DE19648784C2

DE19648784C2 - Ultrasonic flow meter

Info

Publication number: DE19648784C2
Application number: DE19648784A
Authority: DE
Inventors: Jan Van Dr Ing Bekkum; Vladimir Dr Ing Smychliaev
Original assignee: Krohne AG
Current assignee: Krohne AG
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: DE19648784A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Durchflußmesser für strömende Medien, mit einem Meßrohr und mit mindestens einem Ultraschallwandler, wobei der Ultraschall wandler mit Kontakt zum strömenden Medium in einer Wandlertasche des Meßrohres eingebaut ist.The invention relates to an ultrasonic flow meter for flowing media, with a measuring tube and with at least one ultrasound transducer, the ultrasound transducer in contact with the flowing medium in a transducer pocket of the measuring tube is installed.

Der Einsatz von Ultraschall-Durchflußmessern hat in zunehmendem Maße bei der be trieblichen Durchflußmessung von Flüssigkeiten und Gasen, zusammengefaßt strö mende Medien, Bedeutung gewonnen. Die Durchflußmessung erfolgt - wie bei ma gnetisch-induktiven Durchflußmessern - "berührungslos", d. h. ohne störende Ein bauten in der Strömung, die stets Verwirbelungen und einen erhöhten Druckverlust zur Folge haben.The use of ultrasonic flow meters has been increasing in the be drive flow measurement of liquids and gases, summarized strö media, importance gained. The flow measurement takes place - as with ma magnetic-inductive flow meters - "non-contact", d. H. without annoying on built in the flow, always swirling and an increased pressure loss have as a consequence.

Bei Ultraschall-Durchflußmessern unterscheidet man hinsichtlich des Meßverfahrens vor allem zwischen dem Laufzeit-Verfahren und dem Doppler-Verfahren, beim Lauf zeit-Verfahren zwischen dem direkten Laufzeitdifferenz-Verfahren, dem Impulsfolge frequenz-Verfahren und dem Phasenverschiebungs-Verfahren (vgl. H. Bernard "Ul traschall-Durchflußmessung" in "Sensoren, Meßaufnehmer", herausgegeben von Bonfig/Bartz/Wolff im expert verlag, ferner die VDI/VDE-RICHTLINIE 2642 "Ul traschall-Durchflußmessung von Flüssigkeiten in voll durchströmten Rohrleitungen").In the case of ultrasonic flowmeters, a distinction is made between the runtime method and the Doppler method with regard to the measurement method, and between the direct time difference method, the pulse sequence frequency method and the phase shift method in the runtime method (cf. H. Bernard "Ultrasonic flow measurement" in "Sensors, sensors", published by Bonfig / Bartz / Wolff in the expert publisher, furthermore the VDI / VDE-RICHTLINIE 2642 "Ultrasonic flow measurement of liquids in fully flowed pipelines").

Zu Ultraschall-Durchflußmessern der in Rede stehenden Art gehören funktionsnot wendig einerseits ein Meßrohr, das in der Regel zusammen mit einer Einlaufstrecke und einer Auslaufstrecke die Meßstrecke darstellt, und andererseits mindestens ein Ultraschallwandler, der teilweise auch als Meßkopf bezeichnet wird. Dabei ist Ultra schallwandler sehr allgemein zu verstehen. Zunächst gehören zu den Ultraschall wandlern einerseits Ultraschallsender, also Meßköpfe zur Erzeugung und Abstrah lung von Ultraschallsignalen, andererseits Ultraschallempfänger, also Meßköpfe zum Empfang von Ultraschallsignalen und zur Umwandlung der empfangenen Ultra schallsignale in elektrische Signale. Zu den Ultraschallwandlern gehören aber auch Meßköpfe, die Ultraschallsender und Ultraschallempfänger in sich vereinigen, die also sowohl der Erzeugung und der Abstrahlung von Ultraschallsignalen als auch dem Empfang von Ultraschallsignalen und der Umwandlung der empfangenen Ultra schallsignale in elektrische Signale dienen. Ein Ultraschallwandler des zuletzt be schriebenen Typs wird in Ultraschall-Durchflußmessern für strömende Medien einge setzt, die mit nur einem Ultraschallwandler arbeiten. Derartige Ultraschall-Durch flußmesser bestimmen die Geschwindigkeit des strömenden Mediums mit Hilfe der Dopplerverschiebung des an einer Inhomogenität des strömenden Mediums reflek tierten Ultraschallsignals. Es ist gleichfalls denkbar, daß die Dopplerverschiebung der Ultraschallsignale über zwei ohne Versatz auf entgegengesetzten Seiten des Meßroh res angeordnete Ultraschallwandler bestimmbar ist. Weiter sind Messungen basierend auf dem Laufzeit-Verfahren möglich, bei denen zwei Ultraschallwandler auf derselben Seite des Meßrohres in Strömungsrichtung versetzt angeordnet sind, wobei in diesem Fall die Ultraschallsignale an der den Ultraschallwandlern gegenüberliegenden Seite des Meßrohres reflektiert werden. Regelmäßig sind jedoch zwei Ultraschallwandler vorgesehen, die in Strömungsrichtung des strömenden Mediums gegeneinander ver setzt angeordnet sind. Im weiteren wird die Erfindung ohne Beschränkung hierauf stets in Bezug auf den zuletzt genannten Typ von Ultraschall-Durchschlußmessern beschrieben.Ultrasonic flow meters of the type in question include an emergency manoeuvrable on the one hand a measuring tube, which is usually together with an inlet section and an outlet section represents the measuring section, and on the other hand at least one Ultrasonic transducer, which is sometimes also referred to as a measuring head. Here is Ultra to understand sound transducers very generally. First of all belong to the ultrasound transducers on the one hand ultrasonic transmitters, i.e. measuring heads for generation and radiation development of ultrasound signals, on the other hand ultrasound receivers, ie measuring heads for Receive ultrasound signals and convert the received ultra sound signals into electrical signals. The ultrasonic transducers also include Measuring heads that combine ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers, that is both the generation and emission of ultrasonic signals as well as that Receive ultrasound signals and convert the received ultra sound signals are used in electrical signals. An ultrasonic transducer of the last be type is used in ultrasonic flowmeters for flowing media sets that work with only one ultrasonic transducer. Such ultrasound through flow meters determine the speed of the flowing medium with the help of the Doppler shift of the reflec on an inhomogeneity of the flowing medium based ultrasonic signal. It is also conceivable that the Doppler shift of the Ultrasonic signals over two without offset on opposite sides of the measuring tube res arranged ultrasonic transducer can be determined. Measurements are also based possible on the transit time method where two ultrasonic transducers on the same Side of the measuring tube are arranged offset in the flow direction, in this Fall the ultrasonic signals on the side opposite the ultrasonic transducers of the measuring tube are reflected. However, two ultrasound transducers are regular provided that ver in the direction of flow of the flowing medium against each other sets are arranged. Furthermore, the invention is not limited to this always in relation to the last-mentioned type of ultrasonic flow meter described.

Im übrigen gibt es einerseits Ultraschall-Durchflußmesser, bei denen die Ultraschall wandler nicht mit dem strömenden Medium in Kontakt kommen, also von außen auf dem Meßrohr angeordnet sind, sogenannte "Clamp-on-Anordnung", andererseits Ul traschall-Durchflußmesser, bei denen die Ultraschallwandler mit dem strömenden Medium in Kontakt sind. Die Erfindung betrifft nur solche Ultraschall-Durchflußmes ser, bei denen die Ultraschallwandler mit dem strömenden Medium im Kontakt sind.Otherwise there are ultrasonic flow meters on the one hand, in which the ultrasound transducers do not come into contact with the flowing medium, i.e. from the outside the measuring tube are arranged, so-called "clamp-on arrangement", on the other hand Ul ultrasonic flow meters, in which the ultrasonic transducers with the flowing Medium are in contact. The invention relates only to such ultrasonic flow meters water in which the ultrasonic transducers are in contact with the flowing medium.

Einleitend ist gesagt, daß bei den in Rede stehenden Ultraschall-Durchflußmessern die Ultraschallwandler in Wandlertaschen des Meßrohres eingebaut sind. Wandlertasche meint dabei eine außerhalb des Strömungsquerschnitts des Meßrohres liegende Aus nehmung oder Vertiefung, wie auch immer realisiert, in der ein Ultraschallwandler so eingebaut ist, daß er nicht in den Strömungsquerschnitt des Meßrohres hineinragt, die Strömung also eigentlich nicht beeinflußt. Da die Ultraschallwandler in Strömungs richtung gegeneinander versetzt angeordnet, im übrigen aber aufeinander ausgerich tet sind, verläuft in der Regel die Längsachse der Wandlertaschen unter einem spit zem Winkel bzw. unter einem stumpfen Winkel zur Strömungsrichtung des strömen den Mediums bzw. zur Längsachse des Meßrohres (vgl. das Bild 6.1.1 auf Seite 532 der Literaturstelle "Sensoren, Meßaufnehmer", aaO, das Bild 8 auf Seite 18 der VDI/VDE-RICHTLINIE 2642 "Ultraschall-Durchflußmessung von Flüssigkeiten in voll durchströmten Rohrleitungen", und Fig. 2-2 auf Seite 21 der Literaturstelle "Ul trasonic Measurements for Process Control" von Lawrence C. Lynnworth, ACADEMIC PRESS, INC., herausgegeben von Harcourt Brace Jovanovich).In the introduction it is said that in the ultrasonic flow meters in question, the ultrasonic transducers are installed in transducer pockets in the measuring tube. Converter pocket means a recess or recess lying outside the flow cross-section of the measuring tube, as always realized, in which an ultrasonic transducer is installed so that it does not protrude into the flow cross-section of the measuring tube, so it does not actually influence the flow. Since the ultrasonic transducers are staggered in the direction of flow, but are otherwise aligned with one another, the longitudinal axis of the transducer pockets generally runs at an acute angle or at an obtuse angle to the direction of flow of the flowing medium or to the longitudinal axis of the measuring tube ( see Figure 6.1.1 on page 532 of the literature reference "Sensors, sensors", loc. cit., Figure 8 on page 18 of VDI / VDE DIRECTIVE 2642 "Ultrasonic flow measurement of liquids in pipelines with full flow", and Fig. 2- 2 on page 21 of the reference "Ultrasonic Measurements for Process Control" by Lawrence C. Lynnworth, ACADEMIC PRESS, INC., Edited by Harcourt Brace Jovanovich).

Bei Ultraschall-Durchflußmessern lassen die Wandlertaschen die Strömung des in dem Meßrohr strömenden Mediums nicht unbeeinflußt, vielmehr werden Wirbel generiert, und zwar mit der FrequenzWith ultrasonic flowmeters, the transducer pockets let the flow of water into the Measuring tube flowing medium not unaffected, rather vortices are generated, with frequency

mit
S = Strouhal-Zahl,
V = Geschwindigkeit des strömenden Mediums,
D = Größe der Wandlertasche.With
S = Strouhal number,
V = velocity of the flowing medium,
D = size of the converter bag.

Dazu wird verwiesen auf die Literaturstelle "Boundary-Layer Theory" von Dr. Hermann Schlichting, McGRAW-HILL BOOK COMPANY.Please refer to Dr. Boundary-Layer Theory. Hermann Schlichting, McGRAW-HILL BOOK COMPANY.

Folgende Betrachtung zeigt die Auswirkung der von den Wandlertaschen generier ten Wirbel:
Die Strouhal-Zahl liegt bei etwa 0,2 und verändert sich wenig, wenn die Reynold sche-Zahl zwischen 2 × 10² und 6 × 10⁵ liegt (vgl. die Fig. 2.9 auf Seite 32 der Litera turstelle "Boundary-Layer Theory", aaO). Normalerweise werden piezoelektrische Ul traschallwandler verwendet, die einen Durchmesser von 10 bis 20 mm haben, d. h. die Größe der Vertiefung liegt zwischen 15 und 40 mm. Bei Geschwindigkeiten des strö menden Mediums zwischen 0,5 und 10 m/s liegt die Frequenz der von den Wandler taschen generierten Wirbel zwischen 2,5 und 133 Hz. Soll nun mit einer Genauigkeit von 0,1% gemessen werden, dann liegt die Zeitkonstante zwischen etwa 3,8 s und etwa 200 s. Die Dynamik der in Rede stehenden Ultraschall-Durchflußmesser ist also schlecht.The following observation shows the effect of the eddies generated by the converter bags:
The Strouhal number is about 0.2 and changes little if the Reynold number is between 2 × 10² and 6 × 10⁵ (see Fig. 2.9 on page 32 of the literature "Boundary-Layer Theory", loc. cit.). Piezoelectric ultrasonic transducers are usually used, which have a diameter of 10 to 20 mm, ie the size of the recess is between 15 and 40 mm. At speeds of the flowing medium between 0.5 and 10 m / s, the frequency of the vortices generated by the converter pockets is between 2.5 and 133 Hz. If measurements are now to be made with an accuracy of 0.1%, the time constant is then between about 3.8 s and about 200 s. The dynamics of the ultrasonic flow meters in question are therefore poor.

Zur Lösung des zuvor im einzelnen dargestellten Problems, das aus den von den Wandlertaschen generierten Wirbeln resultiert, ist bereits vorgeschlagen worden, die Wandlertaschen mit Kunststoff auszufüllen (vgl. die Fig. 4-9 auf Seite 257 der Litera turstelle "Ultrasonic Measurements for Process Control", aaO). Dabei entstehen jedoch die gleichen, auf dem Snellius-Gesetz beruhenden Nachteile wie bei Ultraschall- Durchflußmessern, bei denen die Ultraschallwandler von außen auf dem Meßrohr be festigt sind, also bei der sogenannten "Clamp-on-Anordnung". Zusätzlich gibt es Probleme mit der akustischen Impedanz und technologische Probleme mit dem die Wandlertaschen ausfüllenden Kunststoff, insbesondere bei höheren Temperaturen. Die mit dem Ausfüllen der Wandlertaschen mit Kunststoff verbundenen Nachteile und Probleme sind der Grund dafür, warum diese Ausführung in die Praxis keinen Eingang gefunden hat.To solve the problem described in detail above, which results from the vortices generated by the transducer pockets, it has already been proposed to fill the transducer pockets with plastic (cf. FIGS . 4-9 on page 257 of the literature passage "Ultrasonic Measurements for Process Control ", loc. cit.). However, this gives rise to the same disadvantages based on the Snellius law as in ultrasonic flowmeters, in which the ultrasonic transducers are fastened to the outside of the measuring tube, that is to say in the so-called "clamp-on arrangement". In addition, there are problems with acoustic impedance and technological problems with the plastic filling the converter pockets, especially at higher temperatures. The disadvantages and problems associated with filling the converter bags with plastic are the reason why this design has not found its way into practice.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannten Ultraschall-Durch flußmesser, von denen die Erfindung ausgeht, so auszugestalten und weiterzubilden, daß von den Wandlertaschen generierte Wirbel sich nicht in der beschriebenen Weise nachteilig auswirken.The invention is based on the object, the known ultrasound to design and further develop flow meters on which the invention is based, that vertebrae generated by the converter pockets are not as described adversely affect.

Der erfindungsgemäße Ultraschall-Durchflußmesser, bei dem die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch ge kennzeichnet, daß die Wandlertasche eingangsseitig mit einem Maschen aufweisen den Gitter versehen ist. Eingangsseitig meint dabei, daß das Gitter dort vorgesehen ist, wo die Wandlertasche, vom Meßrohr aus gesehen, beginnt. Funktionsnotwendig ist das erfindungsgemäß vorgesehene Gitter nur im jeweiligen Eingangsbereich der Wandlertaschen. Zweckmäßigerweise kann jedoch das Meßrohr insgesamt an seiner Innenseite mit einem durchgehenden Gitter versehen sein. Dann hat das Meßrohr insgesamt eine gleichmäßige Rauhigkeit, wodurch das Strömungsprofil und damit das Meßergebnis stabilisiert wird.The ultrasonic flow meter according to the invention, in which the previously derived and the stated problem is solved, is initially and essentially ge indicates that the converter pocket has a mesh on the input side the grid is provided. On the input side, this means that the grid is provided there, where the converter pocket, seen from the measuring tube, begins. Function is necessary the grid provided according to the invention only in the respective entrance area of the Converter bags. Expediently, however, the measuring tube as a whole can be on its Be provided with a continuous grille on the inside. Then the measuring tube overall a uniform roughness, which means the flow profile and thus Measurement result is stabilized.

Das erfindungsgemäß zumindest am Eingang jeder Wandlertasche vorgesehene Git ter, dessen Maschen natürlich ultraschalldurchlässig sein müssen, führt einerseits zu einer Verringerung der Wirbel, andererseits zu einer Vergrößerung der Frequenz der noch auftretenden Wirbel. Da, wie eingangs beschrieben, die Frequenz der generier ten Wirbel proportional der Strouhal-Zahl und der Geschwindigkeit des strömenden Mediums ist, jedoch umgekehrt proportional ist zum im einzelnen wirksamen Quer schnitt, wird unmittelbar verständlich, daß dann, wenn der wirksame Querschnitt der Maschen bei etwa einem Zehntel des wirksamen Querschnitts der Wandlertaschen liegt, sich die Frequenz der generierten Wirbel verzehnfacht. Da nun des weiteren, wie eingangs auch dargestellt, die Zeitkonstante umgekehrt proportional zur Fre quenz der generierten Wirbel ist, verringert sich die Zeitkonstante auf ein Zehntel, für das eingangs dargestellte Beispiel also auf etwa 0,4 bis 20 s.The git provided according to the invention at least at the entrance to each converter pocket ter, the mesh of which must of course be ultrasound permeable, leads on the one hand a reduction in the vortex, on the other hand an increase in the frequency of the vortex still occurring. As described above, the frequency of the generated th vortex proportional to the Strouhal number and the speed of the flowing Medium is, but is inversely proportional to the cross effective in the individual cut, it is immediately understandable that if the effective cross section of the Mesh at about a tenth of the effective cross-section of the converter pockets lies, the frequency of the generated vortices increases tenfold. Now further, as also shown at the beginning, the time constant is inversely proportional to Fre frequency of the generated vortices, the time constant is reduced to a tenth, for the example shown at the beginning therefore takes about 0.4 to 20 s.

Zuvor ist darauf hingewiesen worden, daß die erfindungsgemäß vorgesehenen Gitter natürlich ultraschalldurchlässig sein müssen. Das ist dann sichergestellt, wenn die Maschen des Gitters Flechtgerten F haben, die kleiner sind als die Wurzel aus dem Produkt der mittleren Tiefe T der Wandlertaschen und der Wellenlänge λ des Ultra schalls im strömenden Medium.It has previously been pointed out that the grids provided according to the invention naturally must be permeable to ultrasound. This is ensured if the Meshes of the lattice F that are smaller than the root of the Product of the mean depth T of the converter pockets and the wavelength λ of the Ultra sounds in the flowing medium.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflußmesser auszugestalten und weiterzubilden; das gilt insbesonde re in bezug auf die Geometrie der Maschen des erfindungsgemäß vorgesehenen Git ters. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von bevorzugten Ausführungs beispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt, jeweils schema tischIn particular, there are a multitude of possibilities for the invention To design and develop ultrasonic flow meters; this applies in particular re with respect to the geometry of the mesh of the git provided according to the invention ters. For this purpose, reference is made on the one hand to the subordinate to claim 1 Claims, on the other hand to the description of preferred embodiment examples in connection with the drawing. In the drawing shows, each schematic table

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen bekannten Ultraschall-Durchflußmesser, von dem die Erfindung ausgeht, Fig. 1 shows a longitudinal section through a known ultrasonic flow meter, from which the invention proceeds,

Fig. 2 einen bekannten Ultraschall-Durchflußmesser, bei dem die Wandlerta schen mit Kunststoff ausgefüllt sind, Fig. 2 shows a known ultrasonic flow meter, wherein the rule Wandlerta are filled with plastic,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschall- Durchflußmessers, Fig. 3 shows a first embodiment of an ultrasonic flowmeter according to the invention,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschall- Durchflußmessers und Fig. 4 shows a second embodiment of an ultrasonic flow meter according to the invention and

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung dessen, was durch die Lehre der Erfindung erreicht worden ist. Fig. 5 is a graphical representation to explain what has been achieved by the teaching of the invention.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ultraschall-Durchflußmesser sind bestimmt für strömende Medien, insbesondere für Flüssigkeiten, aber auch für Gas. Mit Hilfe der in Rede stehenden Ultraschall-Durchflußmesser kann die Geschwindigkeit des strömen den Mediums gemessen werden. Aus der gemessenen Geschwindigkeit und dem be kannten Strömungsquerschnitt läßt sich der Durchfluß bestimmen.The ultrasonic flow meters shown in FIGS. 1 to 4 are intended for flowing media, in particular for liquids, but also for gas. With the help of the ultrasonic flow meter in question, the speed of the flowing medium can be measured. The flow can be determined from the measured speed and the known flow cross section.

Die in den Fig. 1 bis 4 beispielhaft dargestellten Ultraschall-Durchflußmesser bestehen in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Meßrohr 1 und zwei in Strömungsrich tung gegeneinander versetzt angeordneten Ultraschallwandlern 2. In den dargestell ten Ausführungsbeispielen sind jeweils nur zwei Ultraschallwandler 2 vorgesehen; die noch folgende Erläuterung der Erfindung ist ohne weiteres natürlich auch anwendbar auf Ultraschall-Durchflußmesser, bei denen mehr oder weniger als zwei Ultraschallwandler 2 vorgesehen sind.The ultrasound flow meters shown by way of example in FIGS . 1 to 4 consist in their basic structure of a measuring tube 1 and two ultrasound transducers 2 offset in the direction of flow. In the exemplary embodiments, only two ultrasonic transducers 2 are provided; the following explanation of the invention is of course also applicable to ultrasonic flow meters in which more or less than two ultrasonic transducers 2 are provided.

Wie die Fig. 1 bis 4 zeigen, sind die Ultraschallwandler 2 mit Kontakt zum strömenden Medium in Wandlertaschen 3 des Meßrohres 1 eingebaut. In allen dargestellten Aus führungsbeispielen verläuft die Längsachse der Wandlertaschen 3 unter einem spit zen Winkel bzw. unter einem stumpfen Winkel zur Strömungsrichtung bzw. zur Längsachse des Meßrohres 1.As shown in FIGS. 1 to 4 show, the ultrasonic transducer 2 are fitted with contact with the flowing medium in transducer pockets 3 of the measuring tube. 1 In all the illustrated exemplary embodiments, the longitudinal axis of the converter pockets 3 extends at an acute angle or at an obtuse angle to the flow direction or to the longitudinal axis of the measuring tube 1 .

Wie die Fig. 1 zeigt, bilden sich bei dem in dieser Figur dargestellten Ultraschall- Durchflußmesser im Bereich der Wandlertaschen 3 relativ große Wirbel 4 aus. Bei dem in Fig. 2 dargestellten bekannten Ultraschall-Durchflußmesser treten im Bereich der Wandlertaschen 3 Wirbel nicht auf, weil die Wandlertaschen 3 mit Kunststoff 5 ausgefüllt sind. Diese Ausführungsform ist jedoch mit den eingangs beschriebenen Nachteilen und Problemen behaftet, so daß sie sich in der Praxis nicht hat bewähren können.As shown in FIG. 1, relatively large eddies 4 form in the ultrasonic flow meter shown in this figure in the region of the converter pockets 3 . In the known ultrasonic flow meter shown in FIG. 2, swirls do not occur in the area of the transducer pockets 3 because the transducer pockets 3 are filled with plastic 5 . However, this embodiment has the disadvantages and problems described at the outset, so that it has not been able to prove itself in practice.

Erfindungsgemäß ausgestaltete Ultraschall-Durchflußmesser sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Wandlertaschen 3, und zwar nur die Wandlertaschen 3, eingangsseitig mit einem Maschen 6 aufweisenden Gitter 7 versehen. Demgegenüber zeigt die Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsge mäßen Ultraschall-Durchflußmessers, bei dem Meßrohr 1 an seiner Innenseite 8 mit einem durchgehenden Gitter 7 versehen ist; das Meßrohr 1 ist folglich insgesamt mit einem Gitter 7 versehen.Ultrasonic flow meters designed according to the invention are shown in FIGS. 3 and 4. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the converter pockets 3 , namely only the converter pockets 3 , are provided on the input side with a mesh 7 having meshes 6 . In contrast, FIG. 4 shows an embodiment of the ultrasonic flow meter according to the invention, in which the measuring tube 1 is provided on its inside 8 with a continuous grating 7 ; the measuring tube 1 is consequently provided with a grid 7 .

Wie bereits ausgeführt, muß das erfindungsgemäß vorgesehene Gitter 7 ultraschall durchlässig sein. Das ist dann sichergestellt, wenn die Maschen 6 des Gitters 7 Flechtgerten F haben, die kleiner sind als die Wurzel aus dem Produkt der mittleren Tiefe T der Wandlertaschen und der Wellenlänge λ des Ultraschalls im strömenden Medium.As already stated, the grating 7 provided according to the invention must be permeable to ultrasound. This is ensured if the meshes 6 of the grating 7 have braiding devices F which are smaller than the root of the product of the mean depth T of the converter pockets and the wavelength λ of the ultrasound in the flowing medium.

Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Geometrie der Maschen 6 des Gitters 7 zu wählen, was in den Figuren im einzelnen nicht dargestellt ist. So können die Maschen 6 des Gitters 7 einen kreisförmigen oder einen elliptischen Querschnitt haben. Dann wird der Durchmesser der Maschen 6 des Gitters 7 so gewählt, daß er zwischen der Wellenlänge λ des Ultraschalls im strömenden Medium und dem Dop pelten dieser Wellenlänge liegt. Die Maschen 6 des Gitters 7 können auch einen rechteckigen, insbesondere einen quadratischen, oder einen rautenförmigen Quer schnitt haben. Für die Dimensionierung der Maschen 6 des Gitters 7 gilt dann, daß die Seitenlängen der Maschen 6 gleich der Wellenlänge λ des Ultraschalls im strömenden Medium oder größer als diese Wellenlänge sind, vorzugsweise jedoch kleiner sind als das Doppelte der Wellenlänge λ. Schließlich können die Maschen 6 des Gitters 7 auch einen dreieck-, polygonal- oder sternförmigen Querschnitt haben. Dann gilt für die Dimensionierung der Maschen 6, daß der Durchmesser des von den Maschen 6 des Gitters 7 eingeschlossenen Kreises gleich der Wellenlänge λ des strömenden Mediums oder größer als diese Wellenlänge ist, vorzugsweise jedoch kleiner ist als das Doppelte der Wellenlänge λ.In particular, there are various options for choosing the geometry of the mesh 6 of the grid 7 , which is not shown in detail in the figures. The meshes 6 of the grid 7 can thus have a circular or an elliptical cross section. Then the diameter of the mesh 6 of the grating 7 is chosen so that it lies between the wavelength λ of the ultrasound in the flowing medium and the double of this wavelength. The mesh 6 of the grid 7 can also have a rectangular, in particular a square, or a diamond-shaped cross section. For the dimensioning of the meshes 6 of the grating 7 it then applies that the side lengths of the meshes 6 are equal to or greater than the wavelength λ of the ultrasound in the flowing medium, but are preferably smaller than twice the wavelength λ. Finally, the meshes 6 of the grid 7 can also have a triangular, polygonal or star-shaped cross section. Then it applies to the dimensioning of the meshes 6 that the diameter of the circle enclosed by the meshes 6 of the grating 7 is equal to the wavelength λ of the flowing medium or greater than this wavelength, but is preferably less than twice the wavelength λ.

Ein Vergleich der Fig. 3 und 4 mit der Fig. 1 zeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen Ul traschall-Durchflußmesser die Wirbel 4 wesentlich kleiner sind als die Wirbel 4 bei dem zum Stand der Technik gehörenden Ultraschall-Durchflußmesser nach Fig. 1. Im übrigen ist, wie ausgeführt, die Frequenz der Wirbel 4 bei dem erfindungsgemäßen Ul traschall-Durchflußmesser wesentlich größer als die Frequenz der Wirbel 1 bei dem bekannten, in Fig. 1 dargestellten Ultraschall-Durchflußmesser. Dadurch ist die Zeit konstante wesentlich verringert, beispielsweise um den Faktor 10, und die Meß genauigkeit, und zwar sowohl die Linearität als auch die Reproduzierbarkeit, we sentlich verbessert. Schließlich ist auch noch das Verhältnis von Meßsignal zu Stör signal verbessert.A comparison of FIGS. 3 and 4 with FIG. 1 shows that in the ultrasonic flow meter according to the invention, the vortices 4 are substantially smaller than the vortices 4 in the ultrasound flow meter according to FIG. 1, which is part of the prior art is, as stated, the frequency of the vortex 4 in the Ul ultrasonic flow meter according to the invention is substantially greater than the frequency of the vortex 1 in the known ultrasonic flow meter shown in Fig. 1. As a result, the time constant is significantly reduced, for example by a factor of 10, and the measurement accuracy, namely both the linearity and the reproducibility, is significantly improved. Finally, the ratio of measurement signal to interference signal is also improved.

Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit des Meßfehlers von der Geschwindigkeit des strömen den Mediums, und zwar einerseits für den bekannten, in Fig. 1 dargestellten Ultra schall-Durchflußmesser, andererseits für den erfindungsgemäßen, in den Fig. 3 und 4 dargestellten Durchflußmesser. Man sieht ohne weiteres, daß bei dem bekannten Durchflußmesser der Meßfehler stark von der Geschwindigkeit des strömenden Me diums abhängt, im übrigen relativ groß ist, während bei dem erfindungsgemäßen Ul traschall-Durchflußmesser ein insgesamt ausgesprochen kleiner, von der Geschwin digkeit des strömenden Mediums kaum abhängiger Meßfehler vorliegt. Fig. 5 shows the dependence of the measurement error on the speed of the flow of the medium, on the one hand for the known ultrasonic flow meter shown in Fig. 1, on the other hand for the flow meter according to the invention, shown in Figs. 3 and 4. It can easily be seen that in the known flow meter the measurement error strongly depends on the speed of the flowing medium, is otherwise relatively large, while in the ultrasonic flow meter according to the invention, an overall extremely small, hardly dependent on the speed of the flowing medium There is a measurement error.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die bei dem erfindungsgemäßen Ul traschall-Durchflußmesser auftretenden relativ kleinen Wirbel 4 nicht nur meßtech nisch praktisch kaum noch stören, vielmehr auch einen positiven Beitrag zur dauer haften Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflußmessers lei sten, nämlich insoweit, als die Wirbel 4 dazu führen, daß das Gitter 7 stets gereinigt wird, die Maschen 6 des Gitters 7 also ultraschalldurchlässig bleiben.Finally, it should also be pointed out that the relatively small vortex 4 occurring in the ultrasonic flow meter according to the invention not only practically does not disturb measurement technology, but also makes a positive contribution to the permanent functionality of the ultrasonic flow meter according to the invention, namely insofar as the vortices 4 lead to the mesh 7 always being cleaned, the meshes 6 of the mesh 7 thus remaining permeable to ultrasound.

Claims

1. Ultrasonic flow meter for flowing media, with a measuring tube and with at least one ultrasonic transducer, the ultrasonic transducer being installed in contact with the flowing medium in a transducer pocket of the measuring tube, characterized in that the transducer pocket ( 3 ) on the input side with a mesh ( 6 ) having grid ( 7 ) are provided.

2. Ultrasonic flow meter according to claim 1, characterized in that the measuring tube ( 1 ) on its inside ( 8 ) is provided with a continuous grating ( 7 ).

3. Ultrasonic flow meter according to claim 1 or 2, characterized in that the mesh ( 6 ) of the grating ( 7 ) braiding devices (F) with F <√, where T is the mean depth of the transducer pockets ( 3 ) and λ the wavelength of Ultrasound in the flowing medium means.

4. Ultrasonic flow meter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the meshes ( 6 ) of the grating ( 7 ) have a circular or an elliptical cross-section.

5. Ultrasonic flow meter according to claim 4, characterized in that the diameter of the mesh ( 6 ) of the grating ( 7 ) is between the wavelength (λ) of the ultrasound in the flowing medium and twice this wavelength.

6. Ultrasonic flow meter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the meshes ( 6 ) of the grating ( 7 ) have a rectangular, in particular a square, or a diamond-shaped cross section.

7. Ultrasonic flow meter according to claim 6, characterized in that the side lengths of the mesh ( 6 ) of the grating ( 7 ) are equal to the wavelength (λ) of the ultra sound in the flowing medium or greater than this wavelength, but are preferably smaller than that Double the wavelength (λ).

8. Ultrasonic flow meter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the meshes ( 6 ) of the grating ( 7 ) have a triangular, polygonal or star-shaped cross section.

9. Ultrasonic flow meter according to claim 8, characterized in that the diameter of the mesh ( 6 ) of the grating ( 7 ) enclosed circle is equal to the wavelength (λ) of the flowing medium or greater than this wavelength, but is preferably smaller than twice the wavelength (λ).