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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchflußmessung eines in einer Fluidleitung strömenden Mediums, umfassend ein Einlaßrohr und ein Auslaßrohr, zwischen denen eine Ultraschallmeßstrecke angeordnet ist, wobei ein Ultraschallsignal von einer ersten Abstrahlfläche einer Ultraschallwandleranordnung aussendbar ist und über Mittel zum Umlenken zu einer Empfangsfläche der Ultraschallwandleranordnung umlenkbar ist, mit der das ausgesandte Ultraschallsignal empfangbar ist.
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Eine derartige Vorrichtung zur Durchflußmessung ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 001 895 A1 bzw. der
EP 1 684 054 A1 bekannt. Dort ist die Ultraschallmeßstrecke im Wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung des Mediums im Einlaßrohr bzw. im Auslaßrohr angeordnet. Hierbei ergibt sich eine Ultraschallmeßstrecke, die einseitig von einer Ultraschallwandleranordnung begrenzt wird und die auf der anderen Seite von einem Umlenkspiegel abgeschlossen wird. Das Ultraschallsignal wird von einer ersten Abstrahlfläche der Ultraschallwandleranordnung entlang einer Wandseite der Strömungstrennwand zu dem Umlenkspiegel ausgesendet, von diesem umgeleitet und entlang der anderen Wandseite der Strömungstrennwand zu der Empfangsfläche der Ultraschallwandleranordnung geleitet. Der Vorteil solcher Ultraschallmeßvorrichtungen besteht darin, daß diese keine Verschleißteile aufweisen. Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung zur Durchflußmessung, daß die Ultraschallmeßstrecke relativ viel Bauraum beansprucht, weshalb diese Bauweise beispielsweise bei Kapselzählern nicht möglich ist.
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Aus der
EP 1 975 573 A1 ist ein Ultraschallzähler vom Kapseltyp bekannt, wobei ein Meßkanal mit Ultraschallwandlern auf einen Sockel mit einem Einlaßrohr und einem Auslaßrohr montiert wird, wobei das Einlaßrohr mit dem Anfang des Meßkanals und das Auslaßrohr mit dem Ende des Meßkanals verbunden wird und ein Adapterstück zum Verbinden des Meßkanals mit dem Einlaß- und dem Auslaßrohr vorgesehen ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchflußmessung zu schaffen, die eine präzise Ultraschallmessung auch bei nur geringem verfügbarem Bauraum, wie er insbesondere bei Kapselzählern gegeben ist, ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ultraschallmeßstrecke drei Schenkel umfaßt, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Schenkeln die Mittel zum Umlenken des Ultraschallsignals angeordnet sind.
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Mit den vorzugsweise in einer Ebene angeordneten drei Schenkeln und den dazwischen angeordneten Mitteln zum Umlenken wird eine ausreichend lange Meßstrecke ausgebildet, um die erforderliche Meßpräzision zu erreichen. Gleichzeitig wird eine kompakte Bauform der Ultraschallmeßstrecke erreicht, die es ermöglicht, die Vorrichtung zur Durchflußmessung auch als Kapselzähler auszubilden. Es können zur Verlängerung der Ultraschallmeßstrecke noch weitere Schenkel vorgesehen sein. Da Kapselzähler in der Regel in standardisierten Aussparungen in der Gebäudewand installiert werden, ist es erforderlich, daß die Vorrichtung zur Durchflußmessung den Standarddurchmesser für Kapselzähler nicht überschreitet.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die drei Schenkel jeweils im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
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Die Ultraschallmeßstrecke mit den drei Schenkeln, die jeweils um ca. 90° zueinander versetzt sind, ist somit im Wesentlichen u-förmig aufgebaut.
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Es ist vorteilhaft, daß jeweils zwischen zwei benachbarten Schenkeln der Ultraschallmeßstrecke eine Verbindungsstrecke angeordnet ist, in der die Mittel zum Umlenken des Ultraschallsignals angeordnet sind.
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Grundsätzlich ist es möglich, die Mittel zum Umlenken des Ultraschallsignals jeweils ohne Vorsehen von Verbindungsstrecken zwischen zwei Schenkeln anzuordnen, jedoch sind die Verbindungsstrecken vorteilhaft, um abrupte Richtungswechsel und somit die Ausbildung von Turbulenzen innerhalb der Ultraschallmeßstrecke zu vermeiden. Die Verbindungsstrecke kann gerundet oder als gerade Strecke ausgebildet sein.
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Es ist zweckmäßig, daß die Mittel zum Umlenken jeweils um die Hälfte des im Wesentlichen rechten Winkels zu den beiden benachbarten Schenkeln der Ultraschallmeßstrecke geneigt sind.
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Die Mittel zum Umlenken sind somit jeweils um ca. 45° zu den beiden benachbarten Schenkeln geneigt, um das Ultraschallsignal von einem Schenkel in den benachbarten Schenkel umzulenken.
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Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Ultraschallmeßstrecke in einer zur Hauptströmungsrichtung der Fluidleitung parallelen Ebene angeordnet ist.
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Hierbei wird ein Teil oder das gesamte Fluid von der Fluidleitung innerhalb der Vorrichtung zur Durchflußmessung zunächst nach oben geleitet, durchläuft dann die in einer parallel zur Hauptströmungsrichtung der Fluidleitung liegenden Ebene angeordnete im Wesentlichen u-förmige Ultraschallmeßstrecke und wird wieder nach unten zur Fluidleitung zurück geleitet.
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Grundsätzlich kann die Ultraschallmeßstrecke praktisch in jeder Raumebene der Vorrichtung zur Durchflußmessung angeordnet werden, jedoch ermöglicht es diese Art der Anordnung, in der unter der Ultraschallmeßstrecke angeordneten Ebene der Vorrichtung zur Durchflußmessung die Fluidleitung von dem Einlaßrohr zur Ultraschallmeßstrecke und von dieser wieder zurück zum Auslaßrohr anzuordnen. Die Anschlüsse an das Einlaßrohr und an das Auslaßrohr können beispielsweise als Einrohranschlußstück (EAS) ausgebildet sein. Diese werden üblicherweise auch als „axial cartridge meters” oder als „concentric cartridge meters” bezeichnet.
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Bei dieser Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß ein Ringkanal mit sternförmig angeordneten Einlaßkanälen zum Einleiten des Fluids in die Ultraschallmeßstrecke und/oder zum Ausleiten des Fluids aus der Ultraschallmeßstrecke vorgesehen ist.
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Eine andere Alternative besteht darin, daß ein Kanal zum Einleiten des Fluids in die Ultraschallmeßstrecke und/oder zum Ausleiten des Fluids aus der Ultraschallmeßstrecke vorgesehen ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Vorrichtung zur Durchflußmessung in der Ebene der Ultraschallmeßstrecke zumindest zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Teile miteinander verbindbar sind.
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Die Ultraschallmeßstrecke wird bei dieser Ausgestaltung somit in ihrer Ebene in zwei oder mehr Teile geteilt, was die Herstellung erleichtert, da dann vor dem Verbinden der Teile die Mittel zum Umlenken des Ultraschallsignals eingesetzt werden können. Die beiden Teile können in beliebiger Weise, fest oder lösbar miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Verschrauben, Verkleben oder Verschweißen. Gegebenenfalls ist es bei einer lösbaren Verbindung, wie einer Schraubverbindung, auch möglich, zu Wartungszwecken die beiden Teile wieder zu trennen, um beispielsweise die Mittel zum Umlenken des Ultraschallsignals auszutauschen.
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Ebenso ist es zur Erfindung gehörig, daß der Bereich, der die Ultraschallmeßstrecke enthält und der Bereich, der von dem Einlaßrohr zur Ultraschallmeßstrecke und von dieser wieder zurück zum Auslaßrohr verläuft, als separate Teile ausgebildet sind, die miteinander verbindbar sind.
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Bei einer anderen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ultraschallmeßstrecke in einer zur Hauptströmungsrichtung der Fluidleitung senkrechten Ebene angeordnet ist.
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Hierbei wird ein Teil oder das gesamte Fluid von der Fluidleitung innerhalb der Vorrichtung zur Durchflußmessung zunächst vertikal nach oben geleitet, verläuft dann in einer Ebene parallel zur Hauptströmungsrichtung der Fluidleitung und wird anschließend wieder vertikal nach unten zur Fluidleitung zurück geleitet, wobei die beiden vertikalen und der in der Ebene parallel zur Hauptströmungsrichtung der Fluidleitung verlaufenden Teile die im Wesentlichen u-förmige Ultraschallmeßstrecke ausbilden.
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Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Vorrichtung zur Durchflußmessung ein Wasserzähler oder ein Wärmemengenzähler ist.
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Der für die Wärmemengenmessung erforderliche Temperatursensor kann in der Vorrichtung zur Durchflußmessung angeordnet sein.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1a und 1b zwei Varianten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchflußmessung,
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2 einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung gemäß 1a.
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Die 1a, 1b und 1c zeigen jeweils den mittleren Teil einer drei- oder mehrteiligen Vorrichtung zur Durchflußmessung. Dieser Teil ist über eine Verschraubung 1 mit dem Unterteil der Vorrichtung verbindbar, der die Verbindung mit dem Einlaßrohr und dem Auslaßrohr der Fluidleitung sowie die Fluidleitung von dem Einlaßrohr zu dem mittleren Teil der Vorrichtung sowie von dem mittleren Teil der Vorrichtung zum Auslaßrohr umfaßt.
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Das von dem Einlaßrohr kommende Fluid tritt durch einen Ringkanal 2a (1a) oder einen schräg verlaufenden, in die Ultraschallmeßstrecke 3 mündenden Kanal 2b (1b) in eine Ultraschallmeßstrecke 3 ein, die drei jeweils um 90° zueinander versetzte Schenkel 3a, 3b, 3c aufweist, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Schenkeln 3a, 3b–3b, 3c Mittel 4 zum Umlenken des Ultraschallsignals angeordnet sind. Jeweils zwischen zwei benachbarten Schenkeln 3a, 3b–3b, 3c der Ultraschallmeßstrecke 3 ist eine Verbindungsstrecke 3e' 3f angeordnet, in der die Mittel 4 zum Umlenken des Ultraschallsignals angeordnet sind. Die Mittel 4 zum Umlenken des Ultraschallsignals sind jeweils um 45° zu den beiden benachbarten Schenkeln 3a, 3b–3b, 3c der Ultraschallmeßstrecke 3 geneigt.
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Weiterhin ist am Beginn und am Ende der Ultraschallmeßstrecke 3 eine Ultraschallwandleranordnung 5 vorgesehen, die eine Abstrahlfläche 5a und eine Empfangsfläche 5b aufweist. Somit kann ein Ultraschallsignal von der Abstrahlfläche 5a der Ultraschallwandleranordnung 5 ausgesendet werden, das den ersten Schenkel 3a, dann die erste Verbindungsstrecke 3e mit den darin angeordneten Mitteln 4 zum Umlenken, dann den zweiten Schenkel 3b, dann die zweite Verbindungsstrecke 3f mit den darin angeordneten Mitteln 4 zum Umlenken und schließlich den dritten Schenkel 3c durchläuft und schließlich von der Empfangsfläche 5b der Ultraschallwandleranordnung 5 empfangen wird.
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Durch die von der Fluidströmung hervorgerufenen Laufzeitdifferenzen gegenüber einer Messung im Leerzustand kann die Durchflußmenge des Fluids ermittelt werden. Es ist sowohl möglich, die Abstrahlfläche 5a und die Empfangsfläche 5b zu invertieren, d. h. in umgekehrter Richtung zu messen, als auch eine Doppelmessung durchzuführen, indem die Abstrahlfläche 5a und die Empfangsfläche 5b jeweils sowohl Ultraschallsignale aussenden und empfangen und die Laufzeit des Ultraschallsignals in Strömungsrichtung des Fluids mit der Laufzeit gegen die Strömungsrichtung verglichen wird und aufgrund der Differenz die Durchflußmenge zu ermitteln. Liegt zusätzlich ein Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur des Fluids vor, kann auch eine Wärmemengenmessung erfolgen.
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Um die Herstellung der Vorrichtung zur Durchflußmessung, zu erleichtern, kann wie in den 1a und 1b dargestellt, die Ebene der Ultraschallmeßstrecke 3 zweiteilig (oder auch mehrteilig) ausgebildet sein, wobei die beiden Teile miteinander verbindbar sind.
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Die Ultraschallmeßstrecke 3 wird somit in ihrer Ebene geteilt, was ihre Herstellung erleichtert, da dann vor dem Verbinden der beiden Teile die Mittel zum Umlenken des Ultraschallsignals eingesetzt werden können. Die beiden Teile können in beliebiger Weise, fest oder lösbar miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Verschrauben, Verkleben oder Verschweißen. Gegebenenfalls ist es bei einer lösbaren Verbindung, wie einer Schraubverbindung, auch möglich, zu Wartungszwecken die beiden Teile wieder zu trennen, um beispielsweise die Mittel 4 zum Umlenken des Ultraschallsignals auszutauschen.
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2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die Ringkanäle 2a, durch den das Fluid in die Ultraschallmeßstrecke 3 eintritt bzw. wieder aus der Ultraschallmeßstrecke 3 austritt. Die sternförmig angeordneten Einlaßkanäle sind deutlich zu erkennen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005001895 A1 [0002]
- EP 1684054 A1 [0002]
- EP 1975573 A1 [0003]
