DE10235034B4

DE10235034B4 - Durchflußmesser

Info

Publication number: DE10235034B4
Application number: DE2002135034
Authority: DE
Inventors: Hans-Michael Sonnenberg; Ulrich Gaugler; Günther HAUENSTEIN; Frank Stefke; Roland Meyer; Manfred Schulze; Axel Schmidt; Edgar Vom Schloss; Gerhard Dietz
Original assignee: Hydrometer GmbH
Current assignee: Diehl Metering GmbH
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: DE10235034A1

Abstract

Durchflußmesser für flüssige oder gasförmige Medien mit einem vom Medium durchströmten Meßkanal (2), mindestens einem Einlaß- (3) und mindestens einem Auslaßkanal (4) sowie mit mindestens einem Ultraschallwandler (5) zum Aussenden bzw. Empfangen von Ultraschallsignalen, die die Strömung im Meßkanal (2) durchsetzen, wobei der Meßkanal (2) spiral- und/oder wendelförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallführung ausschließlich über die Außenwand (7) des Meßkanals (2) und/oder an der Außenwand (7) des Meßkanals (2) angeordnete Schallführungselemente erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Durchflußmesser für flüssige oder gasförmige Medien mit einem vom Medium durchströmten Meßkanal, mindestens einem Einlaß- und mindestens einem Auslaßkanal sowie mit mindestens einem Ultraschallwandler zum Aussenden bzw. Empfangen von Ultraschallsignalen, die die Strömung im Meßkanal durchsetzen.

Ein derartiger Durchflußmesser ist bereits aus der DE 195 33 814 A1 bekannt, bei welchem der vom Medium durchströmte Meßkanal ringförmig gebogen ausgebildet ist. Der ringförmige Meßkanal erstreckt sich unterhalb des Einlaß- bzw. Auslaßstutzens, so daß eine mehrmalige Umlenkung des in den Meßkanal ein- und ausströmenden Mediums stattfindet mit der Folge eines hohen Strömungswiderstandes. Die durchgeführte Messung kann demnach ungenau und fehlerhaft sein. Die den ringförmigen Meßkanal durchlaufenden Ultraschallsignale werden sowohl an Reflektoren, die an der Innenwandung des Meßkanals angeordnet sind, als auch an einer metallischen Schicht, die an der äußeren Begrenzungsfläche des Meßkanals vorgesehen ist, reflektiert und durch den Meßkanal geleitet. Die Reflexionen an Innen- und Außenwand des Meßkanals führen zu Störreflexionen bzw. zu Störschallanteilen, die wiederum die Messung beeinträchtigen.

Aus der DE 196 05 164 C2 ist ein Ultraschall-Strömungsmeßgerät für flüssige oder gasförmige Medien mit einer durchströmten Meßkammer bekannt, die einen kreisringförmigen Meßkanal aufweist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß eine mehrfache Durchschallung des Meßkanals ohne definierte Reflektoren und Ringwandler erfolgt.

Der in DE 42 13 170 C2 offenbarte Ultraschall-Durchflußmesser weist einen schnecken- oder wendelförmig aufgewickelten Meßkanal auf, wobei die Frequenz der Ultraschallwandler derart abgestimmt auf den engen Meßkanal gewählt ist, daß dieser nur die Fortpflanzung einer longitudinalen Welle mit einer einzigen Quermode über den Durchschnitt zuläßt. Die Messung ist demnach nur bei einer sehr niedrigen Frequenz oder einem sehr kleinen Durchmesser des Meßkanals möglich.

Aus DE 100 35 241 A1 ist ein Durchflußmesser für flüssige oder gasförmige Medien mit einer durchströmten Messkammer bekannt, wobei sich durch eine entsprechende Anordnung zumindest des Einlasskanals in der Messkammer ein Strömungswirbel des zu messenden Mediums ausbildet. Vorzugsweise ist dabei die Messkamer zylinderförmig ausgebildet, so dass sich der Strömungswirbel optimal bei möglichst wenigen Sekundärwirbeln oder Strömungsturbulenzen ausbilden kann. Mindestens ein an der Kammerwand vorgesehener Reflektor leitet ein von einem Ultraschallwandler ausgesendetes Ultraschallsignal in oder gegen die Richtung des Strömungswirbels durch die Messkammer.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußmesser mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 mit einer kompakten und kleinen Bauweise zu schaffen, wobei eine hohe Meßgenauigkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiter- und Ausbildungen des Durchflußmessers ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–33.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe beim gattungsbildenden Durchflußmesser dadurch gelöst, daß der Meßkanal spiral- und/oder wendelförmig ausgebildet ist und die Schallführung ausschließlich über die Außenwand des Meßkanals bzw. an der Außenwand des Meßkanals angeordnete Schallführungselemente erfolgt. Der Meßkanal, der gleichzeitig die Meßstrecke festlegt, kann also spiral- oder wendelförmig oder aus einer Kombination von wendel- und spiralförmiger Krümmung ausgebildet sein. Diese Form des Meßkanals bzw. der Meßstrecke erlaubt eine kleine und kompakte Bauweise, so daß der Durchflußmesser in einem kreisförmigen Gehäuse untergebracht werden kann. Damit kann die Anschlußtechnik für die Meßstrecke relativ frei gestaltet werden. Aufgrund des spiral- bzw. wendelförmigen Meßkanals kann das Medium nur einmal im 90°-Bogen nach unten oder oben umgelenkt werden, so daß die Umlenkung nicht bzw. mit kaum einem Druckverlust verbunden ist. Die definierte Leitung der Ultraschallsignale ausschließlich über die Außenwand bzw. dort angeordnete Schallführungselemente, insbesondere Ultraschallreflektorflächen, sorgt für eine äußerst präzise Schallführung und damit eine äußerst hohe Meßgenauigkeit. Indem keine Innenwand-Reflexion stattfindet, werden parasitäre Echos oder Interferenzen vermieden und damit eine Verfälschung der Laufzeit der Ultraschallsignale und folglich der Messung verhindert.

Weist der Meßkanal im wesentlichen über seine gesamte Länge den gleichen Querschnitt auf, hat dies den Vorteil, daß innerhalb des Meßkanals eine relativ laminare Strömung ohne Verwirbelungen oder Druckverluste stattfindet.

Der spiral- und/oder wendelförmige Meßkanal kann eckig ausgebildet sein. Der Meßkanal und damit die Strömung ist so dem Ultraschallweg, der von Reflekorfläche zu Reflektorfläche gerade verläuft, nachgebildet. Außerhalb der Schallkeule können gegebenenfalls unwesentliche Anteile der Strömung vorhanden sein, was jedoch den Meßeffekt nicht wesentlich beeinträchtigt.

Die Übergänge von den Einlaß- und/oder Auslaßkanälen zum Meßkanal können vorteilhafterweise fließend ausgebildet sein, so daß an diesen Übergängen keine Turbulenzen des strömenden Mediums und damit keine Druckverluste entstehen. Ein weiterer Vorteil ist, daß unmittelbar am Einlaß- und/oder Auslaßkanal die Meßstrecke beginnen bzw. enden kann, da sich an diesen Stellen bereits eine ideale Strömung eingestellt hat.

Als Schallführungselemente können Ultraschallreflektorflächen, insbesondere Spiegel vorgesehen sein, welche die gewünschte Totalreflexion der Ultraschallsignale herbeiführen.

Es kann vorgesehen sein, daß jeweils ein Einkopplungsspiegel im Anschluß an den jeweiligen Ultraschallwandlers zur Festlegung des Beginns bzw. Endes der Meßstrecke vorgesehen ist. Die eigentliche Messung erfolgt also zwischen den beiden Einkopplungsspiegeln. Dadurch können die Ultraschallwandler selbst dort angeordnet werden, wo eine günstigere Anschlußtechnik genutzt werden kann.

Die Zu- und/oder Abführung des Mediums in den bzw. vom Meßkanal kann stirnseitig erfolgen. Dabei kann das Medium von unten zu- und nach oben abgeführt werden oder umgekehrt. Alternativ dazu ist es auch möglich, daß die Zu- und Abführung des Mediums stirnseitig in eine gemeinsame Richtung erfolgt. Die Ein- und Auslaufgeometrie ist demnach so gestaltet, daß sie für eine Montage auf einem Einrohr-Anschluß-Stück-Gehäuse ausgelegt ist. An dieser Stelle wird insbesondere auf die vorteilhaften Ausgestaltungen in der Patentanmeldung DE 101 03 745.7 der Firma Hydrometer GmbH verwiesen. Der erfindungsgemäße Durchflußmesser ist mit Vorteil mit der Meßkapsel sowie der Anschlußarmatur aus der genannten Patentanmeldung kombinierbar.

Die Zuführung des Mediums in den Meßkanal kann auch tangential erfolgen und somit in den jedenfalls tangential angeordneten Einlaßkanal fließend übergehen. Die Abführung des Mediums vom Meßkanal kann dann nach unten erfolgen.

Um eine optimale Raumnutzung zu schaffen, können die Ultraschallwandler oder deren Einkopplungsspiegel oberhalb des Einlaß- sowie des Auslaßkanals angeordnet sein. Außerdem wird dadurch die Strömung im Einlaß- sowie Auslaßkanal nicht behindert.

Ferner kann mindestens ein Ultraschallwandler im Bereich der Oberseite, insbesondere im Deckel des Durchflußmessers angeordnet bzw. integriert sein, wobei ein oder zwei Spiegel den Ultraschallstrahl in den Meßkanal lenken.

Mindestens ein Ultraschallwandler kann auch seitlich bzw. tangential am Meßkanal bzw. an der Meßkammer angeordnet sein. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn auch der Einlaßkanal tangential angeordnet ist.

Sollte die Schallkeule des Ultraschallsignals die Innenwand berühren, so können zweckmäßige Vorkehrungen getroffen werden, um diese Schallanteile zu eliminieren.

Dazu kann die Innenwand des Meßkanals so ausgebildet sein, daß alle Schallwellenanteile außer den an den Ultraschallreflektorflächen reflektierten Ultraschallwellen so beeinflußt werden, daß sie am empfangenen Ultraschallwandler innerhalb eines für die Messung notwendigen Zeitabschnittes im wesentlichen nicht auftreffen.

Ferner kann die Sendeburstlänge des Ultraschallsignals so eingestellt sein, daß die auf die Innenwand des Meßkanals treffenden Schallanteile bzw. die nicht von den Schallführungselementen weitergeleiteten Schallanteile im Vergleich zum Hauptschall am empfangenden Ultraschallwandler zeitlich verzögert ankommen.

Mit besonderem Vorteil können die Schallanteile, die nicht auf die Schallführungselemente treffen, von der Wandung des Meßkanals absorbiert werden. Zur Unterbindung der Reflexion bzw. zur Absorbierung der Schallanteile kann das Material des Meßkanals ultraschalldämpfend ausgebildet sein. Als ultraschalldämpfendes Material zeichnet sich insbesondere Kunststoff aus, wobei besonders PVDF und PES ohne Glaszusatz oder vergleichbare Zusätze bevorzugte Materialien sind.

Alternativ dazu ist es auch möglich, daß die auf die Innenwand des Meßkanals treffenden Schallanteile in Bereiche reflektiert werden, in welchen keine oder keine relevante Messung stattfindet. In diesen Bereichen läuft sich der Schall tot und trägt nicht zur fehlerhaften Messung bei. Zum Beispiel können die auf die Innenwand treffenden Schallanteile in den Ein- und Auslaufkanal reflektiert werden, wo noch keine Messung stattfindet.

Wird der Querschnitt des Strömungskanals mindestens so groß wie die Schallkeule des Ultraschallsignals gewählt, existieren nur wenig Schallanteile, die nicht im Medium laufen. Der Ultraschall wird demnach möglichst vollständig für die Messung ausgenutzt.

Der Querschnitt des Meßkanals kann auch höchstens so groß wie der vierfache Querschnitt der Schallkeule des Ultraschallsignals sein. Wird der Querschnitt des Meßkanals zu groß, wird nur noch eine Teilmenge der Strömung von der Schallkeule des Ultraschallsignals erfaßt. Das Verhältnis zwischen dem Querschnitt der Schallkeule und dem Kanalquerschnitt kann wesentlich größer gestaltet werden, da bei einer gekrümmten Messstrecke mit tangentialem Schallweg verschiedene Strömungspfade erfaßt werden. Dadurch werden auch Störströmungen bei der Messung berücksichtigt. Die dadurch durchgeführte Durchschnittsmessung bzw. Mittelung über verschiedene Strömungspfade führt zu äußerst genauen Ergebnissen.

Der Meßkanal kann in einem kreisförmigen Gehäuse angeordnet sein, welches platzsparend und einfach montier- bzw. demontierbar mit einer Anschlußarmatur verbindbar ist. Mit Vorteil kann das Gehäuse topfförmig ausgebildet sein und den Meßkanal sicher aufnehmen.

Das Gehäuse kann aus Metall, insbesondere aus Messing bestehen und weist so die notwendige Stabilität und Dauerfestigkeit auf. In dem Gehäuse können Durchbrüche für Ultraschallwandler, Ein- bzw. Ausströmkanäle und dergleichen angeordnet sein. Das Gehäuse kann aus Pressmessing bestehen, wobei die ringförmige Einfassung des Meßkanals durch Pressen, Bohren oder Drehen hergestellt wird. Es ist auch möglich, daß das Gehäuse aus einem Rohr hergestellt wird.

Vorteilhafterweise kann die Innenwand des Gehäuses insbesondere im Bereich der Meßstrecke bzw. des Meßkanals konisch ausgebildet sein, um Schallanteile, welche die Wand des Meßkanals durchdringen, so zu reflektieren, daß sie nicht mehr oder nur gedämpft den empfangenden Ultraschallwandler erreichen können.

Der Meßkanal kann zweiteilig ausgebildet sein. Die Zweiteiligkeit ist vor allem dann notwendig, wenn der Meßkanal im Kunststoffspritzgießverfahren hergestellt wird. Das Spritzgießverfahren zeichnet sich durch seine niedrigen Fertigungskosten aus. Der wendel- und/oder spritzgießförmige Meßkanal kann demnach als kostengünstiges Spritzgießteil hergestellt werden und in ein kreisförmiges Gehäuse gefaßt sein. Insbesondere kann die Zweiteilung des Meßkanals als Ober- und Unterteil ausgebildet sein. Die Spiegel können in vorteilhafter Weise in taschenartigen Ausnehmungen angeordnet sein.

Zur Senkung des Druckverlustes kann die Innenwand des Meßkanals mindestens einen Durchbruch aufweisen, durch welchen ein Teil des Mediums vorzeitig in den Auslaßkanal strömt. Liegt der Durchbruch in einem Wandbereich mit einem lokalen Überdruck im Medium, wirken sie wie ein Bypass und reduzieren den Druckverlust im Grenzbereich. Liegt der Durchbruch in einem Wandbereich mit lokalem Unterdruck, kommt es zu einer Rückinduktion der Strömung in den Einlauf. Dadurch entsteht ein weiterer Vorteil der Durchbrüche, daß das rückströmende Medium zur Reinigung der Reflektorspiegel verwendet werden kann, wenn Durchbruch und Spiegel entsprechend angeordnet sind.

Der oder die genannten Durchbrüche können auch innerhalb der Meßstrecke liegen und/oder den Einlaß- mit dem Auslaßkanal verbinden.

Bei kleinen Nenndurchflüssen kann die Höhe des Meßkanals kleiner sein als der Durchmesser der Schallkeule des Ultraschallsignals, wobei die Unter- und/oder Oberseite des Meßkanals aus ultraschallreflektierendem Material besteht/bestehen oder damit ausgekleidet ist/sind. Wenn die Höhe der Meßstrecke bzw. des Meßkanals entsprechend klein ist, sollte das „Wellenleiterprinzip", d. h. ein axialsymmetrisches Interferenzmuster, eingehalten werden.

Schließlich können bei dem spiral- und/oder wendelförmigen Meßkanal die Ultraschallwandler schräg und die Spiegel gerade angeordnet sein oder umgekehrt, um den Ultraschall in der gewünschten Weise durch die Meßstrecke zu leiten.

Die Erfindung ist anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen;
1: eine Draufsicht auf einen Durchflußmesser mit spiralförmigem Meßkanal im Schnitt;
2 – 4: eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in 1 mit unterschiedlichen Meßkanalquerschnitten;
5: eine Draufsicht auf eine andere Ausgestaltung eines Durchflußmessers mit spiralförmigem Meßkanal im Schnitt;
6: eine Schnittdarstellung entlang der Linie VI-VI in 5;
7: eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsvariante eines Durchflußmessers mit spiralförmigem Meßkanal im Schnitt sowie
8: eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsvariante eines Durchflußmessers mit spiralförmigem Meßkanal im Schnitt.
Der in den Figuren dargestellte Durchflußmesser 1 für flüssige oder gasförmige Medien weist einen vom Medium durchströmten Meßkanal 2, einen Einlaß- 3 und einen Auslaßkanal 4 sowie jeweils zwei Ultraschallwandler 5 zum Aussenden bzw. Empfangen von Ultraschallsignalen 6 auf, die die Strömung im Meßkanal 2 durchsetzen. Der Meßkanal 2 ist dabei spiralförmig ausgebildet und die Schallführung erfolgt ausschließlich über an der Außenwand 7 des Meßkanals 2 angeordnete Schallführungselemente, welche in Form von Spiegeln 8 realisiert sind. Der spiralförmige Meßkanal 2 hat den Vorteil, daß der gesamte Durchflußmesser 1 in einem kreisförmigen Gehäuse 11 angeordnet werden kann und sich damit ein kompakter Aufbau ergibt. Neben der spiralförmigen Ausbildung des Meßkanals 2 kann dieser auch wendelförmig oder spiral- und wendelförmig ausgebildet sein. Die letztgenannten Ausführungsvarianten sind jedoch in den Zeichnungsfiguren nicht dargestellt. Die spiral- und/oder wendelförmige Umlenkung des Mediums hat ferner den Vorteil, daß sie mit keinem oder nur wenig Druckverlust verbunden ist. Die präzise Leitung der Ultraschallsignale 6 über die Spiegel 8 führt zu einer hohen Meßgenauigkeit. Der Meßkanal 2 weist im wesentlichen – mit Ausnahme der Einlaß- und Auslaßbereiche – über seine gesamte Länge den gleichen Querschnitt auf, so daß Turbulenzen des Mediums und damit verbundene Druckverluste vermieden werden.
Einige mögliche Querschnittsformen des Meßkanals 2 sind in den 2 – 4 dargestellt. In 2 ist der Querschnitt des Meßkanals 2 rechteckig ausgebildet, in 3 sind die Ecken des rechteckigen Meßkanals 2 abgerundet. In 4 ist die Innenwand 9 des Meßkanals 2 nach innen geneigt, so daß auf die Innenwand 9 auftreffende Schallanteile nach unten abgelenkt werden und nicht zu einer fehlerhaften Messung beitragen.
Der Meßkanal 2 kann aber auch seinem Verlauf nach eckig ausgebildet sein, so daß er dem Schallweg der Ultraschallsignale 6 nachgebildet ist. Der Strömungsweg des zu messenden Mediums stimmt dabei mit dem Ultraschallweg überein, so daß außerhalb der Schallkeule nur unwesentliche Anteile des Mediums nicht erfaßt werden können.
Wie insbesondere aus den 1 und 8 hervorgeht, sind die Übergänge von den Einlaß- 3 und Auslaßkanälen 4 zum Meßkanal 2 fließend, so daß in den Übergangsbereichen keine Verwirbelungen des strömenden Mediums auftreten, die zu einem Druckverlust und einer Verfälschung des Meßergebnisses führen würden. Die Meßstrecke kann dadurch auch bis in den Übergangsbereich des Einaß- bzw. Auslaßkanals reichen, womit die Meßstrecke möglichst lang wird (siehe z. B. 1).
Als Schallführungselemente sind in den Zeichnungsfiguren Spiegel 8 vorgesehen. Es ist aber auch möglich, daß andere Ultraschallreflektorflächen vorgesehen sind, die den Ultraschall ebenso exakt weiterleiten.
Im Folgenden wird auf die 5 und 6 Bezug genommen. Im Anschluß an den Ultraschallwandler 5 ist zur Festlegung des Beginns der Meßstrecke ein Einkopplungsspiegel 10 vorgesehen. Dadurch kann der Ultraschallwandler 5 – wie aus 6 hervorgeht – zur optimalen Raumnutzung oberhalb des Einkopplungsspiegels 10 angeordnet werden. Ein weiterer Vorteil liegt in der günstigeren Anschlußmöglichkeit des Ultraschallwandlers 5, wenn dieser deckelseitig angeordnet ist.
Die Zu- und Abführung des Mediums in den bzw. vom Meßkanal 2 erfolgt in der Ausführungsvariante gemäß den 5 und 6 stirnseitig von bzw. nach unten, so daß der Durchflußmesser 1 für die Montage auf einem Einrohr-Anschlußstück- Gehäuse ausgelegt ist. Der gesamte Flüssigkeitszähler kann dadurch äußerst kompakt, platzsparend und stabil aufgebaut werden.
In den 1 und 8 erfolgt die Zuführung des Mediums in den Meßkanal 2 tangential, so daß – wie oben bereits erläutert – ein fließender Übergang vom Einlaßkanal 3 in den Meßkanal 2 stattfindet, um Verwirbelungen des Mediums zu vermeiden. Ebenso kann auch der Auslaßkanal 4 tangential an den Meßkanal 2 angrenzen.
In den 6, 7 und 8 ist der Ultraschallwandler 5 zu Beginn der Meßstrecke oberhalb des Einlaßkanals 3 angeordnet, um den Raum optimal auszunutzen und eine möglichst lange Meßstrecke zu schaffen. Ebenso kann der am Ende der jeweiligen Meßstrecke angeordnete Ultraschallwandler 5 oder Einkopplungsspiegel 10 oberhalb des Auslaßkanals 4 angeordnet sein, wie dies z. B. in 5 dargestellt ist. Auch beim Durchflußmesser in 8 ist der andere Ultraschallwandler 5 im Bereich des zentral angeordneten Auslaßkanals 4 angeordnet. Dadurch wird die Strömung bis zum Auslaß meßtechnisch erfaßt.
Wie bereits erwähnt, können die Ultraschallwandler 5 im Bereich der Oberseite des Durchflußmessers 1 angeordnet sein (siehe 6) oder seitlich bzw. tangential im Bereich eines tangential angeordneten Einlaß und/oder Auslaßkanals 3, 4 (siehe 8).
Um eine möglichst exakte Messung zu gewährleisten, ist der Meßkanal 2 so konstruiert, daß der Ultraschall im wesentlichen nicht auf die Innenwand 9 des Meßkanals 2 trifft. Dabei können verschiedene Möglichkeiten gewählt werden, um die Schallanteile, die auf die Innenwand 9 des Meßkanals 2 oder zwischen die Spiegel 8 auftreffen, zu eliminieren. Diese Möglichkeiten werden im Folgenden etwas näher erläutert.
Die Schallanteile, die nicht auf die Schallführungselemente bzw. auf die Spiegel 8 treffen, können so beeinflußt werden, daß sie am empfangenden Ultraschallwandler 5 innerhalb eines für die Messung notwendigen Zeitabschnitts im wesentlichen nicht auftreffen. Dazu kann die Sendeburst-Länge des Ultraschallsignals so eingestellt sein, daß die auf die Innenwand 9 des Meßkanals 2 treffenden Schallanteile bzw. die nicht von den Schallführungselementen weitergeleiteten Schallanteile im Vergleich zum Hauptschall am empfangenden Ultraschallwandler zeitlich verzögert ankommen.
In einer alternativen Ausführungsvariante besteht der Meßkanal 2 aus einem Material, das die Schallanteile, die nicht auf die Spiegel 8 treffen, absorbiert.
In einer weiteren Ausführungsvariante werden die auf die Innenwand 9 des Meßkanals 2 bzw. die nicht auf die Spiegel 8 treffenden Schallanteile in Bereiche reflektiert, in welchen keine oder keine relevante Messung stattfindet. Der Meßkanal 2 weist dabei z. B. den Querschnitt gemäß 4 auf. Die schräge Innenwand 9 reflektiert die auf sie auftreffenden Schallanteile nach unten bzw. in für die Messung unwichtige Bereiche.
Der Querschnitt des Meßkanals 2 ist mindestens so groß wie die Schallkeule des Ultraschallsignals 6, damit möglichst alle Schallanteile des Ultraschallsignals 6 im Medium verlaufen. Die besten Ergebnisse werden dann erzielt, wenn der Querschnitt des Meßkanals 2 höchstens so groß ist wie der vierfache Querschnitt der Schallkeule des Ultraschallsignals 6.
Der Meßkanal 2 ist in einem im wesentlichen kreisförmigen Gehäuse 11 angeordnet, wodurch ein kompakter, raumsparender und stabiler Aufbau des gesamten Flüssigkeitszählers ermöglicht wird. Das Gehäuse 11 besteht aus Metall, insbesondere aus Messing, ist topfförmig ausgebildet und kann somit in stabiler Weise den in Kunststoff geformten Meßkanal 2 aufnehmen. Um Schallanteile, welche die Wandung des Meßkanals 2 durchdringen, so zu reflektieren, daß sie nicht mehr oder nur gedämpft den empfangenden Ultraschallwandler 5 erreichen, ist die Innenwand 14 des Gehäuses 11 insbesondere im Bereich der Meßstrecke bzw. des Meßkanals 2 konisch ausgebildet.
Bei dem in 1 dargestellten Durchflußmesser 1 weist die Wandung 12 des Meßkanals 2 einen Durchbruch 13 auf, durch welchen ein Teil des Mediums in den Auslaßkanal 4 strömt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verbindet dieser Durchbruch 13 den Einlaßkanal 3 mit dem Auslaßkanal 4. Der Durchbruch bewirkt eine Senkung des Druckverlustes und damit eine Präzisierung der Messung. Ein Durchbruch mit rückinduzierter Strömung ist nicht dargestellt.
Bei kleinen Nenndurchflüssen ist die Höhe des Meßkanals 2 kleiner als der Durchmesser der Schallkeule des Ultraschallsignals, wobei die Unter- und/oder Oberseite des Meßkanals 2 aus ultraschallreflektierendem Material bestehen oder damit ausgekleidet sind. Dadurch tragen auch die an die Ober- und/oder Unterseite des Meßkanals 2 auftreffenden Ultraschallsignale zur Messung bei.
Je nach Anforderung sind die Ultraschallwandler 5 schräg und die Spiegel 8 bzw. Einkopplungsspiegel 10 gerade oder umgekehrt angeordnet. In 6 ist der Einkopplungsspiegel 10 schräg angeordnet und leitet auf diese Weise den vom Ultraschallwandler 5 ausgesendeten Ultraschall in die Meßstrecke bzw. in den Meßkanal 2 weiter.
Bei der Ausführungsvariante gemäß 6 sind Ein- und Auslaßkanal 3, 4 konzentrisch zueinander angeordnet. Dieser Durchflußmesser 1 umfaßt eine (in den Zeichnungsfiguren nicht dargestellte) Anschlußarmatur sowie eine auf einen einseitig offenen Anschlußbereich der Anschlußarmatur montierbare bzw. demontierbare Meßkapsel, wobei eine Umlenkung der Strömung im Bereich der Anschlußarmatur erfolgt.

1: Durchflußmesser
2: Meßkanal
3: Einlaßkanal
4: Auslaßkanal
5: Ultraschallwandler
6: Ultraschallsignale
7: Außenwand
8: Spiegel
9: Innenwand
10: Einkopplungsspiegel
11: Gehäuse
12: Wandung
13: Durchbruch
14: Innenwand

Claims

Durchflußmesser für flüssige oder gasförmige Medien mit einem vom Medium durchströmten Meßkanal (2), mindestens einem Einlaß- (3) und mindestens einem Auslaßkanal (4) sowie mit mindestens einem Ultraschallwandler (5) zum Aussenden bzw. Empfangen von Ultraschallsignalen, die die Strömung im Meßkanal (2) durchsetzen, wobei der Meßkanal (2) spiral- und/oder wendelförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallführung ausschließlich über die Außenwand (7) des Meßkanals (2) und/oder an der Außenwand (7) des Meßkanals (2) angeordnete Schallführungselemente erfolgt.
Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (2) im wesentlichen über seine gesamte Länge den gleichen Querschnitt aufweist.
Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spiral- und/oder wendelförmige Meßkanal (2) eckig ausgebildet ist.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge von den Einlaß- (3) und/oder Auslaßkanälen (4) zum Meßkanal (2) fließend sind.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schallführungselemente Ultraschallreflektorflächen, insbesondere Spiegel (8) vorgesehen sind.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einkopplungsspiegel (10) im Anschluß an den jeweiligen Ultraschallwandler (5) zur Festlegung des Beginns bzw. Endes der Meßstrecke vorgesehen ist.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und/oder Abführung des Mediums in den bzw. vom Meßkanal (2) stirnseitig erfolgt.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Mediums in den Meßkanal (2) von unten und/oder die Abführung des Mediums vom Meßkanal (2) von oben oder umgekehrt erfolgt.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abführung des Mediums in den bzw. vom Meßkanal (2) stirnseitig in eine gemeinsame Richtung erfolgt.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Mediums in den Meßkanal (2) tangential erfolgt.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler (5) oder deren Einkopplungsspiegel (10) oberhalb des Einlaß- (3) sowie des Auslaßkanals (4) angeordnet sind.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ultraschallwandler (5) oder ein Schallführungselement, insbesondere ein Einkopplungsspiegel (10) im Bereich eines zentral angeordneten Auslaßkanals (4) angeordnet ist.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ultraschallwandler (5) im Bereich der Oberseite des Durchflußmessers (1) angeordnet ist.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ultraschallwandler (5) seitlich bzw. tangential im Bereich eines tangential angeordneten Einlaß- (3) und/oder Auslaßkanals (4) angeordnet ist.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall im wesentlichen nicht auf die Innenwand (9) des Meßkanals (2) trifft.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallanteile, die auf die Innenwand (9) des Meßkanals (2) treffen, eliminiert werden.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallanteile, die nicht auf die Schallführungselemente treffen, so beeinflußt werden, daß sie am empfangenden Ultraschallwandler (5) innerhalb eines für die Messung notwendigen Zeitabschnitts im wesentlichen nicht auftreffen.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeburstlänge des Ultraschallsignals (6) so eingestellt ist, daß die auf die Innenwand (9) des Meßkanals (2) treffenden Schallanteile bzw. die nicht von den Schallführungselementen weitergeleiteten Schallanteile im Vergleich zum Hauptschall am empfangenden Ultraschallwandler (5) zeitlich verzögert ankommen.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallanteile, die nicht auf die Schallführungselemente treffen, von der Wandung des Meßkanals (2) absorbiert werden.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Innenwand (9) des Meßkanals (2) bzw. die nicht auf die Schallführungselemente treffenden Schallanteile in Bereiche reflektiert werden, in welchen keine oder keine relevante Messung stattfindet.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Meßkanals (2) mindestens so groß ist wie die Schallkeule des Ultraschallsignals (6).
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Meßkanals (2) höchstens so groß ist wie der vierfache Querschnitt der Schallkeule des Ultraschallsignals (6).
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (2) in einem im wesentlichen kreisförmigen Gehäuse (11) angeordnet ist.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) aus Metall, insbesondere aus Messing besteht.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) topfförmig ausgebildet ist.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (14) des Gehäuses (11) insbesondere im Bereich der Meßstrecke bzw. des Meßkanals (2) konisch ausgebildet ist.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (2) zweiteilig ausgebildet ist.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (12) des Meßkanals (2) mindestens einen Durchbruch (13) aufweist, durch welchen ein Teil des Mediums in den Auslaßkanal (4) strömt.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Durchbruch (13) den Einlaß- (3) mit dem Auslaßkanal (4) verbindet.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleinen Nenndurchflüssen die Höhe des Meßkanals (2) kleiner ist als der Durchmesser der Schallkeule des Ultraschallsignals (6), wobei die Unter- und/oder Oberseite des Meßkanals (2) aus ultraschallreflektierendem Material bestehen oder damit ausgekleidet sind.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler (5) schräg und die Spiegel (8) gerade oder umgekehrt angeordnet sind.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einlaß- (3) und Auslaßkanal (4) parallel, insbesondere konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmesser (1) eine Anschlußarmatur sowie eine auf einen einseitig offenen Anschlußbereich der Anschlußarmatur montierbare bzw. demontierbare Meßkapsel umfaßt, wobei eine Umlenkung der Strömung im Bereich der Anschlußarmatur erfolgt.