CN111033184A - 流量计和反射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流量计，该流量计包括彼此隔开的至少两个测量传感器，优选超声波传感器，其中这些测量传感器的测量信号由抗沉积反射器反射。

Description

流量计和反射器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的流量计，该流量计用于测量管道之类中的流体的流量，并且本发明涉及一种适合于这种流量计的反射器。
背景技术
在EP 2 306 160 A1中，公开了一种流量计/流量计数器，其中，测量插入件既容纳超声波转换器，又形成实际的测量通道。因此，形成测量通道的型材主体浸入通过由凸缘包围的管段的凹部，这会影响测量范围内的流量，并且在其上额外设有用于测量信号的反射器。
在EP 2 386 836 B1中示出了类似的解决方案。测量通道内部的流动通道由壳体插入件确定，该壳体插入件适于从壳体的端面插入，其还支承用于超声波信号的反射器，以使得超声波由其中一个超声波转换器输出，并且例如经由反射器反射到位于下游的另一个超声波转换器。当然，信号也可以沿相反方向上被引导。
在文献EP 0 890 826 B1中描述了一种流量计，其中，在壳体的管段的区域中，测量插入件等同地附接到切向延伸凸缘。超声能量由紧固到插入件的底部、侧壁以及罩盖的多个反射表面以螺旋形偏转。由塑料制成的多个插入件设置成容纳反射器，并且以高精度来定位这些反射器。
这些解决方案的缺点在于，由于流体中的颗粒、沉淀物以及类似成分，在反射器上会形成沉积物，这会导致信号质量劣化。
发明内容
相反，基于本发明的目的是提供一种流量计/流量计数器以及反射器，其以改进的测量精度和改进的信号质量实现测量。
关于具有权利要求1的特征的流量计以及具有独立权利要求9的特征的反射器，实现了该目的。
本发明的有利发展是从属权利要求的主题。
优选地齐平插入的反射器具有反射表面，该反射表面的表面结构被构造成使得不存在用于污垢沉积物的潜在接触表面，对于污垢沉积物，尽管减小了湍流和失速，仍其可能产生。在流量极低且所伴随的流速很慢的情况下，如果反射器侧的横向壁布置在重力方向上，则呈沉淀物和/或其它悬浮颗粒形式的污垢沉积物会由于重力而在测量通道的反射器侧的横向壁处沉积在流体中。由于反射器的表面的性质，因此即使在低流速下，反射器表面上的沉积也几乎变得不可能，从而能够永久性地确保测量信号的反射以及所伴随的高信号质量。为了进一步抵消沉积，整个测量通道可能沿着流动方向的轴线回转，从而使得反射器侧的横向壁不位于重力方向上。
根据本发明的一个优选示例实施例，反射器离开超声波转换器布置在横向壁处，该反射器优选地插入为与横向壁的凹穴齐平。由于反射器/反射镜和/或传感器/联接件齐平地插入到测量通道中，因此防止了所述部件的区域中的湍流和失速以及所伴随的污垢沉积和由此导致的信号失真。还可以想象的是，将一个以上的反射器布置在测量通道中。在三反射器的布置中，两个反射器布置在与传感器相对的横向壁处，一个反射器布置在传感器之间，从而形成W形信号路径，该三反射器的布置适于加长信号路径，由此适于提高测量精度。
为了改进抗沉积性，该表面结构优选地形成为仿生的。这种形式在摩擦、磨损、润滑、润湿、自清洁和防污领域中具有优势。令人惊讶的是，事实证明，与光滑表面相比，根据生物学模型(仿生学)的特定结构化表面实现了期望的功能(例如，抗沉积性)，同时仍确保充分的反射。该表面结构还可以形成在反射器的涂层处。
仿生表面的一个示例实施例构成具有鲨鱼皮效应(肋骨效应)的表面。这种设计的表面持续地减小流体中的阻力，并且防止任何类型生物的沉积及生长(防污)。鲨鱼皮效应尤其是通过表面上的纵向微型凹槽而引起的。理想的是，这些纵向微型凹槽呈叶片的形式并且垂直于表面。然而，以方便方式制造成一种波形轮廓(扇形)的形状也实现了期望的效果。纵向凹槽的高度与纵向凹槽的距离之间的比率取决于周围流动的流体的流速，并且当流速达到5m/s时，该比率应落在从0.4到0.9的范围内，理想的是落在0.7的范围内。在该实施例中，肋部高度(h)是50μm，并且肋部间距(s)是70μm。
仿生表面的另一示例实施例是具有荷叶效应的表面，即该表面设置有超疏水层，在该超疏水层上，流体的接触表面仅仅占据流体表面的几个百分比。这种效应是由仿生表面中的结构凸起引起的，其不会损害超声波的反射。
仿生表面的另一合适变型是具有稻叶效应的表面，也就是说，不同高度的凸起沿流体的流动方向布置在该表面上。所述凸起横向于流动方向布置，其中，当从一个凸起的中心向下一个凸起的中心观察时，一些凸起示出是其它凸起的高度的一半，并且具有相等的直径，且彼此隔开双倍直径。
在根据本发明的流量计中，测量通道的在竖直轴线的方向上(大致在超声波信号的发送和接收方向上)延伸的侧壁隆起并且形成椭圆形状，其中，大致平坦或略微隆起的横向壁大致在横向轴线的方向上延伸。出人意料的是，事实证明，这种椭圆形的几何形状确保了最佳的流动以及所伴随的最高信号质量。
前述仿生表面关于其作为超声波反射器的功能得以优化。
附图说明
下文中，将借助示意附图详细地说明本发明的优选示例实施例，附图中：
图1示出了包括反射器的流量计的示例实施例；
图2表示反射器的示意图；
图3示意地示出了具有鲨鱼皮效应的表面结构；
图4示出了产生稻叶效应的表面层的示意图示；
图5示出了具有鲨鱼皮效应和稻叶效应的组合的反射器表面层的示意图示。
具体实施方式
图1图示了流量计1的纵向截面。从该视图中，显示了两个联接件2、4，这两个联接件包括两个传感器6和8。这些传感器插入两个相应的凹部10a、10b中。联接表面12与测量通道18的周向壁(横向壁14和侧壁16的相邻区域)齐平地延伸，该测量通道在该示例实施例中由管段20形成。因此，凸缘22的一部分形成横向壁14。在该示例实施例中，相对的横向壁24形成为具有向外开口的凹穴26，反射器28插入凹穴26中。
图2图示了在根据图1的测量通道18中的反射器28的可能示例实施例。在这种构造中，反射器28被压入到凹穴中。因此，要求反射器28构造有基部区域30。在不同形式的插入件中，该形状能够以不同方式配置。特别重要的是，反射器28的基础材料是适当反射超声的材料。这里，例如能够使用包含钢的结构或聚合结构，其中也可以设想适当反射超声的任何其它材料。将表面层32施加到所述基础材料。表面层32形成为具有抗沉积性，这将在以下附图中进一步讨论。
图3示意地示出了能够将表面设计有鲨鱼皮效应的方式。纵向微型凹槽36设置在基部区域34上。所述纵向凹槽以均匀的高度h和宽度t突出。相对于彼此的距离s在整个区域上均相等。例如，可以通过对基础材料34进行机械加工或者通过极为精细的铸造或注塑工艺来将所述纵向微型凹槽36施加到基础材料34。由于花丝结构，在制造方面，可以以降低的成本生产具有相等尺寸的波形结构38。在波形结构38中的凹槽的情况下，反射和抗沉积性不受限制。
图4示意地图示了稻叶结构的微观设计。以这种方式发生的抗沉积效应归因于所述结构。由此，将各个凸起40、42施加到该表面。例如，较小凸起42所具有的高度是较大凸起的高度的一半。当在流动方向上观察时，凸起40、42布置成并排设置，由此，一排大凸起40每次与一排小凸起42交替。除了不同高度以外，凸起均设计成相同，以使得直径D和距离P彼此相同。
图5形成了图3和图4两图的组合。在该图示中，具有鲨鱼皮效应的波形结构38连同造成稻叶效应的凸起40、42一起可见。必须要观察到的是，在该情况下，该图示具有均匀高度的凸起。未示出具有前述不同高度凸起的变型。
事实证明，反射器28的前述涂层或结构适于防止在使用期间沉积，或者至少适于阻止形成沉积物。
本发明公开了一种流量计，该流量计包括彼此隔开的至少两个测量传感器(优选是超声波传感器)，这些测量传感器的测量信号由抗沉积反射器所反射。
附图标记列表
1 流量计
2 联接件
4 联接件
6 传感器
8 传感器
10 凹部
12 联接表面
14 横向壁
16 侧壁
18 测量通道
20 管段
22 凸缘
24 横向壁
26 凹穴
28 反射器
30 基部区域
32 表面层
34 基部区域
36 纵向微型凹槽
38 波形结构
40 大凸起
42 小凸起
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种流量计，所述流量计包括测量通道(18)，所述测量通道适于插入在流体从中流过的管段中，在所述测量通道中布置有至少两个超声波传感器(6、8)，其中反射器(28)以离开所述超声波传感器(6、8)的方式布置在所述测量通道(18)的横向壁(24)处，所述反射器(28)具有抗沉积表面结构，其特征在于，所述反射器(28)的抗沉积性通过仿生结构来实现。
2.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述仿生结构具有鲨鱼皮效应。
3.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述仿生结构具有荷花效应。
4.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述仿生结构具有稻叶效应。
5.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述仿生结构具有鲨鱼皮效应和/或荷花效应和/或稻叶效应的组合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的流量计，其中，所述测量通道(18)具有椭圆形状。
7.根据前述权利要求中任一项所述的流量计，其中，所述反射器(28)被插入成与所述测量通道(18)齐平，并且/或者被插入在所述测量通道的凹穴(26)中。
8.一种反射器，所述反射器特别地用于根据权利要求1所述的流量计(1)，其中，所述反射器(28)具有抗沉积表面。

Claims (9)

1.一种流量计，所述流量计包括测量通道(18)，所述测量通道适于插入在流体从中流过的管段中，在所述测量通道中布置有至少两个超声波传感器(6、8)，其中反射器(28)以离开所述超声波传感器(6、8)的方式布置在所述测量通道(18)的横向壁(24)处，所述反射器(28)具有抗沉积表面结构。
2.根据权利要求1所述的流量计，其中，所述反射器(28)的抗沉积性通过所施加的表面层(32)或涂层的仿生结构来实现。
3.根据权利要求2所述的流量计，其中，所述仿生结构具有鲨鱼皮效应。
4.根据权利要求2所述的流量计，其中，所述仿生结构具有荷花效应。
5.根据权利要求2所述的流量计，其中，所述仿生结构具有稻叶效应。
6.根据权利要求2所述的流量计，其中，所述仿生结构具有鲨鱼皮效应和/或荷花效应和/或稻叶效应的组合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的流量计，其中，所述测量通道(18)具有椭圆形状。
8.根据前述权利要求中任一项所述的流量计，其中，所述反射器(28)被插入成与所述测量通道(18)齐平，并且/或者被插入在所述测量通道的凹穴(26)中。
9.一种反射器，所述反射器特别地用于根据权利要求1所述的流量计(1)，其中，所述反射器(28)具有抗沉积表面。
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