DE19731173A1 - Ultraschall-Durchflußmengenmesser - Google Patents
Ultraschall-DurchflußmengenmesserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Durchflußmengen
messer mit zwei an den Enden eines Meßrohres einander
gegenüberliegend angeordneten Ultraschall-Meßwandlern,
wobei das Meßrohr mit jeweils einem seiner Enden in jeweils
eine von zwei Durchflußkammern ragt und diese dadurch
miteinander verbindet und wobei die eine Durchflußkammer
mit dem Zulaufstutzen und die andere Durchflußkammer mit
dem Ablaufstutzen des Ultraschall-Durchflußmengenmessers
verbunden sind.
Es ist Zweck der Erfindung, die Meßgenauigkeit derartiger
Ultraschall-Durchflußmengenmesser zu verbessern.
Ultraschall-Durchflußmengenmesser der einleitend zitierten
Art sind bekannt. So ist ein derartiger Ultraschall-
Durchflußmengenmesser in der DE-Patentschrift 29 24 561
beschrieben. Bei diesem bekannten Ultraschall-Durchflußmen
genmesser sind den Zulauf- und den Ablaufstutzen des
Gerätegehäuses jeweils Durchflußkammern zugeordnet, die,
obwohl an und für sich untereinander getrennt, über das
Meßrohr miteinander verbunden sind. Hierbei sind den
Stirnseiten des Meßrohres jeweils einander gegenüberliegend
die Ultraschall-Meßwandler im Gerätegehäuse angeordnet.
Die Anordnung nach dieser DE-Patentschrift hat die Aufgabe
und den Zweck, die bei mit den Zulauf- und Ablaufstutzen
unmittelbar verbundenem Meßrohr zu verzeichnenden
Verwirbelungen und Verblasungen des zu erfassenden Fluides
zu verringern bzw. zu unterbinden.
Bei der bekannten Anordnung ist dies zu einem gewissen Grade
möglich, innerhalb des Meßrohres selbst sind jedoch immer
noch Verwirbelungen und unterschiedliche laminare Schichtun
gen innerhalb der durchströmenden Fluidsäule feststellbar.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, diese
bekannte Anordnung eines Ultraschall-Durchflußmengenmessers
derart fortzubilden, daß Inhomogenitäten in der Fluidsäule
des Meßrohres zusätzlich unterbunden und die Meßgenauigkeit
des Ultraschall-Durchflußmengenmessers noch weiter
gesteigert werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die
Achse des Meßrohres um seinen Mittelpunkt um einen bestimmten
Winkel gegenüber der Achse der Meßwandler verstellt
angeordnet ist.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens
kann nun darin bestehen, daß die Stirnseiten des um einen
bestimmten Winkel um seinen Mittelpunkt geneigten Meßrohres
als parallel zur Fläche der einander gegenüberstehenden
Meßwandlerelemente verlaufend ausgebildet sind.
Eine andere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird darin
erkannt, daß die gemeinsame Achse der Meßwandlerelemente
mit der Achse des nicht um einen bestimmten Winkel verschwenk
ten Meßrohres deckungsgleich wäre und durch des Mittelpunkt
verläuft.
Schließlich wird eine zweckmäßige Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens auch noch darin gesehen, daß der wirksame
Durchmesser der Meßwandlerelemente etwa gleich oder größer
ist als der Wert des Produktes aus dem Tangens des
Verstellwinkels α und dem Abstand der Parallelstirnflächen
des um den Winkel α verstellten Meßrohres.
Vorteilhaft wird hierbei der Querschnitt des Meßrohres
oval ausgebildet, wobei der Durchlaß desselben in seiner
Länge deutlich größer ausgebildet ist als in seiner Breite.
Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten für die Erfindung sind
in den Unteransprüchen, welche im wesentlichen auch die
konstruktive Ausgestaltung des Ultraschall-Durchflußmengen
messers nach der Erfindung betreffen, umschlossen.
Mit der Erfindung sind eine Reihe von Vorteilen verbunden.
Durch die nach der Erfindung getroffenen Maßnahmen kann
ohne großen Aufwand die Meßgenauigkeit des Ultraschall-
Durchflußmengenmessers weiter gesteigert werden.
Die konstruktive Ausgestaltung des Durchflußmengenmessers
nach der Erfindung erlaubt eine einfache und maßhaltende
Montage des Gerätes. Ein leichter Zugang zu den Durchfluß
kammern, zum Meßrohr und zu den Meßwandlern ist gewährleistet.
Eine einfache Zerlegung des Gerätes in seine Einzelteile,
insbesondere zu deren Reinigung und Säuberung ist möglich.
Die Erfindung ist in den beigegebenen Zeichnungen in Form
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles abgebildet und wird
in der nachfolgenden Beschreibung im einzelnen erläutert.
Es stellen dar:
Fig. 1 Eine Schnittdarstellung des Durchflußmengenmessers
nach der Erfindung entlang der Schnittlinie I-I
der Fig. 2.
Fig. 2 Eine Ansicht von unten auf den Durchflußmengen
messer nach der Erfindung bei abgenommener
Abdeckplatte und mit einer partiellen Schnitt
darstellung nach der Linie II-II der Fig. 1.
Fig. 3 Eine Einzelheit des Durchflußmengenmessers nach
Fig. 1 und 2 entlang der Schnittlinie III-III
der Fig. 1.
In Fig. 1 ist der Durchflußmengenmesser als Schnittzeich
nung nach der Linie I-I von Fig. 2 dargestellt.
Das vorzugsweise als Metallspritzgußteil ausgebildete
Gehäuse 1 weist oben, einander achsgleich gegenüberliegend,
einen Zulaufstutzen 3 und einen Ablaufstutzen 4 auf, an
welche nicht dargestellte Anschlußleitungen für Zulauf und
Ablauf des mengenmäßig zu erfassenden Fluides 5 an
entsprechenden Gewinden 6 angeschlossen sind.
Die Zulauf- (3) und Ablaufstutzen 4 münden nun in zu den
letzteren jeweils um 90° versetzt angeordnete hohlzylindri
sche Durchflußkammern 7, 8, welche voneinander durch
Seitenwände 9, 11 getrennt sind, die von einer weiteren
hohlzylindrischen Kammer 10 im Gehäuse 1 gebildet sind.
Die beiden Durchflußkammern 7, 8 sind hydrotechnisch
miteinander durch den Durchlaß 14 des Meßrohres 15 verbunden,
welches durch die beiden nach beiden Seiten sich erstrecken
den Teilstücke 16, 17 gebildet ist, die sich von der
gemeinsamen Mittelsenkrechten 18 her fortsetzen.
Das Meßrohr 15 ist, wie Fig. 1 zeigt, mit seiner Achs
vertikalen 19 zur Mittelsenkrechten 18 um einen bestimmten
Winkelbetrag α verstellt, wobei das linke Teilstück 16
angehoben, das rechte Teilstück 17 nach unten geneigt ist.
Wie Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 1 und Fig. 3 zeigt,
sind das Meßrohr 15 und sein Durchlaß 14 in ihrem Quer
schnitt 20 oval ausgebildet. Hierbei beträgt die Länge 21
des Querschnittes 20 des Durchlasses 14 das Mehrfache der
Breite 22 desselben.
Oben am Meßrohr 15 ist eine bolzenartige Anformung 24
vorgesehen, welche vorteilhaft als eine Hülse 25 ausgebildet
ist. Diese Anformung 24 ragt gleitend in die Kammer 10 und
das Meßrohr 15 gelangt hierbei mit seinen Teilstücken 16,
17 in seitliche Ausnehmungen 26, 27 in der Seitenwandung 9,
11 der Durchflußkammern 7, 8 bzw. der Kammer 10 zur Anlage
bzw. zum Anschlag, wodurch sowohl die vertikale Position
des Meßrohres 15 als auch dessen Verdrehungssicherung
bestimmt wird.
In den Außenwänden 28, 29 der Durchflußkammern 7, 8 ist
jeweils ein abgestufter Durchbruch 31, 32 vorgesehen, an
welchen jeweils ein angeformter ringförmiger Ansatz 34, 35
ausgebildet ist, der ein Innengewinde 36, 37 aufweist.
In einem jeden der Durchbrüche 31, 32 in den Außenwänden 28,
29 ist nun eine entsprechend geformte Haltebuchse 39, 41
eingesetzt, welche das Meßwandlerelement 43, 44 trägt und
zusammen mit diesem den Meßwandler 46, 47 bildet. Letztere
sind zusammen mit einem O-Ring 48, 49 in den Durchbrüchen
31, 32 durch eine Schraubbuchse 51, 52 mit Außengewinde 53,
54, die in die Ansätze 34, 35 einschraubbar sind, fixiert.
Die Anordnung der Meßwandler 46, 47 ist derart gewählt, daß
die die einander gegenüberliegenden Meßwandlerelemente 43,
44 verbindende Achse 50 das Meßrohr 15 im Mittelpunkt 30
schneidet, welcher seinerseits durch den Schnittpunkt der
Mittelsenkrechten 18 mit der Mittenlinie 45 des Durchlasses
14 gebildet wird.
Das Gehäuse 1 des Durchflußmengenmessers nach der Erfindung
ist nach unten mit seinen Durchflußkammern 7, 8 und der
zwischen diesen angeordneten Kammer 10, vor den Meßwandlern
46, 47, offen ausgebildet.
Zum Verschluß des Gehäuses 1 bzw. der Durchflußkammern 7,
8 ist eine Abdeckplatte 55 vorgesehen, welche am unteren
Rand 57 des Gehäuses 1 durch in Gewinde 59 eingesetzte
Schrauben 61 an ersterem zusammen mit einer Dichtungsfolie
62 befestigt ist.
Innen in der Abdeckplatte 55 ist eine Ausnehmung 64 vorge
sehen und unten am Meßrohr 15 ist ein ringförmiger Ansatz
66 angeformt, der durch eine Öffnung in der Dichtungsfolie
62 hindurch in die Ausnehmung 64 hineinragt und dadurch das
Meßrohr 15 im Gehäuse 1 ausrichtet und fixiert.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind
die Stirnseiten 68, 69 der Teilstücke 16, 17 des Meßrohres
15 parallel zu den Frontflächen 71, 72 der Meßwandler
elemente 43, 44 ausgebildet. Hierbei ist zwischen den Stirn
seiten 68, 69 der Teilstücke 16, 17 des Meßrohres 15 und
den Frontflächen 71, 72 der Meßwandlerelemente 43, 44
jeweils ein gewisser Abstand 70 gewahrt, um einen Durchfluß
des mengenmäßig zu erfassenden Fluids von der einen
Durchflußkammer 7 über das Meßrohr 15 nach der anderen
Durchflußkammer 8 zu ermöglichen.
Durch die Kanten 73, 74 an den Stirnseiten 68, 69 der Teil
stücke 16, 17 des Meßrohres 15 und die Seitenwände 23 des
Durchlasses 14 im Meßrohr 15 wird ein Durchtrittsfenster
gebildet, durch welches ein in der Höhe querschnittsbe
schränkter Leitweg 75 für das Meßsignal zwischen den beiden
Meßwandlerelementen 43, 44 gebildet wird.
Dieser Leitweg 75, der in Fig. 1 innerhalb des Durchlasses
14 im Meßrohr 15 gestrichelt dargestellt ist, durchmißt auf
der Länge zwischen den Stirnseiten 68, 69 des Meßrohres 15
den gesamten Querschnitt 20 des Durchlasses 14, so daß
Unterschiede in der Struktur der Fluidsäule im Durchlaß 14
meßtechnisch ausgeglichen und die Meßgenauigkeit so noch
weiter erhöht werden können.
Der Durchmesser der Frontflächen 71, 72 der Meßwandler
elemente 43, 44 wird hierbei zweckmäßig etwa gleich oder
größer als der Wert des Produktes aus dem Tangens des
Verstellwinkels α und dem Abstand der parallelen Stirn
seiten 68, 69 des um den Winkel α verstellten Meß
rohres 15 gewählt.
Durch die Anordnung nach der Erfindung können so Einwir
kungen von das Meßergebnis nachteilig beeinflussenden
laminaren Strömungssphären der Fluidsäule im Durchlaß 14
des Meßrohres 15 reduziert bzw. unterbunden werden.
Denn dadurch, daß der wirksame Leitweg 75 für das Ultra
schall-Signal im Durchlaß 14 des Meßrohres 15 auf Grund der
Höhenbeschränkung seines Querschnittes verglichen mit dem
vollen Querschnitt 20 des Durchlasses 14 stark reduziert
ist und gleichzeitig der Durchfluß des zu erfassenden Fluides 5
durch die Neigung des Meßrohres 15 um den Winkel α
relativ zur Achse 50 der Meßwandler 46, 47 und damit zum
Leitweg 75 des Ultraschall-Signales schräg erfolgt, können
auch am Rande der Fluidsäule näherliegende Zonen erfaßt und
gewertet werden.
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist die konstruktive Anord
nung des Ultraschall-Durchflußmengenmessers vorteilhaft so
gewählt, daß die Zulauf- (3) und Ablaufstutzen 4 am
Gehäuse 1 koaxial zueinander angebracht sind, wobei deren
gemeinsame Achse parallel zur Achse 50 der Meßwandler 46, 47
verläuft.
Es ist ferner ein derartiger Aufbau beim Gegenstand der
Erfindung gewählt, daß die Mittelachsen der Durchfluß
kammern 7, 8 und diejenige der zwischen diesen (7, 8)
angeordneten weiteren Kammer 10, ferner die Achsen der
Zulauf- (3) und Ablaufstutzen 4 sowie die Achse 50 der
Meßwandler 46, 47 in einer gemeinsamen Ebene 80 des Gehäuses
1 verlaufen. Durch diese Gestaltungsweise ergeben sich
Vorteile, da eine kompakte Anordnung beim Gegenstand der
Erfindung erzielt wird.
Claims (22)
1. Ultraschall-Durchflußmengenmesser mit zwei an den
Enden (68, 69) eines Meßrohres (15) einander axial
gegenüberliegend angeordneten Ultraschall-Meßwandlern
(46, 47), wobei das Meßrohr (15) mit jeweils einem
seiner Enden (68, 69) in jeweils eine von zwei Durch
flußkammern (7, 8) ragt und diese dadurch miteinander
verbindet und wobei die eine Durchflußkammer (7) mit
dem Zulaufstutzen (3) und die andere Durchflußkammer
(8) mit dem Ablaufstutzen (4) des Ultraschall-
Durchflußmengenmessers verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Achse (45) des Meßrohres (15) um seinen
Mittelpunkt (30) um einen bestimmten Winkel α
gegenüber der Achse (50) der Meßwandler (46, 47)
verstellt ihm Gehäuse (1) angeordnet ist.
2. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stirnseiten (68, 69) des um einen bestimmten
Winkel α geneigten Meßrohres (15) als parallel
zur Frontfläche (71 , 72) der einander gegenüberstehen
den Meßwandlerelemente (43, 44) verlaufend ausgebildet
sind.
3. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach
Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gemeinsame Achse (50) der Meßwandlerelemente
(43, 44) mit der Achse (45) des nicht um den Winkel α
verschwenkten Meßrohres (15) deckungsgleich wäre
und durch dessen Mittelpunkt (30) verläuft.
4. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der wirksame Durchmesser der Meßwandlerelemente
(43, 44) etwa gleich oder größer ist als der Wert
des Produktes aus dem Tangens des Verstellwinkels α
und dem Abstand der parallelen Stirnseiten (68, 69)
des um den Mittelpunkt (30) um den Winkeln
verstellten Meßrohres (15).
5. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt (20) des Durchlasses (14) im
Meßrohr (15) oval ausgebildet und in seiner Länge (21)
deutlich größer ausgebildet ist als in seiner Breite (22).
6. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch die Kanten (73, 74) des Durchlasses (14)
und dessen Querschnitt (20) des geneigt angeordneten
Meßrohres (15) zwischen den Meßwandlerelementen
(43, 44) ein Durchtrittsfenster gebildet ist, durch
welches ein in seiner Höhe querschnittsbeschränkter
Leitweg (75) für das Meßsignal zwischen den beiden
Meßwandlerelementen (43, 44) gebildet ist und daß der
durch das Durchtrittsfenster (73, 74, 20) gebildete,
in seiner Höhe querschnittsbeschränkte Leitweg (75)
entlang des geneigten Meßrohres (15) zwischen dessen
Stirnseiten (68, 69) den Durchlaß (14) des ersteren
(15) in seiner ganzen Höhe durchmißt.
7. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach einem der
Ansprüche 1-6,
dadurch gekennzeichnet,
daß für den Durchlaufmengenmesser ein Gehäuse (1)
vorgesehen ist, das einander gegenüberliegende
Anschlüsse (6) für Zulauf (3) und Ablauf (4)
aufweist, die jeweils in senkrecht zu letzteren
verlaufende, zueinander parallel angeordnete,
längliche Durchflußkammern (7, 8) münden, welche
miteinander durch das geneigt angeordnete Meßrohr (15)
verbunden sind, an dessen Öffnungen (14) die beiden
Meßwandler (46, 47) einander etwa gegenüberliegend
von außen an den beiden Verteilerkammern (7, 8)
angeordnet sind.
8. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den beiden Durchflußkammern (7, 8)
eine weitere Kammer (10) vorgesehen ist, in welche
das Meßrohr (15) mittels eines an dieses angeformten
Ansatzes (24) einsetzbar ist.
9. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Durchflußkammern (7, 8) an ihren von
den Anschlüssen (3, 4, 6) abgewandten Enden und unter
den an deren (7, 8) Außenwänden (28, 29) angeordneten
Meßwandlern (46, 47) offen ausgebildet und durch eine
zugeordnete Abdeckplatte (55) verschlossen sind.
10. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch
8 und 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß innen an der Abdeckplatte (55) des Gehäuses (1)
eine Ausnehmung (64) vorgesehen ist,
daß an der von der Anformung (24) des Meßrohres (15)
abgewandten Seite des letzteren ein ringförmiger
Ansatz (66) angeformt ist, der von der Ausnehmung
(64) der aufgesetzten Abdeckplatte (55) des
Gehäuses (1) umschlossen und das Meßrohr (15)
dadurch innerhalb des ersteren (1) gehaltert ist.
11. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Stirnseiten (68, 69) des Meß
rohres (15) und den jeweils diesen (68, 69)
gegenüberstehenden Frontflächen (71, 72) der Meß
wandlerelemente (43, 44) ein lichter Abstand (70)
vorgesehen ist.
12. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den inneren Seitenwänden (9, 11) der beiden
Durchflußkammern (7, 8) schlitzartige Ausnehmungen
(26, 27) vorgesehen sind, in welchen das Meßrohr (15)
aufgenommen und verdrehungsgesichert ist.
13. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 7
oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1) als ein Metallspritzgußteil
ausgebildet ist.
14. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach
Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdeckplatte (55) durch in Gewinde (59)
des Gehäuses (1) eingesetzte Schrauben (61) an
letzterem (1) fixiert und durch eine zugeordnete
Dichtungsfolie (62) abgedichtet ist.
15. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach
Anspruch 7 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßwandlerelemente (43, 44) in Haltebuchsen
(39, 41) der Meßwandler (46, 47) angeordnet sind.
16. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach
Anspruch 7 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß an gegenüberliegenden Außenwänden (28, 29)
der Durchflußkammern (7, 8) des Gehäuses (1) -
axial korrespondierend - Ausnehmungen (31, 32)
mit angeformten ringförmigen Ansätzen (34, 35)
ausgebildet sind, in welche die Meßwandler (46, 47)
zusammen mit jeweils einem O-Ring (48, 49)
eingesetzt und durch in einem Gewinde (36, 37) der
Ansätze (34, 35) eingedrehte Schraubbuchsen (51, 52)
fixiert sind.
17. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 7
oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Durchflußkammern (7, 8) als längliche
zylindrische Behälter ausgebildet sind.
18. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach
Anspruch 7 und 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zwischen den beiden als längliche zylindrische
Behälter ausgebildeten Durchflußkammern (7, 8)
angeordnete weitere Kammer (10) als oben geschlossene
zylindrische Ausnehmung ausgebildet ist, in welche
die als zylindrischer Bolzen (25) ausgebildete
Anformung (24) des Meßrohres (15) einsetzbar ist.
19. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach
Anspruch 8 und 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die obere Anformung (24) des Meßrohres (15)
als ein hülsenförmiges Teil (25) ausgebildet ist.
20. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach
Anspruch 8 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß das oben und unten mit Anformungen (24, 66)
versehene Meßrohr (15) als ein nach einem Kunststoff-
Formverfahren hergestelltes Kunststoffteil
ausgebildet ist.
21. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß Zulauf- (3) und Ablaufstutzen (4) koaxial
zueinander am Gehäuse (1) angeordnet sind, wobei
deren Achse parallel zur Achse (50) der Meßwandler
(46, 47) verläuft.
22. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1
und 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelachsen der Durchflußkammern (7, 8)
und der zwischen diesen angeordneten Kammer (10),
die Achse des Zulauf- (3) und des Ablaufstutzens (4)
sowie die Achse (50) der Meßwandler (46, 47)
in einer gemeinsamen Ebene (80) verlaufen.
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DE1997131173 DE19731173C2 (de) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | Ultraschall-Durchflußmengenmesser |
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