CH446741A

CH446741A - Verfahren und Einrichtung zur Durchflussmessung in Rohrleitungen

Info

Publication number: CH446741A
Application number: CH1536665A
Authority: CH
Inventors: Noethiger Otto
Original assignee: Ciba Geigy
Priority date: 1965-11-08
Filing date: 1965-11-08
Publication date: 1967-11-15

Description

Verfahren und Einrichtung zur Durchflussmessung in Rohrleitungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Durchflussgeschwindigkeiten bzw. -mengen in Rohrleitungen, bei welchem in die Leitung eine Störung injiziert und die Durchlaufzeit dieser Störung über eine Messstrecke ermittelt wird sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art besteht die injizierte Störung in einer Anreicherung des Messgutes mit Isotopen, wobei die Strömungsgeschwindigkeit mittels zwei Geigerzählern gemessen wird, die in einer bestimmten Distanz voneinander liegen. Der Nachteil dieser Methode liegt einerseits in der Anreicherung der Flüssigkeit mit Isotopen, anderseits ist es nicht möglich, mehrere Messungen in genügend kurzen Zeitabständen durchzuführen, da die Isotopen gestreut werden.

Dieser Nachteil wird erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass als Störung eine Gasblase injiziert und deren Durchlauf am Anfang und Ende der Messstrecke mittels Ultraschall festgestellt wird, wobei die Ultra schalldurchstrahlung etwa senkrecht zur Rohrachse erfolgt.

Diese neue Messmethode beruht darauf, dass jede in den Ultraschalldurchstrahlungsbereich gelangende Unstetigkeitsstelle des Durchflussmediums die Ultraschalldurchstrahlung messbar beeinflusst. Die Gas- bzw.

Luftblase lässt den Ultraschall nicht durch; sie ist daher zur Durchführung des Verfahrens am besten geeignet.

Die Grösse der Gasblase kann so auf den Rohrdurchmesser abgestimmt werden, dass sowohl bei lami-. naren als auch bei turbulenten Strömungsverhältnissen jeweils die mittlere Flüssigkeitsgeschwindigkeit messbar ist. Das Gas wird einem Drucksystem entnommen und so weit entspannt, bis sein Druck nur noch geringfügig höher ist als derjenige in der zu messenden Rohrleitung.

Die Einführung des Gases erfolgt vor dem ersten Ultra schallfeld bei irgend einem vorhandenen Ventil, einer Flanschverbindung oder Idlergleichen.

Die Einrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens ist gemäss der weiteren Erfindung gekennzeich- net durch mindestens zwei, aus je einem Ultraschall Sende- und Empfangskopf gebildeten, an eine Rohrleitung anlegbare Ultraschallschranken, wobei die Sendeköpfe mit einem Ultraschallgenerator und die Empfangsköpfe mit dem Auslöser leines Zeitmessers verbunden sind.

Nachstehend wird die Erfindung anhand dr Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschema der erfindungsgemässen Einrichtung,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Ultraschallschranke bzw. der Blefestigung der Sende- und Empfangsköpfe an der Rohrleitung in tder Seitenansicht,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2 und
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Ultra schallschranke im Axialschnitt.

In Fig. 1 sind bezeichnet: die Rohrleitung mit 1, der Ultraschallgenerator mit 2, die Ultraschallsendeköpfe mit 3 und 3', die Ultraschallempfangsköpfe miti 4 und 4' und der Zeitmesser mit 5.

Die Einführung der mit 6 bezeichneten Gasblase erfolgt bei einem Anschluss 8 der Rohrleitung, welcher bezüglich der durch den Pfeil 9 symbolisierten Strö mungsrichtung des zu messenden Mediums vor der Messstrecke 3, 43', 4') liegt. In der Praxis wird die Messstrecke hinter einem bereits vorhandenen Anschluss der Rohrleitung, beispielsweise einem Ventil, angeordnet.

Die Gasblase 6 erreicht kurz nach ihrer Einführung die Geschwindigkeit des flüssigen Mediums. Sie durchströmt in Richtung des Pfeiles 7 die durch den Sendeund Empfangskopf 3 und 4 gebildete erste Ultraschallschranke, wodurch die Ultraschalldurchdringung der Rohrleitung unterbrochen wird und der Empfangskopf 4 über die Leitung 4/5 den Zeitmesser 5 einschaltet.

Der Zeitmesser läuft nun ab, bis die Gasblase die durch den Sende- und Empfangskopf 3' und 4'gebildete zweite Ultraschallschranke erreicht. In diesem Augenblick wird die auf den Empfangskopf 4'auftreffende Ultraschallstrahlung unterbrochen und der Zeitmesser über die Leitung 4'/5 abgestellt. Die Ein- und Abschaltung des Zeitmessers erfolgt durch einen Auslöser (Relais), der einen Teil des Zeitmessers darstellt, der- art, dass jeweils nur die vordere Flanke der Gasblase zur Wirkung kommt.

Aus der gemessenen Zeit, der Entfernung der beiden Ultraschallschranken und dem lichten Rohrquerschnitt kann die Durchflussmenge direkt errechnet werden. Es ist auch ohne weiteres möglich, den Zeitmesser auf die Durchflussmenge zu eichen, wobei der Zeitmesser so ausgebildet werden kann, dass die Länge der Messstrecke und der lichte Rohrquerschnitt als Parameter einstellbar sind. Die Messung ist in kurzen Zeitintervallen wiederholbar, wodurch eine überaus genaue Messung aufgrund einer gegebenenfalls automatischen Mittelwertbildung möglich ist.

Der Sende- und Empfangskopf einer Schranke können an der Rohrleitung einander diametral gegenüberliegen oder an der selben Seite der Rohrleitung angeordnet sein. Im ersteren Fall gelangt die vom Sendekopf abgestrahlte, das flüssige Medium durchdringende Ultraschallschwingung durch die den Sendekopf gegen überliegende Rohrwand hindurch direkt auf den Emp fangskopf; im zweitgenannten Fall gelangt die von der gegenüberliegenden Rohrinnenwandfläche reflektierte Schwingung auf den im Reflexionsbereich befindlichen Empfangskopf.

Die erfindungsgemässe Einrichtung kann als stationäres oder mobiles Gerät aufgebaut werden. Insbesondere bei mobilen Geräten kann die Befestigung der Ultraschallköpfe 3, 4, 3', 4' an der Rohrleitung 1 dadurch erfolgen, dass der Sende- und Empfangskopf einer Schranke in einem rohrschellenartigen Element sitzen, das vorzugsweise an Rohrleitungen verschiedenen Durchmessers wahlweise befestigbar ist, wobei der Sendem und Empfangskopf mit der Rohraussenwandfläche in Berührung kommen.

Solche Befestigungselemente sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt, wobei wieder bezeichnet sind: die Rohrleitung mit 1 und die Sende- und Empfangsköpfe mit 3, 4 und 3', 4'. Die Rohrschellen bestehen aus je zwei
Bügeln 10 und 11, die je an beiden Enden mittels Spannschrauben 13 über der Rohrleitung 1 zusammenspannbar sind wobei die in Halterungen 14 der Bügel sitzenden Sende- und Empfangsköpfe 3, 4, 3', 4' mit der Aussenfläche des Rohres 1 in Berührung kommen bzw. an diese angepresst werden.

Bei der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform liegen die Sende- und Empfangsköpfe je paarweise in der selben Radialebene der Rohrleitung, wobei jedes dieser beiden Paare eine geschlossene Baueinheit 3. 4 bzw. 3', 4' bildet.

Die Fortpflanzungsrichtung der Ultraschallwellen ist in den Figuren Idurch Pfeillinien angedeutet. In Fig. 3 sind der Sendestrahl mit S und der Reflexionsstrahl mit E (Echo) bezeichnet.

Die Messstrecke ist in Fig. 2 mit M bezeichnet und beträgt in der Regel etwa 50 bis 200 mm, je nach dem Rohrquerschnitt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Messung von Durchflussgeschwindigkeiten bzw. -mengen in Rohrleitungen, bei welchem in die Leitung eine Störung injiziert und die Durchlaufzeit dieser Störung über eine Messstrecke ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Störung eine Gasblase injiziert und deren Durchlauf am Anfang und Ende der Messstrecke mittels Ultraschall festgestellt wird, wobei die Ultraschalldurchstrahlung etwa senkrecht zur Rohrachse erfolgt.

II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch mindestens zwei, aus je einem Ultraschall-Sende- und Empfangskopf gebildeten, an eine Rohrleitung anlegbare Ultraschallschranken, wobei die Sendeköpfe mit einem Ultraschallgenerator und die Empfangsköpfe mit dem Auslöser eines Zeitmessers verbunden sind.

UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Sende- und der Empfangskopf einer Schranke an der Rohrleitung einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Sende- und der Empfangskopf einer Schranke an der selben Seite der Rohrleitung angeordnet sind, wobei der Empfangskopf im Refle- xionsbereich des gegenüberliegenden Teils der Rohr wandinnenfläche bezüglich des Sendekopfes liegt.

3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sende- und der Empfangskopf einer Schranke eine geschlossene Baueinheit bilden.

4. Einrichtung nach Unteranspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sende- und Empfangskopf in der selben Radialebene der Rohrleitung liegen.

5. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Sende- und Empfangskopf einer Schranke in einem rohrschellenartigen Element sitzen, das vorzugsweise an Rohrleitungen verschiedenen Durchmessers wahlweise befestigbar ist, wobei der Sendem und Empfangskopf mit der Rohraussenwandfläche in Berührung kommen.