DE102007013176B4

DE102007013176B4 - Durchflussratenmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102007013176B4
Application number: DE102007013176A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Tsukubamirai Fukano; Takamitsu Tsukubamirai Suzuki
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2027-03-21
Also published as: TW200741184A; KR20070098673A; CN101046400A; US7383741B2; DE102007013176A1; TWI322885B; CN100501342C; US20070227263A1; JP4702668B2; JP2007263796A

Abstract

Durchflussratenmessvorrichtung (10, 100) mit einem Durchgang (26), durch welchen eine Flüssigkeit fließt und welcher in einem Gehäuse (12) vorgesehen ist, und einem Paar von Erfassungsabschnitten (16a, 16b, 102a, 102b), die Schallwellensignale aussenden und empfangen können und die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei der Durchgang (26) zwischen ihnen angeordnet ist, zum Messen einer Strömungsrate der Flüssigkeit auf der Basis der Schallwellensignale, wobei jeder der Erfassungsabschnitte (16a, 16b, 102a, 102b) folgende weitere Elemente aufweist:
ein Abdeckelement (40, 104), das dem in dem Gehäuse (12) vorgesehenen Durchgang (26) zugewandt ist und eine gekrümmte Fläche (46) aufweist, die zu dem Durchgang (26) erweitert ist, und
ein Schallwellentransmitter/-empfängerelement (14), das in dem Abdeckelement (40, 104) so angeordnet ist, dass es zu dem Durchgang (26) gerichtet ist und das die Schallwellensignale aussendet und empfängt,
wobei das Schallwellentransmitter/-empfängerelement (14) die Schallwellensignale über die gekrümmte Fläche (46) aussendet und empfängt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Durchflussratenmessvorrichtung zur Erfassung der Strömungsrate einer Flüssigkeit auf der Basis des Unterschiedes der Ausbreitungsgeschwindigkeit, die erhalten wird, wenn sich Schallwellen über die Flüssigkeit ausbreiten.
Es wurde bereits eine Durchflussratenmessvorrichtung eingesetzt, die bspw. ein Paar von Transmitter-/Empfängereinheiten aufweist, die stromaufwärts und stromabwärts einer Leitung, durch welche ein Fluid fließt, angeordnet sind, wobei Ultraschallwellen, die von einer Transmitter-/Empfängereinheit ausgesandt werden, durch eine Innenwandfläche der Leitung reflektiert werden, und wobei die Ultraschallwellen durch die andere Transmitter-/Empfängereinheit empfangen werden, um eine Strömungsgeschwindigkeit oder Strömungsrate des Fluides auf der Basis der Differenz der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen zu messen.
Wie in 7 dargestellt ist, umfasst eine solche Durchflussratenmessvorrichtung 1 einen Messkanal 4, der einen Zufuhrkanal 2 für die Zufuhr der Flüssigkeit und einen Ablasskanal 3 zum Ablassen der Flüssigkeit aufweist. Ein erster Messkopf 5 ist an einem Ende des Messkanals 4 vorgesehen, während ein zweiter Messkopf 6 an dem anderen Ende des Messkanals 4 vorgesehen ist. Die ersten und zweiten Messköpfe 5, 6 weisen Schallwandler auf, die als ein Ultraschallwellentransmitter oder ein Ultraschallwellenempfänger dienen. Bspw. wird ein gepulstes Ultraschallwellensignal von dem ersten Messkopf 5 ausgesandt, wobei der zweite Messkopf 6, der als ein Schallwellenempfänger dient, das Schallwellensignal empfängt. Anschließend wird der erste Messkopf 5 so geschaltet, dass er als ein Empfänger dient, um ein Schallwellensignal, das von dem zweiten Messkopf 6 ausgesandt wird, zu empfangen (vgl. DE 43 30 363 A1 ).
Bei dem Stand der Technik, wie er in der DE 43 30 363 A1 beschrieben ist, haften, wenn in der Flüssigkeit Bläschen enthalten sind, diese Bläschen an der Innenwandfläche des Messkanals 4, der gegenüber den ersten und zweiten Messköpfen 5, 6 angeordnet ist. Die Bläschen 7 behindern die Ausbreitung der Schallwellensignale, was es den ersten und zweiten Messköpfen 5, 6 unmöglich macht, die Schallwellensignale genau zu empfangen. Als Folge hiervon ist es schwierig die Strömungsrate der Flüssigkeit auf der Basis der Schallwellensignale korrekt zu messen.
Eine Durchflussmessvorrichtung mit auswechselbaren Ultraschallwellenwandlern ist der US 2005/0093957 A1 zu entnehmen, wobei an beiden Enden einer Messleitung in Öffnungen der Durchflussmessvorrichtung Membranen vorgesehen sind. Die Membranen stehen an ihrer Innenseite mit dem zu messenden Medium in Verbindung, während im Bereich ihrer Außenseite die Öffnungen für die Aufnahme von Ultraschallwellenwandlern vorgesehen sind. Die in diese Öffnungen eingebrachten Ultraschallwellenwandler treten mit den Außenseiten der Membranen in Kontakt und messen die Durchflussmenge.
Eine ebenfalls austauschbare Messvorrichtung zur Messung des Blutdurchflusses beschreibt die US 5,463,906 A , wobei hier Durchflussleitungen an einem Einwegdurchflusselement mit ebenen Kontaktflächen angebracht werden und dieses Einwegelement in eine mit entsprechenden Gegenkontaktflächen ausgerüstete akustische Messvorrichtung eingespannt werden kann.
Die US 6,622,572 B2 und die US 6,647,805 offenbaren jeweils eine Durchflussmessvorrichtung mit einer Messleitung und zwei daran angebrachten Ultraschallwellenwandlern. Signaleinflüsse durch Blasenbildung werden mit einem System zum Regeln der Zunahme des Messverstärkersignals kompensiert.
Bei der Ultraschallprüfeinrichtung der DE 40 26 458 C2 zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken, dient ein flüssiges Medium der schallübertragenden Ankopplung zwischen einem Ultraschallprüfkopf und dem zu vermessenden Werkstück. Eine Verminderung des Messeinflusses durch die Ansammlung von Luftblasen im Bereich der Prüfköpfe wird durch ein Hineinragen der Stirnfläche der Prüfköpfe oder ein bündiges Abschließen dieser Stirnfläche mit der Bohrung im Prüfkopfträger ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Durchflussratenmessvorrichtung vorzuschlagen, in welcher sich Schallwellensignale zuverlässig ausbreiten können, so dass die hochgenaue Messung der Strömungsrate einer Flüssigkeit auf der Basis von Schallwellensignalen, die durch einen Detektionsabschnitt erfasst werden, ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Er findung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Längsschnitt, der eine Durchflussratenmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrer Gesamtheit darstellt.
2 ist ein vergrößerter Schnitt, der Elemente der Ausführungsform darstellt, die in der Nähe eines Messabschnitts der in 1 gezeigten Durchflussratenmessvorrichtung angeordnet sind.
3 ist ein vergrößerter Schnitt, der einen Zustand darstellt, in dem der Messabschnitt von einem Gehäusebereich der in 1 gezeigten Durchflussratenmessvorrichtung getrennt ist.
4 ist ein Längsschnitt, der eine Durchflussratenmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrer Gesamtheit darstellt,
5 ist ein vergrößerter Schnitt, der Elemente der Ausführungsform darstellt, die in der Nähe eines Messabschnitts der in 4 gezeigten Durchflussratenmessvorrichtung angeordnet sind,
6 ist ein vergrößerter Schnitt, der einen Zustand darstellt, in dem der Messabschnitt von einem Gehäusebereich der in 4 gezeigten Durchflussratenmessvorrichtung getrennt ist, und
7 ist ein Längsschnitt, der eine herkömmliche Durchflussratenmessvorrichtung darstellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Mit Bezug auf 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Durchflussratenmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Durchflussratenmessvorrichtung 10 ein Gehäuse 12, das einen Durchgang 26 für die Zufuhr einer Flüssigkeit, bspw. Wasser oder eine chemische Lösung, und ein Paar von Erfassungsabschnitten 16a, 16b aufweist, die an den jeweiligen Enden des Gehäuses 12 angeordnet sind und Schallwellentransmitter/empfangsabschnitte 14 aufweisen, die in der Lage sind, Schallwellensignale zu übertragen und zu empfangen.
Das Gehäuse 12 umfasst einen Grundkörperabschnitt 18, der bspw. aus einem metallischen Material, wie Edelstahl, geformt ist und eine lineare Form aufweist, einen Zufuhrabschnitt 20, der im Wesentlichen senkrecht zu einem Ende des Grundkörperabschnitts 18 angebracht ist, und einen Ablassabschnitt 22, der im Wesentlichen senkrecht zu einem anderen Ende des Grundkörperabschnitts 18 angebracht ist. Der Zufuhrabschnitt 20 und der Ablassabschnitt 22 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Das Gehäuse 12 muss nicht notwendigerweise aus einem metallischen Material hergestellt sein. Alternativ kann das Gehäuse 12 auch aus einem Harz- oder Kunststoffmaterial geformt sein.
Verbindungsflansche 24, an welche die Erfassungsabschnitte 16a, 16b angeschlossen sind, sind an beiden Enden des Grundkörperabschnitts 18 ausgebildet, wobei die Verbindungsflansche 24 in einer radialen Richtung diametral nach außen erweitert sind. Außerdem ist ein Durchgang 26, durch welchen die Flüssigkeit fließt, durch den Grundkörperabschnitt 18 in einer axialen Richtung ausgebildet, wobei sich beide Enden des Durchgangs 26 nach außen öffnen. Diametral erweiterte Abschnitt 28a, 28b sind vorgesehen, die sich allmählich diametral zu Bereichen, die in der Nähe der beiden Enden des Durchgangs 26 angeordnet sind, erweitern. Im Einzelnen sind die diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b in den Verbindungsflanschen vorgesehen, wobei die Erfassungsabschnitte 16a, 16b so angeordnet sind, dass die Erfassungsabschnitte 16a, 16b den diametral erweiterten Abschnitten 28a, 28b zugewandt sind.
Ein Zufuhrdurchgang 30, der in der axialen Richtung durchtritt, ist in dem Zufuhrabschnitt 20 ausgebildet. Der Zufuhrdurchgang 30 steht mit dem diametral erweiterten Abschnitt 28a, der an einer Endseite des Grundkörperabschnitts 18 ausgebildet ist, in Verbindung. Andererseits ist ein Ablassdurchgang 32, der in der axialen Richtung durchtritt, in dem Ablassabschnitt 22 ausgebildet. Der Ablassdurchgang 32 steht mit dem diametral erweiterten Abschnitt 28b, der an der anderen Endseite des Grundkörperabschnitts 18 ausgebildet ist, in Verbindung. Anders ausgedrückt, stehen der Zufuhrdurchgang 30 und der Ablassdurchgang 32 miteinander über den Durchgang 26 und das Paar diametral erweiterter Abschnitt 28a, 28b in Verbindung. Daher wird die Flüssigkeit, die von einer nicht dargestellten Flüssigkeitszufuhrquelle dem Zufuhrdurchgang 30 zugeführt wird, über den Durchgang 26 von dem Ablassdurchgang 32 nach außen abgelassen.
Eine Einsetznut 36, in welche eine Leitung 32 mit bspw. einem Rohr oder einem Schlauch eingesetzt ist, ist an Enden des Zufuhrabschnitts 20 und des Ablassabschnitts 22 ausgebildet. Ein zylindrischer Befestigungsstopfen 38 ist auf die äußere Umfangsfläche jedes der Enden aufgeschraubt. Das bedeutet, dass die Leitung 34 an den Enden des Zufuhrabschnitts 20 und des Ablassabschnitts 22 in die Einsetznut 36 eingesetzt ist, und dass der Befestigungsstopfen 38 auf jedes der Enden aufgeschraubt ist, wodurch die Leitung 34 zwischen dem Befestigungsstopfen 38 und dem Ende angeordnet wird und wodurch die Leitung 34 fest sowohl mit dem Zufuhrabschnitt 20 als auch dem Ablassabschnitt 22 verbunden wird.
Erfassungsabschnitte 16a, 16b sind jeweils in den diametral erweiterten Abschnitten 28a bzw. 28b des Gehäuses 12 vorgesehen. Jeder der Erfassungsabschnitte 16a, 16b umfasst ein Abdeckelement 40, das so angebracht ist, dass es dem Durchgang 26 des Gehäuses 12 zugewandt ist, einen Schallwellentransmitter/empfängerabschnitt 14, der in dem Abdeckelement 40 angeordnet ist, und eine Verbindungskappe 44a, 44b, die mit dem Verbindungsflansch 24 des Grundkörperabschnitts 18 verbunden ist und die die offenen, diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b verschließt.
Jedes der Abdeckelemente 40 ist aus einem Harz- oder Kunststoffmaterial mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt geformt. Die Abdeckelemente 40 sind so angeordnet, dass ihre offenen Enden an der Seite der Verbindungskappen 44a, 44b angeordnet sind. Außerdem sind die Abdeckelemente 40 so angeordnet, dass ihre anderen Enden, die einen Boden aufweisen, dem Durchgang 26 gegenüberliegen. Eine gekrümmte Fläche 46, die sich in einer kugeligen Form zu dem Durchgang 26 erweitert, ist an dem anderen Ende jedes der Abdeckelemente 40 ausgebildet. Wie in 2 gezeigt ist, ist die gekrümmte Fläche 46 so geformt, dass sie einen festgelegten Radius aufweist, wobei die gekrümmte Fläche 46 dem Durchgang 26 zugewandt ist. Die gekrümmte Fläche 46 ist an ihrem zentralen Bereich maximal erweitert, wobei der zentrale Bereich auf der Achse des Durchgangs 26 angeordnet ist.
Die Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitte 14 bestehen jeweils bspw. aus einem plattenförmigen piezoelektrischen Element (Piezo-Element). Die Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitte 14 sind auf der ebenen Boden wandfläche 40a (vgl. 2) jedes der Abdeckelemente 40 angebracht. Ein Paar von Leitungsdrähten 50 ist mit jedem der Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitte 14 verbunden. Die Leitungsdrähte 50 werden in das Innere der Verbindungskappen 44a, 44b geführt, und dann werden die Leitungsdrähte 50 über Dichtbolzen 52, die auf die Verbindungskappen 44a, 44b geschraubt sind, nach außen geführt.
Die Verbindungskappen 44a, 44b weisen eine zylindrische Gestalt mit einem Boden auf. Die Verbindungskappen 44a, 44b sind jeweils über eine Mehrzahl von Bolzen (nicht dargestellt) mit den Verbindungsflanschen 24 des Gehäuses 12 verbunden. Ein Anschlussabschnitt 54 ist so geformt, dass er an einem Seitenbereich jeder der Verbindungskappen 44a, 44b vorsteht. Die Anschlussabschnitte 54 sind jeweils in die diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b des Gehäuses 12 eingesetzt, um den Anschluss zu bewirken. Leitungsdrähte 50, die mit den Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitten 14 verbunden sind, treten durch das Innere der Anschlussabschnitte 54. Das bedeutet, dass die Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitte 14 innerhalb der diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b durch die Verbindungskappen 44a, 44b, die jeweils mit den Verbindungsflanschen 24 des Gehäuses 12 verbunden sind, dicht abgedichtet werden. Wenn die Verbindungskappen 44a, 44b gelöst werden, können die Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitte 14 von dem Gehäuse 12 abgenommen werden.
Dichtelemente 56, die an der äußeren Umfangsfläche der Anschlussabschnitte 54 angebracht sind, liegen an den inneren Umfangsflächen der diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b an. Dementsprechend wird zwischen dem Gehäuse 12 und den Verbindungskappen 44a, 44b eine luftdichte Abdichtung erreicht.
Die Dichtbolzen 52, die die Leitungsdrähte 50 halten, sind an Enden der Verbindungskappen 44a, 44b angeschraubt, um das Innere der Verbindungskappen 44a, 44b abzudichten. Die Leitungsdrähte 50, die über die Dichtbolzen 52 nach außen geführt werden, sind jeweils mit einer nicht dargestellten Steuereinheit verbunden. Signale, die durch die Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitte 14 empfangen werden, werden über die Leitungsdrähte 50 an die Steuereinheit ausgegeben.
Die Durchflussratenmessvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden ihre Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise erläutert.
Der Vorrichtung wird von einer nicht dargestellten Flüssigkeitszufuhrquelle über eine Leitung 34 Flüssigkeit zu dem Zufuhrdurchgang 33 zugeführt, wobei die Flüssigkeit von dem Zufuhrdurchgang 30 und über den Durchgang 26 zu dem Ablassdurchgang 32 fließt.
Bei der Durchflussratenmessvorrichtung 10 werden bspw. Schallwellensignale von dem Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitt 14 des Erfassungsabschnitts 16a, der mit einem Ende des Gehäuses 12 verbunden ist, ausgesandt. Die Schallwellensignale breiten sich in der Flüssigkeit aus, wobei sie durch die Innenwandfläche des Durchgangs 26 reflektiert werden. Die Schallwellensignale werden durch den Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitt 14 des Erfassungsabschnitts 16b, der an das andere Ende des Gehäuses 12 angeschlossen ist, empfangen. Während dieses Vorgangs breiten sich die Schallwellensignale in Richtung der Strömung der Flüssigkeit aus (d. h. in Richtung das Pfeils X1, wie er in 1 gezeigt ist).
Umgekehrt werden Schallwellensignale von dem Schallwellentransmitter/empfängerabschnitt 14 des Erfassungsabschnitts 16b, der mit dem anderen Ende des Gehäuses 12 verbunden ist, ausgesandt. Die Schallwellensignale werden von dem Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitt 14 des Erfassungsabschnitts 16a, der mit dem oben genannten ersten Ende des Gehäuses 12 verbunden ist, empfangen. Während dieses Vorgangs breiten sich Schallwellensignale in einer Richtung entgegen der Strömungsrichtung der Flüssigkeit aus (d. h. in Richtung des Pfeils X2, wie er in 1 gezeigt ist).
Die empfangenen Signale, die auf Schallwellensignalen, welche von den Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitten 14 empfangen werden, basieren, werden über die Leitungsdrähte 50 an eine nicht dargestellte Steuereinheit ausgegeben. Gemäß diesen Erfassungssignalen wird der Unterschied ΔT der Ausbreitungszeit auf der Basis der Ausbreitungszeit T1 in der Steuereinheit berechnet, die erhalten wird, wenn sich Schallwellensignale in Richtung der Strömung der Flüssigkeit (Richtung des Pfeils X1) ausbreiten, und der Ausbreitungsszeit T2, die erhalten wird, wenn sich Schallwellensignale in einer Richtung entgegen der Strömungsrichtung der Flüssigkeit (Richtung des Pfeils X2) ausbreiten. Die Strömungsgeschwindigkeit V der Flüssigkeit wird auf der Basis der Unterschiede ΔT der Ausbreitungszeit errechnet.
Bei dieser Anordnung ist eine gekrümmte Fläche 46, die sich zu dem Durchgang 26 erweitert und diesem gegenüberliegt, an jeder der Abdeckelemente 40, die die Erfassungsabschnitte 16a, 16b bilden, ausgebildet. Daher bleiben alle Bläschen, die in der Flüssigkeit enthalten sind, an den Abdeckelementen 40 hängen, woraufhin die Bläschen durch die fließende Flüssigkeit gepresst werden. Dementsprechend bewegen sich die Bläschen allmählich radial nach außen entlang der gekrümmten Fläche 46. Anders ausgedrückt ist es möglich, einen Zustand zu vermeiden, in dem die Bläschen an der Oberfläche des Abdeckelements 40 haften und den Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitt 14 abdecken. Bläschen, die von dem Abdeckelement 40 entfernt werden, können über den Ablassdurchgang 32 nach außen abgeführt werden.
Da Bläschen, die an der Oberfläche der Abdeckelemente anhaften, entfernt werden, wird somit die Ausbreitung der Schallwellensignale nicht behindert. Dadurch ist es möglich, Schallwellensignale in geeigneter Weise in der Durchflussratenmessvorrichtung 10 zu übertragen und zu empfangen. Als Folge hiervon kann die Strömungsrate der Flüssigkeit sehr genau auf der Basis dieser Schallwellensignale errechnet werden.
Bei dieser Anordnung sind die Erfassungsabschnitte 16a, 16b einschließlich der Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitte 14 in den diametral erweiterten Abschnitten 28a, 28b untergebracht, die sich an beiden Enden des Gehäuses öffnen, wobei die diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b durch die Verbindungskappen 44a, 44b verschlossen werden. Hierbei sind, wie in 3 gezeigt ist, die Erfassungsabschnitte 16a, 16b relativ zu dem Gehäuse 12 lösbar vorgesehen. Wenn die Erfassungsabschnitte 16a, 16b ausgetauscht werden, kann dementsprechend ein solcher Austausch mittels eines einfachen Vorgangs durchgeführt werden, bei dem einfach die Verbindungskappen 44a, 44b von dem Gehäuse 12 gelöst werden.
Auch wenn in einem oder beiden der Erfassungsabschnitte 16a, 16b ein Fehler auftritt, kann die Durchflussratenmessvorrichtung 10 einfach repariert und wiederverwendet werden, indem lediglich einer oder beide der Erfassungsabschnitte 16a, 16b der Durchflussratenmessvorrichtung 10 ausgetauscht werden. Dadurch ist es möglich, die Kosten im Vergleich zu einem Fall, bei dem die gesamte Durchflussratenmessvorrichtung 10 ausgetauscht werden muss, zu reduzieren.
Außerdem sind die Abdeckelemente 40 aus einem Harz- oder Kunststoffmaterial geformt. Dementsprechend können die Schallwellensignale durch die Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitte 14, die in den Abdeckelementen 40 angeordnet sind, zuverlässig übertragen und empfangen werden.
Als nächstes wird mit Bezug auf die 4 bis 6 eine Durchflussratenmessvorrichtung 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Aufbauelemente wie bei der Durchflussratenmessvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Insoweit wird auf die entsprechende obige Beschreibung verwiesen.
Wie in 4 gezeigt ist, unterscheidet sich die Durchflussratenmessvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung von der Durchflussratenmessvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform dahingehend, dass Dämpfungselemente (Schallwellenausschaltelemente) 106 zwischen den Abdeckelementen 104, die die Erfassungsabschnitte 102a 102b bilden, und den diametral erweiterten Abschnitten 28a, 28b des Gehäuses 12 angeordnet sind. Freiräume 108 mit einem festgelegten Abstand sind zwischen äußeren Umfangsflächen der Abdeckelemente 104 und den inneren Umfangsflächen der diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b vorgesehen.
Das Dämpfungselement 106 besteht bspw. aus einem elastischen Material, wie Gummi, wobei das Dämpfungselement 106 eine zylindrische Form hat. Das Dämpfungselement 106 ist zwischen der äußeren Umfangsfläche des Abdeckelementes 104 und der inneren Umfangsfläche des diametral erweiterten Abschnitts 28a, 28b angeordnet.
Das Dämpfungselement 106 ist so angeordnet, dass die äußere Umfangsfläche und die innere Umfangsfläche in Flächenkontakt mit dem Abdeckelement 104 bzw. dem Grundkörperabschnitt 18 stehen. Daher kommen die Abdeckelemente 104 nicht in direkten Kontakt mit dem Gehäuse 12. Die Abdeckelemente 104 werden in dem Gehäuse 12 gehalten, wobei die Dämpfungselemente 106 zwischen ihnen angeordnet sind.
Wie in 5 gezeigt ist, ist der äußere Umfangsdurchmesser D1 des Abdeckelementes 104 kleiner als der innere Umfangsdurchmesser D2 der diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b, die Bereiche des Durchgangs 26 bilden (D1 < D2). Ein Freiraum 108 mit einem festgelegten Abstand ist zwischen der äußeren Umfangsfläche des Abdeckelementes 104 und der inneren Umfangsfläche der diametral erweiterten Abschnitte 128a, 128b vorgesehen. Mit anderen Worten sind die Abdeckelemente 104 von den diametral erweiterten Abschnitten 28a, 28b um einen festgelegten Abstand beabstandet, so dass das andere Ende des Abdeckelementes 104 nicht in Kontakt mit den diametral erweiterten Abschnitten 28a, 28b tritt. In ähnlicher Weise ist der äußere Umfangsdurchmesser D3 des Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitts 14 so gestaltet, dass er kleiner ist als der innere Umfangsdurchmesser D2 der diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b (D3 < D2).
Der Freiraum 108, der den diametral erweiterten Abschnitten 28a, 28b zugewandt ist, ist zwischen dem Abdeckelement 40 und den diametral erweiterten Abschnitten 28a, 28b angeordnet, wie es oben beschrieben wurde. Dementsprechend wird das Abdeckelement 40 an einem Kontakt mit dem Gehäuse 12, das den Durchgang 26 und die diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b aufweist, gehindert. Dadurch ist es möglich, eine Ausbreitung interferierender Schallwellensignale von dem Gehäuse 12 zu den Erfassungsabschnitten 16a, 16b zu vermeiden.
Die Abdeckelemente 40 sind in dem Gehäuse 12 aufgenommen, wobei das Dämpfungselement 106, das aus dem elastischen Material besteht, zwischen ihnen angeordnet ist. Daher werden interferierende Schallwellensignale, die sich von den inhärenten Schallwellensignalen, die empfangen werden sollen, unter scheiden, durch das Dämpfungselement 106 zuverlässig geschluckt, so dass ihre Ausbreitung von dem Gehäuse 12 zu den Abdeckelementen 40 verhindert wird. Dadurch ist es möglich, Probleme zu vermeiden, die durch solche interferierenden Schallwellensignale, die von einem Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitt 14 ausgesandt werden und sich über das Abdeckelement 40 zu dem Gehäuse 12 ausbreiten, bewirkt werden. Lediglich Schallwellensignale, die sich zu dem Durchgang 26, durch welchen die Flüssigkeit fließt, ausbreiten, werden durch den anderen Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitt 14 zuverlässig empfangen. Dementsprechend ist es möglich, die Strömungsrate der Flüssigkeit auf der Basis dieser Schallwellensignale sehr genau zu messen.
Wenn das Gehäuse 12 aus einem metallischen Material geformt ist, ist es möglich, seine Festigkeit im Vergleich zu der herkömmlichen Durchflussratenmessvorrichtung 1, bei welcher der Messkanal 2 aus Kunststoff geformt ist, zu erhöhen. Auch wenn die Flüssigkeit, die durch den Durchgang 26, den Zufuhrdurchgang 30 und den Ablassdurchgang 32, die in dem Gehäuse 12 ausgebildet sind, fließt, einen hohen Druck hat, kann daher die Strömungsrate der Flüssigkeit mit Hilfe der Durchflussratenmessvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform zuverlässig gemessen werden.
Außerdem sind der äußere Umfangsdurchmesser D1 des Abdeckelementes 40 und der äußere Umfangsdurchmesser D3 des Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitts 14 so gestaltet, dass sie kleiner sind als der innere Umfangsdurchmesser D2 der diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b (D1, D3 < D2). Dementsprechend können Schallwellensignale von dem Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitt 14 in geeigneter Weise in den diametral erweiterten Abschnitt 28a, 28b übertragen werden. Außerdem können die sich ausbreitenden Schallwellensignale in geeigneter Weise durch den Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitt 14 über den diametral erweiterten Abschnitt 28a, 28b empfangen werden. Daher kann die Strömungsrate der Flüssigkeit zuverlässig und sehr genau auf der Basis der Schallwellensignale gemessen werden. Mit anderen Worten sind im Falle der Durchflussratenmessvorrichtung 1 gemäß dem in 7 gezeigten Stand der Technik die äußeren Umfangsdurchmesser der ersten und zweiten Messköpfe 5, 6 größer als der innere Umfangsdurchmesser des in dem Messkanal 2 ausgebildeten Durchgangs. Daher können Schallwellensignale, die sich über die Flüssigkeit in dem Durchgang ausbreiten, durch die ersten und zweiten Messköpfe 5, 6 nicht zuverlässig empfangen werden.
Die Beziehung zwischen dem inneren Umfangdurchmesser D2 der diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b und dem äußeren Umfangsdurchmesser D3 des Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitts 14, wie sie oben beschrieben wurde, ist nicht auf die Durchflussratenmessvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform beschränkt. Die Beziehung zwischen dem inneren Umfangsdurchmesser D2 und dem äußeren Umfangsdurchmesser D3 kann in äquivalenter Weise in der Durchflussratenmessvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen werden, die kein Dämpfungselement 106 aufweist. Dementsprechend können auch bei der Durchflussratenmessvorrichtung 10 Schallwellensignale in geeigneter Weise von dem Schallwellentransmitter/empfängerabschnitt 14 zu den diametral erweiterten Abschnitten 28a, 28b übertragen werden. Außerdem können sich ausbreitende Schallwellensignale durch den Schallwellentransmitter/-empfängerabschnitt 14 in geeigneter Weise über die diametral erweiterten Abschnitte 28a, 28b empfangen werden.

Claims

Durchflussratenmessvorrichtung (10, 100) mit einem Durchgang (26), durch welchen eine Flüssigkeit fließt und welcher in einem Gehäuse (12) vorgesehen ist, und einem Paar von Erfassungsabschnitten (16a, 16b, 102a, 102b), die Schallwellensignale aussenden und empfangen können und die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei der Durchgang (26) zwischen ihnen angeordnet ist, zum Messen einer Strömungsrate der Flüssigkeit auf der Basis der Schallwellensignale, wobei jeder der Erfassungsabschnitte (16a, 16b, 102a, 102b) folgende weitere Elemente aufweist: ein Abdeckelement (40, 104), das dem in dem Gehäuse (12) vorgesehenen Durchgang (26) zugewandt ist und eine gekrümmte Fläche (46) aufweist, die zu dem Durchgang (26) erweitert ist, und ein Schallwellentransmitter/-empfängerelement (14), das in dem Abdeckelement (40, 104) so angeordnet ist, dass es zu dem Durchgang (26) gerichtet ist und das die Schallwellensignale aussendet und empfängt, wobei das Schallwellentransmitter/-empfängerelement (14) die Schallwellensignale über die gekrümmte Fläche (46) aussendet und empfängt.
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsabschnitt (16a, 16b) lösbar in dem Gehäuse (12) angeordnet ist.
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Durchmesser (D3) des Schallwellentransmitter/-empfängerelementes (14) kleiner ist als ein innerer Durchmesser (D2) des Durchgangs (26).
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) aus einem Metallmaterial besteht.
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (40) aus einem Harz- oder Kunststoffmaterial besteht.
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallwellentransmitter/-empfängerelement (14) ein piezoelektrisches Element aufweist.
Durchflussratenmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schallwellenschluckelement (106), das die Ausbreitung der Schallwellensignale verhindert, zwischen dem Erfassungsabschnitt (102a, 102b) und dem Gehäuse (12) vorgesehen ist, wobei der Erfassungsabschnitt (102a, 102b) in dem Gehäuse (12) gehalten wird, wobei das Schallwellenschluckelement (106) dazwischen vorgesehen ist.
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsabschnitt (102a, 102b) lösbar in dem Gehäuse (12) angeordnet ist.
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser des Erfassungsabschnitts (102a, 102b) kleiner ist als ein Innendurchmesser des Gehäuses (12), in dem der Erfassungsabschnitt (102a, 102b) angebracht ist.
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Durchgang (26) zugewandter Freiraum zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Abdeckelementes (4) und einer inneren Umfangsfläche des Durchgangs (26) vorgesehen ist.
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallwellenschlucktelement (106) aus einem elastischen Material geformt ist.
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) aus einem Metallmaterial besteht.
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (104) aus einem Harz- oder Kunststoffmaterial besteht.
Durchflussratenmessvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallwellentransmitter/-empfängerelement (14) ein piezoelektrisches Element aufweist.