DE19861073A1 - Durchflußmeßvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Durchflußmessung weist an einem von dem zu messenden Medium durchströmten Meßrohr zwei gegeneinander ausgerichtete Ultraschallwandler, die einen Schallstrahl senden bzw. empfangen und wenigstens einen Reflektor an der Meßrohrinnenwand zur Reflexion des Schallstrahls auf. Das Meßrohr weist außerhalb der Reflexionsfläche einen runden Querschnit auf. Der Schallstrahl fällt in einem Winkel zu der zur Reflexionsfläche senkrechten Meßrohrlängsebene auf die Reflexionsfläche, der derart bemessen ist, daß der Schallstrahl in einem Abstand von der Meßrohrlängsachse verläuft, der größer als der halbe Radius des Meßrohres ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchflussmessvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus DE 40 10 148 A1 be­ kannt. Dabei wird eine Schall-Laufzeitmessung durchgeführt. Das heißt, der Sendeschallwandler ist in Strömungsrichtung ausgerichtet, während der Empfangsschallwandler entgegen der Strömungsrichtung ausgerichtet und in einem solchen Abstand vom Sendeschallwandler angeordnet ist, dass der Ultraschall an der Messrohrinnenwand wenigstens einmal (also V-förmig) zweimal (also W-förmig) oder noch öfter reflektiert wird. Das Meßrohr weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Wandler sind in Taschen an Ausnehmungen in der Meßrohrwand vorgese­ hen. Um neben einem W-förmigen Schallpfad einen parasitären V-förmigen Schallpfad und damit eine Verschlechterung des Nutz/Störsignalverhältnisses zu verhindern, sind gekrümmte, fokussierende Reflexionsflächen vorgesehen. Auch ist ein sol­ ches rechteckiges Meßrohr mit einem spiralförmigen Meßpfad bekannt, wobei der Schall senkrecht zur Messrohr-Längsachse in das Medium ein- und aus dem Medium austritt und windschie­ fe Reflexionsflächen im Messrohr vorgesehen sind (DE 43 36 370 C1). Abgesehen davon, daß die gekrümmten, fokussierenden bzw. windschiefen Reflexionsflächen mit einem entsprechend hohen Herstellungsaufwand verbunden sind, läßt die Meßgenau­ igkeit der bekannten Vorrichtungen noch zu wünschen übrig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Schall­ laufzeitmeßvorrichtung hoher Meßgenauigkeit bereitzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß mit der im Anspruch 1 gekennzeich­ neten Vorrichtung erreicht. In den Unteransprüchen sind vor­ teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

Nach der Erfindung wird also ein Meßrohr verwendet, das abge­ sehen von den Reflexionsflächen einen runden Querschnitt auf­ weist und der Sendeschallwandler und der Empfangsschallwand­ ler sind derart gegenübereinander angeordnet, daß der Schall­ strahl in einem Abstand von der Meßrohrlängsachse verläuft, der größer als der halbe Radius des Meßrohres ist. Damit ver­ läuft der Schallstrahl in einem Bereich, in dem keine Ände­ rung der Strömungsgeschwindigkeit zwischen laminarer und tur­ bulenter Strömung festzustellen ist. Zugleich erfolgt durch den runden Rohrquerschnitt im Gegensatz zu einem Meßrohr mit rechteckigem Querschnitt eine wesentliche Verbesserung des Strömungsprofilverhältnisses. Damit wird die Meßgenauigkeit erfindungsgemäß deutlich verbessert.

Nach der Erfindung ist vorzugsweise zwischen jedem Schall­ wandler und der Flüssigkeit oder dem sonstigen Medium, das das Rohr durchströmt, ein Schallleitkörper angeordnet, durch dessen Grenzfläche mit dem Medium der Schallstrahl senkrecht hindurchtritt. Durch den senkrechten Durchtritt ist das Sy­ stem nach dem Snelliusschen Brechungsgesetz von den Bre­ chungsindizes der Flüssigkeit oder des sonstigen Mediums, das das Rohr durchströmt, unabhängig, auch von der Temperatur.

Damit wird ein messtechnisch stabiles System erhalten. Durch den Schallleitkörper werden die Schallwandler gegenüber dem Medium abgedichtet. Damit verhindert der Schallleitkörper bei elektrisch leitenden Medien zugleich elektrische Störungen der Schallwandler.

Energieverluste treten immer dort auf, wo zwei Medien mit un­ gleichen elastischen Eigenschaften zusammenstoßen. Schallwel­ len werden an Grenzflächen bei senkrechtem Einfall entweder reflektiert oder bei Schrägeinfall gebeugt und reflektiert, wobei gleichzeitig noch ein "Modenwandel" von transversal in longitudinal oder umgekehrt stattfinden kann. Jede Verände­ rung des physikalischen Zustandes einer Welle kostet Energie.

Das Verhältnis zwischen dem Schalldruck der reflektierten Welle pr und dem Druck der einfallenden Welle pe wird als Re­ flexionsfaktor R bezeichnet.

Das Verhältnis von durchgelassener Welle pd zu einfallender Welle pe wird als Durchlässigkeitsfaktor D bezeichnet.

Entscheidend für die Größen R und D sind die Schallwellenwi­ derstände oder Schallimpedanz: Z₁ = ρ₁.c₁ und Z₂ = ρ₂.c₂. So ist Z₁ gleich 46 für Edelstahl und Z₂ gleich 1,5 für Was­ ser.

Bei Energieverlusten wird in relativen Größen gerechnet.

So ist der Betrag des reflektierten Schalldruckes

Der Betrag der reflektierten Amplitude liegt also nur um 0,5 dB (< 5%) unter dem Betrag der einfallenden, so dass eine fast ideale Reflexion vorliegt.

Demgegenüber hat die durchgelassene Welle in Wasser einen Schalldruck, der etwa 24 dB unter dem Schalldruck der einfal­ lenden Welle in Edelstahl liegt.

Die relative Energiebilanz verschlechtert sich noch zuneh­ mend, wenn man chemisch-technische Flüssigkeiten, wie Lö­ sungsmittel-Gemische betrachtet, die folgende typischen Werte besitzen: c = 1200 m/s, ρ = 0,8 g/cm³ und damit Z ≈ 1 MPa/m.

Treffen Schallwellen an schräge Grenzflächen, kommt es noch zu weiteren Effekten aufgrund des Brechungsgesetzes nach Snellius:

sowie Wellenumwandlungseffekten, welche je nach Auftreffwin­ kel temperaturabhängig sind, weil die Schallgeschwindigkeit temperaturabhängig ist.

Besonders wichtig für die Ortung von Reflektoren nach dem Doppler-Prinzip ist aber die Tatsache, daß mit dem Brechungs­ gesetz nur die Ausbreitungsrichtung der gebrochenen Schall­ welle, nicht aber ihre Amplitude ermittelt werden kann. Au­ ßerdem tritt stets eine lineare Polarisation auf. Die Ampli­ tude ist für die Bestimmung der Partikelgröße wichtig. Die Ortung von sehr kleinen Reflektoren in einem Medium (mit kei­ nem ΔZ) ist also dann wirkungsvoll und zuverlässig, wenn mit einem Schallleitkörper mit entsprechender konstruktiver Ge­ staltung Schalldruck ohne "Streueffekte" gerichtet in das zu bestimmende Medium eingeleitet bzw. daraus empfangen werden kann. Für das Laufzeitverfahren, ebenso wie für das verwandte "Sing around"-Prinzip eröffnet sich die Möglichkeit, Messun­ gen mit Flüssigkeiten bzw. Medien durchzuführen, die bisher nicht gemessen werden konnten. Beispielsweise waren Medien, die Dämpfungen von größer 10 dB/cm bei einer Frequenz von 1 MHz aufweisen, bisher weder einer Bestimmung der Strömungs­ geschwindigkeit noch einer Partikeldetektion zugänglich.

Im Gegensatz dazu konnte mit MID-Durchflussmessern (magne­ tisches induktives Prinzip nach Faraday) - allerdings mit Elektroden, also nicht berührungslos - die Strömungsgeschwin­ digkeit gemessen werden, aber nur für elektrisch leitfähige Flüssigkeiten und keine Partikel. Demgegenüber ist die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung auch zur Bestimmung von nicht leitfä­ higen Medien geeignet, wobei im Gegensatz zu den herkömmli­ chen Ultraschall-Durchflussmessgeräten der Einsatz auf neue, bisher nicht zugängliche Medien erweitert wird, insbesondere kompressible Flüssigkeiten, Öle, hochgesättigte Suspensionen und Dispersionen, Klebstoffe mit Ausgasungseffekten, wie ana­ erobe Kleber und dgl.

Wie oben beschrieben, kommt es nämlich entscheidend darauf an, daß die ausgesandte physikalische Eigenart der Schallwel­ le unverfälscht und möglichst intensiv auf den Empfänger trifft. Dann und nur dann treten die oben genannten Vorteile ein.

Der Schallleitkörper hat in einer ersten Version zwei plan­ parallele Flächen. Dies ermöglicht, daß nur die longitudinale Schallwelle in die Flüssigkeit eingeleitet wird. Flüssigkei­ ten können nur solche longitudinale Wellen übertragen. So kann auch diese Welle in gleicher Art wieder empfangen wer­ den. Das ist auch hinsichtlich der Energieübertragung und Verluste die optimalste Art.

Der Schallleitkörper in der zweiten Version, d. h. mit gestuf­ ten Schalldurchtrittsflächen gemäß dem Anspruch 4 entspricht ebenso dem Prinzip der planparallelen Flächen, allerdings längengestuft.

Da es konkave wie konvexe Piezo-Schallwandler gibt, muß die Fläche des Schallleitkörpers nicht planparallel sein. Die Schallaustrittsfläche zum zu messenden Medium kann deshalb auch als eine gewölbte Fläche entsprechend einer Linse ausge­ bildet sein. Es kommt nur darauf an, daß die Welle senkrecht zur jeweiligen Stelle der Oberfläche des Schallleitkörpers austritt.

Nachstehend sind die Schallgeschwindigkeit (c), Dichte (ρ), Schallimpedanz (Z) und (teilweise) die Dämpfung (D) für eini­ ge Stoffe angegeben.

Der Schallleitkörper besteht vorzugsweise aus einem Material, das eine Schallimpedanz aufweist, die höchstens das 15-fache, vorzugsweise höchstens das 8-fache der Schallimpedanz der Flüssigkeit oder des sonstigen das Messrohr durchströmenden Mediums beträgt. Damit wird eine hohe Energieeinkopplung und demzufolge hohe Leistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet.

Das Material des Schallleitkörpers sollte allerdings auch ei­ nen hohen E-Modul von wenigstens 10 GPa, vorzugsweise wenig­ stens 20 GPa aufweisen.

Als besonders geeignetes Material für den Schallleitkörper hat sich Glaskohlenstoff herausgestellt. Glaskohlenstoff be­ sitzt eine Schallimpedanz von etwa 7 MPa.s/m, d. h. wenn das das Messrohr durchströmende Medium, z. B. Wasser, eine Schal­ limpedanz von 1,5 MPa.s/m hat, liegt die Schallimpedanz von Glaskohlenstoff nur um etwa das Fünffache darüber. Zudem weist Glaskohlenstoff einen hohen E-Modul von 35 GPa auf.

Glaskohlenstoff ist eine Kohlenstofform mit glasartigem Bruchbild (vgl. Z. Werkstofftech. 15, 331-338 (1984)). Gege­ benenfalls kann erfindungsgemäß z. B. auch Quarzglas verwendet werden oder Glaskeramik.

Glaskohlenstoff besitzt allerdings elektrisch leitende Eigen­ schaften. Demgemäß kann es bei Verwendung von Glaskohlenstoff als Schallleitkörper notwendig werden, zwischen dem Schall­ leitkörper und dem Schallwandler einen dünnen elektrischen Isolator, z. B. aus Kunststoff, beispielsweise Acrylkunst­ stoff, oder Keramik oder Glas, anzubringen, oder der Schall­ leitkörper wird auf "Ground" gelegt. Dann liegt auch die Flüssigkeit auf "Massepotential".

Demgegenüber ist, wenn das Medium Wasser eine Schallimpedanz von 1,5 MPa.s/m hat, aus der Sicht der Energiebilanz und der Beibehaltung physikalisch gleichartiger Schalldruckwellen, beispielsweise Stahl als Schallleitkörper ungeeignet, ebenso Aluminiumoxid-Keramik mit einer Schallimpedanz von 32 MPa.s/m.

Dadurch werden die Energieverluste und Verluste durch Umwand­ lung in andere Arten von Schallwellen (longitudinal in trans­ versal), die sonst bei der Ultraschall-Durchflussmessung auf­ treten, wesentlich herabgesetzt.

Damit werden Flüssigkeiten messbar, die bisher einer Ultra­ schall-Durchflussmessung nicht zugänglich waren, insbesondere hochdämpfende, hochviskose, kompressible Flüssigkeiten, sowie Suspensionen oder Dispersionen mit einem hohen Partikelgehalt von z. B. 50 Gew.-% und mehr. So ist die erfindungsgemäße Vor­ richtung beispielsweise in der Papierindustrie zur Durch­ flussmessung der Flüssigkeiten für den Papiervorstrich oder -hauptstrich einsetzbar, oder zur Durchflussmessung von Lacken und Beschichtungsmittel und zugleich zur Detektion von Parti­ keln, die Fehlstellen in der Oberfläche erzeugen.

Bei üblichen, also nicht hochdämpfenden Flüssigkeiten kann wegen ihrer hohen Empfindlichkeit mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Schallweg kürzer und damit das Messrohr im Durchmesser kleiner ausgebildet werden. Damit ist eine Minia­ turisierung der Messvorrichtung möglich.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung daher als etwa zigarettenschachtelgroßer Messkopf mit einer Durchgangs­ bohrung ausgebildet, an die das eine bzw. andere Ende des Messrohres angeschlossen ist. Knapp daneben befindet sich die Elektronik des Messwertaufnehmers.

Der Messkopf kann dazu aus einem Messkopfkörper z. B. aus Kunststoff, beispielsweise einem Fluorpolymeren, wie PVDF be­ stehen oder aus Edelstahl. Die Durchgangsbohrung kann an ih­ ren Enden jeweils mit einem Innengewinde versehen sein, in das das Messrohr eingeschraubt ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel­ haft näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Messkopf;

Fig. 2 eine schematische Ansicht auf den Messkopf von vorne gemäß den Pfeilen II-II in Fig. 1, jedoch mit winkel­ versetzten Schallwandlern und in vergrößerter Wieder­ gabe;

Fig. 2a und 2b einen Längsschnitt durch das Messrohr an der plattge­ preßten Reflexionsfläche entlang der Linie IIa-IIa (also von oben gesehen) bzw. IIb-IIb (also von der Seite gesehen) in Fig. 2;

Fig. 3 eine Variante der Reflexionsfläche an der Messrohr­ innenwand, die vor der Messung auf die vorwiegende Strömungsgeschwindigkeit der Messung radial verstell­ bar ist;

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Messrohr nach einer ande­ ren Ausführungsform; und

Fig. 4a und 4b jeweils einen Längsschnitt (von vorne bzw. von der Seite gesehen) durch das Messrohr nach Fig. 4.

Der Messkopf 1 nach Fig. 1 ist zur Ultraschall-Laufzeit­ messung ausgebildet. Dazu ist ein Messrohr 2 mit einem Ultra­ schall-Sendewandler 3 und einem Ultraschall-Empfangswandler 4 versehen. Die beiden Wandler 3, 4 sind gegeneinander gerich­ tet, d. h. der Sendewandler 3 ist in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gemäß dem Pfeil 5 gerichtet, während der Emp­ fangswandler 4 gegen die Strömungsrichtung 5 gerichtet ist.

Ferner sind die Wandler 3, 4 in einem solchen Abstand vonein­ ander angeordnet, dass der Schallstrahl 6, der an einer Re­ flexionsfläche 7 an der Messrohrinnenwand reflektiert wird, zwischen dem Sendewandler 3 und dem Empfangswandler 4 einen V-förmigen Verlauf besitzt.

Es versteht sich, dass der schräg zur Messrohrlängsachse 8 verlaufende Schallstrahl 6 auch zweimal oder noch öfter an der Messrohrinnenwand reflektiert, also z. B. bei einer zwei­ maligen Reflexion auch einen W-förmigen oder Z-förmigen Ver­ lauf aufweisen kann, oder z. B. einen VW-förmigen Verlauf.

Die Schallwandler 3, 4, die jeweils als plättchenförmige Pie­ zoelemente ausgebildet sind, sind jeweils auf der äußeren Stirnseite eines stiftförmigen Schallleitkörpers 10, 11 ange­ ordnet, der aus einem Material mit einer Schallimpedanz be­ steht, die höchstens das 15-Fache der Schallimpedanz der in dem Messrohr 2 strömenden Flüssigkeit beträgt. Vorzugsweise bestehen die Schallleitkörper 10, 11 aus Glaskohlenstoff.

Zum Durchtritt des Schallstrahls 6 vom Sendeschallwandler 3 durch den Schallleitkörper 10 in die Flüssigkeit im Messrohr 2 bzw. von der Flüssigkeit im Messrohr 2 durch den Schall­ leitkörper 11 in den Empfangsschallwandler 4 ist das Messrohr 2 am inneren Ende der Schallleitkörper 10, 11 mit einer fen­ sterförmigen Ausnehmung 12, 13 versehen.

Zwischen den Schallwandlern bzw. Piezoplättchen 3, 4 ist, falls erforderlich, eine Isolierschicht 14, 15 vorgesehen, z. B. aus Acryl, Keramik u.ä., um den Schallleitkörper 10, 11 von dem Piezoplättchen 3, 4 elektrisch zu isolieren.

Zur Aufnahme der Schallleitkörper 10, 11 sind auf dem Mess­ rohr Reiter oder ein kompakter Aufnahmekörper 16, 17 befe­ stigt, die jeweils mit einer Bohrung versehen sind, in denen die Schallleitkörper 10, 11 angeordnet sind. Um das Messrohr 2 nach außen abzudichten, sind die Schallleitkörper 10, 11 in den Bohrungen durch O-Ringe oder dgl. Dichtmittel 18, 19, z. B. durch Fluorkohlen- bzw. Fluorkohlenwasserstoff-Polymere, wie Polytetrafluorethylen, abgedichtet, z. B. eingeklebt, ein­ gepreßt oder eingesintert.

Das Messrohr 1 kann beispielsweise aus Stahl, Glas oder Glas­ kohlenstoff bestehen.

Um eine Schallbrechung nach Snellius (und weitere Störeffek­ te) an der Grenzfläche zwischen dem Schallleitkörper 10, 11 und der Flüssigkeit im Messrohr 2 zu verhindern, tritt der Schallstrahl 6 durch diese Grenzfläche senkrecht hindurch. Dazu können die Schallleitkörper 10, 11 eine zu ihrer Längs­ achse senkrechte, also zum Piezoelement 3 bzw. 4 parallele Stirnfläche als Grenzfläche zur Flüssigkeit besitzen. Aller­ dings wird dadurch ein Totvolumen zwischen dieser Grenzflä­ che, der Bohrung in dem Aufnahmekörper 16, 17 und dem Mess­ rohr 2 gebildet. In diesem Totvolumen können sich Gasblasen ansammeln, die zu einer vorübergehenden Schwächung bzw. Un­ terbrechung des Schallstrahls 6 und damit zur Funktionsunfä­ higkeit der Vorrichtung führen können.

Um dies zu verhindern, ist gemäß Fig. 1 die Grenzfläche zwi­ schen den Schallleitkörpern 10, 11 und der Flüssigkeit im Messrohr 1 mit treppenförmig angeordneten Schalldurchtritts­ flächen 21, 22, . . . versehen, die zum Schallstrahl 6 senkrecht verlaufen, wobei die Kanten der Treppe mit der Innenwandung des Messrohres 2 fluchten.

Das Messrohr 2 weist einen runden Durchmesser auf, also bei­ spielsweise einen ovalen Durchmesser. Vorzugsweise ist der Durchmesser jedoch gemäß Fig. 2 kreisrund. Gegenüber Mess­ rohren mit viereckigem oder prismatischem Querschnitt hat ein runder Querschnitt den Vorteil, dass keine so ungleiche Her­ absetzung der Strömungsgeschwindigkeit in den Ecken erfolgen kann. Gegenüber einem prismatischen Querschnitt wird damit einerseits das Strömungsprofil-Verhältnis verbessert und zu­ dem werden Ablagerungen in Ecken verhindert. Für einen klei­ nen Messfehler kommt es besonders darauf an, daß man im Be­ reich gleicher Strömungsgeschwindigkeit mißt, und zwar unab­ hängig von der unterschiedlichen Größe der Strömungsgeschwin­ digkeit.

Die zur Messrohrlängsachse 8 planparallele Reflexionsfläche 7 kann durch eine plattgepresste Stelle des Messrohres 2 gebil­ det werden (vgl. Fig. 2, 2a, 2b). Das heißt, bei einem Mess­ rohr aus Stahl kann beispielsweise in das Rohr ein Amboß-Körper mit einer planen Gegenfläche eingeführt und das Rohr an dieser Stelle mit einem Pressstempel von außen flachge­ drückt werden. Es genügt, daß diese Stelle einige Quadratmil­ limeter groß ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß weniger para­ sitäre Schallwellen auftreten.

Wie in Fig. 3 dargestellt, kann die Reflexionsfläche 7 aber auch durch die Stirnfläche eine Justierschraube 25 gebildet werden, die in eine Buchse 26 an dem Messrohr 2 flüssigkeits­ dicht eingeschraubt ist. Damit kann die Reflexionsfläche 7 so justiert werden, dass der Schallstrahl 6 mit optimaler Ener­ gie vom Sendeschallwandler 3 zum Empfangsschallwandler 4 ge­ strahlt wird. Insbesondere bei höheren Strömungsgeschwindig­ keiten kann damit durch Nachjustierung der Reflexionsfläche 7 dem Effekt entgegengewirkt werden, dass die schnell strömende Flüssigkeit den Schallstrahl 6 sozusagen "wegweht". Die radi­ al verstellbare Reflexionsfläche kann vor der Messung auf die vorwiegende Strömungsgeschwindigkeit oder während der Messung eingestellt werden.

Die zur Messrohrlängsachse 8 radiale Stellung der Reflexions­ fläche 7 der Justierschraube 25 beeinflußt den Reflexionswin­ kel β und damit das mittige Eintreffen des Schallstrahles 6 im Empfänger 4. Bei sehr großen Strömungsgeschwindigkeiten wird der Schallstrahl 6 verweht. Die Folge ist, daß die Am­ plitude am Empfänger klein ist und gegebenenfalls gegen Null geht. Die radiale Verstellung in Abhängigkeit von der Strö­ mungsgeschwindigkeit bildet dazu eine Abhilfe.

Eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit zwischen laminarer und turbulenter Strömung ist insbesondere im inneren Quer­ schnittsbereich des Messrohres 2 festzustellen, und zwar in­ nerhalb des Querschnittsbereich 27, also um den Messrohrmit­ telpunkt herum, also zwischen der Messrohrlängsachse 8 und etwa dem Radius r/3 des Messrohres 2. Bei r ≧ 0,67 ist dies nicht mehr der Fall.

Wie Fig. 2 zu entnehmen, verläuft daher der Schallstrahl 6 nicht durch die Messrohrlängsachse 8 und auch außerhalb des Innenquerschnittsbereich 27 des Messrohres 2, sondern wegen des Durchmessers des Schallstrahls vorzugsweise bei r = 0,6 bis 0,8.

Dazu sind die Schallwandler 3, 4 zur Messrohrlängsachse 8 um den Winkel α versetzt zueinander angeordnet. Der Schallstrahl 6 fällt damit in einem Winkel (α/2) zu der zur Reflexionsflä­ che 7 senkrechten Rohrmittellängsebene 28 auf die Reflexions­ fläche 7 (Fig. 2). Dieser Winkel ist selbstverständlich nicht der gleiche Winkel wie in Fig. 2a und b.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung eines Flüs­ sigkeitsstroms nach dem Ultraschall-Doppler-Prinzip ausgebil­ det ist, ist, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, ein wei­ terer Empfangsschallwandler 4' an einem Schallleitkörper 11' vorgesehen, und zwar im gleichen Querschnittsbereich des Messrohres 1, in dem der Sendeschallwandler 3 angeordnet ist, wobei der Empfangsschallwandler 4' ebenso wie der Sende­ schallwandler 3 in Strömungsrichtung 5 ausgerichtet ist. Bei einem Reflektorteilchen 29 wird, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, die reflektierte Strahlung 6' vom Empfangs­ schallwandler 4' empfangen. Dieses Empfangssignal ist ca. 500-1000 mal stärker, als bei den alten Konstruktionen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4, 4a und 4b weist der Schallstrahl 6 einen spiralförmigen Verlauf außerhalb des Rohrinnenbereichs auf. Dazu sind zwei (oder mehr) entspre­ chend angeordnete Reflexionsflächen 7, 7' in Form plattge­ preßter Rohrwandbereiche vorgesehen, auf die der Sendewandler 3 und der Empfangswandler 4 entsprechend ausgerichtet sind.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Durchflußmessung mit einem von dem zu messenden Medium durchströmten Meßrohr, zwei gegeneinan­ der ausgerichteten Ultraschallwandlern, die einen Schall­ strahl senden bzw. empfangen und wenigstens einem Reflek­ tor an der Meßrohrinnenwand zur Reflexion des Schall­ strahls, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (2) au­ ßerhalb der Reflexionsflächen (7, 7') einen runden Quer­ schnitt aufweist und der Schallstrahl (6) in einem Winkel (α/2) zu der zur Reflexionsfläche (7, 7') senkrechten Meßrohrlängsebene (28) auf die Reflexionsfläche (7, 7') fällt, wobei der Winkel (α/2) derart bemessen ist, daß der Schallstrahl (6) in einem Abstand von der Meßrohr­ längsachse (8) verläuft, der größer als der halbe Radius (r/2) des Meßrohres (2) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (7, 7') planparallel zur Meßrohrach­ se (8) verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Reflexionsfläche oder Reflexionsflächen (7, 7') durch eine plattgepreßte Stelle des Messrohres (2) gebildet wird bzw. werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die wenigstens eine Reflektionsfläche (7) durch die Stirnfläche einer Justierschraube (25) gebildet wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Messrohrwand zum Durchtritt des Schallstrahls (6) vom Sendeschallwandler (3) in das Medium bzw. vom Medium zum Empfangsschallwandler (4) mit einer Ausnehmung (12, 13) versehen ist und zwischen den Schallwandlern (3, 4) und dem Medium jeweils ein Schall­ leitkörper (10, 11) angeordnet ist, durch dessen Grenz­ fläche mit dem Medium der Schallstrahl (6) senkrecht hin­ durchtritt und der eine Schallimpedanz aufweist, die höchstens das 15-fache der Schallimpedanz des Mediums be­ trägt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Schallleitkörper (10, 11, 11') aus Glaskohlenstoff besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, dass die Grenzfläche zum senkrechten Durchtritt des Schallstrahls (6) mit treppenförmig angeordneten, zum Schallstrahl (6) senkrecht verlaufenden Schalldurch­ trittsflächen (21, 22, 23 . . .) versehen ist.