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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Messrohr eines Ultraschall-Durchfluss-Messsystems,
welches Messrohr im Messbereich einen anderen Querschnitt aufweist
als der Messrohreinlauf und/oder Messrohrauslauf.
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Ultraschall-Durchflussmessgeräte
werden vielfach in der Prozess- und Automatisierungstechnik eingesetzt.
Sie erlauben in einfacher Weise, den Volumendurchfluss und/oder
Massendurchfluss in einer Rohrleitung zu bestimmen.
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Die
bekannten Ultraschall-Durchflussmessgeräte arbeiten häufig
nach dem Doppler- oder nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip.
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Beim
Laufzeitdifferenz-Prinzip werden die unterschiedlichen Laufzeiten
von Ultraschallimpulsen relativ zur Strömungsrichtung der
Flüssigkeit ausgewertet.
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Hierzu
werden Ultraschallimpulse in einem bestimmten Winkel zur Rohrachse
sowohl mit als auch entgegen der Strömung gesendet. Aus
der Laufzeitdifferenz lässt sich die Fließgeschwindigkeit und
damit bei bekanntem Durchmesser des Rohrleitungsabschnitts der Volumendurchfluss
bestimmen.
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Beim
Doppler-Prinzip werden Ultraschallwellen mit einer bestimmten Frequenz
in die Flüssigkeit eingekoppelt und die von der Flüssigkeit
reflektierten Ultraschallwellen ausgewertet. Aus der Frequenzverschiebung
zwischen den eingekoppelten und reflektierten Wellen lässt
sich ebenfalls die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit
bestimmen.
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Reflexionen
in der Flüssigkeit treten jedoch nur auf, wenn Luftbläschen
oder Verunreinigungen in dieser vorhanden sind, so dass dieses Prinzip
hauptsächlich bei verunreinigten Flüssigkeiten
Verwendung findet.
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Die
Ultraschallwellen werden mit Hilfe so genannter Ultraschallwandler
erzeugt bzw. empfangen. Hierfür sind Ultraschallwandler
an der Rohrwandung des betreffenden Rohrleitungsabschnitts fest
angebracht. Seit neuerem sind auch Clamp-on-Ultraschall-Durchflussmesssysteme
erhältlich. Bei diesen Systemen werden die Ultraschallwandler
nur noch mit einem Spannverschluss an die Rohrwandung gepresst.
Derartige Systeme sind z. B. aus der
EP 686 255 B1 ,
US-A 44 84 478 oder
US-A 45 98 593 bekannt.
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Ein
weiteres Ultraschall-Durchflussmessgerät, das nach dem
Laufzeitdifferenz-Prinzip arbeitet, ist aus der
US-A 50 52 230 bekannt. Die
Laufzeit wird hier mittels kurzen Ultraschallimpulsen ermittelt.
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Ein
großer Vorteil von Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmesssystemen
ist, dass sie das Messmedium nicht berühren und auf eine
bereits bestehende Rohrleitung angebracht werden.
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Die
Ultraschallwandler bestehen normalerweise aus einem piezoelektrischen
Element, auch kurz Piezo genannt, und einer Koppelschicht, auch Koppelkeil
oder seltener Vorlaufkörper genannt. Die Koppelschicht
ist dabei meist aus Kunststoff gefertigt, das piezoelektrische Element
besteht in der industriellen Prozessmesstechnik üblicherweise
aus einer Piezokeramik. Im piezoelektrischen Element werden die
Ultraschallwellen erzeugt und über die Koppelschicht zur
Rohrwandung geführt und von dort in die Flüssigkeit
geleitet. Da die Schallgeschwindigkeiten in Flüssigkeiten
und Kunststoffen unterschiedlich sind, werden die Ultraschallwellen
beim Übergang von einem zum anderen Medium gebrochen. Der Brechungswinkel
bestimmt sich in erster Näherung nach dem Snell'schen Gesetz.
Der Brechungswinkel ist somit abhängig von dem Verhältnis
der Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den Medien.
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Zwischen
dem piezoelektrischen Element und der Koppelschicht kann eine weitere
Koppelschicht angeordnet sein, eine so genannte Anpassungsschicht.
Die Anpassungsschicht übernimmt dabei die Funktion der
Transmission des Ultraschallsignals und gleichzeitig die Reduktion
einer durch unterschiedliche akustische Impedanzen verursachte Reflektion
an Grenzschichten zwischen zwei Materialen.
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Nun
sind auch verschiedene Formen von Messrohren für Ultraschall-Durchfluss-Messsysteme bekannt
geworden.
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Die
EP 1 826 537 A2 zeigt
ein Messrohr mit rechteckigem Rohrquerschnitt. Zwei Ultraschallwandler
sind auf zwei sich gegenüberstehenden, parallelen Flächen
des Messrohrs angebracht oder sie sind zueinander beabstandet auf
einer der beiden parallelen Flächen angeordnet, wobei die
Ultraschallwandler näherungsweise den gesamten Rohrquerschnitt
durchschallen.
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In
der
DE 10 2006
030 942 A1 ist ebenfalls ein Messrohr mit rechteckigem
Querschnitt dargestellt. Dabei verfügt das Messrohr über
einen Messrohreinlauf und einen Messrohrauslauf, welche jeweils
eine Querschnittsveränderung von rundem Querschnitt des
das Messrohr umgebenden Rohrleitungssystems auf rechteckigen Querschnitt
des Messrohrs ermöglichen. Im Messrohreinlauf ist ein zusätzliches
Bauelement vorgesehen, welches die Strömung verwirbelt.
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Die
DE 102 49 542 A1 offenbart
ein Messrohr für ein Ultraschall-Durchfluss-Messsystem
mit zwei Funktionsflächen, auf welchen jeweils ein Ultraschallwandler
angebracht ist. Die Funktionsflächen sind dabei integraler
Bestandteil des Messrohrs. In einer Ausführungsform sind
die Funktionsflächen parallel zueinander auf sich gegenüberliegenden
Seiten des Messrohrs angebracht. in einer anderen Ausgestaltung
wiesen beide Funktionsflächen den näherungsweise
gleichen Winkel zu einem gedachten Lot auf die gegenüberliegende
Fläche des Messrohrs auf, welche gegenüberliegende
Fläche das Ultraschallsignal zwischen den Ultraschallwandlern
reflektiert.
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Ein
weiteres Messrohr mit rechteckigem Querschnitt ist in der
EP 1 130 366 A2 gezeigt.
Der Ultraschallwandler ist dabei gleich der inneren Weite des Messrohrs,
wodurch der gesamte Messrohrquerschnitt durchschallt werden kann.
Der Querschnitt des Messrohrs verändert sich dabei von
einem quadratischen zu einem rechteckigen Querschnitt, wobei die
Höhe des Rechtecks höher sein kann als die Höhe
des Quadrates und die Breite des Rechtecks wesentlich schmaler ist,
als die Breite des Quadrates.
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Rechteckige
Messrohre weisen eine in der Regel stark verlangsamte Strömung
in den Winkeln und Ecken der Messrohre auf. Ablagerungen sammeln
sich dort häufig an.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Messrohr für ein
Ultraschall-Durchfluss-Messsystem bereit zu stellen, welches eine
hochgenaue Messung des Durchflusses ermöglich und gleichzeitig
sehr kostengünstig herzustellen ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch ein Messrohr eines Ultraschall-Durchfluss-Messsystems,
welches Messrohr einen näherungsweise kreisrunden Messrohreinlauf
und einen näherungsweise kreisrunden Messrohrauslauf aufweist,
wobei das Messrohr einen Messrohrmittelteil zwischen dem Messrohreinlauf und
dem Messrohrauslauf aufweist, welcher Messrohrmittelteil einen Querschnitt
aufweist, dessen Breite wesentlich kleiner ist als der Durchmesser
des Messrohreinlaufs und/oder der Durchmesser des Messrohrauslaufs
und dessen Höhe wesentlich größer ist
als der Durchmesser des Messrohreinlaufs und/oder des Messrohrauslaufs,
wobei das Messrohr eine erste Funktionsfläche und mindestens
eine zweite Funktionsfläche aufweist, an welche Funktionsflächen
jeweils mindestens ein Ultraschallwandler akustisch koppelbar ist
und welche Funktionsflächen jeweils einen näherungsweise
gleichen Winkel α zur Messrohrachse aufweisen.
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Zur
Bestimmung sowohl des Durchmessers, als auch der Breite und der
Höhe wird jeweils die vom Messrohr umschlossene Fläche
herangezogen. Die Maße werden also zwischen den Innenflächen
des Messrohrs bestimmt. Die Breite des Messrohrs bezieht sich dabei
auf die Breite an der schmalsten Stelle des Messrohrs. Die Höhe
hingegen bezieht sich auf die Höhe an der höchsten
Stelle des Messrohrs. Besitzt das Messrohr im Messrohrmittelteil
eine Achse, verlaufen Höhe und Breite senkrecht zu der
Achse des Messrohrmittelteils, wie beim Durchmesser des Messrohreinlauf
und Messrohrauslaufs. Die Messrohrachse selbst ist ohne eine existente
Achse im Messrohrmittelteil als Verbindungslinie zwischen Mittelpunkt
des Messrohreinlaufs und dem Mittelpunkt des Messrohrauslaufs zu
betrachten. Bevorzugt weist der Messrohrmittelteil eine Achse auf,
welche in der besagten Verbindungslinie zwischen Mittelpunkt des
Messrohreinlaufs und Mittelpunkt des Messrohrauslaufs liegt.
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Die
Funktionsflächen befinden sich bevorzugt auf der Außenseite
der Messrohrwand. Sie sind zur Aufnahme von Ultraschallwandlern
geeignet ausgestaltet. Wird ein Ultraschallsignal über
die Funktionsfläche in die Messrohrwand eingekoppelt, leitet die
Messrohrwand das Ultraschallsignal bis auf seine Innenseite. Dort
wird es dann in das Messmedium eingekoppelt.
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In
einer ersten Weiterbildung der Erfindung sind die erste Funktionsfläche
und die zweite Funktionsfläche planparallel zueinander.
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In
einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Lösung ist die erste und/oder zweite Funktionsfläche
mindestens so breit, wie das Messrohr an seiner schmalsten Stelle.
Bevorzugt wird das Messrohr in seinem Messrohrmittelteil mit Ultraschallsignalen
durchschallt. Dabei wird besonders vorteilhaft die gesamte Breite
des Messrohrmittelteils durchschallt, d. h. die Wellenfrontbreite
des abgestrahlten bzw. des sich im Messmedium ausbreitenden Ultraschallsignal
entspricht mindestens der Breite des Messrohrs an der schmalsten
Stelle.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Lösung weist das Messrohr keine Ecken und/oder Kanten auf.
insbesondere sind die Radien des Messrohrs in verschiedenen Ausgestaltungen,
je nach Größe des Messrohrs, größer
als 0,2 mm, insbesondere größer als 0,5 mm, insbesondere größer
als 1 mm, insbesondere größer als 2 mm. Bevorzugt
sind die Radien einer Ausgestaltung des Messrohrs zufolge kleiner
als 5 mm. Eine Variante des Messrohrs weist dementsprechend keine
Ecken auf. Bei einem weitergebildeten Messrohr wird zusätzlich
auf Kanten verzichtet. Eine stetige Änderung des Querschnitts
des Messrohrs vom Messrohreinlauf bis zum Messrohrmittelteil ist
die Folge.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Messrohr aus
einem metallischen und im Wesentlichen geraden Rohr mit näherungsweise kreisförmigem
Querschnitt durch Umformen herstellbar. Metallische Messrohre dieser
Gesatlt sind natürlich auch über Urformverfahren
wie z. B. Gießen herstellbar. Jedoch sind Umformverfahren,
die das vorher im Wesentlichen gerade Messrohr plastisch Verformen,
wie z. B. Hydroformen oder Tiefziehen, bevorzugt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Messrohrs ist das Messrohr aus einem Polymer durch Urformen herstellbar.
Jedoch sind nicht nur Polymere, sondern vor allem auch faserverstärkte
Kunststoffe oder Verbundmaterialien bevorzugt.
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Eine
sehr vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Messrohrs ist darin zu sehen, dass das Messrohr einstückig
ausgebildet ist. Dabei muss das Messrohr nicht unbedingt durch Urformen hergestellt
sein, also monolithisch sein. Auch ein Messrohr, welches zunächst
durch Biegen eines flachen Blechs mit anschließendem Längsnahtschweißen
hergestellt wird und anschließend einen Umformprozess durchläuft,
ist als einstückig zu betrachten. Dagegen ist ein aus zwei
Halbschalen, welche z. B. durch Tiefziehen ihre endgültige
Form erhalten haben, zusammengeschweißtes Messrohr als
nicht einstückig zu betrachten.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Messrohrs schlägt vor, dass der Messrohreinlauf und der
Messrohrauslauf die im Wesentlichen gleiche Querschnittsfläche
aufweisen. Eine weitere Ausgestaltung sieht für den Messrohrmittelteil
und den Messrohreinlauf und/oder den Messrohrauslauf die näherungsweise
gleiche Querschnittsfläche vor.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Messrohrs sieht vor, dass der Umfang des Messrohrmittelteils näherungsweise gleich
dem Umfang des Messrohreinlaufs und/oder des Messrohrauslaufs ist.
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Bei
einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Messrohr
vom Messrohreinlauf bis zum Messrohrauslauf im Wesentlichen symmetrisch ausgestaltet.
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Der
Aufbau des Messrohrs weist entsprechend mindestens eine Symmetrieebene,
eine Symmetrieachse und/oder einen Symmetriepunkt auf.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung weist dagegen asymmetrische
Ein- und/oder Auslaufregionen auf. Ein- und Auslaufregionen sind
die Regionen des Messrohrs zwischen Messrohreinlauf und Messrohrmittelteil
respektive Messrohrmittelteil und Messrohrauslauf.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung wird vorgeschlagen, dass das Messrohr im Messrohrmittelteil
zwei im Wesentlichen planparallele Seitenflächen aufweist,
welche ihrerseits die Breite des Messrohrs festlegen. Die Seitenflächen
des Messrohrs sind bevorzugt an der schmalsten Stelle des Messrohrs,
also an der Stelle des Messrohrs mit der geringsten Breite, planparallel.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Messrohrs besteht darin, dass der Querschnitt des Messrohrmittelteils
im Wesentlichen die Form einer Doppelkeule aufweist. Eine Doppelkeule
besitzt die Form zweier, mit ihren dünnen Enden auf einander
stehenden Keulen. Sie nimmt die Form einer Sanduhr an. Doppelkeulen
sind ebenfalls bekannt aus der Quantenmechanik. So bildet beispielsweise
das p-Orbitalmodell eine Doppelkeule.
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Gemäß einer
weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Messrohrs weist die Innenseite des Messrohrs zumindest bereichsweise
im Wesentlichen strömungsparallele Riefen in der Messrohrwand
auf. Die Riefen bieten einerseits den positiven Effekt der Strömungsführung
im Messrohr, andererseits dienen sie zur Stabilität des
Messrohrs, um Verformungen zu reduzieren. Ist ein Messrohr z. B.
mittels eines Umformprozesses hergestellt, können die Riefen
nicht nur auf der Innenseite, sondern auch auf der Außenseite
des Messrohrs verlaufen. Die Messrohrwand ist somit geweilt. Eine
andere Variante stellen einseitige und/oder doppelseitige Rippen
in der Messrohrwand dar. Riefen erden dabei eher als Ausnehmungen,
Rippen als Ausstülpungen verstanden. Bei einem beschriebenen Messrohr
mit gewellter Messrohrwand sind Riefen entsprechend gleichbedeutend
mit Rippen.
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Gemäß einer
sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Messrohr
mindestens eine topfförmige Einbuchtung auf, wobei die
Bodenfläche der topfförmigen Einbuchtung der ersten
Funktionsfläche und/oder der zweiten Funktionsfläche entspricht.
Die topfförmigen Einbuchtungen sind zur Aufnahme mindestens
eines Ultraschallwandlers auslegbar. Das Sensorgehäuse
ist somit bereits in das Messrohr integriert, wobei es zu unterscheiden gilt
zwischen einstückigem Messrohr mit topfförmiger Einbuchtung
und eingeklebten oder z. B. mittels Laser eingeschweißten
Töpfchen zur Aufnahme der Ultraschallwandler. Existieren
zwei topfförmige Einbuchtungen, so wird die Bodenfläche
der ersten Einbuchtung von der ersten Funktionsfläche gebildet und
die Bodenfläche der zweiten Einbuchtung von der zweiten
Funktionsfläche.
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In
einer Weiterbildung der vorherigen Ausgestaltung des Messrohrs ist
die topfförmige Einbuchtung von einer schalldämpfenden
Verschlussmasse verschließbar und/oder die topfförmige
Einbuchtung steht über schalldämpfende Schikanen
mit dem Messrohr in Verbindung. Dabei ist das Messrohr mit der topfförmigen
Einbuchtung bevorzugt einstückig ausgebildet. Die Messrohrwand
weist somit selbst im Bereich der topfförmigen Einbuchtung
schalldämpfende Schikanen auf. Die schalldämpfende
Verschlussmasse hingegen wird vorteilhaft nach Einsetzen des Ultraschallwandlers
in die topfförmige Einbuchtung eingebracht und bevorzugt
mit dem Messrohr formschlüssig, womit sie nicht integraler
Bestandteil des Messrohrs ist, oder Stoffschlüssig verbunden,
z. B. durch Kleben. Die schalldämpfende Verschlussmasse
weist dafür vorteilhaft Mittel zur Kabeldurchführung
auf.
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Weiterhin
wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst
durch ein Messsystem zur Bestimmung und/oder Überwachung
des Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr welches Ultraschall-Durchfluss-Messsystem
mindestens einen Ultraschallwandler und mindestens eine Regel-/Auswerteeinheit
aufweist, welche Regel-/Auswerteeinheit anhand der Messsignale bzw.
anhand von Messdaten, welche aus den Messsignalen abgeleitet sind,
den Volumen- und/oder den Massenstrom des in dem Messrohr strömenden
Messmediums ermittelt, wobei der Ultraschallwandler mindestens ein elektromechanisches
Wandlerelement aufweist, welches Ultraschallsignale sendet und/oder
empfängt, wobei das Messrohr einen näherungsweise
kreisrunden Messrohreinlauf und einen näherungsweise kreisrunden
Messrohrauslauf aufweist, wobei das Messrohr einen Messrohrmittelteil
zwischen dem Messrohreinlauf und dem Messrohrauslauf aufweist, welcher
Messrohrmittelteil einen Querschnitt aufweist, dessen Breite wesentlich
kleiner ist als der Durchmesser des Messrohreinlaufs und/oder des Messrohrauslaufs
und dessen Höhe wesentlich größer ist
als der Durchmesser des Messrohreinlaufs und/oder des Messrohrauslaufs,
wobei das Messrohr eine erste Funktionsfläche und mindestens
eine zweite Funktionsfläche aufweist, an welche Funktionsflächen
jeweils mindestens ein Ultraschallwandler akustisch koppelbar ist
und welche Funktionsflächen jeweils einen näherungsweise
gleichen Winkel α zur Messrohrachse aufweisen.
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Weitere
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Messsystems
ergeben sich aus den erfindungsgemäßen Weiterbildungen
des Messrohrs.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Messrohr mit zwei topfförmigen
Einbuchtungen im Längsschnitt,
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2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Messrohr mit einem doppelkeulenförmigen
Querschnitt des Messrohrmittelteils in perspektivischer Darstellung,
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3 zeigt
ein erfindungsgemäßes Messrohr mit gewellten Messrohrseitenflächen
und vier Ultraschallwandlern in perspektivischer Darstellung.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Messrohr 3 mit
zwei topfförmigen Einbuchtungen 23 im Längsschnitt
dargestellt. Das Messrohr 3 verfügt über
einen Messrohreinlauf 7 und einen Messrohrauslauf 8 mit
näherungsweise gleichen Querschnitten und einem Messrohrmittelteil 9 zwischen
Messrohreinlauf 7 und Messrohrauslauf 8. Die Verbindungslinie
zwischen dem Mittelpunkt des näherungsweise kreisrunden
Messrohreinlaufs 7 und des näherungsweise kreisrunden
Messrohrauslaufs 8 ist gleichzeitig die Messrohrachse 12.
Das Messrohr 3 ist zwar nicht symmetrisch zu seiner Messrohrachse 12,
jedoch punktsymmetrisch zu dem Schwerpunkt des Querschnitts 15 des
Messrohrmittelteils 9, welcher auf der Messrohrachse 12 liegt.
Die Höhe 17 des Messrohrmittelteils 9 ist
wesentlich größer als die Durchmesser 13, 14 des
Messrohreinlaufs 7 und des Messrohrauslaufs 8.
Auch die Breite des Messrohrmittelteils 9 ist wesentlich
kleiner ist als der Durchmesser 13 des Messrohreinlaufs 7 und
der Durchmesser 14 des Messrohrauslaufs 8, was
jedoch in diesem Längsschnitt naturgemäß nicht
dargestellt ist. In dieser Gestalt ist das Messrohr 3 mit
den topfförmigen Einbuchtungen 23 und den schalldämpfenden
Schikanen 26 einstückig durch Umformen eines vormals
geraden Rohrs, z. B. mittels Verfahren des Hydroforming, herstellbar.
Das Messrohr 3 weist keine scharfen Ecken und Kanten auf.
Alle eckenähnlichen und kantenähnlichen Stellen
sind abgerundet bzw. weisen Radien auf. Durch diese Technik ist
es möglich, eine kontinuierliche und gleichzeitige Querschnittsveränderung
sowohl in Breite als auch in der Höhe des Messrohrquerschnitts
zu erreichen.
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Jeweils
ein elektromechanisches Wandlerelement 2 ist in jeweils
einer topfförmigen Einbuchtung 23 platziert. Es
liegt auf der jeweiligen Bodenfläche 24 der topfförmigen
Einbuchtung 23 auf und ist mit dieser verbunden. Die Bodenflächen 24 der
topfförmigen Einbuchtungen 23 dienen als Funktionsflächen 10, 11,
mit welchen die elektromechanischen Wandlerelemente 5 akustisch
gekoppelt sind. Die Bodenflächen 24 der topfförmigen
Einbuchtungen 23 respektive die Funktionsflächen 10 und 11 stehen
dabei in einem Winkel α auf der Messrohrachse 12.
In dieser Ausgestaltung der Erfindung sind die Funktionsflächen 10 und 11 planparallel
zueinander.
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Die
Bodenflächen 24 der topfförmigen Einbuchtungen 23 haben
einen näherungsweise kreisrunden Querschnitt. Im Wesentlichen
senkrecht dazu stehen die circulären Wände der
topfförmigen Einbuchtungen 23. Über die
schalldämpfenden Schikanen 26 sind die topfförmigen
Einbuchtungen 23 des Messrohrs 3 mit der Messrohrwand 21 einstückig verbunden,
d. h. die schalldämpfenden Schikanen 26 und die
topfförmigen Einbuchtungen 23 sind Teil der Messrohrwand 21.
Die schalldämpfenden Schikanen 26 können
dabei z. B. die Form eines Faltenbalgs bzw. Membran- oder Wellbalgs
oder, wie hier gezeigt, mit kreisförmig ausgebildeten,
konzentrisch angeordneten Sicken oder Wellen annehmen. Zusätzlich
zu den schalldämpfenden Schikanen 26 weist ein
Ultraschallwandler 2 eine schalldämpfende Verschlussmasse 25 in
der topfförmigen Einbuchtung 23 auf, welche die
topfförmige Einbuchtung 23 nach außen verschließt.
Eine Kabeldurchführung zur Kontaktierung des Ultraschallwandlers
und zu dessen Verbindung mit einer nicht dargestellten Regel-/Auswerteeinheit
wurde der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigt.
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Zusammen
mit den dargestellten Ultraschallwandlern 2 könnte
das Messrohr 3 als Inline-Ultraschall-Durchfluss-Messsystem 1 aufgefasst
werden, jedoch ohne die aus Übersichtlichkeitsgründen
nicht dargestellte Regel-/Auswerteeinheit.
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2 offenbart
ein erfindungsgemäßes Messrohr 3 mit
einem näherungsweise kreisrunden Messrohreinlauf 7 und
einem näherungsweise kreisrunden Messrohrauslauf 8 und
einem Messrohrmittelteil 9 zwischen dem Messrohreinlauf 7 und
dem Messrohrauslauf 8. Das Messrohrmittelteil 9 weist
einen Querschnitt 15 in Form einer Doppelkeule auf, dessen
Breite wesentlich kleiner ist als der Durchmesser 13 des
Messrohreinlaufs 7 und der Durchmesser des Messrohrauslaufs 8 und
dessen Höhe wesentlich größer ist als
der Durchmesser 13 des Messrohreinlaufs 7 und
des Messrohrauslaufs 8. Das gezeigte Messrohr weist insgesamt
vier Funktionsflächen 10, 11, 27, 28 auf,
an welche jeweils mindestens ein Ultraschallwandler akustisch koppelbar
ist und welche Funktionsflächen 10, 11, 27, 28 jeweils einen
näherungsweise gleichen Winkel zur nicht dargestellten
Messrohrachse aufweisen, wobei die Funktionsflächen 10 und 11 und
die Funktionsflächen 27 und 28 dabei
paarweise planparallel zueinander sind.
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Das
Messrohr 3 weist weiterhin zwei im Wesentlichen planparallele
Seitenflächen 18 aufweist, welche ihrerseits die
Breite des Messrohrs 3 festlegen. Durch die gewählte
Darstellung des Messrohrs 3 ist leider nur eine der beiden
Seiteflächen 18 zu sehen. Weiterhin ist weder
die Breite noch die Höhe des Messrohrs 3 zu sehen,
da diese innerhalb des Messrohrs 3 zwischen dessen Innenseiten
bestehen und hier das Messrohr perspektivisch von außen
dargestellt ist. Ebenfalls nur zu erahnen ist, dass der Messrohreinlauf 7 und
der Messrohrauslauf 8 die im Wesentlichen gleiche Querschnittsfläche
aufweisen. Der symmetrische Aufbau des Messrohrs 3 ist
jedoch sehr deutlich.
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Der
Messrohrmittelteil 9 des Messrohrs 3 im Ausführungsbeispiel
ist näherungsweise gleich dem Umfang des Messrohreinlaufs 7 und
dem Umfang des Messrohrauslaufs 8. Dabei werden ebenfalls
die Inneren Querschnitte herangezogen. Also der Querschnitt 15 des
Messrohrmittelteils 9 hat den näherungsweise gleichen
Umfang wie der vom Durchmesser 13 des Messrohreinlaufs 7 aufgespannte
Querschnitt des Messrohreinlaufs. Entsprechendes gilt erfindungsgemäß für
den Messrohrauslauf. Das Messrohr 3 wird bevorzugt aus
einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt, also in
einem Urform-Verfahren hergestellt.
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3 zeigt
ein Ultraschall-Durchfluss-Messsystem 1 mit einem Messrohr 3 mit
gewellten Messrohrseitenflächen 18 und vier Ultraschallwandlern 2. Die
seitlichen Messrohrwände 21, welche die Seitenflächen 18 des
Messrohrs 3 bilden, weisen Riefen 22 sowohl auf
der Innenseite 19 als auch auf der Außenseite 20 des
Messrohrs 3 auf. Die Riefen 22 auf der Innenseite 19,
also auf der dem Messmedium 4 zugewandten Seitenfläche 18 des
Messrohrs 3 verlaufen dabei im Wesentlichen in Strömungsrichtung
des Messmediums 4 im Messrohr 3. Die gewellten
Seitenflächen 18 bzw. Messrohrwände 21 verleihen
dem Messrohr 3 eine höhere mechanische Stabilität.
Die vier sich gegenüberstehenden Ultraschallwandler 2 sind
auf das Messrohr 3 von außen, also auf die Außenseite 20 des
Messrohrs 3, aufgesetzt. Es handelt sich dennoch nicht
um ein Clamp-On-Messsystem, da die Ultraschallwandler 2 nicht
auf eine bestehende Rohrleitung, sondern auf ein eigens dafür
gestaltetes Messrohr 3 angebracht sind.
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Die
Ultraschallwandler 2 stehen mit insgesamt vier Funktionsflächen 10, 11, 27, 28 des
Messrohrs 3 in Verbindung. Dabei schließen alle
vier Funktionsflächen 10, 11, 27, 28 näherungsweise
den gleichen Winkel α zur Messrohrachse ein. Die Funktionsflächen 10 und 11 und
die Funktionsflächen 27 und 28 sind dabei
paarweise planparallel.
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Die
Durchmesser 13, 14 und damit die Querschnittsflächen
des näherungsweise kreisrunden Messrohreinlaufs 7 und
des näherungsweise kreisrunden Messrohrauslaufs 8 sind
im Wesentlichen gleich groß. Die Breite 16 des
Messrohrmittelteils 9 an der schmalsten Stelle des Messrohrmittelteils 9 ist vergleichsweise
zu den Durchmessern 13, 14 des Messrohreinlaufs 7 und
des Messrohrauslaufs 8 kleiner. Gleichermaßen
ist die Höhe 17 des Messrohrs 3 am höchsten
Teil des Messrohrmittelteils 9 größer
als die genannten Durchmesser 13, 14.
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Auch
dieses Messrohr 3 mit den Riefen 22 in der Messrohrwand 21 weist
keine Ecken und keine Kanten auf der Innenseite des Messrohrs 3,
also dem Messmedium berührenden Teil des Messrohrs 3,
auf. Es ist einstückig durch Umformen herstellbar und symmetrisch
aufgebaut.
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- 1
- Ultraschall-Durchfluss-Messsystem
- 2
- Ultraschallwandler
- 3
- Messrohr
- 4
- Messmedium
- 5
- Elektromechanisches
Wandlerelement
- 6
- Regel-/Auswerteeinheit
- 7
- Messrohreinlauf
- 8
- Messrohrauslauf
- 9
- Messrohrmittelteil
- 10
- Erste
Funktionsfläche
- 11
- Zweite
Funktionsfläche
- 12
- Messrohrachse
- 13
- Durchmesser
des Messrohreinlaufs
- 14
- Durchmesser
des Messrohrauslaufs
- 15
- Querschnitt
des Messrohrmittelteils
- 16
- Breite
des Messrohrmittelteils
- 17
- Höhe
des Messrohrmittelteils
- 18
- Seitenflächen
des Messrohrs
- 19
- Innenseite
des Messrohrs
- 20
- Außenseite
des Messrohrs
- 21
- Messrohrwand
- 22
- Riefen
in der Messrohrwand
- 23
- Topfförmige
Einbuchtung
- 24
- Bodenfläche
der topfförmigen Einbuchtung
- 25
- Verschlussmasse
- 26
- Schalldämpfende
Schikanen
- 27
- Dritte
Funktionsfläche
- 28
- Vierte
Funktionsfläche
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 686255
B1 [0008]
- - US 4484478 A [0008]
- - US 4598593 A [0008]
- - US 5052230 A [0009]
- - EP 1826537 A2 [0014]
- - DE 102006030942 A1 [0015]
- - DE 10249542 A1 [0016]
- - EP 1130366 A2 [0017]