DE19731173C2

DE19731173C2 - Ultraschall-Durchflußmengenmesser

Info

Publication number: DE19731173C2
Application number: DE1997131173
Authority: DE
Inventors: Fred Hintz; Karsten Dierks; Stefan Prange; Bernd Henning
Original assignee: Kundo Systemtechnik GmbH
Current assignee: Kundo Systemtechnik GmbH
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2017-07-11
Also published as: DE19731173A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ultraschall-Durchflußmengenmesser der zuvor beschriebenen Art sind bekannt. So ist in der DE 29 24 561 C2 ein Ultraschall-Durchflußmengenmesser beschrieben, bei welchem dem Zulauf- sowie dem Ablaufstutzen des Gerätegehäuses jeweils Durchflußkammern zugeord net sind, welche, obwohl an und für sich untereinander getrennt, über das Meßrohr mitein ander verbunden sind. Hierbei sind den Stirnseiten des Meßrohres jeweils einander gegen überliegend die Ultraschall-Meßwandler im Gerätegehäuse angeordnet. Diese bekannte Anordnung hat die Aufgabe und den Zweck, die bei mit den Zulauf- und Ablaufstutzen un mittelbar verbundenem Meßrohr zu verzeichnenden Verwirbelungen und Verblasungen des zu erfassenden Fluids zu verringern bzw. zu unterbinden. Bei dieser bekannten Anordnung ist dies zu einem gewissen Grade möglich. Innerhalb des Meßrohres selbst sind jedoch im mer noch Verwirbelungen und unterschiedliche laminare Schichtungen innerhalb der durch strömenden Fluidsäule feststellbar.

Die DE 32 11 021 C2 zeigt einen ähnlichen Ultraschall-Durchflußmesser, bei dem den Stirn seiten des Meßrohres jeweils einander gegenüberliegend die Ultraschall-Meßwandler im Gerätegehäuse angeordnet sind.

Ein ähnlicher Ultraschall-Durchflußmengenmesser ist in der DE 31 00 777 C2 gezeigt. Damit die durch das Meßrohr strömende Flüssigkeit ein definiertes Turbulenzprofil aufweist, besitzt die Meßrohrwandung an den Enden des Meßrohres Öffnungen, welche als Schlitze oder als ringförmige Lochreihen ausgebildet sein können.

Die DE 30 39 710 C2 geht in die gleiche Richtung. Auch hier sind am Ende des Meßrohres an den Stirnseiten Meßwandler angeordnet, so daß innerhalb des Meßrohres Verwirbelun gen und unterschiedliche laminare Schichtungen in der durchströmenden Fluidsäule fest stellbar sind.

Die DE 44 15 889 A1 schließlich zeigt einen Ultraschall-Durchflußmesser, bei dem die Aus richtung des Meßrohres schräg zur durch die Anschlußköpfe definierten Achse verläuft. Aber auch hier befinden sich die Ultraschall-Wandler im Bereich der Stirnseiten des Meßrohres senkrecht zu dessen Stirnflächen, so daß es auch hier zu Verwirbelungen kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ultraschall-Durchflußmengenmesser der eingangs angegebenen Art derart weiterzubilden, daß Inhomogenitäten in der Fluidsäule des Meßrohres zusätzlich unterbunden und die Meßgenauigkeit noch weiter gesteigert wer den kann.

Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflußmengenmessers besteht darin, daß ohne großen zusätzlichen technischen Aufwand die Meßgenauigkeit gesteigert wird. Die konstruktive Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflußmengenmessers erlaubt eine einfache Montage des Gerätes. Darüber hinaus ist ein leichter Zugang zu den Durchfluß kammern, zum Meßrohr und zu den Meßwandlern gewährleistet. Eine einfache Zerlegung des Gerätes in seine Einzelteile, insbesondere zu deren Reinigung ist möglich.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 22.

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 rohrens 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

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 Durchflußkammern (7, 8) ragt und diese dadurch miteinander verbindet und
wobei die eine Durchflußkammer (7) mit dem Zulaufstutzen (3) und die andere Durch flußkammer (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 bestimm ten Winkel α gegenüber der Achse (50) der Meßwandler (46, 47) verstellt im 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 gegenüberstehenden Meßwandle relemente (43, 44) verlaufend ausgebildet sind.

3. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Achse (50) der Meßwandlerelemente (43, 44) durch den Mittel punkt (30) des Meßrohres (15) 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 Winkel α 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 querschnittsbeschränk ter 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 querschnitts beschränkte Leitweg (75) entlang des geneigten Meßrohres (15) zwischen dessen Stirnseiten (68, 69) den Durchlaß (14) des ersteren (15) in seiner ganzen Höhe durch mißt.

7. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 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) vorgese hen 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) abge wandten 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) vorgese hen ist,
daß an der von der Anformung (24) des Meßrohres (15) abgewandten Seite des letzte ren ein ringförmiger Ansatz (66) angeformt ist, der von der Ausnehmung (64) der aufge setzten Abdeckplatte (55) des Gehäuses (1) umschlossen ist, und das Meßrohr (15) da durch innerhalb des ersteren (1) gehaltert ist.

11. Ultraschall-Durchflußmengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stirnseiten (68, 69) des Meßrohres (15) und den jeweils diesen (68, 69) gegenüberstehenden Frontflächen (71, 72) der Meßwandlerelemente (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) schlitz artige Ausnehmungen (26, 27) vorgesehen sind, in welchen das Meßrohr (15) aufge nommen 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 ring förmigen Ansätzen (34, 35) ausgebildet sind, in welche die Meßwandler (46, 47) zu sammen 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 Durch flußkammern (7, 8) angeordnete weitere Kammer (10) als oben geschlossene zylindri sche Ausnehmung ausgebildet ist, in welche die als zylindrischer Bolzen (25) ausgebil dete 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) aus gebildet 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 die Zulauf- (3) und Ablaufstutzen (4) koaxial zueinander am Gehäuse (1) angeord net 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 angeord neten 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.