DE19729473A1 - Ultraschall-Durchflußmesser - Google Patents

Description

In der Durchflußmeßtechnik, z. B. auf dem Gebiet der Wasser­ zähler, gewinnen Durchflußmesser, die nach dem Ultraschallprinzip arbeiten, zunehmend an Bedeutung.

Bei einem bekannten Ultraschall-Durchflußmesser, der nach dem Laufzeitprinzip arbeitet, sind in einem Meßrohr, das in eine Rohrleitung eingefügt wird, zwei in Strömungsrichtung versetzte Ultraschallwandler angeordnet. Die Ultraschallwandler liegen ein­ ander auf einer gemeinsamen Achse gegenüber und senden bzw. emp­ fangen impulsförmige Ultraschallsignale stromauf- und stromab­ wärts, wobei die Ultraschallsignale auf dem direkten Weg vom Sen­ der- zum Empfangswandler gelangen. Aufgrund der Überlagerung von Schallgeschwindigkeit und Strömungsgeschwindigkeit unterscheiden sich die zugehörigen Laufzeiten. Dieser Unterschied wird zur Mes­ sung des Volumenstroms ausgewertet.

Es ist ein weiterer Ultraschall-Durchflußmesser bekannt (Sie­ mens, ausgestellt auf der "Achema" 1997), bei dem der Ultra­ schallstrahl nicht auf direktem Weg vom Sende- zum Empfangswand­ ler geschickt wird, sondern am Boden des Meßrohrs durch speziell geformte Reflektoren zu den Seitenwänden des quadratischen Meß­ rohres hin abgelenkt bzw. von dort zum Empfangswandler zurückge­ leitet wird. Das Meßrohr ist dabei als Gehäuse ausgebildet, das an seinen beiden Enden mit Flanschen versehen ist und so in eine Rohrleitung eingefügt werden kann. Das Gehäuse ist mit einem ab­ schraubbaren Deckel versehen, an dem die Ultraschallwandler ange­ bracht sind. Die Reflektoren sind in die Innenwand des aus Metall bestehenden Gehäuses durch Spanung eingearbeitet. Der Ablenk­ winkel der Reflektoren ist so gewählt, daß jeweils eine Reflexion an jeder Meßrohrwand erfolgt. Auf diese Weise entsteht ein wen­ delförmiger Weg für die Ultraschallenergie, der den gesamten Meß­ rohrquerschnitt überstreicht. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer gleichmäßigeren Durchschallung des Strömungsquerschnitts, und damit eine höhere Meßgenauigkeit.

Allen bekannten Ultraschall-Durchflußmessern ist der Nachteil gemeinsam, daß bei beglaubigten Meßgeräten immer das komplette Meßgerät mit seinen Flanschen aus dem Rohrleitungssystem für die Durchführung einer Eichung ausgebaut werden muß, wobei für den zuletzt erwähnten Durchflußmesser mit wendelförmiger Führung der Ultraschallenergie noch der Nachteil der kostenaufwendigen spa­ nenden Herstellung der Reflektorflächen hinzukommt.

Die Erfindung geht aus von einem Ultraschall-Durchflußmesser für Flüssigkeiten nach dem Laufzeitprinzip mit mehrfacher Umlen­ kung der Ultraschallenergie, bestehend aus einem an seinen beiden Enden mit Flanschen versehenen, in ein Rohrleitungssystem einfüg­ baren, mit einem aufschraubbaren Deckel versehenen Gehäuse zur Aufnahme der Meßanordnung, die am Deckel angebrachte Ultraschall­ wandler, Mittel zur mehrfachen Umlenkung der Ultraschallenergie vom Ultraschall-Sender zum Ultraschall-Empfänger in dem Durch­ flußweg des Gehäuses, und die zugehörige Elektronik umfaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Lö­ sung für die Beglaubigungsfähigkeit der Meßvorrichtung zu finden, die den kompletten Ausbau des Zählers für das Nacheichen entbehr­ lich macht, und die sich durch niedrigere Herstellungskosten aus­ zeichnet.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem solchen Ultraschall- Durchflußmesser gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in dem Durchflußweg des Gehäuses ein herausnehmbarer Einsatz angeordnet ist, der mit dem Deckel eine Einheit bildet, die die gesamte Meß­ anordnung beinhaltet.

Hierdurch sind bei einer Nacheichung nur einige Schrauben zu lösen, um den Einsatz mit dem Deckel herauszunehmen, und es kann sofort eine neue bereits geeichte Einheit wieder eingesetzt wer­ den.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Einsatz wannenförmig ausgebildet und sitzt in einer dazu passenden Tasche in dem Ge­ häuse, und der Einsatz ist an seinem oben offenen Ende mit dem Deckel abdichtend verschraubt, der seinerseits mit dem Gehäuse verschraubt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Einsatz aus Kunststoff und enthält die Mittel zur Umlenkung der Schall­ energie. Diese Mittel lassen sich in kostensparender Weise durch vorgeformte Taschen in dem Kunststoffeinsatz anbringen, in die ultraschallreflektierende Scheiben, vorzugsweise aus Metall, ein­ gesteckt werden. Die Taschen können mit einer hohen Genauigkeit in der Form angebracht werden, so daß bei der Herstellung Einsät­ ze mit in Lage und Abmessungen reproduzierbar genauen Taschen entstehen. Demgemäß muß bei spanender Herstellung der Reflexions­ flächen in einem Metallgehäuse jedesmal eine exakte Bearbeitung erfolgen.

Vorzugsweise ist zwischen dem Einsatz und dem Gehäuse nur eine in Strömungsrichtung stromaufwärts angeordnete Dichtung vor­ gesehen. Durch die fehlende stromabwärtige Dichtung wird dafür gesorgt, daß zwischen Einsatz und Gehäuse kein Druckunterschied entstehen kann, der zu einer Verbiegung des Kunststoffgehäuses, und damit zu einer falschen Ausrichtung der Reflektorscheiben führen kann.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die bei­ gefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische An­ sicht eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Durch­ flußmessers im zusammengebauten Zustand;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Durchflußmessers von Fig. 1 in Form einer Explosionsdarstellung; und

Fig. 3 eine Stirnansicht des Durchflußmessers von Fig. 1 in Form einer perspektivischen Explosionsdar­ stellung.

Der in den Zeichnungen dargestellte Ultraschall-Durchfluß­ messer enthält ein Gehäuse 1 , das mit einem Durchflußweg 2 ver­ sehen ist und das an seinen beiden Enden je einen Flansch 3 auf­ weist, die bei Einfügung des Gehäuses 1 in ein nicht dargestell­ tes Rohrleitungssystem mit entsprechenden Gegenflanschen ver­ schraubt werden können. Das Gehäuse 1 besitzt zwischen den Flan­ schen 3 eine Kopföffnung und bildet eine Tasche 4, die an ihrem oberen Ende nach außen weisende Flansche 5 besitzt, an denen ein Deckel 6 mit Schrauben 7 angeschraubt werden kann. Am Deckel 6 ist mittels Schrauben 8 ein Einsatz 9 unter Zwischenfügung einer Dichtung 10 angeschraubt. Der Einsatz ist so dimensioniert, daß er in die Tasche 4 paßt.

Im Deckel 6 sind zwei Ultraschallwandler 11 und 12 im Abstand voneinander so angebracht, daß sie ihre Strahlung in den Einsatz 9 hinein richten und aus diesem wieder empfangen. Dabei wird die Ultraschallenergie in dem Einsatz 9 durch reflektierende Flächen wendelförmig in dem Durchflußweg umgelenkt. Für die Umlenkung sorgen zwei cm Boden des Einsatzes 9 angebrachte Reflexionsflä­ chen 13, zwei an den Seitenflächen des Einsatzes 9 vorgesehene Reflexionsflächen 14 sowie eine weitere am Deckel 6 des Einsatzes befestigte, nicht sichtbare Reflexionsfläche. Der Einsatz 9 be­ steht aus Kunststoff, wobei die Reflexionsflächen 13, 14 vorzugs­ weise in Form von Metallspiegeln in schräge Taschen eingeschoben sind, die bei der Herstellung des Einsatzes mit hoher Genauigkeit ausgeformt werden. Eine kostenaufwendige spanende Bearbeitung zur Herstellung der Reflexionsspiegel entfällt somit.

In Strömungsrichtung 15 ist zwischen dem Durchflußweg des Einsatzes 9 und dem Gehäuse 1 nur eine einzige Dichtung 16 an dem stromaufwärtigen Ende des Meßeinsatzes 9 zum Gehäuse 1 vorgese­ hen. Hierdurch wird dafür gesorgt, daß keine Flüssigkeit an dem Einsatz 9 vorbeifließen kann, daß jedoch wegen der fehlenden Dichtung am stromabwärtigen Ende das durchfließende Medium in den durch Toleranzen vorhandenen Zwischenraum zwischen Einsatz 9 und Gehäuse 1 einströmen kann, so daß zwischen dem Einsatz 9 und dem Gehäuse 1 kein Druckunterschied entstehen kann, der zu einer Ver­ formung des Kunststoff-Meßeinsatzes führen und damit die Position der Reflexionsflächen verändern könnte.

Der ebenfalls aus Kunststoff bestehende Deckel 6 bildet mit dem Einsatz 9 eine Einheit, die für Eichzwecke durch Lösen der Schrauben 7 vom Gehäuse 1 abgenommen werden kann, so daß sofort eine bereits geeichte Einheit wieder eingesetzt werden kann, ohne daß der gesamte Durchflußmesser aus dem Rohrleitungssystem ausge­ baut werden muß. Die Einheit kann dann getrennt vom Gehäuse be­ glaubigt werden.

Claims (5)

1. Ultraschall-Durchflußmesser für Flüssigkeiten nach dem Lauf­ zeitprinzip, bestehend aus einem an seinen beiden Enden mit Flan­ schen versehenen, in ein Rohrleitungssystem einfügbaren, mit einem aufschraubbaren Deckel versehenen Gehäuse zur Aufnahme der Meßanordnung, die am Deckel angebrachte Ultraschallwandler, Mit­ tel zur mehrfachen Umlenkung der Ultraschallenergie vom Ul­ traschall-Sender zum Ultraschall-Empfänger in dem Durchflußweg des Gehäuses und die zugehörige Elektronik umfaßt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Durchflußweg (2) des Gehäuses (1) ein herausnehmbarer Einsatz (9) angeordnet ist, der mit dem Deckel eine Einheit bildet, die die gesamte Meßanordnung beinhaltet.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (9) wannenförmig ausgebildet ist und in einer dazu passenden Tasche (4) in dem Gehäuse sitzt, und daß der Einsatz (9) an seinem oben offenen Ende mit dem Deckel (6) abdichtend verschraubt ist, der seinerseits mit dem Gehäuse (1) verschraubt ist.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz aus Kunststoff besteht und die Mittel (13, 14, 15) zur Umlenkung der Schallenergie enthält.

4. Durchflußmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Umlenkung der Ultraschallenergie aus ultraschall­ reflektierenden Scheiben (13, 14, 15) bestehen, die in vorgeform­ te Taschen des Kunststoff-Meßeinsatzes (9) eingesteckt bzw. auf den Innenflächen des Einsatzes befestigt sind.

5. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einsatz (9) und dem Gehäuse (1) nur eine in Strömungsrichtung stromaufwärts angeordnete Dichtung (17) vorgesehen ist.