DE19731173A1 - Ultraschall-Durchflußmengenmesser - Google Patents

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.