[0001] Die Erfindung betrifft eine Durchfluss-Messeinrichtung für ein von einem Fluid durchströmtes Rohr, mit einer ausbaubaren Messstrecke, umfassend ein Messrohr mit Rohrverbindungselementen an beiden Enden und mit einem auf das Messrohr aufgesetzten und lösbar befestigten Ultraschallmessgerät, welches Ultraschallmesssignale erzeugt.
[0002] Derartige Messeinrichtungen dienen dazu, mittels eines Ultraschallmessgerätes Durchflussmengen in Rohren zu messen, welche von einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit oder einem Gas, durchströmt werden. Das Ultraschallmessgerät ist dabei mit einem an sich bekannten Ultraschallwandler ausgestattet, welcher Signale sowohl aussenden wie auch empfangen kann. DE-A-10 2005 035 265 zeigt eine derartige Ultraschallmesseinrichtung an einer von einem Medium, beispielsweise einem Fluid, durchströmten Rohrleitung. Die Rohrleitung besteht aus einem geraden Messrohr, welches an beiden Enden Verbindungselemente in der Form von Flanschen aufweist. Diese Anordnung kann als Messstrecke in ein Rohrsystem eingebaut und über die Verbindungselemente mit diesem verbunden werden.
Das Messrohr weist zwei Durchbrüche auf, durch welche der Ultraschallstrahl in das Strömungsmedium eingeleitet und wieder ausgeleitet wird. Die Befestigung des Ultraschallmessgerätes am Messrohr erfolgt üblicherweise mit bandförmigen Spannmitteln z.B. Rohrbriden, welche das Rohr umgreifen und verschiebbar sind. Die Position des Ultraschallmessgeräts am Messrohr lässt sich mithilfe dieser Spannmittel nur ungenau bestimmen und festlegen. Zudem besteht die Gefahr, dass durch ungleiche oder zu grosse Spannkräfte das Messrohr deformiert wird und dadurch die Messung gestört wird. Nach dem Zusammenbau des Ultraschallmessgerätes mit dem Messrohr muss die dadurch gebildete Messeinrichtung kalibriert und geeicht werden, um korrekte Messungen zu gewährleisten.
Diese Kalibrierung und Eichung muss nach jeder Entfernung des Ultraschallmessgerätes vom Messrohr erneut durchgeführt werden, da dabei Veränderungen der Messanordnung auftreten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Durchbrüche im Messrohr abgedichtet werden müssen und beim Entfernen des Ultraschallmessgerätes kein Medium im Rohr vorhanden sein kann.
[0003] Es ist auch bekannt, Rohre ohne Durchbrüche zu verwenden und eine Ultraschallmesseinrichtung einzusetzen, bei welcher ein Strahl von Ultraschallmesssignalen durch die Rohrwandungen hindurchgeführt und nach dem Reflekti-onsprinzip an der gegenüberliegenden Wandung reflektiert wird. Eine derartige Durchfluss-Messeinrichtung ist aus US 3 869 915 bekannt. Auch hier wird das Ultraschallmessgerät in bekannter Weise mit bandförmigen Spannelementen an die Aussenwandung des Rohrs gepresst, und es treten die oben beschriebenen Nachteile auf.
[0004] Die vorbekannten und beschriebenen Durchfluss-Messeinrichtungen sind für eichfähige Messsysteme nur beschränkt geeignet. Derartige eichfähige Messeinrichtungen sind für Messsysteme notwendig, welche Zulassungsnormen, bzw. einer Bauartzulassung entsprechen müssen und auch bei einer Reparatur oder einer Auswechslung des Ultraschallmessgerätes wieder den genormten sowie kalibrierten bzw. geeichten Werten entsprechen müssen. Bei den bekannten Messeinrichtungen muss bei jeder Reparatur oder Auswechslung des Ultraschallmessgerätes eine neue genaue Positionierung der Ultraschallwandler bzw. des Messgerätes und eine neue Kalibrierung bzw. Eichung der Einrichtung erfolgen. Da die Kalibrierung bzw. Eichung am Einbauort oft nicht möglich ist, muss dann die ganze Messeinrichtung mit der Messstrecke und dem Ultraschallmessgerät ausgebaut und ersetzt werden.
Dies ist sehr aufwendig und teuer.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Ultraschall-Durchflussmesseinrichtung der beschriebenen Art zu schaffen, bei welcher die gegenseitige Position des Messrohres und des zugehörigen Ultraschallmessgerätes bzw. der Ultraschallwandler genau bestimmt und vorgegeben ist, der Austausch und/oder die Reparatur des Ultraschallmessgerätes auch bei eichfähigen Systemen ohne Ausbau des Messrohres möglich sein sollen und dabei die geeichten Messwerte erhalten bleiben, eine sichere Zuordnung eines Messrohres mit einem bestimmten Nenndurchmesser zu einem Ultraschallmessgerät, welches für diesen Durchmesser bestimmt ist, sichergestellt ist und welches die Bauartzulassung für geprüfte Messsysteme ermöglicht.
[0006] Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 definierten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich nach den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
[0007] Bei der erfindungsgemässen Durchfluss-Messeinrichtung sind am Messrohr an vorbestimmten und festen Positionen erste Verbindungselemente für das Ultraschallmessgerät angeordnet. Diese Verbindungselemente sind ein fester Bestandteil des Messrohres. Am Gehäuse des Ultraschallmessgerätes sind ebenfalls an vorbestimmten und festen Positionen zweite Verbindungselemente angeordnet, welche wiederum feste Bestandteile des Gehäuses sind. Diese ersten und zweiten Verbindungselemente sind aufeinander abgestimmt und greifen formschlüssig ineinander. Durch diese Ausgestaltung ist sichergestellt, dass das Ultraschallmessgerät nur an einer genau bestimmten Position auf das Messrohr aufgesetzt werden kann und nur auf ein Messrohr, welches passende erste Verbindungselemente aufweist.
Die fest positionierten ersten Verbindungselemente am Messrohr und die zweiten ebenfalls fest positionierten Verbindungselemente am Gehäuse des Messgerätes bilden dabei ein mechanisches Identifikationselement für ein zusammengehörendes Paar von jeweils einem bestimmten Messrohr und einem bestimmten zugehörigen Messgerät. Da die beiden Ultraschallwandler des Ultraschallmessgerätes fest und mit vorbestimmtem Abstand im gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, bleibt die Position der Ultraschallwandler gegenüber dem Messrohr auch bei einer Reparatur oder einer Auswechslung des Ultraschallmessgerätes immer erhalten, und die ursprüngliche Eichung wird nicht verändert.
Es ist somit möglich, die erfindungsgemässe Messeinrichtung im Werk zu kalibrieren und zu eichen, und dieser Vorgang muss nicht mehr an der Einbaustelle erfolgen, und zwar sowohl beim ersten Einbau wie auch bei allfälligen späteren Auswechslungen des Ultraschallmessgerätes. Derartige Auswechslungen der Ultraschallmessgeräte werden beispielsweise von Zulassungsbehörden in bestimmten Zeitabständen gefordert. Im Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Messrohr einen geschlossenen Mantel ohne Durchbrüche aufweist. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Verwendung von Ultraschallwandlern, welche nicht in direktem Kontakt mit dem Medium im Messrohr stehen müssen.
[0008] Eine vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass eine Messstrecke mit einem bestimmten Nenndurchmesser und ein auf diesen Nenndurchmesser abgestimmtes Ultraschallmessgerät je zusammenwirkende Verbindungselemente aufweisen, welche die Identifikationselemente bilden, und dass diese Verbindungselemente für jede Messstrecke mit einem bestimmten Nenndurchmesser unterschiedlich ausgebildet sind. Durch diese Ausgestaltung wird sichergestellt, dass nur Messrohre mit einem bestimmten Nenndurchmesser und Ultraschallmessgeräte, welche für diesen Nenndurchmesser bestimmt und gemeinsam mit dem Messrohr geeicht sind, zusammengebaut werden können.
Dieser Vorteil wird insbesondere dadurch erreicht, dass am Messrohr und am Gehäuse je zwei in Achsrichtung der Messstrecke voneinander beabstandete Verbindungselemente angeordnet sind und der Abstand zwischen diesen beiden Verbindungselementen eine Funktion des Nenndurchmessers der Messstrecke ist und jedem bestimmten Nenndurchmesser ein bestimmter Abstand zwischen diesen Verbindungselementen zugeordnet ist.
[0009] Um ein genaues Zusammenpassen von Gehäuse und Messrohr zu gewährleisten, ist in vorteilhafter Weise das Gehäuse mit den Ultraschallwandlern und die Messstrecke mit dem Messrohr mittels der Verbindungselemente form- und kraftschlüssig miteinander verbunden. Als form- und kraftschlüssige Verbindungselemente können an sich bekannte Elemente, wie beispielsweise Schraubverbindungen, Bajonettverbindungen oder Ähnliches, zur Anwendung gelangen. In zweckmässiger Ausgestaltung ist am Messrohr eine erste Auflagefläche und am Gehäuse des Ultraschallmessgerätes eine zweite Auflagefläche ausgebildet, und diese beiden Auflageflächen wirken zusammen.
[0010] Eine vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass die Ultraschallwandler je in einer Schutzhülle angeordnet sind und diese Schutzhüllen mit den Ultraschallwandlern im Gehäuse etwa rechtwinklig zur Achsrichtung der Messstrecke verschiebbar sind. Zwischen einem vom Messrohr abgewendeten Gehäuseteil und den Schutzhüllen mit den Ultraschallwandlern ist ein Federelement eingebaut. Das Federelement weist eine hohe thermische und mechanische Stabilität und eine lange Lebensdauer auf. Das Federelement gewährleistet eine genaue Anpresskraft der Schutzhüllen mit den Ultraschallwandlern an das Messrohr, und zwar unabhängig von anderen Fertigungstoleranzen des Gehäuses und anderer Teile.
Mittels der genau bestimmbaren Anpresskraft der Federelemente wird eine ausreichend stabile akustische Kopplung zwischen den Ultraschallwandern und den Hilfsteilen sowie dem Messrohr erreicht und gewährleistet. Im Weiteren ist es auch vorteilhaft, wenn die beiden Ultraschallwandler eine Baueinheit bilden und mit festem, unveränderlichem Abstand zueinander angeordnet sind. Besonders vorteilhaft sind sie in einer Kunststoffmasse, welche dann die Schutzhülle bildet, vergossen. Dabei wird durch an sich bekannte Massnahmen, z.B. mittels eines Luftspaltes, eine gute akustische Trennung zwischen den beiden Ultraschallwandlern bewirkt.
Diese Anordnungen haben den Vorteil, dass die Kontaktkraft, mit welcher die Ultraschallwandler, bzw. deren Schutzhüllen, an die Oberfläche des Messrohres angepresst werden, bereits im Werk genau eingestellt werden kann und nachher nicht mehr veränderbar ist. Dies, weil die Ultraschallwandler mit ihren Schutzhüllen im Gehäuse vor Zugriffen geschützt angeordnet sind. Die Haltekräfte, welche durch die ersten und zweiten Verbindungselemente zwischen Gehäuse und Messrohr erzeugt werden, haben somit keinen störenden Einfluss auf die Anpresskraft der Ultraschallwandler. Gemäss einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind am Gehäuse des Ultraschallmessgerätes Endanschläge zur Begrenzung der Verschiebung der Schutzhüllen mit den Ultraschallwandlern im Gehäuse angeordnet.
Dabei sind diese Anschläge so ausgebildet, dass der gewünschte Bewegungsweg und die notwendige Federwirkung an den Ultraschallwandlern bzw. deren Schutzhüllen gewährleistet sind.
[0011] Gemäss einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist zwischen den Ultraschallwandlern und dem Messrohr ein plattenförmiges Zwischenelement aus einem elastischen Kunststoff eingelegt. Als Material für das Zwischenelement wird ein Kunststoff gewählt, welcher für die Übertragung von Ultraschallwellen besonders geeignet ist. Besonders geeignete Kunststoffe sind beispielsweise Silikon- oder Fluor-Elastomere. Diese Materialien sollen eine grosse Durchlässigkeit für Ultraschall aufweisen.
[0012] Es wird weiter vorgeschlagen, dass das Gehäuse als zweite Verbindungselemente an einer, in Achsrichtung der Messstrecke gesehenen, Stirnseite mindestens einen vorstehenden Nocken und im Bereich der gegenüberliegenden Stirnseite einen schwenkbaren Kniehebel mit einem ausschwenkbaren Nocken aufweist. Dabei sind am Messrohr als erste Verbindungselemente Gegenstücke mit Öffnungen zur Aufnahme dieser Nocken angeordnet. Bei zusammengebautem Gehäuse und Messrohr greifen die Nocken in die Gegenstücke ein, und mittels des Kniehebels wird die Verbindung zwischen Gehäuse und Messerrohr bewirkt. Damit lässt sich eine besonders zweckmässige und einfach zu handhabende Lösung gestalten.
Bei geöffnetem Kniehebel können der oder die Nocken am Gehäuse des Ultraschallmessgerätes in einfacher Weise in das Gegenstück am Messrohr eingeklinkt werden, und durch Schliessen des schwenkbaren Kniehebels wird eine kraft- und formschlüssige Verbindung hergestellt. Dabei greift der ausschwenkbare Nocken am Kniehebel in das entsprechende Verbindungselement am Messrohr ein. Für geeichte Systeme und Systeme mit einer Bauartzulassung ist eine Plombierung vorgesehen. Dazu weist ein Bereich des Kniehebels, welcher das Gehäuse übergreift, ein Gegenstück zum Anbringen einer Plombe auf und am Gehäuse ist ein Plombierelement angeordnet, welches mit dem Gegenstück zusammenwirkt.
[0013] Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass das Messrohr als erste Verbindungselemente, in Achsrichtung der Messstrecke, voneinander beabstandete Gewindebolzen aufweist, welche etwa rechtwinklig zur Richtung der Längsachse der Messstrecke angeordnet sind. Das Gehäuse weist als zweite Verbindungselemente Flansche mit Durchgangsbohrungen auf, welche mit den Gewindebolzen zusammenwirken. Gewindemuttern auf den Gewindebolzen verbinden diese Flansche des Gehäuses mit dem Messrohr. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dort vorteilhaft, wo am Ultraschallmessgerät keine beweglichen Teile gewünscht werden. Sie kann überall dort eingesetzt werden, wo die Zugänglichkeit zu den Schraubverbindungen gewährleistet ist.
In vorteilhafter Ausbildung sind auch hierfür geeichte Systeme und Systeme mit einer Bauartzulassung am Messrohr und am Gehäuse zusammenwirkende Bauelemente angeordnet, und diese Bauelemente sind durch eine Plombe miteinander verbunden und gesichert.
[0014] Eine zweckmässige Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass der Innendurchmesser des Rohres, welches sich durch die Messstrecke erstreckt, unterschiedliche Durchmesser aufweist. Dabei ist an der Eintrittsseite des Fluides in das Rohr ein erster Bereich mit dem Nenndurchmesser ausgebildet. Daran anschliessend ist ein zweiter Bereich angeordnet, welcher auf einen kleineren Durchmesser konvertiert und einen Konfusor bildet, und daran anschliessend ist ein dritter Bereich angeordnet, welcher mit einem kleineren Durchmesser als der Nenndurchmesser ausgebildet ist. Diese Anordnung bringt insbesondere den Vorteil, dass Störungen in der Strömung des Fluides vor dem Eintritt in die Messstrecke mindestens reduziert oder sogar so weit aufgehoben werden, dass sie den Messvorgang nicht mehr beeinflussen können.
Damit wird unter anderem sichergestellt, dass die erfindungsgemässe Messeinrichtung für geprüfte Messsysteme genau geeicht werden kann und damit auch die Bauartzulassung bestanden werden kann. Es ist vorteilhaft, wenn das Mass des kleineren Durchmessers im dritten Rohrbereich maximal 80% des Nenndurchmessers und minimal 40% des Nenndurchmessers beträgt. Der durch die Verengung resultierende Druckverlust kann in bekannter Weise durch die Gestaltung der Konfusor- und Diffusor-Winkel wesentlich reduziert oder unbedeutend gemacht werden. Der Diffusor befindet sich am Ende der Messstrecke bzw. im Bereiche des Austritts des Fluids aus der Messstrecke. Konfusor und Diffusor können, in dem Fachmann bekannter Weise, gleiche oder unterschiedliche Winkel aufweisen. Entsprechende Hinweise können beispielsweise dem Fachbuch "Flow Measurement Engineering Handbook", R.W.
Miller, 1983, McGraw-Hill Company (ISBN 0-07-042 045-9) entnommen werden.
[0015] Um die Eichbarkeit und die Bauartzulassung sicherzustellen, wird weiter vorgeschlagen, dass der Ein-/Austrittsbereich der Ultraschallmesssignale des ersten Ultraschallwandlers in das Fluid, vom inneren Ende des Konfusors einen Abstand aufweist, welcher mindestens 30% des Nenndurchmessers beträgt. Der Ein-/ Austrittsbereich der Ultraschallmesssignale des zweiten Ultraschallwandlers zum Fluid weist vom inneren Ende des Konfusors einen Abstand auf, welcher maximal 200% des Nenndurchmessers beträgt. Wenn die Ein-/Austrittsbereiche in diesem Abstand vom Konfusor angeordnet sind, wird der Einfluss von Störungen in der Fluidströmung auf das Messergebnis minimal oder Null und kann vernachlässigt werden.
Diese Position der Ultraschallwandler gegenüber dem Ende des Konfusors wird bei jedem bestimmten Nenndurchmesser eines Messrohres wiederum durch die genaue und feste Position der ersten und zweiten Verbindungselemente am Messrohr bzw. am Gehäuse des Ultraschallmessgerätes sichergestellt.
[0016] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Durchfluss-Messeinrichtung,
<tb>Fig. 2<sep>zeigt die Durchfluss-Messeinrichtung gemäss Fig. 1 in perspektivischer Ansicht und mit teilweise abgehobenem Ultraschallmessgerät, und
<tb>Fig. 3<sep>zeigt eine zweite Ausführungsform mit verschraubten Verbindungselementen zwischen Messrohr und Ultraschallmessgerät.
[0017] Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Messstrecke 1 einer erfindungsgemässen Durchfluss-Messeinrichtung. Diese Messstrecke 1 umfasst ein Messrohr 3, welches an beiden Enden Rohrverbindungselemente 4, 5 in der Form von Flanschen aufweist. Diese Flanschen 4, 5 dienen in bekannter Weise dazu, die Messstrecke 1 in eine nicht dargestellte Rohrleitung einzubauen, welche von einem Fluid, beispielsweise Wasser durchströmt ist. Das Fluid strömt dabei in Richtung des Pfeiles 7 durch die Messstrecke 1 bzw. das Messrohr 3. Mit dem Messrohr 3 ist ein Ultraschallmessgerät 2 mit einem Gehäuse 17 lösbar verbunden. Im Gehäuse 17 des Ultraschallmessgerätes 2 sind zwei Ultraschallwandler 15, 16 angeordnet, welche von Schutzhüllen 60, 61 umgeben sind und mit diesen in Richtung der Pfeile 44 etwa rechtwinklig zur Längsachse 20 des Messrohres 3 verschiebbar sind.
Dazu sind an den Schutzhüllen 60, 61 der Ultraschallwandler 15, 16 Führungen bzw. Anschläge 37 angeordnet, welche in nicht dargestellten Führungen am Gehäuse 17 geführt werden. Im Bereich der Führungen am Gehäuse 17 sind Anschläge 36 (siehe Fig. 2) vorhanden, welche die Verschiebung der Schutzhüllen 60, 61 mit den Ultraschallwandlern 15, 16 in Richtung des Messrohres 3 begrenzen. Durch diese Anordnung sind die Ultraschallwandler 15, 16 mit dem Gehäuse 17 verbunden und in einer Ebene parallel zur Längsachse 20 des Messrohres 3 genau positioniert. In einer Ebene, welche parallel zur Längsachse 20 des Messrohres 3 verläuft, weisen die Ultraschallwandler 15, 16 bzw. deren Achsen 45, 46 einen vorbestimmten festen Abstand zueinander auf.
Zwischen einem vom Messrohr 3 abgewendeten oberen Gehäuseteil des Gehäuses 17 und den Schutzhüllen 60, 61 der Ultraschallwandler 15, 16 sind Federelemente 24 eingebaut, welche die Schutzhüllen 60, 61 der Ultraschallwandler 15, 16 mit einer vorbestimmten Kraft gegen das Messrohr 3 drücken. Am Messrohr 3 ist eine erste Auflagefläche 21 ausgebildet, auf welcher eine zweite Auflagefläche 22 des Gehäuses 17 aufliegt.
[0018] Im dargestellten Beispiel sind zwei Ultraschallwandler 15, 16 nebeneinander angeordnet und über ihre Schutzhüllen 60, 61 einzeln im Gehäuse 17 geführt. Gemäss der Erfindung können diese beiden Ultraschallwandler 15, 16 auch eine geschlossene Baueinheit bilden, und sie sind dann mit festem Abstand zueinander in einer Kunststoffmasse vergossen. Diese Kunststoffmasse bildet dann die Schutzhüllen 60, 61. Sie können aber auch in anderer bekannter Weise fest miteinander verbunden sein. Dadurch wird gewährleistet, dass der Abstand zwischen den beiden Ultraschallwandlern 15, 16 in Richtung der Längsachse 20 nicht verändert werden kann und in jedem Fall, auch bei Reparaturen oder Auswechslung des Ultraschallmessgerätes 2, dem vorbestimmten Wert entspricht.
[0019] An der gegen das Messrohr 3 gerichteten unteren Seite der Ultraschallwandler 15, 16 ist ein plattenförmiges Zwischenelement 25 aus einem elastischen Kunststoff angeordnet, wobei dieses Zwischenelement 25 auf der ersten Auflagefläche 21 am Messrohr 3 aufliegt. Im dargestellten Beispiel besteht dieses Zwischenelement 25 aus einem Silikon-Elastomer. Dieses Zwischenelement 25 dient als Ankoppelungselement und gewährleistet den optimalen Übergang der Ultraschallwellen von den Ultraschallwandlern 15, 16 durch die Wandung des Messrohres 3 und durch das Fluid, welches durch das Messrohr 3 strömt, und zurück.
[0020] Am Messrohr 3 sind an vorbestimmten und festen Positionen zwei erste Verbindungselemente 13, 14 angeordnet. Diese Verbindungselemente 13, 14 sind in Richtung der Längsachse 20 voneinander beabstandet. Eines der ersten Verbindungselemente, nämlich das erste Verbindungselement 13, ist dabei im dargestellten Beispiel in den Flansch 4 integriert und umfasst zwei Öffnungen 31. Das andere erste Verbindungselement 14 besteht aus einem Kragen am Messrohr 3 und weist zwei Öffnungen 32 auf. Als Gegenstück dazu sind am Gehäuse 17 des Ultraschallmessgerätes 2 ebenfalls an vorbestimmten und festen Positionen zwei zweite Verbindungselemente 18, 19 angeordnet. Dabei weist das erste der zweiten Verbindungselemente, nämlich das Verbindungselement 18, zwei Nocken 30 auf, welche in die Öffnungen 31 am ersten Verbindungselement 13 eingreifen.
Diese Nocken 30 sind im Bereiche einer Stirnseite 27 des Gehäuses 17 angeordnet. Das andere zweite Verbindungselement 19 weist ebenfalls zwei Nocken 28 auf, welche in die Öffnungen 32 am ersten Verbindungselement 14 eingreifen. Diese Nocken 28 sind an einer Stirnseite 26 des Gehäuses 17 angeordnet, welche, in Richtung der Längsachse 20 der Messstrecke 1 gesehen, der Stirnseite 27 gegenüberliegt. Diese beiden zweiten Verbindungselemente 18, 19 bzw. deren Nocken 28, 30 weisen in Richtung der Längsachse 20 ebenfalls einen vorbestimmten und festen Abstand auf und wirken kraft- und formschlüssig mit den beiden ersten Verbindungselementen 13, 14 am Messrohr 3 zusammen.
Im dargestellten Beispiel ist das zweite Verbindungselement 13 mit den beiden Nocken 30 Bestandteil eines Kniehebels 29, welcher über ein Lager 41 schwenkbar mit dem Gehäuse 17 des Ultraschallmessgerätes 2 verbunden ist. Dieser Kniehebel 29 ist um das Lager 41, welches einen Drehpunkt bildet, in Richtung der Pfeile 42 schwenkbar. Dadurch können die Nocken 30 aus den Öffnungen 31 ausgeschwenkt werden, wodurch die Verbindung zwischen dem Gehäuse 17 und dem Messrohr 3 gelöst wird. In Fig. 2 ist die Anordnung in geöffnetem Zustand des Kniehebels 29 dargestellt.
Der Zusammenbau des Ultraschallgerätes 2 mit dem Messrohr 3 erfolgt in umgekehrter Weise, indem die Nocken 28 in die Öffnungen 32 am ersten Verbindungselement 14 des Messrohres 3 eingeklinkt werden und das Gehäuse 17 gegen das Messrohr 3 geschwenkt wird, bis die zweite Auflagefläche 22 über das Zwischenelement 25 an der ersten Auflagefläche 21 des Messrohres 3 anliegt. Durch Schliessen des Kniehebels 29 greifen die Nocken 30 in die Öffnungen 31 am ersten Verbindungselement 13, bzw. am Flansch 4 ein und Anschläge 47, 48 bestimmen die genaue Position des Ultraschallmessgerätes 2 gegenüber dem Messrohr 3. Bei vollständig geschlossenem Kniehebel 29 wird das Gehäuse 17 des Ultraschallmessgerätes 2 gegenüber dem Messrohr 3 genau in der gewünschten Lage positioniert und mit einer vorbestimmten Kraft gegen das Messrohr 3 gedrückt.
[0021] An einem Bereich 38 des Kniehebels 29, welcher das Gehäuse 17 übergreift, ist ein Gegenstück 49 angeordnet, welches mit einem Plombierelement 39 am Gehäuseteil 23 des Gehäuses 17 zusammenwirkt. Bei geschlossenem Kniehebel 29 kann am Plombierelement 39 eine Plombe 40 angebracht werden. Diese Plombe 40 gewährleistet, dass der Kniehebel 29 nicht geöffnet und das Ultraschallmessgerät 2 nicht in unbefugter Weise entfernt wird. Derartige Plomben sind beispielsweise bei amtlich zugelassenen Messgeräten notwendig, welche beispielsweise für Wärmemessungen oder Wassermessungen eingesetzt werden.
[0022] Im Gehäuse 17 des Ultraschallmessgerätes 2 sind noch weitere, nicht dargestellte, jedoch an sich bekannte elektrische und/oder elektronische Bauteile eingebaut, welche mit der in Fig. 2 dargestellten elektrischen Leitung 43 verbunden sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Messwertwandler, Datenspeicher, Sender-/Empfängereinheiten und dergleichen handeln.
[0023] Die Durchflussbohrung durch das Messrohr 3, durch welche das Fluid strömt, weist bei der erfindungsgemässen Durchfluss-Messeinrichtung eine spezielle Ausgestaltung auf. An der Eintrittsseite 9 des Fluides in das Messrohr 3 weist die Bohrung einen ersten Bereich 10 mit einem Nenndurchmesser 6 auf, welcher dem Durchmesser der Zuleitungen entspricht. An diesen ersten Bereich 10 mit dem Nenndurchmesser 6 anschliessend ist ein zweiter Bereich 11 angeordnet, welcher auf einen kleineren Durchmesser konvertiert und einen Konfusor bildet. Anschliessend an das Ende 34 des Konfusors 11 ist ein dritter Bereich 12 ausgebildet, welcher den Messbereich bildet und einen Innendurchmesser 8 aufweist. Dieser Innendurchmesser 8 ist kleiner als der Nenndurchmesser 6, wobei er minimal 40% und maximal 80% des Nenndurchmessers 6 beträgt.
Um eine optimale und sichere Messung der Durchflussmengen von Fluid durch den Messbereich 12 des Messrohres 3 zu gewährleisten, sind die beiden Ultraschallwandler 15, 16 in einem vorbestimmten und vom Nenndurchmesser 6 abhängigen Abstand gegenüber dem inneren Ende 34 des Konfusors 11 positioniert. Im dargestellten Beispiel ist dieser Abstand vom Ende 34 des Konfusors 11 durch die Position der Ein-/Austrittsbereiche 63, 64 der Ultraschallmesssignale 62 der beiden Ultraschallwandler 15, 16 zum Fluid definiert. Der Ein-/Austrittsbereich 63 der Ultraschallmesssignale 62 des ersten Ultraschallwandlers 15 weist zum inneren Ende 34 des Konfusors 11 einen Abstand 35 auf, welcher mindestens 30% des Nenndurchmessers 6 beträgt.
Der andere Ein-/Austrittsbereich 64, welcher zum zweiten Ultraschallwandler 16 gehört, weist zum inneren Ende 34 des Konfusors 11 einen Abstand 65 auf, welcher maximal 200% des Nenndurchmessers 6 beträgt. Diese Abstände 35, 65 werden für einen bestimmten Nenndurchmesser 6 für jeweils ein bestimmtes Fluid und ein bestimmtes Material des Messrohres 3 und dessen geometrische Ausgestaltung im Werk bestimmt. In Abhängigkeit von diesen Abständen 35, 65, d.h. von der Position der Achse 45, 46 der beiden Ultraschallwandler 15, 16, werden die genauen Positionen der ersten Verbindungselemente 13, 14 am Messrohr 3 und der zweiten Verbindungselemente 18, 19 am Gehäuse 17 des Ultraschallmessgerätes 2 bestimmt und festgelegt.
Da damit die geometrische Ausgestaltung des Messrohres 3 genau festgelegt und über die fest positionierten ersten Verbindungselemente 13, 14 und die zweiten Verbindungselemente 18, 19 auch die Position des Ultraschallmessgerätes 2 und damit der Ultraschallwandler 15, 16 im Verhältnis zum Messrohr 3 zwingend vorgegeben ist, kann die erfindungsgemässe Durchfluss-Messeinrichtung im Werk kalibriert und geeicht werden. Der Zusammenbau des Ultraschallmessgerätes 2 mit dem Messrohr 3 kann dann an der Einbaustelle der Messstrecke 1 in eine Rohrleitung erfolgen, wobei die im Werk geeichten Werte erhalten bleiben. Damit ist es auch möglich, ein Ultraschallmessgerät 2 für eine Reparatur zu entfernen und wieder einzubauen, wobei wiederum die vorgegebenen Werte korrekt erhalten bleiben.
Auch der von Zulassungsstellen geforderte Ersatz von Ultraschallmessgeräten 2 in vorgegebenen Zeitintervallen, z.B. alle fünf Jahre, ist unter Beibehaltung der Messwertvorgaben und der Eichung möglich. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Ultraschallwandler 15, 16 im Gehäuse 17, in Richtung der Längsachse 20 des Messrohres 3, eine genau bekannte Position haben und nicht verschoben werden können und dass die Positionen des Gehäuses 17 bzw. des Ultraschallmessgerätes 2 in Bezug auf das Messrohr 3 durch die fest positionierten Verbindungselemente 13, 14 bzw. 18, 19 ebenfalls genau festgelegt ist.
[0024] Gemäss Vorschlag ist einem bestimmten Nenndurchmesser 6 auch ein bestimmter Abstand, in Richtung der Längsachse 20 des Messrohres 3, zwischen den festen Verbindungselementen 13, 14 bzw. 18, 19 zugeordnet. D.h. ein Ultraschallmessgerät 2, welches für ein Messrohr 3 mit einem Nenndurchmesser 6 der Abmessung X bestimmt ist, kann nicht mit einem anderen Messrohr zusammengebaut werden, welches einen Nenndurchmesser 6 der Abmessung Y aufweist.
Die ersten Verbindungselemente 13, 14 am Messrohr 3 und die zweiten Verbindungselemente 18, 19 am Gehäuse 17 des Ultraschallmessgerätes 2 bilden dabei ein mechanisches Identifikationselement für ein zusammengehörendes Paar von jeweils einem bestimmten Messrohr 3 mit einem bestimmten Nenndurchmesser 6 und einem bestimmten zugehörigen Ultraschallmessgerät 2, wobei das Ultraschallmessgerät 2 auf diesen Nenndurchmesser 6 und ein bestimmtes Fluid abgestimmt ist.
[0025] In Fig. 2 ist eine erfindungsgemässe Durchfluss-Messeinrichtung in perspektivischer Ansicht dargestellt, wie sie zu Fig. 1oben beschrieben ist. Dabei ist der Kniehebel 29 am Gehäuse 17 geöffnet und das Gehäuse 17 teilweise vom Messrohr 3 abgehoben. Der Kniehebel 29 ist um das Lager bzw. den Drehpunkt 41 schwenkbar, und zwar in Richtung der Pfeile 42. Dadurch können die Nocken 30 am zweiten Verbindungselement 18 in die Öffnungen 31 am ersten Verbindungselement 13 eingeschwenkt bzw. aus diesen Öffnungen 31 ausgeschwenkt werden. In Richtung der Längsachse 20 des Messrohres 3 ist mit dem vorbestimmten Abstand das andere erste Verbindungselement 14 am Messrohr 3 angeordnet. Dabei handelt es sich um ein kragenförmiges Element, welches auf das Messrohr 3 aufgeschweisst und fest mit diesem verbunden ist.
In diesen Verbindungselementen 14 befinden sich wie in Fig. 1 dargestellt zwei Öffnungen 32, in welche die Nocken 28 am Gehäuse 17 des Ultraschallmessgerätes 2 eingreifen. Am Messrohr 3 ist an der oberen Seite eine Abflachung angebracht, welche die erste Auflagefläche 21 bildet. Auf dieser Auflagefläche 21 liegt bei eingeschwenktem und geschlossenem Kniehebel 29 die zweite Auflagefläche 22 des Gehäuses 17 auf und damit auch die Ultraschallwandler 15, 16 bzw. die mit diesen verbundenen Zwischenelemente 25. An der Seitenwand 50 des Gehäuses 17 sind die Endanschläge 36 sichtbar, welche die Verschiebebewegungen der Schutzhüllen 60, 61 mit den Ultraschallwandlern 15, 16 im Gehäuse 17 begrenzen.
An der rechten Stirnseite 26 des Gehäuses 17 des Ultraschallmessgerätes 2 ist eine Zuleitung 43 angeordnet, welche zur Versorgung des Gerätes mit elektrischer Energie und/oder dem Datentransfer dient.
[0026] Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Durchfluss-Messeinrichtung ist beispielsweise für einen Nenndurchmesser (ND) 6 von 50 mm bestimmt, und das Messrohr 3 weist gemäss Norm/Vorschrift der Europäischen Norm EN 1434 eine Baulänge von 200 mm auf. Der Abstand zwischen den Anschlägen 47, 48 der beiden ersten Verbindungselemente 13, 14 in Richtung der Längsachse 20 des Messrohres 3 beträgt in diesem dargestellten Beispiel 134 mm.
[0027] Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Durchfluss-Messeinrichtung ist in Fig. 3dargestellt. Bei diesem Beispiel ist das Gehäuse 17 des Ultraschallmessgerätes 2 an beiden Stirnseiten 26, 27 mit vorspringenden Befestigungsflanschen 51, 52 ausgestattet. Diese Befestigungsflanschen 51, 52 bilden die zweiten Verbindungselemente 18, 19. Am Messrohr 3 sind Gewindebolzen 53, 54 angeordnet, welche die ersten Verbindungselemente 13, 14 bilden. In den Befestigungsflanschen 51, 52 am Gehäuse 17 sind Durchgangsbohrungen 55, 56 vorhanden, welche mit den Gewindebolzen 53, 54 zusammenwirken. Die Gewindebolzen 53, 54 einerseits und die Durchgangsbohrungen 55, 56 anderseits weisen in Richtung der Längsachse 20 des Messrohres 3 wiederum einen vorbestimmten festen Abstand zueinander auf, welcher einem bestimmten Nenndurchmesser 6 der Messstrecke 1 entspricht.
Das Messrohr 3 weist auch hier eine erste Auflagefläche 21 und das Gehäuse 17 eine zweite Auflagefläche 22 auf. Die Verbindung des Ultraschallmessgerätes 2 mit dem Messrohr 3 erfolgt durch Aufstecken des Gehäuses 17 mit den Befestigungsflanschen 51, 52 auf die Gewindebolzen 53, 54 am Messrohr 3 und das Anbringen von Gewindemuttern 57, 58, wodurch die kraft- und formschlüssige Verbindung hergestellt wird. Die Gewindebolzen 53, 54 und die Gewindemuttern 57, 58 bilden zusammenwirkende Bauelemente und sind so ausgebildet, dass diese Bauelemente durch Plomben 59 miteinander verbunden und gesichert werden können. Dies ermöglicht die Sicherung von geeichten erfindungsgemässen Durchfluss-Messeinrichtungen.
[0028] Bei dem Beispiel gemäss Fig. 3ist erkennbar, dass bei kleinerem Nenndurchmesser (ND) 6 die Baulänge des gesamten Messrohres 3 im Verhältnis zur Länge des Gehäuses 17 des Ultraschallmessgerätes 2 grösser wird. Das dargestellte Beispiel weist beispielsweise einen Nenndurchmesser ND von 25 mm auf, und die gesamte Baulänge des Messrohres 3 beträgt 260 mm. Diese Masse sind wiederum durch die Norm/Vorschrift der Europäischen Norm EN 1434 bestimmt und vorgeschrieben. Die kleineren Abmessungen des Gehäuses 17 des Ultraschallmessgerätes 2 resultieren aus dem kleineren Abstand zwischen den beiden Ultraschallwandlern 15, 16 und den entsprechend kleineren übrigen Abmessungen der Anordnung.
The invention relates to a flow-measuring device for a flowed through by a fluid pipe, with a removable measuring section, comprising a measuring tube with pipe connection elements at both ends and with an attached to the measuring tube and releasably secured ultrasonic measuring device, which generates ultrasonic measuring signals.
Such measuring devices are used to measure by means of an ultrasonic meter flow rates in tubes, which are flowed through by a fluid, in particular a liquid or a gas. The ultrasonic measuring device is equipped with a known ultrasonic transducer, which can both send and receive signals. DE-A-10 2005 035 265 shows such an ultrasonic measuring device on a pipeline through which a medium, for example a fluid, flows. The pipeline consists of a straight measuring tube, which has connecting elements in the form of flanges at both ends. This arrangement can be installed as a measuring section in a pipe system and connected via the connecting elements with this.
The measuring tube has two openings through which the ultrasonic beam is introduced into the flow medium and discharged again. The attachment of the ultrasonic measuring device to the measuring tube is usually carried out with band-shaped clamping means, e.g. Tube clamps, which surround the tube and are displaceable. The position of the ultrasonic measuring device on the measuring tube can only be determined and determined with the aid of these clamping devices. In addition, there is a risk that the measuring tube is deformed by uneven or too large clamping forces and thus the measurement is disturbed. After assembling the ultrasonic measuring device with the measuring tube, the measuring device formed thereby must be calibrated and calibrated to ensure correct measurements.
This calibration and calibration must be performed again after each removal of the ultrasonic measuring device from the measuring tube, as this changes the measuring arrangement occur. Another disadvantage is that the openings in the measuring tube must be sealed and no medium can be present in the tube when removing the ultrasonic measuring device.
It is also known to use tubes without breakthroughs and to use an ultrasonic measuring device, in which a beam of ultrasonic measuring signals passed through the pipe walls and reflected on the reflection principle on the opposite wall. Such a flowmeter is known from US 3 869 915. Again, the ultrasonic measuring device is pressed in a known manner with band-shaped clamping elements to the outer wall of the tube, and there are the disadvantages described above.
The previously known and described flow measuring devices are suitable for legal metrology systems only limited. Such calibratable measuring devices are necessary for measuring systems which must comply with approval standards or a type approval and must also comply with the standardized, calibrated or calibrated values in the event of repair or replacement of the ultrasonic measuring device. In the known measuring devices, a new accurate positioning of the ultrasonic transducer or the measuring device and a new calibration or calibration of the device must be carried out at each repair or replacement of the ultrasonic measuring device. Since the calibration or calibration at the installation is often not possible, then the entire measuring device with the measuring section and the ultrasonic measuring device must be removed and replaced.
This is very expensive and expensive.
The invention is based on the object to provide an ultrasonic flow measuring device of the type described, in which the mutual position of the measuring tube and the associated ultrasonic measuring device or the ultrasonic transducer is precisely determined and specified, the replacement and / or repair of Ultrasonic measuring device should also be possible in veraugfähige systems without dismantling of the measuring tube while maintaining the calibrated readings, a secure assignment of a measuring tube with a specific nominal diameter to an ultrasonic measuring device, which is intended for this diameter, is ensured and which allows the type approval for tested measuring systems ,
This object is achieved in conjunction with the preamble of claim 1 by the features defined in the characterizing part of claim 1. Advantageous developments of the invention will become apparent after the features of the dependent claims.
In the flow measuring device according to the invention first connecting elements for the ultrasonic measuring device are arranged on the measuring tube at predetermined and fixed positions. These fasteners are an integral part of the measuring tube. On the housing of the ultrasonic measuring device second connecting elements are also arranged at predetermined and fixed positions, which in turn are fixed components of the housing. These first and second connecting elements are matched to each other and engage in a form-fitting manner. This embodiment ensures that the ultrasonic measuring device can be placed on the measuring tube only at a precisely determined position and only on a measuring tube which has suitable first connecting elements.
The fixedly positioned first connecting elements on the measuring tube and the second likewise firmly positioned connecting elements on the housing of the measuring device thereby form a mechanical identification element for a matching pair of a particular measuring tube and a specific associated measuring device. Since the two ultrasonic transducers of the ultrasonic measuring device are arranged fixedly and with a predetermined spacing in the common housing, the position of the ultrasonic transducers with respect to the measuring tube always remains the same even during repair or replacement of the ultrasound measuring device, and the original calibration is not changed.
It is thus possible to calibrate and calibrate the measuring device according to the invention in the factory, and this process no longer has to take place at the installation point, both during the first installation and during possible later replacement of the ultrasonic measuring device. Such replacement of the ultrasonic measuring devices are required, for example, by regulatory authorities at certain intervals. Furthermore, it is proposed that the measuring tube has a closed jacket without openings. This embodiment allows the use of ultrasonic transducers, which do not have to be in direct contact with the medium in the measuring tube.
An advantageous embodiment of the subject invention provides that a measuring section with a specific nominal diameter and a matched to this nominal diameter ultrasonic measuring device each have cooperating connecting elements which form the identification elements, and that these connecting elements are designed differently for each measuring section with a specific nominal diameter. This embodiment ensures that only measuring tubes with a specific nominal diameter and ultrasonic measuring devices, which are determined for this nominal diameter and are calibrated together with the measuring tube, can be assembled.
This advantage is achieved, in particular, by arranging two connecting elements spaced apart from one another in the axial direction of the measuring section on the measuring tube and the housing, and the distance between these two connecting elements is a function of the nominal diameter of the measuring section and a specific distance between these connecting elements is assigned to each specific nominal diameter ,
In order to ensure a precise matching of housing and measuring tube, the housing with the ultrasonic transducers and the measuring section with the measuring tube by means of the connecting elements is positively and non-positively connected to each other in an advantageous manner. As a positive and non-positive connection elements known per se, such as screw, bayonet or the like, can be used. In an expedient embodiment, a first bearing surface is formed on the measuring tube and a second bearing surface is formed on the housing of the ultrasonic measuring device, and these two bearing surfaces act together.
An advantageous embodiment of the subject invention provides that the ultrasonic transducers are each arranged in a protective cover and these protective sleeves are displaceable with the ultrasonic transducers in the housing approximately at right angles to the axial direction of the measuring section. Between a facing away from the measuring tube housing part and the protective covers with the ultrasonic transducers, a spring element is installed. The spring element has a high thermal and mechanical stability and a long service life. The spring element ensures a precise contact force of the protective sleeves with the ultrasonic transducers to the measuring tube, regardless of other manufacturing tolerances of the housing and other parts.
By means of the precisely determinable contact force of the spring elements, a sufficiently stable acoustic coupling between the ultrasonic transmissions and the auxiliary parts and the measuring tube is achieved and ensured. Furthermore, it is also advantageous if the two ultrasonic transducers form a structural unit and are arranged at a fixed, invariable distance from each other. They are particularly advantageous in a plastic compound, which then forms the protective sheath, shed. In this case, measures known per se, e.g. caused by an air gap, a good acoustic separation between the two ultrasonic transducers.
These arrangements have the advantage that the contact force with which the ultrasonic transducers, or their protective sheaths, are pressed against the surface of the measuring tube, can already be precisely set in the factory and subsequently can no longer be changed. This is because the ultrasonic transducers are arranged with their protective covers in the housing protected against access. The holding forces, which are generated by the first and second connecting elements between the housing and measuring tube, thus have no disturbing influence on the contact pressure of the ultrasonic transducer. According to a particular embodiment of the subject invention, end stops for limiting the displacement of the protective sheaths with the ultrasonic transducers in the housing are arranged on the housing of the ultrasonic measuring device.
These attacks are designed so that the desired movement path and the necessary spring action on the ultrasonic transducers or their protective sheaths are guaranteed.
According to a particular embodiment of the subject invention, a plate-shaped intermediate element made of an elastic plastic is inserted between the ultrasonic transducers and the measuring tube. As the material for the intermediate element, a plastic is selected, which is particularly suitable for the transmission of ultrasonic waves. Particularly suitable plastics are, for example, silicone or fluoroelastomers. These materials are said to have a high transmittance of ultrasound.
It is further proposed that the housing has as a second connecting elements on one, seen in the axial direction of the measuring section, end face at least one projecting cam and in the region of the opposite end face a pivotable toggle lever with a swing-out cam. In this case, counterparts with openings for receiving these cams are arranged on the measuring tube as the first connecting elements. When assembled housing and measuring tube, the cams engage in the counterparts, and by means of the toggle lever, the connection between the housing and the knife tube is effected. This can be a particularly convenient and easy-to-use solution.
When the toggle lever is open, the cam or cams on the housing of the ultrasonic measuring device can be latched into the counterpart on the measuring tube in a simple manner, and a positive and non-positive connection is established by closing the pivotable toggle lever. The swing-out cam engages the toggle lever in the corresponding connecting element on the measuring tube. For calibrated systems and systems with a type approval, a seal is planned. For this purpose, a region of the toggle lever, which engages over the housing, a counterpart for attaching a seal on the housing and a sealing element is arranged, which cooperates with the counterpart.
A further embodiment of the invention provides that the measuring tube as the first connecting elements, in the axial direction of the measuring section, spaced-apart threaded bolts, which are arranged approximately at right angles to the direction of the longitudinal axis of the measuring section. The housing has as second connecting elements on flanges with through holes, which cooperate with the threaded bolt. Threaded nuts on the threaded bolt connect these flanges of the housing with the measuring tube. This embodiment is particularly advantageous where no moving parts are desired on the ultrasonic measuring device. It can be used anywhere where accessibility to the screw is guaranteed.
In an advantageous embodiment also calibrated systems and systems with a type approval on the measuring tube and on the housing cooperating components are arranged, and these components are connected to each other by a seal and secured.
An expedient embodiment of the subject invention provides that the inner diameter of the tube, which extends through the measuring section, has different diameters. In this case, a first region with the nominal diameter is formed at the inlet side of the fluid into the tube. Subsequently, a second region is arranged, which converts to a smaller diameter and forms a confuser, and subsequently a third region is arranged, which is formed with a smaller diameter than the nominal diameter. This arrangement has the particular advantage that disturbances in the flow of the fluid before entry into the measuring path are at least reduced or even eliminated so far that they can no longer influence the measuring process.
This ensures, among other things, that the measuring device according to the invention can be calibrated precisely for tested measuring systems and thus also the type approval can be passed. It is advantageous if the dimension of the smaller diameter in the third tube region is at most 80% of the nominal diameter and at least 40% of the nominal diameter. The pressure loss resulting from the constriction can be substantially reduced or rendered insignificant in a known manner by the design of the confuser and diffuser angles. The diffuser is located at the end of the measuring section or in the areas of the outlet of the fluid from the measuring section. Confuser and diffuser can, in the manner known in the art, have the same or different angles. Corresponding information can be found, for example, in the textbook "Flow Measurement Engineering Handbook", R.W.
Miller, 1983, McGraw-Hill Company (ISBN 0-07-042 045-9).
To ensure the verifiability and the type approval, it is further proposed that the inlet / outlet region of the ultrasonic measurement signals of the first ultrasonic transducer in the fluid, from the inner end of the Confusor has a distance which is at least 30% of the nominal diameter. The inlet / outlet area of the ultrasonic measurement signals of the second ultrasonic transducer to the fluid has a distance from the inner end of the confuser, which is a maximum of 200% of the nominal diameter. If the inlet / outlet areas are located at this distance from the confuser, the influence of disturbances in the fluid flow on the measurement result becomes minimal or zero and can be neglected.
This position of the ultrasonic transducer with respect to the end of the confuser is in turn ensured at each particular nominal diameter of a measuring tube by the exact and fixed position of the first and second connecting elements on the measuring tube or on the housing of the ultrasonic measuring device.
In the following the invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
<Tb> FIG. 1 <sep> shows a longitudinal section through a flow measuring device according to the invention,
<Tb> FIG. 2 <sep> shows the flow measuring device according to FIG. 1 in a perspective view and with a partially lifted ultrasonic measuring device, and
<Tb> FIG. 3 <sep> shows a second embodiment with screwed connection elements between the measuring tube and the ultrasonic measuring device.
Fig. 1 shows a longitudinal section through a measuring section 1 of an inventive flow-measuring device. This measuring section 1 comprises a measuring tube 3, which has pipe connecting elements 4, 5 in the form of flanges at both ends. These flanges 4, 5 are used in a known manner to install the measuring section 1 in a pipe, not shown, which is flowed through by a fluid, such as water. The fluid flows in the direction of the arrow 7 through the measuring section 1 and the measuring tube 3. With the measuring tube 3, an ultrasonic measuring device 2 with a housing 17 is detachably connected. In the housing 17 of the ultrasonic measuring device 2, two ultrasonic transducers 15, 16 are arranged, which are surrounded by protective sheaths 60, 61 and with these in the direction of the arrows 44 approximately at right angles to the longitudinal axis 20 of the measuring tube 3 are displaceable.
For this purpose, 16 guides or stops 37 are arranged on the protective covers 60, 61 of the ultrasonic transducers 15, which are guided in guides, not shown, on the housing 17. In the region of the guides on the housing 17, stops 36 (see FIG. 2) are present, which limit the displacement of the protective sleeves 60, 61 with the ultrasonic transducers 15, 16 in the direction of the measuring tube 3. By this arrangement, the ultrasonic transducers 15, 16 are connected to the housing 17 and accurately positioned in a plane parallel to the longitudinal axis 20 of the measuring tube 3. In a plane which runs parallel to the longitudinal axis 20 of the measuring tube 3, the ultrasonic transducers 15, 16 or their axes 45, 46 have a predetermined fixed distance from one another.
Between an averted from the measuring tube 3 upper housing part of the housing 17 and the protective covers 60, 61 of the ultrasonic transducer 15, 16 spring elements 24 are installed, which press the protective covers 60, 61 of the ultrasonic transducer 15, 16 with a predetermined force against the measuring tube 3. On the measuring tube 3, a first bearing surface 21 is formed, on which a second bearing surface 22 of the housing 17 rests.
In the example shown, two ultrasonic transducers 15, 16 are arranged side by side and individually guided in their housing 17 via their protective covers 60, 61. According to the invention, these two ultrasonic transducers 15, 16 can also form a closed structural unit, and they are then cast at a fixed distance from one another in a plastic compound. This plastic compound then forms the protective covers 60, 61. However, they can also be firmly connected to one another in another known manner. This ensures that the distance between the two ultrasonic transducers 15, 16 in the direction of the longitudinal axis 20 can not be changed and in any case, even when repairs or replacement of the ultrasonic measuring device 2, corresponds to the predetermined value.
At the directed against the measuring tube 3 lower side of the ultrasonic transducer 15, 16, a plate-shaped intermediate element 25 is disposed of an elastic plastic, said intermediate element 25 rests on the first bearing surface 21 on the measuring tube 3. In the example shown, this intermediate element 25 consists of a silicone elastomer. This intermediate element 25 serves as a coupling element and ensures the optimum transition of the ultrasonic waves from the ultrasonic transducers 15, 16 through the wall of the measuring tube 3 and through the fluid flowing through the measuring tube 3, and back.
On the measuring tube 3, two first connecting elements 13, 14 are arranged at predetermined and fixed positions. These connecting elements 13, 14 are spaced apart in the direction of the longitudinal axis 20. One of the first connecting elements, namely the first connecting element 13, is in this case integrated in the flange 4 and comprises two openings 31. The other first connecting element 14 consists of a collar on the measuring tube 3 and has two openings 32. As a counterpart, two second connecting elements 18, 19 are likewise arranged on the housing 17 of the ultrasonic measuring device 2 at predetermined and fixed positions. In this case, the first of the second connecting elements, namely the connecting element 18, two cams 30, which engage in the openings 31 on the first connecting element 13.
These cams 30 are arranged in the region of an end face 27 of the housing 17. The other second connecting element 19 also has two cams 28, which engage in the openings 32 on the first connecting element 14. These cams 28 are arranged on an end face 26 of the housing 17, which, viewed in the direction of the longitudinal axis 20 of the measuring section 1, the end face 27 opposite. These two second connecting elements 18, 19 and their cams 28, 30 also have a predetermined and fixed distance in the direction of the longitudinal axis 20 and act positively and positively with the two first connecting elements 13, 14 on the measuring tube 3 together.
In the example shown, the second connecting element 13 with the two cams 30 is part of a toggle lever 29, which is connected via a bearing 41 pivotally connected to the housing 17 of the ultrasonic measuring device 2. This knee lever 29 is pivotable about the bearing 41, which forms a fulcrum, in the direction of the arrows 42. This allows the cams 30 are pivoted out of the openings 31, whereby the connection between the housing 17 and the measuring tube 3 is released. In Fig. 2, the arrangement in the open state of the toggle lever 29 is shown.
The assembly of the ultrasonic device 2 with the measuring tube 3 is carried out in the reverse manner by the cams 28 are latched into the openings 32 on the first connecting element 14 of the measuring tube 3 and the housing 17 is pivoted against the measuring tube 3 until the second bearing surface 22 via the intermediate element 25 abuts the first bearing surface 21 of the measuring tube 3. By closing the toggle lever 29, the cams 30 engage in the openings 31 on the first connecting element 13, or on the flange 4 and stops 47, 48 determine the exact position of the ultrasonic measuring device 2 relative to the measuring tube 3. When completely closed toggle lever 29, the housing 17th of the ultrasonic measuring device 2 with respect to the measuring tube 3 positioned exactly in the desired position and pressed with a predetermined force against the measuring tube 3.
At a portion 38 of the toggle lever 29, which engages over the housing 17, a counterpart 49 is arranged, which cooperates with a Plombierelement 39 on the housing part 23 of the housing 17. When the toggle lever 29 is closed, a seal 40 can be attached to the sealing element 39. This seal 40 ensures that the knee lever 29 is not opened and the ultrasonic measuring device 2 is not removed in an unauthorized manner. Such seals are necessary, for example, in officially approved measuring devices, which are used for example for heat measurements or water measurements.
In the housing 17 of the ultrasonic measuring device 2 further, not shown, but known per se electrical and / or electronic components are installed, which are connected to the electrical line 43 shown in FIG. These may be, for example, transducers, data memories, transmitter / receiver units and the like.
The flow bore through the measuring tube 3, through which the fluid flows, has a special design in the flow measuring device according to the invention. At the inlet side 9 of the fluid into the measuring tube 3, the bore has a first region 10 with a nominal diameter 6, which corresponds to the diameter of the supply lines. At this first region 10 with the nominal diameter 6, a second region 11 is then arranged, which converts to a smaller diameter and forms a confuser. Subsequent to the end 34 of the confuser 11, a third region 12 is formed, which forms the measuring region and has an inner diameter 8. This inner diameter 8 is smaller than the nominal diameter 6, wherein it is at least 40% and a maximum of 80% of the nominal diameter 6.
In order to ensure optimum and reliable measurement of the flow rates of fluid through the measuring region 12 of the measuring tube 3, the two ultrasonic transducers 15, 16 are positioned at a predetermined distance, which is dependent on the nominal diameter 6, with respect to the inner end 34 of the confuser 11. In the illustrated example, this distance from the end 34 of the confuser 11 is defined by the position of the inlet / outlet regions 63, 64 of the ultrasonic measurement signals 62 of the two ultrasonic transducers 15, 16 to the fluid. The inlet / outlet region 63 of the ultrasonic measuring signals 62 of the first ultrasonic transducer 15 has a distance 35 to the inner end 34 of the confuser 11 which is at least 30% of the nominal diameter 6.
The other inlet / outlet area 64, which belongs to the second ultrasonic transducer 16, has a distance 65 to the inner end 34 of the confuser 11 which is at most 200% of the nominal diameter 6. These distances 35, 65 are determined for a specific nominal diameter 6 for each particular fluid and a specific material of the measuring tube 3 and its geometric configuration in the factory. Depending on these distances 35, 65, i. From the position of the axis 45, 46 of the two ultrasonic transducers 15, 16, the exact positions of the first connecting elements 13, 14 on the measuring tube 3 and the second connecting elements 18, 19 are determined and fixed to the housing 17 of the ultrasonic measuring device 2.
Since the geometrical configuration of the measuring tube 3 is thus precisely defined and the position of the ultrasound measuring device 2 and thus of the ultrasound transducers 15, 16 in relation to the measuring tube 3 is imperatively determined via the firmly positioned first connecting elements 13, 14 and the second connecting elements 18, 19 the inventive flow measuring device are calibrated and calibrated in the factory. The assembly of the ultrasonic measuring device 2 with the measuring tube 3 can then take place at the installation point of the measuring section 1 in a pipeline, whereby the factory-calibrated values are maintained. Thus, it is also possible to remove and reinstall an ultrasonic measuring device 2 for a repair, whereby in turn the predetermined values are retained correctly.
Also, the replacement of ultrasound measuring instruments 2 required by approval bodies at predetermined time intervals, e.g. every five years, is possible while maintaining the measured values and the calibration. This is achieved in particular in that the ultrasonic transducers 15, 16 in the housing 17, in the direction of the longitudinal axis 20 of the measuring tube 3, have a precisely known position and can not be displaced and that the positions of the housing 17 and the ultrasonic measuring device 2 with respect to the measuring tube 3 is also precisely defined by the fixedly positioned connecting elements 13, 14 and 18, 19.
According to the proposal, a certain nominal diameter 6 is also assigned a certain distance, in the direction of the longitudinal axis 20 of the measuring tube 3, between the fixed connecting elements 13, 14 and 18, 19. That An ultrasonic measuring device 2, which is intended for a measuring tube 3 with a nominal diameter 6 of dimension X, can not be assembled with another measuring tube having a nominal diameter 6 of dimension Y.
The first connecting elements 13, 14 on the measuring tube 3 and the second connecting elements 18, 19 on the housing 17 of the ultrasonic measuring device 2 form a mechanical identification element for a pair belonging together each of a specific measuring tube 3 with a specific nominal diameter 6 and a specific associated ultrasonic measuring device 2, wherein the ultrasonic measuring device 2 is tuned to this nominal diameter 6 and a specific fluid.
In Fig. 2, an inventive flow-measuring device is shown in a perspective view, as described for Fig. 1oben. In this case, the toggle lever 29 is opened on the housing 17 and the housing 17 partially lifted from the measuring tube 3. The toggle lever 29 is pivotable about the bearing or the pivot point 41, in the direction of the arrows 42. As a result, the cams 30 can be pivoted on the second connecting element 18 in the openings 31 on the first connecting element 13 and swung out of these openings 31. In the direction of the longitudinal axis 20 of the measuring tube 3, the other first connecting element 14 is arranged on the measuring tube 3 at the predetermined distance. This is a collar-shaped element, which is welded onto the measuring tube 3 and firmly connected thereto.
As shown in FIG. 1, these openings 14 have two openings 32 into which the cams 28 on the housing 17 of the ultrasonic measuring device 2 engage. On the measuring tube 3, a flattening is attached to the upper side, which forms the first bearing surface 21. On this bearing surface 21, the second bearing surface 22 of the housing 17 rests with the knee lever 29 pivoted in and closed, and thus also the ultrasound transducers 15, 16 or the intermediate elements 25 connected thereto. The end stops 36 are visible on the side wall 50 of the housing 17 limit the displacement movements of the protective covers 60, 61 with the ultrasonic transducers 15, 16 in the housing 17.
At the right end face 26 of the housing 17 of the ultrasonic measuring device 2, a feed line 43 is arranged, which serves to supply the device with electrical energy and / or the data transfer.
The flow measuring device shown in FIGS. 1 and 2, for example, for a nominal diameter (ND) 6 of 50 mm determined, and the measuring tube 3 has according to standard / regulation of the European standard EN 1434 a length of 200 mm. The distance between the stops 47, 48 of the two first connecting elements 13, 14 in the direction of the longitudinal axis 20 of the measuring tube 3 is 134 mm in this illustrated example.
A further embodiment of an inventive flow-measuring device is shown in Fig. 3dargestellt. In this example, the housing 17 of the ultrasonic measuring device 2 at both end faces 26, 27 equipped with projecting mounting flanges 51, 52. These fastening flanges 51, 52 form the second connecting elements 18, 19. Threaded bolts 53, 54 which form the first connecting elements 13, 14 are arranged on the measuring tube 3. In the mounting flanges 51, 52 on the housing 17 through holes 55, 56 are present, which cooperate with the threaded bolts 53, 54. The threaded bolts 53, 54 on the one hand and the through bores 55, 56 on the other hand, in the direction of the longitudinal axis 20 of the measuring tube 3 in turn a predetermined fixed distance to each other, which corresponds to a specific nominal diameter 6 of the measuring section 1.
The measuring tube 3 here also has a first bearing surface 21 and the housing 17 has a second bearing surface 22. The connection of the ultrasonic measuring device 2 with the measuring tube 3 by attaching the housing 17 with the mounting flanges 51, 52 on the threaded bolts 53, 54 on the measuring tube 3 and the attachment of threaded nuts 57, 58, whereby the non-positive and positive connection is made. The threaded bolts 53, 54 and the threaded nuts 57, 58 form cooperating components and are designed so that these components can be connected and secured by seals 59. This makes it possible to secure calibrated flow measuring devices according to the invention.
In the example according to FIG. 3, it can be seen that with a smaller nominal diameter (ND) 6, the overall length of the entire measuring tube 3 increases in relation to the length of the housing 17 of the ultrasonic measuring device 2. The illustrated example, for example, has a nominal diameter ND of 25 mm, and the entire length of the measuring tube 3 is 260 mm. These masses are in turn determined and prescribed by the standard / regulation of the European standard EN 1434. The smaller dimensions of the housing 17 of the ultrasonic measuring device 2 result from the smaller distance between the two ultrasonic transducers 15, 16 and the correspondingly smaller remaining dimensions of the arrangement.