DE102005062629A1

DE102005062629A1 - Durchflussmesser

Info

Publication number: DE102005062629A1
Application number: DE102005062629A
Authority: DE
Inventors: Hans-Michael Sonnenberg; Roland Messthaler; Axel Schmidt-Schoenian
Original assignee: Hydrometer GmbH
Current assignee: Diehl Metering GmbH
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-24
Also published as: DE102005062629B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Durchflussmesser, insbesondere eine Messkapsel (1), zur Bestimmung der Durchflussmenge eines strömenden Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, mit einem Einlass- (2) und einem Auslassbereich (3), einer in einem Messkammereinsatz (4) angeordneten Messzone bzw. Messkanal (5) sowie einem den Messkammereinsatz (4) umschließenden Gehäuse (6), wobei innerhalb des Gehäuses (6) ein Vorraum (7) vorgesehen ist, über den das Medium der Messzone (5) zuführbar ist, wobei der Vorraum (7) die Messzone (5) sowie den Auslassbereich (3) zumindest teilweise umschließt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflussmesser, insbesondere eine Messkapsel zur Bestimmung der Durchflussmenge eines strömenden Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, mit einem Einlass- und einem Auslassbereich, einer in einem Messkammereinsatz angeordneten Ultraschallmesszone bzw. Messkanal sowie einem den Messkammereinsatz umschließenden Gehäuse.

Der aus DE 101 03 745 C2 bereits bekannte Durchflussmesser weist einen Einlass, einen Auslass sowie eine an einer Anschlussarmatur montierbaren bzw. demontierbaren Messkapsel mit Gehäuse und einer Ultraschallmessstrecke auf. Außerdem ist ein mit der Messstrecke und dem Einlass der Anschlussarmatur in Verbindung stehender Einströmkanal sowie ein mit der Messstrecke und dem Auslass der Anschlussarmatur in Verbindung stehender Ausströmkanal vorgesehen. Die Messstrecke ist dabei in Form einer Wirbelkammer ausgebildet, welche eine prinzipiell gute Einteilung von Einlass- und Auslassbereich sowie der Messzone aufweist. Auch die über der Messzone parallel angeordneten Ultraschallwandler sind vorteilhaft sowohl für die Messung als auch deren elektrischen Anschluss nach außen. Der Durchflussmesser ist aber aufwändig in der Herstellung. Außerdem hat er unzureichende Messeigenschaften bei sehr kleinen Durchflüssen. Ferner entstehen an den Einkopplungsreflektoren Rezirkulationszonen mit dem Problem der Ablagerung von kleinsten Bestandteilen des zu messenden Mediums.

Die DE 102 35 034 offenbart einen Durchflussmesser, bei welchem der Messkanal spiralförmig ausgebildet ist. Im unteren Durchflussbereich werden dabei genügend große Schalllaufzeitdifferenzen erzielt. Jedoch ist der Druckverlust relativ hoch, was wiederum die Messgenauigkeit reduziert. Da außerdem unterschiedliche Einbaupositionen der Wandler notwendig sind, sind auch die Herstellkosten relativ hoch.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Durchflussmesser derart weiterzubilden, dass der Druckverlust reduziert wird, ohne die Messgenauigkeit bei kleinen Durchflüssen zu reduzieren und gleichzeitig die Herstellungskosten gesenkt werden.

Diese Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-30.

Gemäß der Erfindung ist innerhalb des Gehäuses ein Vorraum vorgesehen, über den das Medium der Messzone zuführbar ist, wobei der Vorraum die Messzone sowie den Auslassbereich zumindest teilweise umschließt. Dieser Vorraum kann in einfacher Weise durch entsprechende Ausbildung und Anordnung des Gehäuses um den Messkammereinsatz vorgesehen werden. Das Gehäuse kann topfförmig Einlass-, Auslassbereich und Messzone umschließen. Das Gehäuse kann in einem Einrohranschlussstück angebracht werden. Der Vorraum stellt gleichzeitig den Einlassbereich dar. Mittels des Vorraumes kann der Druckverlust reduziert werden. Außerdem kann im Vorraum auch eine Überströmzone integriert werden, in der ein durchlassunabhängiger Bypass gebildet werden kann. Somit können Teile des strömenden Mediums direkt in den Auslassbereich übergeführt werden. Auch dadurch wird die Messdynamik, insbesondere bei hohen Durchflüssen, verbessert.

Vorteilhafterweise kann der Vorraum die Messzone sowie den Auslassbereich zumindest teilweise, insbesondere vollständig umschließen. Die Messzone wird somit von dem einströmenden Medium umspült. Diese Umspülung oder Umströmung hat den Vorteil, dass Taschen oder Hinterschneidungen oder dergleichen, in welchen sich Luftblasen bilden können, außerhalb der Messzone sind und somit die Ultraschallmessung nicht beeinträchtigt wird. Folglich werden in der Messzo ne Luftblasen deutlich reduziert, die das Messergebnis beeinträchtigen würden. Außerdem sorgt die Art der Umspülung dafür, dass die Reflektorspiegel sauber gehalten werden. Eine Anordnung eines Bypasses über der Messzone sorgt zusätzlich für eine optimale Entlüftung des Systems.

Zweckmäßigerweise kann der Vorraum durch Messkammereinsatz, Gehäuse und einem Deckel gebildet werden. Der Deckel kann dabei in das Gehäuse integriert sein. Zusätzliche Bauteile sind nicht notwendig.

Der Messkammereinsatz kann aus mindestens zwei Teilen bestehen, wobei ein Teil ein Trennstück zur Trennung von Einlass- und Auslassbereich ist. Vorteilhafterweise kann der Messkammereinsatz ein Messkammerunterteil und ein Messkammeroberteil aufweisen. Die drei Teile des Messkammereinsatzes lassen sich fertigungstechnisch leicht herstellen und anschließend zusammenfügen.

Das Trennstück kann vorteilhafterweise mittig im Messkammereinsatz angeordnet sein. Reflektoren, die der Umlenkung der Ultraschallsignale dienen, können formschlüssig in Messkammeroberteil und/oder Messkammerunterteil angeordnet sein. Die Reflektoren sind somit sicher im Messkammereinsatz integriert.

Der Vorraum bzw. das Gehäuse kann ringförmig den Messkammereinsatz umschließen, so dass sich eine optimale Strömung des Mediums im Vorraum ausbilden kann. Der Vorraum umschließt den Messkammereinsatz auch räumlich. Das einströmende Medium wird damit der Messzone gleichmäßig zugeführt und zentral abgeführt, was sich vorteilig auf die Messdynamik auswirkt. Dies hat zusätzlich den Vorteil, dass die Position der Messkapsel zum Anschlussgehäuse keinen Einfluss auf die Einströmbedingungen mehr hat.

Der Vorraum kann im Wesentlichen über dem Messeinsatz vorgesehen sein, also die Messzone oberhalb umschließen, so dass die Messzone keine direkte Verbin dung bzw. keine direkte Wand zum Gehäuse oder Deckel besitzt. Dagegen können aber die Reflektoren rückseitig mit dem Gehäuse direkt verbunden sein, so dass in diesem Bereich kein Vorraum vorgesehen ist.

Der Auslassbereich kann im Wesentlichen im Zentrum der Messkapsel angeordnet sein, was insbesondere bei einer gekrümmten Messzone vorteilhaft ist. Außerdem kann der Auslassbereich im Wesentlichen die Unterseite der Messzone umschließen.

Zwischen Einlass- und Auslassbereich ist vorteilhafterweise eine gekrümmte Messzone vorgesehen. Die Messzone kann den Auslassbereich im Wesentlichen halbkreisförmig oder hufeisenförmig umschließen. Einerseits kann damit eine optimierte Strömungsführung innerhalb der Messstrecke erreicht werden, andererseits können die Reflektoren in der Messzone in einem vorteilhaften Winkel zueinander angeordnet werden. Vorteilhafte Anordnungen der Reflektoren werden weiter unten näher erläutert.

Vorteilhafterweise können zwei Ultraschallwandler vorgesehen sein, die über der Messebene angeordnet sind. Das Wandlerpaar kann dabei auf der Oberseite der Messkapsel angeordnet oder in diese integriert sein. Diese Positionierung der Ultraschallwandler hat den Vorteil, dass sie leicht montierbar und mit elektrischen Leitungen verbindbar sind und außerdem außerhalb der Messebene die Messung nicht beeinträchtigen.

Die Ultraschallwandler sind dabei vorzugsweise parallel zur Messebene angeordnet, um für die Laufzeitdifferenzmessung gleiche Bedingungen zu schaffen.

Ein erster Ultraschallwandler kann über dem Einlassbereich und ein zweiter Ultraschallwandler über dem Auslassbereich angeordnet sein. Damit wird möglichst die gesamte Messzone zur Messung ausgenutzt.

Erster und zweiter Ultraschallwandler können durch eine Wand voneinander getrennt sein, so dass keine Rückführung von Mediumsanteilen aus der Eintrittszone in die Austrittszone stattfinden kann.

Die Ultraschallwandler können im Deckel durch eine Halteplatte abgestützt werden. Die Halteplatte kann dabei zwischen oberer Gehäuseumrandung und Deckel vorgesehen sein. Im bzw. am Deckel können Dichtelemente angeordnet sein, um das Eindringen des Mediums zu vermeiden.

Zur Umlenkung der Ultraschallsignale in die Messzone sind mindestens zwei Reflektoren vorgesehen. Dabei wird das Signal der Ultraschallwandler über den jeweiligen Reflektor in die Ebene der Messzone eingekoppelt. Die Reflektoren sind vorteilhafterweise strömungsmechanisch so angepasst, dass es zu keinen Verwirbelungen kommt.

Zur Umlenkung der Ultraschallsignale in der Messzone ist mindestens ein Reflektor vorgesehen. Es können auch drei Reflektoren vorgesehen sein. Insbesondere sind zwei Reflektoren angeordnet, deren Reflexionswinkel zwischen 79° und 85° betragen kann. Der optimale Reflexionswinkel liegt bei 82°. Der angegebene Reflexionswinkelbereich stellt ein Optimum zwischen langer Weglänge innerhalb der Messzone und größtmöglicher Austrittzone im Zentrum der Messkapsel mit gleichzeitig parallel angeordnetem Wandlerpaar dar. Die Teilstrecken zwischen den einzelnen Reflektoren können damit gleich lang sein, was zu einer Erhöhung des Messeffektes führt.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die Retexionswinkel der Reflektoren gleich sind. Auch diese Gleichheit führt zu einem symmetrischen Aufbau der Messstrecke und damit zu einer Erhöhung der Messgenauigkeit.

Die Messabschnitte können spiegelsymmetrisch angeordnet sein. Diese Spiegelsymmetrie sorgt für die Gleichheit der Schallbedingungen in der Messkapsel. Insbesondere kann die Streckenanordnung so angeordnet sein, dass eine umlaufende Messzone mit einem Austrittsbereich in Form eines Freiraums in der Mitte vorgesehen ist, aus dem das Medium aus der Messkapsel abfließen kann. Dieser Freiraum kann von der Messzone durch eine Wand getrennt sein.

Mit besonderem Vorteil kann am Messkammereinsatz mindestens ein strömungsleitender Steg vorgesehen sein, der in den Messkanal hineinragt. Die Strömungsführung des Mediums wird damit verbessert. Die strömungsleitenden Stege können an ihren Enden spitz oder konisch zulaufend sein, was auch zu einer Optimierung der Strömungsführung beiträgt. Die Stege bewirken eine Zwangsführung des Mediums, um die aufgrund der Krümmung der Messstrecke resultierenden Ablösegebiete zu eliminieren. Der Bereich der Reflektoren kann zweckmäßigerweise freigehalten werden.

Der mindestens eine Steg kann vorteilhafterweise im Wesentlichen parallel zur Schallausbreitungsrichtung ausgerichtet sein, damit der sich ausbreitende Ultraschall möglichst nicht beeinflusst wird.

Die Stege können von der Oberseite zur Unterseite des Messkanals verlaufen, also durchgängig geschlossen sein. Damit wird die Messzone in zwei oder mehrere Teile aufgeteilt. Die Stege können auch teilweise von oben und/oder unten in den Messkanal ragen, so dass die Mitte frei bleibt.

Mit Vorteil können die Stege symmetrisch im Messkanal angeordnet sein, was für die Gleichheit der Schallbedingungen in der Messkapsel sorgt.

Zwischen Einlassbereich und Messzone kann mindestens eine Wand vorgesehen sein, die mindestens eine Einlassöffnung zur zusätzlichen Einströmung des Medi ums aufweist. Bei größeren Durchflussmengen kann damit mehr Volumen des Mediums durch die Messkapsel geleitet werden. Ebenso kann zwischen Auslassbereich und Messzone mindestens eine Wand vorgesehen sein, die mindestens eine Auslassöffnung zur zusätzlichen Ausströmung des Mediums aufweist. Die Ein- und Auslassöffnungen können an ihren entsprechenden Kanten Phasen besitzen, um die Strömung auszurichten.

Mit Vorteil kann sich die Größe des Querschnitts des Messkanals in Anpassung an den aufgrund Einlass- und Auslassöffnungen geänderten Volumendurchsatz des Mediums ändern. Der Bereich am Reflektor muss aufgrund der Umlenkung ohnehin im Querschnitt vergrößert sein und ist damit auch der Bereich, der den größten Volumenstrom beinhaltet.

An den Einlass- und/oder Auslassöffnungen können Leitwände angebracht sein, um das Medium in gerichteter Weise in die Messzone strömen zu lassen. Die Leitwände können dabei in strömungstechnisch optimierter Weise gekrümmt ausgebildet sein. Außerdem verhindern die insbesondere lamellenartig angeordneten Wände die Ausbreitung parasitären Schalls und tragen somit zur Verbesserung der Messeigenschaften bei.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann über der Messzone eine Überströmzone vorgesehen sein, aus der das strömende Medium zumindest teilweise direkt in den Auslassbereich geleitet wird. Vor allem bei einem großen Volumendurchfluss ist dies von Vorteil. Die Überströmzone verhindert oder reduziert strömungsdynamische Komponenten vom Einlassbereich.

In der Überströmzone können Überführungskanäle vorgesehen sein, durch welche das strömende Medium dem Auslassbereich zugeführt wird. Diese Überführungskanäle können gekrümmt ausgebildet sein, dass sie das Medium strömungstechnisch optimal dem Auslassbereich zuleiten. Außerdem besteht die Möglichkeit, aus der Überströmzone mit zusätzlichen Öffnungen an der Oberseite der Messzone das Medium einströmen zu lassen. Durch die hohe Querschnittserweiterung des Einlassbereichs aufgrund der ringförmigen Ausbildung um Auslassbereich und Messzone wird die Strömungsgeschwindigkeit im Einlassbereich reduziert und kommt in der Überströmzone nahezu zum Erliegen. Dadurch entsteht ein von dem Volumendurchsatz unabhängiger Staudruck, so dass durch die Überströmzone bzw. die Überführungskanäle proportional zum Volumenstrom Masse abgeführt werden kann, ohne die Messdynamik zu beeinträchtigen.

Die Länge 1 des Überführungskanals kann vorteilhafterweise mindestens doppelt so groß sein wie seine Breite b. Insbesondere kann der Überführungskanal dreimal länger sein als breit.

Unterhalb der Messzone kann eine im Vergleich zum Auslassbereich erweiterte Auslasszone vorgesehen sein. Diese Auslasszone kann sich trichterförmig nach unten zur Auslassöffnung wieder verengen. Durch diese erweiterte Auslasszone besteht die Möglichkeit, zusätzliche Kanalöffnungen im Boden der Messzone anzubringen.

Die Erfindung ist anhand von zweckmäßigen Ausgestaltungen gemäß den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:
1: eine Draufsicht auf eine schematische Darstellung auf einen erfindungsgemäßen Durchflussmesser im Querschnitt;
2: einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Durchflussmesser;
3: eine Draufsicht auf eine schematische Darstellung auf einen Durchflussmesser im Querschnitt;
4: eine perspektivische Darstellung eines Messkammerunterteils;
5 einen Längsschnitt durch einen Durchflussmesser mit Temperaturfühler;
6: eine Detaildarstellung von Einlassöffnungen mit Leitwänden;
7: eine Detaildarstellung aus 6;
8: einen Längsschnitt durch einen Durchflussmesser mit Überströmzonen;
9: perspektivische, schematische Darstellung eines Überführungskanals;
10: Anordnung von Überführungskanälen in Draufsicht sowie
11: Schnittdarstellung des Deckelbereichs eines Durchflussmessers.
Bezugsziffer 1 kennzeichnet den erfindungsgemäßen Durchflussmesser bzw. die Messkapsel in ihrer Gesamtheit. Der Durchflussmesser 1 dient zur Bestimmung der Durchflussmenge eines strömenden Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases. Er umfasst einen Einlassbereich 2 und einen Auslassbereich 3, eine in einem Messkammereinsatz 4 angeordnete Ultraschallmesszone 5 bzw. Messkanal sowie ein den Messkammereinsatz 4 umschließendes Gehäuse 6. Erfindungsgemäß ist innerhalb des Gehäuses 6 ein Vorraum 7 vorgesehen, über den das Medium der Messzone 5 zuführbar ist, wobei der Vorraum 7 die Messzone 5 sowie den Auslassbereich 3 zumindest teilweise umschließt. Der Vorraum 7 stellt also die -Eintrittszone des Mediums dar. Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, wird der gesamte obere Bereich über der Messzone 5 durch den Vorraum 7 um spült. Diese besondere Konstruktion führt zur Reduzierung des Druckverlustes und damit zur Verbesserung der Messgenauigkeit. Außerdem wird der Reflektor im Einlassbereich 2 überströmt, so dass eine optimale Spülung der Spiegeloberfläche ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil des Vorraumes 7 ist, dass Taschen oder Hinterschneidungen, in denen sich Luftblasen aufhalten könnten, außerhalb der Messzone sind. Demnach werden Luftblasen in der Messzone 5 deutlich reduziert, die zu einer Beeinträchtigung des Messergebnisses führen würden.
Der Vorraum 7 wird durch Messkammereinsatz 4, Gehäuse 6 und einem Deckel 8 gebildet. Der Deckel 8 ist gem. 2 in das Gehäuse 6 integriert. Der Vorraum 7 entsteht demnach durch einfache, kostengünstige Maßnahmen.
Der Messkammereinsatz besteht aus drei Teilen, nämlich einem Trennstück 27 zur Trennung von Einlassbereich 2 und Auslassbereich 3, einem Messkammeroberteil 28 und einem Messkammerunterteil 29 (siehe 2). Die Reflektoren 12, 13, 14, 15 sind formschlüssig im Messkammerunterteil 29 fixiert.
11 zeigt eine Schnittdarstellung des Deckelbereichs eines Durchflussmessers. Die Ultraschallwandler 9, 10 werden vom Deckel 8 gehalten und oberseitig von einer Halteplatte 30 abgestützt. Im Deckel 8 sind Dichtelemente 31 vorgesehen, die das Eindringen von Wasser verhindern.
Das Gehäuse 6 bzw. der Vorraum 7 umschließt den Messkammereinsatz 4 ringförmig. Die Strömung des Mediums wird damit in strömungstechnisch günstiger Weise ringförmig der Messzone 5 zugeleitet.
Der Vorraum 7 ist auch über dem Messkammereinsatz 4 vorgesehen und umspült damit die Messzone 5 auch von oben.
Der Auslassbereich 3 ist im Zentrum der Messkapsel 1 angeordnet und umschließt im Wesentlichen die Unterseite der Messzone 5. Auch diese Positionierung des Auslassbereiches 3 ist für eine gute Strömungsführung und für die Erhaltung des symmetrischen Aufbaus der Messkapsel 1 von Vorteil.
Die Messzone 5 umschließt den Auslassbereich 3 im Wesentlichen hufeisenförmig. Die hufeisenförmige Ausgestaltung ermöglicht auch die bevorzugte Anordnung der Reflektoren, die weiter unten näher erläutert wird.
Ferner sind zwei Ultraschallwandler 9, 10 vorgesehen, die über und parallel zur Messebene auf der Oberseite der Messkapsel 1 angeordnet sind. Elektrische Anschlussmöglichkeiten sind an dieser Position technisch günstig.
Dabei ist ein erster Ultraschallwandler 9 über dem Einlassbereich 2 und ein zweiter Ultraschallwandler 10 über dem Auslassbereich 3 angeordnet. Erster und zweiter Ultraschallwandler 9, 10 sind durch eine Wand 11 voneinander getrennt. Es findet also keine Rückströmung von Mediumsanteilen aus dem Auslassbereich 3 in den Einlassbereich 2 statt.
Zur Umlenkung der Ultraschallsignale in die Ebene der Messzone 5 sind zwei Reflektoren 12, 13 vorgesehen. Die Reflektoren 12, 13 sind strömungsmechanisch so angepasst, dass es zu keinen Verwirbelungen kommt.
Zusätzlich sind zur Umlenkung des Schalls in der gekrümmten Messzone 5 zwei Reflektoren 14, 15 vorgesehen. Der Reflexionswinkel α der Reflektoren 14, 15 beträgt zwischen 79° und 85°, insbesondere 82°. Dieser Reflexionswinkel hat sich als ein Optimum zwischen langer Weglänge innerhalb der Messzone 5 und größtmöglichem Auslassbereich 3 im Zentrum der Messkapsel 1 mit gleichzeitig parallel angeordnetem Wandlerpaar 9, 10 herausgestellt. Der Reflexionswinkel α der Reflektoren 14; 15 ist gleich, was wiederum für gleiche Schallbedingungen in der Messkapsel 5 sorgt.
Ebenso ist die jeweilige Länge der einzelnen Messabschnitte zwischen den Reflektoren 12, 13, 14, 15 möglichst gleich lang, was messtechnisch vorteilhaft ist.
Die Messabschnitte sind außerdem spiegelsymmetrisch angeordnet, was wiederum vorteilhaft ist für die Gleichheit der Schallbedingungen in der Messkapsel 1.
Wie aus der vorteilhaften Ausführungsvariante gem. 3 hervorgeht, sind dort am Messkammereinsatz strömungsleitende Stege 16 vorgesehen, die in den Messkanal 5 hineinragen. Die Stege 16 sind parallel zur Schallausbreitungsrichtung ausgerichtet. An ihren Enden sind die Stege 16 spitz oder konisch zulaufend ausgebildet, um Verwirbelungen des Mediums zu vermeiden. Mittels der Stege 16 erfolgt eine Zwangsführung der Strömung, wodurch die aufgrund der Krümmung der Messstrecke resultierenden Ablösegebiete eliminiert werden.
Die Stege 16 ragen teilweise von unten in den Messkanal 5. Es ist aber auch möglich, dass zusätzlich Stege vorgesehen sind, die vom Messkammeroberteil in den Messkanal 5 hineinragen.
Die Stege 16 sind außerdem symmetrisch im Messkanal zur gleichmäßigen Strömungsverteilung angeordnet.
Wie insbesondere aus den 2 und 4 hervorgeht, ist zwischen Einlassbereich 2 und Messzone 5 eine Wand 17 vorgesehen. Ebenso ist zwischen Auslassbereich 3 und Messzone 5 eine Wand 18 vorgesehen. Die Wand 17 weist mehrere Einlassöffnungen zur zusätzlichen Einströmung des Mediums auf. In entsprechender Weise weist die Wand 18 mehrere Auslassöffnungen 20 zur zusätzlichen Ausströmung des Mediums auf. Diese zusätzlichen Öffnungen sorgen für größere Durchströmungen bei einem entsprechend großen Volumendurchfluss. Die Einlass- sowie Auslassöffnungen 19, 20 besitzen abgephaste Kanten 21, um eine Ausrichtung der Strömung vorzunehmen (s. 7). An den Einlass- 19 und/oder Auslassöffnungen 20 können Leitwände 22 angeordnet sein, um das Medium in gerichteter Weise in die Messzone 4 strömen zu lassen. Die Leitwände 21 sind dabei gekrümmt ausgebildet. Auch wenn die Leitwände 21 gem. 4 nur an den Einlassöffnungen 19 vorgesehen sind, so ist es aber auch vorteilhaft, sie an der gegenüberliegenden Seite anzuordnen, auch wenn dort keine entsprechenden Auslassöffnungen vorhanden sind. Der symmetrische Aufbau ist aber für eine optimale Schallwegführung wichtig.
Ferner ändert sich die Größe des Querschnitts des Messkanals 5 in Anpassung an den aufgrund der Einlass- 19 und Auslassöffnungen 20 geänderten Volumendurchsatz des Mediums.
Bei der vorteilhaften Ausführungsvariante gem. den 8-10 ist über der Messzone 5 eine Überströmzone 23 vorgesehen, aus der das strömende Medium direkt in den Auslassbereich 3 geleitet wird, ohne durch die Messzone 4 zu strömen. In der Überströmzone 23 sind Überführungskanäle 24 vorgesehen, durch welche das strömende Medium dem Auslassbereich 3 zugeführt wird. Durch die Überführungskanäle 24 kann proportional zum Volumenstrom das Medium abgeführt werden, ohne dass die Messdynamik beeinträchtigt wird.
Bei der Ausführungsvariante gem. 4 ist auch eine Überströmzone 23 mit Überführungskanälen 24 über der Messzone 5 vorgesehen. Außerdem ragt ein Temperaturfühler 26 in den Auslasskanal des Messkammereinsatzes 4, wo der Temperaturfühler von einer zwangsgeführten Strömung des Mediums beaufschlagt wird. Die zwangsgeführte Strömung des Mediums verhindert Ablösegebiete des strömenden Mediums am Temperaturfühler. Solche Ablösegebiete würden eine genaue Temperaturerfassung nicht möglich machen.
Die Länge 1 des Überführungskanals 24 ist ca. dreimal so groß wie seine Breite b.
Unterhalb der Messzone 5 ist eine im Vergleich zum Auslassbereich 3 erweiterte Auslasszone 25 vorgesehen. Durch diese Erweiterung können im Boden des Messkanals 5 zusätzliche Kanalöffnungen angebracht werden, die jedoch in den Zeichnungsfiguren nicht dargestellt sind.

1: Durchflussmesser, Messkapsel
2: Einlassbereich
3: Auslassbereich
4: Messkammereinsatz
5: Messzone, Messkanal
6: Gehäuse
7: Vorraum
8: Deckel
9: Ultraschallwandler
10: Ultraschallwandler
11: Wand
12: Reflektor
13: Reflektor
14: Reflektor
15: Reflektor
16: Steg
17: Wand
18: Wand
19: Einlassöffnung
20: Auslassöffnung
21: Kante
22: Leitwand
23: Überströmzone
24: Überführungskanal
25: Auslasszone
26: Temperaturfühler
27: Trennstück
28: Messkammeroberteil
29: Messkammerunterteil
30: Halteplatte
31: Dichtelemente

Claims

Durchflussmesser, insbesondere Messkapsel (1), zur Bestimmung der Durchflussmenge eines strömenden Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, mit einem Einlass-(2) und einem Auslassbereich (3), einer in einem Messkammereinsatz (4) angeordneten Messzone bzw. Messkanal (5) sowie einem den Messkammereinsatz (4) umschließenden Gehäuse (6), dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (6) ein Vorraum (7) vorgesehen ist, über den das Medium der Messzone (5) zuführbar ist, wobei der Vorraum (7) die Messzone (5) sowie den Auslassbereich (3) zumindest teilweise umschließt.
Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorraum (7) durch Messkammereinsatz (4), Gehäuse (6) und einem Deckel (8) gebildet wird.
Durchflussmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkammereinsatz (4) aus mindestens zwei Teilen besteht, wobei ein Teil ein Trennstück (29) zur Trennung von Einlass- und Auslassbereich ist.
Durchflussmesser nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorraum (7) ringförmig den Messkammereinsatz (4) umschließt.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorraum (7) im Wesentlichen über dem Messkammereinsatz (4) vorgesehen ist.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassbereich (3) im Wesentlichen im Zentrum der Messkapsel (1) angeordnet ist.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassbereich (3) im Wesentlichen die Unterseite der Messzone umschließt.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Einlass-(2) und Auslassbereich (3) eine gekrümmte Messzone (5) angeordnet ist.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ultraschallwandler (9, 10) vorgesehen sind, die über der Messebene angeordnet sind.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwandler (9, 10) parallel zur Messebene angeordnet sind.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Ultraschallwandler (9) über dem Einlassbereich (2) und ein zweiter Ultraschallwandler (10) über dem Auslassbereich (3) angeordnet ist.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erster (9) und zweiter Ultraschallwandler (10) durch eine Wand (11) voneinander getrennt sind.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umlenkung der Ultraschallsignale in die Messzone (5) mindestens zwei Reflektoren (12, 13) vorgesehen sind.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umlenkung von Ultraschallsignalen in der Messzone Reflektoren (14, 15) vorgesehen sind, deren Reflexionswinkel zwischen 79° und 85°, insbesondere 82° beträgt.
Durchflussmesser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionswinkel der Reflektoren (14, 15) gleich ist.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Länge der einzelnen Messabschnitte zwischen den Reflektoren (12, 13, 14, 15) im Wesentlichen gleich lang sind.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messabschnitte spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Messkammereinsatz (4) mindestens ein strömungsleitender Steg (16) vorgesehen ist, der in den Messkanal (5) hineinragt.
Durchflussmesser nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Steg (16) im Wesentlichen parallel zur Schallausbreitungsrichtung ausgerichtet ist.
Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (16) von der Oberseite zur Unterseite des Messkanals (5) verlaufen.
Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 18-20, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (16) teilweise von oben und/oder unten in den Messkanal (5) ragen.
Durchflussmesser nach einem der Ansprüche 18-21, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (16) symmetrisch im Messkanal (5) angeordnet sind.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Einlassbereich (2) und Messzone (5) mindestens eine Wand (17) vorgesehen ist, die mindestens eine Einlassöffnung (19) zur zusätzlichen Einströmung des Mediums aufweist.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Auslassbereich (3) und Messzone (5) mindestens eine Wand (18) vorgesehen ist, die mindestens eine Auslassöffnung (20) zur zusätzlichen Ausströmung des Mediums aufweist.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Größen des Querschnitts des Messkanals (5) in Anpassung an den aufgrund Einlass-(19) und Auslassöffnungen (20) geänderten Volumendurchsatz des Mediums ändern.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Einlass-(19) und/oder Auslassöffnungen (20) Leitwände (22) angeordnet sind.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über der Messzone (5) eine Überströmzone (23) vorgesehen ist, aus der das strömende Medium zumindest teilweise in den Auslassbereich (3) geleitet wird.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Überströmzone (23) Überführungskanäle (24) vorgesehen sind, durch welche das strömende Medium dem Auslassbereich (3) zugeführt wird.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge 1 des Überführungskanals (24) mindestens doppelt so groß ist wie seine Breite b.
Durchflussmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Messzone (5) eine im Vergleich zum Auslassbereich (3) erweiterte Auslasszone (25) vorgesehen ist.