Verfahren und Sensor zum Messen einer durchflussabhängigen Größe in einem Rohr

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zum Messen einer durchflussabhängigen Größe in einem Rohr, auf ein entsprechendes Verfahren sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.

Ein Massenstrom eines Mediums in einem Rohr kann durch einen Sensor erfasst werden. Beispielsweise kann bei einem solchen Sensor die Corioliskraft ausgenutzt werden, die auf das Medium wirkt, wenn es quer zu einer

Flussrichtung bewegt wird.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Messen einer durchflussabhängigen Größe in einem Rohr, weiterhin ein Sensor, der dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Ein in einem Medium schwingender Körper wird durch das Medium

beziehungsweise einer Strömung des Mediums in seiner Schwingung

beeinflusst. Dabei kann sowohl eine Frequenz der Schwingung, eine Amplitude der Schwingung als auch eine Form der Schwingung beeinflusst werden. Eine Art der Beeinflussung hängt dabei von Stoffwerten beziehungsweise Ström ungswerten des Mediums ab. Der Körper kann zu der Schwingung von außen angeregt werden. Die von dem Medium beeinflusste Schwingung kann erfasst werden. Aus der erfassten Schwingung können Rückschlüsse auf das Medium gezogen werden.

Es wird ein Sensor zum Messen einer durchflussabhängigen Größe in einem Rohr vorgestellt, wobei der Sensor die folgenden Merkmale aufweist: einen Schwingkörper, der in dem Rohr von einem Medium umströmbar angeordnet ist und im Wesentlichen entlang einer Längsachse des Rohrs beweglich in dem Medium gelagert ist, wobei der Schwingkörper mittels zumindest einer Feder mit dem Rohr schwingfähig gekoppelt ist; eine Antriebseinrichtung zum Antrieb des Schwingkörpers, wobei die

Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, den Schwingkörper unter Verwend eines Antriebssignals zu einer Schwingung in dem Medium anzuregen; und eine Messeinrichtung zum Erfassen der Schwingung, um die

durchflussabhängige Größe in dem Rohr zu messen.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Messen einer durchflussabhängigen Größe in einem Rohr vorgestellt, wobei in dem Rohr ein Schwingkörper von einem Medium umströmbar angeordnet ist, wobei der Schwingkörper im Wesentlichen entlang einer Längsachse des Rohrs beweglich in dem Medium gelagert ist und mittels zumindest einer Feder mit dem Rohr schwingfähig gekoppelt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Anregen des Schwingkörpers zu einer Schwingung in dem Medium unter Verwendung eines Antriebssignals; und

Erfassen der Schwingung, um die durchflussabhängige Größe in dem Rohr zu messen.

Unter einer durchflussabhängigen Größe kann beispielsweise eine

Strömungsgeschwindigkeit und/oder ein Massenstrom des Mediums werden. Ein Schwingkörper kann innerhalb des Rohrs einen gewissen Teil des Mediums verdrängen. Dadurch ist das Medium gezwungen, um den

Schwingkörper herumzufließen. Der Schwingkörper kann in der

Strömungsrichtung beweglich sein. Der Schwingkörper kann auch quer zu der Strömungsrichtung beweglich sein. Der Schwingkörper kann auf einer vorgegebenen Bahn gelagert sein. Der Schwingkörper kann durch ein

Führungselement gelagert sein. Die Feder kann zwischen dem Schwingkörper und dem Rohr angeordnet sein. Ein Antriebssignal kann ein elektrisches Signal sein.

Der Schritt des Anregens und der Schritt des Erfassens können in einer zeitlichen Abfolge ausgeführt werden. Der Schritt des Anregens kann ausgesetzt werden. Im Schritt des Erfassens kann ein Abklingverhalten des Schwingkörpers erfasst werden, nachdem das Anregen ausgesetzt worden ist. Ein

Abklingverhalten kann eine Schwingungsform des Schwingkörpers sein, bei der der Schwingkörper seine innere Energie in dem Medium abbaut. Durch eine Trennung des Messens von der Anregung kann während des Messens eine Schwingung erfasst werden, die lediglich durch das Medium beeinflusst ist. Dadurch können Stoffwerte des Mediums besonders genau aufgelöst werden.

Der Schritt des Anregens und der Schritt des Erfassens können gleichzeitig ausgeführt werden. Im Schritt des Erfassens kann eine Frequenzverschiebung der Schwingung zu dem Antriebssignal erfasst werden. Eine

Frequenzverschiebung kann ein Phasenversatz und/oder eine Frequenzdifferenz zwischen dem Antriebssignal und der von dem Medium beeinflussten

Schwingung sein. Durch ein gleichzeitiges Anregen und Messen können die Stoffwerte des Mediums kontinuierlich erfasst werden.

Die Messeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine Relativposition des Schwingkörpers zum Rohr zu erfassen. Eine Erfassung der Relativposition ist technisch einfach umsetzbar. Dabei kann auf eine wenig fehleranfällige Technik zurückgegriffen werden.

Der Sensor kann eine Auswerteeinrichtung aufweisen, die mit der

Messeinrichtung verbunden ist, und dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Mediums im Rohr unter Verwendung der Schwingung zu ermitteln. Durch eine integrierte Auswerteelektronik kann der Sensor direkt ein binäres oder analoges Signal ausgeben, das die Stoffwerte des Mediums repräsentiert. Die

Auswerteeinrichtung kann die Schwingung des Schwingkörpers in die Bewegung des Mediums umrechnen.

Der Sensor kann eine Strömungsführungseinrichtung aufweisen, die in dem Rohr angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine Strömung des Mediums im Rohr zu formen. Eine Strömungsführungseinrichtung kann eine störungsfreie Messung ermöglichen. Wenn beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit vor dem Rohr zu hoch für das hier vorgestellte Messprinzip ist, können

Strömungsführungseinrichtungen die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Rohrs herabsetzen, damit die Messung sicher durchgeführt werden kann. Am Ende des Rohrs können weitere Strömungsführungseinrichtungen die

Strömungsgeschwindigkeit wieder auf den Ausgangswert heraufsetzen.

Die Antriebseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den Schwingkörper berührungslos zu der Schwingung anzuregen. Die Messeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, die Schwingung berührungslos zu erfassen. Durch eine berührungslose Anregung und/oder Messung kann die Schwingung wenig oder gar nicht beeinflusst werden. Dann kann die Schwingung nur durch das Medium beeinflusst sein.

Die Antriebseinrichtung kann mit einem Fußpunkt der Feder gekoppelt sein, um den Schwingkörper zu der Schwingung anzuregen. Die Messeinrichtung kann mit dem Fußpunkt der Feder gekoppelt sein, um die Schwingung des

Schwingkörpers zu erfassen. Durch eine direkte Verbindung zwischen der Feder und der Antriebseinrichtung und/oder der Messeinrichtung kann eine sichere Übertragung der antreibenden Schwingung und/oder der zu messenden

Schwingung erreicht werden.

Der Sensor kann eine weitere Feder aufweisen, die zwischen dem

Schwingkörper und dem Rohr angeordnet ist. Durch eine weitere Feder kann der Schwingkörper im Rohr sicher geführt werden. Dadurch können beide Federn als Zugfedern ausgelegt sein, wodurch keine Führung des Schwingkörpers erforderlich ist.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen

Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten

Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung eines Sensors mit einem fremd angeregten

Schwingkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Darstellung eines Sensors mit einem fremd angeregten

Schwingkörper mit intrinsischer Wegerfassung gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 eine Darstellung eines Sensors mit einem drahtlos angeregten

Schwingkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Messen einer

durchflussabhängigen Größe in einem Rohr gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren

dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Die Messung von Durchflüssen kann mit einer Vielfalt von Technologien durchgeführt werden. Massenstromsensoren können auf der Coriolis- Messtechnik basieren. Mit einem Coriolissensor können sowohl die Dichte als auch der Massenstrom bestimmt werden. Dabei wird ein von einem Medium durchströmtes U-Rohr zum Schwingen angeregt. In Abhängigkeit der Dichte des Mediums ändert sich dabei das Trägheitsmoment des U-Rohrs. Die daraus resultierende Frequenzverschiebung steht in direktem Zusammenhang zur Dichte des Mediums. Der Massenstrom korreliert zu einem Phasenversatz der Schwingung zwischen beiden Rohrschenkeln. Coriolissensoren sind durch eine sehr hohe Genauigkeit und die Fähigkeit den Massenstrom als direkte

Messgröße zu liefern charakterisiert. Diese Sensoren werden primär in

Stationäranlagen und Laboren eingesetzt.

Eine weitere Messtechnik arbeitet mit dem Schwebekörperverfahren. Dabei wird eine Staukörperbewegung im Fluid aufzeichnet. Hierbei korreliert der Fluidstrom direkt zum Betrag des Fluidstroms. Stoffeigenschaften können in einer

Kalibrierung hinterlegt und berücksichtigt werden.

Bei der Coriolis-Messmethode wird aus der Schwingungsänderung auf den Massenstrom geschlossen. Hierbei stehen sich eine Genauigkeit des Sensors und ein Einsatz bei hohen Systemdrücken gegenüber. Die hohe Genauigkeit wird konstruktiv so realisiert, dass die Rohrschleife dünnwandig ausgeführt wird. Bei hohen Drücken wird die Wand festigkeitsbedingt stärker ausgeführt, wodurch die Genauigkeit sinkt und mehr Masse in Schwingung zu versetzen ist.

Messtechniken, welche die Staukörperbewegung beim Schwebekörperverfahren im Fluid aufnehmen, benötigen eine sehr genaue Positionsbestimmung des Körpers, um auf den Volumenstrom schließen zu können. Der Schwebekörper kann eine geringe Bandbreite an Volumenströmen abbilden und ist in seiner Dynamik eingeschränkt. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Sensors 100 gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Sensor 100 weist einen Schwingkörper 102, eine Antriebseinrichtung 104 und eine Messeinrichtung 106 auf. Der Sensor 100 ist dazu ausgebildet, eine durchflussabhängige Größe in einem Rohr 108 zu messen. Der Schwingkörper 102 ist in dem Rohr 108 von einem Medium umströmbar angeordnet. Der Schwingkörper 102 ist im

Wesentlichen entlang einer Längsachse 110 des Rohrs 108 beweglich in dem Medium gelagert. Der Schwingkörper 102 ist über zumindest eine Feder 112 mit dem Rohr 108 schwingfähig gekoppelt. Die Antriebseinrichtung 104 für den Schwingkörper 102 ist dazu ausgebildet, den Schwingkörper 102 unter

Verwendung eines Antriebssignals zu einer Schwingung in dem Medium anzuregen. Die Messeinrichtung 106 ist dazu ausgebildet, die Schwingung zu erfassen. Der Schwingkörper 102, die Feder 112 und das Medium bilden zusammen ein schwingungsfähiges System aus. Dabei wirkt das Medium ohne Durchfluss durch das Rohr 108 als Dämpfungselement des schwingungsfähigen

Systems.

Wenn das Medium durch das Rohr 108 strömt, wird von dem Medium eine Kraft auf den Schwingkörper 102 ausgeübt. Durch die Kraft wird der Schwingkörper 102 gegen eine Federkraft der Feder 112 aus einer Ruhelage ausgelenkt.

Wenn die Antriebseinrichtung 104 den Schwingkörper 102 zu einer Schwingung anregt und das Medium strömungsfrei ist, schwingt der Schwingkörper 102 entlang der Längsachse 110 hin und her. Wenn das Antriebssignal mit einer Frequenz bereitgestellt wird, die im Bereich einer Resonanzfrequenz des schwingungsfähigen Systems liegt. Schwingt der Schwingkörper 102 bei einer geringen Anregung durch das Antriebssignal mit einer großen Amplitude hin und her. Wenn die Antriebseinrichtung 104 den Schwingkörper zu der Schwingung anregt und das Medium durch das Rohr 108 strömt, schwingt der Schwingkörper 102 weiterhin entlang der Längsachse 110. Jedoch wird die Schwingung durch die von dem Medium erzeugte Kraft beeinflusst. Das heißt, eine

Schwingungsantwort des schwingungsfähigen Systems auf die anregende Schwingung weicht von der Schwingungsantwort bei ruhendem Medium ab. Die Messeinrichtung 106 erfasst eine Relativposition des Schwingkörpers 102 zum Rohr. Da sich während der Schwingung die Relativposition verändert, erfasst die Messeinrichtung auch eine Veränderung der Relativposition über die Zeit. Mit anderen Worten erfasst die Messeinrichtung 106 einen Zeitschrieb der Bewegung des Schwingkörpers 102. Da das Antriebssignal beziehungsweise die Antriebsschwingung bekannt ist, kann die erfasste Schwingung mit der

Antriebsschwingung verglichen werden und so Rückschlüsse auf das Medium gezogen werden.

In einem Ausführungsbeispiel weist der Sensor 100 eine Auswerteeinrichtung 114 beziehungsweise Auswerteschaltung 114 auf, die mit der Messeinrichtung 106 verbunden ist, um ein Signal der erfassten Schwingung abzugreifen. Die Auswerteeinrichtung 114 ist dazu ausgebildet, eine Bewegung des Mediums im Rohr 108 unter Verwendung der Schwingung zu ermitteln. Dazu wird in der Auswerteeinrichtung 114 eine Verarbeitungsvorschrift verwendet, die als Eingangsgrößen zumindest die erfasste Schwingung, sowie die

Antriebsschwingung verwendet. In der Verarbeitungsvorschrift ist der

Zusammenhang zwischen einem Massenstrom des Mediums durch das Rohr 108 und einem Verhältnis zwischen der erfassten Schwingung und der anregenden Schwingung abgebildet.

Mit anderen Worten zeigt Fig. 1 einen Durchflusssensor 100 nach dem Prinzip eines fremd angeregten Massenschwingers 102. Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht bei hohen Massenströmen einen geringen Druckverlust im Rohr 108. Der Sensor 100 ist unempfindlich gegenüber externen Vibrationen. Ein Sensor 100 nach dem hier vorgestellten Ansatz kann unter rauen Umweltbedingungen eingesetzt werden.

Mit einem Sensor 100 nach dem hier vorgestellten Ansatz können hochfrequente Schwankungen des Volumenstroms gut erfasst werden, da Trägheitseffekte und statistische Aufbereitungsmethoden keinen Einfluss auf das Messergebnis haben. Der hier vorgestellte Ansatz des Durchflusssensors 100 nach dem Prinzip eines fremd angeregten Massenschwingers 102 ermöglicht die Messung von dynamischen und statischen Durchflüssen in Systemen auch bei hohen Drücken unter gleichzeitiger Ermittlung des Dämpfungsverhaltens. Das

Dämpfungsverhalten wird zur Identifikation der Viskosität beziehungsweise der

Fluidart verwendet.

Durch das schwingungsfähige System innerhalb des Rohrs 108 ist eine

Erfassung eines zeitaufgelösten Durchflusses auch bei höherdynamischen Vorgängen und gleichzeitiger Korrektur und Identifizierung der

Fluideigenschaften, wie beispielsweise der Viskosität möglich.

Der hier vorgestellte Durchflusssensor 100 mit fremd angeregtem

Schwebekörper 102 kann in zwei Varianten betrieben werden. Zum einen als Sensor 100, der nur initial in Schwingung versetzt wird, und zum anderen als

Sensor 100, der permanent mit Schwingungen angeregt wird.

Als Messprinzip nutzt der Sensor 100 zur Erfassung des Massenstroms aus, dass die Strömung auf den Staukörper 102 eine Kraft ausübt. Die Kraft ist proportional zum Massenstrom. Die Kraft bewirkt eine Verschiebung des

Staukörpers 102, die gemessen wird und als Maß für den Massenstrom verwendet wird.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines Sensors 100 mit einem fremd angeregten Schwingkörper 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden

Erfindung. Der Sensor 100 entspricht im Wesentlichen dem Sensor in Fig. 1. Zusätzlich ist hier eine weitere Feder 200 zwischen dem Schwingkörper 102 und dem Rohr 108 angeordnet. Der Schwingkörper 102 ist zwischen der Feder 112 und der weiteren Feder 200 angeordnet. Die weitere Feder 200 wirkt wie die Feder 112 entlang der Längsachse des Rohrs 108. Ein Fußpunkt 202 der Feder

112 ist an einer Stütze 204 angeordnet. Die Stütze 204 ist mit einer Wand 206 des Rohrs 108 starr verbunden. Ein Fußpunkt 208 der weiteren Feder 200 ist an einer weiteren Stütze 210 angeordnet. Die weitere Stütze 210 ist beweglich in die Wand 206 des Rohrs 108 eingelassen. Die Antriebseinrichtung 104 ist mit der weiteren Stütze 210 gekoppelt, um den Schwingkörper 102 zu der Schwingung anzuregen. Die Stützen 204, 210 reichen von der Wand 206 des Rohrs 108 bis in eine Mitte des Rohrs 108. Damit ist der Schwingkörper 102 in der Mitte des Rohrs 108 angeordnet. Die Messeinrichtung 106 ist dazu ausgebildet, die Schwingung berührungslos zu erfassen. Die Messeinrichtung 106 ist in die Wand 206 des Rohrs 108 eingelassen. Elektrische Kontakte der Messeinrichtung 106 sid durch die Wand 206 nach außen durchgeführt. Die Messeinrichtung 106 erfasst die Schwingung beispielsweise induktiv.

Der Sensor 100 weist im Rohr 108 eine Strömungsführungseinrichtung 212 auf, die dazu ausgebildet ist, eine Strömung des Mediums im Rohr 108 zu formen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Strömungsführungseinrichtung 212 als Diffusor 212 ausgebildet. Der Diffusor 212 reduziert eine

Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, ohne Verwirbelungen im Medium hervorzurufen. Der Diffusor 212 ist ström ungsaufwärts von dem

Schwingungskörper 102 im Rohr 108 angeordnet. Zwischen dem Diffusor 212 und der ersten Stütze 204 besteht ein Abstand.

Das Rohr 108 ist hier ein Rohrstück 108. An beiden Enden weist das Rohrstück 108 jeweils einen Größensprung einer Querschnittsfläche auf. Mit anderen Worten wird das Medium strömungsaufwärts und strömungsabwärts von dem

Rohr 108 in einem geringeren Strömungsquerschnitt geführt, als in dem

Rohrstück 108. Der Diffusor 212 erweitert den Strömungsquerschnitt in das Rohr 108 hinein. In einem Ausführungsbeispiel ist der Sensor 100 als separates Messmodul mit integrierten Strömungseinbauten 212 ausgeführt. Dadurch kann der Einfluss der Strömungsführung in einem stromaufwärts gelegenen Bereich verringert werden. Aufgrund kleiner bewegter Teile 102 im Strömungsraum ist der zu erwartende Druckverlust im Sensor 100 gering. Zur Erfassung der Staukörperposition beziehungsweise zur Schwingungsanregung des Körpers 102 ist keine

Verbindung zum Fluidraum nötig. Dadurch können Abdichtungsprobleme verhindert werden.

Durch eine kleine Ausführung des Staukörpers 102 ergibt sich eine hohe

Eigenfrequenz des Systems, wodurch der Sensor 100 auch bei hohen dynamischen Vorgängen noch verwendet werden kann. Durch geeignete Strömungseinbauten 212 lassen sich Einflüsse der Strömungsführung aus stromaufgelegenen Komponenten verringern. Fig. 3 zeigt eine Darstellung eines Sensors 100 mit einem fremd angeregten

Schwingkörper 102 mit intrinsischer Wegerfassung 104 gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Sensor 100 entspricht im Wesentlichen dem Sensor in Fig. 2. Im Gegensatz zu Fig. 2 ist die erste Stütze 204 in den Diffusors 212 hinein versetzt angeordnet. Weiterhin ist die

Antriebseinrichtung 104 in Kombination mit der Messeinrichtung 106 innerhalb des Rohrs 108 angeordnet. Damit ist die Antriebseinrichtung 104 und die

Messeinrichtung 106 zu einer kombinierten Antriebs- und Messeinrichtung 300 verbunden. Die Antriebs- und Messeinrichtung 300 ist mit dem zweiten Fußpunkt 208 der zweiten Feder 200 verbunden. Die Antriebs- und Messeinrichtung 300 ist an der zweiten Stütze 210 befestigt. Die zweite Stütze 210 ist hier starr mit der

Wand 206 des Rohrs 108 verbunden. Durch die zweite Stütze 210 ist eine elektrische Leitung für die kombinierte Antriebs- und Messeinrichtung 300 aus dem Rohr 108 herausgeführt. Die kombinierte Antriebs-und Messeinrichtung 300 weist einen, entlang der Längsachse des Rohrs 108 beweglichen Anker 302 auf. Der Anker 302 ist mit dem zweiten Fußpunkt 208 der zweiten Feder 200 gekoppelt. Der Anker 302 ist innerhalb einer elektromagnetischen Spule 304 angeordnet, die mit der zweiten Stütze 210 gekoppelt ist. Die Spule 304 ist dazu ausgebildet, den Anker 302 zu bewegen und über eine Ankerrückwirkung die Schwingung zu erfassen. Die Messeinrichtung 106 ist also mit dem Fußpunkt 208 der Feder 200 gekoppelt, um die Schwingung des Schwingkörpers 102 zu erfassen.

Wenn der Schwingkörper 102 zwischen den zwei Federn 112, 200 hin und her schwingt, dann schwingt er in den Diffusor 212 hinein. Im Bereich des Diffusors 212 nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums zu kleineren

Strömungsquerschnitten des Diffusors 212 hin zu. Mit anderen Worten wird die Strömungsgeschwindigkeit am Schwingkörper 102 umso größer, je tiefer der Schwingkörper 102 in den Diffusor 212 eindringt. Damit steigt auch die Kraft, die von dem Medium auf den Schwingkörper 102 ausgeübt wird. Dies wiederum beeinflusst das Schwingungsverhalten des Schwingkörpers 102. Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines Sensors 100 mit einem drahtlos angeregten Schwingkörper 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden

Erfindung. Der Sensor 100 entspricht im Wesentlichen dem Sensor in Fig. 2. Im Gegensatz dazu ist die Antriebseinrichtung 104 dazu ausgebildet, den

Schwingkörper 102 berührungslos zu der Schwingung anzuregen. Wie in Fig. 3 sind die Antriebseinrichtung 104 und die Messeinrichtung 106 zu der

kombinierten Antriebs- und Messeinrichtung 300 zusammengefasst. Die

Antriebs-und Messeinrichtung 300 ist innerhalb der Wand 206 des Rohrs 108 angeordnet. Die Antriebs-und Messeinrichtung 300 ist als elektromagnetische Spule 400 ausgebildet, die auf den Schwingkörper 102 wirkt. Die erste Stütze 204 und die zweite Stütze 210 sind wie in Fig. 2 beabstandet von dem Diffusor 212 angeordnet. Zusätzlich weist der Sensor 100 in diesem Ausführungsbeispiel einen zweiten Diffusor 402 auf. Der zweite Diffusor 402 ist dem

schwingungsfähigen System in Strömungsrichtung nachgelagert. Im zweiten Diffusor 402 wird die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums beim Austreten aus dem Rohr 108, ohne Verwirbelungen zu erzeugen, wieder näherungsweise auf einen Wert, wie vor dem ersten Diffusor 212 erhöht.

Bei geeigneter Stellerauslegung, beispielsweise magnet- oder piezoangetrieben, kann auf die zusätzlichen Wegsensoren 106 verzichtet werden. Das Messsignal kann aus dem Aktor 104 abgeleitet werden. Ein entsprechend intrinsisch arbeitender Magnetaktor 300 liefert durch die Bewegungsänderung ein induziertes Stromsignal, das sich dem anregenden Strom überlagert. Der induzierte Strom ist abhängig von der Bewegungsänderung und somit vom Strömungsimpuls des Volumenstroms. Ähnlich kann auch mit einem Piezosteller 104 die rückwirkende Kraft detektiert werden.

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Staukörper 102 induktiv in Schwingung versetzt. Die Auswertung der Körperbewegung erfolgt intrinsisch. Vorteil hierbei ist, dass keine Verbindung zum Fluidraum besteht.

Der hier vorgestellte Sensor 100 kann in allen hydraulischen Systemen integriert werden, bei denen der Massenstrom zeitaufgelöst als Monitoring, Steuerungsoder Regelungsgröße verwendet wird. Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Messen einer durchflussabhängigen Größe in einem Rohr gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 500 weist einen Schritt 502 des Anregens und einen Schritt 504 des Erfassens auf. Das Verfahren 500 kann unter Verwendung eines Sensors, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, durchgeführt werden. Dabei weist der Sensor in dem Rohr einen Schwingkörper auf, der von einem Medium umströmbar ist. Der Schwingkörper ist im Wesentlichen entlang einer Längsachse des Rohrs beweglich in dem Medium gelagert und über zumindest eine Feder mit dem Rohr schwingfähig gekoppelt. Im Schritt 502 des

Anregens wird der Schwingkörper unter Verwendung eines Antriebssignals zu einer Schwingung in dem Medium angeregt. Im Schritt 504 des Erfassens wird die Schwingung erfasst. Die Schwingung des Schwingkörpers in dem Medium wird durch das Medium gedämpft. Das Medium wirkt der Schwingung also entgegen. Dabei ist die Dämpfung abhängig von einer

Bewegungsgeschwindigkeit des Schwingkörpers.

Wenn sich das Medium in dem Rohr bewegt, übt das Medium aufgrund eines Massenstroms des Mediums eine Kraft auf den Schwingkörper aus. Diese Kraft wirkt einseitig auf den Schwingkörper. Damit wirkt die Kraft bei schwingendem

Schwingkörper einmal in einer Bewegungsrichtung des Schwingkörpers und einmal entgegen der Bewegungsrichtung. Die Kraft beeinflusst also maßgeblich die Schwingung. In der einen Bewegungsrichtung wird sich der Schwingkörper also schneller bewegen, als in der anderen Bewegungsrichtung.

In einem Ausführungsbeispiel werden der Schritt 502 des Anregens und der Schritt 504 des Erfassens zeitlich versetzt zueinander ausgeführt. Zuerst wird im Schritt 502 des Anregens der Schwingkörper zur Schwingung angeregt.

Während der Anregung 502 wirken auf den Schwingkörper externe Kräfte aufgrund der Anregung. Nachdem die externen Kräfte ausgesetzt

beziehungsweise abgeschaltet werden, schwingt der Schwingkörper nur noch aufgrund seiner Massenträgheit und der Beeinflussung durch das Medium. Damit stellt sich die Schwingung unbeeinflusst durch die Anregung ein. Im Schritt 504 des Erfassens wird jetzt eine unbeeinflusste Eigenschwingung des

Schwingkörpers erfasst. Mit anderen Worten werden der Schritt 502 des Anregens und der Schritt 504 des Erfassens in einer zeitlichen Abfolge ausgeführt. Der Schritt 502 des Anregens wird ausgesetzt und im Schritt 504 des Erfassens wird ein Abklingverhalten des Schwingkörpers erfasst, nachdem das Anregen ausgesetzt ist.

In einem Ausführungsbeispiel werden die Schritte 502, 504 des Anregens und des Erfassens gleichzeitig ausgeführt. Damit wird im Schritt 504 des Erfassens eine Schwingung erfasst, die durch das Medium und die Anregung beeinflusst ist. Dadurch kann kontinuierlich gemessen werden. Im 504 Schritt des Erfassens wird eine Frequenzverschiebung der Schwingung zu dem Antriebssignal erfasst.

In einem Ausführungsbeispiel wird der Körper in einer Initialisierungsroutine in Schwingung versetzt. Über das Abklingverhalten der Schwingung

beziehungsweise eine relative Amplitudenänderung kann damit auf

Stoffeigenschaften beispielsweise eine die Viskosität und in Verbindung mit einem Temperatursensor damit auf die Fluidart und Zusammensetzung zurückgeschlossen werden. Dies kann zur Steigerung der Genauigkeit des Sensors oder zur Identifikation der Viskosität des Fluids verwendet werden.

In einem Ausführungsbeispiel wird der Staukörper zur Reduktion möglicher "Slip- Stick- Effekte" permanent durch den Aktuator in Vibration versetzt. Dadurch werden Anlaufeffekte, wie eine Überwindung der Haftreibung und damit eine Ansprungschwelle des Sensors verringert. Das führt zu einer Detektierbarkeit von geringen Massenströmen.

Wird der Schwingkörper permanent angeregt, werden Änderungen des

Schwingverhaltens in Amplitude und Frequenz, deren Ursache in der wirkenden Strömungskraft begründet liegt, detektiert und zur Auswertung des

Massenstroms verwendet. Bei Verwendung von Federn mit nichtkonstanter Federsteifigkeit (c=f(x)) erfolgt eine Verschiebung der Eigenfrequenz in

Abhängigkeit des Massenstroms. Vorteilhaft hierbei ist die Detektion des

Massenstroms über eine Frequenzverschiebung, die messtechnisch mit höherer Genauigkeit zu erfassen ist, als eine reine Auslenkung des Störkörpers.

Gleichzeitig können mit der Initialisierungsroutine gemäß dem hier vorgestellten Ansatz die Stoffeigenschaften bestimmt und zur Korrektur der Messung herangezogen werden. Dabei ergibt sich eine Erhöhung der Messgenauigkeit.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.

Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.