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1. (WO1997019326) ULTRASOUND FLOW MEASUREMENT METHOD
Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Durchflußmeßverfahren für strömende Medien, mit Hilfe eines Meßrohres und mit Hilfe mindestens zweier am Meßrohr angeordneter, jeweils einen Meßpfad bildender Ultraschallwandleφaare, bei welchem die Durchflußmenge des strömenden Mediums aus der Geschwindigkeit des Mediums entlang mindestens zweier Meßpfade bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldssche Zahl des strömenden Mediums durchgängig gemessen wird und daß der Wert für die Durchflußmenge anhand des Wertes für die Reynoldssche Zahl korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Durchflußmenge anhand des Wertes für die Reynoldssche Zahl unter Verwendung einer auf empirischen Daten basierenden Fehlerkurve durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fehlerkurve alle die Messungen beeinflussenden technologischen Toleranzen berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldsche Zahl anhand der Geschwindigkeit des Mediums entlang mindestens zweier Meßpfade bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldssche Zahl anhand eines Rechenalgorithmus aus den Geschwindigkeiten des Mediums entlang verschiedener Meßpfade bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldssche Zahl basierend auf Verhältnissen der Geschwindigkeiten entlang verschiedener Meßpfade bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldssche Zahl basierend auf Differenzen der Geschwindigkeiten entlang verschiedener Meßpfade bestimmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeiten des strömenden Mediums V I , V2, V3, V4 und V5 entlang fünf verschiedener Meßpfade bestimmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine turbulente Strömung für (V2 + V4)/V3 > 1,9 und eine laminare Strömung für (V2 + V4VV3 < 1,9 angenommen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall einer turbulenten Strömung aus den Geschwindigkeitsverhältnissen oder -differenzen der Summe der Geschwindigkeiten entlang der Meßpfade 2 und 4 (V2 + V4) und der Meßpfade 1 und 5 (Vj + V5) die Reynoldssche Zahl bestimmt wird und daß für den Fall einer laminaren Strömung aus den Geschwindigkeitsverhältnissen oder -differenzen der Summe der Geschwindigkeiten entlang der Meßpfade 2 und 4 (V2 + V4) und des Meßpfades 3 (V3) bestimmt wird.

1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für eine laminare Strömung die Reynoldssche Zahl aus den Geschwindigkeitsverhältnissen wie folgt bestimmt wird:

Re, = 19100« V2 + V4) / V, )2 - 60200(V2 + \\) I Vλ + 47700

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für eine turbulente Strömung die Reynoldssche Zahl aus den Geschwindigkeitsverhältnissen wie folgt bestimmt wird:


Rer = 5080000« V, + V. ) I (V. + V,))2
Re, > 20.000 ' 2 4 J ' 5
-108600000(V2 + V4) / (V, + V,) + 5833000

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für eine laminare Strömung die Reynoldssche Zahl aus den Geschwindigkeitsdifferenzen wie folgt bestimmt wird:

Re; = Λ,«V2 + V4)- (V, + V5) / 2)2 + 5, «V2 + V4) - (V, + V-)) / 2 + C,

wobei Ai, B i und Ci empirisch bestimmt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für eine turbulente Strömung die Reynoldssche Zahl aus den Geschwindigkeitsdifferenzen wie folgt bestimmt wird:

Re, < 30.000 Re, = Λ2 ((V2 + V4) - (V1 + V5) / 2)2 + ß2«V2 + V4) - (^ + VO) / 2 + C

Re, > 20.000 R, = Λ3«V2 + V4) - (V, + V,) / 2)2 + ß3«V2 + V4) - (V, + V5)) / 2 + C„

wobei A2, B2, C2, A3, B3 und C3 empirisch bestimmt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Eichprozeß aus den Geschwindigkeiten des Mediums entlang der Meßpfade für verschiedene Durchflußmengen und Reynoldssche Zahlen möglichst ungestörte Eichströmungsprofile aufgenommen werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Eichprozeß mit Hilfe einer betriebsbereit montierten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mindestens ein Betriebsströmungsprofil aufgenommen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen zwischen den Eichströmungsprofilen und den Betriebsströmungsprofilen rechnerisch korrigiert werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere für Reynoldssche Zahlen größer 100.000 zur Aufnahme der Betriebsströmungsprofile möglichst den Durchflußmengen bei der Aufnahme der Eichströmungsprofile entsprechende Durchflußmengen des Mediums eingestellt werden, daß die Verhältnisse zwischen den einzelnen Geschwindigkeiten entlang der Meßpfade der Eichströmungsprofile und der Betriebsströmungsprofile bestimmt werden, daß mit diesen Ver- hältnissen die aktuell gemessenen Geschwindigkeiten entlang der Meßpfade korrigiert werden und daß bei dieser Korrektur die gemessenen Geschwindigkeiten mit den Verhältnissen der Durchflußmengen bei der Aufnahme der Eichströmungsprofile und bei der Aufnahme der Referenzströmungsprofile zusätzlich korrigiert werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturfaktoren zwischen den während der Aufnahme der Eichströmungsprofile und der Betriebsströmungsprofile eingestellten Durchflußmengen anhand einer Inteφolation bestimmt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere für Reynoldssche Zahlen kleiner 100.000 die Eichprofile in dimensionsloser Form für eine Mehrzahl von Reynoldsschen Zahlen gemessen und gespeichert werden, daß die aktuell gemessenen Geschwindigkeiten und die aktuelle Durchflußmenge zu einem dimensionslosen aktuellen Strömungsprofil verarbeitet werden und daß das dimensionslose aktuelle Strömungsprofil mit den Eichströmungsprofilen verglichen und anhand dieses Vergleiches korrigiert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem aktuellen Strömungsprofil die Reynoldssche Zahl in nullter Näherung bestimmt wird, daß aus dem zu der Reynoldsschen Zahl in nullter Näherung gespeicherten Strömungsprofil die mittlere Geschwindigkeit bestimmt wird, daß die mittlere Geschwindigkeit aus dem Speicher verglichen wird mit der aktuellen mittleren Geschwindigkeit, daß bei einer Abweichung zwischen den mittleren Geschwindigkeiten oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes eine neue aktuelle mittlere Geschwindigkeit angenommen wird, die weniger von der mittleren Geschwindigkeit aus dem Speicher abweicht, daß aus der neuen aktuell ermittelten Geschwindigkeit die Reynoldssche Zahl in erster Näherung bestimmt wird, daß aus dem zu der Reynoldsschen Zahl in erster Näherung gespeicherten Strömungsprofil erneut die mittlere Geschwindigkeit bestimmt wird, daß bei einer erneuten Abweichung oberhalb des vorbestimmten Grenzwertes erneut eine neue aktuelle mittlere Geschwindigkeit abgenommen wird, die weniger von der mittleren Geschwindigkeit aus dem Speicher abweicht und daß anderenfalls der letzte Wert für die Reynoldssche Zahl zur weiteren Verarbeitung herangezogen wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Durchflußmenge, des Durchmessers des Meßrohres und der Reynoldsschen Zahl die Viskosität des Mediums bestimmt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22. dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Viskosität und insbesondere weiterer mediumsabhängiger Meßgrößen eine Mediumsidentifikation vorgenommen wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere mediumsabhängige Meßgrößen die Ultraschallgeschwindigkeit und/oder die Ultraschalldämpfung des Mediums bestimmt werden.

25. Vorrichtung zur Durchführung des Ultraschall-Durchflußmeßverfahrens für strömende Medien nach einem der Ansprüche 1 bis 24, mit einem Meßrohr (1), mit mindestens zwei am Meßrohr (1 ) angeordneten, jeweils einen Meßpfad (Ml, M2, M3, M4, M5) bildenden Ultraschallwandleφaaren, mit einem die Geschwindigkeiten des Mediums entlang der Meßpfade (Ml, M2, M3, M4, M5) aus den Signalen der Ultraschallwandlerpaare bestimmenden Wandler (2) und mit einem die Durchflußmenge des Mediums aus den Geschwindigkeiten des Mediums entlang der Meßpfade (M l , M2, M3, M4, M5) bestimmenden Addierer (3), dadurch gekennzeichnet, daß ein die Reynoldssche Zahl durchgängig bestimmender Reynoldszahlmesser (5) vorgesehen ist und daß ein mit dem Addierer (3) und dem Reynoldszahlmesser (5) verbündender Durchflußmengenkorrektor (6) vorgesehen ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wandler (2) und dem Addierer (3) nacheinander ein Profilkorrektor (9) und ein Profilmesser (7) vorgesehen sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkorrektor (9) umfaßt einen am Eingang angeordneten Umschalter (11 ), einen hinter den Umschalter (1 1) geschalteten Betriebsströmungsprofilspeicher (13), einen hinter den Be-triebsströmungsprofilspeicher (13) geschalteten Strömungsprofilvergleicher ( 14), einen am Ausgang angeordneten Profilwandler (15) und einen mit seinem Eingang hinter einen Ausgang des Umschalters ( 1 1) und seinem Ausgang vor einen Eingang des Strömungsprofllvergleichers (14) geschalteten Eichströmungsprofilspeicher (12), daß ein weiterer Ausgang des Strömungsprofllvergleichers ( 14) mit einem weiteren Eingang des Umschalters (11) verbunden ist und daß bei nicht übereinstimmendem Eichströmungsprofil und Betriebsströmungsprofil der Umschalter (1 1), der Betriebs-strömungsprofilspeicher (13) und der Strömungsprofilvergleicher (14) eine Rückkopplungsschleife bilden.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Reynoldszahlmesser (5) umfaßt einen Turbulent-Laminar-Umschalter (16), an den Turbulent-Laminar-Umschalter (16) angeschlossen und parallelgeschaltet einen La-minar-Strömungsmesser (17), einen Turbulent-Strömungsmesser ( 18), einen Über-gangs-Strömungsmesser (19) und einen mit den Ausgängen des Laminar-Strömungs-messers (17), des Turbulent-Strömungsmessers ( 18) und des Übergangs-Strömungs-messers (19) verbundenen Operationsausgangsverstärker (20).

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Ausgang des Reynoldszahlmessers (5) und dem Ausgang des Durchflußmengenkorrektors (6) verbundener Viskositätsmesser (10) vorgesehen ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Ausgang des Viskositätsmessers (10) und mit mindestens einem Eingang (27, 28) mit Ausgängen (25, 26) des Wandlers (2) verbundener Mediumsidentifikator (24) zur Identifizierung des Mediumstyps aus Vergleichen der Viskosität und der Ultraschallgeschwindigkeit und/oder der Ultraschalldämpfung mit gespeicherten Werten vorgesehen ist, wobei der Wandler (2) die Ultraschallgeschwindigkeit oder die Ultraschalldämpfung ermittelt.