AT527445A1 - Sensor zum Messen von Feuchtigkeit eines Fluidstroms - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor (100) zum Messen von Feuchtigkeit eines Fluidstroms (10). Der Sensor (100) umfasst einen Rohrabschnitt (20) mit einem Rohrabschnittinnenraum (22) zum Leiten des Fluidstroms (10) und einem Rohrmantel (24), welcher den Rohrabschnittinnenraum (22) umschließt, wobei der Rohrmantel (24) eine Rohrmantelaußenwand (26) und eine Rohrmantelinnenwand (28) aufweist, und wobei der Rohrmantel (24) ein lichtdurchlässiges Material (40) aufweist, zumindest eine Lichtquelle (50) zum Aussenden von Licht (52) in das lichtdurchlässige Material (40) zur Reflexion zumindest an der Rohrmantelinnenwand (28), und zumindest einen Lichtsensor (60) zum Detektieren des von der zumindest einen Lichtquelle (50) ausgesendeten und zumindest an der Rohrmantelinnenwand (28) reflektierten Lichts (52).
Description
Sensor zum Messen von Feuchtigkeit eines Fluidstroms
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zum Messen von Feuchtigkeit eines Fluidstroms, ein Rohrsystem mit einem solchen Sensor und ein Messverfahren zum
Messen von Feuchtigkeit eines Fluidstroms.
Im Stand der Technik sind Feuchtigkeitssensoren bekannt, welche die Feuchtigkeit eines Fluidstroms in einem Rohr messen können. Diese Feuchtigkeitssensoren (Taupunkt oder relative Luftfeuchtigkeit) sind relativ teuer, unzuverlässig und weisen eine Drift auf. Sie können nur die Feuchtigkeit in dem Fluidstrom messen (also wieviel Flüssigkeit ist in dem Gasstrom). Es ist aber nicht möglich eine Überflutung des Rohrs zu messen. Bei einer Überflutung des Rohrs werden keine vernünftigen Ergebnisse geliefert. Zudem werden diese Feuchtigkeitssensoren in dem Fluidstrom angeordnet. Diese Anordnung behindert den Fluss des Fluidstroms.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Sensor bereitzustellen, mit welchem auch eine Überflutung im Rohr zuverlässig gemessen werden kann, und bei
welchem der Fluss des Fluidstroms nicht gestört wird.
Die voranstehenden Aufgaben werden gelöst durch einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Rohrsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Messverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sensor beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rohrsystem sowie dem erfindungsgemäßen Messverfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise wer-
den kann.
Demgemäß wird ein Sensor zum Messen von Feuchtigkeit eines Fluidstroms bereitgestellt. Der Sensor umfasst einen Rohrabschnitt mit einem Rohrabschnittinnenraum zum Leiten des Fluidstroms und einem Rohrmantel, welcher den Rohrabschnittinnenraum umschließt, wobei der Rohrmantel eine Rohrmantelaußenwand und eine Rohrmantelinnenwand aufweist, und wobei der Rohrmantel ein lichtdurchlässiges Material aufweist, zumindest eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht in das lichtdurchlässige Material zur Reflexion zumindest an der Rohrmantelinnenwand, und zumindest einen Lichtsensor zum Detektieren des von der zumindest einen Lichtquelle ausgesendeten
und zumindest an der Rohrmantelinnenwand reflektierten Lichts.
Dadurch, dass das Licht an der Rohrmantelinnenwand reflektiert wird, ist das detektierte Licht davon abhängig, ob sich an der Rohrmantelinnenwand im Rohrabschnittinnenraum Feuchtigkeit niederschlägt bzw. ob es innerhalb des Rohrabschnitts zu einer Überflutung kommt. Dementsprechend kann die Feuchtigkeit des Fluidstroms bzw. eine Überflutung im Rohrabschnittinnenraum detektiert werden.
Bei dem Sensor handelt es sich um einen Sensor zum Messen von Feuchtigkeit eines Fluidstroms, welcher die Feuchtigkeit mittels optischer Komponenten misst. Diese optischen Komponenten sind z.B. die zumindest eine Lichtquelle, der zumindest eine Lichtsensor und das lichtdurchlässige Material des Rohrmantels.
Messen der Feuchtigkeit kann insbesondere auch bedeuten, dass eine Überflutung gemessen wird. Befinden sich Fluidansammlungen, also insbesondere Flüssigkeitstropfen, im Rohrabschnittinnenraum an der Rohrmantelinnenwand, dann wird das aus dem Rohrmantel kommende auf die Rohrmantelinnenwand auftreffende Licht gebeugt. Der Lichtsensor kann dies aufgrund der dadurch reduzierten Reflexion messen. Die Intensität der Beugung stellt ein Maß für die Feuchtigkeit im Fluidstrom und/oder für das Ausmaß der Überflutung dar.
Der Rohrmantel weist ein lichtdurchlässiges Material auf. Das lichtdurchlässige Material kann insbesondere auch lichtleitend sein. Weiter kann lichtdurchlässig bedeuten, dass das lichtdurchlässige Material in zumindest einem Wellenlängenbereich von Ultraviolett bis Infrarot für Licht dieses zumindest einen Wellenlängenbereichs lichtdurch-
lässig ist.
Das Licht kann an der Rohrmantelaußenwand und an der Rohrmantelinnenwand reflektiert werden. Relevant ist hier die Reflexion und Beugung an der Rohrmantelinnenwand, da diese ein Maß für die Feuchtigkeit und/oder Überflutung in dem Rohrab-
schnittinnenraum darstellen.
Der Fluidstrom wird durch den Rohrabschnittinnenraum des Rohrabschnitts geleitet. Weiter kann der Rohrabschnitt an beiden Enden mit jeweils einem Rohr fluidleitend
verbunden sein.
Bei der Feuchtigkeit kann es sich um verschiedene Flüssigkeiten handeln, z.B. um Wasser oder Glykol. Bei dem Fluidstrom kann es sich ebenfalls um verschiedene Fluide handeln, z.B. um Luft.
Der beschriebene Sensor kann insbesondere für die Brennstoffzellenentwicklung am Prüfstand oder im Fahrzeug eingesetzt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Sensors ist ein Brechungsindex des lichtdurchlässigen Materials des Rohrmantels so ausgebildet, dass sich für das von der zumindest einen Lichtquelle ausgesendete Licht, welches von innerhalb des Rohrmantels auf die Rohrmantelinnenwand trifft, bei dem Fluidstrom ohne Feuchtigkeit in dem
Rohrabschnittinnenraum eine Reflexion einstellt.
Eine Reflexion an einer Grenzfläche ergibt sich abhängig von den Brechungsindizes der Materialien der beiden Grenzflächen, der Wellenlänge des Lichts, dem Winkel mit welchem der Lichtstrahl auf die Grenzfläche auftrifft, usw.. Hier gilt es den Brechungsindex des Fluidstroms ohne Feuchtigkeit und den Brechungsindex des lichtdurchlässigen Materials des Rohrmantels zu betrachten. Bei einem gegebenen Fluidstrom, welcher auf Feuchtigkeit vermessen werden soll, muss der Brechungsindex des lichtdurchlässigen Materials des Rohrmantels entsprechend gewählt werden, so dass sich bei gegebenem Fluidstrom ohne Feuchtigkeit in dem Rohrabschnittinnenraum eine Reflexion des Lichts an der Rohrmantelinnenwand ergeben würde. Die Feuchtigkeit des Fluidstroms verringert dann die Reflexion und erhöht die Beugung an der Grenzfläche, d.h. der Rohrmantelinnenwand, da sich die Fluidansammlungen, d.h. die Feuchtigkeitstropfen, im Rohrabschnittinnenraum an der Rohrmantelinnenwand absetzen, den Brechungsindex auf der Fluidstromseite verändern, und damit die Refle-
xion an der Rohrmantelinnenwand abschwächen und die Beugung an der
Rohrmantelinnenwand erhöhen. Für die Reflexion und Beugung kann dann insbesondere auch die Fluidansammlung, d.h. um welche Flüssigkeit es sich handelt, relevant sein, da unterschiedliche Flüssigkeiten auch einen unterschiedlichen Brechungsindex
aufweisen können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Sensors ist die Lichtquelle in dem Rohrmantel zwischen der Rohrmantelaußenwand und der Rohrmantelinnenwand angeordnet. Vorteilhafterweise braucht das Licht dann nicht in das lichtdurchlässige Material des Rohrmantels eingekoppelt werden. Alternativ könnte die Lichtquelle allerdings auch außerhalb des Rohrmantels angebracht werden. In diesem Fall muss das Licht dann in das lichtdurchlässige Material des Rohrmantels eingekoppelt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Sensors ist der zumindest eine Lichtsensor an der Rohrmantelaußenwand angeordnet. Aufgrund dieser Anordnung ist der zumindest eine Lichtsensor in einer geometrisch geeigneten Position, um eine Reflexion an der Rohrmantelinnenwand zu detektieren. Dabei kann „an der Rohrmantelaußenwand“ bedeuten, dass der zumindest eine Lichtsensor innen an der Rohrmantelaußenwand angeordnet ist oder außen an der Rohrmantelaußenwand angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Sensors ist der Rohrmantel als Hohlzylinder ausgebildet. Dabei weisen die Rohrmantelaußenwand und die Rohrmantelinnenwand eine zylinderförmige Form auf. Alternativ kann der Rohrmantel auch eine
andere Form aufweisen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Sensors weist der Sensor mehrere Lichtsensoren auf. Vorteilhafterweise kann die Feuchtigkeitssituation und/oder die Überflutungssituation innerhalb des Sensors mittels der mehreren Lichtsensoren geometrisch genauer erfasst werden. Insbesondere können zwischen 2 und 50 Lichtsensoren, zwischen 5 und 40 Lichtsensoren oder zwischen 10 und 30 Lichtsenso-
ren vorgesehen sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Sensors sind die mehreren Lichtsensoren zumindest teilweise in Umfangsrichtung angeordnet. Dabei bedeutet „in Umfangsrichtung angeordnet“, dass mehrere Lichtsensoren entlang des Umfangs
angeordnet sind. Weiter bedeutet „zumindest teilweise“ in diesem Fall, dass auch Lichtsensoren in Längsrichtung angeordnet sein können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Sensors weist der Rohrabschnitt eine Längsrichtung auf, wobei die mehreren Lichtsensoren zumindest teilweise in der Längsrichtung des Rohrabschnitts angeordnet sind. Dabei bedeutet „in der Längsrichtung des Rohrabschnitts angeordnet“, dass mehrere Lichtsensoren entlang der Längsrichtung des Rohrabschnitts angeordnet sind. Weiter bedeutet „zumindest teilweise“ in diesem Fall, dass auch Lichtsensoren in Umfangsrichtung angeordnet sein können. Vorteilhafterweise lassen sich durch diese Anordnung der mehreren Lichtsensoren Informationen über die geometrische Verteilung von Fluidansammlungen auf der Rohrmantelinnenwand gewinnen. Weiter kann durch diese Anordnung der mehreren Lichtsensoren die Geschwindigkeit ermittelt werden, mit welcher sich die Fluidan-
sammlungen auf der Rohrmantelinnenwand bewegen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Sensors sind die mehreren Lichtsensoren für die Messung einer Lichtintensität eingerichtet. Vorteilhafterweise können dann einfache Standardlichtsensoren, welche die Lichtintensität messen kön-
nen, verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Sensors weisen die mehreren Lichtsensoren Spektrometer auf. Aufgrund der Spektrometer können zusätzliche Informationen gewonnen werden, wie z.B. welche Lichtwellenlänge wie stark an der Rohrmantelinnenwand reflektiert wird. Damit lassen sich wiederum Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Fluidansammlungen, d.h. welche Flüssigkeiten die Flu-
idansammlungen aufweisen, ziehen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Sensors weist der Sensor mehrere Lichtquellen auf. Die mehreren Lichtquellen können unterschiedliche Lichtwellenlängen aufweisen. Dies kann von Vorteil sein, wenn unterschiedliche Bestandteile in den Fluidansammlungen (z.B. Wasser, Glykol, potenziell gelöste Verunreinigungen, etc.) detektiert werden sollen. Es werden dann an die optischen Eigenschaften der Bestandteile der Fluidansammlungen angepasste Lichtwellenlängen verwendet. Für Wasser wird typischerweise Infrarotstrahlung verwendet.
Dabei können für alle Lichtquellen mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen die gleichen Lichtsensoren verwendet werden. Es können aber auch verschiedene Lichtsensoren, welche insbesondere unterschiedliche Lichtwellenlängen detektieren
können, verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Sensors weist der Sensor eine Vorrichtung zum Beseitigen von Fluidansammlungen auf der Rohrmantelinnenwand auf. Die Vorrichtung zum Beseitigen von Fluidansammlungen kann eine Temperierungseinrichtung aufweisen. Mittels der Temperierungseinrichtung kann der Rohrmantel temperiert, d.h. geheizt oder gekühlt werden. Insbesondere lässt sich durch Heizen
erreichen, dass die Fluidansammlungen auf der Rohrmantelinnenwand verdampfen.
Weiter kann die Vorrichtung zum Beseitigen von Fluidansammlungen eine Abwischeinrichtung zum Abwischen von Fluidansammlungen auf der Rohrmantelinnenwand aufweisen. Die Einrichtung zum Abwischen von Fluidansammlungen kann nur einen Abschnitt der Rohrmittelinnenwand oder die gesamte Rohrmittelinnenwand abwi-
schen.
Die Vorrichtung zum Beseitigen von Fluidansammlungen kann zudem eine Rotationseinrichtung aufweisen. Mittels der Rotationseinrichtung lässt sich die Zentrifugalkraft ausnutzen, um die Fluidansammlungen auf der Rohrmantelinnenwand zu beseitigen. Dabei muss keine vollständige Rotation durchgeführt werden. Es genügt eine Teilrotation oder Schwenkbewegung.
Weiter kann die Vorrichtung zum Beseitigen von Fluidansammlungen eine Vibrationseinrichtung aufweisen. Mittels der Vibrationseinrichtung können die Fluidansammlun-
gen auf der Rohrmantelinnenwand abgeschüttelt werden.
Weiter wird ein Rohrsystem bereitgestellt. Das Rohrsystem weist ein erstes Rohr, ein zweites Rohr und einen Sensor, wie beschrieben, auf. Dabei ist der Sensor fluidleitend mit dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr verbunden. Insbesondere ist der Rohrmantel mit dem ersten und dem zweiten Rohr mechanisch verbunden, so dass der Fluidstrom von dem zweiten Rohr durch den Sensor zu dem ersten Rohr strömen
kann. Eine umgekehrte Strömungsrichtung ist ebenfalls möglich.
Weiter wird ein Messverfahren zum Messen von Feuchtigkeit eines Fluidstroms beschrieben. Dabei kann insbesondere ein Sensor, wie beschrieben, verwendet werden.
Das Messverfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Einbringen von Licht in ein lichtdurchlässiges Material eines Rohrmantels mittels einer Lichtquelle,
- Detektieren einer Reflexion des Lichts von einer Rohrmantelinnenwand des
Rohrmantels mittels eines Lichtsensors, und
- Vergleichen der detektierten Reflexion des Lichts mit wenigstens einem Vorgabewert.
Dadurch, dass die Reflexion des Lichts von der Rohrmantelinnenwand detektiert wird, kann festgestellt werden, ob sich Fluidansammlungen in dem Rohrabschnittinnenraum auf der Rohrmantelinnenwand befinden. Dadurch kann die Feuchtigkeit des Fluidstroms und/oder die Überflutung innerhalb des Rohrabschnitts ermittelt werden.
Der wenigstens eine Vorgabewert kann z.B. als Eichung des Sensors ermittelt werden.
Dazu wird die Reflexion bei dem Fluidstrom ohne Feuchtigkeit gemessen.
Es können mehrere Lichtsensoren verwendet werden. Damit lassen sich die Fluidansammlungen örtlich auf der Rohrmantelinnenwand bestimmen. Weiter kann damit eine
Geschwindigkeit der Fluidansammlungen bestimmt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Messverfahrens stellt der wenigstens eine Vorgabewert einen Grenzwert dar, ab wann sich Fluidansammlungen in einem Rohrabschnittinnenraum des Rohrabschnitts auf der Rohrmantelinnenwand befinden. Vorteilhafterweise kann mittels dieses Grenzwerts erkannt werden, dass Feuchtigkeit aus-
fällt und sich Fluidansammlungen auf der Rohrmantelinnenwand bilden.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzu-
fügen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungs-
formen im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Schnitts durch ein erfindungsgemäßes Rohrsystem;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Schnitts durch das Rohrsystem aus Fig. 1
entlang der Linie 1-11;
Fig. 3 eine veränderte schematische Ansicht des Schnitts durch das Rohrsystem aus Fig. 1 entlang der Linie 1l-Il;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensors; und Fig. 5 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Messverfahrens.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Schnitts durch ein erfindungsgemäßes Rohrsystem 30 entlang der Rotationsachse 80 des Rohrsystems. Das Rohrsystem 30 umfasst ein erstes Rohr 32, ein zweites Rohr 34 und einen Sensor 100. Der Sensor 100 ist fluidleitend mit dem ersten Rohr 32 und dem zweiten Rohr 34 verbunden. Der Fluidstrom 10 fließt von dem zweiten Rohr 34 durch den Sensor 100 zu dem ersten Rohr 32. Alternativ könnte der Fluidstrom auch von dem ersten Rohr 32 durch den Sensor 100 zu dem zweiten Rohr 34 fließen.
Der Sensor 100 dient zum Messen der Feuchtigkeit des Fluidstroms 10. Dabei bedeutet zum Messen der Feuchtigkeit insbesondere auch, dass eine Überflutung in dem Sensor 100 gemessen werden kann. Der Sensor 100 weist einen Rohrabschnitt 20, eine Lichtquelle 50 und einen Lichtsensor 60 auf. Der Rohrabschnitt 20 umfasst einen Rohrabschnittinnenraum 22 zum Leiten des Fluidstroms 10 und einen Rohrmantel 24, welcher den Rohrabschnittinnenraum 22 umschließt. Dabei weist der Rohrmantel 24 eine Rohrmantelaußenwand 26 und eine Rohrmantelinnenwand 28 auf. Weiter um-
fasst der Rohrmantel 24 ein lichtdurchlässiges Material 40.
Die Lichtquelle 50 dient zum Aussenden von Licht 52 in das lichtdurchlässige Material 40. Dabei wird das Licht 52 an der Rohrmantelaußenwand 26 und an der Rohrmantelinnenwand 28 reflektiert. Das Licht 52 wird in dem lichtdurchlässigen Material 40 des
Rohrmantels 24 geleitet. Von entscheidender Bedeutung ist die Reflexion an der Rohrmantelinnenwand 28, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt wird.
Der Lichtsensor 60 dient zum Detektieren des von der Lichtquelle 50 ausgesendeten Lichts 52. Dabei wird das Licht 52 zuvor zumindest an der Rohrmantelinnenwand 28 reflektiert.
Die Lichtquelle 50 ist in dem Rohrmantel 24 zwischen der Rohrmantelaußenwand 26 und der Rohrmantelinnenwand 28 angeordnet. Alternativ kann die Lichtquelle 50 auch außerhalb des lichtdurchlässigen Materials 40 des Rohrmantels 24 angeordnet werden. In diesem Fall muss das Licht 52 dann in das lichtdurchlässige Material 40 des Rohrmantels 24 eingekoppelt werden.
Der Lichtsensor 60 ist an der Rohrmantelaußenwand 26 angeordnet. Genauer ist der Lichtsensor 60 außerhalb des Rohrmantels 24 an der Rohrmantelaußenwand 26 angeordnet. Alternativ könnte der Lichtsensor auch innerhalb des Rohrmantels 24 an der Rohrmantelaußenwand 26 angeordnet sein.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Schnitts durch das Rohrsystem 30 aus Fig. 1 entlang der Linie Il-Il. Die Linie Il-Il befindet sich an der Stelle des Sensors 100, so dass in Fig. 2 ebenfalls eine schematische Ansicht eines Schnitts durch den Sensor 100 gezeigt ist.
Wie in der Fig. 2 gezeigt, ist der Rohrmantel 24 als Hohlzylinder 42 ausgebildet. Im Zentrum des Hohlzylinders 42 ist die Rotationsachse 80 dargestellt. Sowohl die Rohrmantelaußenwand 26 als auch die Rohrmantelinnenwand 28 weisen eine kreiszylinderförmige Form auf. Alternativ kann der Rohrmantel 24 auch eine andere Form auf-
weisen. Wie In der Fig. 2 dargestellt, weist der Sensor 100 mehrere Lichtsensoren 60 auf.
Die Lichtquelle 50 strahlt das Licht 52 in das lichtdurchlässigen Material 40 des Rohrmantels 24 aus. Wenn ein einfallender Lichtstrahl 54 auf die Rohrmantelinnenwand 28 trifft, dann wird er reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl 56 wird dann von einem Lichtsensor 60 detektiert. Dabei hängt die Reflexion von vielen Faktoren ab, z.B. dem Brechungsindex des lichtdurchlässigen Materials 40 des Rohrmantels 24, dem Brechungsindex des Fluidstroms 10 ohne Feuchtigkeit, der Wellenlänge des Lichts 52,
dem Winkel mit welchem der einfallende Lichtstrahl 54 auf die Rohrmantelinnenwand 28 auftrifft, usw..
Fig. 3 zeigt eine veränderte schematische Ansicht des Schnitts durch das Rohrsystem 30 aus Fig. 1 entlang der Linie Il-Il. Die Linie 1l-II befindet sich an der Stelle des Sensors 100, so dass in Fig. 3 ebenfalls eine veränderte schematische Ansicht des Schnitts durch den Sensor 100 gezeigt ist.
Wie man der Fig. 3 entnehmen kann, hat sich hier aufgrund der Feuchtigkeit des Fluidstroms 10 eine Fluidansammlung 12 auf der Rohrmantelinnenwand 28 in dem Rohrabschnittinnenraum 22 gebildet. Diese Fluidansammlung 12 sorgt für eine Beugung des Lichts 52 an der Rohrmantelinnenwand 28. Neben dem reflektierte Lichtstrahl 56 ist daher in Fig. 3 auch ein gebeugter Lichtstrahl 58 gezeigt. Die Intensität des reflektierten Lichtstrahls 56 hat sich verringert, weshalb der reflektierte Lichtstrahl 56 in Fig. 3 mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Der Lichtsensor 60, auf welchen der reflektierte Lichtstrahl 56 auftrifft, wird daher eine verringerte Intensität messen. Dadurch kann detektiert werden, ob sich Fluidansammlungen 12 auf der Rohrmantelinnenwand 28 gebildet haben. Die detektierte Intensität kann dann ein Maß für die Anzahl der Fluidansammlungen 12 bzw. den Grad der Überflutung in dem Sensor 100 darstellen. Dies lässt dann natürlich Rückschlüsse auf die Feuchtigkeit in dem Fluidstrom 10 zu.
Damit der Sensor 100 wieder einsatzbereit ist, müssen die Fluidansammlungen 12 auf der Rohrmantelinnenwand 28 beseitigt werden. Dazu kann der Sensor 100 eine Vorrichtung 90 zum Beseitigen von Fluidansammlungen 12 auf der Rohrmantelinnenwand 28 aufweisen. Dazu kann die Vorrichtung 90 eine Temperierungseinrichtung 92 aufweisen. Die Temperierungseinrichtung 92 kann den Rohrmantel 24 heizen oder kühlen. Wird der Rohrmantel 24 geheizt, so können die Fluidansammlungen 12 auf der
Rohrmantelinnenwand 28 verdampfen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung 90 eine Abwischeinrichtung zum Abwischen von Fluidansammlungen 12, eine Rotationseinrichtung zum Abschleudern von Fluidansammlungen 12 und/oder eine Vibrationseinrichtung zum Abschütteln von Flu-
idansammlungen 12 aufweisen.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensors 100. Die mehreren Lichtsensoren 60 sind in Umfangsrichtung und in der Längsrichtung 70
des Rohrabschnitts 20 angeordnet. Mittels der mehreren Lichtsensoren kann detektiert werden, an welcher Stelle im Rohrabschnitt 20 sich die Fluidansammlungen 12 befinden. Außerdem kann ermittelt werden, wie schnell sich die Fluidansammlungen 12 bewegen, d.h. welche Geschwindigkeit sie aufweisen.
Die Lichtsensoren 60 können dafür ausgebildet sein die Lichtintensität zu messen. Alternativ oder zusätzlich können die Lichtsensoren 60 auch Spektrometer aufweisen. Mittels der Spektrometer können auch Rückschlüsse über die Bestandteile der Flu-
idansammlungen 12 getroffen werden.
Weiter können mehrere Lichtquellen 50 verwendet werden. Wenn die mehreren Lichtquellen 50 unterschiedliche Lichtwellenlängen aufweisen, dann kann dies auch dazu verwendet werden, unterschiedliche Bestandteile der Fluidansammlungen 12 zu detektieren.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Messverfahrens. Das Messverfahren dient zum Messen der Feuchtigkeit eines Fluidstroms 10. Insbesondere kann dafür ein Sensor 100, wie beschrieben, verwendet werden. Das Messverfahren weist die folgenden Schritte auf:
In einem ersten Schritt S1 wird Licht 52 in ein lichtdurchlässiges Material 40 eines Rohrmantels 24 mittels einer Lichtquelle 50 eingebracht.
In einem zweiten Schritt S2 wird eine Reflexion des Lichts 52 von einer Rohrmantelinnenwand 28 des Rohrmantels 24 mittels eines Lichtsensors 60 detektiert.
In einem dritten Schritt S3 wird die detektierte Reflexion des Lichts 52 mit wenigstens einem Vorgabewert verglichen.
Als Vorgabewert kann die Reflexion dienen, welche bei einem Fluidstrom 10 ohne Feuchtigkeit detektiert werden kann.
Ein weiterer Vorgabewert kann einen Grenzwert darstellen, ab wann sich Fluidansammlungen 12 in einem Rohrabschnittinnenraum 22 des Rohrabschnitts 20 auf der Rohrmantelinnenwand 28 befinden.
Werden mehrere Lichtsensoren 60 verwendet, dann lässt sich eine örtliche Bestimmung der Fluidansammlungen 12 erreichen. Ebenfalls kann die Geschwindigkeit der
Fluidansammlungen 12 innerhalb des Rohrabschnitts 20 mittels mehrerer Lichtsenso-
ren 60 bestimmt werden.
Bezugszeichenliste
10 Fluidstrom
12 Fluidansammlung
20 Rohrabschnitt
22 Rohrabschnittinnenraum 24 Rohrmantel
26 Rohrmantelaußenwand 28 Rohrmantelinnenwand
30 Rohrsystem
32 erstes Rohr
34 zweites Rohr
40 lichtdurchlässiges Material 42 Hohlzylinder
50 Lichtquelle
52 Licht
54 einfallender Lichtstrahl
56 reflektierter Lichtstrahl
58 gebeugter Lichtstrahl
60 Lichtsensor
70 Längsrichtung
80 Rotationsachse
90 Vorrichtung zum Beseitigen von Fluidansammlungen 92 Temperierungseinrichtung 100 Sensor
Claims (15)
1. Sensor (100) zum Messen von Feuchtigkeit eines Fluidstroms (10), gekenn-
zeichnet durch
einen Rohrabschnitt (20) mit einem Rohrabschnittinnenraum (22) zum Leiten des Fluidstroms (10) und einem Rohrmantel (24), welcher den Rohrabschnittinnenraum (22) umschließt, wobei der Rohrmantel (24) eine Rohrmantelaußenwand (26) und eine Rohrmantelinnenwand (28) aufweist, und wobei der Rohrmantel (24) ein lichtdurchlässiges Material (40) aufweist,
zumindest eine Lichtquelle (50) zum Aussenden von Licht (52) in das lichtdurchlässige Material (40) zur Reflexion zumindest an der Rohrmantelinnenwand (28),
und
zumindest einen Lichtsensor (60) zum Detektieren des von der zumindest einen Lichtquelle (50) ausgesendeten und zumindest an der Rohrmantelinnenwand (28) reflektierten Lichts (52).
2. Sensor (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brechungsindex des lichtdurchlässigen Materials (40) des Rohrmantels (24) so ausgebildet ist, dass sich für das von der zumindest einen Lichtquelle (50) ausgesendete Licht (52), welches von innerhalb des Rohrmantels (24) auf die Rohrmantelinnenwand (28) trifft, bei dem Fluidstrom (10) ohne Feuchtigkeit in dem Rohrab-
schnittinnenraum eine Reflexion einstellt.
3. Sensor (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (50) in dem Rohrmantel (24) zwischen der Rohrmantelaußenwand (26)
und der Rohrmantelinnenwand (28) angeordnet ist.
4. Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lichtsensor (60) an der Rohrmantelaußenwand (26) angeordnet ist.
5. Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-
zeichnet, dass der Rohrmantel (24) als Hohlzylinder (42) ausgebildet ist.
6. Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (100) mehrere Lichtsensoren (60) aufweist.
7. Sensor (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Lichtsensoren (60) zumindest teilweise in Umfangsrichtung angeordnet sind.
8. Sensor (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (20) eine Längsrichtung (70) aufweist, wobei die mehreren Lichtsensoren (60) zumindest teilweise in der Längsrichtung (70) des Rohrabschnitts (20) angeordnet sind.
9. Sensor (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Lichtsensoren (60) für die Messung einer Lichtintensität ein-
gerichtet sind.
10. Sensor (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Lichtsensoren (60) Spektrometer aufweisen.
11. Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-
zeichnet, dass der Sensor (100) mehrere Lichtquellen (50) aufweist.
12. Sensor (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (100) eine Vorrichtung (90) zum Beseitigen von Fluidansammlungen (12) auf der Rohrmantelinnenwand (28) aufweist.
13. Rohrsystem (30) gekennzeichnet durch ein erstes Rohr (32), ein zweites Rohr (34) und einen Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Sensor (100) fluidleitend mit dem ersten Rohr (32) und dem zweiten Rohr (34) verbunden ist.
14. Messverfahren zum Messen von Feuchtigkeit eines Fluidstroms (10) insbesondere mit einem Sensor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend die folgenden Schritte:
- Einbringen von Licht (52) in ein lichtdurchlässiges Material (40) eines Rohrmantels (24) mittels einer Lichtquelle (50),
- Detektieren einer Reflexion des Lichts (52) von einer Rohrmantelinnenwand (28) des Rohrmantels (24) mittels eines Lichtsensors (60), und
- Vergleichen der detektierten Reflexion des Lichts (52) mit wenigstens einem Vorgabewert.
15. Messverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vorgabewert einen Grenzwert darstellt, ab wann sich Fluidansammlungen (12) in einem Rohrabschnittinnenraum (22) des Rohrabschnitts (20) auf der Rohrmantelinnenwand (28) befinden.
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