Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Erfassung von Eigenschaften fluider Medien, und insbesondere eine in ein Rohrleitungssystem einsetzbare Sensorvorrichtung zur Erfassung der Eigenschaften der im Rohrleitungssystem strömenden fluiden Medien. The present invention relates to a sensor device for detecting properties of fluid media, and more particularly to a sensor device that can be inserted into a pipeline system for detecting the properties of the fluid media flowing in the pipeline system.
In industriellen Einrichtungen und ebenfalls in privaten Haushalten besteht ein Bedürfnis, die Eigenschaften von fluiden Medien, wie beispielsweise von Gasen oder Flüssigkeiten, zu erfassen, wenn die bestimmten Eigenschaften dieser Medien für eine Anwendung oder zur Überwachung der Eigenschaften dieser Medien innerhalb eines Prozesses wesentlich sind. Die fluiden Medien können beispielsweise in Form von Betriebsstoffen wie Brennstoffe oder Schmieröl, oder in Form von weiteren fluiden Produkten vorliegen, die aus verschiedenen Fertigungsabläufen stammen und deren Eigenschaften (beispielsweise die Qualität bestimmter Produkte) kontinuierlich oder in Stichproben überprüft werden sollen. In industrial facilities, as well as in private households, there is a need to capture the properties of fluid media, such as gases or liquids, when the particular properties of these media are essential for application or monitoring of the properties of those media within a process. The fluid media may, for example, be in the form of fuels such as fuels or lubricating oil, or in the form of other fluid products originating from different production processes and whose properties (for example the quality of certain products) should be checked continuously or in random samples.
Eine Sensorvorrichtung zur Erfassung von Materialeigenschaften ist beispielsweise aus der Druckschrift WO 98/050790 A bekannt, wobei auf der Basis der Dielektrizitätseigenschaft (Dielektrizitätskonstante, Permittivität) interessierende Eigenschaften und damit die einer Veränderung unterliegende Qualität eines Öls erfasst werden. Der Sensor in Form eines kapazitiven Sensors steht in direktem Kontakt mit dem Öl und ist mit einer Oszillatorschaltung verbunden. Die Oszillatorschaltung gibt nach entsprechender Ansteuerung ein Ausgangssignal ab, dessen Amplitude von den dielektrischen Eigenschaften des Öls abhängt. Aus diesen Werten kann für eine bestimmte Anwendung ein sinnvolles Maß für die Ölqualität abgeleitet werden. A sensor device for detecting material properties is known, for example, from the document WO 98/050790 A known, wherein on the basis of the dielectric property (dielectric constant, permittivity) characteristics of interest and thus the underlying quality of an oil are detected. The sensor in the form of a capacitive sensor is in direct contact with the oil and is connected to an oscillator circuit. The oscillator circuit outputs, after appropriate control, an output signal whose amplitude depends on the dielectric properties of the oil. From these values, a meaningful measure of the oil quality can be derived for a specific application.
Die weiteren Druckschriften JP 2004 340911 A und US 5 471 872 A offenbaren die Anwendung von Ultraschallsignalen zur Erfassung des Füllstands eines Behälters. Eine Ultraschallsende-/Empfangseinrichtung sendet Ultraschallsignale in einen Behälter, und es gelangen die Ultraschallsignale innerhalb der Flüssigkeit zur nächsten Grenzfläche der Flüssigkeit zur Luft oder innerhalb eines Luftvolumens zur nächsten Grenzfläche zur Flüssigkeit. Hierbei ist eine winkelförmige Anordnung vorgesehen, wobei gesendete und empfangene Ultraschallsignale jeweils in einem vorbestimmten Winkel reflektiert (umgelenkt) werden. Zur weiteren Erfassung von Parametern der Flüssigkeit ist ein Referenzreflektor vorgesehen, der eine genaue Messung der Laufzeiten der Ultraschallsignale in dem Medium oder in der Luft erfasst und somit zu einer Verbesserung der Genauigkeit der gesamten Messung führt. The other pamphlets JP 2004 340911 A and US 5,471,872 A disclose the use of ultrasonic signals to detect the level of a container. An ultrasound transmitter / receiver sends ultrasound signals into a container, and the ultrasound signals within the fluid travel to the next fluid interface to the air or within an air volume to the next fluid interface. Here, an angular arrangement is provided, wherein transmitted and received ultrasonic signals are each reflected at a predetermined angle (deflected). For further recording of parameters of the liquid, a reference reflector is provided, which detects an accurate measurement of the transit times of the ultrasonic signals in the medium or in the air and thus leads to an improvement in the accuracy of the entire measurement.
Die aus den vorstehend angegebenen Druckschriften bekannten Einrichtungen und Geräte weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie in einem Tank oder in allgemeiner Form in einem entsprechenden Behälter mit dem zu erfassenden Medium angeordnet sind und hinsichtlich ihrer mechanischen Abmessungen eine vorbestimmte Baugröße aufweisen, die auf die Anordnungen in einem Behälter oder Tank oder dessen Baugröße ausgerichtet sind. Ferner sind aufwändige Führungselemente zum gezielten Reflektieren der gesendeten und empfangenen Ultraschallsignale in vorbestimmter Anordnung erforderlich, so dass dies im Ergebnis zu einem vergleichsweise aufwändigen Aufbau und zu einer erhöhten Komplexität und damit auch zu erhöhten Kosten bei der Herstellung führt. Auch können bei der Anwendung der bekannten Einrichtungen in einem Tank oder Behälter in einem sich bewegenden Kraftfahrzeug durch Schwappen oder auf sonstige Weise eingebrachte oder erzeugte Luft- oder Gasblasen Bedingungen entstehen, die zu einer Verschlechterung der gesamten Messung führen und eine Auswertung der Erfassungsergebnisse beeinträchtigen oder zumindest erschweren. However, the known from the above-mentioned documents devices and devices have the disadvantage that they are arranged in a tank or in general form in a corresponding container with the medium to be detected and in terms of their mechanical dimensions have a predetermined size, based on the arrangements in a container or tank or its size are aligned. Furthermore, elaborate guide elements for selectively reflecting the transmitted and received ultrasonic signals in a predetermined arrangement are required, so that this results in a comparatively complex construction and increased complexity and thus also increased costs in the production. Also, in the application of the known devices in a moving vehicle by sloshing or otherwise introduced or generated air or gas bubbles conditions may arise in a tank or container, which lead to a deterioration of the entire measurement and affect an evaluation of the detection results or at least difficult.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung der Eigenschaften fluider Medien derart auszugestalten, dass sich einerseits ein einfacher und kostengünstig herzustellender Aufbau ergibt, und andererseits eine genaue Erfassung der Eigenschaften des fluiden Mediums gewährleistet ist, ohne das die Erfassung durch ungünstige Rahmenbedingungen beeinträchtigt oder gestört wird. The present invention is based on the object, a device for detecting the properties of fluid media in such a way that on the one hand results in a simple and inexpensive to manufacture structure, and on the other hand accurate detection of the properties of the fluid medium is ensured without the detection by unfavorable Conditions are impaired or disturbed.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den in den Schutzansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst. According to the invention this object is achieved with the features specified in the protection claims.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Erfassung von Eigenschaften eines fluiden Mediums mittels Ultraschallsignalen, mit einem von dem fluiden Medium durchströmten mehrteiligen Messraum, der innerhalb eines Gehäuses der Sensorvorrichtung zwischen einem ersten Anschlusselement und einem davon beabstandeten zweiten Anschlusselement ausgebildet ist, und einem ersten Reflexionselement und einem davon beabstandeten zweiten Reflexionselement, die in dem Messraum angeordnet sind und zwischen denen eine Messstrecke in Verbindung mit den Ultraschallsignalen entlang einer Erstreckungsrichtung des Messraums gebildet ist, wobei der Messraum des Weiteren einen ersten und einen zweiten Endraum aufweist und die Endräume jeweils zwischen einem der Reflexionselemente und dem hierzu benachbarten Anschlusselement gebildet und teilweise mit dem Medium gefüllt sind. The present invention relates to a sensor device for detecting properties of a fluid medium by means of ultrasonic signals, with a flowed through by the fluid medium multi-part measuring space, which is formed within a housing of the sensor device between a first connection element and a second terminal spaced therefrom, and a first reflection element and a second reflecting element spaced therefrom, which are arranged in the measuring space and between which a measuring path is formed in conjunction with the ultrasonic signals along an extension direction of the measuring space, wherein the measuring space further comprises a first and a second end space and the end spaces in each case between one of the reflection elements and the connecting element adjacent thereto are formed and partially filled with the medium.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich ein vergleichsweise einfacher Aufbau der Sensorvorrichtung, die in Form einer kompakten Vorrichtung (beispielsweise als ein Modul) hergestellt werden kann. Die Sensorvorrichtung kann mit den Anschlusselementen leicht in ein Rohrleitungssystem für das zu erfassende fluide Medium eingesetzt werden. Der einfache Aufbau weist des Weiteren eine geringe Störanfälligkeit auf, so dass eine genaue Messung bzw. eine Erfassung der Eigenschaften des durch die Sensorvorrichtung strömenden fluiden Mediums gewährleistet ist. The arrangement according to the invention results in a comparatively simple construction of the sensor device, which can be produced in the form of a compact device (for example as a module). The sensor device can be easily used with the connection elements in a piping system for the fluid to be detected. The simple structure also has a low susceptibility to interference, so that an accurate measurement or a detection of the properties of the fluid flowing through the sensor device fluid is ensured.
Die Messung erfasst die Eigenschaften des fluiden Mediums, das den Messraum teilweise füllt und das infolge einer Strömung durch den Messraum ständig (kontinuierlich oder in Abhängigkeit von der Art des Mediums und der Anwendung in kurzen Zeitabständen) erneuert wird. Eine Störanfälligkeit kann sich insbesondere durch den Einfluss von Luftblasen (oder allgemein Gasblasen) ergeben, so dass die Genauigkeit der Erfassung vermindert werden kann. Mit der Anordnung der Sensorvorrichtung und der Ausbildung des mehrteiligen Messraums in dem Gehäuse der Sensorvorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass Luft- oder Gasblasen teilweise abgeleitet werden, so dass eine Erfassung der Eigenschaften des Mediums in dem Hauptraum in Verbindung mit der zwischen den Reflektorelementen angeordneten Messstrecke nicht beeinträchtigt wird. The measurement captures the properties of the fluid medium, which partially fills the measuring space and which is continuously renewed (continuously or depending on the type of medium and the application at short intervals) due to a flow through the measuring space. In particular, the susceptibility may be due to the influence of air bubbles (or gas bubbles in general), so that the accuracy of the detection can be reduced. With the arrangement of the sensor device and the formation of the multi-part measuring space in the housing of the sensor device has the advantage that air or gas bubbles are partially derived, so that a detection of the properties of the medium in the main space in conjunction with the arranged between the reflector elements measuring section is not affected.
Des Weiteren umfasst der Messraum die Endräume zwischen jeweiligen Reflektorelementen und Anschlusselementen, so dass in diesen Endräumen Luft- oder Gasblasen angesammelt werden können, die nicht oder nicht unmittelbar aus dem Messraum ausgespült werden, so dass mittels des in den Endräumen gebildeten jeweiligen Luft- oder Gasvolumens ein Ausgleichsvolumen gebildet wird, das im Hinblick auf unterschiedliche Druckwerte, die in den zu erfassenden Medien herrschen können, einen Volumenausgleich herstellen kann. Ferner kann das Ausgleichsvolumen in den jeweiligen Endräumen des Messraums auch in dem Fall einen Volumenausgleich bereitstellen, bei dem das zu erfassende Medium bei niedrigen Temperaturen einfrieren kann. Mit dem im Allgemeinen größeren Volumen einer gefrorenen Flüssigkeit im Vergleich zur nicht gefrorenen Flüssigkeit kann das im Messraum zur Verfügung gestellte Ausgleichsvolumen in den Endräumen verwendet werden, so dass auch im Falle des Einfrierens des Mediums eine Beschädigung der Sensorvorrichtung weitgehend vermieden wird oder zumindest wenig wahrscheinlich ist. Furthermore, the measuring space comprises the end spaces between respective reflector elements and connecting elements, so that air or gas bubbles can be accumulated in these end spaces which are not or not directly flushed out of the measuring space, so that by means of the respective air or gas volume formed in the end spaces a compensating volume is formed, which can make a volume equalization with respect to different pressure values that can prevail in the media to be detected. Furthermore, the equalization volume in the respective end chambers of the measurement space can also provide a volume compensation in the case in which the medium to be detected can freeze at low temperatures. With the generally larger volume of a frozen liquid compared to the non-frozen liquid, the compensating volume provided in the measuring space can be used in the end spaces, so that even in the case of freezing of the medium damage to the sensor device is largely avoided or at least less likely ,
In jedem Fall wird durch die erfindungsgemäße Anordnung vermieden, dass sich Luft- oder Gasvolumina oder einzelne Luft- oder Gasblasen im Hauptraum des Messraums (d. h. im Bereich der Messstrecke) befinden, wodurch die Messung mittels der Ultraschallsignale in Verbindung mit den Reflexionselementen gestört oder in der Genauigkeit vermindert würde. Gasblasen oder sonstige Luftvolumina würden mehrfache Grenzflächen zwischen unterschiedlich dichten Medien bilden, so dass die Erfassung mittels Ultraschallsignalen durch mehrfache Reflexionen und Streuung (Rauschen) gestört würde. Dies betrifft auch Gas- oder Luftblasen, die in Zuleitungsrohren des Rohrleitungssystems vorliegen können, da in Verbindung mit der kontinuierlichen oder intermittierenden Strömung des fluiden Mediums auch Gasblasen in eine stromauf liegende Sensorvorrichtung gebracht werden können. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn ein mit dem Rohrleitungssystem in Verbindung stehender Tank oder Behälter entleert oder neu gefüllt und die Strömung im Zusammenhang mit diesen Maßnahmen unterbrochen wurde. In any case, it is avoided by the inventive arrangement that air or gas volumes or individual air or gas bubbles in the main room of the measuring chamber (ie in the region of the measuring section) are, whereby the measurement disturbed by means of the ultrasonic signals in conjunction with the reflection elements or in the Accuracy would be reduced. Gas bubbles or other air volumes would form multiple interfaces between different dense media, so that the detection would be disturbed by means of ultrasonic signals by multiple reflections and scattering (noise). This also applies to gas or air bubbles that may be present in supply pipes of the piping system, as well as gas bubbles can be brought into an upstream sensor device in connection with the continuous or intermittent flow of the fluid medium. This may in particular be the case when a tank or container connected to the pipeline system has been emptied or refilled and the flow has been interrupted in connection with these measures.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann somit eine effektive Entlüftungswirkung innerhalb der Sensorvorrichtung erzielt werden, wobei in Verbindung mit den angegebenen konstruktiven Maßnahmen gleichzeitig vorbestimmte Gasvolumina in der Sensorvorrichtung und speziell in den Endräumen zurückgehalten werden, so dass für die vorstehend beschriebenen Ausgangsmaßnahmen ein Ausgleichsvolumen zur Verfügung steht. Die jeweiligen Luft- oder Gasblasen oder Ausgleichsvolumina sind somit außerhalb des Hauptraums und damit außerhalb der zwischen den jeweiligen Reflexionselementen verlaufenden Messstrecke ausgebildet, so dass eine Beeinträchtigung der Messung oder Erfassung vermieden wird, jedoch die erforderlichen Ausgleichsvolumina sicher zur Verfügung stehen. With the arrangement according to the invention thus an effective venting effect can be achieved within the sensor device, which are retained in conjunction with the specified design measures simultaneously predetermined gas volumes in the sensor device and especially in the end areas, so that for the above-described initial measures a compensation volume is available. The respective air or gas bubbles or compensation volumes are thus formed outside the main space and thus outside of the measuring distance extending between the respective reflection elements, so that an impairment of the measurement or detection is avoided, but the required compensation volumes are certainly available.
Die konstruktive Auslegung der Sensorvorrichtung und insbesondere die Ausgestaltung des Messraums als ein mehrteiliger Messraum mit unterschiedlichen Funktionen (Funktionsbereichen) führt zu einer erheblichen Verminderung der störenden Einflüsse von Luft- oder Gasblasen, so dass auch über einen längeren Zeitraum und mit unterschiedlichen fluiden Medien eine verlässliche Erfassung durchgeführt werden kann. Störende Luft- oder Gasblasen können sich nicht im Bereich der Messstrecke anlagern, während sicher spezielle Gas- oder Luftvolumina an den vorbestimmten Stellen in den Messräumen ohne eine Beeinträchtigung der Erfassung oder Messung der Eigenschaften des fluiden Mediums vorgesehen sind. In Verbindung mit den bereitgestellten Ausgleichsvolumina ist einerseits eine verlässliche Messung gewährleistet und ist des Weiteren gewährleistet, dass auch bei einem Einfrieren des zu erfassenden Mediums eine Beschädigung der Sensorvorrichtung vermieden wird und nach dem Auftauen des gefrorenen Mediums in Verbindung mit den Ausgleichsvolumina ohne weitere Wartungsmaßnahmen die Sensorvorrichtung weiter betrieben werden kann. Mit den genannten konstruktiven Maßnahmen ist ebenfalls eine sehr kompakte Ausführung der Sensorvorrichtung möglich. Des Weiteren ist die Sensorvorrichtung in der Lage, auch im Rahmen der Erfassung der Eigenschaften des fluiden Mediums zu erfassen, ob das fluide Medium ganz oder teilweise (in dem Messraum, speziell innerhalb der Messstrecke) gefroren ist. The structural design of the sensor device and in particular the design of the measuring chamber as a multi-part measuring chamber with different functions (functional areas) leads to a significant reduction of the disturbing influences of air or gas bubbles, so that even over a longer period and with different fluid media reliable detection can be carried out. Disturbing air or gas bubbles can not accumulate in the region of the measuring section, while certainly special gas or air volumes are provided at the predetermined locations in the measuring chambers without affecting the detection or measurement of the properties of the fluid medium. On the one hand, a reliable measurement is ensured in conjunction with the compensating volumes provided, and it is further ensured that damage to the sensor device is avoided even if the medium to be detected is frozen and the theatrical device is thawed out after thawing of the frozen medium in conjunction with the compensating volumes without further maintenance measures can continue to operate. With the aforementioned constructive measures is also a very compact design of the sensor device possible. Furthermore, the sensor device is also able to detect during the detection of the properties of the fluid medium whether the fluid medium is completely or partially frozen (in the measurement space, especially within the measurement path).
In Verbindung mit der verlässlichen und genauen Erfassung der Eigenschaften des interessierenden Mediums in der Sensorvorrichtung und ohne Beeinträchtigung durch Luft- oder Gasblasen oder durch ein zeitweiliges Einfrieren des Mediums kann somit bei deutlichen Abweichungen der Messergebnisse auf eine allgemeine Störung der Strömung des fluiden Mediums geschlossen werden. Erfassungs- oder Messergebnisse können hinsichtlich der Eigenschaften des Mediums beispielsweise mit gespeicherten und zuvor unter vorbestimmten Bedingungen ermittelten Werten verglichen werden, so dass abweichende Eigenschaften in Verbindung mit erwünschten oder unerwünschten Änderungen des zu erfassenden Mediums sicher erfasst werden können. In conjunction with the reliable and accurate detection of the properties of the medium of interest in the sensor device and without interference from air or gas bubbles or by temporary freezing of the medium can thus be concluded with significant deviations of the measurement results on a general disturbance of the flow of the fluid medium. Detection or measurement results can be compared with respect to the properties of the medium, for example, with stored and previously determined under predetermined conditions values, so that deviating properties in connection with desired or undesirable changes of the medium to be detected can be detected safely.
Mit der kompakten Anordnung ist die Sensorvorrichtung auf einfache Weise in ein bestehendes Rohrleitungssystem einzufügen, so dass das in dem Rohrleitungssystem strömende und zu erfassende fluide Medium die Sensorvorrichtung durchströmt und teilweise füllt. Es kann dabei mit einem vergleichsweise geringen Aufwand und einer kompakten Ausführung der Sensorvorrichtung eine verlässliche Erfassung durchgeführt werden. With the compact arrangement, the sensor device is easily inserted into an existing piping system so that the fluid medium flowing and to be detected in the piping system flows through and partly fills the sensor device. It can be carried out with a comparatively low cost and a compact design of the sensor device reliable detection.
Der relativ einfache Aufbau der Sensorvorrichtung ermöglicht eine kostengünstige Herstellung, beispielsweise zur Anwendung im Bereich der Kfz-Technik mit hohen Stückzahlen. Im Hinblick auf eine Anwendung im Bereich der Kfz-Technik ist die Erfassung der Eigenschaften (beispielsweise der Konzentration und/oder Zusammensetzung) einer wässrigen Harnstofflösung möglich, die zur Abgasreinigung bei Diesel-Brennkraftmaschinen verwendet wird. Die Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch hierauf nicht festgelegt, und es können weitere unterschiedliche Medien in industriellen Anlagen oder auch in privaten Haushalten hinsichtlich bestimmter Eigenschaften erfasst werdenThe relatively simple construction of the sensor device enables a cost-effective production, for example for use in the field of high-volume automotive engineering. With regard to an application in the field of motor vehicle technology, it is possible to record the properties (for example the concentration and / or composition) of an aqueous urea solution used for purifying exhaust gas in diesel internal combustion engines. However, the sensor device according to the present invention is not fixed to this, and other different media can be detected in industrial plants or even in private households with regard to certain properties
Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt. Further embodiments of the present invention are set forth in the dependent claims.
Das erste Anschlusselement kann eine Einströmöffnung in den Messraum und das zweite Anschlusselement eine Ausströmöffnung für das fluide Medium aus dem Messraum aufweisen, und es kann ein Ultraschallmodul vorgesehen sein, das Ultraschallsignale in den Messraum sendet und reflektierte Ultraschallsignale aus dem Messraum empfängt, und wobei das Ultraschallmodul benachbart zu einem der Anschlusselemente und außerhalb des Messraums angeordnet sein kann. The first connection element can have an inflow opening into the measurement space and the second connection element can have an outflow opening for the fluid medium from the measurement space, and an ultrasound module can be provided which transmits ultrasound signals into the measurement space and receives reflected ultrasound signals from the measurement space, and wherein the ultrasound module may be arranged adjacent to one of the connection elements and outside the measuring space.
Das erste und zweite Anschlusselement kann jeweils einen inneren Endbereich aufweisen, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und an den Messraum anschließt, und wobei der erste oder zweite Endraum jeweils oberhalb und seitlich des betreffenden Endbereichs ausgebildet sein kann. The first and second connection element may each have an inner end region which is arranged within the housing and adjoins the measurement space, and wherein the first or second end space may be formed above and laterally of the respective end region.
Jeder Endraum kann teilweise mit dem fluiden Medium gefüllt sein und des Weiteren ein Luft- oder Gasvolumen aufweisen, das in Abhängigkeit von einem Druck des fluiden Mediums hinsichtlich seiner Größe veränderlich ist. Each end space may be partially filled with the fluid medium and further include an air or gas volume that is variable in size depending on a pressure of the fluid medium.
Das erste und zweite Reflexionselement kann aus einem streifenförmigen Material gebildet sein, und es kann das erste Reflexionselement von dem zweiten Reflexionselement durch einen Mittelbereich beabstandet sein. The first and second reflection elements may be formed of a strip-shaped material, and the first reflection element may be spaced from the second reflection element by a central region.
Das erste und zweite Reflexionselement und der Mittelbereich können einstückig als Formteil ausgebildet sein. The first and second reflection element and the central region may be integrally formed as a molded part.
Das erste und zweite Reflexionselement des Formteils kann gegenüber dem Mittelbereich in einem jeweiligen vorbestimmten Winkel relativ zum Mittelbereich gebogen sein, und es kann die Messstrecke zwischen dem ersten und zweiten Reflexionselement gebildet sein, wobei die Messstrecke vollständig innerhalb des fluiden Mediums verlaufen kann. The first and second reflection elements of the molding may be bent relative to the central region at a respective predetermined angle relative to the central region, and the measurement path may be formed between the first and second reflection elements, wherein the measurement path may extend completely within the fluid medium.
Das Formteil mit dem ersten und zweiten Reflexionselement kann in einem Bodenbereich der Sensorvorrichtung unterhalb des Messraums befestigt sein, wobei sich der Mittelbereich des Formteils innerhalb des Bodenbereichs befinden kann.The molded part with the first and second reflection element can be fastened in a bottom area of the sensor device below the measuring space, wherein the middle area of the molded part can be located within the floor area.
Das zweite Reflexionselement kann senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Messraums und das erste Reflexionselement einen vorbestimmten Winkel zur Erstreckungsrichtung aufweisen zum Reflektieren der Ultraschallsignale von und zu dem benachbart angeordneten Ultraschallmodul. The second reflection element can have a predetermined angle to the extension direction perpendicular to the extension direction of the measurement space and the first reflection element for reflecting the ultrasonic signals from and to the adjacently arranged ultrasonic module.
Das erste Reflexionselement kann um den vorbestimmten Winkel relativ zur Erstreckungsrichtung des Messraums in Richtung des zweiten Reflexionselements gebogen sein, wenn sich das Ultraschallmodul unterhalb des Formteils befindet, und es kann das erste Reflexionselement um den vorbestimmten Winkel relativ zur Erstreckungsrichtung des Messraums von dem zweiten Reflexionselement weg gebogen sein, wenn sich das Ultraschallmodul oberhalb des Messraums und oberhalb des ersten Reflexionselements befindet. The first reflection element may be bent by the predetermined angle relative to the extension direction of the measurement space in the direction of the second reflection element when the ultrasonic module is located below the molded part, and the first reflection element may be away from the second reflection element by the predetermined angle relative to the extension direction of the measurement space be bent when the ultrasonic module is above the measuring space and above the first reflection element.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen: The invention will be described below with reference to embodiments with reference to the figures. Show it:
1 eine schematische Darstellung der Sensorvorrichtung, die innerhalb eines Rohrleitungssystems, beispielsweise einer Abgasreinigungseinrichtung, angeordnet ist, 1 a schematic representation of the sensor device, which is disposed within a pipeline system, for example an exhaust gas purification device,
2 die äußere Form der Sensorvorrichtung zum Einsetzen in das Rohrleitungssystem, 2 the external shape of the sensor device for insertion into the pipeline system,
3 eine schematische und vereinfachte Schnittdarstellung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise und des Aufbaus der Sensorvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 3 a schematic and simplified sectional view for illustrating the operation and the structure of the sensor device according to a first embodiment of the present invention,
4 eine Schnittdarstellung der Sensorvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung entlang der Schnittrichtung S gemäß 3 und durch Mittellinien M, 4 a sectional view of the sensor device according to the first embodiment of the invention along the cutting direction S according to 3 and by center lines M,
5 eine Schnittdarstellung der Sensorvorrichtung gemäß 4 senkrecht zur Schnittrichtung S gemäß 3 und durch die Mittellinien M, 5 a sectional view of the sensor device according to 4 perpendicular to the cutting direction S according to 3 and through the center lines M,
6 eine vereinfachte Darstellung eines Formteils zur Ausbildung von Reflexionsflächen, 6 a simplified representation of a molded part for the formation of reflective surfaces,
7 eine Abwandlung des Formteils gemäß 6 zur Bildung der Reflexionsflächen, 7 a modification of the molding according to 6 for the formation of reflection surfaces,
8 eine Schnittansicht der Sensorvorrichtung entlang der Schnittrichtung S gemäß 3 und senkrecht zur Mittellinie M gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und 8th a sectional view of the sensor device along the cutting direction S according to 3 and perpendicular to the center line M according to a second embodiment, and
9 eine schematische Schnittansicht der Sensorvorrichtung entsprechend einer abgewandelten Ausführung. 9 a schematic sectional view of the sensor device according to a modified embodiment.
Der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel werden nachstehend in Verbindung mit den 1 bis 3 beschrieben. The structure and operation of the sensor device according to the invention according to a first embodiment will be described below in connection with the 1 to 3 described.
1 zeigt die Sensorvorrichtung 1, die in ein Rohrleitungssystem 2 eingesetzt ist und von einem zu erfassenden fluiden Medium 3, beispielsweise einer Flüssigkeit, durchströmt wird. Das Rohrleitungssystem 2 im Sinne der vorliegenden Erfindung kann dabei Rohre unterschiedlichen Durchmessers sowie auch bedarfsweise Schläuche aufweisen. 1 shows the sensor device 1 in a pipeline system 2 is used and of a fluid medium to be detected 3 , For example, a liquid is flowed through. The piping system 2 In the context of the present invention, tubes of different diameter as well as, if necessary, hoses may have.
Die Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise der Sensorvorrichtung 1 erfolgt hierbei am Beispiel der Anordnung der Sensorvorrichtung 1 als Teil einer Abgasreinigungsanlage für eine industrielle Anwendung oder in einem Kraftfahrzeug, wobei eine Brennkraftmaschine 4 als Abgasquelle vorgesehen ist und wobei die Abgase in eine Abgasanlage 5 geleitet werden. Das fluide Medium 3, das beispielsweise in Verbindung mit dieser Anwendung zur Abgasreinigung einer Diesel-Brennkraftmaschine eine wässrige Harnstofflösung sein kann, befindet sich in einem Tank oder Behälter 6, und wird mittels des Rohrleitungssystems 2 der Abgasanlage 5 der Brennkraftmaschine 4 zugeführt. In das Rohrleitungssystem 2 ist die Sensorvorrichtung 1 eingesetzt (mit den jeweiligen Rohren des Rohrleitungssystems 2 verbunden), so dass das vom Behälter 6 mittels einer Entnahmeeinrichtung 7 entnommene fluide Medium 3 die Sensorvorrichtung 1 durchströmt und in vorbestimmter Menge in Abhängigkeit vom dem Betrieb der Brennkraftmaschine 4 in die Abgasanlage 5 eingebracht wird. The description of the structure and operation of the sensor device 1 This is done using the example of the arrangement of the sensor device 1 as part of an emission control system for an industrial application or in a motor vehicle, wherein an internal combustion engine 4 is provided as an exhaust gas source and wherein the exhaust gases in an exhaust system 5 be directed. The fluid medium 3 that may be an aqueous urea solution, for example, in conjunction with this application for exhaust gas purification of a diesel internal combustion engine is located in a tank or container 6 , and by means of the piping system 2 the exhaust system 5 the internal combustion engine 4 fed. In the piping system 2 is the sensor device 1 used (with the respective pipes of the piping system 2 connected), so that from the container 6 by means of a removal device 7 removed fluid medium 3 the sensor device 1 flows through and in a predetermined amount depending on the operation of the internal combustion engine 4 in the exhaust system 5 is introduced.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Anwendung in dem Rohrleitungssystem 2 der Abgasanlage 5 beschränkt. Sie ist vielmehr anwendbar bei einer Verweilzeit ein Einsatzmöglichkeiten, bei denen ein fluides Medium ungeachtet seiner Art und Beschaffenheit hinsichtlich spezieller Eigenschaften auf einfache Weise und mit einer kompakten Vorrichtung zu erfassen ist und wobei die genaue Erfassung auch dann gewährleistet sein soll, wenn ungünstig äußere Rahmenbedingungen herrschen. The present invention is not limited to the above-described application in the piping system 2 the exhaust system 5 limited. Rather, it is applicable to a dwell time applications in which a fluid medium regardless of its nature and nature in terms of specific properties in a simple manner and with a compact device is to capture and the accurate detection should be ensured even if unfavorable external conditions prevail ,
Ergänzend kann der Behälter 6 einen Füllstandsensor 8 aufweisen, mittels dessen der aktuelle und betriebsabhängig schwankende Füllstand des fluiden Mediums 3 im Behälter 6 bestimmt werden kann. In addition, the container 6 a level sensor 8th have, by means of which the current and operationally fluctuating level of the fluid medium 3 in the container 6 can be determined.
Eine zentrale Steuerungseinrichtung 9 dient zur Steuerung der gesamten Abläufe und steht mit dem Behälter 6 hinsichtlich der Steuerung beispielsweise der Entnahmeeinrichtung 7 und des Füllstandsensors 8, der Sensorvorrichtung 1 sowie der Brennkraftmaschine 4 in entsprechender Verbindung zur Übertragung von Daten, Befehlen und bedarfsweise einer elektrischen Leistung. Ferner erhält die zentrale Steuerungseinrichtung 9 Information hinsichtlich des aktuellen Betriebs der Abgasanlage 5, wobei in Abhängigkeit von der Information die jeweils in die Abgasanlage 5 einzubringende Menge des fluiden Mediums 3 zur Abgasreinigung bestimmt wird. A central control device 9 serves to control the entire process and stands with the container 6 with regard to the control, for example, of the removal device 7 and the level sensor 8th , the sensor device 1 and the internal combustion engine 4 in an appropriate connection to the transmission of data, commands and, if necessary, an electrical power. Furthermore, the central control device receives 9 Information regarding the current operation of the exhaust system 5 , wherein depending on the information in each of the exhaust system 5 to be introduced amount of the fluid medium 3 to the exhaust gas cleaning is determined.
Die Sensorvorrichtung 1 kann somit beispielsweise gemäß 1 einen Teil einer Abgasreinigungsanlage darstellen, wobei die Abgasanlage 5 in einem Kraftfahrzeug oder in jeder anderen industriellen Einrichtung mit einer Abgasquelle ähnlich der Brennkraftmaschine 4 angewendet werden kann. Die Sensorvorrichtung 1 wird während des gesamten Betriebs der Abgasanlage 5 von dem zu erfassenden fluiden Medium 3 durchströmt und bestimmt in Abhängigkeit von einer entsprechenden Steuerung durch die zentrale Steuerungseinrichtung 9 kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitabständen (intermittierend) die Eigenschaften des fluiden Mediums 3, das bei der Abgasreinigung einer Diesel-Brennkraftmaschine eine wässrige Harnstofflösung sein kann, wobei jeweilige Erfassungssignale der zentralen Steuerungseinrichtung 9 zugeführt werden. The sensor device 1 Thus, for example, according to 1 represent a part of an emission control system, wherein the exhaust system 5 in a motor vehicle or in any other industrial device with an exhaust source similar to the internal combustion engine 4 can be applied. The sensor device 1 is used throughout the operation of the exhaust system 5 from the fluid medium to be detected 3 flows through and determined in dependence on a corresponding control by the central control device 9 continuously or at predetermined intervals (intermittently) the properties of the fluid medium 3 in the exhaust gas purification of a diesel internal combustion engine may be an aqueous urea solution, wherein respective detection signals of the central control device 9 be supplied.
Entsprechen die von der Sensorvorrichtung 1 erfassten Daten bezüglich der Eigenschaften des fluiden Mediums 3 (beispielsweise einiger spezielle Eigenschaften desselben) zuvor bestimmten und gespeicherten Daten (beispielsweise Referenz- oder Bezugsdaten), oder liegen diese Daten in einem vorbestimmten Bereich (gespeicherter oder programmierter Toleranzbereich oder zulässiger Bereich), dann kann der Betrieb der Abgasanlage 5 mit der Möglichkeit der Abgasreinigung fortgesetzt werden. Liegen die durch die Sensorvorrichtung 1 erfassten Werte bezüglich der Eigenschaften des fluiden Mediums 3 geringfügig oder erheblich außerhalb des zulässigen Bereichs, dann kann ein Alarmsignal ausgegeben werden und/oder es kann die Anlage in einen Notbetrieb versetzt oder völlig stillgelegt werden. These correspond to the sensor device 1 recorded data regarding the properties of the fluid medium 3 (for example, some specific characteristics thereof) previously determined and stored data (for example, reference or reference data), or are these data in a predetermined range (stored or programmed tolerance range or allowable range), then the operation of the exhaust system 5 be continued with the possibility of emission control. Lying through the sensor device 1 recorded values regarding the properties of the fluid medium 3 slightly or significantly outside the permissible range, an alarm signal can be output and / or the system can be placed in emergency mode or completely shut down.
2 zeigt die äußere Gestaltung der Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Sensorvorrichtung 1 ein Gehäuse 10 aufweist, aus dem ein erstes Anschlusselement 11 und ein zweites Anschlusselement 12 herausragen. Beide Anschlusselemente 11 und 12 dienen dem Anschluss an bestehende Rohrleitungen oder an elastische Schläuche (beispielsweise des Rohrleitungssystems 2) und weisen dazu jeweilige rohrförmige Enden 11a und 12a außerhalb des Gehäuses 10 auf, so dass der Sensorvorrichtung 1 auf diese Weise das zu erfassende fluide Medium 3 zugeführt und wieder entnommen werden kann, und die Sensorvorrichtung 1 somit von dem zu erfassenden fluiden Medium 3 durchströmt wird. 2 shows the external configuration of the sensor device 1 according to the present invention, wherein the sensor device 1 a housing 10 has, from which a first connection element 11 and a second connection element 12 protrude. Both connection elements 11 and 12 serve for connection to existing pipelines or to flexible hoses (for example, the piping system 2 ) and have respective tubular ends 11a and 12a outside the case 10 on, allowing the sensor device 1 in this way the fluid medium to be detected 3 can be supplied and removed again, and the sensor device 1 thus of the fluid medium to be detected 3 is flowed through.
Das Gehäuse 10 kann hierbei mehrteilig ausgeführt sein und kann die beiden zueinander beabstandeten Anschlusselemente 11 und 12 in entsprechend abgedichteter Weise und mit der entsprechenden mechanischen Stabilität aufnehmen. The housing 10 can be made in several parts and can be the two spaced connection elements 11 and 12 in a suitably sealed manner and with the appropriate mechanical stability record.
Gemäß 2 ist an dem Gehäuse 10 der Sensorvorrichtung 1 eine Steckereinrichtung 13 vorgesehen, so dass die Sensorvorrichtung 1 beispielsweise mit der zentralen Steuerungseinrichtung 9 einerseits zur Versorgung mit elektrischer Leistung und andererseits zur bidirektionalen Übertragung von Daten verbunden werden kann. Weitere Einzelheiten des Gehäuses 10, beispielsweise dessen Befestigung an anderen Elementen in einem Kraftfahrzeug oder einer Maschine sind zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. According to 2 is on the case 10 the sensor device 1 a plug device 13 provided so that the sensor device 1 for example, with the central control device 9 on the one hand can be connected to the supply of electrical power and on the other hand, for bidirectional transmission of data. Further details of the housing 10 For example, its attachment to other elements in a motor vehicle or a machine are omitted for simplicity of illustration.
3 zeigt eine schematische und vereinfachte Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus der Sensorvorrichtung 1, wobei das erste und zweite Anschlusselement 11 und 12 innerhalb der Sensorvorrichtung 1 in das Gehäuse 1 eingesetzt und mit einem Messraum 14 verbunden sind bzw. in den Messraum 14 eintreten bzw. in den Messraum 14 münden. Die Darstellung in 3 ist schematisch und vereinfacht. Im Einzelnen sind die beiden Anschlusselemente 11 und 12 über den Messraum 14 zueinander beabstandet. In den Anschlusselementen 11 und 12 sowie in dem Messraum 14 befindet sich das zu erfassende fluide Medium 3, wobei speziell der Messraum 14 zumindest teilweise mit dem fluiden Mediums 3 gefüllt ist. Der Messraum 14 erstreckt sich entlang einer gestrichelten Linie E. Die gestrichelte Linie E stellt für den Messraum 14 eine Längsachse bzw. eine Erstreckungsrichtung dar, die nachstehend und in Verbindung mit weiteren Figuren als Erstreckungsrichtung E des Messraums 14 bezeichnet wird. Die Mehrteiligkeit des Messraums 14 wird nachstehend noch beschrieben. 3 shows a schematic and simplified illustration of the basic structure of the sensor device 1 , wherein the first and second connection element 11 and 12 within the sensor device 1 in the case 1 used and with a measuring room 14 connected or in the measuring room 14 enter or into the measuring room 14 lead. The representation in 3 is schematic and simplified. In detail, the two connection elements 11 and 12 over the measuring room 14 spaced apart. In the connection elements 11 and 12 as well as in the measuring room 14 is the fluid to be detected 3 , in particular, the measuring room 14 at least partially with the fluid medium 3 is filled. The measuring room 14 extends along a dashed line E. The dashed line E represents the measuring space 14 a longitudinal axis or an extension direction, the below and in conjunction with other figures as the extension direction E of the measuring space 14 referred to as. The multi-part of the measuring room 14 will be described below.
3 zeigt ferner im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Anschlusselement 11 und 12 in diesen Anschlusselementen 11 und 12 jeweils gedachte Mittellinien M, die als strichpunktierte Linien dargestellt sind. Die Mittellinien M des ersten und zweiten Anschlusselements 11 und 12 dienen einerseits zur Darstellung der Erstreckungsrichtung der Anschlusselemente 11 und 12, und andererseits auch als Bezugslinien zur Definition nachstehend noch beschriebener Schnittdarstellungen der Sensorvorrichtung 1. Hierzu ist mit einem Pfeil S eine Schnittrichtung in 3 dargestellt. 3 further shows in connection with the first and second connection element 11 and 12 in these connection elements 11 and 12 each imaginary center lines M, which are shown as dash-dotted lines. The center lines M of the first and second connection element 11 and 12 serve on the one hand to represent the extension direction of the connection elements 11 and 12 and on the other hand also as reference lines for the definition of later described sectional views of the sensor device 1 , For this purpose, an arrow S is a cutting direction in 3 shown.
3 zeigt ferner außerhalb des Messraums 14, aber in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Messraum 14 ein Ultraschallmodul 15, das eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung für Ultraschallsignale aufweist, und das in der Weise angeordnet ist, dass die entsprechend einer jeweiligen Ansteuerung erzeugten Ultraschallsignale in den Messraum 14 abgegeben werden. Jeweils reflektierte Ultraschallsignale, die aus dem Messraum austreten, können mittels des Ultraschallmoduls 15 empfangen werden. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die zugehörigen Reflexionseinrichtungen in 3 noch nicht gezeigt. Diese werden in Verbindung mit den 4 und 5 beschrieben. 3 also shows outside the measuring room 14 but in the immediate vicinity of the measuring room 14 an ultrasound module 15 , which has a transmitting device and a receiving device for ultrasonic signals, and which is arranged in such a way that the ultrasonic signals generated according to a respective control in the measuring space 14 be delivered. Respectively reflected ultrasonic signals emerging from the measuring space can be detected by means of the ultrasonic module 15 be received. For ease of illustration, the associated reflection means are in 3 not shown yet. These will be in conjunction with the 4 and 5 described.
Es wird ferner eine entsprechende elektrische Leistung bereitgestellt, und es können Daten übertragen und gespeichert werden, wobei ein Anschluss beispielsweise zu der zentralen Steuerungseinrichtung 9 mittels der Steckereinrichtung 13 gebildet wird. Durch entsprechende Befehle bewirkt die Steuerungseinrichtung 9 den Betrieb des Ultraschallmoduls 15 in Abhängigkeit von einer zu erreichenden Wirkung und/oder dem zu erfassenden fluiden Medium 3. Schematisch sind in der Steckereinrichtung 13 gemäß 3 zwei Steckkontakte angedeutet. Die Anzahl der Steckkontakte der Steckereinrichtung 13 ist hierauf jedoch nicht festgelegt, sondern von dem Bedarf hinsichtlich der Datenübertragung unter Bereitstellung einer elektrischen Leistung abhängig, wobei eine entsprechende Mehrzahl von Steckkontakten vorgesehen sein kann. Furthermore, a corresponding electrical power is provided, and data can be transmitted and stored, wherein a connection is made, for example, to the central control device 9 by means of the plug device 13 is formed. By appropriate commands causes the controller 9 the operation of the ultrasonic module 15 depending on an effect to be achieved and / or the fluid to be detected medium 3 , Schematically are in the connector device 13 according to 3 two plug contacts indicated. The number of plug contacts of the plug device 13 However, this is not fixed, but depends on the need for data transmission to provide an electrical power, wherein a corresponding plurality of plug contacts may be provided.
Das Ultraschallmodul 15 ist mit einer Steuerungseinheit 16 verbunden, die in der Lage ist, das Ultraschallmodul 15 zum Senden und Empfangen der jeweiligen Ultraschallsignale anzusteuern, und stellt eine Verbindung zur zentralen Steuerungseinrichtung 9 her. In Abhängigkeit von den jeweiligen Anweisungen der zentralen Steuerungseinrichtung 9 an die Steuerungseinheit 16 in der Sensorvorrichtung 1 wird das Ultraschallmodul 15 zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen in Verbindung mit dem Messraum 14 veranlasst, wobei der Messraum 14 teilweise mit dem fluiden Medium 3 gefüllt ist, dessen Eigenschaften kontinuierlich oder zu vorbestimmten Zeiten (intermittierend) erfasst werden. Zu diesen Zeiten wird die Steuerungseinheit 16 das Ultraschallmodul 15 in vorbestimmter Weise entsprechend ansteuern. Innerhalb des Gehäuses 10 sind somit das Ultraschallmodul 15 mit Sender und Empfänger für Ultraschallsignale, die beiden Enden der Anschlusselemente 11 und 12, der Messraum 14, die Steuerungseinheit 16, die Steckereinrichtung 13 (die von außen zugänglich ist) sowie nachstehend noch beschriebene Reflexionselemente angeordnet. Das für die genannten Komponenten gemeinsame Gehäuse 10 kann zur Abdichtung ganz oder zumindest teilweise mittels eines Kunststoffmaterials (oder unterschiedlicher Materialien) vergossen werden. The ultrasound module 15 is with a control unit 16 connected, which is capable of the ultrasound module 15 to drive to transmit and receive the respective ultrasonic signals, and connects to the central control device 9 ago. Depending on the respective instructions of the central control device 9 to the control unit 16 in the sensor device 1 becomes the ultrasound module 15 for sending and receiving ultrasound signals in connection with the measuring room 14 causing the measuring space 14 partly with the fluid medium 3 is filled whose properties are detected continuously or at predetermined times (intermittently). At these times, the control unit 16 the ultrasound module 15 trigger accordingly in a predetermined manner. Inside the case 10 are thus the ultrasound module 15 with transmitter and receiver for ultrasonic signals, the two ends of the connection elements 11 and 12 , the measuring room 14 , the control unit 16 , the plug device 13 (Which is accessible from the outside) and arranged below reflection elements. The housing common to said components 10 For the purpose of sealing, it can be cast completely or at least partially by means of a plastic material (or different materials).
In der Darstellung gemäß 3 befindet sich das Ultraschallmodul 15 oberhalb des Messraums 14, wobei das Ultraschallmodul 15 mit einer Leiterplatte 19 elektrisch verbunden oder auch mechanisch befestigt ist, auf der die Steuerungseinheit 16 mit elektrischen und elektronischen Bauelementen verwirklicht ist. Die Ultraschallsignale werden in der Darstellung von 3 von oben in den Messraum 14 gesendet und auch mittels des Ultraschallmoduls 15 empfangen, wobei dies mittels eines Doppelpfeils 20 in 3 dargestellt ist. In the illustration according to 3 is the ultrasound module 15 above the measuring room 14 , wherein the ultrasound module 15 with a circuit board 19 electrically connected or mechanically fixed, on which the control unit 16 realized with electrical and electronic components. The ultrasonic signals are shown in the illustration of 3 from above into the measuring room 14 sent and also by means of the ultrasonic module 15 received, this by means of a double arrow 20 in 3 is shown.
Die vorliegende Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt, vielmehr kann die Anordnung des Ultraschallmoduls 15 und der Steuerungseinheit 16 (Leiterplatte 19) relativ zu dem Messraum 14 auch umgekehrt sein, indem das Ultraschallmodul 15 und die zugehörige Leiterplatte 19 unterhalb des Messraums 14 in einer zu 3 gleichartigen Darstellung angeordnet ist, wobei die Ultraschallsignale in diesem Fall von unten in den Messraum 14 gesendet und aus diesem empfangen werden. In beiden Fällen werden die gleichen Vorteile erhalten, wobei in letzterem Fall auch die Steckereinrichtung 13 nicht zwingend aber vorzugsweise im unteren Teil des Gehäuses 10 der Sensorvorrichtung 1 angeordnet ist. However, the present invention is not limited thereto, but the arrangement of the ultrasonic module 15 and the control unit 16 (PCB 19 ) relative to the measuring space 14 also be the other way round by the ultrasound module 15 and the associated circuit board 19 below the measuring room 14 in one too 3 similar representation is arranged, wherein the ultrasonic signals in this case from below into the measuring space 14 be sent and received from this. In both cases, the same benefits are obtained, in the latter case, the connector device 13 not necessarily but preferably in the lower part of the housing 10 the sensor device 1 is arranged.
4 zeigt eine Schnittansicht der Sensorvorrichtung 1 entlang der Schnittrichtung S gemäß dem entsprechenden Pfeil in 3, wobei dieser Schnitt auch durch die Mittellinien M des ersten und zweiten Anschlusselements 11 und 12 verläuft. 4 shows a sectional view of the sensor device 1 along the cutting direction S according to the corresponding arrow in 3 , This section also through the center lines M of the first and second connection element 11 and 12 runs.
In das Gehäuse 10 der Sensorvorrichtung 1 ist auf der in der Darstellung linken Seite gemäß 4 das erste Anschlusselement 11 eingesetzt, und auf der rechten Seite in 4 das zweite Anschlusselement 12 eingesetzt. Das Einsetzen des ersten und zweiten Anschlusselements 11 und 12 in das Gehäuse 10 betrifft vorzugsweise ein formschlüssiges Einsetzen, wobei die beiden Anschlusselemente 11 und 12 auch in abgedichteter Weise in das Gehäuse 10 eingesetzt sind, so dass das die Sensorvorrichtung 1 durchströmende fluide Medium 3 nicht unerwünscht austreten kann. Das fluide Medium 3 kann über das erste und zweite Anschlusselement 11 und 12 jeweils in den Messraum 14 der Sensorvorrichtung 1 eintreten und wieder austreten, wobei im Einzelnen der Messraum 14 teilweise mit dem Medium 3 gefüllt ist. Dies ist ebenfalls in 4 bezüglich des Messraums 14 sowie der beiden Anschlusselemente 11 und 12 angedeutet. In the case 10 the sensor device 1 is on the left side in the illustration according to 4 the first connection element 11 inserted, and on the right in 4 the second connection element 12 used. The insertion of the first and second connection element 11 and 12 in the case 10 preferably relates to a positive insertion, wherein the two connecting elements 11 and 12 also in a sealed manner in the housing 10 are used, so that the sensor device 1 flowing fluid medium 3 can not escape undesirably. The fluid medium 3 can via the first and second connection element 11 and 12 each in the measuring room 14 the sensor device 1 enter and exit, in detail the measuring room 14 partly with the medium 3 is filled. This is also in 4 with respect to the measuring room 14 as well as the two connection elements 11 and 12 indicated.
Die beiden Anschlusselemente 11 und 12 ragen jeweils in einer vorbestimmten weise und mit vorbestimmter Länge in den Messraum 14 der Sensorvorrichtung 1. Hierbei ragt ein erstes Rohrende bzw. innerer Endbereich 11b des ersten Anschlusselements 11 auf der linken Seite gemäß der Darstellung in 4 in den Messraum 14, und ragt ein zweites Rohrende bzw. innerer Endbereich 12b des zweiten Anschlusselements 12 auf der rechten Seite der Darstellung in 4 in den Messraum 14. Die inneren Endbereiche 11b und 12b sind diejenigen Bereiche des jeweiligen ersten und zweiten Anschlusselements 11 und 12, die innerhalb des Gehäuses 10 der Sensorvorrichtung 1 liegen. Die beiden Rohrenden bzw. inneren Endbereiche 11b und 12b umfassen jeweils entsprechende Öffnungen, durch die das fluide Medium 3 in den Messraum 14 einströmen und ausströmen kann. In den 4 und 5 ist die bevorzugte Strömungsrichtung des fluiden Mediums 3 durch die Sensorvorrichtung 1 durch Pfeile R angedeutet. The two connection elements 11 and 12 each protrude in a predetermined manner and with a predetermined length in the measuring space 14 the sensor device 1 , In this case, a first pipe end or inner end region protrudes 11b of the first connection element 11 on the left as shown in 4 in the measuring room 14 , and protrudes a second pipe end or inner end region 12b of the second connection element 12 on the right side of the illustration in 4 in the measuring room 14 , The inner end areas 11b and 12b are those areas of the respective first and second connection element 11 and 12 inside the case 10 the sensor device 1 lie. The two pipe ends or inner end regions 11b and 12b each comprise corresponding openings through which the fluid medium 3 in the measuring room 14 can flow in and out. In the 4 and 5 is the preferred flow direction of the fluid medium 3 through the sensor device 1 indicated by arrows R.
Mittels der jeweils innerhalb des Messraums 14 liegenden Endbereiche 11b und 12b der jeweiligen Anschlusselemente 11 und 12 wird der Messraum 14 unter anderem abgeschlossen. Der Messraum 14 wird ferner abgeschlossen durch einen Bodenbereich 21, sowie einem Deckenbereich 22, wobei sowohl der Bodenbereich 21 als auch der Deckenbereich 22 aus elastischen Materialien und vorzugsweise abdichtenden Materialien gebildet wird. Sowohl der Bodenbereich 21 als auch der Deckenbereich 22 können auch aus einer Vergussmasse bestehen. Insgesamt wird somit der Messraum 14 umgrenzt von dem Bodenbereich 21, dem Deckenbereich 22 und den beiden inneren Endbereiche 11a und 11b, so dass das fluide Medium 3 lediglich durch die Öffnungen der jeweiligen inneren Endbereiche 11b und 12b ein- und ausströmen kann. By means of each within the measuring room 14 lying end portions 11b and 12b the respective connection elements 11 and 12 becomes the measuring room 14 completed among others. The measuring room 14 is further completed by a floor area 21 , as well as a ceiling area 22 where both the floor area 21 as well as the ceiling area 22 made of elastic materials and preferably sealing materials is formed. Both the floor area 21 as well as the ceiling area 22 can also consist of a potting compound. Overall, therefore, the measuring room 14 bounded by the ground area 21 , the ceiling area 22 and the two inner end portions 11a and 11b so that the fluid medium 3 only through the openings of the respective inner end regions 11b and 12b can flow in and out.
4 zeigt des Weiteren ein teilweise in dem Bodenbereich 21 und dem Messraum 14 angeordnetes Formteil 23, mittels dessen nachstehend noch beschriebene Reflektoren oder Reflexionselemente gebildet werden. 4 further shows a partially in the bottom area 21 and the measuring room 14 arranged molding 23 , by means of which reflectors or reflection elements, which are described below, are formed.
Das Formteil 23 umfasst einen Mittelbereich 24, einen linken Bereich, der als erstes Reflexionselement 25 bezeichnet wird, sowie einen rechten Bereich, der als zweites Reflexionselement 26 bezeichnet wird. Das Formteil 23 ist in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet, und es ist der Mittelbereich 24 in dem Bodenbereich 21 in der Weise angeordnet, dass das Formteil 23 im Bodenbereich 21 befestigt ist, beispielsweise mittels eines Vergießens. Die beiden Reflexionselemente 25 und 26 ragen aus dem Bodenbereich 21 hervor und erstrecken sich in den Messraum 14. Das erste und zweite Reflexionselement 25 und 26 ist im Wesentlichen in den Bereichen, die sich nicht innerhalb des Bodenbereichs 21 befinden, von dem zu erfassenden fluiden Medium 3 zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig umspült. The molding 23 includes a middle area 24 , a left-hand area, as the first reflection element 25 is referred to, as well as a right area, as the second reflection element 26 referred to as. The molding 23 is formed in the manner described above, and it is the center region 24 in the floor area 21 arranged in the way that the molding 23 in the ground area 21 is attached, for example by means of a potting. The two reflection elements 25 and 26 stick out of the ground area 21 and extend into the measuring room 14 , The first and second reflection element 25 and 26 is essentially in the areas that are not within the floor area 21 are from the fluid medium to be detected 3 at least partially and preferably completely lapped.
In der Darstellung gemäß 4 befindet sich in dem Bodenbereich 21 in einem separaten Raum oder mit dem Bodenbereich 21 vergossen die Leiterplatte 19 mit der Schaltungsanordnung der Steuerungseinheit 16, und auf der Leiterplatte 19 angeordnet oder zumindest mit dieser verbunden befindet sich zwischen der Leiterplatte 19 und dem Mittelbereich 24 des Formteils 23 das Ultraschallmodul 15. Das Ultraschallmodul 15 wird in entsprechender Weise und gemäß der vorstehenden Beschreibung durch die Steuerungseinheit 16 angesteuert und sendet Ultraschallsignale in den Messraum 14, und empfängt reflektierte und durch den Messraum 14 geleitete Reflexionssignale aus dem Messraum 14, worauf die empfangenen Signale in entsprechender Weise ausgewertet werden können. In the illustration according to 4 is located in the ground area 21 in a separate room or with the floor area 21 potted the circuit board 19 with the circuit arrangement of the control unit 16 , and on the circuit board 19 arranged or at least connected to this is located between the circuit board 19 and the middle area 24 of the molding 23 the ultrasound module 15 , The ultrasound module 15 is in a corresponding manner and as described above by the control unit 16 controlled and sends ultrasonic signals in the measuring room 14 , and receives reflected and through the measuring room 14 guided reflection signals from the measuring room 14 whereupon the received signals can be evaluated in a corresponding manner.
Das vorzugsweise einstückig ausgebildete Formteil 23 mit dem Mittelbereich 24 und den Reflexionselementen 25 und 26 umfasst eine Öffnung 27, durch die die Ultraschallsignale vom Ultraschallmodul 15 gesendet und empfangen werden können. Die Öffnung 27 ist hinsichtlich ihrer Dimension an die Form des Ultraschallmoduls 15 angepasst und ist in dem Formteil 23 in dem Abschnitt des Mittelbereichs 24 ausgebildet, der sich unmittelbar über dem Ultraschallmodul 15 befindet. The preferably integrally formed molding 23 with the middle area 24 and the reflection elements 25 and 26 includes an opening 27 through which the ultrasound signals from the ultrasound module 15 can be sent and received. The opening 27 is in terms of its dimension to the shape of the ultrasonic module 15 adapted and is in the molding 23 in the section of the mid-range 24 formed, located immediately above the ultrasound module 15 located.
In einer Darstellung gemäß 6 ist die Öffnung 27 in dem Formteil 23 gezeigt, wobei das Formteil 23 in 6 ohne weitere Elemente, insbesondere ohne den Bodenbereich 21 veranschaulicht ist. Es ist ferner erkennbar, dass die beiden Reflexionselemente 25 und 26 derart relativ zueinander angeordnet sind, dass in entsprechender Weise vom Ultraschallmodul 15 (im vorliegenden Fall von unten über die Öffnung 27) aus gesendete Ultraschallsignale vom ersten Reflexionselement 25 reflektiert und damit umgelenkt werden und nach dem Durchlaufen eines Teils des Messraums 14 entsprechend der Erstreckungsrichtung E gemäß 4 auf das zweite Reflexionselement 26 (bzw. dessen Oberfläche) auftreffen. Vom zweiten Reflexionselement 26 werden die Ultraschallsignale entsprechend einer Totalreflexion zurückgesendet auf das erste Reflexionselement 25, und werden nach Reflexion und Umlenkung im Wesentlichen um einen vorbestimmten Reflexionswinkel (beispielsweise von etwa 90 Grad) zu dem Ultraschallmodul 15 (insbesondere zu dessen Empfangsteil) zurückgesendet. Danach kann eine entsprechende Auswertung vorgenommen werden. In a representation according to 6 is the opening 27 in the molding 23 shown, wherein the molding 23 in 6 without further elements, in particular without the floor area 21 is illustrated. It can also be seen that the two reflection elements 25 and 26 are arranged relative to each other, that in a corresponding manner from the ultrasonic module 15 (in the present case from below over the opening 27 ) from transmitted ultrasonic signals from the first reflection element 25 reflected and thus deflected and after passing through a portion of the measuring space 14 according to the extension direction E according to 4 on the second reflection element 26 (or its surface) impinge. From the second reflection element 26 the ultrasonic signals are sent back to the first reflection element in accordance with a total reflection 25 , and upon reflection and deflection, become substantially a predetermined angle of reflection (e.g., about 90 degrees) to the ultrasound module 15 (in particular to its receiving part) returned. Thereafter, a corresponding evaluation can be made.
Zur Bestimmung bzw. Führung des vorstehend beschriebenen Wegs der ausgesendeten und empfangenen Ultraschallsignale vom und zum Ultraschallmodul 15 ist das erste Reflexionselement 25 des Formteils 23 relativ zur Erstreckungsrichtung E innerhalb des Messraums 14 um einen vorbestimmten Winkel α schräg zur Ausbreitungsrichtung der Ultraschallsignale angeordnet, so dass die Ultraschallsignale direkt auf das zweite Reflexionselement 26 auftreffen können, das im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung E steht und sich somit auch im Wesentlichen senkrecht von dem Bodenbereich 21 erstreckt, in dem ein vorbestimmter Teil des Formteils 23, vorzugsweise der Mittelbereich 24, zur Befestigung angeordnet ist. Die von dem zweiten Reflexionselement 26 total-reflektierten Ultraschallsignale werden erneut durch die schräge Raumstellung des ersten Reflexionselements 25 in der vorstehend beschriebenen Weise zurück zum Ultraschallmodul 15 geleitet. Die Oberflächen der Reflexionselemente 25 und 26, die sich im Messraum 14 gegenüber stehen und dazwischen eine Messstrecke ausbilden (entlang der Erstreckungsrichtung E im Messraum 14), sind in entsprechender Weise ausgebildet (beispielsweise beschichtet oder zusätzlich geglättet), dass eine optimale Reflexion der Ultraschallsignale gewährleistet ist.For determining or guiding the above-described path of the transmitted and received ultrasonic signals to and from the ultrasound module 15 is the first reflection element 25 of the molding 23 relative to the extension direction E within the measuring space 14 arranged at a predetermined angle α obliquely to the propagation direction of the ultrasonic signals, so that the ultrasonic signals directly to the second reflection element 26 which is substantially perpendicular to the extension direction E and thus also substantially perpendicular to the bottom portion 21 extends, in which a predetermined part of the molding 23 , preferably the mid-range 24 , is arranged for attachment. That of the second reflection element 26 Totally-reflected ultrasound signals are again through the oblique spatial position of the first reflection element 25 in the manner described above back to the ultrasonic module 15 directed. The surfaces of the reflection elements 25 and 26 who are in the measuring room 14 stand opposite and form a measuring section between them (along the extension direction E in the measuring space 14 ), are formed in a corresponding manner (for example, coated or additionally smoothed) that optimal reflection of the ultrasonic signals is ensured.
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung und entsprechenden Ausbildung des Formteils 23 mit dem schräg angeordneten ersten Reflexionselement 25 und dem im Wesentlichen zur Erstreckungsrichtung E und damit auch zur Laufrichtung oder Ausbreitungsrichtung der Ultraschallsignale senkrecht angeordneten zweiten Reflexionselement 26 erfolgt ein zweimaliger Durchlauf der Ultraschallsignale durch den Messraum 14 entsprechend der Erstreckungsrichtung E, wobei die Ultraschallsignale dem Einfluss des in dem Messraum 14 befindlichen fluiden Mediums 3 ausgesetzt sind und eine entsprechende Verzögerung bzw. Laufzeit auftritt, die bezeichnend für die Art und die Eigenschaften des fluiden Mediums 3 ist. In the above-described arrangement and corresponding design of the molding 23 with the obliquely arranged first reflection element 25 and essentially to Extension direction E and thus also to the direction or propagation direction of the ultrasonic signals vertically arranged second reflection element 26 a two-time passage of the ultrasonic signals through the measuring space takes place 14 in accordance with the extension direction E, wherein the ultrasonic signals influence the influence of the in the measuring space 14 located fluid medium 3 are exposed and an appropriate delay or maturity occurs, indicative of the nature and properties of the fluid medium 3 is.
In der gesamten Anordnung der Sensorvorrichtung 1 kann zur Verbesserung der Genauigkeit der Erfassung ein Temperatursensor vorgesehen sein, mittels dessen die Temperatur des Mediums 3 bestimmt und bei der Erfassung der jeweiligen Laufzeiten berücksichtigt werden kann. Es können Bezugswerte aufgezeichnet werden von verschiedenen fluiden Medien oder einem bestimmten fluiden Medium 3 bei verschiedenen Temperatur und mit verschiedenen Eigenschaften (Fremdstoffe, Zusammensetzung), so dass die erfassten Laufzeitwerte in Verbindung mit den Ultraschallsignalen die Eigenschaften des zu erfassenden fluiden Mediums 3 kennzeichnende Daten mit den zuvor gespeicherten Werten verglichen werden können, um konkret auf bestimmte Eigenschaften des fluiden Mediums 3 und speziell auf sich ändernde Eigenschaften des fluiden Mediums 3 zu schießen. In the entire arrangement of the sensor device 1 may be provided to improve the accuracy of detection, a temperature sensor, by means of which the temperature of the medium 3 determined and can be taken into account when recording the respective maturities. Reference values can be recorded from different fluid media or a particular fluid medium 3 at different temperature and with different properties (impurities, composition), so that the acquired transit time values in conjunction with the ultrasonic signals, the properties of the fluid to be detected 3 Characteristic data can be compared with the previously stored values, specifically to certain properties of the fluid medium 3 and specifically to changing properties of the fluid medium 3 to shoot.
Mit der Anwendung von Ultraschallsignalen zur Bestimmung von Eigenschaften des fluiden Mediums 3 ist es erforderlich, dass die Ultraschallsignale annähernd störungsfrei den Bereich zwischen den beiden Reflexionselementen 25 und 26, d. h. die dazwischen angeordnete bzw. ausgebildete Messstrecke, durchlaufen können. Hierbei soll der Bereich des Messraums zwischen den Reflexionselementen 25 und 26 vollständig mit dem zu erfassenden fluiden Medium 3 gefüllt werden, so dass keine Grenzflächen zu Luft- oder Gasblasen vorliegen, die die Ausbreitung der Ultraschallsignale und damit die Genauigkeit der Messung beeinträchtigen können. Die Grenzflächen zwischen einem dichten und einem weniger dichten Medium würden in Verbindung mit den Ultraschallsignalen zu vielfältigen und unerwünschten Reflexionen führen, die einerseits eine Abschwächung des Erfassungssignals (Messsignal) bewirken und andererseits ein Rauschen durch mehrfache Reflexionen erzeugen können. With the application of ultrasonic signals to determine fluid properties 3 It is necessary that the ultrasonic signals approximately trouble-free the area between the two reflection elements 25 and 26 , ie the interposed or trained measuring section, can pass through. Here is the area of the measuring space between the reflection elements 25 and 26 completely with the fluid medium to be detected 3 be filled so that there are no interfaces to air or gas bubbles, which may affect the propagation of the ultrasonic signals and thus the accuracy of the measurement. The interfaces between a dense and a less dense medium would lead in connection with the ultrasonic signals to diverse and unwanted reflections, on the one hand cause a weakening of the detection signal (measurement signal) and on the other hand can generate noise by multiple reflections.
Die vorstehend beschriebene Anordnung der Sensorvorrichtung 1 umfasst zur störungsarmen Führung der Ultraschallsignale im Messraum 14 und insgesamt innerhalb der Sensorvorrichtung 1 weitere entsprechende Aspekte. The above-described arrangement of the sensor device 1 includes for the low-noise guidance of the ultrasonic signals in the measuring room 14 and overall within the sensor device 1 other relevant aspects.
Wie es in 4 dargestellt ist, befindet sich zwischen den jeweils einander gegenüberliegenden Seiten der einzelnen Reflexionselemente 25 und 26 das zu erfassende fluide Medium 3. Des Weiteren befindet sich zwischen den zueinander jeweils abgewandten Seiten der Reflexionselemente 25 und 26 und den inneren Endbereichen 11b und 12b der jeweiligen Anschlusselemente 11 und 12 ebenfalls ein Räume, die zumindest teilweise durch das fluide Medium 3 gefüllt sind. Die inneren Endbereiche 11b und 12b der Anschlusselemente 11 und 12 enden mit ihren rohrförmigen Öffnungen zur Ein- und Ausströmung des fluiden Mediums 3 somit nicht an anderen Stellen des Messraums 14, sondern jeweils gemäß 4 in Bezug auf die Messstrecke im Messraum 14 hinter den jeweiligen Reflektorelementen 25 und 26, das heißt zwischen der Rückseite derselben und dem jeweiligen Ende des Messraums 14, gebildet durch die inneren Endbereiche 11b und 12b der Anschlusselemente 11 und 12. As it is in 4 is shown, is located between the respective opposite sides of the individual reflection elements 25 and 26 the fluid medium to be detected 3 , Furthermore, there is between the mutually remote sides of the reflection elements 25 and 26 and the inner end portions 11b and 12b the respective connection elements 11 and 12 also a space, at least partially through the fluid medium 3 are filled. The inner end areas 11b and 12b the connection elements 11 and 12 end with their tubular openings for inflow and outflow of the fluid medium 3 thus not elsewhere in the measuring room 14 but each according to 4 in relation to the measuring section in the measuring room 14 behind the respective reflector elements 25 and 26 that is between the back of the same and the respective end of the measuring space 14 formed by the inner end portions 11b and 12b the connection elements 11 and 12 ,
Zwischen dem jeweiligen Reflexionselement 25 oder 26 und dem benachbart angeordneten jeweiligen inneren Endbereich 11b und 12b des jeweiligen Anschlusselements 11 und 12 befindet sich somit ein jeweiliger Endraum 28 und 29, der im Wesentlichen benachbart zu den inneren Endbereichen 11b und 12b und insbesondere den zugehörigen rohrförmigen Öffnungen angeordnet ist. Der jeweilige Endraum 28 oder 29 befindet sich ebenfalls oberhalb der rohrförmigen Enden der inneren Endbereiche 11b und 12b und somit zwischen diesen jeweiligen inneren Endbereichen 11b und 12b und dem Deckenbereich 22 innerhalb des Gehäuses 10 der Sensorvorrichtung 1. Der gesamte Messraum 14 ist somit mehrteilig ausgebildet, wobei der Messraum 14 aus den beiden Endräumen 28 und 29 sowie aus dem Bereich zwischen den beiden Reflexionselementen 25 und 26 (einschließlich der Messstrecke) besteht.Between the respective reflection element 25 or 26 and the adjacently disposed respective inner end portion 11b and 12b of the respective connection element 11 and 12 There is thus a respective end space 28 and 29 which is substantially adjacent to the inner end portions 11b and 12b and in particular the associated tubular openings is arranged. The respective end room 28 or 29 is also located above the tubular ends of the inner end portions 11b and 12b and thus between these respective inner end regions 11b and 12b and the ceiling area 22 inside the case 10 the sensor device 1 , The entire measuring room 14 is thus designed in several parts, the measuring space 14 from the two end rooms 28 and 29 as well as from the area between the two reflection elements 25 and 26 (including the measuring section).
Während 4 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittrichtung S gemäß 3 veranschaulicht und wobei der Schnittverlauf auch durch die Mittellinien M der Anschlusselemente 11 und 12 verläuft (in der dargestellten Bildebene), zeigt ergänzend hierzu 5 eine Schnittdarstellung der Sensorvorrichtung 1 senkrecht zur Schnittrichtung S von 3 (und damit senkrecht zur Bildebene), wobei der Schnitt ebenfalls durch die Mittellinien M der Anschlusselemente 11 und 12 verläuft. While 4 a sectional view along the cutting direction S according to 3 illustrated and wherein the cutting path through the center lines M of the connecting elements 11 and 12 runs (in the illustrated image plane), shows in addition to this 5 a sectional view of the sensor device 1 perpendicular to the cutting direction S of 3 (and thus perpendicular to the image plane), wherein the section also through the center lines M of the connection elements 11 and 12 runs.
5 zeigt die Erstreckungsrichtung E des Messraums 14 zwischen den jeweiligen Reflexionselementen 25 und 26, sowie die Endräume 28 und 29, die benachbart sind zu den jeweiligen inneren Endbereichen 11b und 12b der Anschlusselemente 11 und 12. Die Endräume 28 und 29 erstrecken sich somit einerseits hinter den jeweiligen Reflexionselementen 25 und 26 bezogen auf die Laufwege (Messstrecke) der Ultraschallsignale zwischen den Reflexionselementen 25 und 26 entlang der Erstreckungsrichtung E, und andererseits an beiden Seiten und oberhalb der rohrförmigen Enden der inneren Endbereichen 11b und 12b der Anschlusselemente 11 und 12 und somit unterhalb des Deckenbereichs 22. 5 shows the extension direction E of the measuring space 14 between the respective reflection elements 25 and 26 , as well as the endspaces 28 and 29 which are adjacent to the respective inner end portions 11b and 12b the connection elements 11 and 12 , The endspaces 28 and 29 thus extend on the one hand behind the respective reflection elements 25 and 26 based on the paths (measurement path) of the ultrasonic signals between the reflection elements 25 and 26 along the extension direction E, and on the other hand on both sides and above the tubular ends of the inner end portions 11b and 12b the connection elements 11 and 12 and thus below the ceiling area 22 ,
Die Endräume 28 und 29 bilden somit spezielle Volumina, die auch als Ausgleichsvolumina bezeichnet werden können, in denen sich kleine Luft- oder Gasmengen (Luft- oder Gasblasen) ansammeln können und die nicht unmittelbar in Verbindung mit dem den Messraum 14 durchströmenden fluiden Medium 3 (beispielsweise auf der rechten Seite in den 3 bis 5 und somit bei dem zweiten Anschlusselement 12) aus dem Messraum 14 ausgespült werden. Es werden ständig in den Messraum 14 eintretende Luft- oder Gasblasen ausgespült, wobei jedoch absichtlich in den Endräumen 28 und 29 ein bestimmtes Luft- oder Gasvolumen innerhalb des Messraums 14 nicht ausgespült wird, daher erhalten bleibt und als Ausgleichsvolumen dienen kann, wenn das die Sensorvorrichtung 1 durchströmende fluide Medium 3 beispielsweise einem schwankenden Druck während und zu Beginn und Ende des Betriebs ausgesetzt ist. The endspaces 28 and 29 thus form special volumes, which can also be referred to as compensation volumes, in which small amounts of air or gas (air or gas bubbles) can accumulate and not directly in connection with the measuring room 14 flowing through fluid medium 3 (for example, on the right side in the 3 to 5 and thus at the second connection element 12 ) from the measuring room 14 be rinsed out. It is constantly in the measuring room 14 flushed incoming air or gas bubbles, but intentionally in the Endräumen 28 and 29 a certain volume of air or gas within the measuring space 14 is not flushed out, therefore, remains and can serve as a compensating volume, if that is the sensor device 1 flowing fluid medium 3 For example, a fluctuating pressure during and at the beginning and end of the operation is exposed.
In jedem Fall ist mit der vorstehend beschriebenen und in den 3 bis 5 im Einzelnen gezeigten Anordnung gewährleistet, dass einerseits die eigentliche Messstrecke, die dem Teil des Laufwegs der Ultraschallsignale in der Erstreckungsrichtung E zwischen den Reflexionselementen 25 und 26 entspricht, von Luft- oder Gasblasen frei gehalten wird (oder allenfalls kurzzeitzig eine Luft- oder Gasblase die Messstrecke durchläuft), und andererseits jedoch sicher eine bestimmte Menge an Luft- oder Gasblasen in den jeweiligen Endräumen 28 und 29 gesammelt werden kann. Im Allgemeinen wird im Bereich der Ausströmöffnung bei dem zweiten Anschlusselement 12 infolge der Strömungsrichtung des Mediums 3 durch die Sensorvorrichtung 1 bzw. den Messraum 14 vom ersten Anschlusselement 11 zum zweiten Anschlusselement 12 eine etwas größere Luft- oder Gasmenge angesammelt werden als im Bereich des ersten Anschlusselements 11 und dem ersten Endraum 28. Somit ist der Bereich des Messraums 14 zwischen den Reflexionselementen 25 und 26 und daher der Bereich der Laufwege der Ultraschallsignale vorzugsweise vollständig mit dem fluiden Medium 3 gefüllt, so dass keine Grenzflächen zwischen unterschiedlich dichten Medien auftreten können und somit eine Störung der Ausbreitung der Ultraschallsignale oder ein übermäßiges Rauschen wirksam verhindert werden kann. In any case, with the above-described and in the 3 to 5 arrangement shown in detail ensures that on the one hand the actual measuring path, the part of the path of the ultrasonic signals in the direction of extension E between the reflection elements 25 and 26 is kept free of air or gas bubbles (or at most kurzzeitzig an air or gas bubble passes through the measuring section), and on the other hand, but certainly a certain amount of air or gas bubbles in the respective Endräumen 28 and 29 can be collected. In general, in the region of the outflow opening in the second connection element 12 due to the flow direction of the medium 3 through the sensor device 1 or the measuring room 14 from the first connection element 11 to the second connection element 12 a slightly larger amount of air or gas are accumulated than in the region of the first connection element 11 and the first endspace 28 , Thus, the area of the measuring space 14 between the reflection elements 25 and 26 and therefore the range of the pathways of the ultrasonic signals preferably completely with the fluid medium 3 filled, so that no interfaces between different dense media can occur and thus a disturbance of the propagation of the ultrasonic signals or excessive noise can be effectively prevented.
Ein gezieltes Anlagern von Luft- oder Gasmengen tritt somit lediglich in den Endräumen 28 und 29 auf. Die jeweiligen Endräume 28 und 29 werden hinsichtlich der sich dort bildenden Luft- oder Gasmengen durch die Strömung des fluiden Mediums 3 in den Messraum 14 nicht oder nur unwesentlich ausgespült, da die rohrförmigen Enden der Anschlusselemente 11 und 12 (die inneren Endbereiche 11b und 12b) nicht in der Nähe des Gehäuses 10 relativ zum Messraum 14 enden, sondern eine vorbestimmte Strecke hinter den jeweiligen Reflexionselementen 25 und 26 in den Messraum 14 hineinragen. Es ist dies in den 3 bis 5 dargestellt. A targeted accumulation of air or gas quantities thus occurs only in the terminal areas 28 and 29 on. The respective endspaces 28 and 29 are in terms of forming there air or gas quantities by the flow of the fluid medium 3 in the measuring room 14 not or only slightly rinsed, since the tubular ends of the connecting elements 11 and 12 (the inner end areas 11b and 12b ) not near the housing 10 relative to the measuring room 14 but a predetermined distance behind the respective reflection elements 25 and 26 in the measuring room 14 protrude. It is this in the 3 to 5 shown.
Da im Allgemeinen in dem den Messraum 14 durchströmenden Medium 3 zumindest geringe Luft- oder Gasmengen gelöst sind und bei dem Durchlaufen des Messraums 14 aus dem fluiden Medium 3 Luft- oder Gasblasen austreten können, gewährleistet die vorstehende Anordnung die Bildung eines Mindestvolumens an Luft- oder Gasmenge in den jeweiligen Endräumen 28 und 29. Die Endräume 28 und 29 sind somit allenfalls teilweise mit dem fluiden Medium 3 gefüllt, und somit in einem normalen, ungestörten und erwünschten Betrieb der Sensorvorrichtung 1 mit einem annähernd kontinuierlich strömenden fluiden Medium 3 mit dem fluiden Medium 3 und teilweise mit den Luft- oder Gasmengen gefüllt. Treten im Laufe des normalen, störungsfreien und erwünschten Betriebs der Sensorvorrichtung 1 Situationen auf, in denen die angesammelte Luft- oder Gasmenge größer wird, als sie durch die Endbereiche 28 und/oder 29 (bei vorbestimmten Druckverhältnissen) aufgenommen werden können, dann gelangen bestimmte Luft- oder Gasmengen hiervon in den Bereich der Ausströmöffnung beispielsweise des zweiten inneren Endbereichs 12b des zweiten Anschlusselements 12, so dass die übermäßigen Luft- oder Gasmengen ohne Weiteres ausgespült werden. Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung ist es somit möglich, die Mindestmenge an Luft- oder Gasblasen innerhalb der Sensorvorrichtung 1 und speziell innerhalb des Messraums 14 zumindest annähernd auf einem bestimmten Niveau zu halten, wobei ein selbsttätiger (bzw. selbst regelnder) Ausgleich erfolgt, falls die sich in den Endräumen 28 und 29 anlagernde Luft- oder Gasmenge bei den vorbestimmten oder vorherrschenden bzw. sich ändernden Druckverhältnissen zu groß wird. As generally in the measuring room 14 flowing medium 3 at least small amounts of air or gas are dissolved and when passing through the measuring space 14 from the fluid medium 3 Air or gas bubbles can escape, the above arrangement ensures the formation of a minimum volume of air or gas in each Endraum 28 and 29 , The endspaces 28 and 29 are thus at most partially with the fluid medium 3 filled, and thus in a normal, undisturbed and desired operation of the sensor device 1 with an approximately continuously flowing fluid medium 3 with the fluid medium 3 and partially filled with the amounts of air or gas. Occur in the course of normal, trouble-free and desirable operation of the sensor device 1 Situations in which the accumulated amount of air or gas is greater than through the end areas 28 and or 29 (At predetermined pressure ratios) can be recorded, then enter certain amounts of air or gas thereof in the region of the outflow opening, for example, the second inner end portion 12b of the second connection element 12 so that the excessive amounts of air or gas are easily flushed out. With the arrangement described above, it is thus possible, the minimum amount of air or gas bubbles within the sensor device 1 and especially within the measuring room 14 at least approximately at a certain level, whereby an automatic (or self-regulating) compensation takes place, if in the end spaces 28 and 29 accumulating amount of air or gas is too large at the predetermined or prevailing or changing pressure conditions.
In den 4 und 5 und speziell erkennbar in 4 ist das rohrförmige Ende des jeweiligen inneren Endbereichs 11b und 12b der Anschlusselemente 11 und 12 in Form eines zur Erstreckungsrichtung E und auch zur Mittellinie M des jeweiligen Anschlusselements 11 oder 12 senkrechten Schnittlinie dargestellt. Es kann jedoch auch das rohrförmige Ende des jeweiligen inneren Endbereichs 11b oder 12b derart abgeschrägt werden, dass ein mehr oder minder großes Luft- oder Gasvolumen aus dem jeweiligen Endraum 28 oder 29 verstärkt ausgespült werden kann. Mit dieser speziellen Anordnung kann für verschiedene Arten fluider Medien 3 und verschiedenen Anwendungungen eine unterschiedlich große Luft- oder Gasmenge in den Endräumen 28 und 29 eingestellt werden. Eine derartige Situation ist beispielsweise in 9 dargestellt, wobei 9 nachstehend noch beschrieben wird. In the 4 and 5 and especially recognizable in 4 is the tubular end of the respective inner end region 11b and 12b the connection elements 11 and 12 in the form of an extension direction E and also to the center line M of the respective connection element 11 or 12 vertical cutting line shown. However, it may also be the tubular end of the respective inner end portion 11b or 12b be tapered so that a more or less large volume of air or gas from the respective end space 28 or 29 can be rinsed out more intensively. With this special arrangement can be used for different types of fluid media 3 and different applications a different amount of air or gas in the Endräumen 28 and 29 be set. Such a situation is for example in 9 shown, where 9 will be described below.
Es wurde vorstehend der Vorteil der Ausbildung von Luft- oder Gasmengen in den Endräumen 28 und/oder 29 beschrieben. Die entsprechenden Vorteile ergeben sich, wenn das fluide Medium 3, das aus dem Rohrleitungssystem 2 in die Sensorvorrichtung 1 einströmt, verschiedenen Drücken bzw. Druckverhältnissen ausgesetzt ist. Beispielsweise kann das fluide Medium 3 in Abhängigkeit von seiner Art und seiner Verwendung einen Druck von etwa 10 bar aufweisen. Wird beispielsweise beim Befüllen der gesamte Messraum 14 (der Innenraum der Sensorvorrichtung 1) zu einem Anteil von zumindest 50% gefüllt, und wird beispielsweise der Druck von einem anfänglichen niedrigeren Druck von 1 bar auf einen vorstehend beispielsweise genannten höheren Druck von etwa 10 bar erhöht, dann wird das vom fluiden Medium 3 zuvor freigebliebene und mit entsprechenden Luft- oder Gasmengen gefüllte Volumen im Messraum 14 auf etwa 5% komprimiert. Das komprimierte Volumen liegt somit in Form von Luft- oder Gasmengen (Luft- oder Gasblasen) vor, die sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Situation auf Grund des mehrteiligen Messraums 14 im Wesentlichen in den Endräumen 28 und 29 ansammeln. It has been the advantage of the formation of quantities of air or gas in the end areas above 28 and or 29 described. The corresponding benefits arise when the fluid medium 3 coming from the piping system 2 in the sensor device 1 flows in, is exposed to different pressures or pressure conditions. For example, the fluid medium 3 depending on its nature and its use have a pressure of about 10 bar. For example, when filling the entire measuring space 14 (The interior of the sensor device 1 ) is filled to a level of at least 50% and, for example, the pressure is increased from an initial lower pressure of 1 bar to an above-mentioned higher pressure of about 10 bar, for example, then that of the fluid medium 3 Previously empty volumes filled with appropriate quantities of air or gas in the measuring room 14 compressed to about 5%. The compressed volume is thus in the form of quantities of air or gas (air or gas bubbles), which depend on the particular situation due to the multi-part measuring space 14 essentially in the terminal areas 28 and 29 accumulate.
In jedem Fall bilden sich die Luft- oder Gasblasen vor und/oder hinter der eigentlichen Messstrecke entlang der Erstreckungsrichtung E und somit außerhalb des Laufwegs der Ultraschallsignale zwischen den Reflexionselementen 25 und 26. Ein vollständiges Ausspülen der Luft- oder Gasmengen in den Endräumen tritt nicht auf, da gemäß der vorstehenden Beschreibung die Ein- und Ausströmöffnungen in den inneren Endbereichen 11b und 12b der Anschlusselemente 11 und 12 hinter den jeweiligen Reflexionselementen 25 und 26 in den Messraum 14 hineinragen und auch tewilweise oberhalb der Ein- oder Ausströmöffnungen in den inneren Endbereichen 11b und 12b, d. h. in den Endräumen 28 und 29 ein Luft- oder Gasvolumen sicher ausgebildet wird. Es kann beispielsweise in einem normalen und ungestörten (erwünschten) Betrieb der Sensorvorrichtung 1 jeweils ungefähr eine Ansammlung von Luftgemischen oder Gasblasen vor und/oder hinter der Messstrecke in den jeweiligen Endräumen 28 und 29 von je etwa 20% vorgesehen sein, während das fluide Medium 3 mit einem Volumenanteil von etwa 60% in dem Messraum 14 vorliegt. In any case, the air or gas bubbles form before and / or behind the actual measuring path along the extension direction E and thus outside the path of the ultrasonic signals between the reflection elements 25 and 26 , A complete flushing of the amounts of air or gas in the end spaces does not occur because, as described above, the inlet and outlet openings in the inner end regions 11b and 12b the connection elements 11 and 12 behind the respective reflection elements 25 and 26 in the measuring room 14 protrude and also partially above the inlet or outlet openings in the inner end regions 11b and 12b ie in the terminal areas 28 and 29 an air or gas volume is safely formed. It may, for example, be in a normal and undisturbed (desired) operation of the sensor device 1 each about a collection of air mixtures or gas bubbles before and / or behind the measuring section in the respective Endräumen 28 and 29 be provided by about 20% each, while the fluid medium 3 with a volume fraction of about 60% in the measuring room 14 is present.
Wird in dem Rohrleitungssystem 2, in das die Sensorvorrichtung 1 eingesetzt ist, der Druck betriebsabhängig oder in Verbindung mit einem Abschalten wieder auf etwa 1 bar abgesenkt, dann werden sich die in der Sensorvorrichtung 1 und speziell in den Endräumen 28 und 29 des Messraums 14 angesammelten Luft- oder Gasvolumina wieder ausdehnen, so dass (in Abhängigkeit von den möglicherweise geringfügig geänderten Luft- oder Gasvolumina in den Endräume 28 und 29) die Ausdehnung der jeweiligen Luft- oder Gasmengen ungefähr auf das ursprüngliche Maß erfolgt. Will in the piping system 2 into which the sensor device 1 is used, the pressure is lowered depending on the operation or in connection with a shutdown again to about 1 bar, then in the sensor device 1 and especially in the terminal areas 28 and 29 of the measuring room 14 re-expand accumulated volumes of air or gas so that (depending on the possibly slightly changed volumes of air or gas in the end 28 and 29 ) The expansion of the respective amounts of air or gas is approximately to the original level.
Es besteht somit die Möglichkeit, im Zusammenhang mit einem Anlaufen des Betriebs der Sensorvorrichtung 1 und dem Befüllen derselben mit dem zu erfassenden Medium 3 zuerst kurzzeitig ein größeres Luft- oder Gasvolumen vorzusehen, auch wenn in diesem Fall einzelne Luft- oder Gasblasen in der Messstrecke und somit zwischen den Reflexionselementen 25 und 26 angeordnet sind. Nach Erreichen eines entsprechenden Betriebsdrucks, der im normalen störungsfreien Betrieb auftritt, werden die erwünschten Verhältnisse erreicht, indem sich die Luft- oder Gasvolumina lediglich auf den Bereich der Endräume 28 und 29 beschränken und somit in erwünschter Weise die Messstrecke entsprechend dem Verlauf der Ultraschallsignale zwischen den Reflexionselementen 25 und 26 mit großer Wahrscheinlichkeit frei von Luft- oder Gasblasen ist. In diesem Fall ist es sinnvoll, lediglich Messungen durchzuführen, wenn ein stationärer Betrieb (d. h. beispielsweise ein vorbestimmter Betriebsdruck des fluiden Mediums 3) stabil erreicht ist, da dann gewährleistet ist, dass die Messstrecke und damit der Bereich zwischen den Reflexionselementen 25 und 26 in vollem Umfang mit dem zu erfassenden Medium 3 gefüllt ist und eine Störung der Messung durch Luft- oder Gasblasen vermieden wird. There is thus the possibility, in connection with a start of the operation of the sensor device 1 and filling them with the medium to be detected 3 first briefly provide a larger volume of air or gas, even if in this case individual air or gas bubbles in the measuring section and thus between the reflection elements 25 and 26 are arranged. After reaching a corresponding operating pressure, which occurs in normal trouble-free operation, the desired ratios are achieved by the air or gas volumes only to the area of the end rooms 28 and 29 restrict and thus desirably the measuring path according to the course of the ultrasonic signals between the reflection elements 25 and 26 is likely to be free of air or gas bubbles. In this case, it makes sense to perform only measurements when a stationary operation (ie, for example, a predetermined operating pressure of the fluid medium 3 ) is reached stable, since then it is ensured that the measuring path and thus the area between the reflection elements 25 and 26 in full with the medium to be detected 3 is filled and a disturbance of the measurement is avoided by air or gas bubbles.
Neben den vorstehend beschriebenen Vorteilen in Verbindung mit einem Betrieb der Sensorvorrichtung mit dem unterschiedlichen Drücken ausgesetzten fluiden Medium 3 liegen auch Vorteile vor, falls das fluide Medium 3 hinsichtlich seiner Eigenschaften bei tiefen Temperaturen zum Einfrieren neigt. Dies ist beispielsweise der Fall bei Temperaturen geringer als etwa –11°C, wenn es sich bei dem fluiden Medium 3 um eine wässrige Harnstofflösung zur Abgasreinigung bei Diesel-Brennkraftmaschinen handelt. Ungeachtet dessen, dass die Sensorvorrichtung 1 bedarfsweise einen Temperatursensor und auch eine Heizeinrichtung aufweisen kann, besteht die Möglichkeit, dass nach einer längeren Betriebspause und nach einem Aufenthalt eines Fahrzeugs draußen bei kalter Witterung die in der Sensorvorrichtung 1 befindliche Menge des Mediums 3 ganz oder zumindest teilweise einfriert. Da beim Einfrieren entsprechende Substanzen oder Flüssigkeiten im Allgemeinen ein größeres Volumen aufweisen als im flüssigen Zustand, besteht mit der Anordnung der Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorstehenden Beschreibung die Möglichkeit, mit den in den Endräumen 28 und 29 gebildeten Luft- oder Gasmengen ebenfalls für die Zeit einer Eisbildung ein Ausgleichsvolumen bereitzustellen. Es wird in jedem Fall infolge der geringen Ausdehnung des gefrorenen Mediums 3 das durch die Endräume 28 und 29 und die entsprechenden Luft- oder Gasvolumina bereitgestellte Ausgleichsvolumen ausreichen, um eine Beschädigung der Sensorvorrichtung 1 zu vermeiden und die Volumenvergrößerung des fluiden Mediums 3 nach den Gefrieren aufzunehmen.In addition to the advantages described above in connection with operation of the sensor device with the different pressures fluid medium 3 There are also advantages if the fluid medium 3 low temperature for freezing properties. This is the case, for example, at temperatures less than about -11 ° C, when the fluid medium 3 is an aqueous urea solution for exhaust gas purification in diesel internal combustion engines. Notwithstanding that the sensor device 1 If necessary, a temperature sensor and a heating device may have, it is possible that after a long break in operation and after a stay of a vehicle outside in cold weather in the sensor device 1 amount of the medium 3 completely or at least partially frozen. Since corresponding substances or liquids during freezing generally have a larger volume than in the liquid state, there is the arrangement of the sensor device 1 as described above, the possibility of having in the Endräumen 28 and 29 amount of air or gas also to provide a compensating volume for the time of ice formation. It will in any case due to the small extent of the frozen medium 3 that through the endspaces 28 and 29 and the sufficient compensation volume provided to corresponding air or gas volumes to damage the sensor device 1 to avoid and increase the volume of the fluid medium 3 to record after the freezing.
Alternativ kann in den Endräumen 28 und 29 auch eine entsprechend komprimierbare Substanz angeordnet werden, wie beispielsweise eine in eine Kunststoffhülle eingebrachte Luft- oder Gasmenge (vorbestimmte Menge gemäß voprherrschenden Druckverhältnissen), oder indem ein Schaumstoffmaterial mit definierten Eigenschaften in zumindest einen der Endräume 28 oder 29 eingesetzt wird und diesen ganz oder zumindest teilweise ausfüllt. In diesem Fall können sich nur geringe Mengen weiterer Luft- oder Gasmengen anlagern, so dass diese während des laufenden Betriebs gebildeten Luft- oder Gasblasen ohne Weiteres und auf einfache Weise ausgespült werden können, während die ursprünglich zur Verfügung gestellten Ausgleichsvolumina in den Endräumen 28 und 29 im Wesentlichen in gleicher Form durch derartige komprimierbare Einsätze oder Kompressionselemente verbleiben und lediglich in Abhängigkeit von verschiedenen Druckwerten des fluiden Mediums 3 mehr oder weniger stark komprimiert und bei Nachlassen des Drucks wieder auf das ursprüngliche Volumen ausgedehnt werden. Alternatively, in the end rooms 28 and 29 Also, a correspondingly compressible substance can be arranged, such as, for example, a quantity of air or gas introduced into a plastic envelope (predetermined amount according to prevailing pressure conditions), or a foam material with defined properties in at least one of the end spaces 28 or 29 is used and this completely or at least partially fills. In this case, only small amounts of other amounts of air or gas can accumulate, so that these air or gas bubbles formed during operation can be easily and simply rinsed out, while the originally provided compensation volumes in the Endräumen 28 and 29 remain substantially in the same form by such compressible inserts or compression elements and only in dependence on different pressure values of the fluid medium 3 compressed more or less and be expanded to the original volume when the pressure is released.
Bereits vorstehend wurde der grundsätzliche Aufbau des Formteils 23 beschrieben, das aus den beiden Reflexionselementen 25 und 26 mit einander im Wesentlichen gegenüberliegenden Reflexionsflächen sowie aus dem Mittelbereich 24 besteht. Das Formteil 23 kann hierbei aus einem streifenförmigen Material beispielsweise durch einen Schneidevorgang oder Stanzvorgang gebildet werden, worauf durch ein entsprechendes Biegen die endgültige räumliche Form hergestellt werden kann. Während des ursprünglichen Schneid- oder Stanzvorganges kann auch die Öffnung 27 ausgebildet werden, durch die im Fall von 6 die Ultraschallsignale geleitet werden, wie es vorstehend bereits beschrieben ist. Already above was the basic structure of the molding 23 described that from the two reflection elements 25 and 26 with each other substantially opposite reflecting surfaces and from the central region 24 consists. The molding 23 can be formed from a strip-shaped material, for example, by a cutting or punching process, which can be made by a corresponding bending the final spatial shape. During the original cutting or punching process, the opening can also 27 be formed by in the case of 6 the ultrasonic signals are passed, as already described above.
Damit die Ultraschallsignale des Ultraschallmoduls 15 den geeigneten Weg durch den Messraum 14 zwischen den Reflexionselementen 25 und 26 entlang der Erstreckungsrichtung E nehmen können, ist das erste Reflexionselement 25 in entsprechender Weise geneigt angeordnet (relativ zur Ausdehnung des Mittelbereichs 24 gebogen), wobei dies ein vorbestimmter Winkel α ist, mittels dessen sichergestellt ist, dass die von dem Ultraschallmodul 15 ausgesendeten Ultraschallsignale auf das zweite Reflexionselement 26 gerichtet und die von diesem total-reflektierten Ultraschallsignale wieder präzise zum Ultraschallmodul 15 geleitet werden. Der vorbestimmte Winkel α kann beispielsweise etwa 45° betragen.So that the ultrasonic signals of the ultrasonic module 15 the appropriate way through the measuring room 14 between the reflection elements 25 and 26 along the extension direction E, is the first reflection element 25 arranged in a corresponding manner inclined (relative to the extent of the central region 24 bent), this being a predetermined angle α, by which it is ensured that those of the ultrasonic module 15 emitted ultrasonic signals to the second reflection element 26 directed and that of this totally-reflected ultrasound signals again accurate to the ultrasound module 15 be directed. The predetermined angle α may be, for example, about 45 °.
Hinsichtlich der Ausbildung des Formteils 23 mit der Öffnung 27 ist das Ultraschallmodul 15 unterhalb des Formteils 23 ganz oder teilweise in dem Bodenbereich 21 angeordnet (Darstellung in 4). With regard to the design of the molding 23 with the opening 27 is the ultrasound module 15 below the molding 23 wholly or partly in the floor area 21 arranged (representation in 4 ).
Die Darstellung in 3 zeigt auch die Möglichkeit, dass das Ultraschallmodul 15 oberhalb des Messraums 14 und damit auch oberhalb des Formteils 23 angeordnet sein kann. In diesem Fall ist das Formteil 23 entsprechend der Darstellung in 7 ausgebildet, wobei ebenfalls das erste Reflexionselement 25 in einem Winkel relativ zur Erstreckungsrichtung E oder zur Erstreckungsrichtung des Mittelbereichs 24 (im Wesentlichen im Bodenbereich 21) ausgebildet ist. In diesem Fall gelangen die Ultraschallsignale von dem über dem ersten Reflexionselement 25 angeordneten Ultraschallmodul auf das erste Reflexionselement 25, von dort zum zweiten Reflexionselement 26 und nach einer Totalreflexion am zweiten Reflexionselement 26 erneut zum ersten Reflexionselement 25 und wieder zurück zum Ultraschallmodul 15, so dass ebenfalls ein optimaler Durchlauf der Ultraschallsignale durch den Messraum 14 und damit durch das in dem Messraum 14 befindliche fluide Medium 3 gewährleistet ist. Es werden somit die von den Ultraschallsignalen zu nehmenden Wege in dem Messraum 14 durch die Form und Ausbildung des Formteils 23 bestimmt.The representation in 3 also shows the possibility that the ultrasound module 15 above the measuring room 14 and thus also above the molding 23 can be arranged. In this case, the molding is 23 as shown in 7 formed, wherein also the first reflection element 25 at an angle relative to the extension direction E or to the extension direction of the central region 24 (essentially in the ground area 21 ) is trained. In this case, the ultrasonic signals reach from the above the first reflection element 25 arranged ultrasonic module on the first reflection element 25 , from there to the second reflection element 26 and after a total reflection on the second reflection element 26 again to the first reflection element 25 and back to the ultrasound module 15 , so that also an optimal passage of the ultrasonic signals through the measuring space 14 and with that in the measuring room 14 located fluid medium 3 is guaranteed. Thus, the paths to be taken by the ultrasonic signals become in the measuring space 14 through the shape and design of the molding 23 certainly.
Das Ultraschallmodul 15 ist somit in den vorstehend beschriebenen Fällen benachbart zu einem der Reflexionselemente 25 oder 26 angeordnet, wobei die Darstellungen in den 4, 5 und 9 eine Anordnung benachbart zu dem ersten Reflexionselement 25 zeigen, die Erfindung jedoch hierauf nicht festgelegt ist. Das Ultraschallmodul 15 liegt außerhalb des Messraums 14 und ist ganz oder zumindest teilweise in den Bodenbereich 21 (4) oder den Deckenbereich 22 (9) eingebettet und darin befestigt. Das Ultraschallmodul 15 ist mit der Leiterplatte 19 (zumindest elektrisch) verbunden oder (auch mechanisch) auf dieser befestigt.The ultrasound module 15 is thus in the above-described cases adjacent to one of the reflection elements 25 or 26 arranged, the representations in the 4 . 5 and 9 an arrangement adjacent to the first reflection element 25 However, the invention is not fixed thereto. The ultrasound module 15 is outside the measuring room 14 and is entirely or at least partially in the ground area 21 ( 4 ) or the ceiling area 22 ( 9 ) embedded and secured therein. The ultrasound module 15 is with the circuit board 19 (at least electrically) connected or (even mechanically) attached to this.
8 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und ergänzend eine weitere Darstellung des inneren Endbereichs 12b des zweiten Anschlusselements 12 in einem Schnitt in der Schnittrichtung S gemäß 3 und senkrecht zur Mittellinie M zwischen dem zweiten Reflexionselement 26 und dem zweiten inneren Endbereich 12b des zweiten Anschlusselements 12. Zur Veranschaulichung ist mit einer gestrichelten Linie das zweite Reflexionselement 26 angedeutet. Es ist erkennbar, dass sich zu beiden Seiten des rohrförmigen Endes des inneren Endbereichs 12b und darüber der zweite Endraum 29 unterhalb des Deckenbereichs 22 befindet. Das aus einem streifenförmigen Material gebildete Formteil 23 ist in dem Bodenbereich 21 befestigt und vorzugsweise mit diesem vergossen, so dass durch die Vergussmasse des Bodenbereichs 21 einerseits eine ausreichende mechanische Festigkeit und andererseits eine Schwingungsdämpfung der freistehenden Bereiche der beiden Reflexionselemente 25 und 26 gewährleistet ist. Die Blickrichtung gemäß der Darstellung in 8 entspricht im Wesentlichen der Strömungsrichtung des fluiden Mediums 3 durch den Messraum 14 (Pfeile R in den 4 und 5). 8th shows a second embodiment of the present invention and additionally a further illustration of the inner end portion 12b of the second connection element 12 in a section in the cutting direction S according to 3 and perpendicular to the center line M between the second reflection element 26 and the second inner end portion 12b of the second connection element 12 , By way of illustration, the second reflection element is with a dashed line 26 indicated. It can be seen that on both sides of the tubular end of the inner end portion 12b and above that the second endspace 29 below the ceiling area 22 located. The formed from a strip-shaped material molding 23 is in the ground area 21 fastened and preferably potted with this, so that by the potting compound of the floor area 21 on the one hand a sufficient mechanical strength and on the other hand a vibration damping of the free-standing areas of the two reflection elements 25 and 26 is guaranteed. The viewing direction as shown in 8th corresponds essentially to the flow direction of the fluid medium 3 through the measuring room 14 (Arrows R in the 4 and 5 ).
9 zeigt in eingebauter Form die alternative Ausbildung des Formteils 23 gemäß 7. Das Formteil 23 ist mit dem dargestellten Mittelbereich 24 und dem ersten Reflexionselement 25 teilweise in den Bodenbereich 21 eingesetzt bzw. mit diesem vergossen, so dass eine ausreichende Befestigung gewährleistet ist. Zwischen dem ersten Reflexionselement 25 und dem ersten Anschlusselement 11 bzw. dem ersten inneren Endbereich 11b ist der Endraum 28 und somit teilweise oberhalb des ersten Endbereichs 11b ausgebildet. Der in 7 gezeigte Winkel bzw. Neigungswinkel α kann dabei etwa 45° betragen, so dass die von dem Ultraschallmodul 15 bereitgestellten Ultraschallsignale durch das erste Reflexionselement 25 auf das zweite Reflexionselement 26 und zurück zum Ultraschallmodul 15 geleitet werden können. 9 shows in an integrated form the alternative design of the molding 23 according to 7 , The molding 23 is with the illustrated center area 24 and the first reflection element 25 partly in the ground area 21 used or potted with this, so that a sufficient attachment is guaranteed. Between the first reflection element 25 and the first connection element 11 or the first inner end region 11b is the end room 28 and thus partially above the first end region 11b educated. The in 7 shown angle or inclination angle α can be about 45 °, so that the of the ultrasonic module 15 provided ultrasonic signals through the first reflection element 25 on the second reflection element 26 and back to the ultrasound module 15 can be directed.
Mit der Einstrahlung der Ultraschallsignale des Ultraschallmoduls 15 von oben in den Messraum 14 ist ebenfalls die Leiterplatte 19, die mit dem Ultraschallmodul 15 in Verbindung steht, in den Deckenbereich 22 eingebettet und vorzugsweise mit dem Deckenbereich 22 vergossen. With the irradiation of the ultrasonic signals of the ultrasonic module 15 from above into the measuring room 14 is also the circuit board 19 that with the ultrasound module 15 communicates in the ceiling area 22 embedded and preferably with the ceiling area 22 shed.
9 zeigt lediglich den Bereich des ersten Anschlusselements 11, wobei der Bereich des zweiten Anschlusselements 12 in gleichartiger Weise wie in den 4, 5 und 8 ausgebildet ist. 9 only shows the area of the first connection element 11 , wherein the region of the second connection element 12 in a similar way as in the 4 . 5 and 8th is trained.
Die mit der alternativen Ausbildung des Formteils 23 gemäß den 7 und 9 erzielbaren Vorteile sind die gleichen wie diejenigen mit der ersten Ausbildung des Formteils 23 gemäß den 4 bis 6, so dass eine Wiederholung dieser Vorteile entbehrlich ist. In jedem Fall besteht ungeachtet der ersten oder zweiten alternativen Ausbildung des Formteils 23 die Möglichkeit, die rohrförmigen Enden der ersten und zweiten inneren Endbereiche 11b und 12b der jeweiligen ersten und zweiten Anschlusselemente 11 und 12 mit einer entsprechenden schrägen Anordnung des Rohrendes gemäß 9 auszubilden. Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann auf diese Weise das in den jeweiligen Endräumen 28 und 29 zu verbleibende gewünschte Luft- oder Gasvolumen hinsichtlich seiner grundsätzlichen Menge (bei einem vorgegebenen Druck des fluiden Mediums 3) bestimmt werden. Es können Oberkanten der jeweiligen Reflexionselemente 25 und 26 höher liegen als Oberkanten der rohrförmigen Öffnungen der ersten und zweiten inneren Endbereiche 11b und 12b der jeweiligen Anschlusselemente 11 und 12. Das fluide Medium 3 kann bei der Durchströmung der Sensorvorrichtung 1 seitlich an den jeweiligen Reflexionselemente 25 und 26 sowie über die Oberkanten der Reflexionselemente 25 und 26 von dem bzw. zu dem jeweiligen rohrförmigen Ende der inneren Endbereiche 11b und 12b strömen (Strömungsrichtung gemäß Pfeilen R in den 4 und 5). Der Begriff der Oberkante ist hierbei zu sehen in der durch den Pfeil S in 3 dargestellten Richtung bzw. in der Bildebene der 4.The with the alternative training of the molding 23 according to the 7 and 9 achievable advantages are the same as those with the first embodiment of the molding 23 according to the 4 to 6 , so that a repetition of these benefits is unnecessary. In any case, regardless of the first or second alternative design of the molding 23 the possibility of the tubular ends of the first and second inner end portions 11b and 12b the respective first and second connection elements 11 and 12 with a corresponding oblique arrangement of the pipe end according to 9 train. As described above, in this way, in the respective end spaces 28 and 29 to remaining desired air or gas volume in terms of its basic amount (at a given pressure of the fluid medium 3 ). It can upper edges of the respective reflection elements 25 and 26 are higher than the upper edges of the tubular openings of the first and second inner end portions 11b and 12b the respective connection elements 11 and 12 , The fluid medium 3 can during the flow through the sensor device 1 laterally to the respective reflection elements 25 and 26 as well as over the upper edges of the reflection elements 25 and 26 from the respective tubular end of the inner end portions 11b and 12b flow (flow direction according to arrows R in the 4 and 5 ). The term of the upper edge can be seen here in the by the arrow S in 3 illustrated direction or in the image plane of 4 ,
Die vorstehend beschriebene Wirkungsweise und die entsprechend erzielbaren Vorteile sind in jedem Fall im Wesentlichen die gleichen, so dass ungeachtet der einseitigen oder beidseitigen Verwendung einer schrägen Anordnung des Rohrendes des jeweiligen ersten und/oder zweiten inneren Endbereichs 11b und 12b die Vorteile der vorliegenden Erfindung erzielt werden. The above-described operation and the correspondingly achievable advantages are essentially the same in each case, so that regardless of the one-sided or two-sided use of an oblique arrangement of the pipe end of the respective first and / or second inner end portion 11b and 12b the advantages of the present invention are achieved.
Gemäß der Darstellung in beispielsweise 4 ist ein vorbestimmter Bereich bzw. eine vorbestimmte Erstreckungslänge der jeweiligen Reflexionselemente 25 und 26 derart ausgebildet, dass sie frei in den Messraum 14 hineinragen. Um unerwünschte mechanische Schwingungen der freien Enden der jeweiligen Reflexionselemente 25 und 26 zu dämpfen oder um im Falle einer Eisbildung eine Verformung der Reflexionselemente 25 und 26 mit einer Beeinträchtigung oder Verschlechterung der Messstrecke zu vermeiden, können hinter den jeweiligen Reflexionselementen 25 und/oder 26 und somit zwischen den jeweiligen Reflexionselementen 25 oder 26 mit den zugehörigen inneren Endbereichen 11b oder 12b entsprechende Verstärkungsrippen ausgebildet werden, indem in vorbestimmten Bereichen das Material des jeweiligen inneren Endbereichs 11b oder 12b an vorbestimmten Stellen bis zu dem benachbarten Reflexionselement 25 oder 26 geführt wird und dieses berührt und stützt. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Sensorvorrichtung 1 verbesseret und insbesondere eine hohe Messgenauigkeit über der Lebensdauer der Sensorvorrichtung 1 aufrechterhalten werden. As shown in, for example 4 is a predetermined range or a predetermined extension length of the respective reflection elements 25 and 26 designed so that they are free in the measuring room 14 protrude. To unwanted mechanical vibrations of the free ends of the respective reflection elements 25 and 26 to damp or in case of ice formation, a deformation of the reflection elements 25 and 26 with a deterioration or deterioration of the measuring section to avoid, behind the respective reflection elements 25 and or 26 and thus between the respective reflection elements 25 or 26 with the associated inner end regions 11b or 12b corresponding reinforcing ribs are formed by the material of the respective inner end region in predetermined areas 11b or 12b at predetermined locations up to the adjacent reflection element 25 or 26 is guided and this touches and supports. In this way, the life of the sensor device 1 improves and in particular a high measurement accuracy over the life of the sensor device 1 be maintained.
Die vorstehend in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen und Ausführungsbeispielen beschriebene Wirkungsweise und der zugehörige Aufbau der Sensorvorrichtung 1 ermöglicht eine kostengünstige Herstellung, indem aus einem streifenförmigen Material, beispielsweise aus einem entsprechenden Blech, die Formteile 23 gemäß den 6 und 7 mit einer geringen Anzahl von Bearbeitungsvorgängen gebildet werden können, wobei das Material des Formteils 23 selbst aufgrund seiner Materialeigenschaften gegenüber dem Medium 3 beständig ist oder bedarfsweise mit einer entsprechenden Schutzschicht (Beschichtung) überzogen ist. Die Sensorvorrichtung selbst im Hinblick auf das Gehäuse 10, den Bodenbereich 21 und den Deckenbereich 22 kann aus gleichartigen oder unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen, ebenso die jeweiligen ersten und zweiten Anschlusselemente 11 und 12. Im Falle der Verwendung metallener Komponenten können diese mittels entsprechender Beschichtungen geschützt werde, so dass eine Korrosion derartiger Komponenten durch das fluide Medium 3 ausgeschlossen wird.The operation described above in connection with various embodiments and embodiments and the associated structure of the sensor device 1 allows a cost-effective production, by from a strip-shaped material, for example from a corresponding sheet, the moldings 23 according to the 6 and 7 can be formed with a small number of machining operations, wherein the material of the molding 23 even because of its material properties compared to the medium 3 is stable or, if necessary, coated with a corresponding protective layer (coating). The sensor device itself with regard to casing 10 , the floor area 21 and the ceiling area 22 may consist of similar or different plastic materials, as well as the respective first and second connection elements 11 and 12 , In the case of the use of metallic components, these can be protected by means of appropriate coatings, so that corrosion of such components by the fluid medium 3 is excluded.
Eine derartige Sensorvorrichtung gemäß der vorstehenden Beschreibung kann somit auf einfache Weise und kostengünstig als ein Massenprodukt hergestellt werden, und ist des Weiteren infolge der möglichen kompakten Ausführung sehr einfach in ein Rohrleitungssystem einzusetzen. Such a sensor device as described above can thus be easily and inexpensively manufactured as a mass-produced product, and further, because of the possible compact design, it is very easy to insert into a piping system.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Die in der Zeichnung gezeigten Anordnungen und Proportionen sind nicht einschränkend auszulegen, da die Darstellungen überwiegend vereinfacht und schematisch sind. Die vorliegende Erfindung erfasst alle Alternativen und gleichartigen Ausführungsformen, die unter die beigefügten Schutzansprüche fallen. The present invention has been described above with reference to embodiments with reference to the drawings. The arrangements and proportions shown in the drawing are not to be construed restrictively, since the representations are predominantly simplified and schematic. The present invention covers all alternatives and similar embodiments, which fall under the appended claims.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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WO 98/050790 A [0003] WO 98/050790 A [0003]
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JP 2004340911 A [0004] JP 2004340911 A [0004]
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US 5471872 A [0004] US 5471872 A [0004]
