DE202009011310U1 - Ultrasonic flowmeter with universal sensor carrier - Google Patents
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Abstract
Durchflussmesser (1) mit einem einstückig ausgebildeten Rohrteil (2) und mindestens zwei in axialem Abstand zueinander angeordneten Einsatzkörpern (3) für Ultraschallwandler (17), wobei jeder Einsatzkörper (3) eine mit einem Durchlass versehene im Rohrteil (2) gehaltene zylindrische Außenwandung (14) und einen durch Streben (18) verbundenen Halteabschnitt (15) für einen Ultraschallwandler (17) aufweist, wobei der Halteabschnitt (15) gegenüber dem Innendurchmesser des Rohrteils (2) einen geringeren Außendurchmesser aufweist, wobei das Rohrteil (2) innenseitig glatt zylindrisch mit Abstufungen zur Aufnahme der Einsatzkörper (3) ausgebildet ist, und wobei die Einsatzkörper (3) in ihrer Außenwandung (14) Aufnahmen (13a, 13b) für Ringdichtungen aufweisen und dichtend in den Abstufungen des Rohrteils (2) angeordnet sind.Flow meter (1) with an integrally formed tube part (2) and at least two axially spaced insert bodies (3) for ultrasonic transducers (17), each insert body (3) having a passage in the tube part (2) held cylindrical outer wall ( 14) and a strut (18) connected to holding portion (15) for an ultrasonic transducer (17), wherein the holding portion (15) relative to the inner diameter of the tube part (2) has a smaller outer diameter, wherein the tube part (2) on the inside smooth cylindrical with graduations for receiving the insert body (3) is formed, and wherein the insert body (3) in its outer wall (14) receptacles (13a, 13b) for ring seals and sealing in the steps of the pipe part (2) are arranged.
Description
Die Erfindung betrifft einen Ultraschalldurchflussmesser.The The invention relates to an ultrasonic flowmeter.
Die Technik der Ultraschalldurchflussmessung zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit einer durchströmenden Flüssigkeit bei bekanntem Querschnitt eines geschlossenen Rohrabschnitts, in welchem die Ultraschallmessung vorgenommen wird, ist bekannt. Hierbei werden zwei Ultraschallwandler in Durchflussrichtung mit axialem Abstand zueinander angeordnet. Die Ultraschallwandler senden Ultraschallimpulse aus, die jeweils von dem gegenüberliegenden Ultraschallwandler aufgenommen werden. Durch die Strömung des fließenden Mediums verändert sich die Geschwindigkeit des Ultraschalls. Sie weist in Richtung der Durchflussrichtung einen unterschiedlichen Wert auf als entgegen der Durchflussrichtung, so dass durch die dadurch entstehenden Laufzeitveränderungen bzw. Unterschiede die Durchflussgeschwindigkeit des Mediums bestimmt werden kann. Derartige Ultraschalldurchflussmesser sind zumeist sehr aufwändig und damit teuer, so dass sich ihnen viele Einsatzmöglichkeiten verschließen, beispielsweise eine dezentrale Durchflussmessung an Heizkörpern einer Heizungsanlage, um so unmittelbar die in einen Heizkörper hinein fließende Menge des Wärmemediums und aufgrund dessen Temperatur beim Ein- und Ausfließen, die durch den Heizköpers abgegebene Wärmemenge zu bestimmen. Auch sind bekannte Durchflussmesser nur beschränkt einsetzbar, da sie in gleicher Ausführung nicht für verschiedene Rohrdurchmesser verwendbar sind.The Ultrasonic flow measurement technique for determining the flow velocity of a flowing through liquid in a known cross section of a closed pipe section, in which the ultrasonic measurement is made is known. Here are two ultrasonic transducers in the flow direction with axial distance from each other arranged. The ultrasonic transducers emit ultrasonic pulses, each from the opposite Ultrasonic transducers are recorded. By the flow of flowing Medium changed the speed of ultrasound. It points in the direction the flow direction to a different value than contrary the flow direction, so that by the resulting runtime changes or differences determines the flow rate of the medium can be. Such ultrasonic flow meters are mostly very expensive and therefore expensive, so they have many uses close, For example, a decentralized flow measurement on radiators one Heating system, so directly into a radiator flowing Amount of heat medium and due to its temperature during inflow and outflow through the Heizköpers delivered amount of heat to determine. Also, known flow meters are used only limited, since they are in the same execution not for different pipe diameters are usable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschalldurchflussmesser zu schaffen, der einfach aufgebaut, einfach herzustellen, kostengünstig und für verschiedene Rohrdurchmesser universell einsetzbar ist.Of the The invention is therefore based on the object, an ultrasonic flowmeter to create that simple, easy to manufacture, cost effective and for different Pipe diameter is universally applicable.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe gelöst mit einem einstückig ausgebildeten Rohrteil und mindestens zwei in axialem Abstand zueinander angeordneten Einsatzkörpern für Ultraschallwandler, wobei jeder Einsatzkörper eine mit einem Durchlass versehene im Rohrteil gehaltene zylindrische Außenwandung und einen durch Streben verbundenen Halteabschnitt für einen Ultraschallwandler aufweist, wobei der Halteabschnitt gegenüber dem Innendurchmesser des Rohrteils einen geringeren Außendurchmesser aufweist, wobei das Rohrteil innenseitig glatt zylindrisch mit Abstufungen zur Aufnahme der Einsatzkörper ausgebildet ist, und wobei die Einsatzkörper in ihrer Außenwandung Aufnahmen für Ringdichtungen aufweisen und dichtend in den Abstufungen des Rohrteils angeordnet sind.According to the invention solved task with one in one piece trained pipe part and at least two arranged at an axial distance from each other insert bodies for ultrasonic transducers, wherein every insert an apertured cylindrical member held in the tubular member outer wall and a strut-connected holding section for one Ultrasonic transducer, wherein the holding portion relative to the Inner diameter of the pipe part has a smaller outer diameter has, wherein the tube part inside smooth cylindrical with gradations for receiving the insert body is formed, and wherein the insert body in its outer wall Recordings for Have ring seals and sealing in the steps of the pipe part are arranged.
Durch die Erfindung wird erreicht, dass der Durchflussmesser in einfacher Fertigungstechnik preiswert herzustellen ist, und zwar sowohl hinsichtlich der Einzelteile als auch des Zusammenbaus des gesamten Durchflussmessers. So kann das in der Regel aus Metall bzw. aus Messing bestehende, in Form eines Profilrohrs ausgebildete Rohrteil als einfaches Drehteil oder im Heißpressverfahren hergestellt und ggf. durch Spanen nachbearbeitet werden. Die Einsatzkörper, die vorzugsweise aus Kunststoff bestehen, können im Spritzgussverfahren hergestellt werden, ebenso wie in gleicher Weise aus Kunststoff bestehende Veschlusskappen für die Abdichtung von jeweils einem Ultraschallwandler aufnehmenden Hohlräume der Einsatzkörper.By The invention is achieved in that the flow meter in a simple Production technology is inexpensive to manufacture, both in terms the parts as well as the assembly of the entire flow meter. So this can usually be made of metal or brass, formed in the form of a profile tube tube part as a simple rotary part or in the hot pressing process be prepared and optionally post-processed by machining. The insert bodies, the preferably made of plastic, can by injection molding are made, as well as in the same way existing from plastic Vendekappen for the sealing of each one ultrasonic transducer receiving cavities of Insert body.
Rohrteile und Einsatzkörper sind leicht durch Verkleben und/oder Schrauben verbindbar, wobei durch die Ausgestaltung der Einsatzkörper sichergestellt ist, dass diese zum Einen die Ultraschallwandler in einer funktionsfähigen Stellung halten, zum Anderen durch die Ultraschallwandler gehaltenen Einsatzkörper der Durchfluss der Flüssigkeit, deren Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden soll, nicht behindert wird, sondern diese vielmehr die Halteabschnitte der Ultraschallwandler umfließen, bzw. durch die Durchflussabschnitte der Einsatzkörper hindurchfließen können, wobei der Verbindungsweg durch die Zwischenräume zwischen den genannten Streben freigehalten ist. Zur Aufnahme des Ultraschallwandlers ist in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass ein Ultraschallwandler in einem Hohlraum des Halteabschnitts des Einsatzkörpers angeordnet ist, wobei weiterhin der Halteabschnitt des Einsatzkörpers Ringdichtungen innerhalb des Hohlraumes und eine Verschlusskappe zur Abdichtung des Ultraschallwandlers aufweist und die Verschlusskappe mittels einer Ringdichtung abdichtet. In gleicher Weise können die Einsatzkörper insbesondere in ihrem Halteabschnitt, derart ausgebildet sein, dass die Ultraschallwandler in die genannten Hohlräume derselben eingesetzt werden. Zur verbesserten Schallübertragung sind Mittel, wie Silikon und Fett, unterhalb des Wandlers aufgetragen. Ein Druckelement aus Kunststoff kann hierauf eingesetzt und der Hohlraum mit Verschlusskappen abgedichtet werden. Der Ultraschallwandler ist weiterhin durch eine Schutzfolie, insbesondere eine Niro-Folie, gegenüber dem Mediumraum abgetrennt, wobei insbesondere eine Abdichtung durch eine Ringdichtung erfolgt oder, dass der Ultraschallwandler durch einen ihn aufnehmenden Halteabschnitt aus Kunststoff umspritzt ist.pipe parts and insert body are easily connectable by gluing and / or screws, by the embodiment of the insert body it is ensured that these on the one hand the ultrasonic transducer in a working one Hold position, held on the other by the ultrasonic transducer insert body the flow of the liquid, their flow velocity is to be determined, not hindered, but this rather flow around the holding sections of the ultrasonic transducer, or by the flow-through portions of the insert body can flow through, wherein the connection path through the spaces between said struts is kept free. For receiving the ultrasonic transducer is in development of the inventive concept provided that an ultrasonic transducer in a cavity of the holding portion of the insert body is arranged, wherein Furthermore, the holding section of the insert body ring seals within the Cavity and a cap for sealing the ultrasonic transducer has and seals the cap by means of a ring seal. In the same way you can the insert body in particular in its holding section, be designed such that the ultrasonic transducers are used in said cavities thereof. For improved sound transmission For example, agents such as silicone and grease are applied below the transducer. One Pressure element made of plastic can be used and the cavity sealed with caps. The ultrasonic transducer is further characterized by a protective film, in particular a stainless steel foil, over the Medium space separated, in particular a seal by a ring seal is made or that the ultrasonic transducer through a receiving portion of plastic it is encapsulated.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Halteabstand durch die Streben mittig im Rohrteil gehalten ist. Um die elektrische Kontaktierung der Ultraschallwandler sicherzustellen, ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass die Streben Kanäle zur Aufnahme von Anschlussleitungen für die Ultraschallwandler aufweisen und das Rohrteil in seiner Wandung mit Durchbrüchen zum Herausführen der Anschlussdrähte aus den Kanälen versehen ist.A preferred embodiment of the invention provides that the holding distance is held centrally by the struts in the pipe part. In order to ensure the electrical contacting of the ultrasonic transducers, it is provided in a preferred embodiment that the struts have channels for receiving connection lines for the ultrasonic transducers sen and the pipe part is provided in its wall with openings for leading out the connecting wires from the channels.
Abgesehen davon, dass eine hinreichende Abdichtung schon alleine dadurch erreicht werden kann, dass der Einsatzkörper als Kunststoffteil ausgebildet ist, kann zur zusätzlichen Abdichtung der Durchbrüche im Rohrteil vorgesehen sein, dass der Einsatzkörper dicht unter Zwischenlage von Ringdichtungen in Abstufungen im Rohrteil angeordnet ist, wobei insbesondere jeweils eine Ringdichtung beidseitig eines Kanals im Rohrteil angeordnet ist. Zur sicheren axialen Halterung der Ringdichtung sieht eine bevorzugte weitere Ausgestaltung vor, dass zur Aufnahme der Ringdichtungen Ringnuten in Form von Ausnehmungen an der Außenwandung des Einsatzkörpers, insbesondere dessen Durchflussabschnitts ausgebildet sind. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Einsatzkörper mittels eines eingepressten und/oder eingeklebten Halteringes aus Metall, vorzugsweise Messing dich tend im Rohrteil gehalten wird, um eine sicheren Sitz des Einsatzkörpers zu gewährleisten.apart that a sufficient seal achieved by it alone that can be the insert body is designed as a plastic part, can for additional sealing of the openings in the pipe part be provided that the insert body close under interposition is arranged by ring seals in increments in the pipe part, wherein in particular in each case a ring seal on both sides of a channel in Tube part is arranged. For secure axial retention of the ring seal looks a preferred further embodiment that for receiving the Ring seals Ring grooves in the form of recesses on the outer wall of the Insert body, in particular, its flow section are formed. Farther is provided that the insert body by means of a pressed and / or glued retaining ring made of metal, preferably brass you tend to be held in the pipe part to ensure a secure fit of the insert body guarantee.
Zum Einbau des Rohrteils des erfindungsgemäßen Durchflussmessers in ein bestehendes System aus Rohrleitungen sieht die Erfindung weiterhin vor, dass das Rohrteil außenseitig an seinen Endabschnitten mit Außengewinden versehen ist, wobei insbesondere das Rohrteil außenseitig mit einem radialen Mehrkantflansch versehen ist. An diesen Mehrkantflansch kann zum Einschrauben des Rohrteils in Gewindeanschlüsse von Anschlussleitungen eines Rohrsystems mittels eines Werkzeugs angegriffen werden. Die Erfindung sieht in bevorzugter Ausgestaltung weiterhin vor, dass das Rohrteil aus Metall, vorzugsweise Messing, besteht und, dass der Einsatzkörper aus Kunststoff, vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff wie Polyphenylsulfid (PPS) besteht.To the Installation of the pipe part of the flow meter according to the invention in a existing system of pipelines also provides the invention, that the pipe part on the outside at its end portions with external threads is provided, in particular the tube part on the outside with a radial Polygonal flange is provided. At this polygonal flange can for Screw the pipe part into threaded connections of connecting cables of a Pipe system are attacked by a tool. The invention In a preferred embodiment further provides that the tube part made of metal, preferably brass, and that consists of the insert body Plastic, preferably glass fiber reinforced plastic such as polyphenylsulfide (PPS) consists.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Rohrkörper als Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums, in Rohren, die Unterputz verlegt sind, einsetzbar ist, wobei zu einem Rohrteil senkrecht zur Durchflussrichtung ein Rohrkörper in Form eines Gehäuses angeordnet ist, wobei das Gehäuse mindestens einen Einlassbereich, ein Messrohr und einen Auslassbereich aufweist. Hierbei ist vorgesehen, dass das Gehäuse einen zylindrischen Ringraum aufweist, wobei das Messrohr konzentrisch innerhalb des Ringraumes ausgebildet ist, und mit Ein- und Auslass in Fluidverbindung steht und, dass das Messrohr Einlässe für das Medium und mindestens zwei Halteabschnitte aufweist, wobei ein Sensor mittig im oberen Bereich des Rohrkörpers und ein zweiter Halteabschnitt im unteren Auslassbereich des Messrohres ausgebildet ist.In a further preferred embodiment is provided that the tubular body as a device for flow measurement of a flowing medium, in pipes, the flush-mounted are laid, can be used, wherein a pipe part arranged perpendicular to the flow direction, a tubular body in the form of a housing is, the case at least one inlet area, a measuring tube and an outlet area having. It is provided that the housing has a cylindrical annular space having, wherein the measuring tube concentrically within the annulus is formed, and in fluid communication with inlet and outlet and that the measuring tube inlets for the Medium and at least two holding sections, wherein a sensor centrally in the upper region of the tubular body and a second holding section is formed in the lower outlet region of the measuring tube.
Die Erfindung sieht in weiterer Ausgestaltung vor, dass das Messrohr eine obere Abdeckung mit einem Fenster aufweist, die eine Platine mit einem Display schützt, dass die Platine über zwei, im Gehäuse seitlich angeordnete, Batterien mit Strom versorgt ist, mit einem Display zur Anzeige eines momentanen und/oder eines Gesamtdurchflusses und einer zugehörigen Auswerteelektronik.The In a further embodiment, the invention provides that the measuring tube a top cover with a window that has a circuit board protects with a display, that the board over two, in the housing laterally arranged, batteries is powered, with a display for displaying a current and / or a total flow and an associated one Evaluation.
Die erfindungsgemäßen Durchflussmesser können zu einem Messsystem kombiniert werden, mit mindestens zwei Durchflussmessern mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern, zur Erfassung des Momentandurchflusses in beiden Flussrichtungen eines Gesamtrohrsystems und/oder zur Erkennung der Beschaffenheit des Mediums. Es wird eine besonders genaue Messung und Untersuchung von Eigenschaften des, ein Rohrsystem durchfließendes, Mediums durch einerseits Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeiten und andererseits Messung der Mediumstemperatur mittels im Vor- bzw. Rücklauf angeordneten Temperatursensoren ermöglicht. Damit lassen sich mittels der Auswerteelektronik Rückschlüsse über physikalische Eigenschaften des durchströmenden Mediums ziehen.The Flowmeters according to the invention can combined with a measuring system, with at least two flow meters with different pipe diameters, for detecting the instantaneous flow in both directions of flow of an overall pipe system and / or for detection the nature of the medium. It will be a very accurate measurement and investigation of properties of the pipe system flowing through, Medium by on the one hand determination of the flow rates and on the other hand measurement of the medium temperature by means of in pre- or returns arranged temperature sensors allows. This can be by means of the transmitter conclusions about physical Characteristics of the flowing through Pull media.
Durch die funktionale Trennung einerseits des Einbaus des Durchflussmessers in eine Rohrleitung und andererseits der Aufnahme des Ultraschallwandlers und die hiermit verbundene, vorzugsweise materialmäßige Trennung der Ausgestaltung des Rohrteils aus Metall und des Einsatzkörpers aus Kunststoff, wird nicht nur die Herstellung vereinfacht, sondern durch letzteres wird insbesondere erreicht, dass der Ultraschallwandler vollständig im Einsatzkörper angeordnet werden kann, ohne dass seine Funktion, das Aussenden und Empfangen von Ultraschall, beeinträchtigt wird. Es wird ein universell einsetzbare Halterung für einen Ultraschallwand ler erreicht, der in verschiedenste Rohrdurchmesser eingesetzt werden kann und ermöglicht damit präzise Messungen für verschiedene Durchflussmengen. Dies begünstigt eine Erweiterung des Messbereiches dieser Durchflussmesser, da das Durchflussverhalten von sowohl großen als auch geringeren Rohrdurchmessern zuverlässig untersucht werden kann.By the functional separation on the one hand the installation of the flow meter in a pipeline and on the other hand, the recording of the ultrasonic transducer and the associated, preferably material separation the configuration of the pipe part made of metal and the insert body made of plastic, not only the production is simplified, but by the latter is achieved in particular that the ultrasonic transducer completely in insert body can be arranged without affecting its function, sending out and receiving ultrasound, is impaired. It becomes a universal usable bracket for achieved an ultrasonic wall ler, in a variety of pipe diameters can be used and enabled thus precise measurements for different Flow rates. This favors an extension of the measuring range of these flow meters, as the Flow behavior of both large and smaller pipe diameters reliable can be examined.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:Further Advantages and features of the invention will become apparent from the claims and from the following description, in which an embodiment of the invention with reference to the drawings in detail explained is. Showing:
In
Weiterhin
sind in die Wandung des Rohrteils
Die
Die
In
Bei
der Ausgestaltung der
Das
Rohrteil
Der
Zusammenbau erfolgt in einfacher Weise durch Verkleben und Verschrauben.
Zum Einsetzen der Ultraschallwandler
Je
nach Aussendung von Ultraschallsignalen in Strömungsrichtung oder entgegen
der Strömungsrichtung
durch einen als Sender fungierenden Ultraschallwandler
Die
Das
Messrohr
Das
zu untersuchende Medium fließt
aus dem Rohrstück
In
- 11
- DurchflussmesserFlowmeter
- 22
- Rohrteilpipe part
- 33
- Einsatzkörperinsert body
- 44
- Außengewindeexternal thread
- 55
- MehrkantradialflauschMehrkantradialflausch
- 66
- Strömungsabschnittflow section
- 77
- Halteabschnittholding section
- 88th
- Sicherungsabschnittsafety section
- 99
- Halteringretaining ring
- 10a10a
- Stufestep
- 10b10b
- Stufestep
- 1111
- Durchbruchbreakthrough
- 1212
- Ringdichtungring seal
- 13a13a
- Aufnahmeadmission
- 13b13b
- zylindrische Außenwandungcylindrical outer wall
- 1414
- Halteabschnitt Einsatzkörperholding section insert body
- 1515
- Hohlraumcavity
- 1616
- Ultraschallwandlerultrasound transducer
- 1717
- Strebenpursuit
- 1818
- Durchlasspassage
- 1919
- Kanälechannels
- 2020
- Aufnahmeadmission
- 2121
- Verschlusskappecap
- 2222
- Bodenground
- 2323
- Verschlussshutter
- 2424
- ringförmiges Druckelementannular pressure element
- 2525
- Durchbruchbreakthrough
- 2626
- Schutzfolieprotector
- 2727
- Ringnutring groove
- 2828
- Anschlussleitungconnecting cable
- 2929
- Rohrstückpipe section
- 3030
- Gehäusecasing
- 3131
- Gewindethread
- 3232
- Einlassinlet
- 3333
- zylindrischen Ringraumcylindrical annulus
- 3434
- Messrohrmeasuring tube
- 3535
- Auslassoutlet
- 3636
- Einlässeinlets
- 3737
- Ringnutring groove
- 3838
- Kanälechannels
- 3939
- Schraubenscrew
- 4040
- Deckelcover
- 4141
- Abdeckungcover
- 4242
- Fensterwindow
- 4343
- Platinecircuit board
- 4444
- Displaydisplay
- 4545
- Batteriebattery
- 4646
- Rohrsystempipe system
- 4747
- Flussabschnittriver section
- 4848
- Zuführabschnittfeeding
- D1D1
- Durchmesser Strömungsabschnittdiameter flow section
- D2D2
- Durchmesser Halteabschnittdiameter holding section
- D3D3
- Durchmesser Sicherungsabschnittdiameter safety section
- D4D4
- Durchmesser Einsatzkörperdiameter insert body
- D5D5
- Durchmesser Strömungsabschnittdiameter flow section
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