CN110702176A - 流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量流体流速的流量计(1)，其具有：由至少一个法兰端部(10)轴向界定的测量管(11)，测量管形成能被流体通流的测量空间(12)；和至少一个用于在流动中产生扰动的扰流体(13)，其中，扰流体(13)布置在测量空间(12)中，其中，在扰流体(13)的下游还布置有用于检测扰动的探测器(14)。根据本发明，设有插入测量管(11)中的具有基础部段(16)的插入元件(15)，其中，基础部段(16)布置在法兰端部(10)中，其中，插入元件(15)具有邻接基础部段(16)的U形夹(17)，U形夹伸入测量空间(12)中，其中，在U形夹(17)之间形成扰流体(13)并且将该扰流体保持在其在测量空间(12)中的位置上。

Description

流量计
技术领域
本发明涉及一种用于测量流体流速的流量计，所述流量计具有：由至少一个法兰端部轴向界定的测量管，该测量管形成能被流体通流的测量空间；和至少一个用于在流动中产生扰动的扰流体，其中，扰流体布置在测量空间中，其中，在扰流体的下游还布置有用于检测扰动的探测器。
背景技术
由文献EP 1 967 827 A1已知了一种用于测量流体的流速的流量计，所述流量计具有：测量管；插入测量管中的插入管，该插入管形成能被流体通流的测量空间；和至少一个用于在流动中产生扰动的扰流体，其中，扰流体布置在插入管中，其中，在扰流体的下游还布置有用于检测扰动的探测器。此外，探测器和扰流体通过测量管中的开口和插入管中的开口插入。
在此，通流过测量管的流体可以被加载80bar的和更大的压力。由于开口，插入管的和特别是测量管的结构被削弱/变薄。特别在材料老化时会导致形成裂缝并因此导致流体溢出。另一个缺点在于，测量管由于所插入的插入管而具有减小的内直径，由此产生压力损耗并且流动阻力提高。
由在后公开的文献DE 10 2018 101 278 A1已知了一种用于测量流体的流速的流量计，所述流量计具有：测量管，该测量管形成能被流体通流的测量空间；和至少一个扰流体，该扰流体布置在测量空间中，其中，在测量空间中在扰流体的下游还布置有作为探测器的测量体，该测量体由于在扰流体处形成的旋涡而能够偏转，其中，设有孔板元件，该孔板元件在上游布置在测量管前方，其中，孔板元件具有与测量空间的直径相对应的通道，其中，在孔板元件上设计有至少一个用于加强旋涡的突出部。
该设计方案的缺点在于，在扰流体设计在测量管上的位置上，测量管的结构同样被削弱。另一个缺点是，测量管在用于接纳探测器的开口处被削弱并且可能由于该开口形成泄漏。
发明内容
本发明的目的是，改进用于测量流体流速的流量计，该流量计适用于，在很长使用寿命内也安全和可靠地实现被加载以高压的流体的流速。
所述目的基于根据权利要求1的前序部分并结合特征部分的特征的流量计来实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。
本发明包括以下技术教导，即，设有插入测量管中的插入元件，该插入元件具有基础部段，其中，基础部段布置在法兰端部中，其中，插入元件具有连接着基础部段的U形夹(Bügel)，该U形夹伸入测量空间中，其中，在U形夹之间形成有扰流体并且使该扰流体保持在其在测量空间中的位置上。
本发明的核心是，通过插入元件给测量管提供扰流体，在没有削弱部位的情况下特别是在高压、高温或温度波动的情况下也能运行。由于测量管和扰流体不是被设计成一体，因此不存在连接部位处的结构性的削弱部位及其在测量管与扰流体之间的过渡部。通过使用插入元件可以使用不同的尺寸、特别是不同的U形夹长度并简单地进行更换。由此对于具有不同的性质、特别是不同粘性/粘度的流体，为了测量流速，可以在流体流中产生最佳的扰动。另一个优点在于，流动损耗可以保持很小，这是因为插入元件在测量管中不占据或仅占据少量的结构空间。
在一种有利的设计方案中，插入元件的基础部段被设计为环形体，该环形体布置在被设计在法兰端部中的环形槽中。由此能实现插入元件在测量空间中的更安全的装配和预先规定的定向和定位。通过将环形体插入环形槽中，在法兰端部的端侧表面与环形体的端侧表面之间形成齐平的过渡部。该齐平的过渡部在以下情况时是有利的：管道借助连接螺旋部拧紧在法兰端部处的螺纹上。由此形成密封的接口并且插入元件被保持在预设的位置中。此外，具有环形体的插入元件能特别简单地被更换，这是因为在法兰端部处能简单地触及和抓住该插入元件。
为了加强流动中的扰动、特别是为了加强所形成的湍流或旋涡，可以在插入元件的基础部段上在扰流体的上游设计至少一个径向向内突出的突出部。在此证明为特别有利的是，在基础部段的沿直径对置的位置上分别布置有各一个突出部。由此实现了湍流加强，该湍流加强即使在测量管中的流体流速低的情况下也能使用。这种效果的起因可以为，在扰流体的上游布置至少一个突出部会在突出部处产生湍流，在突出部处产生的湍流从突出部上分离并且可以加强在扰流体上产生的、所形成的卡门涡街的旋涡。结果得到对探测器的更强的加载，特别是通过周期性地在扰流体上脱落的被加强的旋涡。通过将突出部布置在基础部段上，使得附加的、保持突出部的部件成为多余。此外，突出部的费事的定位也成为多余，这是因为在插入插入元件时实现了定位。
有利的是，插入元件是由塑料制成的注塑构件或由金属材料、特别是黄铜制成的压铸构件。在此，基础部段、U形夹和扰流体被设计为一体的构件。通过一体的设计方案简化了插入元件的制造、在测量管中的安装和更换。此外通过基础部段、U形夹和扰流体的一体的和因此彼此间固定预设的布置而避免了在这些构件之间的由于公差所引起的偏移或错误布置。根据流体的性质、特别是粘性，以及流速，可以储备具有不同尺寸的构件、亦即U形夹、环形体、扰流体和突出部的插入元件，它们随后相应于特征以彼此更换的方式用在测量管中。
在一种有利的改进方案中，测量管的内壁具有至少一个和/或两个对置的纵向槽，当插入元件插入测量管中时，U形夹躺在所述纵向槽中。在此，纵向槽设计为与U形夹的横截面互补，使得内壁利用插入纵向槽中的U形夹形成为无中断的。通过纵向槽和U形夹简化了插入元件在测量管中的插入、以及定位和定向并且避免了错误定位。通过内壁的无中断的设计方案能实现流体的无扰动的流动并因此避免了压力损耗。
在流量计的一种有利的改进方案中，基础部段被设计为具有至少一个成型部，并且规定，测量管的法兰端部被设计为具有与成型部互补的缺口，从而当成型部接合到缺口中时，使插入元件围绕测量管的纵轴线旋转定向，即在旋转方向上具有规定的位置。通过所述定向特别可以确保，突出部和扰流体相对于探测器的位置能实现特别好地检测流动中的扰动，因此特别也可以检测低流速。
为了确保在没有结构削弱的情况下的结构刚性和流量计的、特别是测量管的改进的可注塑性能，测量管的内壁设计为连贯闭合的，和/或探测器集成在测量管的壁部中或在外侧布置在该测量管上。由此，不存在削弱部位例如开口，在该开口处可能形成裂缝或流体可能溢出。此外，通过将探测器布置在测量空间外部，不会额外损害流体的流动。
有利的是，探测器被设计为至少一个压电元件并且布置在测量管的外侧上。在一种特别有利的改进方案中，两个压电元件在对置的侧上布置在测量管的周部上。通过使用压电元件提供了用于无接触地检测流动中的扰动并确定流速的、成本有利的和可靠的部件。特别地，通过将各一个压电元件在测量管的对置的侧上以相对于扰流体的相同距离布置，能实现可靠地检测流动中的湍流或扰动，特别是当流动中的湍流或扰动沿纵轴线看交替地出现在扰流体的不同侧上(特别是以旋涡的形式出现)时。
特别有利的是，扰流体横向于测量空间的纵轴线例如沿竖轴穿过该测量空间延伸，其中，至少一个突出部在插入元件的基础部段上在关于竖轴围绕纵轴线转动了的位置中布置在内壁上。例如可以转动60°至90°、优选地80°至90°和特别优选地90°，从而突出部特别优选地被布置成直接横向于竖轴并且因此也横向于U形夹在基础部段上的布置。
附图说明
其它改进本发明的措施在下面与对本发明的一个优选实施例的说明一起借助附图详细显示。图中示出：
图1在透视图中示出根据第一实施例的具有插入元件的测量管；
图2在透视的单独视图中示出根据本发明的插入元件；
图3示出具有插入的插入元件的根据第一实施例的测量管的正视图；
图4示出沿图3的剖线A-A剖开的、具有插入的插入元件的测量管的横剖侧视图；
图5示出沿图3的剖线B-B剖开的、具有插入的插入元件的测量管的另一个横剖侧视图；
图6在透视图中示出布置在具有测量管内壁中的纵向槽的测量管前方的插入元件的另一个实施例；
图7在法兰端部的正视图中示出具有插入的插入元件的根据另一实施例的测量管；
图8示出沿图7的剖线C-C剖开的、具有插入的插入元件的测量管的横剖侧视图；和
图9示出沿根据图7的另一实施例的剖线D-D剖开的、具有插入的插入元件的测量管的横剖侧视图。
附图标记列表：
1 流量计
10 法兰端部
11 测量管
12 测量空间
13 扰流体
14 探测器
15 插入元件
16 基础部段
17 U形夹
18 环形体
19 环形槽
20 内壁
21 纵向槽
22 成型部
23 缺口
24 纵轴线
25 突出部
26 压电元件
27 外侧
28 流动方向
29 竖轴
具体实施方式
图1在透视图中示出具有形成在测量管11上的法兰端部10的流量计1。插入元件15在法兰端部侧被部分地插入测量管11中。插入元件15包括设计为环形体18的基础部段16，该基础部段具有两个成型部22以及一个扰流体13。扰流体13在此位于测量管11中。在法兰端部10上布置有用于接纳环形体18的环形槽19以及用于接纳互补的成型部22的缺口23。
在图2中示出插入元件15，该插入元件包括构造为环形体18的基础部段16，该基础部段具有设计在其上的两个U形夹17，在所述U形夹之间形成有扰流体13。在环形体18上径向向内地在两个沿直径相对的侧上设计有突出部25。此外，径向向外突出的成型部22形成在环形体18上。
在图3中以法兰端部10的平面图示出具有完全插入的插入元件15的测量管11。在此，成型部22落座在法兰端部10的缺口23中。布置在环形体18上的突出部25伸入测量空间12中，扰流体13也布置在该测量空间中。
图4和图5在沿根据图3的剖线A-A或B-B剖开的横剖侧视图中示出测量管11，该测量管具有完全插入其中的插入元件15以及两个构造为压电元件26的探测器14，这两个探测器例如粘接在测量管11的外侧27处的外壁上。通过粘接，有利于将超声波或超声波脉冲形式的、流体流中的扰动以无干扰的方式传递到压电元件26，其中，例如也可以在压电元件26的接纳体积中设置注油装置。通过根据图3和图4的成型部22和缺口23，实现插入元件15和扰流体13的围绕转动纵轴线24的定向。在此，突出部25和扰流体13围绕纵轴线24错开90°地布置。因为由扰流体13产生的湍流在这种布置中在压电元件26附近出现，因此湍流可以特别好地检测并且能准确地测量流体的流速。在这个具有成型部22和缺口23的设计方案中，界定测量空间12的内壁20是连贯闭合的并且是不中断地平坦的，由此得出测量管的高稳定性。这种性质特别在80bar以及更高的高压下测量流体流时是重要的。环形体18在插入状态中落座在测量管11的法兰端部10上的环形槽19中，由此，法兰端部10和环形体18在端侧上形成平坦的平面。U形夹17邻近地贴靠在测量管11的内壁20上并且伸入测量空间12中。
图6示出另一实施例中的流量计1，其包括设计在测量管11中的纵向槽21，用于接纳插入元件15的U形夹17。纵向槽21用于在U形夹插入测量管11中时接纳和引导U形夹17。同样显示出用于接纳环形体18的环形槽19。
图7示出具有完全插入的插入元件15的测量管11。在此，突出部25伸入测量空间12中，扰流体13布置在测量空间12中。根据图8和图9的竖轴平行于剖线C-C延伸。
图8和图9示出沿剖线C-C或D-D剖开的根据图7的测量管11的一部分，其中插入元件15完全插入在测量管11中。U形夹17在此齐平地放置在纵向槽21中。通过所述齐平的形状锁合，避免了在流体通流时U形夹17或扰流体13的振动。通过纵向槽21，测量管11的内壁20和U形夹17的内表面彼此齐平并且形成测量空间12。在测量管11的外侧27上以沿直径相对的方式布置有两个压电元件26形式的探测器14，其中，油/传导油脂(Leitfett)或另一种合适的材料、例如粘合剂施加在测量管11和压电元件26之间，以便确保改进超声波向流体中和从流体向压电元件26的传递。压电元件26通过插接或焊接与信号缆线连接，通过该信号缆线将测量信号从压电元件传输到分析处理单元以用于分析处理和确定流体的流速。
测量空间12的通流在利用箭头表明的流动方向28上进行，在扰流体13的下游设有两个压电元件26。由于扰流体13的绕流，在该扰流体处形成湍流或脱落的旋涡形式的周期性的扰动。在此产生声波。在扰流体13的上游，在测量空间12的内壁20旁以相对于扰流体13沿侧向布置的方式设有两个突出部25。突出部25在对置的布置结构中成型在环形体18上，其中，突出部25的布置结构的直径方向根据示出的实施例相对于竖轴29转动了90°，扰流体13沿该竖轴延伸。在直径上相对而置的压电元件26相对于竖轴29转动了90°地布置在测量管11的外侧27上。
如果进行了测量空间11的通流，那么在突出部25处或直接在该突出部后方形成湍流，该湍流影响扰流体13处的湍流和/或例如可以和扰流体13处的旋涡相联合并且因此使其增大。由此得到在扰流体13处的湍流加强，由此也加强了声波。由此即使在流体以非常低的流速穿过测量管11的情况下也能通过压电元件26更好地测量流动。
本发明的设计方案不限于上面给出的优选实施例，而是可以考虑多种变型，这些变型即使在原理上是其它类型的设计方案的情况下也可以被用于所示出的技术方案。所有由权利要求、说明书或附图得出的特征和/或优点、包括结构方面的细节或空间布置在内，都可以本身以及在不同组合中是对于本发明重要的。

Claims (12)

1.一种用于对流体的流速进行测量的流量计(1)，所述流量计具有：在轴向上利用至少一个法兰端部(10)来界定的测量管(11)，该测量管形成能被流体通流过的测量空间(12)；和至少一个用于在流动中产生扰动的扰流体(13)，其中，扰流体(13)布置在测量空间(12)中，其中，在扰流体(13)的下游还布置有用于检测扰动的探测器(14)，
其特征在于，
设有插入测量管(11)中的插入元件(15)，该插入元件具有基础部段(16)，其中，基础部段(16)布置在法兰端部(10)中，其中，插入元件(15)具有邻接基础部段(16)的U形夹(17)，该U形夹伸入测量空间(12)中，其中，在U形夹(17)之间形成所述扰流体(13)并且将该扰流体保持在其在测量空间(12)中的位置上。
2.根据权利要求1所述的流量计(1)，其特征在于，插入元件(15)的基础部段(16)形成环形体(18)，该环形体布置在加工在法兰端部(10)中的环形槽(19)中。
3.根据权利要求2所述的流量计(1)，其特征在于，基础部段(16)、U形夹(17)和扰流体(13)共同设计为一体的构件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，测量管(11)的内壁(20)具有至少一个和/或两个对置的纵向槽(21)，当插入元件(15)插入测量管(11)中时，U形夹(17)被置入所述纵向槽中。
5.根据权利要求4所述的流量计(1)，其特征在于，纵向槽(21)被设计为与U形夹(17)的横截面互补，使得内壁(20)连同插入纵向槽(21)中的U形夹(17)一起形成为无中断的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，基础部段(16)设有至少一个成型部(22)，测量管(11)的法兰端部(10)设有与成型部(22)互补的缺口(23)，从而当成型部(22)接合到缺口(23)中时，使插入元件(15)围绕测量管(11)的纵轴线(24)旋转定向。
7.根据前述权利要求中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，测量管(11)的内壁(20)被设计为全闭合的，和/或探测器(14)集成在测量管(11)的壁部中或在外侧布置在该测量管上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，在插入元件(15)的基础部段(16)上，在扰流体(13)的上游设计有至少一个径向向内突出的突出部(25)。
9.根据权利要求8所述的流量计(1)，其特征在于，在基础部段(16)的沿直径相对的位置上布置有两个突出部(25)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，插入元件(15)是由塑料制成的注塑构件或者是由金属材料制成的压铸构件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的流量计(1)，其特征在于，探测器(14)被设计为至少一个压电元件(26)并且探测器布置在测量管(11)的外侧(27)上。
12.根据权利要求11所述的流量计(1)，其特征在于，两个压电元件(26)在对置的侧上布置在测量管(11)的周部上。
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