DE202013002308U1 - Device for flow measurement - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (1) zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums, wobei die Vorrichtung (1) einen Körper (3) mit einer Messkammer (5) aufweist, in welcher Messkammer (5) zwischen einem ersten (7) und einem zweiten (9) Schallwandler eine Messrichtung (A) definiert ist, wobei ein Einlass (11) in die Messkammer (5) und ein Auslass (13) aus der Messkammer (5) in Richtung (B) quer zur Messrichtung (A) an der Messkammer (5) gegenüberliegend gebildet und eingerichtet sind, dem strömenden Medium zwischen dem Eintritt in und dem Austritt aus der Messkammer (5) einen Versatz (C) in Messrichtung (A) aufzwingen.Device (1) for flow measurement of a flowing medium, wherein the device (1) has a body (3) with a measuring chamber (5) in which measuring chamber (5) between a first (7) and a second (9) transducer a measuring direction (A) is defined, wherein an inlet (11) formed in the measuring chamber (5) and an outlet (13) from the measuring chamber (5) in the direction (B) transverse to the measuring direction (A) opposite to the measuring chamber (5) and are arranged to impose an offset (C) in the measuring direction (A) between the inlet and the outlet of the measuring chamber (5) from the flowing medium.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums. Die Vorrichtung ist insbesondere mit einem Durchflussmesser und mit einem Ventil verwendbar, zum Beispiel einem Absperr- oder Regelventil.The present invention relates to a device for flow measurement of a flowing medium. The device is particularly useful with a flow meter and with a valve, for example a shut-off or control valve.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Durchflussmessung ist aus der Druckschrift
Diese Vorrichtung, welche genaue Messungen erlaubt, bedingt jedoch noch einen relativ hohen Druckabfall bei einer Durchströmung, welcher insbesondere dem labyrinthartigen Strömungsweg bzw. der mehrfachen Umlenkung des strömenden Mediums geschuldet ist. Ferner ist die Vorrichtung noch relativ kostspielig in der Herstellung.This device, which allows accurate measurements, but still requires a relatively high pressure drop in a flow, which in particular the labyrinthine flow path or the multiple deflection of the flowing medium is due. Furthermore, the device is still relatively expensive to manufacture.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, vorstehende Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums vorzuschlagen, welche mit einem nochmals verringerten Aufwand in der Fertigung einhergeht und eine genaue Messung insbesondere bei verringertem Druckabfall während einer Durchströmung ermöglicht.Proceeding from this, the present invention, the object to overcome the above disadvantages and to propose a device for flow measurement of a flowing medium, which is associated with a further reduced effort in the production and allows accurate measurement, especially at reduced pressure drop during a flow.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.This object is achieved by the features of
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums, insbesondere zur Durchflussmessung via Ultraschall, wobei die Vorrichtung einen Körper mit einer Messkammer aufweist. Der Körper kann ein- oder mehrteilig gebildet sein, weiterhin als Komponententräger vorgesehen sein, zum Beispiel für weitere Komponenten der Vorrichtung. Als strömendes Medium ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Flüssigkeit vorgesehen, z. B. Wasser.The invention proposes a device for measuring the flow of a flowing medium, in particular for flow measurement via ultrasound, the device having a body with a measuring chamber. The body can be formed in one or more parts, furthermore provided as a component carrier, for example for further components of the device. As a flowing medium in the context of the present invention, in particular a liquid is provided, for. B. water.
In der Messkammer ist zwischen einem ersten und einem zweiten (Ultra-)Schallwandler eine Messrichtung definiert, i. e. korrespondierend eine linear verlaufende Ultraschallmessstrecke bildbar. Der erste und der zweite Schallwandler sind bevorzugt Piezowandler, welche sowohl je als Sender als auch als Empfänger fungieren bzw. fungieren können.In the measuring chamber, a measuring direction is defined between a first and a second (ultra) sound transducer, i. e. Correspondingly a linearly extending ultrasonic measuring path can be formed. The first and second sound transducers are preferably piezo transducers, which each function as a transmitter as well as a receiver or can function.
Bevorzugt ist die Vorrichtung zur Laufzeitmessung ausgebildet, insbesondere zur Laufzeitmessung nach dem Differenzprinzip. Hierbei sendet ein Wandler ein akustisches Signal entlang der Ultraschallmessstrecke (in Messrichtung), während der andere Wandler als Empfänger fungiert. Nachfolgend sendet nunmehr der andere Wandler ein akustisches Signal entlang der Ultraschallmessstrecke (in Messrichtung), während der eine Wandler als Empfänger fungiert. Läuft das gesendete Schallsignal in der Fließrichtung des Mediums, wird die Übertragung des Signals durch den Fluss des Mediums unterstützt, folglich die Laufzeit reduziert. Läuft das gesendete Signal entgegen der Fließrichtung des Mediums, wird die Übertragung des Signals durch den Fluss des Mediums behindert, folglich die Laufzeit verlängert. Aus der Differenz der jeweiligen Messungen kann nunmehr die Fließgeschwindigkeit des Mediums berechnet werden, folglich ein Durchfluss ermittelt werden.Preferably, the device is designed for transit time measurement, in particular for transit time measurement according to the difference principle. In this case, a transducer sends an acoustic signal along the ultrasonic measuring path (in the measuring direction), while the other transducer acts as a receiver. Subsequently, now sends the other transducer an acoustic signal along the ultrasonic measuring section (in the measuring direction), while a transducer acts as a receiver. If the transmitted sound signal is in the flow direction of the medium, the transmission of the signal is supported by the flow of the medium, thus reducing the runtime. If the transmitted signal runs contrary to the flow direction of the medium, the transmission of the signal is hindered by the flow of the medium, thus prolonging the runtime. From the difference of the respective measurements, the flow velocity of the medium can now be calculated, thus a flow rate can be determined.
Bevorzugt sind der erste und der zweite Schallwandler an Stirnflächen der Messkammer angeordnet, d. h. insbesondere einander in Messrichtung überlappend bzw. gegenüberliegend. Zwischen den Stirnflächen erstreckt sich hierbei insbesondere eine Umfangsmantelfläche der Messkammer. Im Rahmen der Erfindung ist die Messkammer insbesondere je endseitig (an den Stirnflächen) gegen die Umfangsmantelfläche der Messkammer mediengedichtet ausgeführt, bevorzugt auch allseits umschlossen (baulich begrenzt) gebildet, wobei die Messkammer bevorzugt hohlzylindrisch ausgebildet ist.Preferably, the first and the second transducer are arranged on end faces of the measuring chamber, d. H. in particular overlapping each other in the measuring direction or opposite. In particular, a peripheral surface area of the measuring chamber extends between the end faces. In the context of the invention, the measuring chamber is in particular designed to be media-sealed at each end (at the end faces) against the circumferential surface of the measuring chamber, preferably also enclosed on all sides (structurally limited), wherein the measuring chamber is preferably formed as a hollow cylinder.
Erfindungsgemäß sind ein Einlass in die Messkammer und ein Auslass aus der Messkammer in Richtung quer zur Messrichtung an der Messkammer gegenüberliegend gebildet. Derart ist das die Messkammer durchströmende Medium gezwungen, die Messkammer quer zur Messrichtung zu durchströmen (zwischen Messkammereinlass und Messkammerauslass). Der Einlass und der Auslass sind hierbei insbesondere in bzw. innerhalb der Umfangsmantelfläche bzw. Umfangswandung der Messkammer angeordnet bzw. gebildet, wobei sie insbesondere auch die einzigen Öffnungen der Messkammer bilden. Erfindungsgemäß sind der Einlass und der Auslass weiterhin derart eingerichtet bzw. ausgeführt, dass dem strömenden Medium zwischen dem Eintritt in und dem Austritt aus der Messkammer ein Versatz in Messrichtung aufgezwungen wird.According to the invention, an inlet into the measuring chamber and an outlet from the measuring chamber in the direction transverse to the measuring direction are formed opposite to the measuring chamber. In this way, the medium flowing through the measuring chamber is forced to flow through the measuring chamber transversely to the measuring direction (between the measuring chamber inlet and the measuring chamber outlet). In this case, the inlet and the outlet are in particular arranged or formed in or within the peripheral circumferential surface or circumferential wall of the measuring chamber, in particular also forming the single openings of the measuring chamber. According to the invention, the inlet and the outlet are furthermore set up or designed such that an offset in the measuring direction is imposed on the flowing medium between the inlet and the outlet from the measuring chamber.
Mit der derart vorteilhaft ausgebildeten Vorrichtung, bei welcher eine Durchströmung der Messkammer quer zur Messstrecke aber mit Versatz in Richtung der Messstrecke erfolgt, kann ein Durchflussmesser oder ein damit gebildetes Ventil nochmals vereinfacht und unaufwändiger, mithin kostengünstiger bereitgestellt werden. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung, welche zudem auch für eine bidirektionale Durchflussmessung bzw. Durchströmung geeignet ist, ist hierbei eine zuverlässige und genaue Durchflussmessung ermöglicht. Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchflussmessung eine Ausgestaltung, bei welcher ein die Vorrichtung durchströmendes Medium lediglich einen vorteilhaft geringen Druckabfall insbesondere aufgrund verringerter Umlenkung erfährt. With the device designed in such an advantageous manner, in which a flow through the measuring chamber takes place transversely to the measuring section but offset in the direction of the measuring section, a flow meter or a valve formed therewith can again be simplified and made less expensive, and thus more cost-effective. With the proposed device, which is also suitable for a bidirectional flow measurement or flow, in this case a reliable and accurate flow measurement is possible. In particular, the device according to the invention for flow measurement allows an embodiment in which a medium flowing through the device experiences only an advantageously low pressure drop, in particular due to reduced deflection.
Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchflussmessung sehen weiterhin vor, dass der Einlass und der Auslass in die Messkammer messkammerinnenseitig, d. h. an der Mündung in die Messkammer, einen Versatz zueinander in Messrichtung aufweisen. Hierdurch kann dem strömenden Medium der gewünschte Versatz in Messrichtung auf einfache Weise aufgezwungen werden. Einlass und Auslass können hierbei als vorteilhaft unaufwändige Bohrung ausgeführt sein.Preferred embodiments of the device for flow measurement further provide that the inlet and the outlet in the measuring chamber inside the measuring chamber, d. H. at the mouth into the measuring chamber, an offset from each other in the measuring direction. As a result, the desired offset in the measuring direction can be easily imposed on the flowing medium. Inlet and outlet can be carried out here as advantageous unobtrusive bore.
Ein Einlass bzw. Auslass in die Messkammer kann im Rahmen der Erfindung zudem derart eingerichtet sein, dass strömendes Medium bei einer Durchströmung desselben in die Messkammer hinein, von der Auslassmündung bzw. Einlassmündung zunächst weggeführt wird (in Messrichtung betrachtet). Dies kann durch einen Einlass bzw. Auslass bewirkt werden, welcher einen schrägen Strömungseinlauf in die Messkammer ermöglicht, zum Beispiel durch einen Einlass bzw. Auslass in Form einer Schrägbohrung. Hierdurch kann ein vergrößerter Versatz in Messrichtung zwischen Eintritt des strömenden Mediums in die und dessen Austritts aus der Messkammer bewirkt werden, das heißt ein Versatz, welcher gegenüber einer Einströmung senkrecht zur Messrichtung vergrößert ist und somit eine noch genauere Messung ermöglicht.In the context of the invention, an inlet or outlet into the measuring chamber can also be set up in such a way that when it flows through it into the measuring chamber, it is first led away from the outlet mouth or inlet mouth (viewed in the measuring direction). This can be effected by an inlet or outlet which allows an oblique flow inlet into the measuring chamber, for example through an inlet or outlet in the form of an oblique bore. In this way, an increased offset in the measuring direction between the inlet of the flowing medium into and out of the measuring chamber can be effected, that is, an offset which is increased in relation to an inflow perpendicular to the measuring direction and thus allows an even more accurate measurement.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche insbesondere bereitgestellt ist, die Signalkomponenten der Schallwandler, insbesondere die Laufzeit von Ultraschallsignalen, in Messrichtung auszuwerten, ist bei bevorzugten Ausgestaltungen derart ausgebildet, dass die Messkammer ohne (bauliche) Strömungsführung zwischen Einlass und Auslass bereitgestellt bzw. durchströmbar ist (für das strömende Medium), i. e. hindernisfrei. Insbesondere auch dadurch kann ein vorteilhaft geringer Druckabfall bei einer Durchströmung bewirkt werden.The device according to the invention, which is in particular provided to evaluate the signal components of the sound transducers, in particular the propagation time of ultrasonic signals, in the measuring direction is designed in preferred embodiments such that the measuring chamber is provided or can flow through without inlet (flow) between inlet and outlet (for the flowing medium), i. e. unobstructed. In particular, by this means, an advantageously low pressure drop can be effected at a flow.
Vorgeschlagen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Durchflussmesser, welcher neben der Vorrichtung eine Auswerteelektronik bzw. -einheit aufweist, welche mit den Schallwandlern der Vorrichtung verbunden ist bzw. mit diesen zusammenwirkt. In Kenntnis z. B. des Kammerquerschnitts oder allgemein von Abmessungen der Messkammer kann die Auswerteeinheit einen Volumenstrom errechnen, i. e. basierend auf ermittelten Laufzeitdifferenzen des strömenden Mediums via die Piezowandler. Die Auswerteelektronik ist bevorzugt computerisiert gebildet, zum Beispiel mittels eines Mikrocontrollers (sowie korrespondierender Software). Zur Eliminierung von Temperatureinflüssen bei einer Messung kann die Vorrichtung weiterhin einen Temperatursensor aufweisen, welcher insbesondere mit der Auswerteelektronik kommuniziert.Within the scope of the present invention, a flowmeter is also proposed which, in addition to the device, has evaluation electronics or units which are connected to the sound transducers of the device or cooperate therewith. In note z. As the chamber cross-section or in general dimensions of the measuring chamber, the evaluation unit can calculate a volume flow, i. e. based on determined transit time differences of the flowing medium via the piezo transducers. The transmitter is preferably formed computerized, for example by means of a microcontroller (and corresponding software). In order to eliminate temperature influences during a measurement, the device can furthermore have a temperature sensor which in particular communicates with the evaluation electronics.
Erfindungsgemäß wird auch ein Ventil vorgeschlagen, welches ein Ventilgehäuse und einen Ventilkörper aufweist, wobei die – wie vorstehend beschriebene – Vorrichtung zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums als Ventilkörper des Ventils ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Ventil ein solches, bei welchem der Ventilkörper im Ventilgehäuse drehbar aufgenommen ist, i. e. insbesondere via Drehbetätigung gegen das Ventilgehäuse wirkt. Zur Betätigung kann eine Handhabe (z. B. Griff) oder z. B. eine automatisierte Stelleinrichtung vorgesehen sein.According to the invention, a valve is also proposed, which has a valve housing and a valve body, wherein the device, as described above, for measuring the flow of a flowing medium is designed as a valve body of the valve. Preferably, the valve is one in which the valve body is rotatably received in the valve housing, i. e. in particular acts via rotary actuator against the valve housing. For actuation, a handle (eg handle) or z. B. be provided an automated control device.
Bevorzugt kann das Ventil einen zylindrischen Ventilkörper (Absperrelement) aufweisen, zum Beispiel auch ein Kugelventil sein. Das die Vorrichtung als Ventilkörper aufweisende Ventil ermöglicht, einen Durchfluss direkt mittels des Ventilkörpers zu messen, erlaubt insoweit vorteilhaft kompakte Bauform sowie die Ausbildung von Regelkreisen (welche auf die Stellgröße Durchfluss regeln) direkt am Ventil, mithin die Bereitstellung eines (autark arbeitenden) (Regel)Ventils bzw. Durchflussreglers.Preferably, the valve may have a cylindrical valve body (shut-off element), for example also be a ball valve. The device having a valve body as a valve body allows to measure a flow directly by means of the valve body, allowing advantageously compact design and the formation of control circuits (which control the manipulated variable flow) directly on the valve, thus providing a (self-sufficient working) (rule ) Valve or flow regulator.
Ein erfindungsgemäßes Ventil kann eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Ventilstellung aufweisen, welche mittels der Auswerteelektronik gebildet sein kann, zum Beispiel wiederum durch einen Mikrocontroller (samt Software). Bevorzugt kann eine Stellfunktionalität eines erfindungsgemäßen (Regel)Ventils mittels einer Motor- und/oder Getriebebaugruppe implementiert sein, welche über die Steuer- und/oder Regeleinrichtung angesteuert wird. Eine solche Baugruppe kann zum Beispiel in einem Ventilgehäuse mit aufgenommen sein, so dass lediglich ein einziges Gehäuse erforderlich ist, woraus sich insbesondere eine vorteilhaft kompakte Ventilanordnung bzw. ein kompakter Durchflussregler ergibt.An inventive valve may have a control and / or regulating device for controlling or regulating the valve position, which may be formed by means of the evaluation electronics, for example, in turn by a microcontroller (including software). Preferably, a positioning functionality of a (control) valve according to the invention can be implemented by means of a motor and / or transmission assembly, which is controlled via the control and / or regulating device. Such an assembly may for example be accommodated in a valve housing, so that only a single housing is required, resulting in particular an advantageously compact valve arrangement or a compact flow regulator.
Für insbesondere eine vorteilhaft lineare Regelung kann vorgesehen sein, dass der Einlass der Messkammer einen ovalen Querschnitt aufweist und/oder der Auslass tropfenförmigen Querschnitt aufweist.For in particular an advantageously linear control can be provided that the inlet of the measuring chamber has an oval cross section and / or the outlet has a drop-shaped cross-section.
Allgemein ergeben sich mit der vorliegenden Erfindung zahlreiche Applikationsmöglichkeiten, zum Beispiel in Filtern, für eine Einzelraumregelung, etc. In general, the present invention provides numerous application possibilities, for example in filters, for individual room control, etc.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawings, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.In the following description and the drawings, the same reference numerals correspond to elements of the same or comparable function.
An bzw. benachbart zu einer ersten Stirnseite
Zwischen den Piezowandlern
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung
Der Einlass
Bei der Ausführungsform gemäß
Um die Messkammer
Hierbei sind der Einlass
Zur Bereitstellung eines Durchflussmessers
Über die Auswerteeinheit
Zur Ankontaktierung der Wandler
Die Auswerteeinheit
Die
Das Ventil
Der als Vorrichtung
Benachbart zur ersten Stirnseite
An der zweiten Stirnseite
Das Ventilgehäuse
Bei dem derart gebildeten Ventil
Ersichtlich, zum Beispiel
Das in
Das Regelventil
In Abhängigkeit des ermittelten notwendigen Stellumfangs steuert die Regelelektronik einen Motor
Der Druckregler
Mit der Erfindung ist insbesondere ein kompakt und als einstückiges Modul bauender Druckregler
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 33
- Körperbody
- 3a3a
- Gehäusecasing
- 55
- Messkammermeasuring chamber
- 5a, b5a, b
- Stirnseitefront
- 7, 97, 9
- Schallwandlertransducer
- 7a, 9a7a, 9a
- Trägercarrier
- 1111
- Einlassinlet
- 1313
- Auslassoutlet
- 1515
- Einlaufrohrinlet pipe
- 1717
- Auslassrohroutlet pipe
- 1919
- DurchflussmesserFlowmeter
- 2121
- Auswerteeinheitevaluation
- 23a, b23a, b
- Leitungmanagement
- 2525
- Bohrungdrilling
- 2727
- Leiterplattecircuit board
- 2929
- Elektronikgehäuseelectronics housing
- 3131
- Anzeige-/BedieneinheitDisplay / operating unit
- 3333
- VentilValve
- 3535
- Ventilgehäusevalve housing
- 3737
-
Ventilkörper
1 valve body 1 - 3939
- Abstandselementspacer
- 4141
- Eingriffselementengaging member
- 4343
- Schraubelementscrew
- 4545
- Dichtungpoetry
- 4747
- Aufnahmeadmission
- 4949
- Kappecap
- 5151
- Gewindethread
- 5353
- Druckreglerpressure regulator
- 55 55
- Motor-/GetriebeeinheitEngine / transmission unit
- 5757
- Regelvorrichtungcontrol device
- 5959
- Motorengine
- 6161
- Abtriebselementoutput element
- 6363
- Antriebselementdriving element
- 6565
- Energiequelleenergy
- 6767
- Gehäusecasing
- AA
- Messrichtungmeasuring direction
- BB
- Querrichtungtransversely
- CC
- Versatzoffset
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- 2013-03-11 DE DE201320002308 patent/DE202013002308U1/en not_active Expired - Lifetime
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