Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung mit einem Messelement zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Fluids. Die Erfindung betrifft ferner eine Messsonde für eine solche Messvorrichtung.

Das strömende Fluid ist ein flüssiges oder gasförmiges Me dium, z.B. Luft, Wasser oder Öl, oder ein Gemisch aus flüssigen und gasförmigen Medien. Messvorrichtungen der vorgenannten Art werden beispielsweise zur Durchflussmessung, z.B. in einem Strömungskanal eines ölgefüllten Getriebes, oder zum Messen der Windgeschwindigkeit in der Anemometrie verwendet. Zur Durch flussmessung sind insbesondere elektromagnetische, Differenz druck- und Ultraschall -Verfahren sowie kalorimetrische Verfah ren bekannt .

Bei dem letztgenannten Verfahren wird ein dem strömenden Fluid ausgesetzter Messfühler, welcher z.B. einen temperaturab hängigen elektrischen Widerstand hat, geheizt. Das an der wär meleitfähigen Grenzfläche des Messfühlers vorbeiströmende Fluid entzieht der Grenzfläche und damit dem Messfühler Wärme. Die entzogene Wärme, welche aus der zugeführten Wärme und der Tem peratur des Messfühlers ermittelbar ist, hängt von der Strö mungsgeschwindigkeit des Fluids ab, sodass auf die Strömungsge schwindigkeit rückgeschlossen werden kann. Neben der Strömungs geschwindigkeit hängt die entzogene Wärme jedoch auch von der Temperaturdifferenz zwischen der Grenzfläche und dem Fluid und von dessen Massendichte ab. Ist die Temperatur des Fluids nicht bekannt, so kann diese mit geringem Mehraufwand, z.B. mithilfe eines weiteren Temperatursensors, ermittelt werden. Vergleich bare Zusammenhänge gelten für die genannten anderen Messverfah ren, das elektromagnetische, das Differenzdruck- bzw. das Ult raschall-Verfahren .

In vielen Anwendungen, z.B. beim Messen der Windgeschwin digkeit oder des Durchflusses in einem Strömungskanal, ist das auf seine Strömungsgeschwindigkeit zu messende Fluid (z.B. Luft, Wasser oder Öl) vorbekannt. Dadurch kann dessen Massen dichte, wenn nicht ohnehin bekannt, mit ausreichender Genauig keit geschätzt und so ein eindeutiges Messergebnis erzielt wer den. Ist hingegen die Massendichte des Fluids nicht bekannt, ergibt die jeweilige Messung der Strömungsgeschwindigkeit kein eindeutiges Ergebnis, da der Messwert für ein Fluid mit hoher Massendichte und geringer Strömungsgeschwindigkeit mit dem Messwert für ein Fluid mit geringer Massendichte und hoher Strömungsgeschwindigkeit zusammenfallen kann. Ein solcher Fall tritt z.B. beim Messen der Strömungsgeschwindigkeit der Fluide in einem Strömungskanal eines teilweise ölgefüllten Getriebes ein, da nicht bekannt ist, zu welchem Zeitpunkt welches Fluid an dem Messelement vorbeiströmt. Bisher ist üblich, im Messer gebnis auftretende Zwei- oder Mehrdeutigkeiten manuell nachzu korrigieren, was jedoch aufwändig und wenig treffsicher ist.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine Messvorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und eine Messsonde hie- für zu schaffen, welche auch für verschiedenartige Fluide stets eindeutige Messergebnisse liefern.

Das Ziel wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung mit einer Messvorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Fluids erreicht, welche sich auszeichnet durch :

ein erstes Messelement mit einer dem strömenden Fluid aus- setzbaren Grenzfläche, welches zum Messen der Strömungsge schwindigkeit des Fluids ausgebildet ist;

ein zweites Messelement mit einer dem strömenden Fluid aussetzbaren Grenzfläche, welches zum Messen einer charakteris tischen Eigenschaft des Fluids ausgebildet ist; und

eine an das erste und zweite Messelement angeschlossene Auswerteeinrichtung, welche zum Korrigieren der vom ersten Messelement gemessenen Strömungsgeschwindigkeit um den Einfluss der vom zweiten Messelement gemessenen Eigenschaft des Fluids auf das Messen der Strömungsgeschwindigkeit ausgebildet ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich durch das Messen einer charakteristischen Eigenschaft des Flu ids, d.h. einer physikalischen Eigenschaft des Fluids selbst, z.B. seiner optischen Dichte, Fluoreszenz, Dielektrizi tätskonstante bzw. seines ohmschen Widerstands, das Fluid mit hoher Treffsicherheit bestimmen lässt. So kann durch die Kombi nation aus zwei Messungen die Strömungsgeschwindigkeit mehrerer verschiedener Fluide eindeutig gemessen werden: Anhand ihrer jeweiligen gemessenen charakteristischen Eigenschaft werden die strömenden Fluide unterschieden, sodass die Messvorrichtung nach Kalibrierung in jedem Zeitpunkt einen eindeutigen, flu idspezifischen Messwert für die Strömungsgeschwindigkeit lie fert. Eine aufwändige manuelle Nachkorrektur entfällt. Dabei kann die Messvorrichtung nicht nur zwischen Fluiden verschiede ner Phasen (flüssig oder gasförmig) unterscheiden, sondern an hand der Verschiedenheit der jeweils gemessenen charakteristi schen Eigenschaft des Fluids auch zwischen z.B. unterschiedli chen Ölen, Öl und Wasser oder unterschiedlichen Gasen, und so gar Mischungsverhältnisse der Fluide ermitteln.

Zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids kann beispielsweise ein elektromagnetisches, ein Differenzdruck- und/oder ein Ultraschall -Verfahren eingesetzt werden. Bevorzugt ist die genannte Grenzfläche des ersten Messelements wärmelei tend und das genannte erste Messelement zum kalorimetrischen Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids anhand des Wär meübergangs zwischen seiner wärmeleitenden Grenzfläche und dem strömenden Fluid ausgebildet. Ein solches Messelement zum kalo rimetrischen Messen ist einfach im Aufbau und robust und zuver lässig im Betrieb.

Je nach Anwendungsfall und in Betracht kommenden Fluiden kann das zweite Messelement z.B. die Fluoreszenz, die Die lektrizitätskonstante bzw. den ohmschen Widerstand des Fluids messen. Besonders vorteilhaft ist hingegen, wenn die genannte Grenzfläche des zweiten Messelements transparent und das ge nannte zweite Messelement zum Messen der optischen Dichte des Fluids anhand der optischen Reflektivität oder Refraktivität seiner transparenten Grenzfläche zu dem strömenden Fluid ausge bildet ist. Bereits geringfügige Unterschiede in der optischen Dichte zweier Fluide reichen aus, um deren eindeutige Unter scheidung - z.B. infolge des Auftretens oder Nicht-Auftretens von Totalreflexion an der transparenten Grenzfläche - sicherzu stellen. So kann auch z.B. der Gasgehalt des Getriebeöls od.dgl. anhand der vom zweiten Messelements ermittelten opti schen Dichte bestimmt und das Messen der Strömungsgeschwindig keit entsprechend korrigiert werden. Der Fall, dass verschiede ne Fluide aufgrund identischer Brechungsindizes nicht unter scheidbar wären, ist in praktischen Anwendungen unwahrschein lich .

Das kalorimetrische erste Messelement könnte nach dem so genannten Aufheizverfahren das Fluid mit einem zwischen einem ersten und einem zweiten Temperaturfühler angeordneten zusätz lichen Heizelement heizen, wobei die Temperaturdifferenz des strömenden Fluids jeweils vor und hinter dem Heizelement er fasst wird. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst hinge gen das erste Messelement einen ersten Temperaturfühler für die Temperatur des Fluids und einen von einer Regelschaltung auf eine gegenüber der Temperatur des Fluids konstante Temperatur differenz geheizten zweiten Temperaturfühler, der die genannte wärmeleitende Grenzfläche aufweist, wobei die von der Regel - Schaltung dem zweiten Temperaturfühler zugeführte Heizleistung ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ist. Dabei ist die Er wärmung des Fluids geringer als beim Aufheizverfahren, was nicht nur energiesparend ist, sondern auch mögliche Nebenwir kungen im strömenden Fluid vermeiden hilft. Ferner kann das Messelement platzsparender aufgebaut sein.

In einer günstigen Variante ist der genannte erste Tempe raturfühler eine erste Lötstelle und der genannte zweite Tempe raturfühler eine zweite Lötstelle eines Thermoelements zur Mes sung der Temperaturdifferenz des Fluids zwischen der ersten und der zweiten Lötstelle. Thermoelemente erfassen unmittelbar eine Temperaturdifferenz, sodass eine separate Messung zweier Tempe raturen mit nachfolgender rechnerischer Differenzbildung ent fällt, was die Messvorrichtung insgesamt vereinfacht.

Besonders bevorzugt umfasst das optische zweite Messele ment eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahls, für den Lichtstrahl einen Lichtleiter mit der genannten transparenten Grenzfläche, auf welche der ausgesandte Lichtstrahl in spitzem Winkel auftrifft, einen eine an der transparenten Grenzfläche auftretende Reflexion oder Refraktion des Lichtstrahls erfas senden Lichtfühler und eine Detektorschaltung für den Lichtfüh ler zum Detektieren der optischen Reflektivität oder Refrakti- vität der transparenten Grenzfläche. Dieser Aufbau des zweiten Messelements ist einfach und robust. Je nach Anforderung kann einerseits ein Refraktionswinkel des Lichtstrahls an der trans parenten Grenzfläche anhand des Auftreffpunktes des gebrochenen Lichtstrahls auf dem Lichtfühler gemessen und damit die genaue optische Dichte des Fluids bestimmt werden, wozu ferner ein allfälliger Anteil an Reflexion des Lichtstrahls ausgewertet werden könnte; alternativ oder ergänzend kann der Winkel gemes sen werden, bei welchem an der transparenten Grenzfläche Total reflexion des auftreffenden Lichtstrahls auftritt, z.B. indem die Lichtquelle den Lichtstrahl auffächert bzw. in zeitlicher Abfolge in verschiedenen Winkeln auf die transparente Grenzflä che aussendet und dabei das örtliche bzw. das zeitliche Auf- treffen des reflektierten Lichtstrahls auf dem Lichtfühler mit berücksichtigt wird. In den meisten Fällen reicht andererseits aus, zu erkennen, ob Totalreflexion an der transparenten Grenz fläche aufgetreten ist, d.h. das Fluid eine vom Lichtleiter ausreichend verschiedene optische Dichte hat, oder nicht, so dass auf einfache Weise zwischen zwei verschiedenen Fluiden, einem optisch dichten und einem optisch weniger dichten, unter schieden wird.

Vorteilhaft ist, wenn die Auswerteeinrichtung in einem Ge häuse angeordnet ist, und dabei der erste und der zweite Tempe raturfühler, die Lichtquelle, der Lichtleiter und der Lichtfüh- ler in einer vom Gehäuse separaten Messsonde angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich eine flexible einsetzbare, insbeson dere schlanke Messsonde aufbauen, ohne dass die gesamte Mess vorrichtung zu integrieren und dem strömenden Fluid auszusetzen ist. Messdaten können dabei über ein Kabel oder eine Drahtlos verbindung von der Messsonde an die Auswerteeinrichtung gesandt werden .

Besonders günstig ist dabei, wenn in dem Gehäuse ferner die Regelschaltung und die Detektorschaltung angeordnet sind. So sind auch diese Teile der Messvorrichtung nicht der Tempera tur des Fluids ausgesetzt und die Messsonde ist noch kleiner und robuster.

In einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung eine Mess sonde, welche insbesondere für eine Messvorrichtung der vorge nannten Art verwendet werden kann, umfassend:

einen Träger;

für das Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, einen an dem Träger verankerten ersten Messgeber mit einer Grenzfläche ;

für das Messen einer charakteristischen Eigenschaft des Fluids, einen an dem Träger verankerten zweiten Messgeber mit einer Grenzfläche; und

einen elektrischen Anschluss, mit welchem die beiden Mess geber verbunden sind,

wobei die genannten Grenzflächen des ersten und des zwei ten Messgebers an einer Außenseite der Messsonde zum Eintauchen in ein strömendes Fluid dargeboten sind.

Hinsichtlich weiterer Ausführungsvarianten der Messsonde und der Vorteile der Kombination des Messens der Strömungsge schwindigkeit mit dem Messen einer charakteristischen Eigen schaft des strömenden Fluids zur Korrektur des Messens der Strömungsgeschwindigkeit um den Einfluss der gemessenen charak teristischen Eigenschaft wird auf die vorangegangenen Ausfüh rungen zu der Messvorrichtung verwiesen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der genannte erste Messgeber einen ersten Temperaturfühler und einen zweiten Temperaturfühler mit der ge nannten Grenzfläche umfasst, wobei die genannte Grenzfläche des ersten Messgebers wärmeleitend ist, und/oder wenn der genannte zweite Messgeber eine Lichtquelle zum Aussenden eines Licht strahls, für den Lichtstrahl einen Lichtleiter mit der genann ten Grenzfläche, auf welche der ausgesandte Lichtstrahl in spitzem Winkel auftrifft, und einen eine an der Grenzfläche auftretende Reflexion oder Refraktion des Lichtstrahls erfas senden Lichtfühler umfasst, wobei die genannte Grenzfläche des zweiten Messgebers transparent ist.

Besonders günstig ist dabei, wenn die Lichtquelle an einer ersten Seite des Trägers und der Lichtfühler an einer der ers ten abgewandten zweiten Seite des Trägers verankert sind, und wenn sich der Lichtleiter von der ersten zur zweiten Seite er streckt. Ohne weitere Bauteile werden auf diese Weise Licht quelle und Lichtfühler voneinander optisch getrennt, sodass ei ne Störung durch über unerwünschte Lichtpfade geführtes Streu licht vermieden wird.

Besonders bevorzugt hat dabei der Lichtleiter die Form ei nes Prismas, dessen eine Mantelfläche der Lichtquelle und dem Lichtfühler zugewandt ist und von dessen anderen Mantelflächen zumindest eine die genannte transparente Grenzfläche bildet. Die zweite der genannten anderen Mantelflächen kann dabei ent weder verspiegelt sein oder ebenfalls transparent und somit beide anderen Mantelflächen gemeinsam die transparente Grenz fläche bilden. So kann eine deutlich erfassbare zweimalige Re flexion des Lichtstrahls an den genannten anderen Mantelflächen erzielt werden, was die Detektion des Fluids anhand der opti schen Reflektivität bzw. Refraktivität der transparenten Grenz fläche erleichtert. Ferner lässt sich ein prismenförmiger Lichtleiter einfach und strömungsgünstig in die Messsonde, z.B. an ihrer Spitze, integrieren.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Lichtleiter aus Silikon. Silikon ist ein weiches Material; das hilft Be schädigungen, z.B. eines Strömungskanals, eines damit verbünde- nen ölgefüllten Getriebes od.dgl., zu vermeiden, falls sich der Lichtleiter von der Messsonde ablöst.

Günstig ist ferner, wenn der Träger eine flexible Leiter platte ist. Eine solche Leiterplatte trägt die erforderlichen Bauteile, verbindet sie elektrisch leitend und kann in eine ge wünschte Form gebracht werden, sodass die Messsonde bei ansons ten gleichem Aufbau an unterschiedliche Anwendungen anpassbar ist. Dabei kann ein Bereich des Trägers, z.B. jener Bereich, auf welchem der zweite Messgeber angeordnet ist, auch noch nach seinem Aufbringen auf den Träger gebogen bzw. geknickt werden, um dadurch eine gewünschte Ausrichtung des Messgebers zu errei chen .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den beige schlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels nä her erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht;

Fig. 2 die Messsonde der Messvorrichtung von Fig. 1 in ei ner schematischen Draufsicht;

Fig. 3 die Messvorrichtung von Fig. 1 in einem Block schaltbild;

die Fig. 4a bis 4c jeweils einen vergrößerten Ausschnitt A der Messsonde der Messvorrichtung von Fig. 1, eingetaucht in ein Fluid mit geringer optischer Dichte (Fig. 4a), in ein Fluid mit hoher optischer Dichte (Fig. 4b) und in ein Fluid mit ge ringer optischer Dichte mit einem an der Messsonde haftenden Tröpfchen eines Fluids mit hoher optischer Dichte (Fig. 4c); und

die Fig. 5a bis 5c Varianten der Messsonde der Messvor richtung von Fig. 1 jeweils ausschnittsweise in schematischer Seitenansicht .

Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine Messvorrichtung 1 zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit v eines strömenden Fluids 2. Die Messvorrichtung 1 hat ein erstes Messelement 3 und ein zweites Messelement 4 (strichlierte Linien in Fig. 3) und eine Auswer- teeinrichtung 5. Die Auswerteeinrichtung 5 ist an das erste und das zweite Messelement 3, 4 angeschlossen.

Das erste Messelement 3 misst die Strömungsgeschwindigkeit v des Fluids 2 in dem dargestellten Beispiel kalorimetrisch. Zu diesem Zweck erfasst das erste Messelement 3 den Wärmeübergang zwischen einer dem strömenden Fluid 2 ausgesetzten wärmeleiten den Grenzfläche 6 des ersten Messelements 3 und dem strömenden Fluid 2. Der Wärmeübergang ist umso größer, je höhere Strö mungsgeschwindigkeit v und Massendichte das strömende Fluid 2 hat. So führt ein Fluid 2 hoher Strömungsgeschwindigkeit v und geringer Massendichte zu dem gleichen Wärmeübergang wie ein Fluid 2 geringer Strömungsgeschwindigkeit v und hoher Massen dichte .

Alternativ kann das erste Messelement 3 die Strömungsge schwindigkeit v des Fluids 2 auf elektromagnetische Weise, mit tels Differenzdruck- oder Ultraschallmessung ermitteln, wozu die genannte Grenzfläche z.B. eine Elektrode oder Membran od.dgl. wäre, wie dem Fachmann bekannt ist. Auch diese alterna tiven Messverfahren führen jeweils zu einer Zwei- bzw. Mehrdeu tigkeit beim Messen der Strömungsgeschwindigkeit v.

Das zweite Messelement 4 misst in dem dargestellten Bei spiel die optische Dichte n des strömenden Fluids 2, um ver schiedene Fluide 2 voneinander zu unterscheiden. Zu diesem Zweck erfasst das zweite Messelement 4 die optische Reflektivi- tät oder Refraktivität einer dem strömenden Fluid 2 ausgesetz ten transparenten Grenzfläche 7 zwischen dem zweiten Messele ment 4 und dem strömenden Fluid 2. Anstelle der optischen Dich te n könnte das zweite Messelement 4 eine andere charakteristi sche Eigenschaft des Fluids 2 messen, d.h. eine andere physika lische Eigenschaft des Fluids 2 selbst, nicht eine von außen eingeprägte Eigenschaft wie die Temperatur, den Druck oder die Strömungsgeschwindigkeit v. Beispielsweise könnte das zweite Messelement 4 z.B. eine optische Messung der Fluoreszenz, eine kapazitive Messung der Dielektrizitätskonstante oder eine Mes sung des ohmschen Widerstandes des Fluids 2 vornehmen; dazu wä- re die genannte Grenzfläche des zweiten Messelements 4 z.B. wiederum transparent oder hätte eine oder mehrere voneinander elektrisch isolierte Elektroden. Gerade bei kompressiblen Flui den 2, insbesondere Gasen, misst optional das zweite Messele ment 4 - oder ein weiteres Messelement - zusätzlich den Druck des Fluids 2, damit eine Druckabhängigkeit von Wärmeleitung bzw. Wärmeabfuhr des Fluids 2 und folglich des Wärmeübergangs einfacher kompensiert werden kann.

Die Auswerteeinrichtung 5 korrigiert die vom ersten Mess element 3 gemessene Strömungsgeschwindigkeit v um den Einfluss der vom zweiten Messelement 4 gemessenen Eigenschaft (hier: der optischen Dichte n) auf das Messen der Strömungsgeschwindigkeit v (hier: auf den Wärmeübergang an der wärmeleitenden Grenzflä che 6), um einen korrigierten Wert v* der Strömungsgeschwindig keit v zu erhalten. Dazu nutzt die Auswerteeinrichtung 5 aus, dass Fluide 2 unterschiedlicher Massendichte, z.B. ein Gas und eine Flüssigkeit oder Wasser und ein Öl etc., im Allgemeinen unterschiedliche optische Dichten n, Fluoreszenzen, Dielektri zitätskonstanten und/oder ohmsche Widerstände haben. Diese Ei genschaften des Fluids 2 stehen somit jeweils in Zusammenhang mit z.B. dem Wärmeübergang an der wärmeleitenden Grenzfläche 6. Ist das Fluid 2 anhand seiner charakteristischen Eigenschaft erkannt, kann dessen Strömungsgeschwindigkeit v eindeutig ge messen werden, d.h. eine zwei- oder mehrdeutig gemessene Strö mungsgeschwindigkeit v wird anhand der gemessenen Eigenschaft (z.B. der optischen Dichte n) korrigiert.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 umfasst das kalorimetrische erste Messelement 3 einen ersten Temperaturfüh ler 8, z.B. einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, insbesondere ein Kaltleiter (PTC-Thermistor) oder Heißleiter (NTC-Thermistor) , eine Zenerdiode oder ein Thermoelement. Mit dem ersten Temperaturfühler 8 misst das erste Messelement 3 die Temperatur des Fluids 2 in dem Fachmann bekannter Weise. Ferner umfasst das erste Messelement 3 einen zweiten Temperaturfühler 9, welcher die genannte wärmeleitende Grenzfläche 6 zu dem strömenden Fluid 2 aufweist. Optional hat auch der erste Tempe raturfühler 8 eine ähnliche Grenzfläche.

Der zweite Temperaturfühler 9 wird in diesem Beispiel von einer Regelschaltung 10 derart geheizt, dass er die vom ersten Temperaturfühler 8 gemessenen Temperatur des Fluids 2 um eine konstante Temperaturdifferenz überschreitet. Die von der Regel schaltung dem zweiten Temperaturfühler 9 dazu zugeführte Heiz leistung ist aufgrund des strömungsgeschwindigkeitsabhängigen Wärmeübergangs an der wärmeleitenden Grenzfläche 6 ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit v des Fluids 2. Zur Schätzung und Kompensation des dynamischen Verhaltens bzw. der thermischen Trägheit der beiden Temperaturfühler 8, 9 bei transienten Ände rungen der Temperatur bzw. der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids 2 kann die Auswerteeinrichtung 5 ferner einen optionalen Schätzer umfassen, z.B. einen nicht-linearen Kalman-Filter, ei nen Punktschätzer oder einen anderen in der stochastischen Sig nalverarbeitung bekannten Schätzer.

Der zweite Temperaturfühler 9 ist z.B. ein temperaturab hängiger elektrischer Widerstand und wird unmittelbar von der Regelschaltung 10 elektrisch geheizt; alternativ könnte ein se parater Heizwiderstand dafür vorgesehen sein.

In der Ausführungsform nach den Fig. 5a bis 5c ist der erste Temperaturfühler 8 eine erste Lötstelle 8' und der zweite Temperaturfühler 9 eine zweite Lötstelle 9' eines Thermoele ments E. Das Thermoelement E umfasst ein Paar unterschiedlicher metallischer Leiter M ₁ M ₂ , welche miteinander an der zweiten Lötstelle 9' verbunden sind und misst direkt, d.h. ohne Bestim mung der jeweiligen Temperaturen, die Temperaturdifferenz zwi schen erster und zweiter Lötstelle 8', 9'. Als metallische Lei ter M ₁ M ₂ kommen z.B. Kupfer als erster Leiter M und eine Kup fer-Nickel-Legierung, z.B. Konstantan°, als zweiter Leiter M ₂ - als „Typ T" Thermoelement bekannt - oder ein anderes im Stand der Technik bekanntes Paar metallischer Leiter Mi, M ₂ in Frage. Zumindest einer der beiden metallischen Leiter M _x oder M ₂ kann beispielsweise mittels Kathodenzerstäubung aufgesputtert wer- den, insbesondere wenn der andere (z.B. Kupfer) ohnehin als Leiter des ersten Messelements 3 vorgesehen ist. Die zweite Lötstelle 9' ist, wie zuvor beschrieben, von der Regelschaltung 10 mithilfe eines elektrischen Widerstandes auf eine konstante Temperaturdifferenz geheizt. Der elektrische Widerstand kann dabei als separater Heizwiderstand R (Fig. 5a und 5b) ausgebil det sein; alternativ ist der elektrische Widerstand R zumindest zum Teil durch die metallischen Leiter Mi und/oder M ₂ gebildet, sodass die zweite Lötstelle 9' direkt am elektrischen Wider stand R ausgebildet ist (Fig. 5c) .

Anstatt auf eine konstante Temperaturdifferenz gegenüber dem Fluid 2 könnte die Regelschaltung 10 den zweiten Tempera turfühler 9 mit Konstantstrom heizen und die Temperatur des zweiten Temperaturfühler 9 messen, um daraus den Wärmeübergang an der wärmeleitenden Grenzfläche 6 zu ermitteln. Ferner könnte der erste Temperaturfühler 8 entfallen, z.B. wenn die Tempera tur des Fluids 2 ausreichend genau bekannt ist. In einer weite ren Alternative könnte ein separates Heizelement (nicht darge stellt) dem zweiten Temperaturfühler 9 in Richtung der Strö mungsgeschwindigkeit v vorgelagert sein, sodass der erste und der zweite Temperaturfühler 9 die Temperaturdifferenz des Flu ids 2 vor und hinter dem Heizelement messen.

In dem dargestellten Beispiel umfasst das optische zweite Messelement 4 eine Lichtquelle (z.B. eine Leucht- oder Laserdi ode) 11, welche einen Lichtstrahl 12 (Fig. 4a) aussendet. Das zweite Messelement 4 umfasst ferner einen Lichtleiter 13 für den Lichtstrahl 12. Der Lichtleiter 13 weist die genannte transparente Grenzfläche 7 auf. Die Lichtquelle 11 und die transparente Grenzfläche 7 sind derart angeordnet bzw. ausge richtet, dass der von der Lichtquelle 11 ausgesandte Licht strahl 12 in spitzem Winkel auf die Grenzfläche 7 auftrifft.

Außerdem umfasst das zweite Messelement 4 einen Lichtfüh ler (z.B. eine Photodiode) 14 und eine Detektorschaltung 15. Der Lichtfühler 14 ist derart angeordnet und ausgerichtet, dass er eine Reflexion oder eine Refraktion des Lichtstrahls 12 an der transparenten Grenzfläche 7 erfasst. Die Detektorschaltung 15 erkennt eine Reflexion oder Refraktion beispielsweise anhand eines schwellwertüber- oder -unterschreitenden Signals des Lichtfühlers 14 und kann daraus auf ein Fluid 2 geringerer oder höherer optischer Dichte n schließen. Optional kann die Detek torschaltung 15 anhand des Auftreffpunktes des Lichtstrahls 12 auf dem Lichtfühler 14 einen Winkel , bei welchem Totalrefle xion auftritt, (Fig. 4a) oder einen Refraktionswinkel ß (Fig. 4b) ermitteln und daraus die optische Dichte n des Fluids 2 bestimmen, wie unter Bezugnahme auf die Darstellungen in den Fig. 4a bis 4c weiter unten ausführlich erläutert wird.

Zur optionalen Kompensation von Umgebungslicht kann die Lichtquelle 11 gepulst betrieben werden, sodass die Detektor schaltung 15 oder die Auswerteeinrichtung 5 den vom Lichtfühler 14 erfassten Lichtstrahl 12 um das vom Lichtfühler 14 in Puls pausen erfasste Umgebungslicht korrigieren kann. Alternativ o- der ergänzend kann optional ein Filter eingesetzt werden, um von der Wellenlänge des Lichtstrahls 12 abweichendes Umgebungs licht zu unterdrücken.

Die Auswerteeinrichtung 5 der Messvorrichtung 1 ist in dem Beispiel der Fig. 1 und 3 in einem Gehäuse 16 angeordnet. Dabei sind der erste und der zweite Temperaturfühler 8, 9 des ersten Messelements 3 und die Lichtquelle 11, der Lichtleiter 13 und der Lichtfühler 14 des zweiten Messelements 4 in einer vom Ge häuse 16 separaten Messsonde 17 angeordnet. In dem Gehäuse 16 sind ferner die Regelschaltung 10 und die Detektorschaltung 15 angeordnet. Das Gehäuse 16 und die Messsonde 17 haben jeweils einen elektrischen Anschluss 18, 19, wobei die Regelschaltung 10 und die Detektorschaltung 15 jeweils mit dem Anschluss 18 des Gehäuses 16 und der erste und zweite Temperaturfühler 8, 9 und der Lichtfühler 14 - sowie optional die Lichtquelle 11 - mit dem Anschluss 19 der Messsonde 17 verbunden sind. Die An schlüsse 18, 19 sind miteinander über ein Versorgungs- und Da tenkabel 20 elektrisch verbunden, sodass die Regelschaltung 10 mit den Temperaturfühlern 8, 9 und die Detektorschaltung 15 mit dem Lichtfühler 14 - und optional mit der Lichtquelle 11 - ver bunden ist.

Alternativ können die Regelschaltung 10 und die Detektor schaltung 15 in der Messsonde 17 angeordnet sein; ferner könnte sogar, wenn gewünscht, die Auswerteeinrichtung 5 in der Mess sonde 17 - z.B. in Form eines Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) - angeordnet sein und das Gehäuse 16 entfallen. Optional kann das Kabel 20 durch eine Daten-Funkverbindung ersetzt und/oder die Messsonde 17 durch eine Batterie, über induktive Kopplung oder mittels Energy Harvesting energieversorgt sein.

In dem dargestellten Beispiel umfasst die Messsonde 17 ei nen Träger 21, z.B. eine (optional flexible) Leiterplatte. An dem Träger 21 ist für das Messen der Strömungsgeschwindigkeit v des Fluids 2 ein erster Messgeber mit einer Grenzfläche 6 ver ankert; ferner ist an dem Träger 21 für das Messen einer cha rakteristischen Eigenschaft des Fluids 2 ein zweiter Messgeber mit einer Grenzfläche 7 verankert. In diesem Beispiel umfasst der erste Messgeber den ersten Temperaturfühler 8 und den zwei ten Temperaturfühler 9 und die genannten Grenzfläche ist die wärmeleitende Grenzfläche 6; der zweite Messgeber umfasst die Lichtquelle 11, den Lichtleiter 13, welcher als Grenzfläche des zweiten Messgebers die transparente Grenzfläche 7 hat, und den Lichtfühler 14. Auch der Anschluss 19 ist optional am Träger 21 verankert und kann von einer Verstärkungshülse 22 eingefasst sein. Um den zweiten Temperaturfühler 9 herum, insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturfühler 8, 9, ist eine optionale thermische Isolation 23, z.B. aus Silikon, am Träger 21 angebracht. Die thermische Isolation 23 oder ein an derer Mantel kann den Träger 21 zumindest bereichsweise umman teln und ihm dabei eine strömungsgünstige Form verleihen.

Es versteht sich, dass die (hier: wärmeleitende) Grenzflä che 6 des ersten Messgebers und die (hier: transparente) Grenz fläche 7 des zweiten Messgebers an der Außenseite der Messsonde 17, d.h. ohne Ummantelung, dem strömenden Fluid 2 dargeboten sind, sodass die beiden Grenzflächen 6, 7 dem Fluid 2 ausge- setzt sind, wenn die Messsonde 17 in das Fluid 2 eingetaucht ist. Die Messsonde 17 kann in ein frei strömendes Fluid 2 oder, wie in dem Beispiel der Fig. 1 und 2, zwischen Wandungen 24 ei nes z.B. rohrförmigen Strömungskanals eingetaucht werden, wäh rend das Gehäuse 16 außerhalb des strömenden Fluids 2 und davor geschützt gelagert ist. Bei bekanntem Querschnitt des Strö mungskanals kann dabei aus der Strömungsgeschwindigkeit v in bekannter Weise der Massenstrom des Fluids 2 ermittelt werden.

Optional sind die Lichtquelle 11 an einer ersten Seite 25

- in diesem Beispiel: der Oberseite - des Trägers 21 und der Lichtfühler 14 an einer der ersten abgewandten zweiten Seite 26

- hier: der Unterseite - des Trägers 21 verankert, sodass die Lichtquelle 11 aus Sicht des Lichtfühlers 14 vom Träger 21 ver deckt ist, wodurch ein störender, an der transparenten Oberflä che 7 vorbeiführender Pfad des Lichtstrahls 12 zum Lichtfühler 14 verhindert wird. Dabei erstreckt sich der Lichtleiter 13, z.B. an der Spitze 27 der Messsonde 17, von der ersten Seite 25 zur zweiten Seite 26. Alternativ könnte ein solcher störender Lichtpfad durch andere Bauteile unterbunden werden, wie weiter unten in Bezug auf die Fig. 5a bis 5c näher erläutert wird.

Im dargestellten Beispiel hat der Lichtleiter 13 die Form eines Prismas, welches mit seiner einen Mantelfläche 28 der Lichtquelle 11 und dem Lichtfühler 14 zugewandt ist und sich optional an der ersten Seite 25 des Trägers 21 bis zur Licht quelle 11 und an der zweiten Seite 26 des Trägers 21 bis zum Lichtfühler 14 erstreckt (Fig. 4a) . Von den anderen Mantelflä chen 29, 30 des Prismas bildet zumindest eine die genannte transparente Grenzfläche 7; die zweite der genannten anderen Mantelflächen 29, 30 könnte dabei verspiegelt sein oder beide anderen Mantelflächen 29, 30 gemeinsam die genannte transparen te Grenzfläche 7 bilden. Alternativ könnte je eine Mantelfläche 28, 29, 30 der Lichtquelle 11 und dem Lichtfühler 14 zugewandt sein und/oder der Lichtleiter 13 z.B. parallelepipedisch oder gekrümmt sein. Der Lichtleiter 13 ist aus transparentem Glas oder Kunst stoff, z.B. Epoxy, oder aus einem weichen transparenten Materi al, z.B. Silikon od.dgl. Der Ausdruck „transparent" bezeichnet in diesem Zusammenhang - wie auch hinsichtlich der transparen ten Grenzfläche 7 - eine gute Durchlässigkeit für zumindest die Wellenlänge bzw. den Wellenlängenbereich des Lichtstrahls 12.

Die Beispiele der Fig. 4a bis 4c veranschaulichen die Funktion des optischen zweiten Messelements 4. Ist die Messson de 17 in ein Fluid 2 mit geringer optischer Dichte n einge taucht (Fig. 4a), wird der Lichtstrahl 12 an den die transpa rente Grenzfläche 7 bildenden Mantelflächen 29, 30 des prismen förmigen Lichtleiters 13 totalreflektiert, d.h. es tritt Refle xion auf, und wird im Lichtfühler 14 erfasst, was die Detektor schaltung 15 detektiert. Ist andererseits die Messsonde 17 in ein Fluid 2 mit hoher optischer Dichte n eingetaucht (Fig. 4b), wird der Lichtstrahl 12 an der transparenten Grenzfläche 7 nicht reflektiert sondern bloß gebrochen, d.h. es tritt Refrak tion auf. Der Lichtfühler 14 erfasst dann keinen reflektierten Lichtstrahl 12, was die Detektorschaltung 15 ebenfalls detek tiert, u.zw. als ausbleibende Reflexion und somit Refraktion.

Soll die optische Dichte n des Fluids 2 genauer bestimmt werden, so kann optional entweder der Lichtfühler 14 an der der Lichtquelle 11 gegenüberliegenden Seite der transparenten Grenzfläche 7 angeordnet sein (nicht dargestellt) , um den Re fraktionswinkel ß zu ermitteln, oder kann die Lichtquelle 11 den Lichtstrahl 12 in der Darstellungsebene der Fig. 4a z.B. auffächern, sodass der Lichtstrahl 12 in verschiedenen spitzen Winkeln auf die transparente Grenzfläche 7 auftrifft. Der Lichtfühler 14 könnte dabei jeweils in streifen- oder matrix förmige Felder unterteilt sein, sodass anhand der von unter schiedlichen Feldern des Lichtfühlers 14 erfassten Refraktion oder Reflexionen auf den Refraktionswinkel ß bzw. den Winkel , bei welchem Totalreflexion eintritt, und folglich auf die opti sche Dichte n des Fluids 2 geschlossen werden kann. Alternativ könnte der Lichtstrahl 12 in zeitlicher Abfolge in verschiede- nen Winkeln auf die transparente Grenzfläche 7 auftreffen, z.B. indem die Lichtquelle 11 den Lichtstrahl 12 ablenkt, und somit auffächert, oder indem die transparente Grenzfläche 7 ge schwenkt wird, sodass die optische Dichte n des Fluids 2 anhand des zeitlichen Erfassens einer Reflexion durch den Lichtfühler 14 ermittelt werden kann.

Wie im Beispiel der Fig. 5b dargestellt kann der Lichtlei ter 13 alternativ zur prismatischen eine andere Form haben, z.B. kreiszylindrisch mit im Querschnitt konvex gekrümmter Grenzfläche 7. Es versteht sich, dass andere Krümmungen der Grenzfläche 7 möglich sind, z.B. konkav, wobei der Lichtstrahl 12 bereits bei geringer Auffächerung unter deutlich verschiede nen spitzen Winkeln auf die transparente Grenzfläche 7 auf trifft, wodurch die Wirkung der Auffächerung verstärkt wird.

Fig. 4c versinnbildlicht, dass das optische zweite Mess element 4 auch dann korrekte Messergebnisse liefert, wenn z.B. ein Tröpfchen 31 eines Fluids 2 mit hoher optischer Dichte n an der transparenten Grenzfläche 7 haftet, obwohl die Messsonde 17 in ein strömendes Fluid 2 geringer optischer Dichte n einge taucht ist. In diesem Fall wird der Lichtstrahl 12 an der transparenten Grenzfläche 7 zunächst nur gebrochen und tritt in das Tröpfchen 31 ein, worauf er an dessen Außenfläche aufgrund der geringeren optischen Dichte n des umgebenden Fluids 2 re flektiert wird; in weiterer Folge tritt der reflektierte Licht strahl 12 unter nochmaliger Brechung, d.h. Refraktion, wieder in den Lichtleiter 13 ein und wird dort, ähnlich wie im Bei spiel der Fig. 4a, zum Lichtfühler 14 hin weiter reflektiert. Die Detektionsschaltung 15 detektiert somit die optische Re- flektivität der transparenten Grenzfläche 7 korrekt.

Wie in Fig. 5a durch den Pfeil 32 versinnbildlicht, kann in der Variante mit flexibler Leiterplatte als Träger 21 ein Bereich des Trägers 21, z.B. ein den zweiten Messgeber tragen der Endbereich 33, auch vor oder nach dem Aufbringen des Mess gebers gebogen oder geknickt werden. Dadurch wird der Endbe reich 33 des Trägers 21 in die in Fig. 5a strichliert darge- stellte Stellung gebracht, um - in diesem Beispiel - dem zwei ten Messgeber eine gewünschte Ausrichtung zu geben. Es versteht sich, dass der Träger 21 auch an anderer Stelle (auch mehrfach) gebogen und/oder geknickt werden könnte.

In den Beispielen der Fig. 5a bis 5c ist ferner ein optio nales Bauteil 34 jeweils zwischen der Lichtquelle 11 und dem Lichtfühler 14 angeordnet. Das Bauteil 34 ist für den Licht strahl 12 undurchlässig, um die Lichtquelle 11 aus Sicht des Lichtfühlers 14 zu verdecken. Dadurch wird möglichen Störungen durch einen an der transparenten Oberfläche 7 vorbeiführenden Pfad des Lichtstrahls 12 zum Lichtfühler 14 vorgebeugt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs formen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten, Kombinatio nen und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.