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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Durchflussmessgerät zum Ermitteln des Durchflusses eines durch ein Messrohr strömendes Messmedium, welches Durchflussmessgerät ein in das Messmedium ragendes erstes Gehäuse aufweist, welches eine zum Messmedium hin begrenzende erste Oberfläche aufweist.
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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. Beim Laufzeitdifferenz-Prinzip werden die unterschiedlichen Laufzeiten von Ultraschallimpulsen relativ zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausgewertet. 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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Die Ultraschallwellen werden mit Hilfe so genannter Ultraschallwandler erzeugt bzw. empfangen. Hierfür sind Ultraschallwandler in der Rohrwandung des betreffenden Rohrleitungsabschnitts fest angebracht. 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, so genannten Bursts, ermittelt.
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Die Ultraschallwandler bestehen normalerweise aus einem elektromechanischen Wandlerelement, z. B. ein piezoelektrisches Element, einem Ultraschallfenster, auch Koppelschicht genannt, und einem Gehäuse. Das piezoelektrische Element besteht in der industriellen Prozessmesstechnik üblicherweise aus einer Piezokeramik. Im piezoelektrischen Element werden die Ultraschallwellen erzeugt und über das Ultraschallfenster in das Messmedium geleitet. 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 werden Ultraschallwandler auch vermehrt zur Durchflussmessung von Gasen eingesetzt. In Gasen ist die Übertragung von zur Messung nutzbarer Schallenergie wesentlich geringer, als in Flüssigkeiten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen ein Durchflussmessgerät vorzuschlagen, welches unempfindlich gegenüber Rohrwellen ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der jeweils abhängigen Ansprüche wieder.
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Ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät zum Ermitteln des Durchflusses eines durch ein Messrohr strömendes Messmedium, weist ein in das Messmedium ragendes, erstes Gehäuse eines Ultraschallwandlers auf, welches eine das erste Gehäuse zum Messmedium hin begrenzende erste Oberfläche aufweist. Darüber hinaus weist das Durchflussmessgerät ein zweites Gehäuse auf, welches zweite Gehäuse eine das Volumen des Messmediums begrenzende, zweite Oberfläche aufweist. Das erste Gehäuse ist dabei mit dem zweiten Gehäuse über ein zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse angeordnetes Verbindungselement verbunden. Das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse sind erfindungsgemäß so zueinander angeordnet, dass jeder Abstand zwischen zwei beliebigen Punkte der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche mindestens 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm oder gar mindestens 1 mm, beträgt, und, dass jeder senkrecht auf die erste Oberfläche bemessene Abstand der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche mindestens 1 mm beträgt, und, dass jeder senkrecht auf die zweite Oberfläche bemessene Abstand der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche mindestens 1 mm beträgt. Die jeweils senkrecht bemessenen Abstände betragen einem Ausführungsbeispiel gemäß mindestens 2 mm. Sie werden gemessen entlang eines Normalenvektors, also einer Flächennormalen, auf der ersten, respektive zweiten Oberfläche. Der Abstand wird durch das Messmedium hindurch gemessen.
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In bestimmten Konfigurationen wird er auch durch das Verbindungselement hindurch gemessen.
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Das Verbindungselement kann eine das Verbindungselement zum Messmedium hin begrenzende dritte Oberfläche aufweisen, welche dritte Oberfläche des Verbindungselements den vorgegebenen Mindestabstand größer 0,2 mm zwischen erster Oberfläche und zweiter Oberfläche dadurch sicherstellt, dass sie die erste Oberfläche von der zweiten trennt. Existiert ein Abstand normal auf die erste Oberfläche zur zweiten Oberfläche, dann beträgt dieser Abstand mindestens 1 mm. Sind die Normalen auf der ersten und auf der zweiten Oberfläche parallel zueinander oder schneiden sich in einem Winkel kleiner 90°, so ist der Abstand zwischen er ersten Oberfläche des ersten Gehäuse und der zweiten Oberfläche des zweiten Gehäuses gleich der Dicke des Verbindungselements an der Stelle, wo das Verbindungselement die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche berührt. Bilden beispielsweise die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche jeweils eine Ecke mit einem Winkel kleiner oder gleich 90° und die Ecken liegen sich gegenüber, so beträgt der Abstand der Eckpunkte ebenfalls mindestens 0,2 mm, insbesondere mindestens 1 mm.
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Als erste Oberfläche des ersten Gehäuses wird dabei die gesamte Oberfläche des ersten Gehäuses bezeichnet, welche im Betriebszustand des Durchflussmessgeräts vom Messmedium berührt wird. Außer Betrieb grenzt die erste Oberfläche das erste Gehäuse zur Umwelt hin ab. Ist das erste Gehäuse beispielsweise rotationssymmetrisch um eine Längsachse, weist also das erste Gehäuse einen im Wesentlichen um die Längsachse des ersten Gehäuses rotationssymmetrischen Querschnitt auf, ist es beispielsweise zylindrisch, so besteht die erste Oberfläche sowohl aus der Mantelfläche, als auch aus zumindest einer Grundfläche des zylindrischen ersten Gehäuses, welche z. B. als Ultraschallfenster dient, soweit diese Flächen im Betriebszustand des Durchflussmessgeräts mit dem Messmedium in direktem Kontakt stehen. Die zweite Oberfläche des zweiten Gehäuses ist beispielsweise die das Messmedium berührende Oberfläche des Messrohrs oder eines Sensorstutzens, welcher mit dem Messrohr verbunden ist.
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Wird eine flüssige Phase in Form eines Tropfens in einem ansonsten Gasförmigen Messmedium betrachtet, so lagert sich der Tropfen an einer Fläche an, wenn die Adhäsionskraft zwischen der Fläche und der flüssigen Phase des Messmediums größer ist als die Kohäsionskraft in der flüssigen Phase des Messmediums, oder anders ausgedrückt, wenn die Benetzende-Oberflächen-Energie der flüssigen Phase des Messmediums, welche zwischen der flüssigen Phase des Messmediums und der Fläche auftritt kleiner ist, als die Freie-Oberflächen-Energie der flüssigen Phase des Messmediums. Dabei ist die Adhäsionskraft abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit, deren makro- und mikroskopischer Form und Größe, vom Werkstoff der Fläche, von der chemischen Zusammensetzung und dem thermodynamischen Zustand des Messmediums, wie beispielsweise der Dichte, dem Partialdruck der flüssigen Phase und der Temperatur des Gesamtsystems aus Fläche und Messmedium, welche Einfluss auf die Größer der Grenzflächenspannung des Tropfens haben. Sind zwei Flächen im Raum angeordnet, an welchen sich eine einzige Phase wie z. B. ein Tropfen ansammeln kann, sind zusätzlich weitere Parameter zu berücksichtigen, insbesondere deren Lage und Abstand im Raum zueinander. Erfindungsgemäß dürfen sich an der ersten Oberfläche und an der zweiten Oberfläche separat zwei voneinander getrennte flüssige Phasen anlagern, die Oberflächen sind jedoch so beschaffen und zueinander angeordnet, dass die beiden Phasen nicht so groß werden, dass sie sich vereinigen. Dies wird verhindert durch das zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche angeordneten Verbindungselement und dem Mindestabstand der beiden Oberflächen zueinander. Die oben genannten Parameter werden also so gewählt, dass die zusammen auf eine einzige flüssige Phase des Messmediums wirkenden Adhäsionskräfte der ersten und zweiten Oberfläche kleiner ist als die Kohäsionskraft in der flüssigen Phase des Messmediums.
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Zweck der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es, Ansammlungen von Feuchtigkeit zwischen der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses und der zweiten Oberfläche, z. B. durch Kapillareffekte, zu verhindern. Ist beispielsweise der Abstand zwischen Mantelfläche eines zumindest teilweise zylindrischen ersten Gehäuses und einer Bohrung in der Messrohrwand, in welcher das erste Gehäuse platziert ist, klein, kann sich in dem durch diese beiden Vorrichtungen gebildeten Zwischenraum Flüssigkeit ansammeln, beispielsweise durch Kapillareffekte. Dies kann im Falle eines Ultraschall-Durchflussmessgeräts, wobei das erste Gehäuse das Gehäuse des Ultraschallwandlers bildet, dazu führen, dass so genannte Rohrwellen über die Flüssigkeitsansammlung von dem Messrohr auf den Ultraschallwandler und. umgekehrt übertragen werden.
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Im Stand der Technik sind nun Durchflussmessgeräte bekannt, welche in Messrohre eingesetzte Ultraschallwandler zeigt. Diese haben stets einen vorgegebenen Abstand zu den Messrohren. Meist sind diese Ultraschall-Durchflussmessgeräte jedoch zur Messung von flüssigen Messmedien ausgestaltet, d. h. es befindet sich immer Flüssigkeit zwischen Ultraschallwandler und Messrohr, über welche auch die Rohrwellen übertragen werden. Dies hat nun einen geringen Einfluss auf die Messung, da die in dem flüssigen Messmedium übertragene Schallenergie, welche zur Messung des Durchflusses genutzt wird, bekanntlich groß ist im Vergleich zur analog in einem Gas übertragenen Energie. Das erfindungsgemäße Ultraschall-Durchflussmessgerät ist nun jedoch speziell für Gas, insbesondere feuchtes Gas, z. B. Biogas, konzipiert. Die Ansammlungen von Feuchtigkeit sind abhängig von der Viskosität der sich ansammelnden Feuchtigkeit, von der Oberflächenbeschaffenheit der Werkstoffe, an denen sich Feuchtigkeit ansammelt und nicht zuletzt den Werkstoffen selbst, insbesondere deren Affinität, Feuchtigkeit nicht abzuleiten und damit anzusammeln, sei es nun Wasser oder andere Flüssigkeiten. In der Werkstoffkunde wird auch davon gesprochen, dass ein Werkstoff lipophil bzw. lipophob oder hydrophil bzw. hydrophob ist, wenn es um die Neigung geht, Fette oder Wasser zu binden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Ultraschall-Durchflussmessgerät eine Dichtung als Verbindungselement zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse angeordnet ist und die Dichtung eine Dicke von zumindest 0,1 mm auf. In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung weist das Ultraschall-Durchflussmessgerät zumindest ein elektromechanisches Ultraschallwandlerelement auf, und die Dicke der Dichtung beträgt zumindest 1/10 der Wellenlänge λ in der Dichtung der vom Ultraschallwandler ausgesandten Ultraschallwelle, mindestens jedoch 0,1 mm.
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Die Dichtung ist geeignet für die Zwecke der Dichtheit, aber vor allem zur akustischen Dämpfung von Körperschall und damit der verringerten Übertragung von Körperschall über das Messrohr auf die Ultraschallwandler und/oder umgekehrt. Dazu ist sie relativ weich, besteht beispielsweise aus Elastomer oder Teflon. Sie weist darüber hinaus eine geringe akustische Impedanz von weniger als 4 MRayl auf. Ihre Dicke beträgt mindestens 1/10 der Wellenlänge λ der akustischen Welle in der Dichtung, welche akustische Welle von einem Ultraschallwandlerelement des Ultraschall-Durchflussmessgeräts ausgesendet wird. Das Verbindungselement im allgemeinen oder die Dichtung als Verbindungselement im besonderen weisen beispielsweise eine Dicke größer 0,2 mm auf, z. B. auch zumindest 0,5 mm. Es können auch durchaus Dicken bzw. Längen der dritten Oberfläche von größer 1 mm sinnvoll sein.
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Das beschriebene Problem der Ansammlung von Feuchtigkeit besteht jedoch nicht nur in engen Zwischenräumen oder Kapillaren, sondern auch dann, wenn zwei Ebenen sich schneiden, in einer dadurch entstehenden Ecke.
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Eine Lösung ist gegeben durch eine Weiterbildung der Erfindung, gemäß welcher das erste Gehäuse einen ersten Endabschnitt, einen zweiten Endabschnitt und eine Längsachse umfasst, wobei sich die Längsachse zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei das erste Gehäuse beispielsweise hülsenförmig ausgestaltet ist, in welchem hülsenförmigen ersten Gehäuse dann im Bereich des ersten Endabschnitts beispielsweise ein Ultraschallwandlerelement oder beispielsweise ein Temperaturfühlerelement angeordnet ist, wobei jeder erste Punkt einer die erste Oberfläche des erste Gehäuses abschließenden Kante, im Bereich des zweiten Endabschnitts des ersten Gehäuses, einen Abstand zu der Längsachse des ersten Gehäuses aufweist, welcher um mindestens 0,2 mm größer ist, welcher insbesondere um zumindest 0,5 mm größer ist, als der Abstand aller zweiten Punkte der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses zur Längsachse des ersten Gehäuses, welche in einer gemeinsamen Ebene mit der Längsachse des ersten Gehäuses und mit dem ersten Punkt der Kante liegen und welche jeweils einen auf die Längsachse des ersten Gehäuses projizierten Abstand zum ersten Punkt der Kante von mindestens 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm, in Richtung des ersten Endabschnitts des ersten Gehäuses aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist das erste Gehäuse so ausgestaltet, dass jeder Längsschnitt der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses, welcher in einer Ebenen mit der Längsachse des ersten Gehäuses liegt, im Bereich des zweiten Endabschnitts konkav ist. Dabei ist beispielsweise das Gehäuse rotationssymmetrisch um seine Längsachse ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung weist die erste Oberfläche des ersten Gehäuses im Bereich des zweiten Endabschnitts bis zur die erste Oberfläche des ersten Gehäuses abschließenden Kante einen Radius von zumindest 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm, beispielsweise 1 mm oder gar 2 mm aufweist. Der Radius ist nur dann wichtig, wenn eine Ansammlung an Feuchtigkeit in einer Ecke zu einer genannten Messbeeinträchtigung führen würde. Dann wird der Winkel der Ecke durch einen Radius ersetzt. Eine Beeinträchtigung kann sich daraus ergeben, dass sich ein Tropfen in einer Ecke ansammelt und eine Verbindung zwischen erster und zweiter Oberfläche bildet.
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Die Kante des ersten Gehäuses muss dabei keine Kante im engeren Sinn sein. Es ist die Kurve, welche die erste Oberfläche begrenzt, welche das erste Gehäuse vom Messmedium abgrenzt. Diese Kurve ist gegebenenfalls bestimmt durch die dritte Oberfläche, welche die erste Oberfläche begrenzt, welche das erste Gehäuse vom Messmedium abgrenzt. Dann ist die Kante die Kurve an welcher sich erste und dritte Oberfläche berühren.
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Gleichermaßen wird die zweite Oberfläche durch eine Kante begrenzt, an welcher sich die zweite Oberfläche und die dritte Oberfläche berühren. Die zweite Oberfläche kann ebenfalls einen Radius von zumindest 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm, beispielsweise 1 mm oder gar 2 mm aufweisen und/oder sie ist konkav – das für die erste Oberfläche offenbarte kann analog für die zweite Oberfläche gelten.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung berührt das erste Gehäuse an der die erste Oberfläche des ersten Gehäuses abschließenden Kante ein Verbindungselement, welches Verbindungselement seinerseits eine die Ausdehnung des Messmediums begrenzende, dritte Oberfläche aufweist, wobei die Funktion des Abstands von zumindest einem Abschnitt einer gemeinsamen Schnittkante der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses und der zweiten Oberfläche des Verbindungselements in einer gemeinsamen Schnittebenen mit der Längsachse des ersten Gehäuses zur Längsachse des ersten Gehäuses, welcher sich zumindest über jeweils einen Teilabschnitt des ersten Gehäuses und des Verbindungselements erstreckt, monoton ist, wobei die Länge jedes Teilabschnitts mindestens 0,2 mm, insbesondere 0,5 mm, beträgt.
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Eine weitere Lösung des Problems der Ansammlung von Flüssigkeit in Ecken ist, gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung, dass die erste Oberfläche des ersten Gehäuses eine die Ausdehnung des Messmediums begrenzende, dritten Oberfläche eines Verbindungselements berührt, wobei die Schnittkanten der ersten Oberfläche und der dritten Oberfläche in einer gemeinsamen Schnittebenen mit der Längsachse des ersten Gehäuses einen Winkel größer oder gleich 90° einschließen.
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Wie oben beschrieben bildet die Kante den Abschluss der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses, welche das erste Gehäuse gegenüber dem Messmedium abgrenzt. An dieser, die erste Oberfläche des ersten Gehäuses abschließenden Kante berührt die erste Oberfläche die zweite Oberfläche und damit das erste Gehäuse das Verbindungselement.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist die erste Oberfläche des ersten Gehäuses aus einem ersten Werkstoff hergestellt und die das Messmedium begrenzende dritte Oberfläche des Verbindungselements ist aus einem zweiten Werkstoff hergestellt, wobei die erste Oberfläche des ersten Gehäuses die dritte Oberfläche des Verbindungselements berührt, insbesondere an der die erste Oberfläche abschließenden Kante, wobei der erste Werkstoff ungleich dem zweiten Werkstoff ist. Die zweite Oberfläche des zweiten Gehäuses besteht aus einem dritten Werkstoff, der gleich sein kann dem Werkstoff der ersten Oberfläche. Verbindet das Verbindungselement das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse, beispielsweise das Messrohr, miteinander, kann das Messrohr aus dem gleichen Material hergestellt sein, wie das erste Gehäuse, oder es ist aus einem dritten, vom ersten und/oder vom zweiten Werkstoff verschiedenen Material hergestellt. Das erste Gehäuse besteht beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Edelstahl. Gleiches gilt für das zweite Gehäuse. Das Verbindungselement besteht dann beispielsweise aus einem Elastomer.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung weist das Messrohr zumindest eine Aushalsung gemäß der
DE 10 2009 046 886 auf, in welcher das erste Gehäuse platziert ist. Die dem Messmedium zugewandten Innenwände der Aushalsung bilden die zweite Oberfläche bilden. Natürlich könnte das Messrohr auch eine andersartig ausgestaltete Öffnung aufweisen, in welcher das erste Gehäuse platziert ist.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist zumindest die dritte Oberfläche aus einem flüssigkeitsabweisendem, insbesondere einem wasserabweisenden Material hergestellt. Sie weist darüber hinaus eine Kontur auf, welche den Abfluss von angesammelter Flüssigkeit unterstützt. Gleichmaßen können die erste und/oder die zweite Oberfläche ausgestaltet sein. Um Ablagerungen von Schmutz schnell und einfach zu beseitigen, sind nanostrukturierte Oberflächen, Stichwort Lotuseffekt, bekannt geworden. Beim so genannten Lotuseffekt sind Erhebungen bis zu 100 μm hoch und bis zu 200 μm voneinander entfernt. Bevorzugt werden Erhebungen mit maximal 20 μm Höhe eingesetzt. Die Mindesthöhe beträgt 1 μm. Bevorzugt werden Erhebungen mit einer Höhe größer 5 μm eingesetzt. Weiterhin bevorzugt beträgt ihr Abstand bis zu 50 μm zueinander. Die minimalen Abstände der Erhebungen zueinander betragen 1 μm, bevorzugt sind Abstände ab 5 μm zueinander. Eine solche Oberflächenbeschaffenheit ist z. B. durch eine Schicht aus Lack oder Farbe mit Nanopartikeln oder durch Aufdampfen oder Aufsprühen entsprechender Partikel zu erreichen. Natürlich besitzen die Nanopartikel dabei eine Größe, welche die erste und/oder zweite und/oder dritte Oberfläche in ihrer geometrischen Form nicht wesentlich verändert. Ist die erste und/oder die zweite Oberfläche entsprechend strukturiert, ist natürlich zu unterscheiden zwischen der makroskopischen Form der Oberflächen und ihrer mikroskopischen. Die Abstände zu der zweiten Oberfläche oder zur ersten Oberfläche selbst werden makroskopisch bestimmt. Die Erhebungen sind zu vernachlässigen. Sie sind vielmehr im Bereich von Rauheiten. Gleiches gilt selbstverständlich für eine fertigungsbedingte Rauheit der Oberflächen.
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Bei dem Gehäuse eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts handelt es sich insbesondere um das erste Gehäuse eines Ultraschallwandlers. Insbesondere weist das Durchflussmessgerät zumindest zwei Ultraschallwandler auf, welche so in dem Messrohr angeordnet sind, dass der Durchfluss des Messmediums durch das Messrohr mittels des Laufzeitdifferenzprinzips ermittelbar ist. Es handelt sich somit um ein so genanntes Inline-Ultraschall-Durchflussmessgerät. Ein solches Inline-Ultraschall-Durchflussmessgerät kann auch mehrere paarweise gegenüberliegend angeordnete erfindungsgemäße Ultraschallwandler aufweisen.
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Verwendung findet ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät in einer prozesstechnischen Anlage zur Ermittlung des Durchflusses von einem zumindest teilweise gasförmigen Messmedium, insbesondere zur Ermittlung des Durchflusses von Biogas eingesetzt ist.
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Ist das erste Gehäuse ein Gehäuse eines Ultraschallwandlers eines Durchflussmessgeräts, kann es weiterhin eine Dämpfungseinheit zur Verringerung der Übertragung von Körperschall im ersten Gehäuse umfassen, welche Dämpfungseinheit eine Außenfläche aufweist, welche das erste Gehäuse gegenüber der Umwelt begrenzt, also welche Außenfläche der Dämpfungseinheit Teil der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses ist, wobei die Funktion des Abstands jeder Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit in einer Schnittebene, in welcher eine Längsachse des ersten Gehäuses liegt, zur Längsachse des ersten Gehäuses monoton ist. Weitergebildet weist das erste Gehäuse darüber hinaus eine Membran auf, welche das erste Gehäuse gegenüber der Umwelt begrenzt, also welche ebenfalls Teil der ersten Oberfläche ist, welche Membran die Längsachse des ersten Gehäuses schneidet, wobei die Dämpfungseinheit einen membranseitigen Endabschnitt aufweist und wobei die Funktion des Abstands der Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit in der Schnittebene, in welcher die Längsachse des ersten Gehäuses liegt, zur Längsachse des ersten Gehäuses, ausgehend von dem membranseitigen Endabschnitt, monoton wächst. Weitergebildet ist jeder Winkel, welcher die Schnittkante mit der Gehäuselängsachse einschließt, kleiner 60°. Die Dämpfungseinheit weist beispielsweise zumindest zwei gekoppelte mechanische Resonatoren auf, welche in Längsrichtung des ersten Gehäuses hintereinander angeordnet sind.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen hier kurz anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät in einer ersten Ausgestaltung im Längsschnitt,
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät in einer zweiten Ausgestaltung im Längsschnitt,
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät ungeschnitten in einer Außenansicht,
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4 zeigt ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät im Schnitt.
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In
1 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts
1 im Längsschnitt dargestellt. Es weist ein Messrohr
2 auf, eine Aushalsung
3 und ein in der Aushalsung
3 des Messrohrs
2 platziertes erstes Gehäuse
4. Das erste Gehäuse
4 ist das erste Gehäuse des Ultraschallwandlers
6. Die Aushalsung ist näher beschrieben in der Patentanmeldung des Anmelders mit dem Aktenzeichen
DE 10 2009 046 886 . Die Offenbarung der genannten Anmeldung bezüglich der Aushalsung
3 und dem daran befestigten Sensorstutzen
17 gilt hiermit als mit umfasst. Der Ultraschallwandler
6 und damit das erste Gehäuse
4 ist im Innenraum
9 des Durchflussmessgeräts
1 von Messmedium umgeben.
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Die erste Oberfläche 5 des ersten Gehäuses 4 grenzt das erste Gehäuse 4 vom hier nicht dargestellten Messmedium ab. Gleichzeitig grenzt die erste Oberfläche 5 des ersten Gehäuses 4 das erste Gehäuse 4 vom Innenraum 9 des Durchflussmessgeräts 1 ab. Das erste Gehäuse wird über eine Dichtung als Verbindungselement 7 mit dem Sensorstutzen 17 verbunden, der seinerseits mit der Aushalsung 3 des Messrohrs 2 verbunden ist. Die dem Innenraum 9 des Durchflussmessgeräts 1 zugewandte Oberfläche der Aushalsung 3 und des Messrohrs 2 bildet eine zweite Oberfläche 8, welche das Durchflussmessgerät 1 vom Messmedium abgrenzt und die dem Innenraum 9 des Durchflussmessgeräts 1 zugewandte Oberfläche des Verbindungselements 7 bildet eine dritte Oberfläche.
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Der Abstand der ersten Oberfläche 5 zu sich selbst und zur zweiten Oberfläche 8 beträgt immer mindestens 1 mm. Dadurch sammelt sich keine Flüssigkeit zwischen der ersten Oberfläche 5 und der zweiten Oberfläche 8 und zwischen Teiloberflächen der ersten Oberfläche 5 selbst an. Dies verbessert das so genannte Signal zu Rausch Verhältnis bei dem Ultraschallwandler 6, da keine Rohrwellen über eine Ansammlung von Flüssigkeit vom Messrohr 2 auf das erste Gehäuse 4 des Ultraschallwandlers 6 übertragen werden können. Das beschriebene Durchflussmessgerät 1 wird hauptsächlich zur Durchflussmessung von Gas, insbesondere von Biogas eingesetzt.
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Hier ist das erste Gehäuse 4 rotationssymmetrisch um die Längsachse 10 ausgestaltet. Es weist einen Radius 11 von typischerweise 0,5 mm im Bereich eines zweiten Endabschnitts 13 des ersten Gehäuses 4 auf. Hier weist das erste Gehäuse 4 keine schmale Kerbe oder keinen Hinterschnitt auf, nicht einmal einen 90° Winkel. Dadurch wird ebenfalls eine Feuchtigkeitsansammlung verhindert. Der Freistich 18 dient dazu, einen erfindungsgemäßen Freiraum zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche 5 und 9 herzustellen. Würde sich Feuchtigkeit, beispielsweise in Form eines Tropfens, an der ersten Oberfläche 5 im Bereich des Radius' 11 ansammeln, ohne dass Tropfen zusätzlich die zweite Oberfläche 8 berührt und diese ebenfalls benetzt, würde diese Ansammlung an Feuchtigkeit nicht zur Verschlechterung der Messung führen. Der Radius 11 ist hier jedoch so ausgestaltet, dass sich eben kein die erste und zweite Oberfläche verbindender und damit überbrückender Tropfen anlagern kann.
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In einem ersten Endabschnitt 12 ist ein Ultraschallwandlerelement 15 angeordnet. Im Bereich des zweiten Endabschnitts 12 befindet sich eine die erste Oberfläche 5 des ersten Gehäuses 4 abschließenden Kante 14. Diese ist hier definiert durch das Anliegen der Dichtung als Verbindungselement 7 auf der ersten Oberfläche 5.
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2 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts 1 im Längsschnitt. Der Unterschied zur vorher beschriebenen Ausgestaltung besteht hauptsächlich darin, dass die erste Oberfläche 5 des ersten Gehäuses 4 im Bereich seines zweiten Endabschnitts 13 mit der dritten Oberfläche 8 des Verbindungselements 7 einen Winkel 16 von 90° in einer gemeinsamen Schnittebenen mit der Längsachse 10 des ersten Gehäuses 4 einschließt. Dabei ist die erste Oberfläche 5 des ersten Gehäuses 4 aus einem ersten Werkstoff hergestellt und die dritte Oberfläche 8 des Verbindungselements 7 ist aus einem. zweiten Werkstoff hergestellt, wobei der erste Werkstoff ungleich dem zweiten Werkstoff ist. Durch geschickte Auswahl der Werkstoffe lässt sich eine Ansammlung von Feuchtigkeit im Winkel 16 vermeiden, welche die zweite Oberfläche 8 ebenfalls benetzen kann. Nicht nur der Werkstoff der Dichtung ist entsprechend ausgewählt, beispielsweise ein Elastomer, sondern auch dessen Oberflächenbeschaffenheit. Die gezeigte Dichtung 7 liegt an der ersten Oberfläche 5 des Gehäuses 4 an. Toleranzbedingt kann sich auch ein kleiner Spalt zwischen der Dichtung 7 und dem Gehäuse 4 bilden, welcher sich unter Umständen mit Flüssigkeit füllt. Dies hat jedoch keine Auswirkungen auf die Messung, solange keine Ultraschallwellen durch die Flüssigkeit von der ersten Oberfläche 5 auf die zweite Oberfläche 8 hindurch übertragen werden. Die Dichtung 7 weist in diesem Beispiel eine Dicke parallel zur Längsachse des Ultraschallwandlergehäuses 4 von mindestens 0,1 mm zur Vermeidung von Feuchtigkeitsansammlung und von mindestens λ/10 der Ultraschallwelle in der Dichtung zur akustischen Dämpfung auf. Beides trägt zur Robustheit des Ultraschall-Durchflussmessgeräts bei, indem es den Einfluss von Rohrwellen verringert.
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgeräts 1 in der Draufsicht. Der hier angedeutete Schnitt ist in 4 veranschaulicht. Der Schnitt verläuft senkrecht auf den Messpfaden zwischen den einzelnen Ultraschallwandlern 6 des Durchflussmessgeräts 1, welche sich paarweise gegenüberstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Durchflussmessgerät
- 2
- Messrohr
- 3
- Aushalsung
- 4
- Erstes Gehäuse
- 5
- Erste Oberfläche
- 6
- Ultraschallwandler
- 7
- Verbindungselement
- 8
- Zweite Oberfläche
- 9
- Innenraum des Durchflussmessgeräts
- 10
- Längsachse des ersten Gehäuses
- 11
- Radius
- 12
- Erster Endabschnitt des ersten Gehäuses
- 13
- Zweiter Endabschnitt des ersten Gehäuses
- 14
- Kante
- 15
- Ultraschallwandlerelement
- 16
- Winkel
- 17
- Sensorstutzen
- 18
- Einstich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5052230 A [0004]
- DE 102009046886 [0028, 0038]
