CN104006853A - 包括具有声换能器的测量嵌件的流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括具有声换能器的测量嵌件的流量计。用于液体或气体介质的该流量计包括壳体和能插入壳体中的测量嵌件。作为结构化单元的测量嵌件包括：至少一个将第一声信号发射到在工作期间供介质流过的测量路径中的第一声换能器和在第一声信号通过测量路径后接收第一声信号的第二声换能器；当测量嵌件插入时供介质流过的所述测量路径；至少一个端板，其密封壳体的能供测量嵌件插入的壳体开口以防止介质泄漏并设有该两个声换能器中的至少一个；和至少一个外部换能器盖，其在端板的远离介质的外侧覆盖该两个声换能器中的至少一个。在换能器盖与端板之间设有密封件。电连接线以密封方式穿过换能器盖被引导至该两个声换能器中的至少一个。

Description

包括具有声换能器的测量嵌件的流量计

相关申请的交叉援引

德国专利申请No.102013202850.4的内容被援引加入于本文中。

技术领域

本发明涉及用于液体或气体介质的流量计。

背景技术

基于（超）声测量技术的这种类型的流量计是已知的。借助（超）声换能器来产生脉冲形（超）声信号并且使该声信号沿流动方向和与流动方向相反的方向发出而通过介质。求取两个流动方向上的声信号之间的传导时间差，用以确定介质的流量。基于超声的流量计的工作原理是以所述传导时间差为基础的。

存在多种设计。一方面，已知被构造为字面意义上的“流量计”的装置，换句话说，这种装置仅用于确定介质的流量。另一方面，还存在例如为热量计或冷量计形式的能量计，其中根据以上说明的原理确定的流量与借助一对热电偶检测到的入流和出流之间的温差有关，以便确定经由介质供给的（热或冷）能量。在本发明中，这种类型的能量计也应当理解为——专门设计的——流量计。

声信号可沿着不同的传递路径被发出而通过待检测的介质。这在检测介质的整个流量（流动）剖面时是有利的。为此，EP1337810B1描述了这样一种流量计，其中当声信号传播通过待检测的介质时为声信号提供了螺旋形传递路径。以这样的方式获得通过介质的螺旋形传递路径，即，使得由声换能器发出的声信号被包围测量路径的测量管的壁所反射。

已知包括可更换的测量嵌件/插入件的超声流量计的其它实施例。例如，EP0890826B1描述了一种可更换的槽形的测量嵌件，该测量嵌件由塑料制成，其包括被设置在专用的凹腔内的反射盘。此外，EP0477418A1描述了一种包括形式为槽状金属片结构的测量嵌件的流量计。在EP2006646A1中公开的超声流量计也设置有可更换的测量嵌件，在该测量嵌件中声换能器被设置在测量路径的相对两侧。测量嵌件的可更换性有利于维修及必要时新的（验证）校准。

尽管已经知道多种超声流量计，但是仍存在对这种装置在操作（处理）、工作安全性和/或测量精度方面的改进方案的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种与常规的流量计相比被进一步改进的开头所述类型的流量计。

这个目的通过这样的流量计来实现，所述流量计是一种用于液体或气体介质的流量计，该流量计包括壳体和能插入到所述壳体中的测量嵌件，其中形式尤其为多部件结构化单元的测量嵌件尤其包括：至少一个用于将第一声信号发射到在工作期间供介质流过的测量路径中的第一声换能器——尤其是第一超声换能器，和用于在第一声信号通过测量路径之后接收第一声信号的第二声换能器——尤其是第二超声换能器；当测量嵌件被插入时在工作期间供介质流过的所述测量路径；至少一个端板，该端板密封壳体的能供测量嵌件插入的壳体开口以防止介质泄漏，并且设置有所述两个声换能器中的至少一个；和至少一个外部换能器盖，该换能器盖在端板的远离介质的外侧覆盖——尤其是密封——所述两个声换能器中的至少一个，其中在换能器盖与端板之间设置有密封件，电连接线以密封方式穿过换能器盖被引导至所述两个声换能器中的至少一个。

已经发现声换能器的附加的外盖允许进一步提高流量计的工作安全性。设置在端板的远离介质的外侧的换能器盖保护（超）声流量计的关键部件，因此显著降低了装置的总误差率。

因此，有利的是在换能器盖与端板之间设置密封件。以这种方式密封的换能器盖尤其被构造成保护所述至少一个被覆盖的声换能器免受外部影响，例如水分和/或辐射，尤其是电磁辐射，以便改善工作期间的EMC。

另外，有利的是以密封方式、例如借助密封的缆线封套（接头）将电连接线穿过换能器盖引导至所述两个声换能器中的至少一个——尤其是将电连接线引导至所述两个声换能器。这同样有助于保护被覆盖的声换能器在工作期间免受外部影响。

相关的换能器盖能以多种方式来构造。一方面，可以想到将换能器盖构造成盖板。替代地，可以想到提供尤其是多部件的覆盖结构，其包括尤其是密封至少一个声换能器的盖罩以及附加的盖板。还可以想到其它实施例。

被覆盖的声换能器也能以多种方式来构造。每个声换能器可以尤其被构造成声发射器或声接收器。这允许将例如为脉冲形的声信号沿介质的流动方向和与其流动方向相反的方向发射到测量路径中，从而允许根据传导时间差的原理来确定介质的流量。换句话说，与第一声信号一起产生第二声信号，其中第二声信号在与第一声信号的方向相反的方向上沿着测量路径传播。

优选地，测量嵌件的所有部件——除了装置可以设有的声换能器和密封件以外——都由相同材料制成。这允许各种材料更容易地连接在一起，因此获得简化的生产过程和改进的工作性能。另一优点是避免了当测量嵌件由不同材料制成时可能在各部件之间产生的与温度相关的机械应力。

在一有利实施例中，换能器盖刚性地固定至端板并且尤其只能借助工具来拆除。换句话说，换能器盖尤其被构造成防止当测量嵌件被安装在壳体中时无意地接触到所述至少一个声换能器。因此，对声换能器的操作被阻止或者至少几乎不可能。

根据另一有利实施例，为第一声换能器和第二声换能器设置有共同的换能器盖。这在声换能器被设置在测量路径的同一侧并且彼此靠近的情况下是尤其有利的。这种情况下，有利的是仅使用一个换能器盖用于两个声换能器。

根据一替代实施例，也可以想到为第一和第二声换能器各自提供单独的换能器盖。这在声换能器被设置在测量路径的不同侧或者彼此远离的情况下是尤其有利的。这种情况下，有利的是针对每个声换能器使用单独的换能器盖。

根据另一有利实施例，测量嵌件能可更换地插入到壳体中。这种情况下，可以非常容易地移除测量嵌件，以便例如执行维修和/或新的（验证）校准。同时，壳体内的开口——测量嵌件通常被设置在所述开口中——可以由简易的盖子封闭。替代地，可以想到安装具有相似设计的另一测量嵌件。任何情况下，供介质流过的管道尤其仅需要在更换测量嵌件所需的短暂期间被关断。因此，不再需要拆卸和重新安装被构造成管道部件的配件的耗时耗力的过程。这种有利的可更换性尤其是缘于测量嵌件优选包括流量计工作所需的全部部件的这一事实。

根据另一有利实施例，壳体被构造成要被安装到供介质流过的管道中的单独部件——例如单独的装配壳体，或者被构造成供介质流过的管道的一体部分。被构造成单独部件的壳体在确定的安装几何构型方面提供了优点，而被构造成管道一体部件的壳体需要较少的空间。

根据另一有利实施例，测量路径具有实际/真正的测量通道，该测量通道包括用于介质的测量通道入口、用于介质的测量通道出口，以及至少一个测量通道壁，其中测量通道壁在流动方向上至少部分地包围测量路径。当测量嵌件被插入时，壳体还包括壳体壁以及位于在测量通道壁与壳体壁之间的中间区域中的收缩部/限制部。该收缩部优选形成在测量通道壁的外侧与壳体壁的内侧之间。收缩部确保介质主要（大部分）流过测量路径，因此只有少量介质以被动流的形式绕过测量路径流动，所述被动流是不能被检测出的并因此与流量测量不相关。这提高了流量计的测量精度。测量通道壁尤其以形成结合的方式、例如通过熔接或焊接被连接至端板。当然，还有将测量通道壁连接至端板的其它方式。特别地，在测量嵌件的这两个部件之间提供机械稳定的连接。

根据另一有利实施例，收缩部尤其由在测量通道壁或壳体壁中的至少一者上的板片状的突出部形成。形成收缩部的突出部也可以设置在两个壁中的每一者上。这种类型的突出部易于形成，同时提供了收缩或密封介于壳体壁与测量通道壁之间的中间区域的非常有效的方式。可以在不需要任何其它部件、尤其不需要另外的密封件的情况下形成收缩部。

根据另一有利实施例，在测量通道壁和壳体壁之间在收缩部的区域内设置有余留开口。这种情况下，一方面，收缩部足够窄以确保仅有少量的介质流以与流量测量不相关的被动流的形式被引导绕过测量路径。另一方面，余留开口优选防止在收缩部的前面形成死区域，介质流在该死区域处停止流动。细菌会在已经停留在收缩部的前面的介质中滋生，这会造成问题——尤其当流量计被安装在饮用水管路内时。

根据另一有利实施例，收缩部尤其绕测量通道壁的整个外侧延伸。因此，在管道内的任何位置都不会增大开口截面，开口截面增大可能允许介质的过量部分进入介于壳体壁与测量通道壁之间的中间区域，从而会形成不再与流量测量不相关的被动流。

根据另一有利实施例，测量路径具有实际的测量通道，该测量通道包括测量通道壁，其中至少测量通道壁由金属制成或者包含金属。因此，获得了极抗老化和耐磨损的结构。此外，由金属制成的测量通道壁允许免除原本为了提供反射点而会需要的额外部件。因此在这种情况下，（一个或多个）声信号的反射可以因而直接发生在测量通道壁上。

附图说明

本发明的其它特征、优点和细节将根据以下参照附图给出的对实施例的描述而显而易见。

图1示出流量计的第一示例性实施例的纵剖视图（从侧面看），该流量计包括能可更换地插入到壳体中并具有密封的超声换能器的测量嵌件；

图2示出根据图1的流量计的测量嵌件的放大的纵剖视图，该测量嵌件包括用于覆盖超声换能器的外侧的盖板；

图3示出根据图1的流量计的测量嵌件的测量通道入口的正视图；以及

图4示出流量计的第二示例性实施例，该流量计包括能可更换地插入到壳体中的测量嵌件，该图示出穿过测量通道壁与壳体壁之间的收缩部的纵向截面的俯视图。

具体实施方式

在图1-4中以相同的附图标记表示相互对应的部件。以下更详细描述的示例性实施例的细节可以构成本发明本身或者本发明主题的一部分。

图1-3示出用于检测流过壳体2的介质3的流量的流量计1的示例性实施例。介质3按照箭头所示的流动方向4流过壳体2。在所描述的实施例中，壳体2是待检测的介质3所流过的管道系统的管段。也可以想到形式为单独安装到管道系统中的单独的装配式壳体的替换设计（还参见以下描述的根据图4的下述示例性实施例）。

流量计1是基于超声波的，并且根据传导时间差的原理工作。图1-3中示出的示例性实施例构造成检测介质3的流量。然而这并非限制性的。流量计1也可以构成组合式检测单元的组成部分，例如用于检测经由管道系统供给的热能或冷能的量。为此，提供额外的温度传感器（未在图1中示出）用以检测入流与出流之间的温差。以这种方式构造的热量计或冷量计于是检测经由管道系统供给且随后被使用的热能或冷能。以下描述仅涉及对介质3的流量的检测，但不限制前述的一般概念（通用性）。

流量计1包括可更换的测量嵌件5，该测量嵌件可以插入到壳体2的开口6中。图1示出测量嵌件5仅部分地插入到开口6中并因此未处于其最终安装位置的状态。

测量嵌件5包括弯曲金属片形式的测量通道7，该测量通道包围实际的测量路径8。根据图3的正视图示出测量通道7具有两个测量通道侧壁9、10和测量通道底壁11。测量通道7还具有在进入侧的测量通道入口7a以及在输出侧的测量通道出口7b（参见图1）。

壳体2还可以设置有确保测量嵌件5在安装到壳体2中时的正确安装位置的机械装置或其它装置。测量嵌件5相对于介质3的流动方向4始终以正确取向安装，这允许介质3经由测量通道入口7a进入测量路径8并且经由测量通道出口7b从测量路径8中排出。在未示出的替代示例性实施例中，测量嵌件5还可以是能转动的，换句话说，相对于流动方向4不存在安装测量嵌件5的优选取向。在这个替代实施例中，测量嵌件5极为可变，并且尤其可沿两个流动方向插入。

测量通道侧壁9和10以这样的方式连接至端板12，使得在它们之间形成结合。端板12也由金属制成。在示出的示例性实施例中，所述端板通过焊接连接至测量通道侧壁9和10。这种连接提供了机械稳定性。端板12以密封方式设置在壳体2的开口6的边缘上。

端板12设置有两个超声换能器13和14。在示出的示例性实施例中，超声换能器13和14旋拧到端板12中，从而也同时形成密封，所述密封防止介质3流过螺旋连接。超声换能器13和14定向成使得由它们产生或接收的声信号15相对于流动方向4以一倾斜角度被发射或接收（参见图1中示出的声信号的路径）。此外，超声换能器13和14相对于侧壁9和10的取向具有倾斜取向。所述换能器的发射和接收辐射的形式为分别指向两个测量通道侧壁9和10中的一者（参见图3中示出的声信号15的路径）。因此，声信号15在沿着测量路径8传播时遵循螺旋形路径，并且在测量通道侧壁9和10以及测量通道底壁11上具有多个反射点16。由于测量通道侧/底壁9、10、11是由金属制成的这个事实，使得它们的表面——在必要时被抛光——展示出对声信号15的非常好的反射特性，不需要用于提供反射点16的任何特殊的手段。

超声换能器13、14分别被构造成发射和接收声信号15。因此，存在两个声音传播方向，其中一个方向基本上对应于流动方向4，而另一个方向基本上对应于与流动方向4相反的方向。然后利用这两个相反的声信号15之间的传导时间差——借助未更详细示出的计算单元——来确定介质3的流量。

当测量嵌件5被安装好时，其中安装有超声换能器13、14的端板12将壳体2的整个开口6密封。连接是刚性的但可拆卸，例如是螺旋连接。另外，设置有未更详细示出并防止介质3泄漏的密封件。

在端板12的远离介质3的外侧设置有盖板17，该盖板同样可拆卸地安装在端板12上。在两个板12和17之间的连接区域中设置有另一密封件18，该密封件密封形成在两个板12和17之间的内部区域19，使该内部区域免受诸如水分等的外部影响。因此，盖板17确保超声换能器13、14被安全（牢靠）地覆盖。此外，所述盖板保护两个换能器13、14免受其它外部影响——例如电磁辐射，因此改善了流量计1的EMC性能。另外，盖板17防止意外接触到超声换能器13、14，这使得不可能或者至少几乎不可能不期望地损坏或操作声换能器。只有通过将盖板17移除才可能接近超声换能器13、14，然而这尤其需要使用工具。

超声换能器13和14的电连接端部伸到被保护的内部区域9中。超声换能器13和14的电连接线20和21借助于密封的导引贯通部（lead-through）22被引导穿过盖板17，在示出的示例性实施例（参见图2）中所述导引贯通部被构造成缆线封套。

结果，流量计1具有非常有利的可更换的测量嵌件5，该测量嵌件具有多部件结构，其部件包括测量通道7、端板12、插入到该端板中的超声换能器13和14、盖板17和各种密封件。测量嵌件5构成结构化单元并且因此可以整个地从壳体2中移出，例如用于维修或（验证）校准。测量嵌件5包括所有与测量相关的部件，尤其允许在壳体2外部且更进一步地在为此目的而建立的设施中执行（验证）校准。在此期间，壳体2可以保持在原位。当开口6已经设置有临时性的密封件——例如盖子时，管道系统——流量计1被安装在该管道系统中——可有利地保持运行，同时在被移除的测量嵌件5上实施作业。

测量嵌件5的坚固耐用的设计是另一优点。盖板17保护超声换能器13和14免受外部影响和免受可能的操作。

结果，流量计1主要由于测量嵌件5而在工作期间和在维修及（验证）校准期间提供优点。

图4示出流量计23的另一实施例。流量计23包括单独的装配壳体24，该装配壳体进而设置有可更换的测量嵌件25。在图4的示意性视图中示出，测量嵌件25基本上构造成与根据图1-3的流量计的测量嵌件5相似。因此，将参照对测量嵌件5的相应描述。测量嵌件25也具有测量通道7，该测量通道包括在进入侧的测量通道入口7a、在输出侧的测量通道出口7b以及测量通道侧/底壁9、10、11。

如以上已经描述的，装配壳体24构造成被单独地安装在管道系统中。为此，两个连接点设置有法兰构件26。装配壳体24还具有壳体壁27。当测量嵌件25被安装好时，在测量通道侧/底壁9、10、11的外侧与壳体壁27的内侧之间形成窄的中间区域28。该中间区域28基本上被绕整个测量通道7延伸的收缩部封闭，因此确保几乎没有待检测的介质3的任何部分越过测量通道7内的测量路径8流动。收缩部29——在所描述的实施例中由壳体壁27上的周向的板片状突出部形成——窄到使得仅有介质3的被动流30流过与测量不相关的窄的中间区域28。在收缩部29的区域中，一方面壳体壁27和另一方面测量通道侧/底壁9、10、11彼此靠得非常近，在它们之间形成余留开口31。结果，一方面中间区域28优选地被封闭至使得介质3的越过测量路径8流动的形式为被动流30的部分与检测流量不相关的程度。另一方面，所述余留开口的尺寸尤其足以确保少量的被动流30，所述被动流防止在收缩部29的前面形成死区——介质流在该死区处停止，从而可滋生细菌。特别地，不需要另外的精制密封装置来形成收缩部29。由壳体壁27的板片状突出部形成的收缩部29是完全足够的。另外或者作为替代，形成收缩部29的板片状突出部也可以形成在测量通道侧/底壁9、10、11的外侧上。

收缩部29确保介质3的过量被动流30被引导绕过实际的测量路径8，使得几乎不存在测量误差，因此进一步提高了流量计23的测量精度。在管道系统中产生的被动流30的量级与测量不相关。

Claims (12)

1.一种用于液体或气体介质（3）的流量计，该流量计包括壳体（2；24）和能插入到所述壳体（2；24）中的测量嵌件（5；25），其中所述测量嵌件（5；25）作为结构化单元至少包括：

a）用于将第一声信号（15）发射到在工作期间供所述介质（3）流过的测量路径（8）中的第一声换能器（13），和用于在所述第一声信号通过所述测量路径（8）之后接收该第一声信号（15）的第二声换能器（14）；

b）当所述测量嵌件（5；25）被插入时在工作期间供所述介质（3）流过的所述测量路径（8）；

c）至少一个端板（12），该端板密封所述壳体（2；24）的能供所述测量嵌件（5；25）插入的壳体开口（6）以防止所述介质（3）泄漏，并设置有所述两个声换能器（13，14）中的至少一个；和

d）至少一个外部换能器盖（17），该换能器盖在所述端板（12）的远离所述介质（3）的外侧覆盖所述两个声换能器（13，14）中的至少一个，其中

e）在所述换能器盖（17）与所述端板（12）之间设置有密封件（18），电连接线（20，21）以密封方式穿过所述换能器盖（17）被引导至所述两个声换能器（13，14）中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述换能器盖（17）刚性地固定至所述端板（12）。

3.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述换能器盖（17）仅能借助工具来拆除。

4.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，为所述第一声换能器（13）和所述第二声换能器（14）设置有共同的换能器盖（17）。

5.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，为所述第一声换能器（13）和所述第二声换能器（14）分别设置有单独的换能器盖。

6.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述测量嵌件（5；25）能以可更换的方式插入到所述壳体（2；24）中。

7.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述壳体是要被安装到供所述介质（3）流过的管道中的单独部件（24），或者是供所述介质（3）流过的管道的一体局部区域（2）。

8.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述测量路径（8）具有实际的测量通道（7），该测量通道包括用于所述介质（3）的测量通道入口（7a）、用于所述介质（3）的测量通道出口（7b）和至少一个测量通道壁（9，10，11），其中所述测量通道壁（9，10，11）在流动方向（4）上至少部分地包围所述测量路径（8），所述壳体（2；24）具有壳体壁（27），当所述测量嵌件（5；25）被插入时在位于所述测量通道壁（9，10，11）和所述壳体壁（27）之间的中间区域（28）内设置有收缩部（29）。

9.根据权利要求8所述的流量计，其特征在于，所述收缩部（29）由至少位于所述测量通道壁（9，10，11）与所述壳体壁（27）中的一者上的突出部形成。

10.根据权利要求8所述的流量计，其特征在于，在所述测量通道壁（9，10，11）与所述壳体壁（27）之间在所述收缩部（29）的区域内设置有余留开口（31）。

11.根据权利要求8所述的流量计，其特征在于，所述收缩部（29）绕整个测量通道壁（9，10，11）延伸。

12.根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述测量路径（8）具有实际的测量通道（7），该测量通道包括测量通道壁（9，10，11），至少所述测量通道壁（9，10，11）由金属制成或者包括金属。