CN101476911A - 用于确定流动介质的流量的超声波计数器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定流动介质、特别是液体或者气体的流量的超声波计数器，它具有一个壳体(1)；一个安置在该壳体(1)内的测量段(4)，沿着该测量段可进行渡越时间测量、特别是渡越时间差测量；至少一个超声波换能器(2)；至少一个转向镜(5)，借助它使超声波换能器(2)的超声波转向，其中，在转向镜(5)的区域内设置了有目的地影响转向镜表面区域内的流动的装置。

Description

用于确定流动介质的流量的超声波计数器

本案为申请日为2004年9月29日、申请号为200410083200.4、发明名称为“用于确定流动介质的流量的超声波计数器”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于确定流动的介质、特别是液体或者气体的流量的超声波计数器。

背景技术

DE 201 07 894 U1公开了一种所述类型的超声波流量测量仪。在这里，背离流体的转向镜的上边缘被介质环绕流过，因此在第一转向镜的表面区域内形成了一个再回流区或者流速降低的区，这会引起转向镜被污染。由此也会影响到超声波流量测量仪的长期稳定性。

DE 199 30 278 A1介绍了一种超声波计数器，具有一个第一转向镜，它包括有与流向平行的孔，这些孔可以阻止转向镜被污染。但在这里介绍的转向镜在其制造方面是很费事的，因为必须要开许多与转向镜平面不垂直的孔。

发明内容

本发明的任务是，提供一种新式的超声波计数器，它一方面具有长期稳定和对污染不敏感的特点，另一方面能够简单地制造而且成本较低。

按照本发明，提出了一种用于确定流动介质的流量的超声波计数器，它具有一个壳体；一个设置在该壳体内的测量段，沿着该测量段可进行渡越时间测量；至少一个超声波换能器；至少一个转向镜，借助它使超声波换能器的超声波转向，其中，转向镜支座由两个在纵向上分开的半件组成。

对于该类型超声波计数器，上述任务的解决方案是，它具有一个壳体，具有一个安置在该壳体内的测量段，沿该测量段可进行渡越时间测量(Laufzeitmessung)、特别是渡越时间差测量(Differenzlaufzeit-messung)，它还具有至少一个超声波换能器、至少一个顺着流动介质流动方向的转向镜，借助它使超声波换能器的超声波朝向测量管转向，在转向镜的区域内设置一些有目的地影响转向镜表面区域内的流的机构。

在测量渡越时间差时，或者通过超声波换能器的超声波信号的反射、或者通过由另一个超声波换能器在测量段的相对另一端发射的超声波信号来进行对流测量，在转向镜的区域内设置一些有目的地影响转向镜表面区域内的流动的机构，特别是消除、转移或者减小再回流区、具有小的流动的区和/或具有不动的介质的区。本发明所基于的知识是，设置可以影响在转向镜表面区域内形成这种区的机构，也就是说阻止、移动或者至少在很大程度上减小这种区的形成。

这可以符合目的地在选择出的、计数器工作的典型流动区域内进行。这样可以保证，在静止阶段期间或者在非典型流动时重这些层又被去除。

符合目的的是，这些机构包括用于产生至少一个定向的分流的导流装置，其中，该分流特别是在第一转向镜的上部区域内与第一转向镜表面基本平行地定向。这个分流阻止形成所不希望的流动区，例如转向镜表面区域内的再回流区，从而防止脏物逐渐沉淀。

符合目的的是，本发明另一个构造，这些机构主要设置在转向镜的上端部的区域内，因此，它们直接对同样在这个区域内形成的流动区(例如复回涡流)产生影响。

符合目的的是，这些机构可以位于转向镜支座的区域内和/或者转向镜本身的区域内。

一个合适的机构是，转向镜支座呈侧面邻接的转向镜支座前突部形状，其中，转向镜支座前突部基本平齐地贴靠在第一转向镜的表面上。因此可以说，转向镜的表面被借助转向镜支座前突部来容纳并向上延长。这样可以达到，使再回流区从转向镜的表面转移到转向镜支座前突部的区域内。

符合目的的是，设置至少一个相应定向的喷嘴或一个由多个喷嘴组成的相应装置作为所述机构。

替换地或者附加地，这些所述机构也可以包括一个至少相应定向的导向装置，特别是导向叶片。

在这里，该喷嘴可以或者位于第一转向镜内、位于转向镜支座内，或者位于第一转向镜和转向镜支座之间。

按照本发明另一个构型，定向的导向装置或喷嘴是拱曲的或者弯曲的。转向镜支座前突部的上端部也有利地弯曲地构成。

此外，以有利的方式构成一个回流通道，由于在回流通道的端部上有一个按照文杜里原理的低压的主流，在该回流通道内有一个回流，它可以增加流动从而使转向镜自清洁。在这里，回流通道这样构成：它在从转向镜到转向镜支座前突部的过渡区域内基本平行于转向镜表面。回流通道可以穿过转向镜支座前突部上的一个伸出部分延伸或者由一个相应成形的转向镜支座前突部连接一个附加件构成。

本发明的另一个符合目的的构型是，转向镜支座前突部在其到转向镜的过渡区域内构成了一个平的、基本平齐地终止的转向镜表面延长段，结果是，再回流区转移到转向镜支座前突部的区域内。

本发明从的另一个实施形式的特征是，转向镜支座符合目的地由两个可沿一条纵向分离线组合的半件组成。这一方面使转向镜的插入更容易，另一方面使得作为形状复杂的塑料成型件的转向镜支座的制造更容易。也可以为超声波计数器中的附加的转向镜设置相同的半件。这种思想使得能够最佳地固定转向镜，这是保证超声波计数器长期稳定性的一个重要先决条件。

如果转向镜支座具有用于固定测量管的装置，壳体有利地不必加工。

此外，转向镜支座、壳体和/或转向镜的热膨胀系数可以相匹配。

符合目的的是，转向镜具有平行的固定面。例如，它可以做成多角形的、特别是八角形的，通过此可以在装入时达到更好的固定精确度。在这里，或者通过四个直角平面、或者通过四个对角平面来形状吻合地固定转向镜。

此外，可以通过转向镜支座内的相应凹槽来形状吻合地固定转向镜，这可以提高长期稳定性。

符合目的的是，与主流相比，分流具有较大的流动速度。

分流与整个流量的比≤1:20，或者符合目的地在1:20至1:130的范围内。这样，主流不会有明显误差，从而不会对超声波计数器的测量特性产生不利影响。

转向镜支座上的支座连接片可以做成筛状的或者作为流体整流器构成。

转向镜支座不仅承载一个转向镜，而且还承载另一个转向镜，该转向镜的支座通过一个特别是安置在中心的固定元件被保持在位置中。其优点是，由于特别的固定，可以降低构件的公差。

本发明另一个实施形式的特征是，转向镜支座、转向镜以及测量管可以作为一个单元从超声波计数器的壳体中取出来或者插进去，确切地说，不用拆下相应的超声波换能器。因此，保养和维护特别简单。

符合目的的是，超声波换能器位于超声波计数器的壳体内，例如与测量管内表面平齐或者继续向里插入超声波计数器的壳体内。

转向镜支座被至少一个、最好是两个密封圈环绕，这些密封圈一方面用于转向镜支座与超声波计数器壳体的密封，另一方面将由转向镜支座、转向镜和测量管组成的单元连接在一起，这样，这个单元在插入或者拉出可以特别被简单地操作。

附图说明

下面借助于附图详细介绍本发明的符合目的的构造。附图表示：

图1上述类型超声波计数器的一个剖面图；

图2以特别简化的示意图示出了在现有技术中的转向镜上形成再回流区；

图3示出了本发明的一个转向镜和转向镜支座；

图4A以纵向剖视图示出本发明转向镜以及转向镜支座的另一个构造；

图4B以转向镜端面视图示出所述转向镜的构造；

图4C以立体图示出转向镜支座的一半；

图5A以特别简化的示意图示出一个转向镜及转向镜支座，具有一个集成于转向镜支座内的回流通道；

图5B以特别简化的示意图示出一个转向镜及转向镜支座，具有一个由转向镜支座前突部及一个附加部分构成的回流通道；

图6本发明转向镜以及转向镜支座的另一个构造，具有加长的转向镜支座前突部；

图7以纵剖面以及立体图示出本发明超声波计数器的另一个构造，带有测量组件；

图8在拆下状态中的图7所示超声波计数器测量组件；

图9以顺着流动方向的俯视图示出图7所示超声波计数器的转向镜支座区域。

具体实施方式

图1示出一个所述类型的超声波计数器，它具有一个壳体1、一个超声波换能器2以及一个另外的超声波换能器3，它们分别通过为此设置的壳体开口装在壳体1的侧壁内并通过所属的带有密封件的盖被固定在壳体1的壁内。

为超声波换能器2对应配置了一个转向镜5，为另一个超声波换能器3对应配置了另一个转向镜6。测量段4(也就是说声信号的行程)是从超声波换能器2到转向镜5、从该转向镜到另一个转向镜6、从该转向镜6到另一个换能器3、从该换能器逆向返回，因此，测量段是一个U形，但是，在本发明范围内也可以具有另外的转向镜(没有示出)和一个对角延伸的声线路(没有示出)。

测量段4的在两个转向镜5及6之间的区域被一个测量管7包围，该测量管通过一个测量管支架9被固定在壳体1内。

介质，例如用过的水，通过在图1中没有示出的入口从左侧流入，在转向镜5周围流过，沿着测量段4流动，在另一个转向镜6周围流过，然后在出口(同样没有示出)区域内离开超声波计数器。转向镜5及6分别被一个转向镜支座8固定，在图1中只示出了其中的位于转向镜5的区域内的转向镜支座8。

在现有技术中存在的问题是，在流过转向镜5周围时，特别是在该转向镜的表面区域内例如形成一个所谓的再回流区16，它随着时间的进展会在转向镜表面上形成沉积并且会影响长时间运行。在图2中(夸张示出)用符号19标出了沉积。沿着转向镜5表面形成复回涡流20的区域被称作再回流区。

在图3中详细介绍了本发明超声波计数器的一个构造。在转向镜支座8的区域内有一个用于产生分流的喷嘴12，该分流在第一转向镜5的表面的上部区域内与该第一转向镜平行地定向。这个分流阻止形成复回涡流20，从而阻止形成再回流区。该喷嘴具有略弯曲的走向并且横截面逐渐变窄地向转向镜表面延伸。喷嘴12符合目的地扁平构成，这样，该分流可到达转向镜5的一个较宽的表面区域。

支座8呈套筒状，被轴向插入超声波计数器的壳体1内。此外，如图3中所示，支座8符合目的地具有在周边上安置的大面积的开口。在转向镜支座8的与支承转向镜5的部位相对的区域内有一个环绕的凹部，它起到容纳一个在图3中没有示出的测量管支架(图4A中的符号9)的容纳部10在作用。

在安置多个相对的支座伸出部分13的情况下，转向镜5在两个相互平行的面上被固定。为了图面清楚起见，图3只示出了其中两个。

基于喷嘴12的构造以及安置，一个比主流体积小的分流与第一转向镜5的表面平行地以高速度到达第一转向镜的上端部，这样，避免或者至少大大减小了在转向镜5的表面区域内形成复回涡流20。由于该分流只包含了整个流量的一个分出部分(横截面积比：在主流为50—400mm2时为2—4mm²)，例如整个流量的1:100，因此，主流不会因分流而产生明显的误差，从而不会对超声波计数器的测量特性产生不利影响。

符合目的的是，转向镜支座用具有高弹性模量的材料制成，特别是用塑料，例如纤维加强的塑料，如PES、PSU、PPSU、PPA、PEI、PEEK/PEAK，包括它们的衍生物PPS或PPE。特别是可以通过添加玻璃或者碳素纤维来使热膨胀率与壳体(典型地是金属)相匹配。

转向镜支座8的支座连接片的横截面较小，例如小于4mm²(例如2 x2mm)，以便在从转向镜周围流过时压力损失能够保持较小以及在声学方面可以忽略这些连接片。符合目的的是，转向镜支座8的连接片的横截面几何形状是一个有利于介质涡流的形状，如这一点以后还要详细说明。

但也可以选择，转向镜支座8的连接片22(参照图7)也对流动、特别是入口流动产生整流作用。

而且，可能会损坏超声波计数器的较大异物也会被转向镜支座8的连接片22或它们组成的装置挡住。这些连接片22还可以筛状地构成。

图4A示出了本发明的另一个构型。在那里示出的转向镜支座8相当于图3所示构型的转向镜支座8。在图4A所示构型中，设置了由导向叶片14组成的装置来代替喷嘴。这些导向叶片14同样保证形成一个相应的分流，该分流在转向镜5的上端部上与该转向镜的表面平行定向地流入。

为了保证制造简单，特别是作为塑料成型件制造，图3以及图4所示构型的转向镜支座8以两个纵向剖开的半件构成，如从图4B中得知的。这两个半件相互镜象对称地构成。转向镜支座8的每个半件的导向叶片14可以作为附加设置的件安置或者集成在该成型件上。

此外，从图4A中可以看出测量管7通过其测量管支架9以及用于测量管支架9的容纳部10的固定。在图4B中只一次性地示出了转向镜支座8的两个半件的相同特征。

除了所指出的区别外，所有针对图3的构型提及过的特征同样也适合于图4的构型。

如从图4B及4C中进一步得知的那样，转向镜5呈八角形构成并且通过支座伸出部分13被固定住，这些支座伸出部分抓握在沿直径彼此相对的平行的边缘上。通过此可以保证特别可靠地固定转向镜5。

符合目的的是，第一转向镜5由一个板件组成，该板件或者被冲压、或者被水射束切割。

第一转向镜5的上述实施方式同样也适用于图3所示的超声波计数器构型以及下面所介绍的构型。

在图5A中只示出了转向镜5以及与此相关的转向镜支座8，在该构型中，通过文杜里效应产生一个局部低压，用于产生一个沿着转向镜5的表面区域的定向的回流15。为此，在转向镜支座前突部18的表面上设置了一个拱曲的引导面连同一个回流通道17。回流通道17沿流动方向自转向镜5的表面所在平面稍微弯曲出来地延伸。由此产生的回流15保证了转向镜表面区域内的沉淀物被持久抽吸，从而保证了自清洁效果。

图5B所示构型也同样如此。在这里，唯一的区别是，回流通道17由转向镜支座前突部18以及一个附加设置的突块21构成。

在图6所示的构型中同样设置了一个转向镜支座前突部18，它在表面上具有一个拱曲的引导面。在此，转向镜支座前突部18延伸得较长，这样，一个加长的、基本平坦的表面平齐地连接在转向镜5的表面的上端部上。通过此使得再回流区16被转移到转向镜支座前突部18的区域内。同时进行基本与第一转向镜5的表面平行的流动，它可以防止在这个区域内形成沉积。

图7以纵剖面示出了本发明超声波计数器的另一个构型。可以特别好地看出流线形成型的转向镜支座8，包括支座连接片11。该转向镜支座8是一个单一的成型件，它包括转向镜5的容纳部、支座连接片11以及测量管7的测量管支架9的容纳部10。

在图7所示的构型中，转向镜支座8在测量段4的整个长度上整体构成，也就是说，它不仅支承转向镜5，而且还支承另一个转向镜6。此外，转向镜支座8通过一个安装在中心的固定元件22保持在其位置中，通过此，可以降低构件的制造公差(由于对称固定)。

整体的转向镜支座8同时还容纳测量管7。为此，横向于测量段4观察，转向镜支座8被分成两部分，这样，相应的转向镜5及转向镜6以及测量管7可以被装入到转向镜支座8的两个壳形件之间，由此构成的测量组件25(参见图8)通过环绕的密封圈23、24被保持在一起。以这种形式，测量组件25可以用简单方式插入超声波计数器的壳体1内或者取出来。此外，密封圈23、24用于密封测量组件25的一个区域，固定元件22抓握在该区域上。按照图8，转向镜支座8具有一个开口26，在测量组件25处于被锁定状态时，固定元件22插入这个开口中。转向镜支座8在纵向上的分离线用参考符号27标出。转向镜支座8在测量管7的区域内包含了多个孔28。

超声波换能器2、3与流动方向平行地安置在超声波计数器的壳体1内。通过此可以将测量组件25从壳体1中取出来或者装进去，而不必拆下超声波换能器2、3。

图9示出了转向镜支座8从顺着流动方向的视角看到的一个俯视图。转向镜支座8包括两个十字交叉延伸的支座连接片11，借助它们达到整流目的。转向镜5定位在转向镜支座8的中心区域内。

上面介绍的本发明超声波计数器实施形式的各种不同特征可以采用任意方式相互替换。

借助本发明可以提供一种新式的超声波计数器，它的转向镜不承受沉淀物，因此具有更好的长期稳定性。同时，该超声波计数器可以简单和低成本地制造。因此，本发明对相关技术领域具有实质性的贡献。

Claims (13)

1、用于确定流动介质的流量的超声波计数器，它具有一个壳体；一个设置在该壳体内的测量段，沿着该测量段可进行渡越时间测量；至少一个超声波换能器；至少一个转向镜，借助它使超声波换能器的超声波转向，其特征为，转向镜支座(8)由两个在纵向上分开的半件组成。

2、按照权利要求1所述的超声波计数器，其特征为，转向镜支座(8)具有用于固定测量管(7)的装置。

3、按照权利要求1所述的超声波计数器，其特征为，转向镜(5)具有相互平行的安装面。

4、按照权利要求1所述的超声波计数器，其特征为，转向镜支座(8)不仅承载一个转向镜(5)，而且还承载另一个转向镜(6)，该转向镜支座通过一个固定元件(22)被保持在位置中。

5、按照权利要求1所述的超声波计数器，其特征为，所述流动介质为液体或气体。

6、按照权利要求1所述的超声波计数器，其特征为，沿着所述测量段能够进行渡越时间差测量。

7、按照权利要求4所述的超声波计数器，其特征为，所述固定元件被安置在中心。

8、按照权利要求1所述的超声波计数器，其特征为，转向镜支座(8)、转向镜(5，6)和测量管(7)能够作为一个单元被从超声波计数器的壳体(1)中取出来或插入该超声波计数器的壳体中。

9、按照权利要求1或8所述的超声波计数器，其特征为，该超声波换能器(2)或这些超声波换能器位于超声波计数器的壳体(1)内。

10、按照权利要求1或8所述的超声波计数器，其特征为，转向镜支座(8)被至少一个密封圈(23、24)环绕。

11、按照权利要求1或8所述的超声波计数器，其特征为，所述流动介质为液体或气体。

12、按照权利要求1或8所述的超声波计数器，其特征为，沿着所述测量段能够进行渡越时间差测量。

13、按照权利要求10所述的超声波计数器，其特征为，转向镜支座(8)被两个密封圈(23、24)环绕。

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