine integrale Größe, die durch die gegebene Elektrodenanordnung sowie durch die Stoffverteilung im Zwischenraum eindeutig bestimmt ist. Zwischen beliebigen Elektroden lassen sich Teilimpedanzen Z^ bestimmen, die im Vakuum ihren Minimalwert annehmen, der durch Einbringen von Materie erhöht wird. Entsprechend der Lage zweier Elektroden zueinander ist die Empfindlichkeitsverteilung der Teilimpedanz Zij mehr oder weniger homogen. Bei der Impedanzmessung zwischen zwei benachbarten Elektroden des vorgeschlagenen Impedanzsensors mittels der Wandfelder Wl...W8 ergeben sich daher inhomogene Felder, die nur einen ungenauen Rückschluß auf die quantitativen Komponentenanteile im Feld ermöglichen. Aufgrund ihres eng in Wandnähe abgegrenzten Empfindlichkeitsbereichs lassen sich diese Felder jedoch sehr gut als Indikatoren benutzen, um qualitativ das Vorliegen von bestimmten Verteilungsformen anzu-
zeigen. Im Unterschied dazu kann mit Hilfe der weitgehend homogenen Meßfelder Dl...D4, Bl...B4 bei bekannter Strömungsform die Permittivität und damit die volumetrische Zusammensetzung der Mehrphasenströmung mit guter Genauigkeit bestimmt werden.
Das unterschiedliche Verhalten der Meßfelder ist in Fig.3 beispielhaft dargestellt. Es zeigt die Abhängigkeit der Kapazität von den Volumenanteilen von Öl, Wasser und Luft für die in Fig.2 bezeichneten Meßfelder eines Sensors mit 8 Elektroden. Die gezeigten Zusammensetzung umfassen geschichtete Verteilungen von Öl/ Luft mit steigendem Ölanteil (Bereich (I)) sowie Wasser/ Luft mit ansteigendem Wasseranteil (Bereich (3)). Dazwischen (3) ist der Kapazitätsverlauf für ringförmige Verteilung von Öl in Luft bei 35% vol. Ölanteil gezeigt.
Im allgemeinen Fall verteilter Strömungskomponenten innerhalb des Strömungsquerschnitts ist ein Ansatz zur analytischen Berechnung der Teilimpedanzen im Sensor nicht bekannt. Deshalb muß die Impedanz zwischen beliebigen vorgegebenen Elektroden in Abhängigkeit von der Strömungsform und des angelegten Feldes numerisch berechnet werden.
Die elektrostatische Feldverteilung innerhalb eines Gebietes A mit der Permittivität &egr;, das durch einen Rand S begrenzt wird, wird durch die Poissongleichung
&ngr;2&phgr; = &Agr;&phgr; = -- (1)
beschrieben, welche sich im speziellen Fall keiner freien Ladungen p, auf die Laplace- Gleichung reduziert
&Agr;&phgr; = 0 (2)
Hierbei steht &Dgr; für den Laplace- Operator und &phgr; beschreibt das Potential. In karthesischen Koordinaten, und wenn eine der drei Dimensionen als unendlich betrachtet werden kann, reduziert sich Gleichung (2) auf
- O
im zweidimensionalen Fall. Im allgemeinen Fall, mit verteilten Strömungskomponenten, besteht das Gebiet A aus Teilgebieten Ai mit einzelnen Permittivitäten &egr;,, und Gleichung (3) gilt innerhalb jedes einzelnen Teilgebietes Ai. Die Übergangsbedingungen ergeben sich aus der Stetigkeit der tangentialen elektrischen Feldstärke Et, der normalen Verschiebungsdichte Dn und den daraus abgeleiteten Beziehungen:
e-E = D (4)
jp Jp /E\
Enl £2 (6)
Die numerische Berechnung des zweidimensionalen Feldes wird mit Hilfe diskreter Methoden durchgeführt. Hierbei wird ein Gitter über das gesamte Gebiet A gelegt und die oben genannten Bedingungen werden angesetzt. Unter der Voraussetzung, daß die Diskretisierungsmaschenweite fein genug ist, kann mit diesem Satz von Gleichungen jede Potentialverteilung in einem Impedanzsensor beliebiger Form durchgeführt werden. Hierbei gibt es keine Beschränkungen hinsichtlich der zulässigen Strömungsform oder hinsichtlich maximaler Konzentrationen. Fig. 4 zeigt Verteilungen der Äquipotentiallinien (1) , die numerisch für Schichten- (2) sowie für Ringströmung (3) Luft/ Wasser berechnet wurden. Wie man im Vergleich mit den ungestörten Feldern in Fig. 2 deutlich sehen kann, beeinflußt die Gegenwart von Wasser erheblich den Verlauf der Potentiallinien und damit auch die Verteilung der Kapazitäten zwischen den Elektroden.
En2 ei
OnX = Dn2
Dn £2
Dt2
Aus der berechneten Potentialverteilung im elektrischen Feld kann die Ladungsverteilung auf den Elektroden eindeutig bestimmt werden. Dazu wird bei geeigneter Potentialbelegung der Elektroden die Verschiebungsdichte über der aktiven Elektrodenfläche integriert. Die Kapazität Cab zwischen zwei beliebigen Elektroden läßt sich damit berechnen durch
&PSgr;&Bgr; - &psgr; &Agr;
Im Falle nichtleitender Fluide besteht die Impedanz lediglich aus einem kapazitiven Anteil, der mit dem oben genannten Verfahren berechnet werden kann. Wenn jedoch mindestens eine der Strömungskomponenten elektrisch leitfähig ist, muß anstelle der reellen Permittivität &egr; mit einer komplexen Permittivität
X = &sgr; + jue (10)
gerechnet werden. Hierbei bezeichnet &sgr; die spezifische Leitfähigkeit während &ohgr; = 2 7rf die Kreisfrequenz des angelegten elektrischen Feldes bezeichnet. Die numerische Feldberechnung muß in diesem Falle sowohl für den realen als auch den imaginären Teil durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Meßanordnung mit den dazu notwendigen Baugruppen ist in Fig. 5 dargestellt. Man erkennt einen Impedanzsensor (2) ohne Einbauten, dessen vorzugsweise acht Streifenelektroden über einen Multiplexer (4) mit einem Impedanzmeßgerät (6) verbunden werden. Die Potentiale für die Schirmelektroden werden mit einem Breitbandtreiberverstärker (8) mit geringer Ausgangsimpedanz erzeugt. Der Ablauf der Meßzyklen wird durch einen Rechner (10) über eine Schnittstelle (12) gesteuert. Die Meßdaten werden in den Rechner eingelesen, wo auch die weitere Datenverarbeitung erfolgt. Dieser Meßaufbau kann eine sehr kurze Zykluszeit für einen kompletten Umlauf über die Meßfelder sicherstellen, so daß auch die bei praxisrelevanten Strömungsformen herrschenden zeitlichen Fluktuationen der Komponentenverteilung aufgelöst werden können.
Die Daten eines jeden Meßzyklus bestehen aus einer Anzahl &eegr; Impedanzmessungen, entsprechend der &eegr; angelegten Meßfelder. Diese Daten werden als ndimensionaler Vektor V betrachtet und mit Kennfeldern in Form einer im Rechner abgespeicherten Referenzmatrix M der Dimension &eegr; &khgr; m verglichen. Die Matrix M enthält die Impedanzwerte für insgesamt m verschiedene Gemischzusammensetzungen, wobei die Anteile der einzelnen Komponenten innerhalb einer Verteilungsform schrittweise variiert sind. Aufgrund der numerischen Berechnung der Impedanzwerte kann die Referenzmatrix genau für die vorliegenden Strömungskomponenten erstellt und z.B. im Falle von temperaturbedingten Schwankungen für die aktuellen elektrischen Stoffwerte aktualisiert werden. Diese schrittweise Neuberechnung kann vorteilhaft im Hintergrund ind zeitlich parallel zum Meßbetrieb auf dem Rechner erfolgen, wobei auch auf bereits früher berechnete und abgespeicherte Referenzmatrizen zurückgegriffen werden kann. Dadurch entfällt die umständliche und oft nicht durchführbare Kalibrierung auf elektrische Stoffwerte und Verteilungsformen.
Zur Bestimmung der gesuchten Zusammensetzung kann der Meßvektor V mit der Referenzmatrix M verglichen werden, wobei eine gewichtete Abweichungsgröße
&khgr; = h(Mhj -V1)2+ Ic2(M2J -V2)2 + ... + kn(Mn,j - Vn)2 3 Ic1+Ic2+ ... + K [ '
für jede Matrixspalte ermittelt wird. Für die Spalte mit der maximalen Ähnlichkeit wird die Abweichung minimal:
\J=1...m
Die gesuchten Komponentenanteile sowie deren Verteilungsform können direkt bestimmt werden, da sie in der ermittelten Spaltenadresse jo implizit enthalten sind.
Die angegebene Vergleichsprozedur bietet die Möglichkeit, durch Nullsetzen einzelner Gewichtungsfaktoren fc, beim Vergleichsalgorithmus nur diejenigen Impedanzwerte zu berücksichtigen, die im Bereich der herrschenden Verteilungsform
den größten Informationsgehalt, d.h. die größten Änderungen aufweisen. Eine zeitoptimierte Meßstrategie kann somit realisiert werden, daß in längeren zeitlichen Abständen nur hochsignifikante Indikatorenfelder ausgewertet werden. Daraus wird die vorherrschende Verteilungsform ermittelt und anschließend mit einer größeren Anzahl von Meßfeldern die Gemischzusammensetzung mit hoher Genauigkeit bestimmt.
Die Optimierung der Berechnungen im Zuge der beschriebenen Aktualisierung der Referenzmatrix wird somit vorteilhaft ebenfalls nur für diejenigen Impedanzwerte durchgeführt, die bei den im aktuellen Betrieb herrschenden Verteilungsformen genügend hohe Informationsgehalte aufweisen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Meßanordnung ist sehr gut geeignet zum Aufbau eines berührungslosen Durchsatzmeßgeräts für Mehrphasenströmungen. Hierzu kann der vorgeschlagene Impedanzsensor mittels zusätzlicher Elektrodenpaare so erweitert werden, daß Impedanzschwankungen aufgrund der stochastisch verteilten Strömungskomponenten erfaßt werden können. Nach Umsetzung in Spannungssignale kann die mittlere zeitliche Verschiebung zwischen den Signalen mit Hilfe der Kreuzkorrelationsmethode bestimmt werden. Aus dem bekannten Abstand der Elektrodenpaare und der berechneten Laufzeit können somit die mittlere Transportgeschwindigkeit, und damit über die berechneten Volumenanteile und dem bekannten Leitungsquerschnitt die geförderten Volumenströme für die einzelnen Strömungskomponenten ermittelt werden.
Das Vorliegen von Slugströmung ist durch größere, periodische Fluktuationen des mittleren volumetrischen Gasgehalts gekennzeichnet. In den Slugs selbst herrscht ein sehr geringer Gasgehalt nahe Null vor. Somit kann die beschriebene Meßanordnung vorteilhaft zur Slugdetektion eingesetzt werden, indem der Gasgehalt vorzugsweise im oberen Querschnittsbereich der Förderleitung zyklisch bestimmt wird. In Kombination mit der beschriebenen Geschwindigkeitsmessung lassen sich somit auch Aussagen über die Sluglänge treffen und als wertvolle Steuergrößen für Stellglieder in Mehrphasen- Transportsystemen auswerten.
Literatur
van Beek, L.K. (1967):
Dielectric Behaviour of Heterogeneous Systems. Progress in Dielectrics, VoI 7.
Dykesteen, E. et al. (1985):
Non-intrusive three-component ratio measurement using an impedance sensor. J. Phys. E.: Sci.-Instrum. Vol.18, pp.540-544.
Maxwell, J.C. (1892):
A Treatise on Electricity and Magnetism, Vol.1, p. 452, Clarendon Press, Oxford
Hammer E.A., Tollefsen J., Olsvik K. (1989):
Capacitance transducers for non instrusive measurement of water in crude oil. Flow Meas. Instrum., Vol. 1, October 1989 pp. 51 - 58
Philippow, E. (1989):
Grundlagen der Elektrotechnik. 8. Aufl., Hüthig Verlag, Heidelberg, 1989.

Claims (4)

Schutzansprüche
1. Vorrichtung zur Messung von Mehrphasenströmungen charakterisierenden Parametern, insbesondere zur Messung volumetrischer Anteile von Gemischkomponenten sowie der Verteilungsmuster der Komponenten in der Mehrphasenströmung, mit:
einer Sensoreinrichtung mit einer Mehrzahl von Elektroden,
einer Einrichtung zum Erzeugen von &eegr; unterschiedlichen elektrischen Meßfeldern zwischen den Elektroden,
einer Impedanzmeßeinrichtung zum Bestimmen von &eegr; Impedanzmeßwerten entsprechend den &eegr; unterschiedlichen Meßfeldern,
einer Speichereinrichrung zum Speichern einer Referenzmatrix
(M) bestehend aus m n-dimensionalen Vektoren für m unterschiedliche Verteilungsmuster in mehreren Strömungsformbereichen der Gemischkomponenten in der Mehrphasenströmung mit jeweils &eegr; zugehörigen Impedanzwerten,
einer Vergleichereinrichtung zum Bestimmen des n-dimensionalen Vektors aus der Referenzmatrix, der den &eegr; Impedanzwerten am ähnlichsten ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung ein Rohrstück aufweist, das von der Mehrphasenströmung durchströmbar ist, daß die Elektroden als Streifenelektroden ausgebildet und auf der Innenseite des Rohrstücks angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden zu Vermeidung von Polarisationsimpedanzen gegenüber der Mehrphasenströmung elektrisch isoliert sind.
4. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einrichtung zur Erzeugung der elektrischen Meßfelder selektiv beliebige Potentiale an die einzelnen Elektroden der Sensoreinrichtung anlegbar sind.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4442711A1 (de) * 1994-12-01 1996-06-05 Claas Ohg Kapazitive Meßvorrichtung
EP0894245A1 (de) * 1996-04-16 1999-02-03 Mobil Oil Corporation Verfahren zur überwachung einer dreiphasenströmung in einer rohrleitung
DE19922311A1 (de) * 1999-05-14 2000-11-23 Rossendorf Forschzent Verfahren und Anordnung zur Bestimmung von räumlichen Geschwindigkeitsverteilungen in elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten
WO2001065212A1 (en) * 2000-03-03 2001-09-07 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Capacitance meter
DE10026052B4 (de) * 2000-05-25 2005-03-17 Forschungszentrum Rossendorf E.V. Verfahren und Anordnung zur kontaktlosen Bestimmung von räumlichen Geschwindigkeitsverteilungen in nicht-kugelförmigen elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten
NL1032693C2 (nl) * 2006-10-17 2008-04-22 Nedap Nv Melkmeter.
DE102011053964B3 (de) * 2011-09-27 2012-12-06 Amrhein Messtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von flächig oder räumlich ausgedehnten Prüfobjekten
DE102018108601A1 (de) * 2018-04-11 2019-10-17 saturn petcare gmbh Vorrichtung zur Erfassung von Fremdkörpern in einem Substratstrom
DE102022203021A1 (de) 2022-03-28 2023-09-28 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Füllstandsermittlung eines Rohrs, Auswertungseinheit, Durchflussmesssystem und Computerprogrammprodukt

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU356424A1 (ru) * Е. И. Шнерх , С. С. Шнерх Ивано Франковский институт нефти , газа Способ определения направления движения потока газа или жидкости в трубопроводе
US4072892A (en) * 1975-12-29 1978-02-07 Raytheon Company Electrolytic measurement system with an inner post and an outer cylindrical shield fluid boundary
DE2748809A1 (de) * 1977-10-31 1979-05-03 Auburn Int Verfahren und vorrichtung zur messung der relativen anteile von fluessigkeit und dampf in einem beide phasen enthaltenden strom
DE3302736A1 (de) * 1983-01-27 1984-08-02 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Anordnung zur korrelativen messung der stroemungsgeschwingikeit eines mehrphasenfluids
GB2210461A (en) * 1987-09-30 1989-06-07 Texaco Development Corp Method and apparatus for monitoring the flow of a multi-phase petroleum stream
EP0362011A1 (de) * 1988-09-29 1990-04-04 Schlumberger Limited Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung eines Mehrphasen-Strömungsmittels in einem Kohlenwasserstoffbohrloch
GB2223850A (en) * 1988-08-31 1990-04-18 Univ Manchester Identifying flow conditions (eg distribution of different fluid phases in a pipe)
DE3900942A1 (de) * 1989-01-14 1990-07-26 Licentia Gmbh Mehrfachsensorik
EP0410522A2 (de) * 1989-07-25 1991-01-30 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Verfahren und Gerät zur Verhinderung des Anwachsens von Ablagerungen in einer Rohrleitung

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU356424A1 (ru) * Е. И. Шнерх , С. С. Шнерх Ивано Франковский институт нефти , газа Способ определения направления движения потока газа или жидкости в трубопроводе
US4072892A (en) * 1975-12-29 1978-02-07 Raytheon Company Electrolytic measurement system with an inner post and an outer cylindrical shield fluid boundary
DE2659400C2 (de) * 1975-12-29 1982-12-09 Raytheon Co., 02173 Lexington, Mass. Elektrolytische Meßeinrichtung
DE2748809A1 (de) * 1977-10-31 1979-05-03 Auburn Int Verfahren und vorrichtung zur messung der relativen anteile von fluessigkeit und dampf in einem beide phasen enthaltenden strom
DE3302736A1 (de) * 1983-01-27 1984-08-02 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Anordnung zur korrelativen messung der stroemungsgeschwingikeit eines mehrphasenfluids
GB2210461A (en) * 1987-09-30 1989-06-07 Texaco Development Corp Method and apparatus for monitoring the flow of a multi-phase petroleum stream
GB2223850A (en) * 1988-08-31 1990-04-18 Univ Manchester Identifying flow conditions (eg distribution of different fluid phases in a pipe)
EP0362011A1 (de) * 1988-09-29 1990-04-04 Schlumberger Limited Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung eines Mehrphasen-Strömungsmittels in einem Kohlenwasserstoffbohrloch
US4974446A (en) * 1988-09-29 1990-12-04 Schlumberger Technology Corporation Method and apparatus for analyzing a multi-phase flow in a hydrocarbon well
DE3900942A1 (de) * 1989-01-14 1990-07-26 Licentia Gmbh Mehrfachsensorik
EP0410522A2 (de) * 1989-07-25 1991-01-30 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Verfahren und Gerät zur Verhinderung des Anwachsens von Ablagerungen in einer Rohrleitung

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5708369A (en) * 1994-12-01 1998-01-13 Claas Kommanditgesellschaft Auf Aktien Capacitive measuring device
DE4442711A1 (de) * 1994-12-01 1996-06-05 Claas Ohg Kapazitive Meßvorrichtung
EP0894245A1 (de) * 1996-04-16 1999-02-03 Mobil Oil Corporation Verfahren zur überwachung einer dreiphasenströmung in einer rohrleitung
EP0894245A4 (de) * 1996-04-16 2000-07-19 Mobil Oil Corp Verfahren zur überwachung einer dreiphasenströmung in einer rohrleitung
DE19922311A1 (de) * 1999-05-14 2000-11-23 Rossendorf Forschzent Verfahren und Anordnung zur Bestimmung von räumlichen Geschwindigkeitsverteilungen in elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten
DE19922311C2 (de) * 1999-05-14 2001-06-07 Rossendorf Forschzent Verfahren und Anordnung zur Bestimmung von räumlichen Geschwindigkeitsverteilungen in elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten
US6915703B2 (en) 2000-03-03 2005-07-12 Shell Oil Company Capacitance meter
WO2001065212A1 (en) * 2000-03-03 2001-09-07 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Capacitance meter
AU2001240676B2 (en) * 2000-03-03 2004-10-28 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Capacitance meter
DE10026052B4 (de) * 2000-05-25 2005-03-17 Forschungszentrum Rossendorf E.V. Verfahren und Anordnung zur kontaktlosen Bestimmung von räumlichen Geschwindigkeitsverteilungen in nicht-kugelförmigen elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten
NL1032693C2 (nl) * 2006-10-17 2008-04-22 Nedap Nv Melkmeter.
WO2008048099A2 (en) * 2006-10-17 2008-04-24 N.V. Nederlandsche Apparatenfabriek Nedap Milk meter
WO2008048099A3 (en) * 2006-10-17 2008-07-31 Nedap Nv Milk meter
DE102011053964B3 (de) * 2011-09-27 2012-12-06 Amrhein Messtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von flächig oder räumlich ausgedehnten Prüfobjekten
DE102018108601A1 (de) * 2018-04-11 2019-10-17 saturn petcare gmbh Vorrichtung zur Erfassung von Fremdkörpern in einem Substratstrom
DE102022203021A1 (de) 2022-03-28 2023-09-28 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Füllstandsermittlung eines Rohrs, Auswertungseinheit, Durchflussmesssystem und Computerprogrammprodukt
WO2023186561A1 (de) * 2022-03-28 2023-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur füllstandsermittlung eines rohrs, auswertungseinheit, durchflussmesssystem und computerprogrammprodukt

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