[发明专利]确定和/或监测可流动介质的流量的装置和操作其的方法

说明书

本发明涉及一种用于确定和/或监测通过管道或管(2)的可流动介质(M)的体积流量、质量流量和/或流速的装置(1)，并且涉及一种用于操作本发明的装置(1)的方法。装置包括加热元件(4)，其与介质(M)至少部分地和/或有时进行热接触并且至少有时借助于加热信号可加热；以及第一温度传感器(5)，其用于记录尤其是装置(1)的至少一个组件的温度或介质(M)的温度，并且至少有时借助于第一温度信号可操作，其中加热元件(4)和第一温度传感器(5)布置在介质(M)流过的管道或管(2)的内容积(V)的外部。根据本发明，装置包括至少一个耦合元件(3)，其至少部分地与加热元件(4)、第一温度传感器(5)和/或管道或管(2)的一部分进行热接触，并且用于确保加热元件(4)和第一温度传感器(5)之间以及加热元件(4)和介质(5)之间的热耦合。

技术领域

本发明涉及用于确定和/或监测管道内可流动介质的体积流量、质量流量和/或流速的装置和用于操作本发明的装置的方法。装置包括加热元件和第一温度传感器。加热元件至少部分地和/或有时与介质热接触并且至少有时借助于加热信号可加热。继而，第一温度传感器用于记录装置的至少一个组件的温度或介质(M)的温度并且借助于第一温度信号可操作。

背景技术

热流量计或量热流量计在过程和/或自动化技术中有多种应用。相应的现场设备由申请人在各种各样的实施例中生产并例如以t-switch、 t-trend、t-mass或Flowphant的标志出售。基础测量原理从现有技术中是已知的。在本发明的上下文中，术语流量包括介质的体积流量以及质量流量。同样，可以确定介质的流速。从根本上说，流量可以通过两种不同的方式确定。

根据第一测量原理，传感器元件暴露于流经管道的介质中并以使其温度保持基本恒定的方式被加热。在已知和至少有时介质的特性是恒定的情况下——特性诸如介质的温度、其密度或甚至其组成，流过管道的介质的质量流量可以根据用于保持温度在恒定值所需的加热功率来确定。在这种情况下，术语介质的温度指的是介质没有加热元件的额外热量输入时具有的温度。

在可替代的测量原理的情况下，相反，加热元件在恒定的加热功率下工作并测量加热元件的下游介质的温度。在这种情况下，所测量的介质的温度提供关于质量流量的信息。

此外，在两种所述测量原理的情况下，尤其是在介质温度可变的情况下，第二传感器元件——例如温度传感器——可以用于介质的温度测量。

热流量计的加热元件通常采用电阻加热器的形式。例如，可以应用所谓电阻元件——例如RTD电阻元件(电阻温度检测器)，尤其是铂元件，诸如以PT10、PT100和PT1000的名称而商业可获得。电阻元件通过提供给它们的电力的转换例如作为增加的电流供应而被加热。

基本上基于传感器元件和流动介质之间的热接触电阻随流速而变化的事实确定和/或监测体积流量质量流量、和/或流速。例如，如果在管道中没有流量，对来自加热元件的热量的记录经由过热传导、热辐射以及在特定情况下也经由介质内的自由对流进行。那么，例如根据两个所描述的测量原理中的第一个为了保持特定的温度差，需要随着时间恒定的一定量的热量。相反，在有流量的情况下，通过流动的、尤其是更冷的介质对传感器元件进行了额外冷却。由于强制对流而发生了额外传热。相应地，作为流动的结果，必须提供增加的加热功率，以便能够相对于介质的温度保持固定的温度差。类似的考虑适用于两个所描述的测量原理中的第二个。

加热功率或所测量的温度以及通过管道的介质的流量和/或流速之间的关系也可以借助于所谓的传热系数表示。此外，介质的不同热物理特性和管道中的主导压力对所测量的流量有影响。例如，也为了考虑流量对这些变量的依赖性，将不同的热物理特性以特征线或函数方程分量的形式存储在流量计的电子单元内。

为了测量的高精度，基本上，加热元件和流动介质之间的热接触是决定性的。因此，例如会引起相对于在恒定流量条件的情况下的从加热元件到介质的传热的变化的加热元件的热阻的变化能够导致相当大的测量值误差。以这种方式引起的热阻变化也称为传感器漂移。