Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentrationen und/oder des Durchflusses von einzelnen Komponenten eines

Gasgemisches, wobei das Gasgemisch durch eine Rohrleitung bzw. durch ein Messrohr strömt.

Üblicherweise kommt bei der Messung des Durchflusses von Gasgemischen durch eine Rohrleitung ein thermisches Durchflussmessgerät zum Einsatz. Um eine möglichst genaue Messung durchführen zu können, muss die Zusammensetzung des

Gasgemisches bekannt sein. Hierzu ist neben dem thermischen Durchflussmessgerät ein Gasanalysator vorgesehen. Die entsprechende Gasanalyse erfolgt offline, d.h. dass eine Gasprobe wird zwecks Analyse aus dem Gasgemisch entnommen, in den Gasanalysator eingefüllt und dort anschließend analysiert. Vor Durchführung einer nachfolgenden

Analyse muss der Analysator gereinigt werden. Es versteht sich von selbst, dass diese bekannte Methode im Hinblick auf die Anschaffungs- und Betriebskosten relativ kostenintensiv ist. Die WO2008/003627A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung zur Bestimmung der Konzentrationen und/oder des Durchflusses von einzelnen

Komponenten eines Gasgemisches. Dies erfolgt hier unter der Anwendung der idealen Gasgleichung und ist eine sehr gute Methode für die Anwendung auf eine Vielzahl von Gasen in einem eingeschränkten Temperatur und Druckbereich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur präzisen Bestimmung der Konzentration der einzelnen Komponenten eines Gasgemisches mit mehr als zwei Komponenten vorzuschlagen, welche auf einen erweiterten Druck- und Temperaturbereich anwendbar ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Ultraschall-Durchflussmessgerät vorgesehen ist, das die Schallgeschwindigkeit des in einer Rohrleitung strömenden Gasgemisches bestimmt, dass eine Temperaturmesseinheit vorgesehen ist, die die Temperatur des in der Rohrleitung strömenden Gasgemisches bestimmt, und dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die anhand der über eine Ultraschallmessung ermittelten

Schallgeschwindigkeit und anhand der Schallgeschwindigkeit, die sich durch Auswertung der realen Gasgleichung ergibt, die Konzentrationen der einzelnen Komponenten des Gasgemisches bestimmt, wobei die Auswerteeinheit die Konzentration des

Wasserdampfs in Abhängigkeit von der Temperatur und der Feuchte des Gasgemisches ermittelt und die Konzentration des Wasserdampfes bei der Bestimmung der Konzentrationen der beiden weiteren Komponenten berück-sichtigt. Wie zuvorgesagt, wird die Schallgeschwindigkeit bevorzugt durch Lösung der realen Gasgleichung ermittelt. Zur Erhöhung der Messgenauig-keit ist es alternativ möglich, diese Information anhand experimentell ermittelter Daten zu erhalten.

Grundsätzlich ist die reale Gasgleichung bereits mehr als einem Jahrhundert bekannt. Implementierung der realen Gasgleichung bei der Auswertung von

Schallgeschwindigkeitswerten in einem Ultraschalldurchflussmessgerät ermöglicht ein Multifunktionsgerät welches in der Lage ist sowohl den Durchfluss als auch die

Gaszusammensetzung zu messen und dies auch bei hohen Prozessdrücken und Prozesstemperaturen.

Insbesondere ist im Zusammenhang vorgesehen, dass es sich bei dem Gasgemisch um beliebige binäre Gasgemische handelt. Auch bei ternären Gasgemischen mit einer bekannten Komponente kann dieVorrichtung genutzt werden.

Insbesondere ist im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass es sich bei dem Gasgemisch um ein Gas handelt, das im Wesentlichen aus dem

Komponenten Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf besteht.

Derartige Gasgemische sind z.B. Biogase, wobei auch Faulgase bekanntermaßem unter die Definition eines Biogases fallen

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinheit die Konzentration des Wasserdampfes in Abhängigkeit von der Temperatur unter der Annahme einer relativen Feuchte von 100% ermittelt.

Die oben getroffene Annahme, einer Sättigung des Gasgemisches mit Wasserdampf ist in vielen Fällen zumindest näherungsweise korrekt. Insbesondere gilt dies für Biogas, das üblicherweise bei einer Temperatur von 37° C erzeugt wird. Allerdings liefert diese Näherung nicht in jedem Fall ein korrektes Ergebnis: Um den eventuell auftretenden Fehler bei der Bestimmung der Konzentration des Wasserdampfes zu minimieren, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung eine Feuchtemesseinheit vorgesehen, die die relative Feuchte des in der Rohrleitung strömenden Gasgemisches misst; anschließend bestimmt die Auswerteeinheit die Konzentration bzw. den

Volumenanteil des Wasserdampfes in Abhängigkeit von der Temperatur und der gemessenen relativen Feuchte. Da auch der Druck des in der Rohrleitung strömenden Gasgemisches einen Einfluss auf die Konzentration des Wasserdampfs in dem Gasgemisch hat, ist gemäß einer

Weiterbildung der Vorrichtung ein Drucksensor vorgesehen, der den Absolutdruck des in der Rohrleitung strömenden Gasgemisches bestimmt; die Auswerteeinheit berücksichtigt den gemessenen Absolutdruck bei der Bestimmung der Konzentration des

Wasserdampfes in dem Gasgemisch.

In einer bevorzugten Anwendung der Vorrichtung handelt es sich bei der Rohrleitung um ein Ableitrohr für Biogas, wobei das Ableitrohr im oberen Bereich eines Fermenters, in dem sich Biomaterial befindet, angeordnet ist.

Um die Effektivität einer Biogas-Anlage zu ermitteln und zu überwachen, ist es notwendig, den aktuellen Durchfluss und die aktuelle Konzentration der wesentlichen Komponenten des Biogases zu kennen. So bestimmt der Prozentanteil von Methan in dem Gasgemisch den Energiegehalt des Biogases, während der Anteil des Methans in dem Biogas verknüpft mit dem Durchfluss eine Größe ist, die die Energieerzeugung bzw. den Energiegewinn der Biogas-Anlage charakterisiert. Weiterhin ist das Verhältnis von Methan zu Kohlendioxid eine wichtige Regelgröße für den in dem Fermenter ablaufenden Prozess; dieses Verhältnis kann beispielsweise zur Steuerung der Prozess-Temperatur und/oder zur Steuerung der Beschickung des Fermenters mit neuem Biomaterial verwendet werden. Weiterhin ist die Überwachung des Anteils von Kohlendioxid in dem Biogas aufgrund bestehender Umweltschutz-Bestimmungen von großer Wichtigkeit.

Gemäß einer bevorzugen Ausgestaltung des Verfahren ist das Ultraschall- Durchflussmessgerät so ausgestaltet, dass es die Strömungsgeschwindigkeit bzw. den Volumendurchfluss des in der Rohrleitung strömenden Gases nach dem Doppler- oder nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip ermittelt. Bei dem Ultraschall-Durchflussmessgerät handelt es sich entweder um ein Inline-Durchflussmessgerät oder um ein Clamp-On Durchflussmessgerät.

Ultraschall-Durchflussmessgeräte, die nach der Laufzeitdifferenz-Prinzip arbeiten, weisen zumindest ein Paar von Ultraschallsensoren auf, die die Ultraschall-Messsignale entlang definierter Schallpfade durch das in der Rohrleitung strömende Gasgemisch alternierend aussenden und/oder empfangen. Eine Regel-/Auswerteeinheit ermittelt den Volumen- und/oder den Massedurchfluss des Gasgemisches anhand der Differenz der Laufzeiten der Messsignale in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung des Gasgemisches. Der wesentliche Vorteil der Vorrichtung ist darin zu sehen, dass die Information über den Durchfluss und die Zusammensetzung des im wesentlichen aus drei Komponenten zusammen-gesetzten Biogases inline und kontinuierlich bereitgestellt werden kann.

Bei Inline-Durchflussmessgeräten sind die Ultraschallsensoren fest in entsprechenden Ausnehmungen in der Wandung eines Messrohrs integriert. Zwecks Montage wird das Messrohr mittels Flanschen in die Rohrleitung eingesetzt. Bei Clamp-On- Durchflussmessgeräten werden die Ultraschall-sensoren von außen auf die Rohrleitung montiert; sie messen den Volumen- bzw. Massedurchfluss des Gasgemisches in der Rohrleitung durch die Rohrwand hindurch.

Ultraschall-Durchflussmessgeräte der zuvor beschriebenen Art, die den Volumen- oder den Massedurchfluss ermitteln, werden vielfach in der Prozess- und

Automatisierungstechnik eingesetzt. Clamp-On-Durchfluss-messgeräte haben den Vorteil, dass sie es ermöglichen, den Volumen- oder Massedurchfluss in einem

Behältnis, z.B. in einer Rohrleitung, ohne Kontakt mit dem Medium zu bestimmen.

Clamp-On-Durchflussmessgeräte sind beispielsweise in der EP 0 686 255 B1 , der US- PS 4,484,478, DE 43 35 369 C1 , DE 298 03 91 1 U1 , DE 4336370 C1 oder der US-PS 4,598,593 beschrieben. Bei beiden Typen von Ultraschall-Durchflussmessgeräten werden die Ultraschall- Messsignale unter einem vorgegebenen Winkel in die Rohrleitung, in der das fluide Medium strömt, eingestrahlt bzw. aus der Rohrleitung ausgestrahlt. Bei Ultraschall- Durchflussmessgeräten ist die jeweilige Position der Ultraschallwandler am Messrohr (Inline) bzw. an der Rohrleitung (Clamp-On) abhängig vom Innendurchmesser des Messrohres und von der Schallgeschwindigkeit des Mediums. Bei Clamp-On-

Durchflussmessgeräten müssen zusätzlich die Applikationsparameter: Wandstärke der Rohrleitung und Schallgeschwindigkeit des Materials der Rohrleitung berücksichtigt werden. Üblicherweise sind bei beiden Typen von Ultraschall-Durchflussmessgeräten die

Ultraschallsensoren so angeordnet, dass die Schallpfade durch den Zentralbereich der Rohrleitung bzw. des Messrohres geführt sind. Der ermittelte Volumen- oder

Massedurchfluss spiegelt somit den mittleren Durchfluss des Mediums durch die Rohrleitung. Bei vielen Anwendungen, insbesondere bei Durchflussmessungen in Rohrleitungen mit großen Nennweiten, ist diese Mittelung jedoch zu ungenau. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt geworden, mehrere Sensorpaare über den Umfang verteilt an dem Messrohr bzw. an der Rohrleitung vorzusehen, wodurch die

Durchflussinformation aus verschiedenen segmentierten Winkelbereichen des

Messrohres bzw. der Rohrleitung zur Verfügung steht. Die wesentliche Komponente eines Ultraschallsensors ist ein piezo-elektrisches Element. Die wesentliche Komponente eines piezoelektrischen Elements ist eine piezokeramische Schicht, bei der es sich um eine Folie oder um eine Membran handelt. Die Piezokeramik ist zumindest in einem Teilbereich metallisiert. Durch Anlegen eines elektrischen

Anregungssignals wird die piezoelektrische Schicht in Resonanzschwingung versetzt, und Ultraschall-Messsignale werden ausgesendet. Bei dem empfangenden

Ultraschallsensor werden die Ultraschall-Messsignale in ein elektrisches Signal umgesetzt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ermittelt die Auswerteeinheit anhand der zuvor bestimmten Konzentrationen und der Molekulargewichte der einzelnen Komponenten des Gasgemisches bzw. des Biogases und anhand der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit den Volumen- oder Massedurchfluss von zumindest einer der Komponenten des Gasgemisches bzw. des Biogases.

Bevorzugt ermittelt die Auswerteeinheit den Energiefluss bzw. die Energie-produktion des Biogases unter Berücksichtung der ermittelten Konzentrationen der einzelnen

Komponenten und dem Volumendurchfluss des Biogases in der Rohrleitung. Weiterhin ist eine Anzeigeeinheit vorgesehen, die eine Meldung ausgibt, wenn der

Energiefluss bzw. die Energieproduktion des Biogases einen vorgegebenen minimalen Grenzwert unterschreitet.

Es ist von Vorteil, wenn das Durchflussmessgerät eine Regel-/Auswerteschaltung aufweist und dass ein Schaltkreis des Temperatursensors in der Regel- /Auswerteschaltung integriert vorliegt.

Es ist zudem von Vorteil, wenn das Messrohr eine mechanische Schnittstelle, insbesondere ein Bohrloch oder ein Anschlussstutzen, zur Festlegung eines

Drucksensors am oder im Messrohr aufweist. Grundsätzlich kann eine Druckmessung vor oder hinter dem Durchflussmessgerät erfolgen. Die vorliegende Anordnung ermöglicht dem Anwender jedoch eine Druckmessung am Ort der Durchflussmessung durch Installation eines Druckmessgerätes. Diese Option steht dem Anwender zur Verfügung. Ein Druckmessgerät muss dabei nicht zwingend schon in der Schnittstelle eingesetzt sein.

Es ist von Vorteil, wenn das Messrohr einen Drucksensor aufweist, welcher insbesondere über die Schnittstelle gemäß Anspruch am oder im Messrohr festgelegt ist und dass der Datentransfert zwischen dem Drucksensor und der Regel-/Auswerteschaltung über eine analoge oder digitale Schnittstelle, insbesondere ein 4...20 mA Datentransfertschnittstelle oder eine Hart-Datentransfertschnittstelle, erfolgt. Dadurch wird es den Transmittern des Durchflussmessgerätes und des Drucksensors ermöglicht miteinander zu kommunizieren. Die Auswerteeinheit nimmt vorteilhaft die Ermittlung der zwei unbekannten

Konzentrationen des Gasgemisches vor unter Berücksichtigung der Art der

Gaskomponenten, welche als Eingabewerte zur Verfügung gestellt werden. Diese Eingabewerte können als a priori bekannte Daten vom Kunden bereitgestellt werden. Die Auswerteeinheit ist derart ausgestaltet, dass sie die Ermittlung der zwei unbekannten Konzentrationen von Gaskomponenten des Gasgemisches vornimmt unter

Berücksichtigung einer dritten bis n-ten Konzentration von weiteren Gaskomponenten des Gasgemisches, welche als Eingabewerte zur Verfügung gestellt werden oder, im Fall des Wassergehaltes, ggf. anhand der relativen Feuchte oder anhand des tau-Punktes ermittelt werden. Dadurch kann das Durchflussmessgerät je nach Anwendungsfall auch zur Konzentration zweier Gaskomponenten bei ternären oder quarternären

Gasgemischen eingesetzt werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht eine Steuer- /Regeleinheit vor, die die Temperatur des Fermenters und/oder die Beschickung des

Fermenters mit Füllmaterial so steuert, dass der Energiefluss bzw. die Energieproduktion des Biogases einen im wesentlichen konstanten Wert annimmt. Hierdurch lässt sich der Ablauf des Fermentationsprozesses optimieren. Bevorzugt werden zu diesem Zweck die bereits an vorhergehender Stelle genannten Regelgrößen verwendet.

Besteht die Anlage zur Erzeugung von Biogas aus einer Vielzahl von Fermentern, so sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung vor, dass die Steuer-/Regeleinheit die Temperatur von jedem einzelnen Fermenter und/oder die Beschickung jeden einzelnen Fermenters mit Füllmaterial derart steuert, dass der Energiefluss bzw. die Energie-produktion des von der Anlage erzeugten Biogases einen im wesentlichen konstanten Wert annimmt. Hierdurch wird gleichfalls eine Optimierung des

Prozessablaufs erreicht.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die

Schallgeschwindigkeit des in einer Rohrleitung strömenden Gasgemisches über ein Ultraschall-Messverfahren bestimmt wird, dass die Temperatur des in der Rohrleitung strömenden Gasgemisches bestimmt wird, dass die Konzentration des Wasserdampfs in Abhängigkeit von der Temperatur bei der in der Rohrleitung herrschenden Feuchte ermittelt wird, und dass anhand der über das Ultraschall-Messverfahren ermittelten Schallgeschwindigkeit und anhand der Schallgeschwindigkeit, die sich durch Auswertung der realen Gasgleichung ergibt, die Konzentrationen der Komponenten der beiden weiteren Komponenten des Gasgemischs bestimmt werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Energiefluss bzw. die Energieproduktion des Gasgemisches unter Berücksichtigung der Konzentrationen der einzelnen Komponenten und des Volumen- oder Massedurchflusses durch die

Rohrleitung bestimmt wird. Gerade bei höheren Drücken entfaltet ein Durchflussmessgerat welches den Durchfluss und die Einzelkomponentenkonzentration eines Gasgemisches anhand eines mathematisch-physikalischen Models für reale Gase ermittelt besondere Vorteile. Hier weichen die Konzentrationen von idealen Gasen zunehmend von den tatsächlichen Werten ab. Daher ist die Verwendung eines vorgenannten Durchflussmessgerätes bei Mediumsdrücken von mehr als 10 bar, insbesondere mehr als 20 bar besonders bevorzugt.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 : einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Ultraschall- D u rchf I u ss m essg eräts ,

Fig. 2: einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Ultraschall- D u rchf I u ss m essg eräts

Fig. 3: einen Längsschnitt durch einen Ultraschallsensor, der in Verbindung mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform eingesetzt wird,

Fig. 4: einen Längsschnitt der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung eines Temperatur- und Feuchtesensors,

Fig. 5: Schaltanordnung des Ultraschall-Durchflussmessgerätes;

Fig. 6: eine schematische Darstellung der Anordnung der Vorrichtung an einem

Fermenter;

Fig. 7: schematischer Ablauf zur Analyse binärer Gasgemische; schematischer Ablauf zur Analyse ternärer Gasgemische; Fig. 9: Messdiagramm;

Fig. 10: Modelldarstellung einer iterativen Lösung; und Fig. 1 1 : Modelldarstellung eines inversen Modells.

Der Einsatz von Ultraschall-Durchflussmessgeräten 21 zur Bestimmung des Volumenoder Massedurchflusses Q eines gasförmigen oder flüssigen Mediums durch eine Rohrleitung 1 auf der Basis des Laufzeitdifferenzprinzips ist allgemein bekannt. Als Referenz sei auf das von T. Stauss heraus-gegebene Handbuch (ISBN 3-9520220-4-7) verwiesen. Ausführliche Information findet sich auch in dem von der von der Anmelderin heraus-gegebenen 'Durchfluss-Fibel'. Darüber hinaus werden von der Anmelderin Ultraschall-Durchflussmessgeräte unter der Bezeichnung PROSONIC FLOW angeboten und vertrieben.

Die Figuren Fig. 1 und Fig. 2 zeigen zwei unterschiedliche Ausgestaltungen der

Vorrichtung, bei der ein Ultraschall-Durchflussmess-gerät 31 zur Analyse und zur Durchflussmessung eines Gasgemisches 2 verwendet wird. In Fig. 3 ist in

Detaildarstellung der Ultraschallsensor mit integriertem Temperatursensor 4 aus Fig. 1 zu sehen. Fig. 4 zeigt in Detail-Darstellung den Temperatur-/ Feuchtesensor 7 aus Fig. 2. Der Temperatursensor kann im Ultraschallsensor integriert sein, er muss jedoch nicht zwingend im Ultraschallsensor integriert sein, da die Messung durch den integrierten Temperatursensor geringe Wärmeableitfehler aufweisen kann. Alternativ kann die Temperatur vorbekannt sein und als Eingabewert bereitgestellt werden. So kann die Temperatur beispielsweise durch eine gesonderte Messeinheit vor dem Durchflussmessgerät ermittelt werden.

Bei den beiden Ausgestaltungen sind zur Bestimmung des Volumenstroms Q nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip zwei Ultraschallsensoren 4, 5 vorgesehen, wobei die beiden Ultraschallsensoren 4, 5 gegenüberliegend und axial zueinander versetzt an der Rohrleitung 1 oder an dem Messrohr befestigt sind. Alternierend senden und empfangen die beiden Ultraschallsensoren 4, 5 Ultraschall-Messsignale. Die Laufzeitdifferenz zwischen den Ultraschall-Messsignalen, die in Strömungsrichtung S und entgegen der Strömungs-richtung S ausgesendet und empfangen werden, ist ein Maß für den

Volumenstrom Q des Gasgemisches 2 in der Rohrleitung 1 .

Der wesentliche Unterschied bei den beiden in den Figuren Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausgestaltungen besteht darin, dass bei der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung davon ausgegangen wird, dass die relative Feuchte RH des Gasgemisches 100 % beträgt oder dass die relative Feuchte vorbekannt ist und als Information dem Gerät zur Verfügung steht z.B. als Eingabewert. Somit ist die Konzentration des Wasserdampfs in dem Gasgemisch 2 nur abhängig von der Temperatur T und der entsprechende Sättigungs- Dampfdruck kann einer Tabelle entnommen oder über eine entsprechende Formel gewonnen werden.

Um eine genauere Aussage hinsichtlich der Wasserdampf-Konzentration x _w zu erhalten, ist vorteilhafter Weise ein Drucksensor 32 vorgesehen. Bei realen Gasen ist der

Drucksensor insbesondere von Vorteil, da die Schallgeschwindigkeit von realen Gasen druckabhängig ist. Folglich geht der gemessene Druck in die Ermittlung der

Konzentration der Gaskomponenten ein. Zudem lässt sich anhand des gemessenen, eventuell vom Normaldruck abweichenden Drucks des Gasgemisches 2 in der

Rohrleitung 1 die Konzentration des Wasserdampfs x _w in dem Gasgemisch 2 exakt bestimmen.

Alternativ kann der Druck auch vorbekannt sein und als Eingabewert bereitgestellt werden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung ist zusätzlich zu dem Temperatur-sensor 7 und ggf. dem Drucksensor 32 ein Feuchtesensor 15 vorgesehen. Der Feuchtesensor 15 stellt einen Messwert hinsichtlich der aktuellen Feuchte RH in dem Gasgemisch 2 zur

Verfügung. Somit lässt sich die Wasserdampf-Konzentration x _w in dem Gasgemisch 2 hochgenau bestimmen. Üblicherweise ist der Feuchtesensor 15 als kapazitiver Sensor ausgestaltet. Die Fritte 16 schützt den Feuchte- und Temperatursensor 7 vor

mechanischer Zerstörung; sie verhindert die Kollision mit größeren Partikeln.

In Fig. 1 und in der in Fig. 3 gezeigten Detailansicht ist dargestellt, dass der

Temperatursensor 35 in einem der beiden Ultraschallsensoren 4 integriert ist. Bei dem Temperatursensor 35 handelt es sich beispielsweise um ein RTD Element, einen Thermistor, ein Thermoelement oder um ein temperatur-empfindliches Halbleiterelement. Der Temperatursensor 35 ist so in den Ultraschallsensor 4 integriert, dass er die

Temperatur T des Gasgemisches 2 misst.

Der Ultraschallsensor 4 kannaus einem piezoelektrischen Element 13 und einer

Anpassschicht 14 bestehen, wobei die Anpassschicht 14 die Ein- und Aus-kopplung der Ultraschall-Messsignale in das Gasgemisch 2 verbessert. Bevorzugt hat die

Anpassschicht 14 eine Dicke, die einem Viertel der Wellenlänge der Ultraschall- Messsignale entspricht. Die Anpassschicht 14 ist so ausgestaltet, dass ihre akustische Impedanz zwischen der akustischen Impedanz des piezoelektrischen Elements 13 und der akustischen Impedanz des Gasgemisches 2 liegt. Die Anpassungsschicht ist jedoch für die Funktionalität des Sensors nicht zwingend erforderlich. Die Strömungsgeschwindigkeit V des Gasgemisches 2 lässt sich anhand des

Laufzeitdifferenz-Prinzips nach folgender Formel berechnen:

L t up - t a,n

V = K (1 a)

2sin 6> t _up - t _dn

Der Volumenstrom Q ergibt sich folglich aus der mathematischen Beziehung:

Q = A - V (1 b)

Die Schallgeschwindigkeit C _g des in der Rohrleitung 1 bzw. in dem Messrohr strömenden Mediums 2 lässt sich nach folgender Formel errechnen:

Hierbei charakterisieren : die Laufzeit der Ultraschall-Messsignale in Strömungsrichtung S;

up

† , : die Laufzeit der Ultraschall-Messsignale entgegen der Strömungsrichtung S;

dn

K : eine das Strömungsprofil beschreibende Funktion - bei laminarer Strömung hat das Strömungsprofil üblicherweise die Form einer Parabel;

L: der Abstand zwischen den beiden Ultraschallsensoren 4, 5 bzw. die Länge des Schallpfades der Ultaschall-Messsignale zwischen den beiden Ultraschallsensoren 4, 5;

Θ : der Einkoppelwinkel der Ultraschall-Messsignale in die Rohrleitung 1 bzw. in das Messrohr, wobei der Einkoppelwinkel gleich dem Auskoppelwinkel ist.

A: die Querschnittsfläche der Rohrleitung 1 , die von dem Gasgemisch 2 durchströmt wird. In einer Näherung kann im Zusammenhang die Annahme getroffen werden, dass der Wasserdampf in dem Gasgemisch 2 gesättigt ist, d.h. dass die relative Feuchte RH

100% beträgt. Somit kann die Konzentration von Wasserdampf = X, mittels einer w 3

Tabelle oder einer entsprechenden Formel bestimmt werden, in der der

Wasserdampfgehalt bzw. die Volumenprozent des Wasserdampfs in Abhängigkeit von der Temperatur T bei Normaldruck P aufgelistet bzw. berechenbar sind.

Die Feuchte muss allerdings nicht zwingend 100% sein. Es ist ausreichend, wenn die Feuchte bekannt ist.

Ist die Temperatur bekannt, so kann die Konzentration des Wasserdampfs nach folgender Formel berechnet werden:

Hierbei kennzeichnet:

P = den Sättigungsdampfdruck in Abhängigkeit von der Temperatur bei Normaldruck;

S

P = den Absolutdruck im Messmedium entspricht. Ist die relative Feuchte in dem Gasgemisch nicht vorgegeben, so ist es für eine genaue Messung erforderlich, die relative Feuchte RH zu bestimmen. Eine Anordnung zur Feuchtebestimmung ist im Detail in Fig. 4 zu sehen, wo der Feuchtesensor 15 zusammen mit dem Temperatursensor 12 als kombinierter Temperatur- und

Feuchtesensor 7 ausgestaltet ist. Die Konzentration des Wasserdampfs x _w lässt sich mit Kenntnis der aktuellen Feuchte RH nach folgender Formel berechnen:

P - RH

Diese Formel lässt sich auch anwenden, sofern der Wasserdampf im Gasgemisch nicht gesättigt ist und die relative Feuchte RH nicht ermittelt sondern als Eingabewert vorgegeben wird.

Fig. 5 zeigt die in Fig. 2 gezeigte Ausgestaltung der Vorrichtung mit zugehöriger Regel- /Auswerteschaltung 18. Üblicherweise ist die Regel-/Auswerteschaltung 18 in den sog. Transmitter des Durchflussmessgeräts 31 integriert.

Die beiden Ultraschallsensoren 4, 5 arbeiten abwechselnd als Sender und Empfänger. Die Ansteuerung der Ultraschallsensoren 4, 5 erfolgt über den Multiplexer 27. In Fig. 5 ist der Fall dargestellt, dass der Ultraschallsensor 4 als Sender und der Ultraschallsensor 5 als Empfänger arbeitet. Über den Generator 23 und den Sendeverstärker 25 wird ein elektrisches Anregungs-signal an das piezoelektrische Element 13 des

Ultraschallsensors 4 angelegt. Die Anregung des piezoelektrischen Elements 13 erfolgt bei dessen Resonanzfrequenz. Der Ultraschallsensor 4 wird so angesteuert, dass er ein kurzes impulsförmiges Ultraschall-Messsignal aussendet. Die optimale Frequenz eines Ultraschall-Messsignals liegt im Bereich zwischen 50 kHz und 500 kHz.

Nach einer kurzen Laufzeit empfängt der Ultraschallsensor 5 den Schallimpuls. Das piezoelektrische Element 13 des Ultraschallsensors 5 wandelt den Schallimpuls in ein elektrisches Signal; dieses elektrische Signal wird zum Empfangsverstärker 26 geführt. Die gewünschte Verstärkung wird über einen Rückkoppelkreis 30 geregelt. Das verstärkte Empfangssignal wird über einen Analog-/Digital Wandler 24 in eine digitales Signal umgewandelt und der Auswerteeinheit 21 zur weiteren Bearbeitung und

Auswertung zur Verfügung gestellt. Die Auswerteeinheit 21 errechnet die Laufzeit t _dn des Schallimpulses auf dem Schallpfad vom Ultraschallsensor 4 zum Ultraschall-sensor 5. Anschließend werden die Ultraschallsensoren über den Multiplexer 27 so angesteuert, dass nunmehr der Ultraschallsensor 5 als Sender und der Ultraschallsensor 4 als Empfänger arbeitet. In der zuvor beschriebenen Weise ermittelt die Auswerteeinheit 21 die Laufzeit t , die der Schallimpuls benötigt, um den Schallpfad zwischen dem

Ultraschallsensor 5 und dem Ultraschall-sensor 5 zu durchlaufen.

In einer der Auswerteeinheit 21 zugeordneten Speichereinheit ist Information über die Funktion K abgespeichert, die das Strömungsprofil bzw. die Geometrie des Messrohrs bzw. der Rohrleitung 1 in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit V zumindest in einer Vielzahl der Anwendungsfälle hinreichend genau beschreibt. Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, lässt sich die Funktion K auch messtechnisch

bestimmen. Hierzu ist es erforderlich, dass mehr als ein Paar von Ultraschallsensoren 4, 5 an dem Messrohr bzw. an der Rohrleitung 1 vorgesehen sind. Anhand der gemessenen Laufzeiten t _dn , t - ggf. gemittelt über mehrere Messzyklen - und anhand der abgespeicherten, das Strömungsprofil beschreibenden Funktion K bestimmt die Auswerteeinheit 21 über die Gleichung (1 a), die Gleichung (1 b) und die Gleichung (2) die Strömungsgeschwindigkeit V, den Volumendurchfluss Q und die Schallgeschwindigkeit C _g des Gasgemisches 2.

Die von dem Temperatursensor 35 und ggf. von dem Feuchtesensor 15 gemessenen Temperaturwerte bzw. Feuchtewerte werden von dem Temperaturschaltkreis 20 bzw. dem Feuchteschaltkreis 19 an die Auswerteeinheit 21 weitergeleitet. Wie in Fig. 5 dargestellt sind der Temperaturschaltkreis und der

Feuchtesensorschaltkreis in der Regel-/Auswerteschaltung 18 integriert. Analog kann auch ein optionaler Druckschaltkreis in der Regel-/Auswerteschaltung integriert sein. Allerdings müssen die vorgenannten Schaltkreise der Sensoren nicht zwingend in der Regel-/Auswerteschaltung 18 integriert sein, sondern autonome Schaltkreise mit eigenen Transmittern sein, die mit dem Transmitter des Durchflussmessgerätes über jeweils eine Schnittstelle kommunizieren.

So ist auch eine Kombination von mit der Regel-/Auswerteschaltung 18 integrierten Schaltkreisen, autonomen Schaltkreisen und vorgegebenen Eingabewerte für

Temperatur, Druck und Feuchte möglich.

Optional können noch Sensoren vorgesehen sein, z.B. zur Bestimmung Dichte, Viskosität oder Gassensoren für bestimmte Gase (C0 ₂ , H ₂ S, ... Sensoren). Die Auswerteeinheit 21 löst errechnet unter Verwendung der gemessenen

Schallgeschwindigkeit C _g und der weiteren bekannten Größen die Volumenanteile der drei wesentlichen Komponenten des Gasgemisches. Weiterhin stellt die Auswerteeinheit 21 Information über den Volumendurchfluss der einzelnen Komponenten des

Gasgemisches 2 zur Verfügung. Die Werte werden auf der Anzeigeeinheit 22 angezeigt oder über entsprechende Verbindungsleitungen an eine übergeordnete Prozessleitstelle geführt.

Fig. 6 zeigt die Anordnung der Vorrichtung an einem Fermenter 33 in einer Anlage zur Erzeugung von Biogas. In dem Fermenter 33 befindet sich das Befüllmaterial 34. Hierbei handelt es sich um organische Stoffe, insbesondere um Speisereste, Silageeintrag und Jauche. Der Fermentationsprozess erfolgt bei einer vorgegebenen Temperatur. Das gewonnene Biogas wird über das Ableitrohr 1 in einen in Fig. 6 nicht gesondert dargestellten Gasspeicher geleitet. In dem Ableitrohr 1 ist das Ultraschall- Durchflussmessgerät 31 montiert.

Bevorzugt ermittelt die Auswerteeinheit 21 den Energiefluss bzw. die Energie-produktion des Biogases unter Berücksichtung der ermittelten Konzentration der einzelnen

Komponenten und der Strömungsgeschwindigkeit V des Biogases in der Rohrleitung 1. Eine Meldung wird ausgegeben, wenn der Energiefluss bzw. die Energieproduktion des Biogases einen vorgegebenen minimalen Grenzwert unterschreitet.

Die Regel-/Auswerteeinheit 21 stellt Regelgrößen zur Verfügung, über die die

Temperatur in dem Fermenter 33 und/oder die Beschickung des Fermenters 33 mit Füllmaterial 34 geregelt wird. Insbesondere wird der Fermentations-prozess in dem Fermenter 33 so gesteuert, dass der Energiefluss bzw. die Energieproduktion des Biogases einen im wesentlichen konstanten Wert annimmt. Hierdurch lässt sich der Ablauf des Fermentationsprozesses optimieren. Besteht die Anlage zur Erzeugung von Biogas aus einer Vielzahl von Fermentern 33, so regelt die Vorrichtung 31 die Temperatur von jedem einzelnen Fermenter 33 und/oder die Beschickung jeden einzelnen Fermenters 33 mit Füllmaterial 34 derart, dass der Energiefluss bzw. die Energieproduktion des von der Anlage erzeugten Biogases einen im wesentlichen konstanten Wert annimmt. Hierdurch wird gleichfalls eine Optimierung des Prozessablaufs in der Biogas-Anlage erreicht.

Nachfolgend soll das Konzept der Erfindung nochmals im Detail näher erläutert werden. Die vorbeschriebenen Fig. 1 -6 beschreiben in erster Linie Anwendungen für feuchte Gase. Hier können bei bekannter Feuchte die Zusammensetzung und die Konzentration der Einzelkomponenten eines tenären Gasgemisches bestimmt werden. Es ist jedoch losgelöst von dieser Anwendung auch möglich die unbekannten

Konzentration x-i und x ₂ von zwei Einzelkomponenten einer beliebigen Gasmischung zu bestimmen. So kann die Zusammensetzung eines binären Gasgemisches bestimmt werden. Ternäre Gasgemische können dann bestimmt werden wenn die Konzentration einer dritten Einzelkomponente X3 bekannt ist. Bei quarternären Gasgemischen müssen die Konzentration von zwei Gaskomponenten bekannt sein, um die

Gaszusammensetzung zu bestimmen. Entsprechend lässt sich bei einem mit n- Komponenten die Zusammensetzung bestimmen, wenn die Konzentrationen von n-2 Gaskomponenten vorgegeben oder ermittelt sind. Ermitteln heißt in diesem Zusammenhang z.B. die aktive Messung einer

Gaskonzentration oder die indirekte Bestimmung der Gaskonzentration durch einen ermittelten oder berechneten RH-Wert oder einen tau-Punkt.

Ein Beispiel einer tenären Gasmischung ist das Biogas, wobei die eine bekannte Konzentration die Konzentration des Wasserdampfes ist, welche mittels des RH-Wertes und der Temperatur ermittelt wird. Dies wurde bereits im Detail vorher beschrieben.

Für die Gasanalyse wird ein Ultraschall-Durchflussmessgerät verwendet, um die Anteile (in % mol und/oder % vol) der einzelnen bekannten Gaskomponenten zu bestimmen. Die bekannten Anteile können im nächsten Schritt an den Kunden ausgegeben werden.

Ausserdem dienen sie zur Berechnung von diversen Eigenschaften der Gasmischung wie z.B. Dichte, Normdichte und Viskosität, die ebenfalls ausgegeben werden können oder zur Berechnung von abgeleiteten Grössen wie z.B. Massefluss, Normvolumenfluss und Reynoldszahl benutzt werden.

Beim idealen Gas sind die Anteile in %vol und in %mol identisch. Bei realen Gasen sind %vol und %mol zu unterscheiden.

In Fig. 7 ist ein schematischer Ablauf zur Analyse binärer Gasgemische dargestellt. Ausgehend von den Eingangswerten des Druckes, der Mediumstemperatur und der Schallgeschwindigkeit des Gasgemisches können nach Vorgabe, dass die Anzahl der Gaskomponenten zwei beträgt, in einem Analysator die Anteile in vol.% ider mol% berechnet werden. Hierzu nutzt der Analysator die reale Gasgleichung. Bei Eingabe dieser Anteile in eine Rechenmaschine für kann eine Datenverabeitungseinheit bei bekannter Temperatur und bekanntem Druck des Gasgemisches verschiedene Werte ermittelt werden. Diese Werte sind der Massefluss, der Normvolumenfluss, die

Reynoldszahl und der Brennwert/Heizwert. In Fig. 7 erfolgt zunächst die Ermittlung der Anteile der Gaskomponenten 103 in mol% oder vol%. Dies wird durch einen binären Analysator für reale Gase 102 ermöglicht. Eingabewerte für die Analysator 102 sind Prozessgroßen 101 . Dies sind im konkreten Fall der Druck P, die Temperatur T und die Schallgeschwindigkeit c. Zudem muss die Vorgabe 1 1 1 erfolgen, um welche zwei Gase es sich handelt. Z.B. CO2 und Methan.

Die Eingabewerte 101 können ermittelt oder vorgegeben werden

Im Anschluss erfolgt die Berechnung von Eigenschaften des ermittelten Gasgemisches. Dies erfolgt mittels eines mathematisch-physikalischen Modelles 104 für reale Gase unter Verwendung der Anteile der Gaskomponenten und der Prozessgrößen 101 , hier nur des Druckes P und der Temperatur T. Die ermittelten Eigenschaften sind

vorzugsweise, jedoch nicht abschließend, die Dichte des Gasgemisches 105 unter Betriebsbedingungen, die Dichte des Gasgemisches 106 unter

Norm/Standardbedingungen 106, die kinematische oder dynamische Viskosität des Gasgemisches 107 und der Brennwert/Heizwert des Gasgemisches 108.

Aus den ermittelten Eigenschaften 105-108 können weitere Prozessgrößen 1 12 berechnet werden, insbesondere, jedoch nicht abschließend, Massefluss,

Normvolumenfluss, Reynoldszahl und Energiefluss (Leistung).

In Fig. 8 ist ein schematischer Ablauf zur Analyse tenärer Gasgemische dargestellt. Ausgehend von den Eingangswerten des Druckes, der Mediumstemperatur und der Schallgeschwindigkeit des Gasgemisches können nach Vorgabe, dass die Anzahl der Gaskomponenten drei beträgt, in einem Analysator die Anteile in vol.% ider mol% berechnet werden. Zuvor muss allerdings der Anteil der dritten Gaskomponente vorgegeben oder ermittelt werden. Hierzu nutzt der Analysator die reale Gasgleichung. Bei Eingabe dieser Anteile in eine Rechenmaschine für kann eine

Datenverabeitungseinheit bei bekannter Temperatur und bekanntem Druck des

Gasgemisches verschiedene Werte ermittelt werden. Diese Werte sind der Massefluss, der Normvolumenfluss, die Reynoldszahl und der Brennwert/Heizwert.

Im Unterschied zu Fig. 7 zeigt Fig. 8 eine Auswertung eines tenären Gasgemisches unter Verwendung eines tenären Analysators für reale Gase 1 13. Neben den einzugebenen Prozessgrößen 101 müssen zudem die drei Gaskomponenten definiert werden, so z.B. Wasser, C0 ₂ und Methan (für Biogasanwendungen). Darüber hinaus muss auch eine Konzentration einer Gaskomponente 1 15 bekannt oder ermittelt worden sein.

Am besonderen Beispiel von Biogas erfolgt nicht die direkte Angabe von Wasserdampf in vol.%, sondern die Wasserdampfkonzentration kann durch Ermittlung aus der

Relativfeuchte (angegeben oder gemessen) und der Temperatur (angegeben oder gemessen) erfolgen. Dies wurde zuvor beschrieben. Die anschließende Ermittlung der zusätzlichen Prozessgrößen 1 12 erfolgt analog zu Fig. 7.

Ein Beispiel für eine ternäre Gasmischung ist das Biogas und seine Varianten (Klärgas oder Faulgas, Deponiegas) sowie das Grubengas (Kohlegas) besser bekannt als Coal Seam Gas oder Coal Bed Methane. Diese Gase bestehen hauptsächlich aus Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf. In diesem Fall werden die Anteile von Methan und Kohlendioxid durch den Analysator bestimmt und der Anteil von Wasserdampf wird mit Hilfe der vom Kunden angegebenen Relativfeuchte in % (RH) und des Temperaturwertes berechnet.

Der Analysator verwendet zur Bestimmung der Gasanteile die Schallgeschwindigkeit c, die von einem Ultraschall-Durchflussmessgerät ohne Weiteres gemessen werden kann, den Prozessdruck P und die Prozesstemperatur T. Für die Bestimmung von P (Druck) und T (Temperatur) gibt es drei Möglichkeiten:

• Direkte Messung durch integrierte P/T-Sensoren,

• Einlesen der durch externe P/T-Sensoren gemessenen Werte mittels analoger oder digitalen Schnittstellen,

• Eingabe von konstanten Werten durch den Kunden.

Der bisherige Stand der Technik geht von der Annahme aus, dass die Gasmischung sich als ideales Gas verhält. Damit ist es möglich, die einfachen physikalischen Modelle wie z.B. die thermische Zustandsgieichung idealer Gase zu verwenden. In dieser„idealen Welt" gilt für alle Gase: die Schallgeschwindigkeit ist unabhängig vom Prozessdruck und steigt mit Wurzel der Prozesstemperatur.

Die Annahme des idealen Gases bleibt nur in einem begrenzten Druck- und

Temperaturbereich gültig. Ausserhalb von diesem Bereich sind die physikalischen Modelle für ideales Gas ungenau und eignen sich nicht für ein Messgerät, das eine hohe Messgenauigkeit erreichen soll. Je nach Gas ist der Gültigkeitsbereich kleiner oder grösser. So ist z.B. das Kohlendioxid, ein fester Bestandteil von Biogasen, ein stark „nicht-ideales" Gas, bei dem schon ab einem Prozessdruck von 10 bar relevante Abweichungen zum idealen Gas auftreten. In der Welt der realen Gase verhalten sich alle Gase unterschiedlich insbesondere wenn grosse Druck- und Temperaturbereiche betrachtet werden. Die Schallgeschwindigkeit eines realen Gases ist abhängig sowohl von der Prozesstemperatur als auch vom Prozessdruck. Diese Abhängigkeiten sind komplex und unterscheiden sich von Gas zu Gas, wie man im Diagramm der Fig. 9 sehen kann:

Fig. 10 zeigt eine Modelldarstellung einer iterativen Lösung wie sie z.B in einem binären Analysator 102 umgesetzt wird. Die mathematisch-physikalischen Grundlagen für eine Interative Annäherung von beliebige Messgrößen sind dem Fachmann wohlbekannt. Die in Fig. 10 dargestellten Kundenangaben 401 beziehen sich darauf um welche

Gaskomponenten es sich in Gasgemisch handelt und beispielsweise bei Gasgemischen mit n-Komponenten um die erforderliche Konzentrationen der n-2 Gaskomponenten. Im Fall der Fig. 10 erfolgt eine Initialschätzung 402 der Gasanteile eines zu messenden Gasgemisches, sowie die Eingabe von Druck und Temperatur des Mediums, die z.B. durch Messung ermittelt sind. Durch Berechnung wird eine Schallgeschwindigkeit auf Grundlage der geschätzten Gasanteile 403 bereitgestellt. Diese wird mit der tatsächlich gemessenen Schallgeschwindigkeit 404 verglichen. Dann werden die Gasanteile so lange interativ 405 angepasst, bis die berechnete Schallgeschwindigkeit mit der gemessenen Schallgeschwindigkeit übereinstimmt. Dann erfolgt eine Ausgabe der Molprozente und/oder Volumenprozente.

In dieser Variante werden die Gasanteile X, somit mit Hilfe eines iterativen Prozesses bestimmt. Dieser Prozess führt eine Minimierung des Fehlers der geschätzten

Schallgeschwindigkeit Cgeschätzt durch. Die Palette an möglichen Minimierungsalgorithmen ist gross und reicht von klassischen Gradient-Methoden bis zu modernen

Evolutionsalgorithmen. Bei der Auswahl sind allerdings Algorithmen zur Integration in den Messgeräten bevorzugt, welche eine geeignete Konvergenzgeschwindigkeit und einen geringen Rechenaufwand aufweisen.

Die Schallgeschwindigkeit c _geS chätzt wird für die aktuelle Schätzung der Gasanteile X _{i k} mit Hilfe eines direkten Modells 406 wie z.B. einer Software berechnet: geschätzt.k = f(P, T, X|, _k ) wobei k den Iterationsindex darstellt. Für die Beschreibung des Software-Pakets siehe „NEL40 - A FORTRAN Software Package for the Thermodynamic and Transport Properties of 40 Common Fluids and their Mixtures", TUV NEL, 2005.

In der praktischen Implementation kann der iterative Prozess als„Endlosschleife" laufen. Damit werden die ermittelten Gasanteile X, dauernd an die Änderungen in den

Prozessvariablen P, T, c angepasst. Eine zweite Variante der Analyse eines Gasgemisches wird in Fig. 1 1 dargestellt.

In dieser Variante wird davon ausgegangen, dass ein inverses Modell 501 für reale Gase vorhanden ist, mit dem man aus den Prozessvariablen 101 P, T, also Druck und

Temperatur, und der Prozessvariable 502 c, also der Schallgeschwindigkeit, mit Hilfe der Kundenangaben (a priori Kenntnisse) direkt, also ohne Iteration, die einzelnen Gasanteile Xi berechnen kann:

X = f(P, T, c) Da wir annehmen müssen, dass die Herleitung eines allgemein gültigen inversen Modells sehr aufwendig oder unmöglich ist, können stattdessen dezidierte inverse Modelle entwickelt werden, die nur in einem eingeschränkten Bereich gültig sind. Je nach Anwendungsfall bzw. Kundennutzen ist es denkbar, dezidierte inverse Modelle für einen eingeschränkten Druckbereich, einen eingeschränkten Temperaturbereich und/oder nur für bestimmte Gaskomponenten zu entwickeln. Als Beispiel kann ein dezidiertes inverses Modell für Biogas als reales Gas genannt werden.

Das dezidierte Modell ändert sich von Gasgemisch zu Gasgemisch, von

Temperaturbereich zu Temperaturbereich und von Druckbereich zu Druckbereich und kann auf die Kundenwünsche zugeschnitten werden.

Alternativ zur vorgenannten Bestimmung des Wasserdampfes durch die Relativfeuchte RH kann auch eine Ermittlung mittels des tau-Punktes erfolgen.

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese umfasst ein Messrohr 201 durch welches ein Messmedium 202, so z.B. ein tenäres Gasgemisch, geleitet wird. Am Messrohr 201 sind Sensorstutzen 203 angeordnet. Diese dienen sowohl zur Aufnahme von zwei Ultraschallwandlern 204 und 205 als auch zur Aufnahme eines Drucksensors 207, eines Temperatursensors 208 und eines optionalen Feuchtesensors 209, sofern es sich bei dem Gasgemisch im Wesentlichen um ein tenäres Gasgemisch mit Wasserdampf als eine Komponente handelt. Dabei weist ist ein Stutzen 203 für jeden der Ultraschallwandler 204, 205 und die Sensoren 207-209 vorgesehen. Diese sind in mit einem Anschlussadapter 306 verbunden, beispielsweise einen Schraubadapter, welcher in den Stutzen eingebracht werden kann. Die Sensoren sind über Datenleitungen mit einer Auswerteeinheit 210 verbunden. Selbstverständlich kann die Kommunikation zwischen den Ultraschallwandlern und/oder den Sensoren mit der Auswerteeinheit 210 auch über eine kabellose Datenleitung erfolgen. Es können auch mehrere Auswerteeinheiten vorgesehen sein, welche miteinander kommunizieren.

Die Auswerteeinheit ermittelt aus den ermittelten Messwerten der Sensoren 207-209 und der Ultraschallwandler 204, 205 die Zusammensetzung des Gasgemisches und ggf. die Durchflussgeschwindigkeit und/oder den Volumenfluss des Gasgemisches.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei ist abermals ein Messrohr 301 vorgesehen, durch welches ein Messmedium 302, insbesondere ein Gasgemisch, fließt bzw. strömt. Auch in dieser Ausführungsvariante weist das Messrohr 301 zwei Stutzen für die Ultraschallwandler 304 und 305 auf, welche mit Hilfe eines Anschlussadapters 306 in dem jeweiligen Stutzen 303 festgelegt sind. Das Messrohr 301 weist zudem einen weiteren Stutzen 303 auf - in welchen ein

Kombinationssensor 307 einbringbar ist. Dieser Kombinationssensor 307 vereint zumindest zwei der drei Sensoren 207-209 in sich und ermöglicht damit eine Temperatur- und Druckmessung oder eine Temperatur- und Feuchtemessung oder eine Druck- und Feuchtemessung. Die Messdaten können im Anschluss analog zu Fig. 12 an eine Auswerteeinheit übermittelt werden.

Der Stutzen für den Kombinationssensor steht dem Endnutzer als Anschluss zur Verfügung. Er muss diesen Anschluss allerdings nicht zwingend nutzen, sofern die Prozessdaten durch andere - nicht im Messgerät integrierte Messstellen - der

Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden.