DE102012209149A1

DE102012209149A1 - Ultrasonic sensor e.g. ultrasonic flow meter for detecting property of fluid medium in air tract of engine of motor vehicle, has flow control element which is comprised in upstream and downstream of measuring element

Info

Publication number: DE102012209149A1
Application number: DE201210209149
Authority: DE
Inventors: Achim Briese
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-05

Abstract

The ultrasonic sensor (110) has measuring elements (126) which are comprised in a flow tube (112). The measuring elements are comprised of the ultrasound transducers (122,124) for delivering and receiving ultrasonic signals. A flow control element is comprised in upstream and downstream of the measuring element to reduce fluctuations of the flow parameters of the flowing fluid medium. The flow control element is provided in a tube wall (118) of the flow tube.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der Kraftfahrzeugtechnik, sind zahlreiche Vorrichtungen zur Erfassung von Eigenschaften strömender fluider Medien bekannt. Bei den fluiden Medien kann es sich grundsätzlich um Gase und/oder Flüssigkeiten handeln, beispielsweise strömende Luftmassen im Ansaugtrakt und/oder Lufttrakt von Verbrennungskraftmaschinen. Auch andere Einsatzgebiete der vorliegenden Erfindung sind jedoch grundsätzlich denkbar. Bei der zu erfassenden Eigenschaft, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können, kann es sich beispielsweise um eine Strömungseigenschaft handeln, beispielsweise um eine Geschwindigkeit, einen Massenstrom oder einen Volumenstrom des strömenden fluiden Mediums. Unter einem Massenstrom wird dabei eine transportierte Masse pro Zeiteinheit verstanden, und unter einem Volumen ein transportiertes Volumen pro Zeiteinheit. Alternativ oder zusätzlich zu den genannten Strömungseigenschaften kann es sich bei der mindestens einen zu erfassenden Eigenschaft beispielsweise um eine Temperatur und/oder einen Druck des fluiden Mediums handeln.Numerous devices for detecting properties of flowing fluid media are known from the prior art, for example from motor vehicle technology. The fluid media may in principle be gases and / or liquids, for example flowing air masses in the intake tract and / or air tract of internal combustion engines. However, other applications of the present invention are conceivable in principle. The characteristic to be detected, wherein one or more properties can be detected, may be, for example, a flow characteristic, for example a velocity, a mass flow or a volume flow of the flowing fluid medium. In this context, a mass flow is understood as meaning a transported mass per unit time, and a volume transported per unit time. As an alternative or in addition to the aforementioned flow properties, the at least one property to be detected may be, for example, a temperature and / or a pressure of the fluid medium.

Insbesondere sind aus dem Stand der Technik zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft sogenannte Ultraschallsensoren bekannt, welche zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft Ultraschallsignale verwenden, die durch das fluide Medium übertragen werden und durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst werden. Aus dem Grad der Beeinflussung der Ultraschallsignale kann auf die mindestens eine zu erfassende Eigenschaft, beispielsweise die mindestens eine Strömungseigenschaft, geschlossen werden. Derartige Vorrichtungen werden oft auch als UFM (Ultrasonic Flow Meter, Ultraschall-Flussmesser) bezeichnet. UFMs messen in der Regel die Strömungsgeschwindigkeit auf der Basis der Laufzeiten eines oder mehrerer Ultraschallsignale, welche von einem oder mehreren Ultraschallwandlern emittiert und/oder empfangen werden können. Das fluide Medium durchströmt dabei üblicherweise ein Strömungsrohr in Form eines Messrohrs. Ultraschallsignale werden in der Regel mit mindestens einer Richtungskomponente parallel oder antiparallel zur Strömungsrichtung des fluiden Mediums durch das fluide Medium transmittiert. Aus einer Signalbeeinflussung durch das fluide Medium, beispielsweise durch Signalverwehungen und/oder Dopplereffekte, kann auf die mindestens eine zu erfassende Eigenschaft des fluiden Mediums geschlossen werden. Dabei können die Ultraschallsignale direkt zwischen den Ultraschallwandlern übertragen werden, oder es können auch eine oder mehrere Reflexionsflächen zur Reflexion der Ultraschallsignale eingesetzt werden. Beispiele derartiger Ultraschallsensoren sind aus DE 10 2001 030 438 A1 bekannt.In particular, so-called ultrasonic sensors are known from the prior art for determining the at least one property, which use ultrasonic signals for detecting the at least one property, which are transmitted through the fluid medium and influenced by the flow of the fluid medium. From the degree of influence of the ultrasonic signals can be on the at least one property to be detected, for example, the at least one flow property, closed. Such devices are often referred to as UFM (Ultrasonic Flow Meter). UFMs typically measure the flow rate based on the transit times of one or more ultrasonic signals that may be emitted and / or received by one or more ultrasonic transducers. The fluid medium usually flows through a flow tube in the form of a measuring tube. Ultrasonic signals are usually transmitted with at least one direction component parallel or anti-parallel to the flow direction of the fluid medium through the fluid medium. From a signal influencing by the fluid medium, for example by signal drifts and / or Doppler effects, it is possible to deduce the at least one property of the fluid medium to be detected. In this case, the ultrasonic signals can be transmitted directly between the ultrasonic transducers, or it can also be used one or more reflection surfaces for reflection of the ultrasonic signals. Examples of such ultrasonic sensors are out DE 10 2001 030 438 A1 known.

Bekannte Ultraschallsensoren, beispielsweise der oben beschriebenen Art, weisen jedoch in der Praxis eine Mehrzahl technischer Herausforderungen auf. So besteht eine Herausforderung in der Praxis in vielen Fällen darin, dass die Ultraschallwandler selbst oder andere Messelemente des Ultraschallsensors, wie beispielsweise Druckstutzen und/oder Temperaturmesser, eine Strömung des fluiden Mediums innerhalb des Strömungsrohrs beeinflussen, insbesondere in dem sich stromabwärts diese Messelemente turbulente und häufig instabile Grenzschichten bilden, welche, beispielsweise aufgrund von Druck- und Dichteschwankungen, die Ultraschallsignale beeinflussen. Wünschenswert wäre daher ein Ultraschallsensor, bei welchem derartige Einflüsse der Messelemente des Ultraschallsensors auf die Strömung des fluiden Mediums zumindest reduziert sind.Known ultrasonic sensors, for example of the type described above, however, have a number of technical challenges in practice. Thus, in practice, a challenge in many cases is that the ultrasound transducers themselves or other measuring elements of the ultrasound sensor, such as pressure ports and / or temperature gauges, influence a flow of the fluid medium within the flow tube, especially in the downstream of these measuring elements turbulent and frequent form unstable boundary layers, which, for example due to pressure and density fluctuations, affect the ultrasonic signals. It would therefore be desirable to have an ultrasonic sensor in which such influences of the measuring elements of the ultrasonic sensor on the flow of the fluid medium are at least reduced.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird dementsprechend ein Ultraschallsensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines in einer Strömungsrichtung durch ein Strömungsrohr strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen. Der Ultraschallsensor weist eine Mehrzahl von in einen Strömungsquerschnitt des Strömungsrohrs hineinragenden Messelementen auf. Mindestens eines der Messelemente weist einen Ultraschallwandler zur Abgabe und/oder Aufnahme von Ultraschallsignalen auf. Stromaufwärts und/oder stromabwärts mindestens eines der Messelemente schließt sich mindestens ein Strömungsbeeinflussungselement an das Messelement an. Das Strömungsbeeinflussungselement kann beispielsweise ganz oder teilweise als Laminarisierungselement und/oder als Element zur Beeinflussung des Strömungszustandes und/oder als Element zur Strömungsbeeinflussung ausgestaltet sein oder mindestens ein Laminarisierungselement und/oder mindestens ein Element zur Beeinflussung des Strömungszustandes und/oder mindestens ein Element zur Strömungsbeeinflussung umfassen. Das Strömungsbeeinflussungselement ist eingerichtet, um Schwankungen von Strömungsparametern des strömenden fluiden Mediums an dem Messelement zu vermindern. Beispielsweise kann das Strömungsbeeinflussungselement eingerichtet sein, um Schwankungen eines oder mehrerer der Strömungsparameter des fluiden Mediums zu vermindern im Vergleich zu einer Situation ohne das Strömungsbeeinflussungselement. Die Strömungsparameter können insbesondere einen oder mehrere der Parameter Druck, Dichte und Geschwindigkeit des fluiden Mediums umfassen. Beispielsweise kann das Strömungsbeeinflussungselement eingerichtet sein, um Druck-, Dichte- und Geschwindigkeitsschwankungen, z.B. in Form von Wirbelbildungen an dem Messelement, zu vermindern.Accordingly, an ultrasonic sensor is proposed for detecting at least one property of a fluid medium flowing in a flow direction through a flow tube. The ultrasonic sensor has a plurality of measuring elements projecting into a flow cross-section of the flow tube. At least one of the measuring elements has an ultrasonic transducer for emitting and / or receiving ultrasound signals. Upstream and / or downstream of at least one of the measuring elements, at least one flow-influencing element adjoins the measuring element. The flow-influencing element can, for example, be wholly or partially configured as a laminarization element and / or as an element for influencing the flow state and / or as an element for influencing the flow or at least one laminarization element and / or at least one element for influencing the flow state and / or at least one element for influencing the flow , The flow-influencing element is arranged to reduce fluctuations in flow parameters of the flowing fluid medium at the measuring element. For example, the flow-influencing element may be configured to reduce variations in one or more of the fluid medium flow parameters as compared to a situation without the flow-influencing element. The flow parameters may in particular comprise one or more of the parameters pressure, density and velocity of the fluid medium. For example, the flow-influencing element may be arranged to control pressure, density and velocity variations, e.g. in the form of vortices on the measuring element, to reduce.

Im Sinne der Störungsminimierung der Ultraschallwellen ist insbesondere eine laminare Strömung des fluiden Mediums mit möglichst geringen Druck- und Dichteschwankungen erstrebenswert. Insbesondere falls das Strömungsbeeinflussungselement also nicht nur ein bei turbulenten Strömungen typisches Schwankungsniveau der Strömungsgrößen, sondern auch ein laminaren Strömungen zugeordnetes Niveau bewirkt, kann das Strömungsbeeinflussungselement also auch als Laminarisierungselement bezeichnet werden. Dieses Laminarisierungselement kann sich an das Messelement anschließen. Im Folgenden werden Elemente, die lediglich das turbulente Störungsniveau reduzieren sowie Elemente die ausgehend von einem turbulenten Strömungszustand sogar die Rückführung auf ein laminares Niveau bewirken, auch als Laminarisierungselemente bezeichnet. In the sense of minimizing interference of the ultrasonic waves, in particular a laminar flow of the fluid medium with the lowest possible fluctuations in pressure and density is desirable. In particular, if the flow influencing element not only causes a level of fluctuation of the flow variables typical in turbulent flows, but also a level associated with laminar flows, then the flow influencing element can also be referred to as a laminarization element. This laminarization element can connect to the measuring element. In the following, elements which merely reduce the turbulent disturbance level as well as elements which even cause the return to a laminar level from a turbulent flow state are also referred to as laminarization elements.

Das Strömungsbeeinflussungselement kann somit insbesondere eingerichtet sein, um Druck-, Dichte- und Geschwindigkeitsschwankungen, z.B. in Form von Wirbelbildungen, an dem Messelement zu vermindern. Unter dem Begriff „an dem Messelement“ wird dabei allgemein ein grundsätzlich beliebiger Ort innerhalb des Strömungsrohrs verstanden, an welchem Schwankungen eines Strömungsparameters des fluiden Mediums sich auf die Erfassung der Eigenschaft des fluiden Mediums mittels des Messelements auswirken können. Dies kann somit beispielsweise ein Ort unmittelbar an dem Messelement sein. Alternativ oder zusätzlich kann es sich um einen Ort handeln, welcher innerhalb eines Ultraschallpfades in dem Strömungsrohr liegt, also einem Ort, welcher von Ultraschallsignalen des Ultraschallsensors während eines Messbetriebs passiert wird, beispielsweise in einem für Ultraschall-Wellenpakete relevanten Volumen eines Ultraschallpfades. The flow influencing element may thus be particularly adapted to withstand pressure, density and velocity variations, e.g. in the form of vortices, on the measuring element to reduce. The term "on the measuring element" is generally understood to mean a basically arbitrary location within the flow tube at which fluctuations of a flow parameter of the fluid medium can affect the detection of the property of the fluid medium by means of the measuring element. This can thus for example be a location directly on the measuring element. Alternatively or additionally, it can be a location which lies within an ultrasound path in the flow tube, ie a location which is passed by ultrasound signals of the ultrasound sensor during a measuring operation, for example in a volume of an ultrasound path relevant to ultrasound wave packets.

Die oben beschriebene Verminderung der Schwankungen kann auf mehrere Weisen erfolgen. So kann das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, beispielsweise eingerichtet sein, um eine durch das Messelement verursachte Querschnittsverengung entlang der Strömungsrichtung kontinuierlich oder stufenweise abzubauen und dadurch die oben erwähnten Strömungsschwankungen, z.B. in Form von Wirbeln an dem Messelement und/oder in dem Schallpfad-Volumen, zu vermindern. Alternativ oder zusätzlich kann das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, auch eingerichtet sein, um eine Abrisskante von dem Messelement weg stromabwärts zu verlagern, so dass z.B. eine Strömungsscherschicht und/oder eine Wirbelbildung erst stromabwärts des Messelements entsteht und/oder erfolgt. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich und werden beispielhaft und näher erläutert.The reduction of the fluctuations described above can be done in several ways. Thus, the flow influencing element, in particular the laminarization element, for example, be set up to continuously or stepwise reduce a cross-sectional constriction caused by the measuring element along the flow direction and thereby the above-mentioned flow fluctuations, e.g. in the form of vortices on the measuring element and / or in the sound path volume. Alternatively or additionally, the flow influencing element, in particular the laminarization element, can also be set up in order to displace a trailing edge away from the measuring element downstream, so that e.g. a flow shear layer and / or a vortex formation develops and / or takes place only downstream of the measuring element. Various embodiments are possible and are explained by way of example and in detail.

Bei dem Ultraschallsensor kann es sich grundsätzlich, mit Ausnahme des beschriebenen mindestens einen Strömungsbeeinflussungselement und insbesondere des Laminarisierungselements, um eine Vorrichtung gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen handeln, welche beispielsweise in einem gasförmigen und/oder flüssigen Medium eingesetzt werden kann, insbesondere in Luft, beispielsweise in einer Luftmasse eines Kraftfahrzeugs. Besonders bevorzugt ist der Einsatz in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Bei der mindestens einen Eigenschaft kann es sich grundsätzlich um eine oder mehrere der oben genannten Eigenschaften handeln, insbesondere um eine oder mehrere Strömungseigenschaften. Auch andere Einsatzgebiete sind jedoch grundsätzlich möglich.With the exception of the described at least one flow-influencing element and in particular of the laminarization element, the ultrasound sensor may in principle be a device according to one or more of the embodiments described above, which can be used, for example, in a gaseous and / or liquid medium, in particular in air For example, in an air mass of a motor vehicle. Particularly preferred is the use in an intake tract of an internal combustion engine of a motor vehicle. The at least one property may in principle be one or more of the above-mentioned properties, in particular one or more flow properties. However, other applications are possible in principle.

Unter einem Ultraschallwandler ist grundsätzlich ein beliebiges Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um elektrische Signale in akustische Signale umzuwandeln und/oder umgekehrt. Beispielsweise kann der Ultraschallwandler mindestens ein piezoelektrisches Element umfassen, welches eingerichtet ist, um elektrische Signale in Ultraschallsignale umzuwandeln und diese Ultraschallsignale an das fluide Medium abzugeben. Alternativ oder zusätzlich kann das piezoelektrische Element eingerichtet sein, um Ultraschallsignale aus dem fluiden Medium aufzunehmen und in entsprechende elektrische Signale umzuwandeln. Bezüglich möglicher Ausgestaltungen des Ultraschallwandlers kann beispielsweise auf den genannten Stand der Technik verwiesen werden. Der Ultraschallsensor kann einen, zwei oder mehrere Ultraschallwandler aufweisen.Under an ultrasonic transducer is basically any element to understand, which is adapted to convert electrical signals into acoustic signals and / or vice versa. For example, the ultrasonic transducer may comprise at least one piezoelectric element which is arranged to convert electrical signals into ultrasonic signals and to deliver these ultrasonic signals to the fluid medium. Alternatively or additionally, the piezoelectric element may be arranged to receive ultrasonic signals from the fluid medium and to convert them into corresponding electrical signals. With respect to possible embodiments of the ultrasonic transducer, reference may be made, for example, to the cited prior art. The ultrasonic sensor may have one, two or more ultrasonic transducers.

Unter einem Messelement ist grundsätzlich ein beliebiges Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um, eigenständig oder in Kombination mit einem oder mehreren weiteren Elementen, mindestens eine Messgröße des fluiden Mediums zu erfassen. Neben dem mindestens einen Ultraschallwandler können die Messelemente eine oder mehrere weitere Arten von Messelementen umfassen, beispielsweise einen Drucksensor, insbesondere einen Drucksensor mit einem Druckstutzen, und/oder einen Druckstutzen und/oder einen Temperatursensor, beispielsweise mindestens einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand).Under a measuring element is basically any element to understand, which is adapted to, independently or in combination with one or more other elements, to detect at least one measured variable of the fluid medium. In addition to the at least one ultrasonic transducer, the measuring elements may comprise one or more other types of measuring elements, for example a pressure sensor, in particular a pressure sensor with a pressure port, and / or a pressure port and / or a temperature sensor, for example at least one resistor with a negative temperature coefficient (NTC resistance ).

Das Strömungsrohr selbst kann Bestandteil des Ultraschallsensors sein. So kann beispielsweise ein Strömungsrohrsegment fester Bestandteil des Ultraschallsensors sein, und die Messelemente können fest in das Strömungsrohrsegment integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Ultraschallsensor jedoch auch ganz oder teilweise als Steckfühler ausgestaltet sein, welcher reversibel oder irreversibel in das Strömungsrohr eingesteckt werden kann. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor in dieser Ausgestaltung einen Teil einer Rohrwand des Strömungsrohrs umfassen. Verschiedene Ausgestaltungen sind denkbar.The flow tube itself may be part of the ultrasonic sensor. For example, a flow tube segment may be an integral part of the ultrasonic sensor, and the measuring elements may be firmly integrated into the flow tube segment. Alternatively or additionally, however, the ultrasonic sensor may also be wholly or partially designed as a plug-in sensor, which can be reversibly or irreversibly inserted into the flow tube. For example, the ultrasonic sensor in this Embodiment comprise a part of a pipe wall of the flow tube. Various embodiments are conceivable.

Das Strömungsrohr kann beispielsweise einen runden, polygonalen oder grundsätzlich beliebigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann das Strömungsrohr einen Durchmesser oder Äquivalentdurchmesser von 70 mm, 75 mm oder 100 mm aufweisen. Auch andere Durchmesser oder Äquivalentdurchmesser sind denkbar. Das Strömungsrohr kann insbesondere eine Rohrachse aufweisen, welche beispielsweise eine Rotationsachse und/oder Symmetrieachse des Strömungsrohrs bilden kann. Unter einer Strömungsrichtung kann allgemein eine Hauptrichtung eines Massentransports des fluiden Mediums innerhalb des Strömungsrohrs verstanden werden. Insbesondere kann die Strömungsrichtung parallel zur Rohrachse des Strömungsrohrs ausgerichtet sein, wobei grundsätzlich auch eine antiparallele Ausrichtung möglich ist.The flow tube may for example have a round, polygonal or basically any cross-section. For example, the flow tube may have a diameter or equivalent diameter of 70 mm, 75 mm or 100 mm. Other diameters or equivalent diameters are also conceivable. The flow tube can in particular have a tube axis, which can form, for example, an axis of rotation and / or axis of symmetry of the flow tube. A flow direction can generally be understood as meaning a main direction of a mass transport of the fluid medium within the flow tube. In particular, the flow direction can be aligned parallel to the tube axis of the flow tube, wherein in principle an antiparallel alignment is possible.

Unter einem Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere einem Laminarisierungselement, kann, wie oben bereits diskutiert, im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches eingerichtet ist, um den obigen Effekt zu erzielen, also um Druck-, Dichte- und Geschwindigkeitsschwankungen, z.B. in Form von Wirbelbildungen an dem Messelement und/oder in dem für das Ultraschall-Wellenpaket relevanten Volumen des Schallpfades, zu vermeiden oder zumindest zu vermindern. Im Folgenden wird das Phänomen der Wirbelbildung sowie der Begriff „Wirbel“ stellvertretend für diverse Ultraschall-relevanten Ausprägungen von Druck-, Dichte- und Geschwindigkeits-schwankungen angeführt. Insbesondere kann das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, eingerichtet sein, um eine durch das Messelement verursachte Querschnittsverengung entlang der Strömungsrichtung kontinuierlich oder stufenweise abzubauen und dadurch Wirbelbildungen an dem Messelement zu vermindern. Alternativ oder zusätzlich kann eine Verlagerung der Wirbelbildung weg von dem Messelement erfolgen, vorzugsweise in einer Richtung stromabwärts bezüglich der Strömungsrichtung des fluiden Mediums. Insbesondere kann das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, in letzterem Fall eine Abrisskante aufweisen, welche stromabwärts des Messelements angeordnet ist. Unter einer Verminderung der Wirbelbildung ist dabei allgemein eine vollständige oder teilweise Reduzierung der Wirbelbildungen im Vergleich zu einer Ausgestaltung des Ultraschallsensors ohne Strömungsbeeinflussungselemente, insbesondere ohne Laminarisierungselemente, zu verstehen. Beispielsweise kann das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, eingerichtet sein, um abrupte Kanten an dem Messelement zu vermeiden, also Abrisskanten, an welchen Wirbel entstehen können. Insbesondere kann das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, unmittelbar an das Messelement anschließen oder angrenzen, ohne dass zwischen dem Strömungsbeeinflussungselement und dem Messelement ein Zwischenraum entsteht.As already discussed above, in the context of the present invention, a flow-influencing element, in particular a laminarizing element, can basically be understood to mean any element which is set up in order to achieve the above effect, that is, to control variations in pressure, density and speed, e.g. in the form of vortex formations on the measuring element and / or in the volume of the sound path relevant to the ultrasonic wave packet, to be avoided or at least reduced. In the following, the phenomenon of vortex formation and the term "vortex" are cited as representative of various ultrasound-relevant characteristics of pressure, density and velocity fluctuations. In particular, the flow influencing element, in particular the laminarization element, can be designed to continuously or stepwise degrade a cross-sectional constriction caused by the measuring element along the flow direction and thereby to reduce eddy formation on the measuring element. Alternatively or additionally, a displacement of the vortex formation can take place away from the measuring element, preferably in a direction downstream with respect to the direction of flow of the fluid medium. In particular, the flow-influencing element, in particular the laminarization element, in the latter case may have a tear-off edge, which is arranged downstream of the measuring element. In this context, a reduction of the vortex formation generally means a complete or partial reduction of the vortex formations in comparison to an embodiment of the ultrasonic sensor without flow influencing elements, in particular without laminarization elements. For example, the flow influencing element, in particular the laminarization element, can be set up to avoid abrupt edges on the measuring element, that is to say tear-off edges at which vortices can arise. In particular, the flow influencing element, in particular the laminarization element, can directly adjoin or adjoin the measuring element without a gap being created between the flow influencing element and the measuring element.

Das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungslement, kann insbesondere mindestens eine Anformung an eine Rohrwand des Strömungsrohrs umfassen. Unter einer Anformung ist dabei grundsätzlich ein beliebiges Element zu verstehen, welches mit der Rohrwand des Strömungsrohrs in Kontakt steht und dabei in einen durchströmbaren Querschnitt des Strömungsrohrs hineinragt. Beispielsweise kann das Strömungsrohr, wie oben ausgeführt, einen runden, insbesondere einen kreisförmigen, durchströmbaren Querschnitt aufweisen, wobei die Anformung, ausgehend von der Rohrwand, in den durchströmbaren Querschnitt hineinragen kann. Die Anformung kann separat mit der Rohrwand des Strömungsrohrs hergestellt sein, kann jedoch grundsätzlich auch einstückig mit der Rohrwand ausgebildet sein.The flow influencing element, in particular the laminarization element, may in particular comprise at least one molding on a tube wall of the flow tube. Under an Anformung is basically an arbitrary element to understand, which is in contact with the pipe wall of the flow tube and thereby projects into a flow-through cross-section of the flow tube. For example, the flow tube, as stated above, have a round, in particular a circular, flow-through cross section, wherein the Anformung, starting from the pipe wall, can protrude into the flow-through cross-section. The Anformung may be made separately with the pipe wall of the flow tube, but may in principle be integrally formed with the pipe wall.

Die Messelemente können, neben dem mindestens einen Ultraschallwandler, weitere Elemente umfassen, wie oben bereits ausgeführt. Insbesondere kann weiterhin mindestens ein Element vorgesehen sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Drucksensor, einem Druckstutzen und einem Temperatursensor.The measuring elements, in addition to the at least one ultrasonic transducer, comprise further elements, as already explained above. In particular, at least one further element can be provided, selected from the group consisting of a pressure sensor, a pressure connection and a temperature sensor.

Mindestens eines der Messelemente ist mit mindestens einem Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere mindestens einem Laminarisierungselement, gemäß der obigen Beschreibung ausgestaltet. Dieses mindestens eine Strömungsbeeinflussungselement kann sich beispielsweise stromaufwärts bezüglich der Strömungsrichtung und/oder stromabwärts der Strömungsrichtung an das Messelement anschließen, insbesondere an den Ultraschallwandler und/oder den Druckstutzen, beispielsweise an den Drucksensor-Port. Auch Ausgestaltungen, bei welchen an mindestens einem der Messelemente sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts jeweils mindestens ein Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere jeweils mindestens ein Laminarisierungselement, angeordnet ist, sind denkbar. Beispielsweise könnte an dem mindestens einen optionalen Druckstutzen sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts jeweils mindestens ein Strömungsbeeinflussungselement vorgesehen sein. At least one of the measuring elements is configured with at least one flow-influencing element, in particular at least one laminarizing element, as described above. This at least one flow influencing element may, for example, be connected upstream of the measuring element upstream of the flow direction and / or downstream of the flow direction, in particular to the ultrasonic transducer and / or the pressure nozzle, for example to the pressure sensor port. Embodiments in which at least one flow-influencing element, in particular in each case at least one laminarizing element, is arranged on at least one of the measuring elements both upstream and downstream, are also conceivable. For example, at least one flow-influencing element could be provided on the at least one optional pressure port both upstream and downstream.

Das Strömungsrohr kann einen Strömungsrohrdurchmesser aufweisen. Unter einem Strömungsrohrdurchmesser kann dabei der Durchmesser des Strömungsrohrs verstanden werden oder der Äquivalentdurchmesser des Strömungsrohrs. Das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, kann eine Erstreckung in der Strömungsrichtung von mindestens 5/100 des Strömungsrohrs aufweisen, vorzugsweise von mindestens 1/10 und besonders bevorzugt von mindestens 2/10.The flow tube may have a flow tube diameter. Under a flow tube diameter can be understood the diameter of the flow tube or the equivalent diameter of the flow tube. The flow-influencing element, in particular the laminarization element, can have an extent in the flow direction of at least 5/100 of the flow tube, preferably of at least 1/10 and more preferably of at least 2/10.

Alternativ oder zusätzlich kann das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, auch hinsichtlich einer Erstreckung des Messelements in Strömungsrichtung angepasst werden. So kann das Messelement in Strömungsrichtung eine Erstreckung aufweisen, wobei vorzugsweise das Strömungsbeeinflussungselement eine Erstreckung in Strömungsrichtung aufweist, welche mindestens 1/10 der Erstreckung des Messelements beträgt. Besonders bevorzugt erstreckt sich das Strömungsbeeinflussungselement mindestens um denselben Betrag entlang der Strömungsrichtung wie auch das Messelement oder sogar mindestens um die fünffache Erstreckung des Messelements. Beispielsweise kann die Erstreckung des Strömungsbeeinflussungselements das ein bis fünffache der Erstreckung des Messelements entlang der Strömungsrichtung betragen.Alternatively or additionally, the flow influencing element, in particular the laminarization element, can also be adapted in the direction of flow with regard to an extension of the measuring element. Thus, the measuring element may have an extension in the flow direction, wherein preferably the flow influencing element has an extension in the flow direction which is at least 1/10 of the extent of the measuring element. Particularly preferably, the flow influencing element extends at least by the same amount along the flow direction as well as the measuring element or even at least five times the extent of the measuring element. For example, the extent of the flow influencing element can be one to five times the extent of the measuring element along the flow direction.

Beispielsweise können auf diese Weise lokale Effekte, die durch die Anwesenheit des Messelements, beispielsweise eines oder mehrerer Ultraschallwandler und/oder eines Druckstutzens, in dem Strömungsrohr verursacht werden, insbesondere durch die Präsenz der Stromauf- oder Stromab-Ultraschallwandler selbst, also an deren Grenzschichten bzw. deren nahen Strömungsvolumina sowie im Nachlauf, insbesondere des Druckstutzens, beispielsweise des Drucksensor-Ports, beeinflusst werden. For example, in this way local effects, which are caused by the presence of the measuring element, for example one or more ultrasonic transducers and / or a pressure port, in the flow tube, in particular by the presence of the upstream or downstream ultrasonic transducer itself, ie at the boundary layers or whose near flow volumes and in the wake, in particular the pressure port, for example, the pressure sensor port, are influenced.

Weiterhin können das Messelement und das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, innerhalb des Strömungsrohrs in der Strömungsrichtung jeweils eine Längserstreckung aufweisen. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Längserstreckung des Strömungsbeeinflussungselements, insbesondere des Laminarisierungselements, mindestens das 0,5-fache, vorzugsweise mindestens das 1,0-fache und besonders bevorzugt mindestens das 1,5-fache der Längserstreckung des Messelements, beispielsweise des Ultraschallwandlers, beträgt. Alternativ oder zusätzlich kann die Längserstreckung des Strömungsbeeinflussungselements auch beispielsweise mindestens das 1-, 2- oder 5-fache einer Längserstreckung des Druckstutzens und/oder des Drucksensor-Ports, entlang der Strömungsrichtung, betragen.Furthermore, the measuring element and the flow influencing element, in particular the laminarization element, can each have a longitudinal extent within the flow tube in the flow direction. It is particularly preferred if the longitudinal extent of the flow influencing element, in particular of the laminarization, at least 0.5 times, preferably at least 1.0 times, and more preferably at least 1.5 times the longitudinal extent of the measuring element, for example, the ultrasonic transducer , is. Alternatively or additionally, the longitudinal extent of the flow influencing element can also be, for example, at least 1, 2 or 5 times a longitudinal extension of the pressure port and / or the pressure sensor port, along the flow direction.

Das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, kann auf verschiedene Weisen ausgestaltet sein. So kann das Strömungsbeeinflussungselement in einer Schnittebene parallel zu einer Rohrachse des Strömungsrohrs vorzugsweise einen monoton fallenden oder streng monoton fallenden Verlauf aufweisen, oder kann einen monoton steigenden oder streng monoton steigenden Verlauf aufweisen. Vorzugsweise weist das Strömungsbeeinflussungselement in dieser Schnittebene einen stetigen Verlauf auf, insbesondere einen Verlauf ohne Stufen und/oder Sprünge. So kann das Strömungsbeeinflussungselement beispielsweise in der Schnittebene parallel zur Rohrachse des Strömungsrohrs eine keilförmige Gestalt aufweisen. Alternativ kann die Gestalt auch eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, beispielsweise in der Schnittebene parallel zur Rohrachse einen parabelförmigen Verlauf. Auch andere Gestaltungen sind möglich.The flow influencing element, in particular the laminarization element, can be configured in various ways. Thus, the flow influencing element in a sectional plane parallel to a tube axis of the flow tube may preferably have a monotonously decreasing or strictly monotone decreasing profile, or may have a monotonically increasing or strictly monotonically increasing profile. The flow-influencing element preferably has a continuous course in this sectional plane, in particular a course without steps and / or jumps. Thus, the flow influencing element, for example, in the sectional plane parallel to the tube axis of the flow tube have a wedge-shaped shape. Alternatively, the shape may also have a curved surface, for example in the sectional plane parallel to the tube axis a parabolic course. Other designs are possible.

In einer Schnittebene senkrecht zur Rohrachse des Strömungsrohrs kann das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, grundsätzlich eine beliebige Gestalt aufweisen. Insbesondere kann in dieser Schnittebene senkrecht zur Rohrachse des Strömungsrohrs das Strömungsbeeinflussungselement eine Gestalt aufweisen, ausgewählt aus einer V-förmigen Gestalt und einer U-förmigen Gestalt, wobei die Spitze des V und/oder die Rundung des U in das Strömungsrohr hineinragen können.In a sectional plane perpendicular to the tube axis of the flow tube, the flow influencing element, in particular the laminarization element, can basically have any shape. In particular, in this sectional plane perpendicular to the tube axis of the flow tube, the flow influencing element may have a shape selected from a V-shape and a U-shaped shape, wherein the tip of the V and / or the rounding of the U may protrude into the flow tube.

Das Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, kann insbesondere derart in das Strömungsrohr hineinragen, dass dieses selbst eine Querschnittsverengung des Strömungsrohrs verursacht. Diese Querschnittsverengung kann insbesondere abhängig sein von einer Position entlang einer Rohrachse des Strömungsrohrs, beispielsweise in dem die Querschnittsverengung eine Funktion einer Position entlang der Rohrachse ist. Die Querschnittsverengung kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass diese an einem von dem Messelement abgewandten Ende des Laminarisierungselements minimal ist, wobei die Querschnittsverengung an einem dem Messelement zuweisenden Ende des Strömungsbeeinflussungselement maximal ist. Beispielsweise kann die Querschnittsverengung durch das Strömungsbeeinflussungselement an dem von dem Messelement abgewandten Ende des Strömungsbeeinflussungselements 0 sein. Weiterhin kann die Querschnittsverengung durch das Strömungsbeeinflussungselement an dem dem Messelement zuweisenden Ende der Querschnittsverengung durch das Messelement selbst entsprechen. In anderen Worten kann in dem letzterem Fall das Strömungsbeeinflussungselement an dem dem Messelement zuweisenden Ende in einer Schnittebene senkrecht zur Rohrachse des Strömungsrohrs dieselbe Gestalt aufweisen wie das Messelement.The flow influencing element, in particular the laminarization element, can in particular project into the flow tube such that it itself causes a cross-sectional constriction of the flow tube. This cross-sectional constriction may in particular depend on a position along a tube axis of the flow tube, for example in that the cross-sectional constriction is a function of a position along the tube axis. The cross-sectional constriction may in particular be designed such that it is minimal at an end of the laminarization element facing away from the measuring element, the cross-sectional constriction being maximum at an end of the flow influencing element facing the measuring element. For example, the cross-sectional constriction may be 0 by the flow-influencing element at the end remote from the measuring element of the flow-influencing element. Furthermore, the cross-sectional constriction can correspond by the flow influencing element at the end of the cross-sectional constriction facing the measuring element by the measuring element itself. In other words, in the latter case, the flow influencing element at the end facing the measuring element in a sectional plane perpendicular to the tube axis of the flow tube have the same shape as the measuring element.

Wie oben ausgeführt, kann der Ultraschallsensor einen, zwei oder mehr Ultraschallwandler aufweisen. Dementsprechend können die Messelemente einen, zwei oder mehr Ultraschallwandler aufweisen. Insbesondere können mindestens zwei Ultraschallwandler vorgesehen sein. Die Ultraschallwandler können insbesondere entlang der Strömungsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Ultraschallwandler auch quer zur Strömungsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sein. As stated above, the ultrasonic sensor may comprise one, two or more ultrasonic transducers. Accordingly, the measuring elements may have one, two or more ultrasonic transducers. In particular, at least two ultrasonic transducers can be provided. The ultrasonic transducers can be offset relative to one another, in particular along the flow direction. Alternatively or additionally, the ultrasound transducers can also be offset relative to one another transversely to the flow direction.

Der Ultraschallsensor kann weiterhin mindestens ein Reflektorelement aufweisen. Dieses Reflektorelement kann fest in das Strömungsrohr integriert sein, kann jedoch auch beispielsweise Bestandteil eines Steckfühlers sein. Das Reflektorelement kann mindestens eine innerhalb des Strömungsrohrs angeordnete Reflexionsfläche aufweisen, wobei die Reflexionsfläche ausgerichtet ist, um die Ultraschallsignale mindestens einmal zu reflektieren.The ultrasonic sensor may further comprise at least one reflector element. This reflector element can be firmly integrated into the flow tube, but can also be part of a plug-in sensor, for example. The reflector element may have at least one reflection surface arranged within the flow tube, wherein the reflection surface is aligned in order to reflect the ultrasonic signals at least once.

Wir oben ausgeführt, kann mindestens ein Teil einer Rohrwand des Strömungsrohrs integraler Bestandteil des Ultraschallsensors sein. Beispielsweise kann dieser Teil der Rohrwand des Strömungsrohrs Bestandteil eines Steckfühlers sein und/oder kann fest in dem Strömungsrohr integriert sein. Die Messelemente können insbesondere durch den Teil der Rohrwand, welcher integraler Bestandteil des Ultraschallsensors ist, in das Strömungsrohr hineinragen. Weiterhin kann das mindestens eine Strömungsbeeinflussungselement, insbesondere das Laminarisierungselement, Bestandteil des Teils der Rohrwand sein, welcher integraler Bestandteil des Ultraschallsensors ist.As stated above, at least part of a tube wall of the flow tube may be an integral part of the ultrasonic sensor. For example, this part of the pipe wall of the flow tube may be part of a plug-in sensor and / or may be firmly integrated in the flow tube. The measuring elements can protrude into the flow tube in particular through the part of the tube wall which is an integral part of the ultrasonic sensor. Furthermore, the at least one flow influencing element, in particular the laminarization element, can be part of the part of the tube wall which is an integral part of the ultrasonic sensor.

Der Teil der Rohrwand, welcher integraler Bestandteil des Ultraschallsensors ist, kann insbesondere eine Mehrzahl von Schallabsorbern aufweisen. Diese Schallabsorber können insbesondere eingerichtet sein, um unerwünschte Schallpfade von Ultraschallsignalen und/oder unerwünschte Mehrfachreflexionen zu unterdrücken. So können diese Schallabsorber beispielsweise eine Oberflächenstruktur aufweisen, welche Schall unterdrückt. Beispielsweise können die Schallabsorber eine Oberflächenstruktur in Form eines Waffelmusters aufweisen. Beispielsweise können ein oder mehrere Waffelmuster mit einer Mehrzahl von in einen Strömungsquerschnitt des Strömungsrohrs ragenden Vorsprüngen vorgesehen sein, beispielsweise Waffelmuster mit einer Mehrzahl von Pyramiden, Zinnen oder ähnlichen Vorsprüngen. The part of the pipe wall, which is an integral part of the ultrasonic sensor, may in particular comprise a plurality of sound absorbers. These sound absorbers may in particular be designed to suppress unwanted sound paths of ultrasound signals and / or unwanted multiple reflections. For example, these sound absorbers can have a surface structure which suppresses sound. For example, the sound absorbers may have a surface structure in the form of a waffle pattern. For example, one or more waffle patterns may be provided with a plurality of protrusions projecting into a flow cross-section of the flow tube, for example waffle patterns having a plurality of pyramids, pinnacles or similar protrusions.

Der Ultraschallsensor kann weiterhin auch eine Mehrzahl von Turbulatoren umfassen, also von Elementen, welche für lokale Turbulenzen an der Strömungsrohrwand sorgen können, beispielsweise indem diese in das Strömungsrohr hineinragen und eine Mehrzahl lokaler Turbulenzen und damit eine Durchmischung des Fluidstroms im Bereich der Strömungsrohrwand bewirken. The ultrasonic sensor can furthermore also comprise a plurality of turbulators, ie of elements which can provide local turbulence on the flow tube wall, for example by protruding into the flow tube and causing a multiplicity of local turbulences and thus mixing of the fluid flow in the region of the flow tube wall.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der Ultraschallsensor gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen weist gegenüber bekannten Ultraschallsensoren eine Vielzahl von Vorteilen auf. So lässt sich mittels der vorgeschlagenen Erfindung eine Ultraschall-Signalqualität deutlich verbessern. Weiterhin lassen sich Messungen auch im Bereich höherer Ströme, beispielsweise höherer Luftmassenströme, ermöglichen. Auf diese Weise lässt sich insbesondere eine Betriebsbereichserweiterung realisieren, beispielsweise für einen Zustand gerader Zuströmung zum Ultraschallsensor. Erfindungsgemäß lassen sich allgemein Grenzschichten eines impulsarmen Nachlaufs der Messelemente reduzieren. Weiterhin lässt sich eine turbulente Scherschicht vermeiden oder zumindest reduzieren, beispielsweise eine turbulente Scherschicht an einem stromaufwärtigen Ultraschallwandler, bei gleichzeitig möglichst geringer negativer Beeinflussung der Strömung im Kernbereich des Strömungsrohrs und/oder des Ultraschallpfads sowie in der Nähe eines stromabwärts gelegenen Ultraschallwandlers. Weiterhin lassen sich insbesondere auch Schwankungen im Nachlauf eines Druckstutzens, beispielsweise eines Drucksensor-Ports, sowie im Nachlauf eines stromabseitigen Ultraschallwandlers vermeiden oder zumindest reduzieren. Auch damit lässt sich die Verbesserung der Signalqualität an einem stromabwärtigen Ultraschallwandler verbessern. Weiterhin lassen sich strömungsinduzierte Störungen des Ultraschallsignals reduzieren, insbesondere Überlagerungen von Druckschwankungen und Dichteschwankungen, Reflexionen, Brechungen und ähnliche Effekte an Grenzschichten und Wirbeln, sodass allgemein eine Verbesserung der Ultraschall-Signalqualität erzielt werden kann. Weiterhin lassen sich auch Messungen bei höheren Luftmassenströmen realisieren, auch durch Kombination der vorgestellten erfindungsgemäßen Ausführungen.The ultrasonic sensor according to one or more of the embodiments described above has a plurality of advantages over known ultrasonic sensors. Thus, an ultrasound signal quality can be significantly improved by means of the proposed invention. Furthermore, measurements can also be made in the range of higher currents, for example higher air mass flows. In this way, in particular, an operating range extension can be realized, for example for a state of straight inflow to the ultrasonic sensor. According to the invention, it is generally possible to reduce boundary layers of a low-pulse wake of the measuring elements. Furthermore, a turbulent shear layer can be avoided or at least reduced, for example a turbulent shear layer on an upstream ultrasonic transducer, with at the same time the least possible negative influence on the flow in the core region of the flow tube and / or the ultrasonic path and in the vicinity of a downstream ultrasonic transducer. Furthermore, in particular fluctuations in the wake of a pressure port, for example a pressure sensor port, and in the wake of a downstream ultrasonic transducer can be avoided or at least reduced. This also improves the signal quality improvement on a downstream ultrasonic transducer. Furthermore, flow-induced disturbances of the ultrasonic signal can be reduced, in particular superimpositions of pressure fluctuations and density fluctuations, reflections, refractions and similar effects on boundary layers and vortices, so that in general an improvement of the ultrasonic signal quality can be achieved. Furthermore, measurements can be realized at higher air mass flows, even by combining the presented embodiments of the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.Further details and features will become apparent from the following description of preferred embodiments. The invention is not limited to the embodiments.

Im Einzelnen zeigen:In detail show:

1: eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors, Strömungsbeeinflussungselemente nicht dargestellt; 1 a sectional view of an ultrasonic sensor according to the invention, flow control elements not shown;

2: eine Frontansicht des Ultraschallsensors gemäß 1; 2 : a front view of the ultrasonic sensor according to 1 ;

3: eine Explosionsdarstellung des Ultraschallsensors gemäß den 1 und 2; 3 : An exploded view of the ultrasonic sensor according to the 1 and 2 ;

4A–7B: verschiedene Detaildarstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors mit einem oder mehreren Strömungsbeeinflussungselementen; und 4A - 7B : various detailed representations of several embodiments of an ultrasonic sensor according to the invention with one or more flow influencing elements; and

8 und 9: eine Verdeutlichung der Beeinflussung von Ultraschallsignalen durch turbulente Strömungsgrenzschichten und Strömungsschwankungen in den Pfaden der Ultraschall-Wellenpakete. 8th and 9 : A clarification of the influence of ultrasonic signals by turbulent flow boundary layers and flow fluctuations in the paths of the ultrasonic wave packets.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

In den 1–3 ist in verschiedenen perspektivischen Darstellungen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors 110 exemplarisch dargestellt. Der Ultraschallsensor ist zur Messung mindestens einer Eigenschaft eines durch ein Strömungsrohr 112 strömenden fluiden Mediums eingerichtet, beispielsweise zur Ermittlung eines Massenstroms und/oder Volumenstroms und/oder einer Geschwindigkeit des fluiden Mediums, beispielsweise Luft und/oder einem Gasgemisch. Das Strömungsrohr 112 kann beispielsweise ein Strömungsrohrsegment 114 umfassen, in welches der Ultraschallsensor 110 fest integriert sein kann oder, wie in den 1–3 gezeigt, in Form eines reversibel oder irreversibel einsetzbaren Steckfühlers 116. Das Strömungsrohr 112 weist eine Rohrwand 118 auf, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel exemplarisch rund ausgestaltet ist und damit einen kreisförmigen durchströmbaren Querschnitt bildet. Grundsätzlich sind auch andere geometrische Ausgestaltungen möglich.In the 1 - 3 is an embodiment of an ultrasonic sensor according to the invention in various perspective views 110 exemplified. The ultrasonic sensor is for measuring at least one property of a through a flow tube 112 set up flowing fluid medium, for example, to determine a mass flow and / or flow rate and / or a speed of the fluid medium, for example, air and / or a gas mixture. The flow tube 112 For example, a flow tube segment 114 in which the ultrasonic sensor 110 can be firmly integrated or, as in the 1 - 3 shown in the form of a reversible or irreversible plug-in sensor 116 , The flow tube 112 has a pipe wall 118 on, which is exemplarily designed round in the illustrated embodiment and thus forms a circular flow-through cross-section. In principle, other geometric configurations are possible.

Der Ultraschallsensor 110 ist in den 1–3 in verschiedenen perspektivischen Darstellungen gezeigt. Dabei zeigt 1 eine Teilschnittdarstellung des Ultraschallsensors 110 mit einer Schnittebene parallel zu einer (nicht dargestellten) Rohrachse des Strömungsrohrs 112. 2 zeigt eine Draufsicht auf den durchströmbaren Querschnitt des Strömungsrohrs 112, und 3 zeigt eine Explosionsdarstellung des Steckfühlers 116. Es wird darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäßen Strömungsbeeinflussungselemente, insbesondere die Laminarisierungselemente, in den 1–3 noch nicht dargestellt sind. Diese werden in den nachfolgenden 4A–7B in möglichen Ausführungsformen gezeigt.The ultrasonic sensor 110 is in the 1 - 3 shown in various perspective views. It shows 1 a partial sectional view of the ultrasonic sensor 110 with a sectional plane parallel to a (not shown) tube axis of the flow tube 112 , 2 shows a plan view of the flow-through cross-section of the flow tube 112 , and 3 shows an exploded view of the plug-in sensor 116 , It should be noted that the flow influencing elements according to the invention, in particular the laminarization elements, are incorporated into the 1 - 3 not yet shown. These will be in the following 4A - 7B shown in possible embodiments.

Der Ultraschallsensor 110 erfasst eine oder mehrere Eigenschaften eines durch das Strömungsrohr 112 strömenden fluiden Mediums, beispielsweise von Luft. Beispielsweise können Strömungseigenschaften erfasst werden, wie beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit. Die Erfassung erfolgt auf der Basis der Laufzeiten zweier Ultraschall-Signale. Die Luft durchströmt dabei das Strömungsrohr 112 und streicht in diesem Ausführungsbeispiel an zwei in dem Strömungsrohr 112 in einem Sensorgehäuse 120 installierten Ultraschallwandlern 122, 124 entlang. Diese Ultraschallwandler 122, 124 dienen als Ultraschall-Sender-Empfänger-Einheiten.The ultrasonic sensor 110 detects one or more properties of a through the flow tube 112 flowing fluid medium, such as air. For example, flow characteristics can be detected, such as a flow velocity. The detection takes place on the basis of the transit times of two ultrasonic signals. The air flows through the flow tube 112 and in this embodiment it strokes two in the flow tube 112 in a sensor housing 120 installed ultrasonic transducers 122 . 124 along. These ultrasonic transducers 122 . 124 serve as ultrasonic transmitter-receiver units.

Das Strömungsrohr 112 kann, wie oben ausgeführt, beispielsweise als Zylindergehäuse ausgeführt sein. Die Explosionsdarstellung in 3 zeigt unter Anderem die im Sensorgehäuse 120 installierten Ultraschallwandler 122, 124. Die Ultraschallwandler 122, 124 stellen Messelemente 126 des Ultraschallsensors 110 dar, also Elemente, welche zur Erfassung einer oder mehrerer Messgrößen eingerichtet sind. Daneben kann der Ultraschallsensor 110 ein oder mehrere weitere Messelemente 126 umfassen. Beispielsweise kann ein Drucksensor 128 vorgesehen sein, welcher beispielsweise über einen in den 1–3 nicht näher erkennbaren, in den nachfolgenden 4A–7B jedoch gezeigten Druckstutzen 130 verfügt, der in den Querschnitt des Strömungsrohrs 112 hineinragt. Der Drucksensor 128 ist in vielen Fällen erforderlich, um den Luftmassenstrom zu berechnen. Weiterhin kann mindestens ein Messelement 126 in Form eines Temperatursensors 132 vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines temperaturabhängigen Widerstands und insbesondere eines NTC-Widerstands. Der Temperatursensor 132 kann, je nach Anwendung, auch entfallen, da in der Regel die Temperatur des fluiden Mediums, beispielsweise die Lufttemperatur, ebenfalls aus Ultraschall-Laufzeiten ermittelt werden kann.The flow tube 112 can, as stated above, for example, be designed as a cylinder housing. The exploded view in 3 shows, among other things, in the sensor housing 120 installed ultrasonic transducer 122 . 124 , The ultrasonic transducers 122 . 124 set measuring elements 126 of the ultrasonic sensor 110 ie, elements which are set up to detect one or more measured variables. In addition, the ultrasonic sensor 110 one or more other measuring elements 126 include. For example, a pressure sensor 128 be provided, which for example via a in the 1 - 3 undetectable, in the following 4A - 7B however, shown pressure port 130 which is in the cross-section of the flow tube 112 protrudes. The pressure sensor 128 is required in many cases to calculate the air mass flow. Furthermore, at least one measuring element 126 in the form of a temperature sensor 132 be provided, for example in the form of a temperature-dependent resistor and in particular an NTC resistor. The temperature sensor 132 can, depending on the application, also omitted, since usually the temperature of the fluid medium, such as the air temperature, can also be determined from ultrasonic transit times.

Der Ultraschallsensor 110 kann insbesondere eingerichtet sein, um eine Strömungsverbesserung in einem Bereich der Ultraschallwandler 122, 124 und/oder eine Verbesserung der Ultraschall-Signalqualität, insbesondere der Qualität der Ultraschallsignale zu erzielen.The ultrasonic sensor 110 In particular, it may be arranged to improve the flow in a region of the ultrasonic transducers 122 . 124 and / or to improve the ultrasound signal quality, in particular the quality of the ultrasound signals.

Weiterhin kann der Ultraschallsensor 110, wie insbesondere in der Explosionsdarstellung in 3 erkennbar, eine Auswerteschaltung 134 umfassen. Diese kann mit den Messelementen 126 elektrisch verbunden sein und kann beispielsweise über einen Stecker 136 im Sensorgehäuse 120 von außen elektrisch ansteuerbar sein. Die von der Elektronik der Auswerteschaltung 134 erzeugte Wärme kann beispielsweise über einen Kühlkörper 138 abgeführt werden. Beispielsweise kann dieser Kühlkörper 138 als Kühlrippe ausgestaltet sein und kann beispielsweise ins Innere des Strömungsrohrs 112 ragen, sodass die Abwärme der Auswerteschaltung 134 beispielsweise an die Strömung des fluiden Mediums abgeführt werden kann.Furthermore, the ultrasonic sensor 110 , as in particular in the exploded view in 3 recognizable, an evaluation circuit 134 include. This can be done with the measuring elements 126 be electrically connected and can for example via a plug 136 in the sensor housing 120 be electrically controlled from the outside. The electronics of the evaluation circuit 134 Heat generated, for example, via a heat sink 138 be dissipated. For example, this heat sink 138 be configured as a cooling fin and can, for example, into the interior of the flow tube 112 protrude so that the waste heat of the evaluation circuit 134 for example, can be dissipated to the flow of the fluid medium.

Weiterhin kann der Ultraschallsensor 110, wie beispielsweise in der Vorderansicht gemäß 2 erkennbar, mindestens ein Reflektorelement 140 aufweisen, welches beispielsweise als Steg ausgebildet sein kann und welches mindestens eine Reflexionsfläche 142 zur Reflexion von Ultraschallsignalen 144, beispielsweise Ultraschallwellen, aufweist. Dabei können die vom Ultraschallwandler 122 ausgesandten Ultraschallsignale 144 an der Reflexionsfläche 142 reflektiert werden, bevor diese vom Ultraschallwandler 124 empfangen werden, oder umgekehrt. Die Ultraschallwandler 122, 124 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel entlang einer Strömungsrichtung 146, beispielsweise entlang einer Rohrachse des Strömungsrohrs 112, gegeneinander versetzt angeordnet. Dabei können die Ultraschallwandler 122, 124 beispielsweise exakt hintereinander angeordnet sein, in einer sogenannten In-Line-Anordnung, wie in den 1–3 dargestellt, ohne Versatz quer zur Strömungsrichtung 146. Alternativ oder zusätzlich kann, wie nachfolgend noch näher ausgeführt wird, auch ein Versatz der Ultraschallwandler 122, 124 quer zur Strömungsrichtung 146 erfolgen. Beispielsweise kann der stromaufwärts gelegene Ultraschallwandler 122 als empfangender Ultraschallwandler dienen, und der stromabwärts gelegene Ultraschallwandler 124 als sendender Ultraschallwandler, oder umgekehrt. Die Reflexionsfläche 142 kann beispielsweise eben ausgestaltet sein, kann jedoch auch, wie in 1 erkennbar, beispielsweise gekrümmt ausgestaltet sein, beispielsweise mit einer Krümmung um die Rohrachse des Strömungsrohrs 112. Alternativ kann das Reflektorelement 140 auch auf andere Weise gekrümmt ausgestaltet werden oder auch ohne Krümmung ausgestaltet sein oder auch beispielsweise schräg angestellt orientiert sein. Zuströmseitig kann der Ultraschallsensor 110 an dem Strömungsrohr 112 ein oder mehrere Strömungsgitter 148 aufweisen, welche das Strömungsrohr vollständig oder, wie in 1 gezeigt, teilweise abdecken können und welche eingerichtet sein können, um die Strömung des fluiden Mediums gleichzurichten.Furthermore, the ultrasonic sensor 110 , as in the front view according to 2 recognizable, at least one reflector element 140 have, which may be formed for example as a web and which at least one reflection surface 142 for reflection of ultrasonic signals 144 , For example, ultrasonic waves having. In this case, those of the ultrasonic transducer 122 emitted ultrasonic signals 144 at the reflection surface 142 be reflected before this from the ultrasonic transducer 124 be received, or vice versa. The ultrasonic transducers 122 . 124 are in the illustrated embodiment along a flow direction 146 , For example, along a tube axis of the flow tube 112 , offset from each other. The ultrasonic transducers can 122 . 124 For example, be arranged exactly one behind the other, in a so-called in-line arrangement, as in the 1 - 3 shown, without offset transverse to the flow direction 146 , Alternatively or additionally, as will be explained in more detail below, also an offset of the ultrasonic transducers 122 . 124 transverse to the flow direction 146 respectively. For example, the upstream ultrasonic transducer 122 serve as a receiving ultrasonic transducer, and the downstream ultrasonic transducer 124 as a transmitting ultrasonic transducer, or vice versa. The reflection surface 142 can for example be just designed, but can also, as in 1 recognizable, for example, be designed curved, for example, with a curvature around the tube axis of the flow tube 112 , Alternatively, the reflector element 140 be configured curved in another way or be configured without curvature or even be oriented, for example inclined. On the inflow side, the ultrasonic sensor 110 on the flow tube 112 one or more flow grids 148 comprising the flow tube completely or, as in 1 shown, partially covered and which may be arranged to rectify the flow of the fluid medium.

Aufgrund einer Strahlverwehung durch das fluide Medium verändert sich die Signallaufzeit zwischen den Ultraschallwandlern 122, 124 mit der Geschwindigkeit des strömenden fluiden Mediums. Um einen Temperatureinfluss auf die Schallgeschwindigkeit und damit auf die Laufzeiten auszugleichen und um Bauteilstreuungen und Driften innerhalb der Ultraschallwandler 122, 124 zu kompensieren, können Ultraschallsignale 144 in einer oder auch in beiden Richtungen gesendet werden. Der Sender des ersten Signals wird dabei zum Empfänger des zweiten Signals und umgekehrt. Die mit diesem Verfahren entlang des Ultraschallpfads integral ermittelte Strömungsgeschwindigkeit kann genutzt werden, um, mit der aus dem Druck und der Temperatur bestimmten Luftdichte sowie unter Zuhilfenahme einer geeigneten Kalibrierfunktion, einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums durch das Strömungsrohr 112, beispielsweise das gesamte Zylinderrohr, zu bestimmen. Durch eine Kalibrierung kann also eine Beziehung zwischen dem errechneten Massenstrom und/oder Volumenstrom im Messquerschnitt des Strömungsrohrs und dem Massenstrom durch das Strömungsrohr 112 hergestellt werden.Due to a beam drift through the fluid medium, the signal propagation time between the ultrasonic transducers changes 122 . 124 with the velocity of the flowing fluid medium. In order to compensate for a temperature influence on the speed of sound and thus on the transit times and component scattering and drifting within the ultrasonic transducer 122 . 124 can compensate, ultrasonic signals 144 be sent in one or both directions. The transmitter of the first signal is the receiver of the second signal and vice versa. The flow velocity determined integrally with this method along the ultrasound path can be used to determine, with the air density determined from the pressure and the temperature and with the aid of a suitable calibration function, a mass flow and / or volumetric flow of the fluid medium through the flow tube 112 to determine, for example, the entire cylinder tube. By calibration, therefore, a relationship between the calculated mass flow and / or volume flow in the measuring cross section of the flow tube and the mass flow through the flow tube 112 getting produced.

In den 1 und 2 ist eine Ausgestaltung gezeigt, bei welcher das Reflektorelement 140 an der Rohrwand 118 des Strömungsrohrs 112 befestigt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Reflektorelement 140 auch beispielsweise am Sensorgehäuse 120 befestigt sein, welches seinerseits beispielsweise als Steckfühler 116 am Strömungsrohr 112 befestigt wird. Dies ist exemplarisch in 4A gezeigt. So kann der Steckfühler 116 beispielsweise einen Teil 150 der Rohrwand 118 umfassen oder bilden, welcher bei in das Strömungsrohr 112 eingebrachtem Steckfühler 116 von dem fluiden Medium überstrichen wird. Von diesem Teil 150 der Rohrwand 118 aus können sich eine oder mehrere Streben 152 ins Innere des Strömungsrohrs 112 erstrecken, an welchen das Reflektorelement 140 befestigt ist. Beispielsweise können die Streben 152 zylindrisch ausgestaltet sein. Auf diese Weise kann über eine oder mehrere Streben 152 das Reflektorelement 150 als Teil des Steckfühlers 116 ausgebildet sein, beispielsweise indem das Reflektorelement 140 an das Sensorgehäuse 120 angebunden wird. Weiterhin zeigt 4A, wie oben ausgeführt, eine alternative Ausgestaltung der Reflexionsfläche 142, welche in diesem Ausführungsbeispiel eben und angestellt ausgebildet ist.In the 1 and 2 an embodiment is shown in which the reflector element 140 on the pipe wall 118 of the flow tube 112 is attached. Alternatively or additionally, the reflector element 140 also for example on the sensor housing 120 be attached, which in turn, for example, as a plug-in sensor 116 at the flow tube 112 is attached. This is exemplary in 4A shown. So can the plug-in sensor 116 for example, a part 150 the pipe wall 118 include or form, which in at the flow tube 112 inserted plug-in sensor 116 is swept by the fluid medium. From this part 150 the pipe wall 118 One or more aspirations may arise 152 inside the flow tube 112 extend, to which the reflector element 140 is attached. For example, the struts 152 be cylindrical. This way you can have one or more struts 152 the reflector element 150 as part of the plug-in sensor 116 be formed, for example by the reflector element 140 to the sensor housing 120 is connected. Further shows 4A , as stated above, an alternative embodiment of the reflection surface 142 , which is formed flat and employed in this embodiment.

Gleichzeitig zeigen die 4A und 4B ein Ausführungsbeispiel, bei welchem, im Gegensatz zur in den 1–3 gezeigten In-Line-Anordnung der Ultraschallwandler 122, 124, die Ultraschallwandler 122, 124 nicht nur entlang einer Rohrachse des Strömungsrohrs 112 gegeneinander versetzt angeordnet sind, sondern auch quer zu dieser Rohrachse. So kann beispielsweise eine außermittige Platzierung der Ultraschallwandler 122, 124 erfolgen. Durch diesen Versatz quer zur Rohrachse des Strömungsrohrs 112 können durch den stromaufwärts gelegenen Ultraschallwandler 122 und dessen aerodynamischen Nachlauf verursachte Druckschwankungen und Dichteschwankungen des Schallpfades in der Nähe des stromabwärts gelegenen Ultraschallwandlers 124 reduziert werden. Der Kühlkörper 138, beispielsweise die Kühlrippe, und der Druckstutzen 130 des Drucksensors 128 können in den verbleibenden Quadranten des Teils 150 der Rohrwand 118 angeordnet sein. Insbesondere der Nachlauf des stromabwärts gelegenen Ultraschallwandlers 124, aber auch derjenige des Druckstutzens 130 des Drucksensors 128 können also in dieser Anordnung die von den Ultraschallwandlern 122, 124 über die Reflexionsfläche 142 laufenden Ultraschall-Wellenpakete beeinflussen und können sich daher, ohne erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ultraschallsensors 110, auf die Güte des Ultraschallsignals auswirken. Der stromaufwärts gelegene Ultraschallwandler 122 kann aufgrund seiner Kippung einen relativ großen Nachlauf mit impulsarmem Fluid erzeugen. Ohne Anwendung der vorliegenden Erfindung kann in diesem sogenannten Totwasser ein instationärer, instabiler Strömungszustand mit Druck- und Dichteschwankungen herrschen. Diese Situation ohne erfindungsgemäße Ausgestaltung ist schematisch in 8 in einer Schnittdarstellung parallel zu einer Achse des Strömungsrohrs 112 dargestellt. In dieser Darstellung sind exemplarisch wiederum die Ultraschallwandler 122, 124 in einer In-Line-Anordnung gezeigt. Die Zone des impulsarmen fluiden Mediums ist in dieser Figur mit der Bezugsziffer 154 bezeichnet. Am Rand dieser Zone 154, in der sogenannten Scherschicht, herrschen große Geschwindigkeitsgradienten, die eine starke Durchmischung mit resultierenden Druck- und Dichteschwankungen zur Folge haben. Der Nachlauf des (in 8 nicht dargestellten) Druckstutzens 130 des Drucksensors 128 beeinflusst aufgrund ähnlicher Mechanismen in der Regel nicht nur einen Bereich vor einer Messmembran des in Strömungsrichtung 146 stromabwärts liegenden Ultraschallwandlers 124, sondern wirkt sich auch auf einen Kernströmungsbereich in Richtung der Reflexionsfläche aus. Dabei ist zu betonen, dass sich in der Regel das nutzbare Ultraschallsignal entlang eines volumetrischen Pfades, insbesondere der Ultraschall-Wellenpakete, von Ultraschallwandler zu Ultraschallwandler ausbreitet. Die Mittellinie dieses Pfades ist in 8 gestrichelt gezeichnet und mit der Bezugsziffer 156 (Ultraschallpfad) bezeichnet.At the same time, they show 4A and 4B an embodiment in which, in contrast to in the 1 - 3 shown in-line arrangement of the ultrasonic transducer 122 . 124 , the ultrasonic transducers 122 . 124 not only along a tube axis of the flow tube 112 offset from each other, but also transversely to this tube axis. For example, an off-center placement of the ultrasonic transducer 122 . 124 respectively. Due to this offset across the tube axis of the flow tube 112 can through the upstream ultrasonic transducer 122 and its aerodynamic wake caused pressure fluctuations and density variations of the sound path in the vicinity of the downstream ultrasonic transducer 124 be reduced. The heat sink 138 , For example, the cooling fin, and the discharge nozzle 130 of the pressure sensor 128 can in the remaining quadrant of the part 150 the pipe wall 118 be arranged. In particular, the wake of the downstream ultrasonic transducer 124 , but also the one of the pressure nozzle 130 of the pressure sensor 128 So can in this arrangement that of the ultrasonic transducers 122 . 124 over the reflection surface 142 Current ultrasonic wave packets and can therefore, without inventive design of the the ultrasonic sensor 110 , affect the quality of the ultrasonic signal. The upstream ultrasonic transducer 122 can produce a relatively large wake with low-impulse fluid due to its tilting. Without application of the present invention, a transient, unstable flow state with pressure and density fluctuations can prevail in this so-called dead water. This situation without inventive design is schematically in 8th in a sectional view parallel to an axis of the flow tube 112 shown. In this illustration, the ultrasonic transducers are again exemplary 122 . 124 shown in an in-line arrangement. The zone of the low-momentum fluid medium is indicated by the reference numeral in this figure 154 designated. At the edge of this zone 154 , in the so-called shear layer, there are large velocity gradients, which result in a strong mixing with resulting pressure and density variations. The wake of the (in 8th not shown) pressure nozzle 130 of the pressure sensor 128 Due to similar mechanisms, it usually does not only influence an area in front of a measuring membrane in the flow direction 146 downstream ultrasonic transducer 124 but also affects a core flow area in the direction of the reflection surface. It should be emphasized that, as a rule, the usable ultrasound signal propagates from ultrasound transducer to ultrasound transducer along a volumetric path, in particular the ultrasound wave packets. The center line of this path is in 8th dashed lines and with the reference numeral 156 (Ultrasonic path).

Das Geschwindigkeitsprofil und der Strömungszustand entlang des Ultraschallpfads können somit verschiedene Ausprägungen annehmen. So können ein laminarer oder ein turbulenter Strömungszustand in verschiedenen Ausprägungen bezüglich turbulenter Längen- und Zeitskalen vorliegen, ein laminar-turbulenter Umschlag sowie ein stationärer oder instationärer Strömungszustand. Das Geschwindigkeitsprofil und der Strömungszustand beeinflussen naturgemäß die Güte der empfangenen Ultraschallsignale 144. Die Schallwellen werden beim Durchlaufen des fluiden Mediums, beispielsweise der Luft, je nach Strömungsprofil und Strömungszustand in unterschiedlichem Maße gebrochen, reflektiert, gestreut oder absorbiert. In diesem Sinn ist eine möglichst homogene Luftmasse im Messquerschnitt des Strömungsrohrs 112 anzustreben, und die Zahl der Grenzflächen ist möglichst klein zu halten. Stark instationäre und turbulente Strömungszustände in der Messebene sollen daher erfindungsgemäß durch konstruktive Maßnahmen soweit wie möglich vermieden werden. Das optionale Strömungsgitter 148, welches in 1 erkennbar ist, stellt bereits eine Maßnahme zur Gleichrichtung der gegebenenfalls stark unterschiedlich gerichteten Einlaufströmung des Ultraschallsensors 110 und damit zur Reduzierung instationärer Strömungszustände dar. Auch eine bevorzugte strömungsgünstige Formgebung des Reflektorelements 140 dient in der Regel zur Erzeugung einer gleichmäßigen, turbulenzarmen Strömung im Messquerschnitt des Ultraschallsensors 110. Derartige Maßnahmen sind grundsätzlich bereits beispielsweise aus DE 10 2010 030 438 A1 bekannt und können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Obwohl die einzelnen Stege derartiger Strömungsgitter 148 die Strömung zwar gleichrichten und auch die Absolutwerte der Geschwindigkeit vergleichmäßigen, weisen diese jedoch in der Praxis eigene Grenzschichten und Nachläufe auf.The velocity profile and the flow state along the ultrasound path can thus assume different characteristics. Thus, there may be a laminar or a turbulent flow state in various forms with respect to turbulent length and time scales, a laminar-turbulent envelope and a stationary or unsteady flow state. The velocity profile and the flow state naturally influence the quality of the received ultrasonic signals 144 , The sound waves are refracted, reflected, scattered or absorbed to varying degrees as they pass through the fluid medium, such as the air, depending on the flow profile and flow state. In this sense, the most homogeneous possible air mass in the measuring cross section of the flow tube 112 to strive for and the number of interfaces should be kept as small as possible. Highly unsteady and turbulent flow conditions in the measurement plane should therefore be avoided according to the invention as far as possible by design measures. The optional flow grid 148 which is in 1 can be seen already provides a measure to rectify the possibly highly differently directed inlet flow of the ultrasonic sensor 110 and thus to reduce transient flow conditions. Also, a preferred aerodynamic shape of the reflector element 140 usually serves to generate a uniform, low-turbulence flow in the measuring cross section of the ultrasonic sensor 110 , Such measures are basically already for example DE 10 2010 030 438 A1 are known and can also be used in the context of the present invention. Although the individual webs of such flow grid 148 Although rectifying the flow and evening the absolute values of the speed, these have their own boundary layers and creeks in practice.

Eine Strömungsgrenzschicht ist in der Regel eine Schicht verminderter Strömungsgeschwindigkeit. Im Fall des Ultraschallsensors 110 kann dies beispielsweise eine verminderte Strömungsgeschwindigkeit im Gegensatz zur voll ausgeprägten Kernströmung in der Mitte des Strömungsrohrs 112 sein. Eine derartige Strömungsgrenzschicht kann sich insbesondere an der Rohrwand 118 des Strömungsrohrs 112 ausbilden, innerhalb oder außerhalb des Teils 150 der Rohrwand 118. Insbesondere kann sich eine Strömungsgrenzschicht an den Ultraschallwandlern 122, 124, am Druckstutzen 130, an dem Kühlkörper 138 und an dem Reflektorelement 140 ausbilden, insbesondere mit zunehmender Lauflänge in Strömungsrichtung 146. Diese Strömungsgrenzschichten können verschiedene Strömungszustände aufweisen, nämlich einen laminaren, einen laminar-turbulenten Übergangszustand sowie einen voll ausgeprägten turbulenten Strömungszustand. Dies ist in 9 exemplarisch dargestellt. Ein laminarer Strömungszustand an der Rohrwand 118 ist dort mit der Bezugsziffer 158 bezeichnet, ein laminar-turbulenter Übergangszustand mit der Bezugsziffer 160, und ein turbulenter Strömungszustand mit der Bezugsziffer 162. Die Strömungsgeschwindigkeit in unendlichem Abstand von der Rohrwand 118 ist mit U_∞ bezeichnet. Weiter sind in 9 schematisch die Signalwege der Ultraschallsignale 144 gezeigt, wobei mit der Bezugsziffer 164 (gestrichelte Linie) ein erster Signalweg, insbesondere eine Stromab-Komponente, vom Ultraschallwandler 122 zum Ultraschallwandler 124 bezeichnet ist, und mit der Bezugsziffer 166 ein zweiter Signalweg, insbesondere eine Stromauf-Komponente, in umgekehrter Richtung, vom Ultraschallwandler 124 zum Ultraschallwandler 122. Diese Signalwege 164, 166 durchdringen den turbulenten Teil 162 der Strömungsgrenzschicht. Dieser turbulente Teil 162 enthält Wirbel verschiedener Zeit- und Längenskalen. Dies bewirkt ein inhomogenes Geschwindigkeitsfeld, Druckfeld und Dichtefeld. Beim Durchlaufen dieses inhomogenen Bereichs werden die Schallwellen an einer Vielzahl von Grenzflächen gebrochen und gestreut, woraus insgesamt eine Signalabschwächung und des Weiteren eine Veränderung der Charakteristik, beispielsweise der Amplitude, Phase und Form der Einhüllenden, des Ultraschall-Wellenpaketes resultieren kann. Beide Effekte können bei bestimmten Betriebspunkten dazu führen, dass eine Geschwindigkeitsmessung verfälscht oder sogar unmöglich wird. Konstruktive Maßnahmen erfordern also eine Abwägung der beabsichtigten positiven als auch der nicht gewünschten negativen Effekte auf den Strömungszustand im Volumen des Ultraschallpfades und in den Grenzschichten der Messelemente 126, beispielsweise der Ultraschallwandler 122, 124, insbesondere in direkter Umgebung der sensitiven Bereiche der Ultraschallwandler 122, 124, beispielsweise in direkter Umgebung der Ultraschallwandler-Membranen. A flow boundary layer is typically a layer of reduced flow velocity. In the case of the ultrasonic sensor 110 For example, this may be a reduced flow velocity as opposed to the full core flow in the middle of the flow tube 112 be. Such a flow boundary layer can in particular on the pipe wall 118 of the flow tube 112 train, inside or outside the part 150 the pipe wall 118 , In particular, a flow boundary layer may be on the ultrasonic transducers 122 . 124 , at the discharge nozzle 130 , on the heat sink 138 and on the reflector element 140 form, in particular with increasing run length in the flow direction 146 , These flow boundary layers can have different flow states, namely a laminar, a laminar-turbulent transition state and a fully turbulent flow state. This is in 9 exemplified. A laminar flow condition on the pipe wall 118 is there with the reference number 158 denotes a laminar-turbulent transition state with the reference numeral 160 , and a turbulent flow state with the reference numeral 162 , The flow velocity at an infinite distance from the pipe wall 118 is denoted by U _∞ . Next are in 9 schematically the signal paths of the ultrasonic signals 144 shown, with the reference numeral 164 (dashed line) a first signal path, in particular a downstream component, of the ultrasonic transducer 122 to the ultrasonic transducer 124 is designated, and with the reference numeral 166 a second signal path, in particular an upstream component, in the reverse direction, from the ultrasonic transducer 124 to the ultrasonic transducer 122 , These signaling pathways 164 . 166 penetrate the turbulent part 162 the flow boundary layer. This turbulent part 162 contains vortices of different time and length scales. This causes an inhomogeneous velocity field, pressure field and density field. As it passes through this inhomogeneous region, the sound waves are refracted and scattered at a plurality of interfaces, resulting in an overall signal attenuation and further a change in characteristics, such as amplitude, phase and shape of the envelope, of the ultrasonic wave packet. Both effects can lead to a speed measurement being falsified or even impossible at certain operating points. Constructive measures thus require a balancing of the intended positive as well as unwanted negative effects on the flow state in the volume of the ultrasonic path and in the boundary layers of the measuring elements 126 , For example, the ultrasonic transducer 122 . 124 , Especially in the immediate vicinity of the sensitive areas of the ultrasonic transducer 122 . 124 , for example, in the immediate vicinity of the ultrasonic transducer membranes.

Wie oben ausgeführt, wird diese Problematik erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass stromaufwärts und/oder stromabwärts mindestens eines der Messelemente sich mindestens ein Strömungsbeeinflussungselement 168, insbesondere ein Laminarisierungselement, an das jeweilige Messelement 126 anschließt. Dieses Strömungsbeeinflussungselement 168 ist eingerichtet, um eine durch das Messelement 126 verursachte Querschnittsverengung entlang der Strömungsrichtung 146 kontinuierlich oder stufenweise abzubauen und dadurch Wirbelbildungen an dem Messelement 126 zu vermeiden. In den 4A–7B sind, in verschiedenen Ansichten, verschiedene Ausführungsbeispiele derartiger Strömungsbeeinflussungselemente 168 gezeigt, welche auch in beliebiger Kombination einsetzbar sind. So zeigen die 4A und 4B verschiedene Ansichten einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung einer Gehäuseformgebung am stromaufwärtigen Ultraschallwandler 122. Die Richtung der Anströmung, also die Strömungsrichtung 124, ist hier durch einen Pfeil repräsentiert. Im Gegensatz zu der exemplarisch in 8 erkennbaren, in den Strömungsquerschnitt des Strömungsrohrs 112 hineinragenden, scharfen Kante des Ultraschallwandlers 122 ist bei dieser Ausführungsform stromaufwärts des Ultraschallwandlers 122 ein Strömungsbeeinflussungselement 168 in Form einer Gehäuseanformung vorgesehen, welche stromaufwärts des Ultraschallwandlers 122 an der Rohrwand 118 beginnt und, in Strömungsrichtung 146, kontinuierlich ihren innerhalb des Strömungsrohrs 112 befindlichen Querschnitt vergrößert, bis hin zum Ultraschallwandler 122. Auf diese Weise wird die scharfe Kante am Ultraschallwandler 122 vermieden oder zumindest abgebaut.As stated above, this problem is inventively achieved in that upstream and / or downstream of at least one of the measuring elements is at least one flow influencing element 168 , in particular a laminarization element, to the respective measuring element 126 followed. This flow influencing element 168 is set up to move through the measuring element 126 caused cross-sectional constriction along the flow direction 146 continuously or gradually reduce and thereby vortices on the measuring element 126 to avoid. In the 4A - 7B are, in different views, different embodiments of such flow influencing elements 168 shown, which can also be used in any combination. So show the 4A and 4B different views of a first embodiment of a housing molding according to the invention on the upstream ultrasonic transducer 122 , The direction of the flow, ie the direction of flow 124 , here is represented by an arrow. In contrast to the example in 8th recognizable, in the flow cross-section of the flow tube 112 protruding, sharp edge of the ultrasonic transducer 122 is upstream of the ultrasonic transducer in this embodiment 122 a flow influencing element 168 provided in the form of a Gehäuseanformung, which upstream of the ultrasonic transducer 122 on the pipe wall 118 starts and, in the direction of flow 146 , continuously within the flow tube 112 located cross section enlarged, up to the ultrasonic transducer 122 , In this way, the sharp edge on the ultrasonic transducer 122 avoided or at least reduced.

Gleichzeitig zeigt das Ausführungsbeispiel in den 4A und 4B, dass der Ultraschallsensor 110 im Bereich der Rohrwand 118, beispielsweise in dem Teil 150 der Rohrwand 118, welches dem Steckfühler 116 zugeordnet ist, eine Mehrzahl von Turbulatoren 172, beispielsweise in Form von Zinnen und/oder in Form von anderen, Turbulenzen in der Strömung hervorrufenden Elementen wie beispielsweise Dreiecken, Stegen oder in anderer Weise eine Wirbelstruktur erzeugenden Elementen, aufweisen kann. So kann der Teil 150 der Rohrwand 118 beispielsweise an einem stromaufwärtigen Ende eine Mehrzahl von Turbulatoren 172 in Form von Zinnen aufweisen, welche ins Innere des Strömungsrohrs 112 ragen und welche zu einer lokalen Verbesserung der Durchmischung des strömenden fluiden Mediums an der Rohrwand 118 insbesondere für den Fall unterschiedlicher Anströmzustände sorgen. Weiterhin können, alternativ oder zusätzlich, Schallabsorber 170 in Form von Pyramiden 174 vorgesehen sein, welche beispielsweise in Form eines Waffelmusters angeordnet sein können. Die Schallabsorber 170, insbesondere die Pyramiden 174, können eingerichtet sein, um ungewünschte Mehrfach-Durchläufe und/oder nicht gewünschte Reflexionspfade zu unterdrücken, die beispielsweise zu Echos und/oder einer Überlagerung mit der lediglich einmal an der Reflektionsfläche 142 reflektierten Ultraschallwelle führen können. Besonders bevorzugt sollte ein „Echo-relevanter“ Bereich des Strömungsrohres 112, beispielsweise zumindest teilweise um das Strömungsbeeinflussungselement 168 und/oder zumindest eines der Messelemente 126 und/oder den Drucksensor 128 und/oder den Druckstutzen 130 und/oder zumindest einen der Ultraschallwandler 122, 124 und/oder die Streben 152 und/oder den Kühlkörper 138, mindestens einen Schallabsorber 170, beispielsweise eine, insbesondere Pyramiden 174 umfassende, Pyramidenstruktur aufweisen. Andererseits sollten beispielsweise aber auch die Strömungsbeeinflussungselemente 168 angeordnet werden können. Der Ultraschallsensor 110, insbesondere der Schallabsorber 170, kann insbesondere bezüglich eines Trade-Offs aus einer Echo-Unterdrückung und einer Unterdrückung von Strömungsschwankungen ausgestaltet sein. Weiterhin kann der Ultraschallsensor 110 mindestens einen Turbulator 172 umfassen, beispielsweise in Form von Zinnen. Verschiedene andere Ausgestaltungen sind möglich. Die Zinnen können beispielsweise quaderförmig ausgestaltet sein. Die Turbulatoren 172, beispielsweise die Zinnen, können dann unmittelbar in die Anformung des Strömungsbeeinflussungselements 168 am stromaufwärtigen Ultraschallwandler 122 übergehen. Die Erstreckung dieses Übergangs kann mit unterschiedlicher Länge ausgestaltet werden. Ebenso ist es denkbar, keine Turbulatoren 172 vor dem Ultraschallwandler 122 vorzusehen, sodass beispielsweise lediglich eine der Rundung des Steckfühlers 116 im Bereich des Teils 150 der Rohrwand 118 entsprechend gekrümmte Oberfläche realisiert werden kann. Die Turbulatoren 172 sind somit optional. Die von den Turbulatoren 172 abgehenden Längswirbel würden bei letzterer Variante nicht auftreten. Die Höhe der angeformten Fläche des Strömungsbeeinflussungselements 168 kann der Höhe der Oberkante der Turbulatoren 172 oder derjenige der Grundfläche der Turbulatoren 172, beispielsweise der Zinnen, entsprechen. Auch ein Zwischenwert oder ein Wert darüber hinaus ist denkbar. Andere Turbulatorformen sind ebenfalls denkbar. Die seitliche Ausdehnung der Anformung kann sowohl auf der in Strömungsrichtung gesehen linken Seite als auch auf der rechten Seite bündig zum stromaufwärts gelegenen Ultraschallwandler 122, innerhalb des Ultraschallwandlers 122 oder auch außerhalb der seitlichen Ausdehnungen des Ultraschallwandlers 122 liegen. Dadurch soll ein möglichst kleines Gebiet impulsarmer Nachlaufströmung und/oder Grenzschichtströmung über dem Ultraschallwandler 122 und somit ein gut homogenisiertes und in Bezug auf den Ultraschall störungsarmes Gebiet erzeugt werden.At the same time, the embodiment shows in the 4A and 4B in that the ultrasonic sensor 110 in the area of the pipe wall 118 in the part, for example 150 the pipe wall 118 , which is the plug-in sensor 116 is assigned, a plurality of turbulators 172 , For example in the form of battlements and / or in the form of other, turbulence in the flow-inducing elements such as triangles, webs or otherwise a vortex structure generating elements may have. That's how the part works 150 the pipe wall 118 for example, at an upstream end a plurality of turbulators 172 in the form of battlements, which into the interior of the flow tube 112 protrude and which to a local improvement of the mixing of the flowing fluid medium on the pipe wall 118 especially in the event of different inflow conditions. Furthermore, as an alternative or in addition, sound absorbers 170 in the form of pyramids 174 be provided, which may be arranged for example in the form of a waffle pattern. The sound absorbers 170 , especially the pyramids 174 , may be configured to suppress unwanted multiple passes and / or unwanted reflection paths, such as echoes and / or interference with only once at the reflective surface 142 reflected ultrasonic wave can lead. Particularly preferred should be an "echo-relevant" region of the flow tube 112 , For example, at least partially around the flow influencing element 168 and / or at least one of the measuring elements 126 and / or the pressure sensor 128 and / or the discharge nozzle 130 and / or at least one of the ultrasonic transducers 122 . 124 and / or the struts 152 and / or the heat sink 138 , at least one sound absorber 170 , for example one, in particular pyramids 174 have comprehensive, pyramidal structure. On the other hand, for example, but also the flow influencing elements 168 can be arranged. The ultrasonic sensor 110 , in particular the sound absorber 170 , In particular with regard to a trade-off, echo suppression and suppression of flow fluctuations can be configured. Furthermore, the ultrasonic sensor 110 at least one turbulator 172 include, for example in the form of pinnacles. Various other configurations are possible. The battlements can be configured, for example cuboid. The turbulators 172 , For example, the battlements, then directly into the Anformung the flow influencing element 168 at the upstream ultrasonic transducer 122 pass. The extent of this transition can be configured with different lengths. Likewise, it is conceivable, no turbulators 172 in front of the ultrasonic transducer 122 provide, so for example, only one of the rounding of the plug-in sensor 116 in the area of the part 150 the pipe wall 118 corresponding curved surface can be realized. The turbulators 172 are thus optional. The of the turbulators 172 outgoing longitudinal swirls would not occur in the latter variant. The height of the molded surface of the flow influencing element 168 can be the height of the top of the turbulators 172 or that of the base of the turbulators 172 such as the battlements, correspond. Also, an intermediate value or a value beyond that is conceivable. Other turbulator forms are also conceivable. The lateral extent of the molding can be flush with the upstream ultrasonic transducer, both on the left-hand side in the flow direction and on the right-hand side 122 , inside the ultrasonic transducer 122 or outside the lateral dimensions of the ultrasonic transducer 122 lie. As a result, the smallest possible area of low impulse wake flow and / or boundary layer flow over the ultrasonic transducer 122 and thus a well-homogenized and low-interference area with respect to the ultrasound are generated.

In den 5A und 5B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gestaltung des Ultraschallsensors 110 gezeigt. Hierbei kann in weiten Teilen wiederum auf die Beschreibung der 4A und 4B verwiesen werden. Optional kann beispielsweise wiederum mindestens ein Strömungsbeeinflussungselement 168 am stromaufwärts gelegenen Ultraschallwandler 122 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können, wie in den 5A und 5B gezeigt, beispielsweise am Druckstutzen 130 des Drucksensors 128 ein oder mehrere Strömungsbeeinflussungselemente 168 vorgesehen sein. Exemplarisch ist in den 5A und 5B eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher auf der stromabwärts gelegenen Seite des Druckstutzens 128 ein derartiges Strömungsbeeinflussungselement 168 in Form einer Gehäuseanformung ausgebildet ist. Unmittelbar am Druckstutzen 130, welcher auch als Drucksensor-Port bezeichnet werden kann, kann die Trennfläche des Strömungsbeeinflussungselements 168, also dessen Oberfläche, die Höhe des Druckstutzens 130 erreichen, kann jedoch auch grundsätzlich darüber hinausgehen oder auch kleiner ausgestaltet sein. Die Oberfläche des Strömungsbeeinflussungselements 168, welche auch als Trennfläche bezeichnet werden kann, kann beispielsweise parallel zur Strömungsrichtung 146 verlaufen, kann aber aufgrund lokaler Strömungssituationen auch in einem Anstellwinkel zur Strömungsrichtung 146 oder sogar gekrümmt ausgeführt sein. Die Formgebung des Strömungsbeeinflussungselements 168, beispielsweise die Gehäuseformgebung, kann in Strömungsrichtung 146 eine konstante Höhe oder, wie in den 5A und 5B gezeigt, auch eine in Strömungsrichtung 146 abnehmende Höhe aufweisen. Der Querschnitt kann, unmittelbar am Druckstutzen 130, einer in Hauptströmungsrichtung 146 projizierten Querschnittsfläche des Druckstutzens 130 entsprechen und kann bevorzugt gleichmäßig in Strömungsrichtung 146 abnehmen, bis zu einem Querschnitt 0 oder, wie in den 5A und 5B gezeigt, bis zu einem Rest-Querschnitt. Dabei ist die Gehäuseanformung des Strömungsbeeinflussungselements 168 vorzugsweise möglichst derart auszugestalten, dass diese ablösungsfrei überströmt wird, was eine rapide Verringerung des Querschnitts in der Regel ausschließt.In the 5A and 5B is a further embodiment of an inventive design of the ultrasonic sensor 110 shown. This can in turn in large part on the description of the 4A and 4B to get expelled. Optionally, for example, again at least one flow influencing element 168 at the upstream ultrasonic transducer 122 be provided. Alternatively or additionally, as in the 5A and 5B shown, for example, on the discharge nozzle 130 of the pressure sensor 128 one or more flow influencing elements 168 be provided. Exemplary is in the 5A and 5B an embodiment shown in which on the downstream side of the pressure port 128 such a flow influencing element 168 is formed in the form of a Gehäuseanformung. Immediately at the discharge nozzle 130 , which may also be referred to as a pressure sensor port, may be the separating surface of the flow influencing element 168 So its surface, the height of the pressure nozzle 130 can reach, but in principle can go beyond or even be made smaller. The surface of the flow influencing element 168 which may also be referred to as a separating surface, for example, parallel to the flow direction 146 run, but can also due to local flow situations in an angle to the flow direction 146 or even curved. The shape of the flow influencing element 168 , For example, the housing shape, in the flow direction 146 a constant height or, as in the 5A and 5B shown, also one in the flow direction 146 have decreasing height. The cross section can, directly on the discharge nozzle 130 , one in the mainstream direction 146 projected cross-sectional area of the pressure nozzle 130 correspond and may preferably evenly in the flow direction 146 decrease, to a cross section 0 or, as in the 5A and 5B shown to a residual cross section. In this case, the Gehäuseanformung the flow influencing element 168 preferably as possible to design such that it is overflowed without separation, which precludes a rapid reduction of the cross-section in the rule.

In 6 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den 5A und 5B gezeigt. Diese Abwandlung zeigt, dass, an einem, mehreren oder allen der Messelemente 126, sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts Strömungsbeeinflussungselemente 168 vorgesehen sein können. Insbesondere können die Strömungsbeeinflussungselemente 168 stromlinienförmig ausgestaltet sein. So kann insgesamt die Anordnung, bestehend aus dem jeweiligen Messelement 126 der Ultraschallwandler und des Drucksensors und Strömungsbeeinflussungselementen 168, stromlinienförmig ausgestaltet sein. Für die Anformung stromaufwärts des Druckstutzens 130 können sinngemäß die oben ausgeführten Kriterien gelten. Im Übrigen kann auf die obigen Ausführungen zu den 4A–5B verwiesen werden.In 6 is a modification of the embodiment according to the 5A and 5B shown. This modification shows that, on one, several or all of the measuring elements 126 upstream and downstream flow control elements 168 can be provided. In particular, the flow influencing elements 168 be designed streamlined. Thus, in total, the arrangement consisting of the respective measuring element 126 the ultrasonic transducer and the pressure sensor and flow influencing elements 168 be designed streamlined. For the molding upstream of the pressure nozzle 130 may mutatis mutandis apply the criteria set out above. Incidentally, the above remarks on the 4A - 5B to get expelled.

In den 7A und 7B ist schließlich eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den 4A und 4B gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, dass, einzeln oder auch in beliebiger Kombination mit den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, auch an dem stromabwärts gelegenen Ultraschallwandler 124 ein oder mehrere Strömungsbeeinflussungselemente 168 vorgesehen sein können. Diese Ausführungsform zeigt, dass die Strömungsbeeinflussungselemente 168 grundsätzlich eingerichtet sein können, um innerhalb des Signalwegs 164, 166 der Ultraschallsignale 144 für eine Laminarisierung zu sorgen, was jedoch beispielsweise stromabwärts des Ultraschallsensors 110 grundsätzlich auch zu einer erhöhten Wirbelbildung führen kann, die jedoch die Signalqualität des Ultraschallsensors 110 nicht beeinflusst. So ist exemplarisch das Strömungsbeeinflussungselement 168 im Nachlauf des stromabwärtigen Ultraschallwandlers 144 als Rampe ausgestaltet, welche in Strömungsrichtung 146 zunimmt, wobei jedoch eine Abrisskante 176 vom Ultraschallwandler 124 weg, stromabwärts verlagert wird. Auf diese Weise kann eine gezielte, geometrisch induzierte Ablösung außerhalb der Signalwege 164, 166 oder außerhalb des Ultraschallpfads 156, aus welchem sich die Ultraschallsignale 144 zwischen den Ultraschallwandlern 122, 124 ausbreiten, erreicht werden. Die Rückwirkungen, insbesondere hinsichtlich der Druck-, Geschwindigkeits- und Dichteschwankungen, einer derartig verlagerten Ablösung deutlich weiter vom Ultraschallwandler 124 sollten deutlich geringer sein als bei einer unmodifizierten Variante. In the 7A and 7B Finally, is a further modification of the embodiment according to the 4A and 4B shown. This embodiment shows that, individually or in any combination with the embodiments described above, also on the downstream ultrasonic transducer 124 one or more flow influencing elements 168 can be provided. This embodiment shows that the flow influencing elements 168 basically be set up to be within the signal path 164 . 166 the ultrasonic signals 144 to provide for a laminarization, but for example, downstream of the ultrasonic sensor 110 In principle, it can also lead to increased eddy formation, but the signal quality of the ultrasonic sensor 110 unaffected. Thus, by way of example, the flow influencing element 168 in the wake of the downstream ultrasonic transducer 144 designed as a ramp, which in the flow direction 146 increases, but with a tear-off edge 176 from the ultrasonic transducer 124 away, is shifted downstream. In this way, a targeted, geometrically induced detachment outside the signaling pathways 164 . 166 or outside the ultrasonic path 156 , from which the ultrasonic signals 144 between the ultrasonic transducers 122 . 124 spread, be achieved. The repercussions, in particular with regard to the pressure, velocity and density fluctuations, such a displaced detachment significantly further from the ultrasonic transducer 124 should be significantly lower than an unmodified variant.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102001030438 A1 [0002]
DE 102010030438 A1 [0047]

Claims

Ultrasonic sensor ( 110 ) for detecting at least one property of one in a flow direction ( 146 ) through a flow tube ( 112 ) flowing fluid medium, wherein the ultrasonic sensor ( 110 ) a plurality of in a flow cross-section of the flow tube ( 112 ) projecting measuring elements ( 126 ), wherein at least one of the measuring elements ( 126 ) an ultrasonic transducer ( 122 . 124 ) for emitting and / or receiving ultrasound signals, characterized in that upstream and / or downstream of at least one of the measuring elements ( 126 ) at least one flow influencing element ( 168 ) to the measuring element ( 126 ), wherein the flow influencing element ( 168 ) is arranged to detect fluctuations of flow parameters of the flowing fluid medium at the measuring element ( 126 ).

Ultrasonic sensor ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the flow influencing element ( 168 ) at least one molding on a pipe wall ( 118 ) of the flow tube ( 112 ).

Ultrasonic sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the measuring elements ( 126 ) at least one pressure sensor ( 128 ), in particular a pressure sensor ( 128 ) with a discharge nozzle ( 130 ), exhibit.

Ultrasonic sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein on at least one of the measuring elements ( 126 ) at least one flow influencing element both upstream and downstream ( 168 ) is arranged.

Ultrasonic sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the flow tube ( 112 ) has a flow tube diameter, wherein the flow influencing element ( 168 ) an extension in the flow direction ( 146 ) of at least 1/10 of an extent of the associated measuring element ( 126 ) having.

Ultrasonic sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the measuring element ( 126 ) and the flow influencing element ( 168 ) within the flow tube ( 112 ) in the flow direction ( 146 ) each have a longitudinal extent, wherein the longitudinal extent of the flow-influencing element ( 168 ) at least 0.5 times, preferably at least 1.0 times and more preferably at least 1.5 times the longitudinal extent of the measuring element ( 126 ), in particular of the ultrasonic transducer ( 122 . 124 ).

Ultrasonic sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the flow-influencing element ( 168 ) in a sectional plane parallel to a tube axis of the flow tube ( 112 ) has a monotonous or strictly monotone decreasing or a monotonous or strictly monotonically increasing course.

Ultrasonic sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the flow-influencing element ( 168 ) in a sectional plane parallel to a tube axis of the flow tube ( 112 ) has a wedge-shaped shape.

Ultrasonic sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the flow-influencing element ( 168 ) in a sectional plane perpendicular to a tube axis of the flow tube ( 112 ) has a shape selected from a V-shape and a U-shape.

Ultrasonic sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the flow-influencing element ( 168 ) into the flow tube ( 112 ) that this itself a cross-sectional constriction of the flow tube ( 112 ), wherein the cross-sectional constriction at one of the measuring element ( 126 ) facing away from the flow influencing element ( 168 ) is minimal and wherein the cross-sectional constriction at a the measuring element ( 126 ) assigning end is maximum.