DE102004060065A1

DE102004060065A1 - Ultraschall Durchflussmesser mit Leitelementen

Info

Publication number: DE102004060065A1
Application number: DE102004060065A
Authority: DE
Inventors: Uwe Konzelmann; Tobias Lang; Christoph Gmelin; Sami Radwan
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2024-12-15
Also published as: US7252015B2; US20060156828A1; ITMI20052369A1; DE102004060065B4

Abstract

Messung von Volumenströmen oder Massenströmen im Ansaugtrakt von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren spielt eine wesentliche Rolle bei der Verminderung der Schadstoffemission. Es wird daher ein Ultraschall-Durchflussmesser (414) zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit eines mit einer Hauptströmungsrichtung (210) strömenden Fluids vorgeschlagen. Der Ultraschall-Durchflussmesser (414) weist mindestens zwei Ultraschallwandler (116, 118) auf, wobei die Ultraschallwandler (116, 118) unter einem von 90 DEG verschiedenen Winkel alpha zur Hauptströmungsrichtung (210) Ultraschallwellen emittieren und/oder empfangen können. Weiterhin weist der Ultraschall-Durchflussmesser (414) mindestens ein ganz oder teilweise in dem Fluid (112) angeordnetes Leitelement (216, 218; 410, 412; 510, 512; 610, 612; 710, 718) auf. Dieses Leitelement (216, 218; 410, 412; 510, 512; 610, 612; 710, 718) lenkt zumindest einen Teil (220, 222) des strömenden Fluids derart um, dass beim Umlenken zumindest einem Teil (220, 222) des strömenden Fluids eine Geschwindigkeitskomponente (226) senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (210) übertragen wird. Als Leitelemente (216, 218; 410, 412; 510, 512; 610, 612; 710, 718) werden insbesondere Leitflügel (216, 218; 410, 412; 424, 426; 718) oder Verdrängungskörper (710) vorgeschlagen. Zusätzlich können an den Leitelementen (216, 218; 410, 412; 510, 512; 610, 612; 710, 718) Turbulatoren (626, 628; 720, 722) vorgesehen sein, welche eine Längswirbelschicht entlang der Leitelemente ...

Description

Technisches Gebiet
Ultraschall-Durchflussmesser werden im Automobilbereich, insbesondere im Ansaugtrakt von Verbrennungsmotoren, zur Volumenstrom- oder Massenstrommessung eingesetzt. Dabei werden typischerweise Ultraschallwandler eingesetzt, welche sowohl Ultraschallwellen in ein fluides Medium (Fluid) emittieren können als auch Ultraschallwellen empfangen können. Dabei wird die Laufzeit von Ultraschallsignalen, welche von einem Emitter zu einem Empfänger übermittelt werden, durch die Strömung des Fluids beeinflusst. Aus dem Grad der Beeinflussung der Laufzeit lässt sich auf die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids schließen.

Aus der GB 2 101 318 A ist ein Ultraschall-Durchflussmesser bekannt, bei welchem zwei Ultraschallwandler auf gegenüberliegenden Seiten eines von einem Fluid (112) durchströmten Rohres angebracht sind. Dabei sind die Wandler leicht versetzt zueinander angeordnet, so dass Ultraschallwellen, welche von einem Wandler emittiert und von dem zweiten Wandler empfangen werden, sich unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Strömungsrichtung des Fluids ausbreiten.

Neben der in der GB 2 101 318 A beschriebenen Anordnung sind auch Ultraschall-Durchflussmesser bekannt, bei welchen Ultraschallwellen, welche von einem Ultraschallwandler emittiert werden, zunächst ein- oder mehrfach reflektiert werden, bevor sie von einem zweiten Ultraschallwandler, welcher auf der selben Seite des durchströmten Rohres angeordnet ist wie der erste Ultraschallwandler, empfangen werden. Derartige Anordnungen sind beispiels weise in der EP 0 477 418 A1 , in der GB 1 541 419 und in der JP 59100820 A beschrieben. In der EP 0 477 418 A1 ist dabei eine aus zwei Ultraschallwandlern und einer Reflektoranordnung bestehende Einheit in eine zusammenhängende Einbaueinheit integriert, welche in ein Messrohr eingebaut werden kann.

Das Funktionsprinzip dieser dem Stand der Technik entsprechenden Messanordnungen ist in 1 dargestellt. Dabei wird ein Strömungsrohr 110 von einem Fluid 112, beispielsweise Luft, im Wesentlichen laminar mit einer Strömungsgeschwindigkeit

114 durchströmt. Zwei Ultraschallwandler 116 und 118 sind derart auf gegenüberliegenden Seiten des Strömungsrohrs 110 angeordnet, dass der erste Ultraschallwandler 116 Ultraschallwellen emittieren kann, welche vom zweiten Ultraschallwandler 118 empfangen werden können, wobei diese Ultraschallwellen sich mit einer Geschwindigkeit v ⇀_UL 120 unter einem von 90° verschiedenen Winkel α zur. Strömungsgeschwindigkeit 114 ausbreiten. In der dargestellten Anordnung breiten sich die Ultraschallwellen vom Ultraschallwandler 116 zum Ultraschallwandler 118 aufgrund der Bewegung des Fluids 112 mit der Geschwindigkeit 114 mit einer gegenüber einem unbewegten Fluid 112 erhöhten Geschwindigkeit v_UL,1 aus: vUL,1 = vUL + vFL·cosα (1)

Dabei bezeichnet v_UL die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen in einem unbewegten Fluid. Werden hingegen Ultraschallwellen vom Ultraschallwandler 118 emittiert und vom Ultraschallwandler 116 empfangen, so breiten sich diese Wellen mit einer gegenüber der Ausbreitungsgeschwindigkeit v_UL im unbewegten Fluid 112 verringerten Geschwindigkeit v_UL,2 aus: vUL,2 = vUL – vFL·cosα (2)

Vergleicht man also eine Laufzeit t₁, welche ein Signal vom Ultraschallwandler 116 zum Ultraschallwandler 118 benötigt mit einer Laufzeit t₂, welche ein Ultraschallsignal vom Ultraschallwandler 118 zum Ultraschallwandler 116 benötigt, so lässt sich daraus die Strömungsgeschwindigkeit v_FL 114 des Fluids bestimmen:

Eine analoge Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit v_FL lässt sich auch für Reflexionsanordnungen, wie sie beispielsweise in der EP 0 477 418 A1 beschrieben sind, durchführen.

Die im Stand der Technik beschriebenen Anordnungen weisen jedoch alle das Problem auf, dass der Winkel α in 1 für eine erfolgreiche Strömungsmessung genügend klein, zumindest aber wesentlich kleiner als 90° sein muss. Daraus ergibt sich das Problem, dass die Oberflächen der Ultraschallwandler 116, 118 sich nicht wandbündig in die Innenfläche des Strömungsrohres 110 einpassen lassen. Es ergeben sich also Ausbuchtungen 122 des Strömungsrohrs 110 im Bereich der Ultraschallwandler 116, 118, welche Turbulenzen und Strömungsablösungen zur Folge haben. Diese Turbulenzen bewirken Druckschwankungen und können zu störenden Signalbeiträgen führen, die den eigentlichen Ultraschallsignalen als Rauschen überlagert sind.

Ein weiterer Nachteil dieser Turbulenzen und Strömungsablösungen besteht darin, dass sich in den Turbulenzbereichen in dem strömenden Medium enthaltene Verschmutzungen oder Partikel, wie zum Beispiel Staub, Öl- oder Wassertröpfchen, bevorzugt niederschlagen. Eine mögliche Abhilfemöglichkeit liegt darin, keilförmige Anpassungskörper einzusetzen, welche die Ausbuchtungen 122 des Strömungsrohrs 110 ausfüllen, aber durchlässig sind für Ultraschallwellen. Nachteilig ist hierbei allerdings, dass die Schichtdicke der keilförmigen Anpassungskörper über den Querschnitt eines emittierten Ultraschallbündels variiert. Dadurch wird eine Resonanzanpassung zur effizienten Ultraschalleinkopplung in das strömende Medium erschwert. Weiterhin reagiert ein solcher Aufbau empfindlich auf Körperschalleinkopplungen im Strömungsrohr 110.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung schlägt daher einen Ultraschall-Durchflussmesser zur Messung des Volumenstroms und/oder des Massenstroms eines Fluids vor, welcher insbesondere im Ansaugtrakt eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors eingesetzt werden kann.

Die Erfindung basiert auf einem dem Stand der Technik entsprechenden Ultraschall-Durchflussmesser zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden Fluids. Dabei werden mindestens zwei Ultraschallwandler eingesetzt, wobei die Ultraschallwandler unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung Ultraschallwellen in das strömende Fluid emittieren bzw. Ultraschallwellen empfangen können. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass im Fluid mindestens ein Leitelement angeordnet ist, welches zumindest einen Teil des strömenden Fluids derart umlenkt, dass beim Umlenken zumindest einem Teil des strömenden Fluids eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Hauptströmungsrichtung übertragen wird.

Die Erfindung lässt sich sowohl auf lineare Anordnungen, wie sie beispielsweise in der GB 2 101 318 A beschrieben sind, als auch auf Reflexionsanordnungen, wie beispielsweise in der EP 0 477 418 A1 dargestellt, anwenden. Bereits in der EP 0 477 418 A1 wird beschrieben, wie beispielsweise eine Reflexionsplatte als Leitschaufel zur Strömungsharmonisierung eingesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung geht jedoch darüber hinaus und nutzt mindestens ein Leitelement, welches insbesondere die Strömung so umlenken kann, dass sich die Strömung optimal an die oben beschriebenen Ausbuchtungen, welche durch in eine Rohrwand eines Strömungsrohrs eingelassene Ultraschallwandler verursacht werden, anpasst.

Die Leitelemente lassen sich auf verschiedene Weise realisieren. Als besonders vorteilhaft haben sich dabei beispielsweise gegenüber der Hauptströmungsrichtung des Fluids verkippte Leitflügel erwiesen. Die Leitelemente, insbesondere die verkippten Leitflügel, lassen sich beispielsweise lamellenartig in dem Fluid anordnen.

Neben Leitflügeln lassen sich weiterhin vorteilhaft auch Verdrängungskörper einsetzen, welche beispielsweise lokal den Flussquerschnitt des Strömungsrohrs verengen.

Die beschriebene Anordnung lässt sich weiterhin auch ganz oder teilweise in einen Steckfühler integrieren, welcher in das Strömungsrohr eingesetzt werden kann. Dabei lassen sich insbesondere einer oder mehrere Ultraschallwandler sowie eine elektronische Steuervorrichtung zum Ansteuern und/oder Auslesen mindestens eines Ultraschallwandlers in den Steckfühler integrieren. Die elektronische Steuervorrichtung zum Auslesen mindestens eines Ultraschallwandlers kann beispielsweise eine Elektronik zum Vorverarbeiten empfangener Signale beinhalten. Auch entsprechende elektronische Steckverbindungen zum Kontaktieren des Steckfühlers können integriert sein. Weiterhin kann mindestens ein eine Reflexionsfläche aufweisender Reflexionskörper in den Steckfühler integriert sein, wodurch sich beispielsweise eine der oben beschriebenen Reflexionsanordnungen verwirklichen lässt. Vorteilhafterweise wird dabei der mindestens eine Reflexionskörper derart in das Strömungsrohr eingesteckt, dass Fluid auf beiden Seiten der Reflexionsfläche an dem Reflexionskörper entlang strömen kann. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass, wenn der Reflexionskörper nicht an der Wand des Strömungsrohrs anliegt, in der Strömung eventuell enthaltene Wassertröpfchen sich vor dem Durchströmen des Steckfühlers als Wandfilm am Strömungsrohr niederschlagen, wobei der Wandfilm dann durch das Strömungsrohr fließen kann, ohne die Reflexionsfläche zu benetzen bzw. zu verschmutzen und somit die Reflexion zu stören.

Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:
1 einen schematischen Aufbau einer Anordnung zur Ultraschall-Durchflussmessung;
2A eine dem Stand der Technik entsprechende Anordnung zur Utraschall-Durchflussmessung mit zwei gegenüberliegenden Ultraschallwandlern ohne Leitelemente;
2B eine Anordnung zur Utraschall-Durchflussmessung mit zwei gegenüberliegenden Ultraschallwandlern mit zwei gegen eine Hauptströmungsrichtung des Fluids verkippten Leitflügeln mit Darstellung der Ablösebereiche;
3 eine Anordnung zur Utraschall-Durchflussmessung mit zwei Ultraschallwandlern, einer Reflexionsfläche und einem gegen die Hauptströmungsrichtung des Fluids verkippten Leitflügel;
4 eine zu 3 alternative Ausführungsform einer in einen Steckfühler integrierten Anordnung mit zwei gegen die Hauptströmungsrichtung des Fluids verkippten Leitflügeln;
5 eine zu 4 alternative Ausführungsform mit einer Mehrzahl von lamellenartig angeordneten, gegen die Hauptströmungsrichtung des Fluids verkippten Leitflügeln;
6A eine Seitenansicht einer zu den 3 bis 5 alternative Ausführungsform mit komplexen Leitelementen;
6B eine Schnittdarstellung der Anordnung gemäß 6A mit Schnittebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Fluids;
6C eine erste Ausführungsform der komplexen Leitelemente gemäß den 6A und 6B in Draufsicht;
6D die Ausführungsform gemäß 6C in Ansicht von vorne;
6E eine zweite Ausführungsform der komplexen Leitelemente gemäß den 6A und 6B;
6F die Ausführungsform gemäß 6E in Ansicht von vorne;
6G eine dritte Ausführungsform der komplexen Leitelemente gemäß den 6A und 6B;
6H die Ausführungsform gemäß 6G in Ansicht von vorne; und
7 eine Anordnung zur Utraschall-Durchflussmessung mit zwei gegenüberliegenden Ultraschallwandlern mit einem Verdrängungskörper.
Ausführungsvarianten
Analog zu 1 ist in 2A noch einmal eine Anordnung mit zwei gegenüberliegenden Ultraschallwandlern 116, 118 dargestellt, welche in einer Richtung quer zur Hauptströmungsrichtung 210 (d. h. parallel zu der Strömungsgeschwindigkeit 114 in 1) Ultraschallwellen unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung 2l0 austauschen können. In 2A sind dabei exemplarisch zwei Strömungslinien 212 des Fluids dargestellt. Die Strömung des Fluids im Rohr verläuft überwiegend frei von Ablösegebieten.
Die beiden Ultraschallwandler 116, 118 senden sich gegenseitig Ultraschallsignale zu, deren Laufzeiten, wie oben beschrieben, eine Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit v_FL 114 erlauben.
Wie in 2A dargestellt, bilden sich im Bereich der Ausbuchten 122 vor den Ultraschallwandlern 116 und 118 so genannte Ablösegebiete 214 aus, innerhalb derer keine laminare Strömung mehr vorherrscht, sondern eine turbulente Strömung. Diese Turbulenzen führen einerseits dazu, dass die einfache Gleichung (1) (siehe oben) zur Berechnung der Überlagerungen der Geschwindigkeiten der Ultraschallwelle v_UL und der Strömungsgeschwindigkeit v_FL des Fluids nicht mehr zu sinnvollen Ergebnissen führen, da in diesen Ablösegebieten 214 insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit v_FL des Fluids nicht mehr eindeutig definiert ist. Weiterhin treten in diesen Ablösegebieten 214 auch erhebliche Druckschwankungen innerhalb des Fluids auf, wodurch auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit v_UL der Ultraschallwellen im Fluid 112 stark schwanken kann. Insgesamt bewirken also diese unmittelbar vor den Ultraschallwandlern 116 und 118 lokalisierten Ablösegebiete 214 mit den dort ausgebildeten Wirbeln eine starke Verschlechterung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses und somit eine Abnahme der Messgenauigkeit. Die Breite dieser Ablösegebiete 214 kann zusätzlich mit der Temperatur des strömenden Fluids stark schwanken. Mit der in 2A dargestellten Anordnung ist also eine driftfreie und genaue Strömungserfassung in einem Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors zur Einhaltung strenger Abgasnormen nur schwer möglich.
In 2B ist demgegenüber eine erfindungsgemäße Abwandlung der Messanordnung gemäß 2A dargestellt. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden zwei Leitflügel 216 und 218 eingesetzt, welche jeweils zur Hauptströmungsrichtung 210 des Fluids verkippt sind und welche jeweils einen Teil 220 bzw. 222 der Strömung des Fluids in Richtung auf die Ultraschallwandler 116 bzw. 118 umlenken. Dadurch wird bewirkt, dass die Strömungslinien 212 in der Nähe der Wand des Strömungsrohrs 110 sich stärker dem Wandverlauf und den Ausbuchtungen 122 vor den Ultraschallwandlern 116 und 118 anpassen. Dadurch erhält die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids eine Komponente v ⇀ S / FL 226 senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 210 des Fluids, in Richtung auf die Ultraschallwandler 116 bzw. 118. Dadurch werden die Ablösegebiete 214 im Bereich der Ausbuchtungen 122, wie in 2B zu sehen, stark verringert. In diesem Ausführungsbeispiel ragen die Ablösegebiete 214 praktisch nicht mehr in den für einen Austausch von Ultraschallwellen zwischen den Ultraschallwandlern 116 und 118 erforderlichen Wellenbereich 224. Dadurch wird die Messgenauigkeit der Messung der Strömungsgeschwindigkeit 114 stark verbessert. Eine derartige Verbesserung der Messgenauigkeit lässt sich mit den aus dem Stand der Technik bekannten Gleichrichtungsgittern, welche im Wesentlichen zur Hauptströmungsrichtung 210 parallele Elemente, zum Beispiel einen Reflektorkörper (siehe zum Beispiel EP 0 477 418 A1 ), welcher lediglich zur Homogenisierung der Strömung eingesetzt wird, nicht erzielen.
Durch die Leitflügel 216 und 218 kommt es hinter diesen Elementen zur Ausbildung von Wirbelbereichen 228 bzw. 230, welche im Wellenbereich 224 der Ultraschallwandler 116 und 118 liegen, innerhalb derer Druckschwankungen auftreten können. Diese Druckschwankungen lassen sich jedoch durch eine integrative Messcharakteristik der Ultraschallwandler 116 und 118 bzw. einer entsprechenden elektronischen Steuervorrichtung zum Auslesen der Ultraschallwandler 116 und 118, ausgleichen. Daher führen die von den Leitflügeln 216 und 218 erzeugten Wirbelbereiche 228 und 230 im Wellenbereich 224 nicht zu einer Verringerung der Messgenauigkeit.
Die Verkippungswinkel der Leitflügel 216 bzw. 218 relativ zur Hauptströmungsrichtung 210 des Fluids sind dabei derart gewählt, dass die Strömung (d. h. die Strömungslinien 212) zwar leicht in Richtung auf die Ultraschallwandler 116 und 118 abgelenkt wird, aber immer noch eine genügend große Komponente in Richtung der Ausbreitungsgeschwindigkeit v ⇀_UL 120 aufweist. Dieser Kompromiss bewirkt, dass das oben beschriebene Messverfahren (welches bei einem Winkel α = 90° zwischen der Strömungsgeschwindigkeit v ⇀_FL 114 und Ausbreitungsgeschwindigkeit v ⇀_UL 120 der Ultraschallwellen nicht mehr anwendbar ist, noch durchführbar ist.
In der Darstellung in 2B sind die Leitflügel 216 und 218 als flache Körper mit geraden, parallel verlaufenden Kanten ausgeführt, was für die meisten Anwendungsfälle ausreichend ist. Alternativ können die Leitflügel 216 und 218 für eine gleichmäßige Strömungsführung an jeweiligen An- oder Abströmkanten gerundet oder spitz oder aerodynamisch günstig ausgeführt werden. Darüber hinaus können die Leitflügel 216 und 218 für eine gezieltere Lenkung der Strömung des Fluids gekrümmt oder gewölbt ausgeführt werden, wobei beispielsweise auch eine Materialstärke der Leitflügel 216 und 218 über eine Länge der Leitflügel 216 und 218 hinweg variieren kann, beispielsweise ähnlich einem Tragflügel eines Flugzeugs.
Alternativ zu der in 2B dargestellten Ausführungsform der Erfindung mit zwei gegenüberliegenden Ultraschallwandlern 116 und 118 sind such Ausführungen mit Reflexionsanordnungen (siehe oben) erfindungsgemäß einsetzbar. Ein Beispiel einer derartigen Ausführung ist in 3 dargestellt. Wiederum werden hierbei zwei Ultraschallwandler 116 und 118 eingesetzt, welche jedoch in diesem Ausführungsbeispiel auf derselben Seite und verkippt zueinander in eine Wand eines Strömungsrohrs 110 integriert sind. Durch die Verkippung der Ultraschallwandler 116 und 118 entsteht wiederum eine Ausbuchtung 122, in welcher sich Ablösegebiete 214 (nicht dargestellt) ausbilden können. Zwischen den Ultraschallwandlern 116 und 118 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Bauraum 310 angeordnet, welcher nicht von Fluid 112 durchströmt wird und welcher beispielsweise für die Aufnahme einer elektronischen Anschlussvorrichtung (zum Beispiel einer Steckverbindung) und/oder für die Aufnahme einer elektronischen Steuervorrichtung zum Ansteuern und/oder Auslesen mindestens eines der Ultraschallwandler 116, 118 genutzt werden kann. So kann beispielsweise eine Vorverarbeitung der von den Ultraschallwandlern 116 und 118 generierten Signale bereits in dieser elektronischen Steuervorrichtung erfolgen. Auch eine vollständige Verarbeitung der Signale ist möglich.
Weiterhin weist die Anordnung in 3 eine Reflexionsfläche 312 auf der Wand des Strömungsrohrs 110 auf, welche Ultraschallsignale der Ultraschallwandler 116, 118 reflektieren kann. Dabei kann beispielsweise das Wandmaterial des Strömungsrohrs 110 für sich schon ausreichende Reflexionseigenschaften für Ultraschallwellen aufweisen. Zusätzlich kann die Innenwand des Strömungsrohrs jedoch auch im Bereich der Reflexionsfläche 312 mit einer zusätzlichen Beschichtung versehen werden. An der Reflexionsfläche 312 werden Ultraschallwellen, welche von einem der Ultraschallwandler 116, 118 emittiert werden, reflektiert, so dass sie von dem jeweils anderen der Ultraschallwandler 116, 118 empfangen werden können. Auch komplexere Reflexionsanordnungen sind möglich, bei denen beispielsweise Ultraschallwellen mehrfach an verschiedenen Reflexionsflächen 312 reflektiert werden, bevor sie zum jeweils anderen Ultraschallwandler 116, 118 gelangen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise die Laufzeitunterschiede und damit die Messgenauigkeit erhöhen.
Wiederum ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Leitflügel 314 vorgesehen, welcher einen Teil der Strömung des Fluids 112 in Richtung auf die Ultraschallwandler 116 118, bzw. in Richtung auf die Ausbuchtung 122, ablenkt. Wiederum wird dadurch im Bereich der Ausbuchtung 122 die Bildung eines (hier nicht dargestellten) Ablösegebietes 214 vor den Ultraschallwandlern 116, 118 verhindert bzw. verringert und dadurch die Signalqualität und die Messgenauigkeit der Ultraschall-Durchflussmessung erheblich verbessert.
In 4 ist eine zur Anordnung in 3 alternative Ausführungsform dargestellt, bei welcher zwei gegen die Hauptströmungsrichtung 210 des durch ein Strömungsrohr 110 strömenden Fluids 112 verkippte Leitflügel 410 und 412 eingesetzt werden. Wiederum sind die Leitflügel 410 und 412 in diesem Beispiel als lang gestreckte flache Körper mit zwei langen parallelen, gerade verlaufenden Seitenwänden ausgebildet. Alternativ könnten wiederum auch gekrümmte Leitflügel eingesetzt werden, welche sich dem gewünschten Strömungsverlauf stärker anpassen. In diesem Ausführungsbeispiel übernimmt der Leitflügel 410 die Aufgabe, dem Fluid 112 eine Geschwindigkeitskomponente 226 senkrecht zu der Ausbuchtung 122 zu verleihen, wodurch sich die Strömung besser dem Wandverlauf der Anordnung anpasst. Der zweite Leitflügel 412 dient hingegen dazu, die Strömung nach Durchströmen des Ultraschall-Durchflussmessers 414 wieder an die Hauptströmungsrichtung 210 anzupassen.
Das Strömungsrohr 110 kann beispielsweise eine rechteckigen oder runden bzw. ovalen Querschnitt aufweisen und beispielsweise zylindrisch geformt sein. Wiederum wird in diesem Ausführungsbeispiel, analog zu 3, eine Reflexionsanordnung eingesetzt. In diesem Fall sind die Komponenten des Ultraschall-Durchflussmessers 414 jedoch in einen Steckfühler 416 integriert. Der Steckfühler 416 umfasst die beiden Ultraschallwandler 116 und 118, den dazwischen liegenden Bauraum 310, welcher entsprechend dem in 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel zum Beispiel für die Integration einer elektronischen Anschlussvorrichtung und/oder einer elektronischen Steuervorrichtung genutzt werden kann (wodurch die elektroni sche Anschluss- und die elektronische Steuervorrichtung Bestandteile des Steckfühlers 416 werden), sowie einen Reflexionskörper 418, welcher mit einer Reflexionsfläche 312 versehen ist. Weiterhin weist der Steckfühler 416 eine Halterung 420 auf, welche die einzelnen Komponenten verbindet und zueinander ausgerichtet hält. Auch die Leitflügel 410 und 412 werden in diesem Ausführungsbeispiel durch die Halterung 420 des Steckfühlers 416 fixiert und bilden einen integralen Bestandteil des Steckfühlers 416.
Die Ultraschallwandler 116 und 118 senden sich gegenseitig Ultraschallwellen über den Wellenbereich 224 zu, wobei die Ultraschallwellen, welche von einem der Ultraschallwandler 116, 118 emittiert werden, an der Reflexionsfläche 312 reflektiert werden, bevor sie zum jeweils anderen der Ultraschallwandler 116, 118 gelangen. Der Reflexionskörper 418 ist so im Strömungsrohr 110 angeordnet, dass er von einer Wand des Strömungsrohrs 110 beabstandet ist und somit auf beiden Seiten von Fluid 112 umströmt werden kann. Diese Beabstandung zwischen Strömungsrohr 110 und dem Reflexionskörper 418 lässt es zu, dass in der Strömung eventuell enthaltene Wassertröpfchen oder andere Verunreinigungen sich vor dem Durchströmen des Ultraschall-Durchflussmessers 414 als Wandfilm 422 an der Wand des Strömungsrohrs 110 niederschlagen können. Dieser Wandfilm 422, bzw. die darin enthaltene Flüssigkeit, kann durch das Strömungsrohr 110 fließen, ohne die Reflexionsfläche 312 zu benetzen und die Reflexion der Ultraschallwellen zu stören. Die beschriebene Vorrichtung mit dem Steckfühler 416 hat also gegenüber ähnlichen, im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen (welche allerdings keine Leitflügel 410, 412 aufweisen) bezüglich der Störanfälligkeit durch Flüssigkeiten und Verunreinigungen erhebliche Vorteile.
Die in den Steckfühler 416 integrierten Leitflügel 410, 412 bewirken, dass sich das Ablösegebiet 424, 426 im Bereich der Ausbuchtung 122 stark verringert. Dies ist in 4 symbolisch durch die Bezugsziffern 424 und 426 dargestellt, wobei 424 das Ablösegebiet ohne Einsatz von Leitflügeln 410, 412 symbolisiert, wohingegen Bezugsziffer 426 das Ablösegebiet unter Einsatz der Leitflügel 410 und 412 bezeichnet. Störsignale, welche durch das Ablösegebiet 424 bzw. 426 verursacht werden, werden also durch Einsatz der Leitflügel 410, 412 erheblich reduziert. Eine derartige Reduzierung durch geeignete Strömungsführung ist mit aus dem Stand der Technik bekannten Leitschaufeln zur Strömungsharmonisierung, welche keinen Anstellwinkel gegenüber der Hauptströmungsrichtung 210 aufweisen, also insbesondere durch eine Formung der Halterungen einer Reflexionsplatte, alleine nicht möglich.
Die Halterung 420 des Steckfühlers 416 kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass sie der Strömung des Fluids 112 möglichst wenig Strömungswiderstand bietet. Dazu kann die Halterung 420 insbesondere aus mehreren Stegen bestehen, welche so geformt sind, dass sie einen möglichst geringen Strömungswiderstand aufweisen. Ebenso kann die Halterung 420 derart ausgestaltet sein, dass der Reflexionskörper 418 mit der Reflexionsfläche 312 und der Halterung 420 gemeinsam eine wannenartig ausgeformte Einheit bildet. Diese wannenartige Einheit kann beispielsweise zusätzlich mehrere Öffnungen aufweisen, über welche Fluid 112 außerhalb des Steckfühlers 416 mit Fluid 112 innerhalb des Steckfühlers 416 in Verbindung steht. Der Reflexionskörper 418 kann dabei eben oder auch gekrümmt ausgestaltet sein, beispielsweise um eine Bündelung der Ultraschallwellen zu bewirken.
In 5 ist eine zu 4 alternative, bevorzugte Ausführungsform eines als Steckfühler 416 ausgestalteten Ultraschall-Durchflussers 414 dargestellt. Anstelle der beiden Leitflügel 410 und 412 sind in diesem Ausführungsbeispiel jedoch jeweils mehrere Leitflügel 510 und 512 lamellenartig angeordnet. Dabei sind die Leitflügel 510 bzw. 512 wiederum zur Hauptströmungsrichtung 210 des Fluids verkippt, wobei der Verkippungswinkel umso größer wird, je näher die Leitflügel 510, 512 an den Ultraschallwandlern 116, 118, bzw. an der Seite der Wand des Strömungsrohrs 110, auf welcher die Ultraschallwandler 116, 118 angeordnet sind, platziert sind. Die Leitflügel 510, 512 sind also näherungsweise einem idealisierten Verlauf der Stromlinien 212 (in 5 nicht eingezeichnet) angepasst.
Die lamellenartig angeordneten Leitflügel 510, 512 sind dabei in diesem Ausführungsbeispiel jeweils in einem Leitflügelbereich 514 bzw. 516 angeordnet, wobei in 5 der Leitflügelbereich 514 schraffiert angedeutet ist. Diese Leitflügelbereiche 514 bzw. 516 sind dabei in diesem Beispiel derart ausgestaltet, dass keiner der Leitflügel 510, 512 in den Wellenbereich 224 hineinragt und so die Ausbreitung von Ultraschallwellen zwischen den Ultraschallwandlern 116 und 118 stören könnte. Zu diesem Zweck haben die Leitflügel 510, 512 nicht nur unterschiedliche Verkippungswinkel relativ zur Hauptströmungsrichtung 210 des Fluids 112, sondern weisen auch eine mit zunehmendem Abstand von den Ultraschallwandlern 116 bzw. 118 zunehmende Länge auf. Durch derart ausgestaltete Leitflügel 510, 512 lässt sich eine im Vergleich zum Stand der Technik und im Vergleich zu dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel gleichmäßigere, turbulenzfreiere und ablösungsärmere Strömung erzielen, wodurch die Messgenauigkeit der Vorrichtung stark erhöht wird.
In diesem Ausführungsbeispiel ist weiterhin die Reflexionsfläche 312, wie oben beschrieben, mit einer Beschichtung versehen. Dafür kommen insbesondere metallische oder keramische Beschichtungen in Frage, welche Ultraschallwellen gut reflektieren. Die Reflexionsfläche ist dabei vorteilhafterweise eben ausgebildet und mit einer geringen Rauhigkeit versehen. Es sind jedoch, wie oben beschrieben, auch andere Ausgestaltungen möglich. Bei der Auswahl der Reflexionsbeschichtung der Reflexionsfläche 312 ist dabei insbesondere darauf zu achten, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen im Medium der Reflexionsbeschichtung, sowie die Dichte der Reflexionsbeschichtung möglichst weit von den entsprechenden Materialparametern im strömenden Medium entfernt sind, um die Reflexionswirkung zu optimieren. Weiterhin sollte der Reflexionswinkel ⎕ (siehe 1) in Abhängigkeit vom verwendeten Material der Reflexionsbeschichtung so groß gewählt werden, dass möglichst wenig Schallenergie in Rayleigh-Wellen (Oberflächenwellen) umgesetzt wird.
Um die meist nicht optimal gebündelte Sende- bzw. Empfangs-Charakteristik der Ultraschallwandler 116, 118 zu kompensieren, kann es vorteilhaft sein, die Reflexionsfläche 312, wie oben beschrieben, mit einer leichten Wölbung zu versehen. Darüber hinaus können Teile der Halterung 420, der Reflexionsfläche 312 und der Leitflügel 510, 512 oder zusätzlich auf diesen Bauteilen angebrachte Schichten aus Materialien gefertigt sein, deren Oberflächen eine Reflexion von Ultraschallwellen unterdrücken, um störende Signalechos zu vermeiden bzw. zu unterdrücken.
In den 6A bis 6H sind weitere, zu den 3 bis 5 alternative Ausführungsformen eines Ultraschall-Durchflussmessers 414 dargestellt. Wiederum sind zwei Leitelemente 610 und 612 verkippt zur Hauptströmungsrichtung 210 des Fluids 112 in ein Strömungsrohr 110 eingebracht, wobei die beiden Leitelemente 610 und 612 wiederum symmetrisch zueinander stehen, analog zu beispielsweise den Leitflügeln 410 und 412 in 4. In 6A ist eine Schnittdarstellung des Ultraschall-Durchflussmessers 414 mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung 210 dargestellt, in 6B eine Schnittdarstellung mit Schnittebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 210. In den 6C bis 6H sind verschiedene Ausführungsformen der Leitelemente 610 und 612 jeweils in Draufsicht (6C, 6E, 6G) und in Vorderansicht (6D, 6F, 6H) dargestellt. Die Leitelemente 610, 612 sind dabei so ausgestaltet, dass auch Rückströmungen mit möglichst wenig Turbulenzbildung an den Ultraschallwandlern durch das Strömungsrohr strömen. Zur mechanischen Fixierung und Stabilisierung der Leitelemente 610, 612 können parallel zur Strömungsrichtung angeordnete Befestigungslamellen 614, 616 und 618 eingesetzt werden. Diese Befestigungslamellen 614, 616, 618 haben zusätzlich den Effekt, die Strömung des Fluids 112 durch das Strömungsrohr 110 zu beruhigen und so Turbulenzen zu verringern.
Die Leitelemente 610, 612 können, beispielsweise angepasst auf das strömende Fluid 112, verschieden ausgestaltet sein. In den 6C und 6D ist eine Ausgestaltung gezeigt, bei welcher das Leitelement 610, 612 anstelle eines ebenen Leitflügels (vergleiche beispielsweise 4) eine Leitplatte 620 aufweist, welche im Profil Berge und Täler aufweist (z. B. eine „Zickzacklinie"). Die Berge 622 und Täler 624 erstrecken sich dabei parallel zu den jeweiligen Strömungslinien am Ort der Leitelemente 610, 612, wodurch „Strömungsrillen" gebildet werden, welche die Strömung des Fluids 112 durch das Strömungsrohr 110 zusätzlich stabilisieren und Turbulenzen verhindern.
Alternativ können die Leitelemente 610, 612, wie in den 6E, 6F, 6G und 6H dargestellt, beispielsweise auch auf einer Seite oder auch auf beiden Seiten mit „Turbulatoren" 626, 628 versehen werden, welche beispielsweise ebenfalls auf einer ebenen Leitplatte 620 angeordnet sind. Diese Turbulatoren 626, 628 können, wie in 6D und 6E dargestellt, beispielsweise periodisch angeordnet werden und können beispielsweise quer zur Hauptströmungsrichtung 210 oben und/oder unten auf den Leitelementen 610, 612 angeordnet sein. Diese Turbulatoren 626, 628 bewirken, dass sich unmittelbar an der Oberfläche der Leitelemente 610, 612 Längswirbelbereiche bilden. Dieser Effekt bewirkt, dass sich die in Hauptströmungsrichtung 210 nach den Leitelementen 610, 612 bildenden Ablösegebiete (siehe beispielsweise Bezugsziffer 228, 230 in 2B) stark verringern. Insgesamt wird also durch Ausbildung dieser Längswirbelschicht um die Leitelemente 610, 612 eine im Wesentlichen laminare Strömung der Leitelemente 610, 612 begünstigt und stabilisiert. Die Druckschwankungen oder Wirbelbereiche im Wellenbereich 224 der Ultraschallmessung wird somit reduziert, wodurch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Ultraschall-Durchflussmessung verbessert wird und die Messgenauigkeit der Messung der Strömungsgeschwindigkeit somit stark verbessert wird. Die Turbulatoren 626, 628 können beispielsweise als rechteckige (siehe 6E und 6F), als dreieckige (siehe 6G und 6H) oder auch als mehreckige, gerundete oder lamellenartige Strukturen ausgeführt sein.
In 7 ist eine weitere alternative Ausführungsform eines Ultraschall-Durchflussmessers 414 dargestellt, welcher, analog zu beispielsweise der in 2A und 2B dargestellten Ausführungsform zwei einander gegenüberliegende Ultraschallwandler 116, 118 aufweist, welche unter einem von 90° verschiedenen Winkel ⎕ (siehe 1) schräg zur Hauptströmungsrichtung 210 eines durch ein Strömungsrohr 110 fließenden Fluids Ultraschallsignale austauschen können. Aufgrund der Anordnung der Ultraschallwandler 116, 118 schräg zur Hauptströmungsrichtung 210 bilden sich wiederum die Ausbuchtungen 122 vor den Ultraschallwandlern 116, 118. Innerhalb dieser Ausbuchtungen 122 bilden sich Ablösegebiete 214, innerhalb derer Wirbel und somit Druck- und Geschwindigkeitsschwankungen auftreten (siehe oben).
Die Ultraschallwandler 116, 118 weisen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine piezokeramische Scheibe auf, welche beiderseitig metallisch beschichtet ist und welche in einem schwingungsdämpfenden Kunststoffmaterial eingebettet ist. In Richtung auf das strömende Fluid 112 ist die Piezoscheibe durch ein Material umgeben, dessen Schallkennimpedanz auf einen Wert zwischen den entsprechenden Werten für die Piezokeramik und das strömende Medium angepasst ist. Durch eine geeignet gewählte Dicke und geometrische Formung dieser Materialschicht erfolgt eine Resonanzverstärkung und optimierte Abstrahlungs- und Empfangscharakteristik der Ultraschallwandler 116, 118. Die zuvor beschriebene Anordnung ist mit einem weiteren Kunststoffmaterial gegenüber dem Strömungsrohr 110 (bzw. bei einer Integration in einen Steckfühler 416 gegenüber einer Halterung 420 des Steckfühlers 416) im Strömungsrohr 110 schwingungsgedämpft befestigt. An den Elektroden der Piezoscheiben sind elektrische Leitungen angeschlossen, die mit einer Steuer- und Auswerteschaltung verbunden sind. Die Steuer- und Auswerteschaltung sowie die elektrischen Leitungen sind in 7 nicht dargestellt. Die Gesamtheit aus Piezoscheiben und Dämpfungs- und Impedanzanpassungsmaterialien ist in 7 als Ultraschallwandler 116 bzw. 118 bezeichnet.
Das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel löst das Problem der Bildung der Ablösegebiete 214 unter anderem durch Einsatz eines Verdrängungskörpers 710. Dieser Verdrängungskörper 710 kann beispielsweise mittels einer oder mehrerer (in 7 nicht dargestellter) Befestigungslamellen 6l4 (siehe zum Beispiel 6A) im Inneren des Strömungsrohrs 110 gehaltert werden. Anstelle eines einzelnen Verdrängungskörpers 710 lassen sich auch mehrere Verdrängungskörper 710 einsetzen. Der Verdrängungskörper 710 bewirkt lokal eine Verengung des Querschnitts des Strömungsrohrs 110. Dadurch wird die Strömung des Fluids 112 stärker in die Ausbuchtungen 122 vor den Ultraschallwandlern 116 und 118 gedrängt. Dadurch werden die Ablösegebiete 214 in diesen Ausbuchtungen stark verkleinert. Nach der Umströmung des Verdrängungskörpers erweitert sich der Querschnitt des Strömungsrohrs 110 wieder. Wie in 7 dargestellt, kann der Verdrängungskörper 710 dabei beispielsweise asymmetrisch ausgestaltet sein, um der asymmetrischen Anordnung der Ultraschallwandler 116, 118 Rechnung zu tragen. Da die Ausbuchtung 122 vor dem Ultraschallwandler 116 in Hauptströmungsrichtung 210 früher auftritt als die Ausbuchtung 122 vor dem Ultraschallwandler 118, müssen die Strömungslinien 212 im oberen Bereich des Strömungsrohres 110 früher nach oben in Richtung auf den Ultraschallwandler 116 abgelenkt werden als die Strömungslinien 212 im unteren Bereich des Strömungsrohrs 110, welche in Richtung auf den Ultraschallwandler 118 abgelenkt werden. Dementsprechend ist der Verdrängungskörper 710 im Verengungsbereich 712 asymmetrisch geformt. Analog ist der Verdrängungskörper 710 auch an seinem in Hauptströmungsrichtung 210 gelegenen gegenüberliegenden Ende im Erweiterungsbereich 714 der Strömung asymmetrisch geformt, um nicht in den schräg zur Hauptströmungsrichtung 210 verlaufenden Wellenbereich 224 hineinzuragen.
Im Erweiterungsbereich 714 der Strömung, in welchem der durch den Verdrängungskörper 710 zum Ultraschallwandler 116 hin verdrängte Teil 220 der Strömung und der zum Ultraschallwandler 118 hin verdrängte Teil 222 der Strömung wieder zusammenfließen, können Turbulenzen 716 auftreten. Analog zu dem in 2B dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Turbulenzen 716 jedoch einer Messung der Strömungsgeschwindigkeit nicht in gleichem Maße abträglich, wie Turbulenzen im Bereich der Ablösegebiete 214. Dies ist insbesondere dadurch begründet, dass relativ breite Ultraschallbündel eingesetzt werden, wodurch der Wellenbereich 224 relativ breit ausgestaltet ist. Dadurch wird über die Geschwindigkeitsunterschiedes des Fluids 112 innerhalb dieser Turbulenzen 716 über die Breite des Wellenbereiches 224 hinweg gemittelt. Die Amplitude der Druckschwankungen lokal an den Oberflächen der Ultraschallwandler 116, 118 wird hingegen stark reduziert. Insgesamt nimmt daher die Amplitude der auftretenden Signalstörungen stark ab.
Weiterhin wird in dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ein weiteres, als Leitflügel 718 ausgestaltetes Leitelement eingesetzt. Wie in 7 dargestellt, hat dieser Leitflügel 718 eine gekrümmte Gestalt, welche dem Verlauf der Strömungslinien 212 des Fluids 112 in diesem Bereich angepasst ist. Der Leitflügel 718 ist dabei in Hauptströmungsrichtung 210 „stromabwärts" von dem Verdrängungselement 710 angeordnet, um der der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Ausbuchtung 122 vor dem Ultraschallwandler 118 in Hauptströmungsrichtung 210 später zu liegen kommt, als die Ausbuchtung 122 vor dem Ultraschallwandler 116. Dadurch wird, zusätzlich zu der bereits beschriebenen Asymmetrie des Verdrängungskörpers 710, das Auftreten von Turbulenzen vor dem Ultraschallwandler 118 weiter reduziert.
Weiterhin sind in dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzliche Turbulatoren 720 im Verengungsbereich an dem Verdrängungskörper 710 angebracht, sowie weitere Turbulatoren 722 an der in bezüglich der Hauptströmungsrichtung 210 stromaufwärts gelegenen Seite des Leitflügels 718. Diese Turbulatoren 720, 722 können, analog zu den Ausführungsbeispielen in 6D und 6E, beispielsweise als kammartig gezackte Strukturen ausgestaltet sein. Analog zu der in 6D und 6E beschriebenen Ausgestaltung bilden sich dann bevorzugt Längswirbelbereiche entlang des Verdrängungskörpers 710 bzw. des Leitflügels 718 aus. Diese führen zu einem verstärkten Impulsaustausch und verkleinern somit die nachfolgenden Ablösungsgebiete, insbesondere die Turbulenzen 716 im Erweiterungsbereich 714 hinter dem Verdrängungskörper 710. Dadurch kann sich insgesamt eine bessere laminare Umströmung des Verdrängungskörpers 710 bzw. des Leitflügels 718 ausbilden, und die Strömung wird stabilisiert. Dadurch werden auch die Turbulenzen 716 innerhalb des Wellenbereichs 224 der Ultraschallwellen reduziert und somit die Messgenauigkeit verbessert.
In 7 wird der Verdrängungskörper 710 in Kombination mit einer Messanordnung eingesetzt, bei der sich die Ultraschallwandler 116, 118 auf gegenüberliegenden Seiten des Strömungsrohrs 110 befinden. Analog lassen sich Verdrängungskörper 710 jedoch auch mehrfach im Strömungsrohr 110 einsetzen, sowie auch für Reflexionsanordnungen analog beispielsweise zu 3.

110: Strömungsrohr
112: Fluid
114: Strömungsgeschwindigkeit
116: erster Ultraschallwandler
118: zweiter Ultraschallwandler
120: Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultra
: schallwellen
122: Ausbuchtung
210: Hauptströmungsrichtung
212: Strömungslinien
214: Ablösegebiete
216: Leitflügel
218: Leitflügel
220: Teil der Strömung
222: Teil der Strömung
224: Wellenbereich
226: Komponente der Fluidgeschwindigkeit
: senkrecht zur Hauptströmungsrichtung
228: Wirbelbereich
230: Wirbelbereich
310: Bauraum
312: Reflexionsfläche
410: Leitflügel
412: Leitflügel
414: Ultraschall-Durchflussmesser
416: Steckfühler
418: Reflexionskörper
420: Halterung
422: Wandfilm
424: Ablösegebiet ohne Leitflügel
426: Ablösegebiet mit Leitflügel
510: lamellenartig angeordnete
: Leitflügel
512: lamellenartig angeordnete
: Leitflügel
514: Leitflügelbereich
516: Leitflügelbereich
610: Leitelement
612: Leitelement
614: Befestigungslamellen
616: Befestigungslamellen
618: Befestigungslamellen
620: Leitplatte
622: Berge
624: Täler
626: Turbulatoren
628: Turbulatoren
710: Verdrängungskörper
712: Verengungsbereich
714: Erweiterungsbereich
716: Turbulenzen
718: Leitflügel
720: Turbulatoren
722: Turbulatoren

Claims

Ultraschall-Durchflussmesser (414) zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit eines mit einer Hauptströmungsrichtung (210) strömenden Fluids (112) mit mindestens zwei Ultraschallwandlern (116, 118), wobei die Ultraschallwandler (116, 118) unter einem von 90° verschiedenen Winkel ⎕ zur Hauptströmungsrichtung (210) Ultraschallwellen emittieren und/oder empfangen können, gekennzeichnet durch mindestens ein ganz oder teilweise in dem Fluid (112) angeordnetes Leitelement (216, 218; 410, 412; 510, 512; 610, 612; 710, 718), wobei das mindestens eine Leitelement (216, 218; 410, 412; 510, 512; 610, 612; 710, 718) zumindest einen Teil (220, 222) des strömenden Fluids derart umlenkt, dass beim Umlenken zumindest einem Teil (220, 222) des strömenden Fluids eine Geschwindigkeitskomponente (226) senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (210) übertragen wird.
Ultraschall-Durchflussmesser (414) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ultraschallwandler (116, 118) derart angeordnet sind, dass Ultraschallwellen von mindestens einem Ultraschallwandler (116, 118) in linearer und reflexionsfreier Ausbreitung zu mindestens einem zweiten Ultraschallwandler (116, 118) gelangen können.
Ultraschall-Durchflussmesser (414) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Reflexionsfläche (312), wobei mindestens zwei Ultraschallwandler (116, 118) derart angeordnet sind, dass Ultraschallwellen von mindestens einem Ultraschallwandler (116, 118) in linearer Ausbreitung nach mindestens einer Reflexion an der mindestens einen Reflexionsfläche (312) zu mindestens einem zweiten Ultraschallwandler (116, 118) gelangen können.
Ultraschall-Durchflussmesser (414) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leitelement (216, 218; 410, 412; 510, 512; 610, 612; 710, 718) mindestens einen gegenüber der Hauptströmungsrichtung (210) verkippten Leitflügel (216, 218; 410, 412; 510, 512; 718) aufweist.
Ultraschall-Durchflussmesser (414) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens zwei Leitelemente (510, 512) lamellenartig in dem strömenden Fluid (112) angeordnet sind.
Ultraschall-Durchflussmesser (4l4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leitelement (216, 218; 410, 412; 510, 512; 610, 612; 710, 718) mindestens einen Verdrängungskörper (710) aufweist.
Ultraschall-Durchflussmesser (414) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (112) durch ein Strömungsrohr (110) mit einem Flussquerschnitt strömt, wobei der mindestens eine Verdrängungskörper (710) lokal den Flussquerschnitt des Strömungsrohrs (110) verengt.
Ultraschall-Durchflussmesser (414) gemäß einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leitelement (216, 218; 410, 412; 510, 512; 610, 612; 710, 718) zusätzlich mindestens einen Turbulator (626, 628; 720, 722) aufweist, wobei der mindestens eine Turbulator (626, 628; 720, 722) einen räumlich begrenzten Wirbelbereich in dem strömenden Fluid (112) in der Nähe des mindestens einen Leitelements (216, 218; 410, 412; 510, 512; 610, 612; 710, 718) erzeugt.
Ultraschall-Durchflussmesser (414) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ultraschallwandler (116, 118) und/oder mindestens ein Leitelement (216, 218; 410, 412; 510, 512; 610, 612; 710, 718) in einem in ein Strömungsrohr (110) einsteckbaren Steckfühler (416) integriert sind.
Ultraschall-Durchflussmesser (414) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin mindestens eine elektronische Steuervorrichtung zum Ansteuern und/oder Auslesen mindestens eines Ultraschallwandlers (116, 118) in den Steckfühler (416) integriert ist.
Ultraschall-Durchflussmesser (414) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mindestens eine Reflexionsfläche (312) aufweisender Reflexionskörper (418) in den Steckfühler (416) integriert ist, wobei das Strömungsrohr (110) mindestens eine Rohrwand aufweist und wobei der mindestens eine Reflexionskörper (418) bei in das Strömungsrohr (110) eingestecktem Steckfühler (416) derart von der Rohrwand beabstandet angeordnet ist, dass Fluid (112) auf beiden Seiten der Reflexionsfläche (312) an dem Reflexionskörper (418) entlangströmen kann.
Ultraschall-Durchflussmesser (414) gemäß einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauelement und/oder eine Fläche des Steckfühlers (416) zur Verringerung von Signalechos ein eine Reflexion von Ultraschallwellen unterdrückendes Material bzw. eine eine Reflexion von Ultraschallwellen unterdrückende Schicht aufweist.