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Title:
APPARATUS FOR DETERMINING PROPERTIES OF A MEDIUM FLOWING THROUGH A CROSS-SECTIONAL AREA
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/048804
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an apparatus for determining properties of a medium flowing through a cross-sectional area. Said apparatus has at least one sensor comprising at least one transmitting device for injecting electromagnetic and/or acoustic radiation into the medium and at least one receiving device for generating a measurement signal on the basis of radiation reflected in the medium or radiation transmitted by the medium. An evaluation device is also provided, which evaluation device determines the property of the medium on the basis of the measurement signal. According to the invention, the at least one transmitting device and the at least one receiving device or a measuring head are rotatably arranged at least approximately in the centre of the cross-sectional area and are designed in such a manner that the direction of the emitted radiation is inclined by an angle with respect to an axis running substantially parallel to the direction of flow of the medium and the rotational position of the direction of radiation around the axis is variable.

Inventors:
MEERBECK BERNHARD (DE)
STARKE MAX (DE)
WEUSTINK JAN (DE)
WIEBKING LEIF (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/069349
Publication Date:
April 03, 2014
Filing Date:
September 18, 2013
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
G01F1/74; G01F1/66
Foreign References:
US4947683A1990-08-14
US4167736A1979-09-11
EP1459055A12004-09-22
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung (1) zur Bestimmung von Eigenschaften eines durch eine Querschnittsfläche strömenden Mediums, mit

- zumindest einen Sensor, welcher zumindest eine Sendeeinrichtung zur Einkoppelung elektromagnetischer und/oder akustischer Strahlung in das Medium und zumindest eine Empfangseinrichtung zur Erzeugung eines Messsignals in Abhängigkeit von im Medium reflektierter oder durch dieses transmittierter Strahlung aufweist, sowie

- einer Auswerteeinrichtung, welche in Abhängigkeit des Messsignals eine Eigenschaft des Mediums bestimmt,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die zumindest eine Sendeeinrichtung und die zumindest eine Empfangseinrichtung oder ein Messkopf (3) zumindest annähernd in der Mitte der Querschnittsfläche drehbar angeordnet und derart ausgebildet sind, dass die Richtung der ausgesendeten Strahlung um einen Winkel ( ) gegenüber einer im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Mediums verlau- fenden Achse (9) geneigt und die Drehlage ( φ ) der Strahlungsrichtung um die Achse (9) veränderlich sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass ferner Mittel zur Formung der ausgesendeten Strahlung vorhanden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von Messsignalen, die bei verschiedenen Neigungswinkeln ( ) der Strahlungsrichtung erzeugt sind, eine Eigenschaft des Mediums zu bestimmen, wobei auf diese Weise insbesondere Geschwindigkeitsmessungen durchführbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Drehlage ( φ ) kontinuierlich oder schrittweise veränderbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass der Sensor umfassend die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung oder der Messkopf (3) beweglich angeordnet ist .

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass der Sensor umfassend die Sendeeinrichtung und die Emp- fangseinrichtung mit einer Antriebseinheit, welche den Sensor in Rotation versetzen soll, zu einem mediendicht gekapselten Modul (12) zusammengefasst sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass innerhalb des gekapselten Moduls (12) zusätzlich Mittel zur Kühlung und/oder Belüftung vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass der Winkel der ausgesendeten Strahlung ( ) gegenüber der Strömungsrichtung des Mediums annähernd 90° beträgt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die Auswerteeinheit (10) mit einer Steuerung und/oder Regelung verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass Verbindungen mit weitern Mitteln zur Konditionierung der Strömung des Mediums vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die zu verwendende Strahlung im Mikrowellenbereich, im optischen Wellenlängenbereich oder akustischen Wellenlängenbereich liegt.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass das strömende Medium aus einem Zwei- oder Mehrphasengemisch besteht.

Description:
Beschreibung

Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften von einem durch eine Querschnittsfläche strömenden Mediums

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften eines durch eine Querschnittsfläche strömenden Mediums . In vielen technischen Anlagen spielt der Transport mittels einer Strömung eines Mediums durch Leitungen oder Schläuche eine große Rolle. Häufig handelt es sich bei dem zu transportierenden Medium um ein Mehrphasengemisch, welches z.B. aus einem flüssigen oder gasförmigen Trägermedium und einem zu- sätzlich zu transportierenden Medium besteht. Beispiele für ein gasförmiges Trägermedium aus Luft mit kleinen und kleinsten Feststoff- und/oder Flüssigkeitspartikeln sind Staubströmungen, wie sie in Kohlekraftwerken vorkommen. Dort wird zum Beispiel der aus den Kohlemühlen stammende Kohlenstaub über eine Vielzahl von Kohlenstaubleitungen auf mehrere Brenner verteilt .

Je genauer bestimmte Eigenschaften eines strömenden Mehrpha- sengemischs wie beispielsweise Eigenschaften des Kohlenstaubs in den Kohlenstaubleitungen, bekannt sind, desto besser kann der zugrunde liegende Prozess beeinflusst und somit auch optimiert werden. Daher besteht stets ein Bedarf nach Messverfahren, welche breit einsetzbar sind, und die Bestimmung von Prozessgrößen wie Massenstrom, Strömungsgeschwindigkeit bzw. Teilchengeschwindigkeit, Korngrößenverteilung, Feuchtigkeit und Zusammensetzung eines Gemisches erlauben.

Ein generelles Problem bei der Bestimmung von Eigenschaften insbesondere von Strömungen kleiner und kleinster Partikel sind Inhomogenitäten und Ungleichverteilungen sowohl in Strömungsrichtung als auch im Strömungsquerschnitt. So ist die Verteilung der Kohlenstaubmengen in den üblicherweise als Rohrleitungen oder Kanälen ausgebildeten Kohlenstaubleitungen durch eine Strähnenbildung beeinflusst, welche von einzelnen Messungen nicht ausreichend aufgelöst erfasst werden kann.

Zur Verdeutlichung der Strähnenbildung innerhalb eines Rohres ist in Fig. 1A schemenhaft die Seitenansicht eines geraden Rohrabschnitts 2 gezeigt. Die Pfeile auf der linken Seite deuten die Strömungsrichtung des Gemischs an. Innerhalb des Rohrabschnitts 2 ist eine Strähne S aus Kohlenstaub angedeutet. Eine typische Messanordnung besteht aus einer Vielzahl von Messsensoren die seitlich des Rohrabschnitts angeordnet sind. An den Stellen xl , x2 , x3 und xN ragen Messsensoren Ml, M2 , M3 und MN in das Rohrinnere, wobei die Sensoren von außen oder auch im Inneren des Rohrabschnitts angeordnet sein können, um anhand eines bestimmten Messprinzips Aussagen bei- spielsweise über die Beladung der strähnenförmigen Zweiphasenströmung zu liefern. In Fig. 1B ist der Rohrabschnitt 2 in Durchsicht dargestellt. Schemenhaft sind drei Sensoren in 120 Grad räumlich versetzter Ausrichtung an den Stellen XI bis x3 des Rohrabschnitts dargestellt. In dieser Darstellung wird deutlich, dass durch die fixierte Anordnung der Messsensoren in Längsrichtung des Rohres und unter der Voraussetzung, dass von jedem Sensor aus eine kegelförmige Strahlung ausgesendet wird, die Signaldetektion in bestimmten Bereichen nicht ausreicht. So liefert der Messsensor M2 kein Signal, da der mit SQ bezeichnete Strähnenquerschnitt nicht innerhalb des schraffierten Messkegels von M2 liegt. Trotz einer großen Anzahl von Sensoren wird die Strähnenbildung nur zu einem geringen Anteil und nicht von allen Sensoren erkannt. Eine bessere Auflösung und damit verbesserte Ergebnisse können bei dieser Anordnung nur mittels zusätzlicher Sensoren erreicht werden. Eine Messeinrichtung, welche gemäß dem in Fig. 1A gezeigten Prinzip aufgebaut ist, ist in der europäischen Patentschrift EP 1 459 055 offenbart. Nachteile solcher Messverfahren sind, dass diese zumeist von außen von fixen Messpositionen aus in bzw. durch das Messvolumen messen und dass die Sensoren nur einen beschränkten Messbereich aufweisen, sowohl was die Eindringtiefe in das Messvolumen, als auch was den Blickwinkel (vgl. Fig. 1B) an- geht. Dadurch werden die räumliche Auflösung und damit die Genauigkeit begrenzt. Je mehr Informationen eines strömenden Mediums aufgenommen werden sollen, desto höher ist der Instrumentierungsaufwand, was wiederum mit erhöhten Kosten ver- bunden ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, welche diese Nachteile überwindet. Insbesondere soll ein einfacher Aufbau zur quantitativen und räumlichen Erfassung von Inhomogenitäten quer zur Strömungsrichtung eines Mediums insbesondere eines Mehrphasengemischs angegeben werden .

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des unabhängigen Pa- tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben.

Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Bestimmung von Eigenschaften eines durch eine Querschnittsfläche strömenden Medi- ums weist zumindest einen Sensor auf, welcher zumindest eine Sendeeinrichtung zur Einkoppelung elektromagnetischer

und/oder akustischer Strahlung in das Medium und zumindest eine Empfangseinrichtung zur Erzeugung eines Messsignals von in Abhängigkeit im Medium reflektierter oder durch dieses transmittierter Strahlung umfasst. Ferner ist eine Auswertungseinrichtung vorgesehen, welche in Abhängigkeit des Messsignals die Eigenschaft des Mediums bestimmt. Erfindungsgemäß sind die zumindest eine Sendeeinrichtung und die zumindest eine Empfangseinrichtung dazu ausgebildet, die Strahlung im Wesentlichen in der Mitte der Querschnittsfläche in das Medium einzukoppeln bzw. von diesem auszukoppeln. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein Messkopf zumindest annähernd in der Mitte der Querschnittsfläche drehbar angeordnet und derart ausgebildet ist, dass die Richtung der ausgesendeten Strahlung um einen Winkel gegenüber einer im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Mediums verlaufenden Achse geneigt und die Drehlage der Strahlungsrichtung um die Achse veränderlich sind. Durch das Einbringen der Messvorrichtung oder zumindest von Teilen davon in das Messvolumen, vorteilhaft in die Mitte des Messvolumens (beispielsweise in die Mitte eines Rohres) wird die Messgenauigkeit vorteilhaft erhöht. Die Messstrecke wird verkleinert (im Falle der mittigen Anordnung in einem Rohr wird die Messstrecke halbiert) , sodass effizientere Messungen durchgeführt werden können. Die drehbare Anordnung des Mess- kopfes (Antenne) , des Sensors oder der Sensoren ermöglicht vorteilhaft die Erfassung von Inhomogenitäten des strömenden Mediums. Je nach Winkel der Strahlung zur Strömungsrichtung können insbesondere Inhomogenitäten quer zur Strömungsrichtung detektiert werden. Weiterhin können Vorteile durch die räumliche Zuordnung von Inhomogenitäten erschlossen werden, z.B. bei der Aufteilung von Strömungen. Durch die Drehung des Messsensors werden Inhomogenitäten zuverlässig erfasst. Ähnlich einem Radar kann das gesamte Messvolumen mittels der Strahlung abgescannt werden, um somit Eigenschaften des Mediums, insbesondere Eigenschaften eines Gemischs wie beispielsweise Massendurchfluss oder Partikelbeladung zu bestimmen. Im Falle der Kohlenstaubsträhnen kann mittels einer Messanordnung in der Mitte eines Rohres, die räumliche Position der Kohlenstaubsträhne genau erfasst werden. Ein großer Vorteil dieser Anordnung ist, dass anstelle von mehreren um den

Rohrumfang angebrachten Sensoren nur ein einzelner Sensor in der Mitte des Rohres installiert werden muss, was eine Reduktion der Instrumentierung, der Installationskosten und der Wartungskosten bedeutet.

Die räumliche Messauflösung wird weiter verbessert, wenn die ausgesendete Strahlung entsprechend geformt wird. Als besonders vorteilhaft haben sich dabei insbesondere eine Fächerform oder eine Kegelform des Strahls erwiesen. In dieser besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Vorrichtung sind daher Mittel zur Formung der ausgesendeten Strahlung vorhanden.

Werden mehrere Messsignale benötigt, um eine Eigenschaft des Mediums zu bestimmen, insbesondere bei Geschwindigkeitsmessungen entweder von einzelnen Partikeln oder Stromungsmessun- gen, ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, Messsignale, die bei verschiedenen Neigungswinkeln der Strahlungsrichtung erzeugt sind, zu verarbeiten. In dieser vorteilhaften Ausführungsvariante werden entweder mehrere Sensoren einge- setzt oder ein Sensor, welcher dazu ausgebildet ist, mehrere Messsignale aufzunehmen.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispielen erfolgt die Drehung des Sensors entweder kontinuierlich oder schrittwei- se . Die Einstellung der Drehgeschwindigkeit und der Drehbereich wird in der Regel von der Art des zu untersuchenden Mediums und insbesondere von der Änderungsgeschwindigkeit der räumlichen Verteilung des zu untersuchenden Mediums abhängen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Sensor umfassend die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung oder des Messkopfes, welcher nur die Ein- Und Auskoppelvorrichtung der Strahlung umfasst, beweglich angeordnet. Damit ist sowohl eine Bewegung der Vorrichtung in Strömungsrichtung, als auch quer dazu gemeint. Problembereiche innerhalb des Messvolumens können somit besser überwacht werden. Eine exzentrische Positionierung des Sensors oder des Messkopfes im Querschnitt eines Rohres einer Kohlenstaubleitung würde beispielsweise bei Beobachtung einer Kohlesträhne ebenfalls eine verbesserte Messgenauigkeit bewirken.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsvarianten wird der Sensor umfassend die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung mit einer Antriebseinheit, welche den Sensor in Rotation versetzen soll, zu einem mediendicht gekapselten Modul zusam- mengefasst. Alle Ausführungsvarianten betreffend das Modul haben den Vorteil, dass der oder die Sensoren vor Einflüssen des Mediums geschützt sind und somit die Verschleißgefahr vermindert ist.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsvarianten sind Mittel zur Konditionierung des Strömungsmediums vorhanden. Dabei kann es sich um Klappen, bojenartige Einsätze oder sonstige Vorrichtungen handeln, welche zwar unabhängig vom Messsensor sind aber auf Basis der Messergebnisse dazu genutzt werden können, die Strömungsverhältnisse zu beeinflussen. Damit können Maßnahmen zur Strömungsoptimierung getroffen werden, was letztendlich ebenfalls einer Verbesserung der Messgenauigkeit zugute kommt .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen :

Fig. 1A eine schematische Darstellung einer Messanordnung zur Bestimmung von Eigenschaften eines strömenden Zweiphasengemischs aus dem Stand der Technik

Fig. 1B eine schematische Darstellung mehrerer Querschnitte aus Fig. 1A

Fig. 2A eine erste schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung

Fig. 2B eine schematische Darstellung eines Querschnitts aus Fig. 2A

Fig. 3 eine zweite schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung bei Anordnung in der Nähe einer Rohrbiegung

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Mikrowellen-Messanordnung zur Bestimmung der Beladung einer Zweiphasenströmung aus dem Stand der Technik.

Figur 2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung. In Figur 2A ist ein Abschnitt 2 einer geraden Rohrleitung mit kreisförmigem Querschnitt in Seitenansicht dargestellt. In Figur 2B ist der Rohrabschnitt an der Stelle X im Querschnitt dargestellt. Physikalisch ist der Rohrabschnitt 2 wie ein Hohlleiter zu sehen, durch welchen beispielsweise ein Mehrphasengemisch aus einem gasförmigen Trägermedium und kleinsten Feststoffparti - kein strömt. Die Strömung ist durch Pfeile am linken Bildrand angedeutet .

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 umfasst zumindest einen Messkopf 3, welcher drehbar annährend in der Mitte der Querschnittsfläche des Hohlleiters angeordnet ist. Bei dem Messkopf handelt es sich hier um eine Ein- und Auskoppeleinrichtung, zum Beispiel eine Antenne. In diesem Ausführungsbeispiel wird das empfangene Signal über ein um 90° in Strömungsrichtung gebogenes Signalrohr 5 geleitet und über den rotierbaren Messkopf 3 quer oder in einem Winkel zur Strö- mungsrichtung ausgekoppelt. Innerhalb des Signalrohrs 5 können eine (hier nicht näher dargestellte) Drehvorrichtung und Kabelverbindungen untergebracht sein. In diesem Ausführungs- beispiel umfasst das Signalrohr 5 ferner einen Wellenleiter, z.B. einen Hohlleiter, für das empfangene Signal. Das Signal- rohr 5 stellt die Verbindung zu einer Einheit 10 her, welche hier ein Mittel zur Erzeugung und Detektion für die verwendete Strahlung, die elektronische Signalverarbeitung und ggf. auch Mittel zur Kühlung bzw. Belüftung umfasst. Diese können alternativ auch in der Nähe der Drehvorrichtung oder des Messkopfs 3 oder im Messkopf 3 angeordnet sein. In diesem

Ausführungsbeispiel ist ferner an der Stelle, wo das Signalrohr 5 in das Rohr eintritt eine mediendichte Schleuse 20 angeordnet . Vom Prinzip her ähnlich wie bei einem Radargerät sendet der Messkopf 3, eine geformte Strahlung 7 als Primärsignal aus und empfängt die innerhalb des strömenden Mediums reflektierten Echos als Sekundärsignal. Es entspricht der an verschiedenen Oberflächen reflektierten, und dadurch in ihrer Fre- quenz , Amplitude und/oder Phasenlage veränderten Strahlung. In einem Spezialfall kann auch die transmittierte Strahlung detektiert werden. Die empfangene Strahlung wird anschließend in ein elektrisches Signal gewandelt und an eine Signalauswertungseinrichtung (Einheit 10) weitergegeben und nach ver- schiedenen Kriterien auswertet. So können Informationen über das zu untersuchende Medium gewonnen werden. Als Messsignal wird hier stets das elektronisch gewandelte Sekundärsignal bezeichnet .

Der Sensor umfasst zumindest eine Sendeeinrichtung und zumindest eine Empfangseinrichtung für elektromagnetische und/oder akustische Strahlung. Die Strahlungsart ist hierbei von der Anwendung abhängig. Für Anwendungen in einer Kohlenstaublei - tung wird bevorzugt Mikrowellenstrahlung eingesetzt. Für andere Anwendungen sind Vorrichtungen zur Aussendung und Detek- tion von Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums denkbar oder Vorrichtungen zur Erzeugung, Einkopplung und zum Empfang von Ultraschall. Die genaue Ausgestaltung und Anordnung des Sensors (in unmittelbarer Nähe des Messkopfes 3 oder in der Einheit 10) ist ebenfalls von der Anwendung abhängig. Sende- und Empfangsvorrichtungen können zu einem Modul zusammengefasst sein oder einzeln implementiert sein. Fallabhängig können auch mehrere Sende- und Empfangseinrichtungen kombiniert werden. Grundsätzlich umfasst die Sende- und Empfangsvorrichtung alle Mittel zur Strahlungserzeugung (wie Laserdiode oder Mikrowellensender) , Mittel zur Ein- und Auskopplung (Linsen) beispielsweise in einen Wellenleiter, Wellenleiter und Mittel zur De- tektion der Strahlung (wie Photodetektor oder Mikrowellenempfänger) . Als Messkopf wird hier stets nur das Mittel zur Ein- und Auskopplung der Strahlung ins Medium verstanden.

In der in Fig. 2 skizzierten Ausführungsvariante weist die von der Sendeeinrichtung ausgesandte Strahlung 7 eine räumliche Ausdehnung auf, d.h. dass der Strahl nicht linienförmig aus der Strahlungsquelle austritt, sondern durch ein Mittel zur Formung oder zur Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik wie beispielsweise eine Streulinse, oder einen Hornstrahler aufgeweitet wird. Neben der Formung zu einem divergierenden Strahl kann auch eine Formung zu einem parallelen Strahlenbündel oder eine Fokussierung vorteilhaft sein. Durch eine räumliche Aufweitung der ausgesendeten Strahlung wird die räumliche Auflösung der Messanordnung verbessert, insbesonde- re quer zur Strömungsrichtung des Mediums, weil ein größerer Querschnitt erfasst wird.

Dies wird insbesondere anhand von Fig. 2B deutlich. In Fig. 2B ist schemenhaft eine Querschnittsansicht der Stelle X des Rohrabschnitts dargestellt. Eine mittels des Stativs 5 gehalterte Sensoranordnung ist nicht dargestellt. Durch den kreisförmigen Pfeil ist die Drehung des Sensors oder des Messkopfs angedeutet. Als Drehwinkel oder Drehlage wird der Winkel φ bezeichnet. Ähnlich einem Radar streicht von der Sendeeinrichtung ausgesendete aufgefächerte Strahl 7 über den Messquerschnitt. Der mit SQ bezeichnete Strähnenquerschnitt beispielsweise einer Kohlenstaubsträhne liegt innerhalb einer Zeitspanne zumindest teilweise innerhalb des schraffierten Messkegels 7, sodass in dieser Zeitspanne durchgängig ein

Signal detektierbar ist und dieses auch räumlich zuordenbar ist .

Erfindungsgemäß ist der Messkopf 3 drehbar um eine im Wesent- liehen parallel zur Strömungsrichtung des Mehrphasengemischs verlaufenden Achse angeordnet. In Fig. 2 handelt es sich dabei um die Symmetrieachse 9 in Längsrichtung der Rohrleitung, welche den Rohrquerschnitt annähernd in deren Mittelpunkt schneidet. Je nach Anwendungsfall kann auch eine andere

Längsachse vorteilhaft sein, sodass der Sensor in der Querschnittssicht exzentrisch angeordnet ist. Je beweglicher der Sensor in Längs- und Querrichtung ist, desto besser können Inhomogenitäten innerhalb des Messvolumens erfasst werden. Die Rotation des Messkopfs kann beispielsweise durch einen kleinen Motor erreicht werden, welcher eine Welle antreibt, auf welcher wiederum der Sensor angebracht ist, es kann zudem auch ein durch Druckluft oder ein elektromechanischer Antrieb vorgesehen sein. Weiterhin ist ein Positionsgeber für die Drehposition vorzusehen. Die Drehvorrichtung ist vorzugsweise innerhalb des Stativs oder Signalrohrs 5 angeordnet. Rotiert der Sensor selbst, muss die Drehrichtung regelmäßig invertiert werden, um zu verhindern, dass sich Leitungen verdrehen . In Fig. 2A beträgt der Winkel zwischen der ausgesandten

Strahlung und der Strömungsrichtung des Mediums annährend 90°. Dieser Winkel hat sich insbesondere in Bezug auf die Untersuchung von Kohlenstaubsträhnen als vorteilhaft erwiesen. Im allgemeinsten Fall jedoch ist der Messkopf oder Sensor 3 wie in Fig. 3 derart ausgebildet, dass die Richtung der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten Strahlung 8 um einen Winkel gegenüber der parallel zur Strömungsrichtung des Mediums verlaufenden Achse 9 geneigt ist. Dies kann beispielswei- se durch einen Schwenkkopf erreicht werden.

Ist der Sensor derart ausgebildet, dass nach Aussendung von zwei Primärsignalen 7 und 8 zwei Messsignale aufgenommen werden, können bei bekannter Sensorposition oder Messkopfpositi - on auch Geschwindigkeitsmessungen beispielsweise von kleinen FeststoffPartikeln durchgeführt werden. Über die Relativbewegung zwischen Sender und Objekt kann durch den Dopplereffekt aus der Frequenzverschiebung des reflektierten Signals ebenso die Teilchengeschwindigkeit ermittelt werden. Das Aneinander- reihen einzelner Messungen liefert die Wegstrecke und die Absolutgeschwindigkeit eines Objektes. Ferner sind bei bekannter Sensorposition auch Winkel, Richtungen und Entfernungen zu bestimmten Objekten wie größeren FeststoffPartikeln möglich.

Die Auswertungseinrichtung 10 bestimmt in Abhängigkeit des empfangenen Messsignals eine Eigenschaft oder mehrere Eigenschaften des Mediums. In einem Ausführungsbeispiel beispielsweise wird für ein Zweiphasengemisch der Anteil des Feststof- fes in einem Staubgemisch mittels Mikrowellenstrahlung bestimmt. Eine gleichzeitige Aufzeichnung der Drehposition zur winkelabhängigen Darstellung der Messergebnisse erfolgt ebenfalls. Je nach Bedarf kann kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen gemessen werden. Ein repräsentatives Gesamtergebnis wird mittels einer zeitlichen Mittelung durchgeführt, je nachdem wie hoch die Rotationsgeschwindigkeit des Sensors ist . Die Auswertungseinrichtung 10 kann mit einer Steuerung bzw. Regelung zur Prozessoptimierung verbunden sein. Eine Kombination mit einem intelligenten und/oder selbstregelnden Stellglied kann beispielsweise in einem Leitsystem zur Steuerung eines Automatisierungsprozesses integriert werden.

Ferner können Mittel zur Konditionierung der Strömung entweder innerhalb des Strömungskanals oder als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eingesetzt werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 befindet sich der Sensor in einem mediendichten und fest montierten gekapselten Modul 12 innerhalb des Messvolumens oder hier der Rohrleitung 2, wodurch sich der mechanische Messaufbau ver- einfacht, allerdings je nach Betriebsbedingungen eine externe Energieversorgung vorgesehen werden muss. Der Sensor 3 um- fasst die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung, zusätzlich gibt es eine Antriebseinheit, welche den Sensor in Rotation versetzt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieses Modul 12 stromlinienförmig ausgestaltet, um ein möglichst ungestörtes Messergebnis zu erzielen. Innerhalb des gekapselten Moduls können zusätzlich Mittel zur Kühlung und/oder Belüftung vorgesehen sein. Diese können alternativ auch außerhalb des Moduls realisiert sein und Kühlmittel bzw. Luft kann per Schlauchverbindung zugeführt werden. Die

Schutzhülle eines solchen Moduls 12 sollte verschleißfest und mediendicht ausgestaltet sein. Insbesondere muss es durchlässig für die jeweils verwendete Strahlung sein. Ferner können wie in den anderen Ausführungsvarianten weitere Mittel inner- halb oder außerhalb des Moduls vorhanden sein, z.B. Mittel zur Rückmeldung einer Drehposition, Regelklappen zur Konditionierung der Strömung oder der verwendeten Strahlung. Ist ein zweiter Sensor beispielsweise zur Bestimmung der Geschwindigkeit vorgesehen, so wird auch dieser mit allen notwendigen Zusatzeinrichtungen innerhalb des Moduls angeordnet. Besonders vorteilhaft bei dieser Ausführungsvariante ist die verbesserte Befestigungsmöglichkeit des Moduls 12 an einem geraden Stativ oder Signalrohr 5. In Fig. 5 ist ein Abschnitt 20 einer gebogenen Rohrleitung mit kreisförmigem Querschnitt in Seitenansicht dargestellt, in welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 angeordnet ist. In dieser Ausführungsvariante wird der Sensor 3 beispielsweise an einem Ende eines überwiegend geraden Stativs oder Signalrohrs 5 angeordnet. Das Signalrohr 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Bohrung in der Rohrbiegung in das Rohrinnere eingeführt und verbindet den Sensor 3 mit der Aus- werteeinheit 10, welche außerhalb des Rohres angeordnet ist. Vorteil dieser Variante ist, dass diese besonders leicht montiert werden kann und sich von außen manuell oder mechanisch verschieben und verdrehen lässt. Dieser Aufbau lässt sich besonders leicht installieren. Je nach Länge des Signalrohres 5 ist zur Halterung eine Stützkonstruktion notwendig. Ferner ist darauf zu achten, dass das Signalrohr über einen mediendichten Verschluss 15 oder eine mediendichte Schleuse wie beispielsweise einen Flansch angeschlossen wird.