Die Erfindung betrifft ein System zur Durchflussmessung, und insbesondere ein System mit einer Vorrichtung zur Durchflussmessung eines Fluids mittels akustischer Oberflächenwellen.The invention relates to a system for flow measurement, and more particularly to a system having a device for measuring the flow rate of a fluid by means of surface acoustic waves.
In einer Vielzahl technischer Anwendungen ist es erforderlich, eine Durchflussmessung in Bezug auf ein durch Rohre oder Schläuche strömendes Fluid oder Medium durchzuführen. Zum einen ist es wichtig, die einem Prozess zuzuführenden Mengen eines Fluids zu bestimmen, zum anderen kann es erforderlich sein, in Abhängigkeit von der Art des Fluids und der Bereitstellung einer bestimmten Menge entsprechende Gebühren zu berechnen. Ferner ist beispielsweise auch im medizinischen Bereich bei der Zuführung lebenswichtiger Substanzen eine genaue Durchflussmessung auch bei geringen zuzuführenden Mengen erforderlich.In a variety of technical applications, it is necessary to perform a flow measurement with respect to a fluid or medium flowing through tubes or hoses. On the one hand it is important to determine the quantities of a fluid to be added to a process, on the other hand it may be necessary to charge corresponding fees depending on the type of fluid and the provision of a certain amount. Furthermore, for example, in the medical field in the supply of vital substances an accurate flow measurement is required even at low amounts to be supplied.
In einfachen Messanordnungen sind mechanische Einrichtungen bekannt, die eine Durchflussmessung bereitstellen können. Hierbei sind jedoch im Allgemeinen Eingriffe in ein Rohr oder in einen Schlauch oder auch beispielsweise innerhalb oder außerhalb eines mit dem Fluid gefüllten Behälters erforderlich, um entsprechende Bauelemente in Kontakt mit dem strömenden Fluid zu bringen, wobei im Einzelnen eine Information bezüglich einer Strömungsgeschwindigkeit erhalten wird. Zur Bestimmung einer Stoffmenge, die das betreffende Rohr oder den betreffenden Schlauch durchströmt, sind die Dimensionen derselben sowie die erforderliche Messzeit in Verbindung mit der Strömungsgeschwindigkeit zu berücksichtigen. Eine Integration über eine entsprechende Messzeit führt mit den Dimensionen des Rohrs oder Schlauchs zur strömenden Gesamtmenge. In simple measuring arrangements, mechanical devices are known which can provide a flow measurement. In this case, however, interventions in a pipe or in a hose or also, for example, inside or outside a container filled with the fluid are required in order to bring corresponding components into contact with the flowing fluid, wherein in particular information relating to a flow rate is obtained. To determine the amount of fluid flowing through the pipe or hose, take into account the dimensions and the required measurement time in conjunction with the flow velocity. An integration over a corresponding measuring time leads with the dimensions of the pipe or hose to the flowing total quantity.
Die einfachen mechanischen Verfahren erfordern jedoch entsprechende mechanische Elemente innerhalb des Rohrs oder Schlauchs, so dass sie in Kontakt mit dem strömenden Fluid stehen. Im Vergleich dazu sind so genannte nichtinvasive Verfahren bekannt, bei denen beispielsweise mittels Ultraschallsignalen eine Durchflussmessung durchgeführt werden kann, ohne dass Bauelemente in die Fluidströmung eingebracht werden müssen. In diesem Fall werden an ein Rohr oder an einen Schlauch mit dem darin strömenden und hinsichtlich seiner Strömungsgeschwindigkeit zu erfassenden Fluid entsprechende Messeinrichtungen von außen angesetzt, wobei diese somit nicht dem strömenden Fluid ausgesetzt sind. However, the simple mechanical methods require corresponding mechanical elements within the tube or tube so that they are in contact with the flowing fluid. In comparison, so-called non-invasive methods are known in which, for example by means of ultrasonic signals, a flow measurement can be performed without components must be introduced into the fluid flow. In this case, corresponding measuring devices are attached from the outside to a pipe or to a hose with the fluid flowing therein and to be detected with respect to its flow velocity, whereby they are thus not exposed to the flowing fluid.
Eine Anordnung zur nichtinvasiven Durchflussmessung in Rohren, Schläuchen oder rohrähnlichen Behältern ist in 5 gezeigt. 5 veranschaulicht eine Erfassungsvorrichtung E, die von außen an ein Rohr oder einen Schlauch R angesetzt ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung der bekannten Anordnung gemäß 5 wird nachstehend lediglich das Rohr R genannt, wobei dies in gleicher Weise für einen ähnlich gestalteten Schlauch oder rohrförmigen Behälter gilt. An arrangement for non-invasive flow measurement in pipes, hoses or pipe-like containers is in 5 shown. 5 illustrates a detection device E, which is attached from the outside to a pipe or a hose R. To simplify the description of the known arrangement according to 5 hereinafter, only the tube R will be referred to, likewise applying to a similarly shaped tube or tubular container.
An den äußeren Oberflächen des Rohrs R und diametral gegenüber sind jeweils Sensorelemente S1 und S2 angeordnet, die derart ausgebildet sind, dass sie beispielsweise Ultraschallsignale über eine Rohrwand W in ein Fluid oder Medium M einkoppeln oder einstrahlen können. Die Ultraschallsignale sind symbolisch in 5 durch Pfeile U angedeutet. Für eine schräge Einkopplung der Ultraschallsignale dienen jeweilige keilförmige Festkörper bzw. Keile K1 und K2, die zwischen dem jeweiligen Sensorelement S1 und S2 und der Rohrwand W angeordnet sind, die Sensorelemente S1 und S2 und die Rohrwand W berühren und eine Ankopplung der Ultraschallsignale zur Rohrwand W und in das Innere des Rohrs R zu dem Medium M bewirken.On the outer surfaces of the tube R and diametrically opposite each sensor elements S1 and S2 are arranged, which are designed such that they can for example couple ultrasonic signals via a pipe wall W in a fluid or medium M or irradiate. The ultrasonic signals are symbolic in 5 indicated by arrows U. For an oblique coupling of the ultrasonic signals, respective wedge-shaped solids or wedges K1 and K2, which are arranged between the respective sensor element S1 and S2 and the tube wall W, touch the sensor elements S1 and S2 and the tube wall W and a coupling of the ultrasonic signals to the tube wall W and into the interior of the tube R to the medium M.
Bei einer derartigen bekannten nichtinvasiven Vorrichtung zur Ultraschall-Durchflussmessung von Fluiden und vorzugsweise von Flüssigkeiten, werden die Ultraschallsignale in der Weise in das Innere des Rohrs R gerichtet, dass gleichzeitig eine Laufzeit der Ultraschallsignale in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung erfasst werden kann. Die Strömungsrichtung des Fluids oder Mediums M ist beispielhaft mit einem Pfeil P bezeichnet. Aus den beiden Zeitwerten wird eine Differenz oder Laufzeitdifferenz gebildet, wobei diese Laufzeitdifferenz ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums M darstellt. Hierzu ist die schräge Einstrahlung oder Einkopplung der Ultraschallsignale in das Medium über die Keile K1 und K2 erforderlich. In such a known non-invasive device for ultrasonic flow measurement of fluids and preferably liquids, the ultrasonic signals are directed in such a way into the interior of the tube R, that at the same time a running time of the ultrasonic signals in the flow direction and against the flow direction can be detected. The direction of flow of the fluid or medium M is denoted by an arrow P by way of example. From the two time values, a difference or transit time difference is formed, this transit time difference representing a measure of the flow velocity of the medium M. For this purpose, the oblique irradiation or coupling of the ultrasonic signals in the medium via the wedges K1 and K2 is required.
Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 2 604 982 A1 bekannt. Such an arrangement is for example from the document EP 2 604 982 A1 known.
Die in dieser Druckschrift beschriebene Anordnung weist in geringer Abwandlung der Keile K1 und K2 von 5 entsprechende Ankopplungselemente auf, an denen jeweils zwei Sensorelemente in Form von Ultraschall-Sendern und Ultraschall-Empfängern angeordnet werden können. Mittels der insgesamt vier Sensorelemente können Ultraschallsignale von außen in ein Rohr (oder einen Schlauch), in dem ein zu erfassendes Medium strömt, eingestrahlt und aus dem Medium empfangen werden. Die das Ergebnis repräsentierenden elektrischen Signale können ebenfalls über eine Betrachtung von Laufzeitdifferenzen ausgewertet werden, wobei in gleicher Weise wie in 5 Laufzeitmessungen in Richtung der Strömung des Mediums und in der entgegengesetzten Richtung erfolgen. The arrangement described in this document, in slight modification of the wedges K1 and K2 of 5 corresponding coupling elements, on each of which two sensor elements in the form of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers can be arranged. By means of the total of four sensor elements, ultrasonic signals can be radiated from the outside into a tube (or a tube) in which a medium to be detected flows, and be received from the medium. The electrical signals representing the result can also be evaluated by considering propagation time differences, in the same way as in FIG 5 Runtime measurements take place in the direction of the flow of the medium and in the opposite direction.
Die bekannte Anordnung kann entsprechend einem modulartigen Aufbau in einem eigenen Gehäuse von außen an das Rohr oder den Schlauch mit dem zu erfassenden Medium angesetzt werden. The known arrangement can be recognized according to a modular structure in a separate housing from the outside to the pipe or hose with the medium to be detected.
Bei verschiedenen Anwendungen treten unterschiedliche Rohre und Schläuche mit verschiedenen Durchmessern sowie ebenfalls unterschiedliche Medien auf, so dass sich individuelle Strömungsgeschwindigkeiten ausbilden. Eine genaue Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit ist grundsätzlich bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten möglich, wobei die Genauigkeit der Erfassung bei geringeren Strömungsgeschwindigkeiten ebenfalls geringer wird, da die Laufzeitunterschiede geringer werden. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang ein möglichst langer Schallpfad durch das Medium, so dass damit die Messgenauigkeit erhöht werden kann. In diesem Zusammenhang sind die Keile gemäß 5 oder die Ankopplungselemente gemäß der Druckschrift EP 2 604 982 A1 mit einem entsprechenden Keilwinkel versehen, der auf der Basis der Schallgeschwindigkeit des Materials der Keile, der Rohrwand und des Mediums derart gewählt werden kann, dass der gewünschte lange Schallpfad entsteht, der auch die Erfassung in und entgegen der Strömungsrichtung erlaubt. Hierbei ist jedoch der Schallpfad auch von der Dimensionierung des Rohrs abhängig und kann nicht auf einfache und beliebige Weise vergrößert werden.In different applications, different tubes and tubes with different diameters and also different media occur, so that individual flow rates develop. Accurate detection of the flow velocity is basically possible at higher flow velocities, with the accuracy of the detection also decreasing at lower flow velocities as the transit time differences become smaller. It is advantageous in this context as long as possible sound path through the medium, so that thus the measurement accuracy can be increased. In this context, the wedges are according to 5 or the coupling elements according to the document EP 2 604 982 A1 provided with a corresponding wedge angle, which can be selected on the basis of the speed of sound of the material of the wedges, the tube wall and the medium such that the desired long sound path is formed, which also allows the detection in and against the flow direction. Here, however, the sound path is also dependent on the dimensions of the tube and can not be increased in a simple and arbitrary manner.
6 zeigt die Erfassungsvorrichtung E gemäß 5 in einer geänderten Anordnung an einem Rohr oder rohrförmigen Behälter RB, dessen Durchmesser im Bereich der Anordnung der Sensorelemente S1 und S2 vergrößert ist. Speziell ist der erste Innendurchmesser Di1 in einem Bereich B größer als der zweite Innendurchmesser Di2 der weiteren an den rohrförmigen Behälter RB angeschlossenen Rohre R. Ein Pfeil P deutet die Strömungsrichtung des Mediums M an. 6 shows the detection device E according to 5 in a modified arrangement on a tube or tubular container RB whose diameter is increased in the region of the arrangement of the sensor elements S1 and S2. Specifically, the first inner diameter Di1 in a region B is greater than the second inner diameter Di2 of the further tubes R connected to the tubular container RB. An arrow P indicates the flow direction of the medium M.
Infolge des vergrößerten ersten Durchmessers Di1 gegenüber dem zweiten Durchmesser Di2 ergibt sich ein längerer Laufweg der Ultraschallsignale U in dem rohrförmigen Behälter RB und damit in dem Medium M, wobei jedoch infolge der Vergrößerung des Durchmessers die Strömungsgeschwindigkeit bei sonst gleichen Durchflussmengen vermindert ist. Auf diese Weise wird ungeachtet eines Gewinns an größerer Weglänge der Ultraschallsignale U im Inneren des rohrförmigen Behälters RB in nachteiliger Weise die zu erfassende Strömungsgeschwindigkeit vermindert. Eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit kann daher mit den bekannten und vorstehend beschriebenen Anordnungen nicht oder nicht auf einfache Weise erreicht werden.As a result of the increased first diameter Di1 relative to the second diameter Di2 results in a longer path of the ultrasonic signals U in the tubular container RB and thus in the medium M, but due to the increase in the diameter, the flow rate is reduced at otherwise equal flow rates. In this way, despite a gain in the greater path length of the ultrasonic signals U in the interior of the tubular container RB disadvantageously reduces the flow velocity to be detected. A further improvement of the measurement accuracy can not or can not be achieved in a simple manner with the known and described arrangements.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System mit einer Vorrichtung zur Durchflussmessung derart auszugestalten, dass auf einfache Weise eine Verbesserung der Messgenauigkeit der Durchflussmessung insbesondere bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten eines zu erfassenden Mediums gewährleistet ist. The present invention is therefore based on the object, a system with a device for flow measurement in such a way that in a simple way an improvement in the accuracy of the flow measurement is ensured, especially at low flow velocities of a medium to be detected.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein System zur Durchflussmessung sowie eine Vorrichtung zur Durchflussmessung gemäß den Merkmalen der beigefügten Schutzansprüche gelöst.According to the invention this object is achieved by a system for flow measurement and a device for flow measurement according to the features of the attached claims.
Das System zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums umfasst gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Rohr oder einen Schlauch, in dem das Medium in einer Richtung strömt, und eine Vorrichtung zur Durchflussmessung, die an dem Rohr oder Schlauch berührend angebracht ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine erste Erfassungseinheit und eine zweite Erfassungseinheit, die beide ausgebildet sind zum Senden von Ultraschallsignalen in das Medium und Empfangen von Ultraschallsignalen aus dem Medium, und wobei das Rohr oder der Schlauch einen ersten Abschnitt in einer ersten Erstreckungsrichtung, einen zweiten Abschnitt in einer zweiten Erstreckungsrichtung und einen dritten Abschnitt in einer dritten Erstreckungsrichtung aufweist, und die zweite Erstreckungsrichtung zu der ersten und dritten Erstreckungsrichtung der jeweiligen Abschnitte einen vorbestimmten Winkel aufweist, und die erste und zweite Erfassungseinrichtung jeweils an dem ersten und dritten Abschnitt angeordnet sind und Ultraschallsignale mit dem vorbestimmten Winkel in das Medium zur Durchflussmessung senden und aus diesem empfangen. According to a first aspect of the invention, the flow medium flow rate measuring system comprises a tube or tube in which the medium flows in one direction and a flow measuring device attached to the tube or tube, the device comprising: a first detection unit and a second detection unit, both configured to transmit ultrasonic signals into the medium and receive ultrasonic signals from the medium, and wherein the tube or tube comprises a first portion in a first extension direction, a second portion in a second extension direction, and a third portion in a third extending direction, and the second extending direction to the first and third extending directions of the respective portions has a predetermined angle, and the first and second detecting means are respectively disposed at the first and third portions; and transmit and receive ultrasonic signals at the predetermined angle into the medium for flow measurement.
Das System zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums umfasst gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ein System zur Durchflussmessung eines strömenden Mediums mit: einem Rohr oder Schlauch, in dem das Medium in einer Richtung strömt, und einer Vorrichtung zur Durchflussmessung, die an dem Rohr oder Schlauch berührend angebracht ist, mit: einer ersten Erfassungseinheit und einer zweiten Erfassungseinheit, die beide ausgebildet sind zum Senden von Ultraschallsignalen in das Medium und Empfangen von Ultraschallsignalen aus dem Medium, und wobei das Rohr oder der Schlauch einen ersten Abschnitt in einer ersten Erstreckungsrichtung, einen zweiten Abschnitt in einer zweiten Erstreckungsrichtung und einen dritten Abschnitt in einer dritten Erstreckungsrichtung aufweist, und die zweite Erstreckungsrichtung zu der ersten und dritten Erstreckungsrichtung der jeweiligen Abschnitte einen vorbestimmten Winkel aufweist, und die erste und zweite Erfassungseinrichtung jeweils an dem ersten und dritten Abschnitt angeordnet sind und Ultraschallsignale mit dem vorbestimmten Winkel in das Medium zur Durchflussmessung senden und aus diesem empfangen, und ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil vorgesehen sind, wobei jedes Gehäuseteil einerseits eine rillenförmige Vertiefung aufweist zur Aufnahme des Rohrs oder Schlauchs, und andererseits im Bereich der Anordnung des ersten und dritten Abschnitts des Rohrs oder Schlauchs im eingesetzten Zustand Vertiefungen vorgesehen sind zur jeweiligen Aufnahme der ersten und zweiten Erfassungseinheit, so dass nach dem passenden Zusammensetzen der beiden Gehäuseteile das Rohr oder der Schlauch sowie die erste und zweite Erfassungseinheit in ihrer jeweiligen Position sicher gehalten werden.The flowing medium flow rate measuring system according to a second aspect of the invention comprises a flowing medium flow rate measuring system comprising: a tube in which the medium flows in one direction and a flow meter contacting the tube or tube a first detection unit and a second detection unit, both configured to transmit ultrasonic signals into the medium and receive ultrasonic signals from the medium, and wherein the tube or tube comprises a first portion in a first extension direction, a second portion in a second extending direction and a third portion in a third extending direction, and the second extending direction to the first and third extending directions of the respective portions has a predetermined angle, and the first and second detecting means are respectively at the first and third section are arranged and transmit ultrasonic signals with the predetermined angle in the medium for flow measurement and received from this, and a first housing part and a second housing part are provided, wherein each housing part on the one hand has a groove-shaped recess for receiving the tube or hose, and on the other hand in the region of the arrangement of the first and third portions of the tube or tube in the inserted state recesses are provided for receiving each of the first and second detection unit, so that after the matching Assembling the two housing parts, the tube or tube and the first and second detection unit are securely held in their respective position.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung (System und Vorrichtung) gemäß dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung und entsprechend den Merkmalen der Schutzansprüche kann auf einfache Weise eine sehr genaue Erfassung auch bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten des Mediums erreicht werden. Die Anordnung des Systems und der Vorrichtung zur Durchflussmessung in Verbindung mit getrennten Erfassungseinheiten an vorbestimmten Positionen des zu erfassenden Rohrs oder Schlauchs und der vorbestimmten geometrischen Anordnung des Rohrs oder Schlauchs ermöglicht die Bereitstellung eines relativ langen Erfassungswegs oder Laufwegs der Ultraschallsignale innerhalb des Rohrs oder Schlauchs und damit innerhalb des Mediums, so dass durch den verlängerten Laufweg der Ultraschallsignale in dem Medium auch bei kleinen oder sehr kleinen Strömungsgeschwindigkeiten des Mediums in dem Rohr oder Schlauch eine ausreichend große Laufzeitdifferenz zur Auswertung zur Verfügung steht und somit ein genaues Ergebnis erhalten werden kann. With the arrangement according to the invention (system and device) according to the first and second aspect of the invention and according to the features of the claims can be achieved in a simple manner, a very accurate detection even at low flow velocities of the medium. The arrangement of the system and apparatus for flow measurement in conjunction with separate detection units at predetermined positions of the tube or tube to be detected and the predetermined geometric arrangement of the tube or hose enables the provision of a relatively long detection path or travel path of the ultrasonic signals within the tube and thus within the medium, so that a sufficiently large transit time difference is available for evaluation by the extended path of the ultrasonic signals in the medium, even at low or very low flow velocities of the medium in the tube or hose and thus an accurate result can be obtained.
Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, bei denen die Ultraschallsignale im Wesentlichen quer oder schräg zu einer gedachten Mittellinie oder Erstreckungsrichtung des Rohrs oder Schlauchs akustisch eingekoppelt werden und in diesen Richtungen das Medium durchlaufen, ist die Laufrichtung (Ausbreitungsrichtung) der Ultraschallsignale innerhalb des Rohrs oder Schlauchs und somit innerhalb des Mediums im Wesentlichen entlang oder parallel zur gedachten Mittellinie (in Strömungsrichtung und entgegen derselben) eines vorbestimmten Abschnitts des Rohrs oder Schlauchs vorgesehen, so dass auch störende Reflexionen und eine übermäßige Dämpfung der Ultraschallsignale vermieden werden.In contrast to known arrangements in which the ultrasonic signals are acoustically coupled in transversely or obliquely to an imaginary center line or extension direction of the tube and through the medium in these directions, the running direction (propagation direction) of the ultrasonic signals within the tube or hose and Thus, provided within the medium substantially along or parallel to the imaginary center line (in the flow direction and against the same) of a predetermined portion of the tube or hose, so that disturbing reflections and excessive attenuation of the ultrasonic signals are avoided.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird das elastische Rohr oder der Schlauch in das zumindest zweiteilige Gehäuse eingelegt, das hierzu die erforderlichen rillenförmigen Vertiefungen aufweist, die in ihrer Dimensionierung den Abmessungen des elastischen Rohrs oder Schlauchs entsprechen. Wird das elastische Rohr oder wird der Schlauch in die Vertiefungen eingelegt und werden die Gehäuseteile zusammengesetzt, dann werden sowohl das elastische Rohr oder der Schlauch als auch die beiden Erfassungseinrichtungen innerhalb des Gehäuses in Verbindung mit den Vertiefungen ortsfest und sicher gehalten, so dass ein modulartiger Aufbau verwirklicht werden kann. Durch die rillenförmigen Vertiefungen wird selbsttätig die geometrische Form oder Lage des elastischen Rohrs oder des Schlauchs exakt bestimmt und wird auch bei Erschütterungen sicher beibehalten.According to the second aspect of the invention, the elastic tube or tube is inserted into the at least two-part housing, which for this purpose has the required groove-shaped depressions, which correspond in their dimensions to the dimensions of the elastic tube or hose. If the elastic tube or the tube is inserted into the recesses and the housing parts are assembled, then both the elastic tube or tube and the two detection devices are held stationary and secure within the housing in conjunction with the wells, so that a modular construction can be realized. Due to the groove-shaped depressions, the geometric shape or position of the elastic tube or of the tube is automatically determined exactly and is maintained even with shocks.
Es kann somit in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Systems und der Vorrichtung auf einfache Weise eine Verbesserung der Messgenauigkeit der Durchflussmessung erhalten werden, wobei die von außen an das Rohr oder den Schlauch anzubringende Vorrichtung beibehalten und weiterhin eine nichtinvasive Durchflussmessung durchgeführt werden kann. Eine in 6 dargestellte Erweiterung eines Rohr- oder Schlauchdurchmessers zur Erzeugung eines längeren Laufwegs für zur Messung verwendete Ultraschallsignale ist nicht erforderlich, so dass mit Ausnahme der erforderlichen geometrischen Anordnung des Rohrs oder Schlauchs, in denen das Medium strömt, dessen Strömungsgeschwindigkeit erfasst wird, an dem Rohr oder Schlauch keine weiteren Änderungen vorzunehmen sind.Thus, in connection with the arrangement of the system and the device according to the invention, an improvement in the measuring accuracy of the flow measurement can be obtained, wherein the device to be attached to the outside of the tube or hose can be maintained and, furthermore, a noninvasive flow measurement can be carried out. An in 6 shown extension of a tube or hose diameter to produce a longer path for ultrasonic signals used for the measurement is not required, so that, with the exception of the required geometric arrangement of the tube or tube in which the medium flows, whose flow velocity is detected on the tube or hose no further changes have to be made.
Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.Further embodiments of the present invention are specified in the appended subclaims.
Es kann jede Erfassungseinheit ein Koppelelement und ein Sensorelement aufweisen, das auf dem jeweiligen Koppelelement angeordnet ist und in dem betreffenden Koppelelement Oberflächenwellen erzeugt, und wobei das jeweilige Koppelelement das Rohr oder den Schlauch berührt und die Ultraschallsignale mit dem vorbestimmten Winkel in das Medium einbringt.Each detection unit can have a coupling element and a sensor element which is arranged on the respective coupling element and generates surface waves in the relevant coupling element, and wherein the respective coupling element touches the tube or tube and introduces the ultrasonic signals into the medium at the predetermined angle.
Die in das Medium eingebrachten Ultraschallsignale der ersten und zweiten Erfassungseinheit können den zweiten Abschnitt entlang der zweiten Erstreckungsrichtung innerhalb des Mediums durchlaufen.The ultrasound signals of the first and second detection units introduced into the medium can pass through the second section along the second extension direction within the medium.
Es kann zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt ein erster Biegebereich und zwischen dem zweiten und dritten Abschnitt ein zweiter Biegebereich angeordnet sein, und es kann ferner die erste Erfassungseinheit an dem ersten Abschnitt benachbart zu dem ersten Biegebereich und die zweite Erfassungseinheit an dem dritten Abschnitt benachbart zu dem zweiten Biegebereich angeordnet sein.A first bending region may be arranged between the first and second sections and a second bending region between the second and third sections, and the first detection unit may be adjacent to the first section adjacent to the first bending section and the second detection unit being adjacent to the third section be arranged in the second bending region.
Es kann der vorbestimmte Winkel der Moden-Winkel sein, mit dem die Ultraschallsignale von dem jeweiligen Koppelelement in das Medium eingebracht werden.It may be the predetermined angle of the mode angles at which the ultrasonic signals from the respective coupling element are introduced into the medium.
Es können der erste bis dritte Abschnitt und die beiden Biegebereiche dieselbe Querschnittsfläche zur Durchströmung des Mediums aufweisen. The first to third sections and the two bending areas may have the same cross-sectional area for the medium to flow through.
Die an dem Rohr oder Schlauch berührend angebrachte erste und zweite Erfassungseinheit können durch den zweiten Abschnitt und die Biegebereiche zueinander beabstandet sein. The first and second sensing units contacting the tube or tube may be spaced apart by the second portion and the flexure regions.
Die in das Medium eingebrachten Ultraschallsignale einer der ersten und zweiten Erfassungseinheit können entlang der zweiten Erstreckungsrichtung des zweiten Abschnitts in Strömungsrichtung und diejenigen der anderen der ersten und zweiten Erfassungseinheit können das Medium entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Mediums durchlaufen.The ultrasonic signals of one of the first and second detection units introduced into the medium can travel along the second extension direction of the second section in the flow direction and those of the other of the first and second detection units can pass through the medium opposite to the flow direction of the medium.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung des Rohrs oder Schlauchs mit der vorbestimmten geometrischen Anordnung weist zwischen zwei Biegebereichen einen geradlinigen Bereich auf, in dem sich bei dem Mediums nach dem Biegebereich in Strömungsrichtung eine zumindest annähernd gleichförmige Strömung ausbildet, und wobei die Ultraschallsignale (unter Berücksichtigung unvermeidbarer Toleranzen etwa) parallel zur Strömungsrichtung und zur gedachten Mittellinie des geraden Teils des Rohrs oder Schlauchs verlaufen und somit kein Verlauf der Ultraschallsignale schräg zu der Strömungsrichtung vorliegt. Es wird auf diese Weise ein weiterer Gewinn an Messgenauigkeit bei der Durchflussmessung erzielt. The inventively provided arrangement of the tube or hose with the predetermined geometric arrangement has between two bending regions on a rectilinear region in which an at least approximately uniform flow forms in the medium after the bending region in the flow direction, and wherein the ultrasonic signals (taking into account unavoidable tolerances ) run parallel to the flow direction and the imaginary center line of the straight part of the pipe or hose and thus there is no course of the ultrasonic signals obliquely to the flow direction. In this way, another gain in measuring accuracy in the flow measurement is achieved.
Der Verlauf des geraden Teils des Rohrs oder Schlauchs zwischen den Biegebereichen verläuft in einem vorbestimmten Winkel relativ zu der Erstreckungsrichtung des Teils (bzw. der Teile) des Rohrs jeweils vor und nach den Biegebereichen. Der vorbestimmte Winkel entspricht dem Moden-Konversionswinkel oder Moden-Winkel, der sich entsprechend der Moden-Konversion beim Eintritt der Ultraschallsignale in das Medium ergibt. Die Erfassungseinheiten bringen somit die Ultraschallsignale in Verbindung mit der Moden-Konversion mit dem vorbestimmten oder Moden-Winkel in das Medium ein und empfangen entsprechende Signale, die in dem Moden-Winkel (über eine benachbarte Rohrwand) auf die Erfassungseinheit treffen. Die gedachte Mittellinie des geraden Teils des Rohrs oder Schlauchs zwischen den beiden Biegebereichen verläuft somit in dem Moden-Winkel relativ zu den Mittellinien der Rohr- oder Schlauchteile vor oder nach dem jeweiligen Biegebereich.The course of the straight part of the pipe between the bending portions extends at a predetermined angle relative to the extending direction of the part (s) of the pipe before and after the bending portions, respectively. The predetermined angle corresponds to the mode conversion angle or mode angle that results according to the mode conversion upon entry of the ultrasonic signals into the medium. The detection units thus introduce the ultrasonic signals in connection with the mode conversion at the predetermined or mode angle into the medium and receive corresponding signals which strike the detection unit at the mode angle (via an adjacent tube wall). The imaginary center line of the straight part of the pipe or hose between the two bending areas thus runs in the mode angle relative to the centerlines of the pipe or hose parts before or after the respective bending area.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below by means of exemplary embodiments with reference to the drawing.
Es zeigen:Show it:
1 eine vereinfachte schematische Darstellung der Anordnung einer Erfassungseinheit zur Durchflussmessung an der Wand eines Rohrs, durch das das zu erfassende Medium strömt, 1 a simplified schematic representation of the arrangement of a detection unit for flow measurement on the wall of a pipe through which flows the medium to be detected,
2 eine schematische Darstellung eines Rohrs oder Schlauchs mit einer vorbestimmten geometrischen Form, 2 a schematic representation of a pipe or hose having a predetermined geometric shape,
3 die Anordnung des Rohrs oder Schlauchs gemäß 2 des Systems in Verbindung mit Erfassungseinheiten an vorbestimmten Positionen des Rohrs oder Schlauchs, 3 the arrangement of the pipe or hose according to 2 the system in conjunction with detection units at predetermined positions of the pipe or hose,
4 eine Schrägansicht eines Moduls, in das ein biegsames Rohr oder ein Schlauch eingelegt wird zur Bereitstellung der vorbestimmten geometrischen Form, 4 an oblique view of a module, in which a flexible tube or a tube is inserted to provide the predetermined geometric shape,
5 eine bekannte Anordnung einer Einrichtung zur Durchflussmessung an einem Rohr, und 5 a known arrangement of a device for flow measurement on a pipe, and
6 eine bekannte Anordnung zur Durchflussmessung an einem Rohr mit einem erweiterten Durchmesser. 6 a known arrangement for flow measurement on a tube with an enlarged diameter.
Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im Einzelnen unter Bezugnahme auf die die 1 bis 3 beschrieben. The present invention will be described below in detail with reference to the 1 to 3 described.
1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht als Teil der Vorrichtung V zur Durchflussmessung die Anordnung einer ersten Erfassungseinheit 10, die an einem Teil eines Rohrs 1 und speziell an einer Rohrwand 2 desselben angebracht ist. In dem Rohr 1 strömt das zu erfassende Medium 3, dessen Strömung und speziell dessen Strömungsgeschwindigkeit erfasst wird. Die Strömungsrichtung des Mediums 3 ist in 1 und weiteren Figuren mit einem Pfeil P bezeichnet. 1 shows in a schematic sectional view as part of the device V for flow measurement, the arrangement of a first detection unit 10 attached to a part of a pipe 1 and especially on a pipe wall 2 the same is attached. In the pipe 1 the medium to be detected flows 3 , whose flow and especially its flow velocity is detected. The flow direction of the medium 3 is in 1 and further figures designated by an arrow P.
In der vorstehenden Beschreibung wurde mit 1 ein Rohr bezeichnet, an dessen Wand 2 die erste Erfassungseinheit 10 angeordnet ist. Nachfolgend wird in der Beschreibung zur Vereinfachung Bezug auf ein Rohr genommen, wobei jedoch auch ein flexibles Rohr, das in vorbestimmter Weise verformbar ist, oder ein Schlauch verwendet werden können. Die nachfolgende Darstellung in Verbindung mit dem Rohr 1 gilt sinngemäß jeweils für das flexible (elastische) Rohr oder den Schlauch, und für den Fall, dass in der Beschreibung lediglich die Darstellung auf die Anwendung eines Schlauchs oder flexiblen Rohrs gerichtet ist, wird dies explizit genannt. Somit steht der Begriff des Rohrs stellvertretend für die Begriffe des Rohrs, des flexiblen Rohrs oder des Schlauchs.In the above description was with 1 a pipe called, on the wall 2 the first detection unit 10 is arranged. Hereinafter, in the description, for the sake of simplicity, reference will be made to a pipe, but a flexible pipe which is deformable in a predetermined manner or a hose may be used. The following illustration in connection with the pipe 1 applies mutatis mutandis to the flexible (elastic) tube or hose, and in the event that in the description, only the presentation is directed to the application of a hose or flexible tube, this is explicitly stated. Thus, the term pipe is representative of the terms of the pipe, the flexible pipe or the hose.
Gemäß 1 weist die erste Erfassungseinheit 10 ein erstes Sensorelement 11 sowie ein erstes Koppelelement 12 auf. Das erste Sensorelement 11 ist derart ausgebildet, dass es Ultraschallsignale mit vorbestimmten Frequenzen oder Frequenzbereichen erzeugen kann und somit eine Sendefunktion beinhaltet, als auch Ultraschallsignale mit vorbestimmten Frequenzen oder Frequenzbereichen aufnehmen kann, und somit ebenfalls eine Empfängerfunktion (Empfangsfunktion) aufweist. Das erste Sensorelement 11 stellt somit einen Wandler für Ultraschallsignale hinsichtlich des Empfangens oder Sendens der Ultraschallsignale dar. According to 1 indicates the first detection unit 10 a first sensor element 11 and a first coupling element 12 on. The first sensor element 11 is designed such that it can generate ultrasonic signals with predetermined frequencies or frequency ranges and thus includes a transmitting function, as well as ultrasonic signals with predetermined frequencies or frequency ranges can record, and thus also has a receiver function (receiving function). The first sensor element 11 thus represents a transducer for ultrasonic signals in terms of receiving or transmitting the ultrasonic signals.
Das erste Sensorelement 11 ist auf dem ersten Koppelelement 12 in mechanischer Wirkverbindung (d. h. berührend) angeordnet, so dass vom ersten Sensorelement 11 erzeugte Ultraschallsignale in das erste Koppelelement 12 eingegeben werden und das erste Koppelelement 12 zu entsprechenden Schwingungen angeregt wird. In dem ersten Koppelelement bilden sich akustische Oberflächenwellen (surface acoustic waves, SAW) aus. In gleicher Weise können bei Anregung des ersten Koppelelements 12 durch von extern zugeführte Schwingungen diese durch das erste Sensorelement 11 aufgenommen werden. The first sensor element 11 is on the first coupling element 12 arranged in mechanical operative connection (ie touching), so that from the first sensor element 11 generated ultrasonic signals in the first coupling element 12 be entered and the first coupling element 12 is excited to corresponding vibrations. In the first coupling element surface acoustic waves (SAW) are formed. In the same way, upon excitation of the first coupling element 12 by externally supplied vibrations this through the first sensor element 11 be recorded.
Gemäß 1 ist die erste Erfassungseinheit 10 mit dem ersten Sensorelement 11 und dem ersten Koppelelement 12 auf der äußeren Oberfläche der Rohrwand 2 angeordnet, und es berührt das erste Koppelelement 12 die Rohrwand 2. Wird das erste Koppelelement 12 durch das erste Sensorelement 11 in Schwingungen versetzt, dann breiten sich diese Schwingungen in Form von Oberflächenwellen im ersten Koppelelement 12 aus und werden durch die mechanische Anlage des ersten Koppelelements 12 an der Rohrwand 2 in die Rohrwand 2 des Rohrs 1 übertragen. Mit der dadurch ebenfalls schwingenden Rohrwand 2 werden die Schwingungen bzw. Oberflächenwellen auf das Medium 3 übertragen. Die Schwingungen breiten sich in vorbestimmter Weise innerhalb des Mediums 3 und somit innerhalb des Rohrs 1 (innerhalb der Rohrwand 2) im Wesentlichen bzw. überwiegend in Form von aus Longitudinalwellen aus. Diese sind schematisch in 1 als Ultraschallsignale oder Wellenfronten W1 veranschaulicht.According to 1 is the first registration unit 10 with the first sensor element 11 and the first coupling element 12 on the outer surface of the pipe wall 2 arranged, and it contacts the first coupling element 12 the pipe wall 2 , Will be the first coupling element 12 through the first sensor element 11 vibrated, then these vibrations propagate in the form of surface waves in the first coupling element 12 from and through the mechanical system of the first coupling element 12 on the pipe wall 2 in the pipe wall 2 of the pipe 1 transfer. With the thus also oscillating pipe wall 2 become the vibrations or surface waves on the medium 3 transfer. The vibrations spread in a predetermined manner within the medium 3 and thus within the tube 1 (inside the pipe wall 2 ) substantially or predominantly in the form of longitudinal waves. These are schematic in 1 as ultrasonic signals or wavefronts W1 illustrated.
Hierbei tritt der Effekt der Moden-Konversion auf, da Unterschiede in der Schallgeschwindigkeit zwischen den Festkörpern des ersten Koppelelements 12 und des Rohrs 1 (der Rohrwand 2) vorliegen. Die Einkopplung bzw. Einstrahlung der Ultraschallsignale von dem ersten Koppelelement 12 in die Rohrwand 2 (in Form von Oberflächenwellen) und in das Medium 3 (überwiegend als Longitudinalwellen) erfolgt somit in Verbindung mit der auftretenden Moden-Konversion in einem schrägen Winkel, der ein vorbestimmter Winkel ist und der dem Moden-Winkel oder Lamb-Winkel Θ (nachstehend vereinfacht als Moden-Winkel oder vorbestimmter Winkel bezeichnet) entspricht. Aus diesen physikalischen Grundlagen resultiert eine schräge Durchschallung des Mediums 3, wie es in 1 gezeigt ist. Der Moden-Winkel Θ ist somit von den verwendeten Materialien der die Ultraschallsignale leitenden Elemente sowie dem Medium 3 abhängig. Der Modenwinkel ist ferner abhängig von der Frequenz der das erste Koppelelement 12 anregenden Schwingungssignale, da die jeweiligen Schallgeschwindigkeiten, d. h. die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Schwingungen in dem ersten Koppelelement 12 und in dem Medium 3 eine Frequenzabhängigkeit aufweisen.In this case, the effect of the mode conversion occurs because differences in the speed of sound between the solids of the first coupling element 12 and the pipe 1 (the pipe wall 2 ) are present. The coupling or irradiation of the ultrasonic signals from the first coupling element 12 in the pipe wall 2 (in the form of surface waves) and in the medium 3 (predominantly as longitudinal waves) thus occurs in conjunction with the mode conversion occurring at an oblique angle which is a predetermined angle and which corresponds to the mode angle or lamb angle Θ (hereinafter simply referred to as mode angle or predetermined angle). From these physical fundamentals an oblique transmission of the medium results 3 as it is in 1 is shown. The mode angle Θ is thus of the materials used of the elements conducting the ultrasonic signals and the medium 3 dependent. The mode angle is also dependent on the frequency of the first coupling element 12 stimulating vibration signals, since the respective sound velocities, ie the propagation velocities of the vibrations in the first coupling element 12 and in the medium 3 have a frequency dependence.
Mit Bezugszeichen 4 ist in der Rohrwand 2 und dem ersten Koppelelement 12 symbolisch eine Schwingung als eine schematische Oberflächenwelle dargestellt, wie sie beispielsweise angeregt wird durch eine entsprechende Ansteuerung des ersten Sensorelements 11 oder wie sie erzeugt werden kann, wenn von einer entfernt liegenden Anregungsquelle entsprechende Schallwellen (Ultraschallsignale) aus dem Medium 3 auf die Rohrwand 2 und das erste Koppelelement 12 auftreffen.With reference number 4 is in the pipe wall 2 and the first coupling element 12 symbolically represented a vibration as a schematic surface wave, as it is for example excited by a corresponding control of the first sensor element 11 or how it can be generated if from a remote excitation source corresponding sound waves (ultrasonic signals) from the medium 3 on the pipe wall 2 and the first coupling element 12 incident.
Es ist hierbei zu beachten, dass die schräge Einstrahlung der Ultraschallsignale oder Schallwellen bei den bekannten Vorrichtungen gemäß den 5 und 6 herbeigeführt wird durch die keilförmigen Koppelelemente, insbesondere durch die spezielle Ausgestaltung des Winkels der keilförmigen Elemente. It should be noted here that the oblique irradiation of the ultrasonic signals or sound waves in the known devices according to the 5 and 6 is brought about by the wedge-shaped coupling elements, in particular by the special design of the angle of the wedge-shaped elements.
Mit der infolge der Moden-Konversion auftretenden schrägen Durchschallung des Mediums 3 ergibt sich gemäß der vorliegenden Erfindung ein schräger Durchlauf der Ultraschallsignale oder Schallwellen durch das Medium 3 von einer Seite der Rohrwand 2 zur gegenüberliegenden inneren Oberfläche der Rohrwand 2, so dass im Wesentlichen die Länge der Schallstrecke durch das Medium 3 in Verbindung mit den in dem ersten Koppelelement 12 und der benachbarten Rohrwand 2 durch den Moden-Winkel Θ der erzeugten Oberflächenwellen begrenzt ist. Der Begriff der schrägen Durchschallung bezieht sich auf einen Weg der Ultraschallsignale in einer Richtung relativ zur Erstreckungsrichtung des Rohrs 1 (bzw. eines betreffenden Rohrteils) und der Rohrwand 2 entlang der Strömungsrichtung des Mediums 3 sowie einer ersten Linie L1, die nachstehend in Verbindung mit den 2 und 3 noch im Einzelnen beschrieben wird.With the result of the mode conversion occurring oblique transmission of the medium 3 results according to the present invention, an oblique passage of the ultrasonic signals or sound waves through the medium 3 from one side of the pipe wall 2 to the opposite inner surface of the pipe wall 2 , so that essentially the length of the sound path through the medium 3 in conjunction with the in the first coupling element 12 and the adjacent pipe wall 2 is limited by the mode angle Θ of the generated surface waves. The term oblique transmission refers to a path of the ultrasonic signals in a direction relative to the direction of extension of the tube 1 (or a relevant pipe part) and the pipe wall 2 along the flow direction of the medium 3 and a first line L1, which will be described below in connection with FIGS 2 and 3 will be described in detail.
Im Wesentlichen ist somit die Länge des Laufwegs der Ultraschallsignale innerhalb des Rohrs 1 (d. h. zwischen den gegenüber liegenden inneren Oberflächen der Rohrwand 2) infolge der modenkonvertierten Ultraschallsignale oder Schallwellen durch das Medium 3 (durch das Rohr 1) durch den Rohrdurchmesser, d.h. dem Abstand einander diametral gegenüberliegender Teile der Rohrwand 2 in Verbindung mit dem Moden-Winkel Θ begrenzt. Essentially, therefore, is the length of travel of the ultrasonic signals within the tube 1 (ie between the opposite inner surfaces of the pipe wall 2 ) as a result of the mode-converted ultrasonic signals or sound waves the medium 3 (through the pipe 1 ) through the pipe diameter, ie the distance between diametrically opposite parts of the pipe wall 2 limited in conjunction with the mode angle Θ.
2 zeigt die Anordnung des Rohrs 1 mit einer speziellen geometrischen Ausgestaltung, wobei an vorbestimmten und im Zusammenhang mit 3 nachstehend noch beschriebenen speziellen Positionen die erste Erfassungseinheit 10 und eine zweite Erfassungseinheit 20 angeordnet sind. 2 shows the arrangement of the pipe 1 with a special geometric configuration, wherein at predetermined and in connection with 3 hereinafter described special items, the first detection unit 10 and a second detection unit 20 are arranged.
2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Rohr, wobei die Darstellung vereinfacht ist und das Rohr 1 sich erheblich über den in 2 dargestellten Teil hinaus erstrecken kann. 2 shows a section of a tube, the representation is simplified and the tube 1 significantly above the in 2 may extend part shown.
Gemäß 2 umfasst das Rohr 1 einen ersten Abschnitt R1, der sich entlang der bereits in 1 angedeuteten ersten Linie L1 entsprechend einer ersten Erstreckungsrichtung erstreckt. Der erste Abschnitt R1 grenzt an einen ersten Biegebereich 1 an, in dem das Rohr (mit Ausnahme unvermeidbarer Toleranzen) unter im Wesentlichen Beibehalten des Durchmessers in einer ersten Biegerichtung und mit einem vorbestimmten Winkel gebogen ist. According to 2 includes the tube 1 a first section R1, which runs along the already in 1 indicated first line L1 corresponding to a first extension direction. The first section R1 is adjacent to a first bending area 1 in which the tube is bent (with the exception of unavoidable tolerances) while substantially maintaining the diameter in a first bending direction and at a predetermined angle.
An den ersten Biegebereich B1 schließt sich unmittelbar ein zweiter Abschnitt R2 des Rohrs 1 an, der ein gerader Abschnitt ist und der sich entlang einer zweiten Linie L2 entsprechend einer zweiten Erstreckungsrichtung in gerader Form erstreckt. An den zweiten Abschnitt R2 erstreckt sich ein zweiter Biegebereich B2, bei dem das Rohr 1 unter im Wesentlichen Beibehaltung des Durchmessers in einer zweiten (zur ersten Biegerichtung entgegengesetzten) Biegerichtung und mit dem vorbestimmten Winkel gebogen ist.The first bending region B1 is immediately followed by a second section R2 of the tube 1 which is a straight portion and which extends in a straight line along a second line L2 corresponding to a second extending direction. At the second portion R2, a second bending region B2, in which the tube extends 1 while substantially maintaining the diameter in a second (opposite to the first bending direction) bending direction and bent at the predetermined angle.
An den zweiten Biegebereich B2 schließt sich direkt ein dritter Abschnitt R3 an, der sich unter Beibehaltung des Durchmessers des Rohrs 1 geradlinig entlang einer dritten Linie L3 entsprechend einer dritten Erstreckungsrichtung von dem zweiten Biegebereich B2 weg erstreckt.The second bending region B2 is followed directly by a third section R3, which maintains the diameter of the tube 1 extends straight along a third line L3 according to a third extension direction away from the second bending region B2.
Die Abschnitte R1 bis R3 des Rohrs 1 und die Biegebereiche B1 und B2 können als einzelne Teile aneinander gefügt werden, sind jedoch vorzugsweise (speziell im Falle eines Schlauchs) einstückig ausgebildet. Die einzelnen Abschnitte R1 bis R3 weisen (bis auf entsprechende Toleranzen und im Rahmen der Fertigungsmöglichkeiten) einen gleichmäßigen Durchmesser auf, zumindest betreffend den Innendurchmesser des Rohrs 1.The sections R1 to R3 of the pipe 1 and the bending portions B1 and B2 may be joined together as individual parts, but are preferably formed integrally (especially in the case of a hose). The individual sections R1 to R3 have (except for corresponding tolerances and within the scope of production possibilities) a uniform diameter, at least as far as the inner diameter of the tube 1 ,
Der erste Biegebereich B1 und der zweite Biegebereich B2 weisen jeweils eine zueinander in der entgegengesetzten Richtung (Biegerichtung) ausgebildete Biegung auf. Im Ergebnis dieser Biegung stehen die erste Linie L1 des ersten Abschnitts R1 und die zweite Linie L2 des zweiten Abschnitts R2 (und somit die jeweiligen Erstreckungsrichtungen) in einem vorbestimmten Winkel aufeinander, der dem vorstehend angegebenen Moden-Winkel oder Lamb-Winkel Θ entspricht. Es ist dies in einer entsprechenden Darstellung in 2 gezeigt. In gleicher Weise stehen die zweite Linie L2 des zweiten Abschnitts R2 und die dritte Linie L3 des dritten Abschnitts R3 (und somit die jeweiligen Erstreckungsrichtungen) in dem gleichen Winkel Θ aufeinander, so dass im Ergebnis die erste Linie L1 und die dritte Linie L3 zueinander (bis auf unvermeidliche Toleranzen im Rahmen technischer Möglichkeiten) zueinander parallel verlaufen und sich ein ungefähr S-förmige geometrische Struktur des Rohrs 1 ergibt. Somit sind die erste und die dritte Erstreckungsrichtung im Wesentlichen zueinander parallel. Zur Vereinfachung der Darstellung in 2 (und auch in 3) verlaufen die erste und dritte Linie L1 und L3 in horizontaler Richtung, und verläuft die zweite Linie L2 in einem schrägen Winkel zu der ersten und dritten Linie L1 und L3 entsprechend dem Moden-Winkel Θ.The first bending region B1 and the second bending region B2 each have a bend formed relative to one another in the opposite direction (bending direction). As a result of this bending, the first line L1 of the first section R1 and the second line L2 of the second section R2 (and thus the respective directions of extension) are at a predetermined angle to each other, which corresponds to the above-mentioned mode angle or Lamb angle Θ. It is this in a corresponding representation in 2 shown. Similarly, the second line L2 of the second section R2 and the third line L3 of the third section R3 (and thus the respective extension directions) are at the same angle Θ, so that as a result, the first line L1 and the third line L3 to each other ( except for unavoidable tolerances in the context of technical possibilities) run parallel to each other and form an approximately S-shaped geometric structure of the tube 1 results. Thus, the first and third extension directions are substantially parallel to each other. To simplify the illustration in 2 (and also in 3 ), the first and third lines L1 and L3 extend in the horizontal direction, and the second line L2 extends at an oblique angle to the first and third lines L1 and L3 in accordance with the mode angle Θ.
Gemäß 2 wird dies durch entsprechende Pfeile dargestellt, die einander entsprechend dem Moden-Winkel Θ kreuzen, wobei der horizontale Pfeil der Raumrichtung der ersten und dritten Linie L1 und L3 entspricht, und der schräg angeordnete Pfeil der Raumrichtung der zweiten Linie L2 entspricht.According to 2 this is represented by corresponding arrows which intersect each other according to the mode angle Θ, wherein the horizontal arrow corresponds to the spatial direction of the first and third lines L1 and L3, and the obliquely arranged arrow corresponds to the spatial direction of the second line L2.
Im Wesentlichen ist somit das Rohr 1 gemäß der Darstellung in 2 annähernd S-förmig gebogen, wobei die ungefähr (bis auf unvermeidbare Toleranzen) parallel verlaufenden Linie L1 und L3 geometrisch zueinander versetzt sind. Essentially, therefore, is the tube 1 as shown in 2 bent approximately S-shaped, wherein the approximately (to unavoidable tolerances) parallel line L1 and L3 are geometrically offset from each other.
2 zeigt ferner das Medium 3 innerhalb des Rohrs 1, wobei dies beispielsweise eine Strömungsrichtung gemäß dem Pfeil P aufweist. Die vorgesehene Strömungsrichtung des Mediums 3 gemäß dem Pfeil P ist lediglich beispielhaft, und es kann die Strömungsrichtung des Mediums 3 auch entgegengesetzt gerichtet sein. Die vorliegende Erfindung ist auf eine bestimmte Strömungsrichtung nicht beschränkt. 2 also shows the medium 3 inside the pipe 1 This has, for example, a flow direction according to the arrow P. The intended flow direction of the medium 3 according to the arrow P is merely exemplary, and it can the flow direction of the medium 3 also be directed opposite. The present invention is not limited to a particular flow direction.
3 zeigt das Rohr 1 mit der vorbestimmten geometrischen Ausgestaltung, wie sie in 2 dargestellt und vorstehend entsprechend beschrieben wurde. Die mit dem Pfeil P gekennzeichnete Strömungsrichtung des Mediums 3 verläuft gemäß der Darstellung in 3 ähnlich der Darstellung in 2 beispielhaft in der Bildebene von links nach rechts. 3 shows the tube 1 with the predetermined geometrical configuration as shown in FIG 2 has been shown and described above accordingly. The direction of flow indicated by the arrow P of the medium 3 runs as shown in 3 similar to the illustration in 2 exemplary in the image plane from left to right.
3 fasst den Inhalt der 1 und 2 in der Weise zusammen, dass an dem Rohr 1 an dessen äußerer Oberfläche im ersten Abschnitt R1 und somit im Bereich der ersten Linie L1 die erste Erfassungseinheit 10 angeordnet ist, wie sie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde. In gleicher Weise ist im dritten Abschnitt R3 des Rohrs 1 an der äußeren Oberfläche desselben die zweite Erfassungseinheit 20 angeordnet, die nicht zwingend aber vorzugsweise einen gleichartigen Aufbau die wie erste Erfassungseinheit 10 aufweist. 3 summarizes the content of 1 and 2 in the way that together on the pipe 1 on its outer surface in the first section R1 and thus in the region of the first line L1, the first detection unit 10 is arranged as they are already in Related to 1 has been described. Similarly, in the third section R3 of the tube 1 on the outer surface thereof the second detection unit 20 arranged, not necessarily but preferably a similar structure as the first detection unit 10 having.
Die zweite Erfassungseinheit 20 umfasst ein zweites Sensorelement 21 und ein zweites Koppelelement 22. Das zweite Sensorelement 21 ist mit Berührung auf dem zweiten Koppelelement 22 auf dessen einer Oberfläche angeordnet, und es ist das Koppelelement 22 mit seiner anderen Oberfläche an der Rohrwand 2 im Bereich der dritten Linie L3 und des dritten Abschnitts R3 ebenfalls mit jeweiliger Berührung angeordnet. Das zweite Sensorelement 21 kann in gleicher Weise wie das erste Sensorelement 11 mittels elektrischer Signale angesteuert werden zur Erzeugung und Abgabe von Schwingungen oder zur Aufnahme von Schwingungen (Ultraschallsignale). Im Einzelnen werden (in gleicher Weise wie beim ersten Sensorelement 11) die in dem zweiten Sensorelement 21 erzeugten Schwingungen in das zweite Koppelelement 22 übertragen und bilden in dem zweiten Koppelelement 22 Oberflächenwellen bzw. das zweite Koppelelement 22 wird zu Oberflächenschwingungen angeregt, die über die Rohrwand 2 in das Medium 3 entsprechend dem vorbestimmten oder Moden-Winkel Θ übertragen werden und sich dort als Longitudinalwellen im Wesentlichen linear ausbreiten.The second detection unit 20 includes a second sensor element 21 and a second coupling element 22 , The second sensor element 21 is in contact with the second coupling element 22 arranged on one surface thereof, and it is the coupling element 22 with its other surface on the pipe wall 2 in the region of the third line L3 and the third portion R3 also arranged with respective contact. The second sensor element 21 can in the same way as the first sensor element 11 be controlled by means of electrical signals to generate and release vibrations or to absorb vibrations (ultrasonic signals). In detail, (in the same way as with the first sensor element 11 ) in the second sensor element 21 generated vibrations in the second coupling element 22 transferred and form in the second coupling element 22 Surface waves or the second coupling element 22 is excited to surface vibrations, which over the pipe wall 2 into the medium 3 are transmitted in accordance with the predetermined or mode angle Θ and spread there as linear waves substantially linear.
Die Wellenausbreitung ist in 1 durch ein Ultraschallsignal bzw. Schallweg (Wellenfront) W1 symbolisch angedeutet im Zusammenhang mit einer schematischen Darstellung der Ausbreitungsrichtung der modenkonvertierten Ultraschallsignale innerhalb des Mediums 3 entsprechend dem vorbestimmten oder Moden-Winkel Θ.The wave propagation is in 1 symbolically indicated by an ultrasonic signal or sound path (wave front) W1 in connection with a schematic representation of the propagation direction of the mode-converted ultrasonic signals within the medium 3 according to the predetermined or mode angle Θ.
In gleicher Weise gilt dies spiegelsymmetrisch für die Anordnungen der zweiten Erfassungseinheit 20 in 3, wobei die beiden Erfassungseinheiten 10 und 20 jeweils an der Außenseite des ersten und dritten Abschnitts R1 und R3 entsprechend benachbart zu den Biegebereichen B1 oder B2 angeordnet sind. Die in den jeweiligen Koppelelementen 12 und 22 angeregten Oberflächenwellen verlaufen somit in dem jeweiligen Koppelelement 12 oder 22 und in der unmittelbar benachbart angeordneten Rohrwand 2 in jeweiliger Richtung der ersten oder dritten Linie L1 oder L3 (die im Wesentlichen parallel zueinander sind), und werden infolge der Moden-Konversion schräg mit dem Moden-Winkel Θ (relativ zur Richtung der ersten oder dritten Linie L1 oder L3) in das Medium 3 übertragen. In the same way, this applies mirror-symmetrically to the arrangements of the second detection unit 20 in 3 , wherein the two detection units 10 and 20 are respectively disposed on the outside of the first and third sections R1 and R3, respectively adjacent to the bending areas B1 or B2. The in the respective coupling elements 12 and 22 excited surface waves thus extend in the respective coupling element 12 or 22 and in the immediately adjacent tube wall 2 in the respective direction of the first or third line L1 or L3 (which are substantially parallel to each other), and become due to the mode conversion obliquely with the mode angle Θ (relative to the direction of the first or third line L1 or L3) in the medium 3 transfer.
Es ist dies in 3 durch das Ultraschallsignal bzw. den Schallweg (Wellenfront) W1 des ersten Sensorelements 11 (der ersten Erfassungseinheit 10) und durch das Ultraschallsignal bzw. den Schallweg (Wellenfront) W2 des zweiten Sensorelements 21 (der zweiten Erfassungseinheit 20) angedeutet. Die Verlaufs- oder Ausbreitungsrichtung der Ultraschallsignale W1 und W2 verläuft entlang der zweiten Linie L2 im Wesentlichen in einem Teil des jeweiligen Biegebereichs B1 und B2 benachbart zu der jeweiligen Erfassungseinheit 10 und 20 und hauptsächlich in dem zweiten Abschnitt R2 des Rohrs 1 entlang oder parallel zur zweiten Linie L2. Im Einzelnen wird der zweite Abschnitt R2 des Rohrs 1 vollständig von den Ultraschallsignalen W1 und W2 (in zueinander entgegengesetzten Richtungen) durchlaufen.It is this in 3 by the ultrasonic signal or the sound path (wavefront) W1 of the first sensor element 11 (the first detection unit 10 ) and by the ultrasonic signal or the sound path (wavefront) W2 of the second sensor element 21 (the second detection unit 20 ) indicated. The course or propagation direction of the ultrasonic signals W1 and W2 runs along the second line L2 substantially in a part of the respective bending region B1 and B2 adjacent to the respective detection unit 10 and 20 and mainly in the second section R2 of the pipe 1 along or parallel to the second line L2. In detail, the second section R2 of the tube 1 completely through the ultrasonic signals W1 and W2 (in opposite directions).
In Verbindung mit der Darstellung in 3 umfasst die Vorrichtung V die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 mit dem ersten Sensorelement 11, dem ersten Koppelelement 12, dem zweiten Sensorelement 21 und dem zweiten Koppelelement 22. Die Wirkungsweise der Vorrichtung V und speziell der einzelnen Erfassungseinheiten 10 und 20 wird nachstehend beschrieben.In conjunction with the illustration in 3 The device V comprises the first and second detection units 10 and 20 with the first sensor element 11 , the first coupling element 12 , the second sensor element 21 and the second coupling element 22 , The mode of operation of the device V and especially of the individual detection units 10 and 20 will be described below.
Gemäß der Darstellung in 1 wird entsprechend einer Ansteuerung des ersten Sensorelements 11 mittels entsprechender elektrischer Signale das erste Koppelelement 12 in Schwingungen versetzt, wobei sich Oberflächenwellen in dem ersten Koppelelement 12 ausbilden. In Verbindung mit einer Moden-Konversion werden die Oberflächenwellen von dem ersten Koppelelement 12 über die Rohrwand 2 in das Medium 3 übertragen, wobei die Ausbreitung der durch die Oberflächenwellen in dem ersten Koppelelement 12 angeregten Wellen innerhalb des Mediums 3 ausgehend von der Rohrwand 2 entsprechend dem vorbestimmten Winkel oder Moden-Winkel Θ erfolgt. Es ist dies in 3 angedeutet, wobei symbolisch mittels Pfeilen die Ultraschallsignale (Wellenfronten) W1 veranschaulicht sind, die entsprechend dem vorbestimmten Winkel Θ von der Rohrwand 2 (und entsprechend der Darstellung in den 1 und 3) unterhalb des ersten Koppelelements 12 austreten. Die Ultraschallsignale W1 der eingekoppelten Wellen durchlaufen das Medium 3 nunmehr in Längsrichtung des zweiten Rohrabschnitts R2 entlang der zweiten Linie L2, und laufen somit in Richtung der Strömung des Mediums 3, die mittels des Pfeils P angedeutet ist. Die Ultraschallsignale W1 treffen nach Durchlaufen des gesamten zweiten Rohrabschnitts R2 und geringer Teile des jeweiligen ersten und zweiten Biegebereichs B1 und B2 auf die Rohrwand 2 (gemäß der Darstellung in 3) oberhalb des zweiten Koppelelements 22 zu und bewirken in Verbindung mit einer erneuten Moden-Konversion Oberflächenwellen in dem zweiten Koppelelement 22, die mittels des zweiten Sensorelements 21 erfasst werden. As shown in 1 is in accordance with a control of the first sensor element 11 by means of corresponding electrical signals, the first coupling element 12 vibrated, with surface waves in the first coupling element 12 form. In conjunction with a mode conversion, the surface waves from the first coupling element 12 over the pipe wall 2 into the medium 3 transmitted, wherein the propagation of the by the surface waves in the first coupling element 12 excited waves within the medium 3 starting from the pipe wall 2 in accordance with the predetermined angle or mode angle Θ. It is this in 3 indicated, whereby the ultrasonic signals (wave fronts) W1 are illustrated symbolically by means of arrows, which correspond to the predetermined angle Θ of the pipe wall 2 (and as shown in the 1 and 3 ) below the first coupling element 12 escape. The ultrasonic signals W1 of the coupled waves pass through the medium 3 now in the longitudinal direction of the second pipe section R2 along the second line L2, and thus run in the direction of the flow of the medium 3 , which is indicated by the arrow P. After passing through the entire second pipe section R2 and small parts of the respective first and second bending regions B1 and B2, the ultrasonic signals W1 strike the pipe wall 2 (as shown in 3 ) above the second coupling element 22 and, in conjunction with a new mode conversion, cause surface waves in the second coupling element 22 , by means of the second sensor element 21 be recorded.
In Verbindung mit dieser Erfassung kann eine Laufzeit der Ultraschallsignale W1 entlang der zweiten Linie L2 in Strömungsrichtung des Mediums 3 bestimmt werden. Es ist dies der Mess- oder Erfassungsvorgang in Strömungsrichtung.In conjunction with this detection, a transit time of the ultrasonic signals W1 along the second line L2 in the flow direction of the medium 3 be determined. This is the measurement or detection process in the flow direction.
In gleicher Weise kann entsprechend einer Funktion der zweiten Erfassungseinheit 20 nach Ansteuerung des zweiten Sensorelements 21 das zweite Koppelelement 22 in Schwingungen versetzt werden, so dass Oberflächenwellen in dem zweiten Koppelelement 22 ausgebildet werden, die ebenfalls als Ultraschallsignale (Wellenfronten) W2 entsprechend dem vorbestimmten Winkel oder Moden-Winkel Θ in das Medium 3 übergehen und somit eine Ausbreitungsrichtung einerseits entgegen der Strömungsrichtung des Mediums 3 und andererseits ebenfalls entlang der zweiten Linie L2 aufweisen. Die bei der ersten Erfassungseinheit 10 auftreffenden Ultraschallsignale W2 der zweiten Erfassungseinheit 20 werden über das erste Koppelelement 12 in Verbindung mit erneuten Oberflächenwellen in dem ersten Koppelelement 12 mittels des ersten Sensorelements 11 erfasst, so dass auf diese Weise eine Messung entgegen der Strömungsrichtung des Mediums 3 erfolgt.In the same way, according to a function of the second detection unit 20 after activation of the second sensor element 21 the second coupling element 22 are vibrated so that surface waves in the second coupling element 22 are formed, which also as ultrasonic signals (wavefronts) W2 corresponding to the predetermined angle or mode angle Θ in the medium 3 go over and thus a propagation direction on the one hand against the flow direction of the medium 3 and on the other hand also along the second line L2. The at the first detection unit 10 incident ultrasonic signals W2 of the second detection unit 20 be over the first coupling element 12 in connection with renewed surface waves in the first coupling element 12 by means of the first sensor element 11 recorded, so that in this way a measurement against the flow direction of the medium 3 he follows.
Zur Bestimmung einer Laufzeitdifferenz der Ultraschallsignale (Wellenfronten) W1 und W2 können die ermittelten Einzelwerte der Messungen in Strömungsrichtung und in entgegengesetzter Richtung ausgewertet werden. Die aus dieser Ermittlung hervorgehende Laufzeitdifferenz stellt ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 3 dar. Zur Verbesserung der Genauigkeit können weitere Parameter wie beispielsweise eine Temperatur des Mediums erfasst und bekannte grundlegende Eigenschaften des Mediums 3 in die Auswertung einbezogen werden.To determine a transit time difference of the ultrasonic signals (wavefronts) W1 and W2, the determined individual values of the measurements in the flow direction and in the opposite direction can be evaluated. The transit time difference resulting from this determination provides a measure of the flow velocity of the medium 3 To improve the accuracy of other parameters such as a temperature of the medium can be detected and known basic properties of the medium 3 be included in the evaluation.
Mit der speziellen geometrischen Anordnung des Rohrs 1 (oder auch eines entsprechenden Schlauchs) gemäß der Darstellung in den 2 und 3 mit den beiden Biegebereichen B1 und B2, die im Wesentlichen zu einer S-förmigen punktsymmetrischen Anordnung des Rohrs 1 führen, bezogen auf die Mitte des zweiten Rohrabschnitts R2 und die zweite Linie L2, ergibt sich eine Ausrichtung des geraden zweiten Rohrabschnitts R2 relativ zu der ersten und dritten Linie L1 und L3 im Wesentlichen (bis auf unvermeidbare Toleranzen) in dem vorbestimmten Winkel Θ oder Moden-Winkel, so dass die von der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 jeweils ausgesendeten Wellenfronten W1 und W2 der Ultraschallsignale mit dem vorbestimmten Winkel in das Medium 3 eingebracht werden und somit entlang der zweiten Linie L2 des zweiten Rohrabschnitts R2 zum jeweils gegenüberliegenden Biegebereich B1 oder B2 verlaufen. Die Ausbildung der Biegebereiche B1 und B2 bewirkt, dass der zweite Rohrabschnitt R2 (die zweite Linie L2) relativ zu dem ersten und dritten Rohrabschnitt R1 und R3 (erste und dritte Linie L1 und L3) entsprechend dem vorbestimmten Winkel Θ ausgerichtet ist, so dass sich die mit dem vorbestimmten Winkel Θ in das Medium 3 eingebrachten Ultraschallsignale W1 und W2 entlang der Längsachse des dritten Rohrabschnitts R3 ausbreiten und somit entlang der zweiten Linie L2 verlaufen, so dass hierdurch ein annähernd störungsfreier Durchlauf dieser Strecke innerhalb des Mediums 3 ermöglicht wird, ohne dass nennenswerte störende Reflexionen oder Verfälschungen auftreten. With the special geometric arrangement of the pipe 1 (or a corresponding hose) as shown in the 2 and 3 with the two bending regions B1 and B2, which essentially leads to an S-shaped point-symmetrical arrangement of the tube 1 lead, with respect to the center of the second pipe section R2 and the second line L2, an alignment of the straight second pipe section R2 relative to the first and third lines L1 and L3 results substantially (to unavoidable tolerances) in the predetermined angle Θ or modes Angle, so that of the first and second detection unit 10 and 20 each emitted wavefronts W1 and W2 of the ultrasonic signals at the predetermined angle in the medium 3 are introduced and thus extend along the second line L2 of the second pipe section R2 to the respective opposite bending region B1 or B2. The formation of the bending portions B1 and B2 causes the second pipe portion R2 (the second line L2) to be aligned relative to the first and third pipe portions R1 and R3 (first and third lines L1 and L3) corresponding to the predetermined angle,, so that with the predetermined angle Θ in the medium 3 introduced ultrasonic signals W1 and W2 along the longitudinal axis of the third pipe section R3 and thus extend along the second line L2, so that thereby an approximately trouble-free passage of this distance within the medium 3 is possible without significant disturbing reflections or distortions occur.
Mit dem Verlauf (der Ausbreitungsrichtung) der Ultraschallsignale W1 und W2 der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 wird somit innerhalb des Mediums 3 eine lange Laufstrecke gebildet, so dass die Messgenauigkeit auch bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten des Mediums 3 und damit kleinen Laufzeitunterschieden der jeweiligen Ultraschallsignale W1 und W2 eine genaue Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet ist. Ferner durchlaufen die jeweiligen Ultraschallsignale oder Wellenfronten W1 und W2 der beiden Erfassungseinheiten 10 und 20 das Medium 3 annähernd genau in Strömungsrichtung oder entgegengesetzt zur Strömungsrichtung, so dass auch hier eine Verbesserung der Messgenauigkeit erreicht werden kann.With the course (the propagation direction) of the ultrasonic signals W1 and W2 of the first and second detection units 10 and 20 thus becomes within the medium 3 formed a long running track, so that the measuring accuracy even at low flow velocities of the medium 3 and thus small transit time differences of the respective ultrasonic signals W1 and W2 an accurate detection of the flow velocity is ensured. Furthermore, the respective ultrasonic signals or wavefronts W1 and W2 of the two detection units pass through 10 and 20 the medium 3 approximately exactly in the flow direction or opposite to the flow direction, so that an improvement in the measurement accuracy can be achieved here as well.
Anders als beim klassischen bekannten Verfahren, bei dem über die spezielle (und in 5 dargestellte) Anordnung der Koppelelemente in Form von Keilen die Laufstrecke von Ultraschallsignalen durch das Medium (ohne Moden-Konversion) erhöht und damit in gewissem Umfang die Empfindlichkeit verbessert werden kann, ist die Länge der Laufstrecke der jeweiligen Ultraschallsignale gemäß der vorliegenden Erfindung mit der primären Anregung von Oberflächenwellen in dem ersten und zweiten Koppelelement 12 und 22 und in Verbindung mit der Moden-Konversion und dem vorbestimmten Winkel Θ erheblich größer. Es wird hierbei eine deutliche und auf einfache Weise erreichbare Verlängerung der Laufstrecke der Ultraschallsignale W1 und W2 durch das Medium 3 ermöglicht. Ein weiterer Vorteil tritt in der Weise auf, dass im Vergleich zu der bekannten Anwendung der Ultraschallsignale in Verbindung mit den keilförmigen Koppelelementen (5 und 6) die bei der Moden-Konversion in das Medium eintretenden Schallwellen (Ultraschallsignale bzw. Wellenfronten W1 und W2 gemäß 3) in sehr gerichteter Weise und in nur geringem Maße divergent verlaufen bzw. sich in dem Medium 3 ausbreiten, so dass dies ebenfalls die Empfindlichkeit oder Messgenauigkeit positiv beeinflusst.Unlike the classical known method, in which the special (and in 5 shown) arrangement of the coupling elements in the form of wedges the path of ultrasound signals through the medium (without mode conversion) increased and thus the sensitivity can be improved to some extent, the length of the path of the respective ultrasonic signals according to the present invention with the primary excitation of surface waves in the first and second coupling elements 12 and 22 and in connection with the mode conversion and the predetermined angle Θ considerably larger. In this case, a clear and easily achievable extension of the travel path of the ultrasonic signals W1 and W2 through the medium 3 allows. A further advantage arises in that in comparison with the known application of the ultrasonic signals in conjunction with the wedge-shaped coupling elements (FIG. 5 and 6 ) the sound waves entering the medium during the mode conversion (ultrasonic signals or wave fronts W1 and W2 according to FIG 3 ) run in a very directional manner and to a slight extent divergent or in the medium 3 spread so that it also positively affects the sensitivity or accuracy of measurement.
Die beiden Sensorelemente 11 und 21 können beispielsweise so genannte Ein-Phasen-Wandler (SPT, englisch: Single Phase Transducer) sein, wobei des Weiteren zur Bereitstellung einer verbesserten Ankopplung der beiden Koppelelemente 12 und 22 an die jeweilige Rohrwand 2 zur verbesserten Übertragung der Oberflächenwellen in das Medium 3 und von diesem in den betreffenden Teil der Rohrwand 2 eine entsprechende Koppelpaste oder ein Ultraschallgel verwendet werden kann. Ebenso kann zusätzlich zur Koppelpaste oder einem Gel die Rohrwand 2 im Bereich der Anordnung des ersten und zweiten Koppelelements 12 und 22 an dem ersten und dritten Rohrabschnitt R1 und R3 jeweils benachbart zu dem betreffenden Biegebereich B1 und B2 eine leichte Abflachung aufweisen, so dass das erste und zweite Koppelelement 12 und 22 mit einer größeren Fläche an der Rohrwand 2 anliegt und die Oberflächenwellen zu und von dem Koppelelement 12 und 22 günstig übertragen werden können. The two sensor elements 11 and 21 For example, so-called single-phase transducers (SPTs) can be, wherein furthermore for providing an improved coupling of the two coupling elements 12 and 22 to the respective pipe wall 2 for improved transmission of surface waves into the medium 3 and from this into the relevant part of the pipe wall 2 a corresponding coupling paste or an ultrasound gel can be used. Likewise, in addition to the coupling paste or a gel, the pipe wall 2 in the region of the arrangement of the first and second coupling element 12 and 22 at the first and third pipe sections R1 and R3 in each case adjacent to the respective bending region B1 and B2 have a slight flattening, so that the first and second coupling element 12 and 22 with a larger area on the pipe wall 2 abuts and the surface waves to and from the coupling element 12 and 22 can be conveniently transferred.
Während der Erfassung dient eines der beiden Sensorelemente 11 und 21 als Sender und das jeweils andere der Sensorelemente 11 und 21 als Empfänger. Die beiden Sensorelemente 11 und 21 (Wandler) können gleichzeitig mit unterschiedlichen Frequenzen oder zu unterschiedlichen Zeiten (beispielsweise intermittierend) betrieben werden. Die beiden Sensorelemente 11 und 21 können unterschiedlich ausgeführt sein, vorzugsweise sind sie jedoch identisch oder gleichartig ausgeführt. In Verbindung mit der in 1 mit weiteren Einzelheiten gezeigten schematischen Ausführung der Erfassungseinheiten 10 und 20 können diese kompakt ausgeführt werden, da auf entsprechende keilförmige Koppelelemente verzichtet werden kann. Es wird auf diese Weise lediglich ein geringer Einbauraum benötigt. Ferner können die einzelnen Erfassungseinheiten 10 und 20 auf einfache Weise und mit einem geringen Aufwand nach einer entsprechenden Ausformung des Rohrs 1 gemäß den 2 und 3 an den Positionen benachbart zu dem jeweiligen Biegebereich B1 und B2 von außen am Rohr 1 angeordnet werden, so dass eine einfache Montage gewährleistet ist. During detection, one of the two sensor elements is used 11 and 21 as a transmitter and the other of the sensor elements 11 and 21 as receiver. The two sensor elements 11 and 21 (Transducers) can be operated simultaneously at different frequencies or at different times (for example, intermittently). The two sensor elements 11 and 21 can be designed differently, but preferably they are identical or similar. In conjunction with the in 1 shown in more detail schematic representation of the detection units 10 and 20 These can be made compact, since it can be dispensed with corresponding wedge-shaped coupling elements. It is required in this way only a small installation space. Furthermore, the individual detection units 10 and 20 in a simple manner and with little effort after a corresponding shaping of the tube 1 according to the 2 and 3 at the positions adjacent to the respective bending region B1 and B2 from the outside of the pipe 1 can be arranged so that a simple installation is guaranteed.
Mit der jeweiligen Anordnung der Erfassungseinheiten 10 und 20 in dem entsprechenden ersten und dritten Rohrabschnitt R1 und R3 unmittelbar vor dem jeweiligen Biegebereich B1 und B2 wird eine einfache Montage unterstützt, wobei zur Verbesserung das vorstehend genannte Ultraschallgel oder eine sonstige Koppelpaste verwendet werden kann. Insgesamt ergibt sich mit dieser Anordnung eine deutlich verbesserte Messgenauigkeit und Empfindlichkeit, speziell bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten im Vergleich zu der bekannten Anwendung von Ultraschallsignalen, bei denen die Einkopplung der Ultraschallsignale ohne Moden-Konversion in das Medium 3 mittels keilförmiger Koppelelemente erfolgt (5) und wobei Wellenfronten, die sich in dem Medium 3 ausbreiten, eine deutlich größere Divergenz aufweisen, so dass ein erhöhter Störeinfluss auf die jeweilige Messung wahrscheinlich ist. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können demgegenüber jedoch Mehrfachreflexionen an den Rohrwänden vermieden oder erheblich vermindert werden, so dass die Auswertung vereinfacht wird.With the respective arrangement of the detection units 10 and 20 in the corresponding first and third pipe sections R1 and R3 immediately before the respective bending region B1 and B2, a simple assembly is supported, which can be used to improve the above-mentioned ultrasound gel or other coupling paste. Overall, with this arrangement results in a significantly improved accuracy and sensitivity, especially at low flow rates compared to the known application of ultrasonic signals, in which the coupling of the ultrasonic signals without mode conversion into the medium 3 by means of wedge-shaped coupling elements ( 5 ) and wavefronts that are in the medium 3 spread, have a significantly greater divergence, so that an increased disturbing influence on the respective measurement is likely. With the arrangement according to the invention, however, multiple reflections on the tube walls can be avoided or significantly reduced, so that the evaluation is simplified.
Mit der Modenkonversion kann auch eine Filterwirkung erzielt werden. Wird bezüglich der Anregungsfrequenzen der Erfassungseinheit 10 von einem schmalen Frequenzbereich ausgegangen, dann entstehen bei dem bestimmten Frequenzbereich der Anregungsfrequenzen im ersten Koppelelement 12 mehrere Moden in ungefährer Ausbreitungsrichtung der Ultraschallsignale oder Wellenfronten (z. B. W1 in 3) mit geringfügig unterschiedlichen Modenwinkeln und damit einer geringfügigen Streuung. Wird ein entsprechender Modenwinkel bestimmt, der mit dem bestimmten Frequenzbereich möglich ist bzw. dessen zugehörige Anregungsfrequenz in dem bestimmten Frequenzbereich liegt, dann kann eine Mode mit einer bestimmten Ausbreitungsrichtung selektiert werden, indem das zweite Koppelelement 22 bzw. die zweite Erfassungseinheit 20 an der betreffenden Position angeordnet ist, wie sie in 3 gezeigt ist. Es werden auf diese Weise weitere Wellenfronten mit anderen Modenwinkeln (und damit auch anderen Anregungsfrequenzen innerhalb des bestimmten Frequenzbereichs) ausgefiltert. Es kann somit bei der Erfassung der Signale mit dem gewünschten Modenwinkel durch das Filtern (in Verbindung mit der geometrischen Anordnung gemäß beispielsweise 3) der unerwünschten Wellenfronten die Filterwirkung und damit eine höhere Auflösung bei der Messung erzielt werden. Im Einzelnen wird eine genauere Laufzeitmessung der ausgewählten Ultraschallsignale bzw. Wellenfronten erhalten, wobei auch die Auswertung verbessert werden kann.With the mode conversion, a filter effect can also be achieved. Is with respect to the excitation frequencies of the detection unit 10 assumed a narrow frequency range, then arise at the particular frequency range of the excitation frequencies in the first coupling element 12 several modes in the approximate propagation direction of the ultrasonic signals or wavefronts (eg W1 in 3 ) with slightly different mode angles and thus a slight scattering. If a corresponding mode angle is determined, which is possible with the specific frequency range or whose associated excitation frequency lies in the specific frequency range, then a mode with a certain propagation direction can be selected by the second coupling element 22 or the second detection unit 20 is arranged at the relevant position, as in 3 is shown. In this way, further wavefronts with other mode angles (and thus also other excitation frequencies within the specific frequency range) are filtered out. It can thus be used in the detection of the signals with the desired mode angle by filtering (in conjunction with the geometric arrangement according to, for example 3 ) of the unwanted wavefronts the filter effect and thus a higher resolution in the measurement can be achieved. Specifically, a more accurate travel time measurement of the selected ultrasonic signals or wavefronts is obtained, whereby the evaluation can be improved.
Mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Durchflussmessung auf der Basis von Oberflächenwellen in Verbindung mit einer Moden-Konversion kann somit auf einfache Weise eine Verbesserung der Messgenauigkeit der Durchflussmessung, insbesondere bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten des zu erfassenden Mediums 3 erreicht werden. Die Vorrichtung, die die erste und zweite Erfassungseinrichtung 10 und 20 umfasst, ist dabei auf einfache Weise und mittels eines geringen Montageaufwands an dem Rohr 1 mit einer individuellen vorbestimmten (und entsprechend weiterer Kriterien günstigen) Position jeder Erfassungseinheit 10 oder 20 anbringbar. Mit dem Durchlaufen des Mediums 3 durch die Ultraschallsignale W1 und W2 in dem im Wesentlichen geraden Teil des Rohrs 1 und speziell im zweiten Anschnitt R2 (entlang der bzw. parallel zur zweiten Linie L2) liegt nach dem Austreten des strömenden Mediums 3 aus dem ersten Biegebereich B1 in dem nachfolgenden Bereich des zweiten Abschnitts L2 eine gleichmäßige Strömungsverteilung im Rohrquerschnitt vor, so dass die Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit hauptsächlich in diesem Bereich hierzu eine verlässliche und den realen Bedingungen entsprechende Information liefert.With the device described above for measuring surface wave-based flow in conjunction with a mode conversion, it is thus easy to improve the measuring accuracy of the flow measurement, in particular at low flow velocities of the medium to be detected 3 be achieved. The device comprising the first and second detection means 10 and 20 comprises, is in a simple manner and by means of a low installation effort on the pipe 1 with an individual predetermined (and favorable according to further criteria) position of each detection unit 10 or 20 mountable. With the passage of the medium 3 by the ultrasonic signals W1 and W2 in the substantially straight part of the tube 1 and especially in the second gate R2 (along or parallel to the second line L2) is after the leakage of the flowing medium 3 from the first bending region B1 in the subsequent region of the second section L2 before a uniform flow distribution in the pipe cross section, so that the detection of the flow velocity mainly in For this purpose, this area provides reliable information that corresponds to the real conditions.
Die vorliegende Erfindung betrifft das System zur Durchflussmessung, wobei das System die Vorrichtung einschließlich der Erfassungseinheiten 10 und 20 sowie das Rohr R mit dem ersten bis dritten Rohrabschnitt R1 bis R3 umfasst. Das zum System gehörende Rohr ist in der in den 2 und 3 gezeigten vorbestimmten Weise geometrisch geformt, wobei die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 und speziell das jeweilige erste und zweite Koppelelement 12 und 22 (bis auf unvermeidbare Toleranzen) parallel zu der jeweiligen ersten Linie L1 oder dritten Linie L3 des jeweiligen ersten und dritten Rohrabschnitts R1 oder R3 ausgerichtet sind. Der erste und dritte Rohrabschnitt R1 und R3 bilden einen Teil des gesamten Rohrs 1, wobei die Länge des ersten oder dritten Rohrabschnitts R1 oder R3 (die Erstreckungslänge in Richtung der ersten oder dritten Linie L1 oder L3) zumindest etwa der jeweiligen Längsausdehnung des ersten oder zweiten Koppelelements 12 oder 22 in Richtung der jeweiligen ersten Linie L1 oder dritten Linie L3 entspricht. The present invention relates to the flow measurement system, the system including the device including the detection units 10 and 20 and the pipe R comprises the first to third pipe sections R1 to R3. The system belonging pipe is in the in 2 and 3 shown geometrically shaped predetermined manner, wherein the first and second detection unit 10 and 20 and especially the respective first and second coupling element 12 and 22 (except for unavoidable tolerances) are aligned parallel to the respective first line L1 or third line L3 of the respective first and third pipe sections R1 or R3. The first and third pipe sections R1 and R3 form part of the entire pipe 1 wherein the length of the first or third pipe section R1 or R3 (the extension length in the direction of the first or third line L1 or L3) at least approximately the respective longitudinal extent of the first or second coupling element 12 or 22 in the direction of the respective first line L1 or third line L3.
Die Ausformung des Rohrs 1 und somit die relative Lage des ersten, zweiten und dritten Rohrabschnitts R1 bis R3 zueinander entsprechend der Raumlage der zweiten Linie L2 relativ zur ersten und dritten Linie L1 und L3 umfasst den vorbestimmten Winkel Θ (Moden-Winkel, Lamb-Winkel), so dass die durch die jeweiligen Sensorelemente 11 und 21 der Vorrichtung erzeugten und in das Medium 3 eingebrachten Ultraschallsignale (Wellenfronten) W1 und W2 im Wesentlichen linear entlang der zweiten Linie L2 und somit auf einem längeren Weg durch das Medium 3 ohne störende Reflexionen verlaufen. Das Rohr 1 zur Bildung des Systems zur Durchflussmessung umfasst die dargestellten Teile des Rohrs gemäß den 2 und 3, wobei der Verlauf des Rohrs 1 außerhalb der Rohrabschnitte R1 bis R3 für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist. Das Rohr 1 erstreckt sich somit in der Darstellung in den 2 und 3 nach links und rechts weiter in Abhängigkeit von ergänzenden Bedingungen, wie beispielsweise entsprechend spezieller Anwendungen.The shape of the pipe 1 and thus the relative position of the first, second and third pipe sections R1 to R3 to each other corresponding to the spatial position of the second line L2 relative to the first and third lines L1 and L3 comprises the predetermined angle Θ (mode angle, Lamb angle), so that through the respective sensor elements 11 and 21 the device generated and in the medium 3 introduced ultrasonic signals (wavefronts) W1 and W2 substantially linearly along the second line L2 and thus on a longer path through the medium 3 without disturbing reflections. The pipe 1 for forming the flow measuring system comprises the illustrated parts of the tube according to the 2 and 3 where the course of the pipe 1 outside the pipe sections R1 to R3 is not essential to the present invention. The pipe 1 thus extends in the illustration in the 2 and 3 to the left and right depending on supplementary conditions, such as according to special applications.
Bei dem System zur Durchflussmessung kann das Rohr 1 oder kann ein elastisches Rohr oder ein Schlauch im Bereich der Anordnung der jeweiligen Sensoreinheit 10 und 20 zur verbesserten Auflage des entsprechenden ersten oder zweiten Koppelelements 12 oder 22 ein geringfügiges Abplatten der sonstigen Querschnittsform des Rohrs 1 oder eines Schlauchs vorgesehen sein. Dies kann ergänzend oder alternativ zur Verwendung eines Ultraschallgels oder einer Koppelpaste vorgesehen sein. Die Abplattung der nicht zwingenden aber vorzugsweise kreisförmigen Querschnittsfläche des Rohrs 1 oder Schlauchs in den Biegebereichen B1 und B2 sowie in den Abschnitten R1 bis R3 bewirkt allenfalls eine geringe unwesentliche Verringerung der Querschnittsfläche, die der Strömung des Mediums 3 zur Verfügung steht.In the system for flow measurement, the tube 1 or may be an elastic tube or a tube in the region of the arrangement of the respective sensor unit 10 and 20 for improved support of the corresponding first or second coupling element 12 or 22 a slight Abplatten the other cross-sectional shape of the tube 1 or a hose may be provided. This can be provided in addition or alternatively to the use of an ultrasound gel or a coupling paste. The flattening of the non-mandatory but preferably circular cross-sectional area of the tube 1 or hose in the bending regions B1 and B2 and in the sections R1 to R3 causes at most a small insignificant reduction in the cross-sectional area, the flow of the medium 3 is available.
Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4 shows a second embodiment of the present invention.
Die Vorrichtung zur Durchflussmessung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst ein Gehäuse 30, das ein erstes Gehäuseteil 31 und ein zweites Gehäuseteil 32 umfasst. Das zweite Gehäuseteil 32 ist in 4 lediglich zur Vereinfachung der Darstellung gestrichelt gezeichnet und dargestellt in einer Position, bei der das zweite Gehäuseteil 32 auf dem ersten Gehäuseteil 31 aufgesetzt ist zur Bildung des Gehäuses 30. Es können in beiden Gehäuseteilen 31 und 32 entsprechende Befestigungs- oder Ausrichtelemente 33 vorgesehen sein, mittels denen beide Gehäuseteile 31 und 32 präzise und nicht verschiebbar aufeinandergesetzt werden können. Jeweilige innere Oberflächen liegen im zusammengesetzten Zustand einander mit Berührung gegenüber. Das gesamte Gehäuse 30 umfasst zumindest die beiden vorstehend genannten Gehäuseteile 31 und 32.The flow measuring device according to the second embodiment comprises a housing 30 which is a first housing part 31 and a second housing part 32 includes. The second housing part 32 is in 4 merely dashed lines to simplify the illustration and shown in a position in which the second housing part 32 on the first housing part 31 is attached to the formation of the housing 30 , It can in both housing parts 31 and 32 corresponding fastening or alignment elements 33 be provided by means of which both housing parts 31 and 32 precise and not displaceable can be put together. Respective inner surfaces are in contact with each other in the assembled state. The entire case 30 comprises at least the two aforementioned housing parts 31 and 32 ,
Jedes Gehäuseteil 31 und 32 weist an der jeweils innen gelegenen bzw. inneren Oberfläche eine rillenförmige Vertiefung 34 auf, die in ihrer Form dem Verlauf des in den 2 und 3 gezeigten Verlaufs des Rohrs 1 entspricht. Die Anordnung der rillenförmigen Vertiefung 34 in den beiden Gehäuseteilen 31 und 32 ist jeweils spiegelsymmetrisch ausgeführt, so dass die rillenförmigen Vertiefungen 34 in den Gehäuseteilen 31 und 32 nach dem Zusammensetzen der Gehäuseteile 31 und 32 übereinander liegen (4).Each housing part 31 and 32 has at the respectively inner or inner surface of a groove-shaped recess 34 in their form the course of the in the 2 and 3 shown course of the tube 1 equivalent. The arrangement of the groove-shaped depression 34 in the two housing parts 31 and 32 is in each case mirror-symmetrical, so that the groove-shaped depressions 34 in the housing parts 31 and 32 after assembling the housing parts 31 and 32 lie on top of each other ( 4 ).
Wird beispielsweise in die rillenförmige Vertiefung 34 ein flexibles Rohr oder ein Schlauch eingesetzt, dann ergibt sich nach dem vollständigen Einsetzen des flexiblen Rohrs oder Schlauchs in die eine der rillenförmige Vertiefungen 34 in einem der Gehäuseteile 31 oder 32 die gewünschte geometrische Anordnung des eingesetzten elastischen Rohrs oder Schlauchs 1 entsprechend der Darstellung in den 2 und 3 mit jeweiligen Abschnitten entsprechend den Rohrabschnitten R1 bis R3 und den Biegebereichen B1 und B2 gemäß 2. Das elastische Rohr oder der Schlauch werden etwa bis zum halben Durchmesser in die rillenförmige Vertiefung 34 eingesetzt, wobei die rillenförmige Vertriefung etwa dem halben Außendurchmesser des elastischen Rohrs oder Schlauchs entspricht. Jede der rillenförmigen Vertiefungen 34 ist hinsichtlich der Rillentiefe und Rillenbreite entsprechend dem elastischen Rohr oder Schlauch 1 dimensioniert, nimmt somit eine betreffende Hälfte des elastischen Rohrs oder Schlauchs 1 auf und wird damit vollständig ausgefüllt, so dass vorzugsweise ein annähernd spielfreier Sitz des elastischen Rohrs oder des Schlauchs 1 in den rillenförmigen Vertiefungen 34 erreicht wird. Wird das jeweils andere Gehäuseteil 31 oder 32 zur Bildung des Gehäuses 30 auf das Gehäuseteil 31 oder 32 mit dem eingelegten elastischen Rohr oder Schlauch aufgesetzt, dann ist das elastische Rohr oder der Schlauch nicht verschiebbar in dem Gehäuse 30 in der vorbestimmten geometrischen Lage festgehalten. Weitere Einrichtungen zum Festhalten des elastischen Rohrs oder Schlauchs sind nicht erforderlich.For example, in the groove-shaped depression 34 a flexible tube or hose used, then results after the full insertion of the flexible tube or hose in the one of the groove-shaped recesses 34 in one of the housing parts 31 or 32 the desired geometric arrangement of the inserted elastic tube or hose 1 as shown in the 2 and 3 with respective sections corresponding to the pipe sections R1 to R3 and the bending sections B1 and B2 according to FIG 2 , The elastic tube or tube are about half the diameter in the groove-shaped recess 34 used, wherein the groove-shaped depression corresponds approximately to half the outer diameter of the elastic tube or hose. Each of the groove-shaped depressions 34 is in terms of groove depth and groove width corresponding to the elastic tube or hose 1 dimensioned, thus takes one concerned half of the elastic tube or hose 1 and is thus completely filled, so that preferably an approximately backlash-free fit of the elastic tube or hose 1 in the groove-shaped recesses 34 is reached. Will the other housing part 31 or 32 for the formation of the housing 30 on the housing part 31 or 32 placed with the inserted elastic tube or hose, then the elastic tube or hose is not slidable in the housing 30 held in the predetermined geometric position. Other means for holding the elastic tube or hose are not required.
4 zeigt des Weiteren die Anordnung der ersten Erfassungseinheit 10, die im Bereich des ersten Rohrabschnitts R1 vorgesehen ist. Die erste Erfassungseinheit 10 ist vorzugsweise in Form eines Moduls derart in das erste Gehäuseteil 31 eingesetzt, dass die erste Erfassungseinheit 10 im Bereich des ersten Rohrabschnitts R1 angeordnet ist und das elastische Rohr oder den Schlauch nach Einlegen in die rillenförmige Vertiefung 34 berührt. In gleicher Weise ist in dem zweiten Gehäuseteil 32 die zweite Erfassungseinheit 20 eingesetzt, so dass nach Einlegen des elastischen Rohrs oder Schlauchs 1 in die rillenförmige Vertiefung 34 und Zusammensetzen der beiden Gehäuseteile 31 und 32 zur Bildung des Gehäuses 30 die zweite Erfassungseinheit 20 das elastische Rohr oder den Schlauch in einem Bereich entsprechend dem dritten Rohrabschnitt R3 berührt. Die jeweilige erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 liegen somit an dem eingesetzten elastischen Rohr oder Schlauch 1 derart an, so dass eine akustische Kopplung mit dem in dem elastischen Rohr oder Schlauch 1 strömenden Medium 3 besteht und Ultraschallsignale in gleicher Weise entsprechend der Darstellung in den 1 und 3 in das in dem elastischen Rohr oder Schlauch 1 strömende Medium 3 eingebracht werden können. 4 further shows the arrangement of the first detection unit 10 , which is provided in the region of the first pipe section R1. The first registration unit 10 is preferably in the form of a module in the first housing part 31 used that the first detection unit 10 is arranged in the region of the first tube section R1 and the elastic tube or tube after insertion into the groove-shaped recess 34 touched. In the same way is in the second housing part 32 the second detection unit 20 inserted so that after inserting the elastic tube or hose 1 in the groove-shaped depression 34 and assembling the two housing parts 31 and 32 for the formation of the housing 30 the second detection unit 20 touches the elastic pipe or the hose in a region corresponding to the third pipe section R3. The respective first and second detection unit 10 and 20 are thus on the inserted elastic tube or hose 1 so on, so that an acoustic coupling with the in the elastic tube or hose 1 flowing medium 3 and ultrasonic signals in the same manner as shown in FIG 1 and 3 in that in the elastic tube or hose 1 flowing medium 3 can be introduced.
Die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die gleiche wie diejenige des ersten Ausführungsbeispiels, wobei infolge der Ausbildung der rillenförmigen Vertiefung 34 jeweils zur Hälfte in dem ersten und zweiten Gehäuseteil 31 und 32 die geometrische Anordnung des elastischen Rohrs oder Schlauchs 1 durch das Gehäuse 30 eindeutig unverrückbar vorgegeben ist und sich somit selbsttätig ergibt.The operation of the present invention according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, due to the formation of the groove-shaped recess 34 each half in the first and second housing part 31 and 32 the geometric arrangement of the elastic tube or hose 1 through the housing 30 is clearly given immovable and thus results automatically.
Entsprechend der Anordnung gemäß den 2 und 3 weist die rillenförmige Vertiefung 34 in den beiden Gehäuseteilen 31 und 32 eine derartige Anordnung auf, dass relativ zu dem Bereich des elastischen Rohrs oder Schlauchs benachbart zu der ersten oder zweiten Erfassungseinheit 10 oder 20 (entsprechend der ersten oder zweiten Linie L1 und L2) ein mittlerer Bereich der rillenförmigen Vertiefung 34 den betreffenden vorbestimmten Winkel Θ (Moden-Winkel, Lamb-Winkel; entsprechend der zweiten Linie L2) aufweist und somit gleichartige Verhältnisse gebildet werden entsprechend der Darstellung in den 2 und 3. According to the arrangement according to the 2 and 3 has the groove-shaped recess 34 in the two housing parts 31 and 32 such an arrangement that relative to the region of the elastic tube or hose adjacent to the first or second detection unit 10 or 20 (corresponding to the first or second line L1 and L2), a middle portion of the groove-shaped recess 34 the respective predetermined angle Θ (mode angle, Lamb angle, corresponding to the second line L2) and thus similar conditions are formed as shown in the 2 and 3 ,
Nach dem Zusammensetzen der beiden Gehäuseteile 31 und 32 zu dem Gehäuse 30 kann die gleiche Funktion zur Durchflussmessung wie im Fall des ersten Ausführungsbeispiels gebildet werden, wobei mittels der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20, die in der jeweiligen individuellen Position an dem elastischen Rohr oder Schlauch anliegen, jeweils Ultraschallsignale in das in dem elastischen Rohr oder Schlauch strömende Medium 3 eingebracht werden, und in den mittleren geraden Bereich des eingelegten elastischen Rohrs oder Schlauchs 1 in der rillenförmige Vertiefung 34 beider Gehäuseteile 31 und 32 die eingekoppelten Ultraschallsignale (Wellenfronten) W1 und W2 entlang der Längsausdehnung dieses mittleren Bereichs in Form des zweiten Abschnitts R2 (entsprechend der zweiten Linie L2) laufen und somit eine genaue Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 3 in dem elastischen Rohr oder Schlauch 1 mit dem Oberflächenwellen-basierten Verfahren möglich ist.After assembling the two housing parts 31 and 32 to the housing 30 For example, the same function for flow measurement as in the case of the first embodiment can be formed, wherein by means of the first and second detection unit 10 and 20 , which abut in the respective individual position on the elastic tube or hose, respectively ultrasonic signals in the medium flowing in the elastic tube or hose 3 are introduced, and in the middle straight portion of the inserted elastic tube or hose 1 in the groove-shaped depression 34 both housing parts 31 and 32 the coupled ultrasonic signals (wavefronts) W1 and W2 run along the longitudinal extent of this central region in the form of the second portion R2 (corresponding to the second line L2) and thus an accurate detection of the flow rate of the medium 3 in the elastic tube or hose 1 is possible with the surface wave-based method.
Mit der Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 4 kann auf einfache Weise mittels eines modulartigen Aufbaus mit unkomplizierter Montage an einem elastischen Rohr oder an einem Schlauch eine Messung durchgeführt werden, indem diese in der erforderlichen geometrischen Lage gehalten werden, wobei die Vorteile der Anordnung des elastischen Rohrs oder Schlauchs mit den beiden Biegebereichen B1 und B2 in der exakten Festlegung des vorbestimmten Winkels Θ relativ zur Anordnung der beiden Erfassungseinheiten 10 und 20 liegt, die auf einfache Weise mit dem zumindest zweiteiligen Gehäuse 30 erreicht werden kann. Eine Ausbildung der Vorrichtung V mit dem Gehäuse 30 ist somit auf einfache Weise möglich und kann in jedem entsprechend biegbaren Bereich des elastischen Rohrs oder Schlauchs 1 angeordnet und damit auch einfach versetzt werden. Die beiden Gehäuseteile 31 und 32 können dabei entsprechende elektrische Anschlüsse zur Ansteuerung aufweisen, wobei auch elektronische Bauelemente zur Auswertung oder Aufbereitung von Erfassungssignalen innerhalb der Gehäuseteile 31 und 32 vorgesehen sein können.With the arrangement of the second embodiment according to 4 can be carried out in a simple manner by means of a modular construction with straightforward installation on an elastic tube or on a hose a measurement by keeping them in the required geometric position, the advantages of the arrangement of the elastic tube or hose with the two bending regions B1 and B2 in the exact determination of the predetermined angle Θ relative to the arrangement of the two detection units 10 and 20 lies, in a simple way with the at least two-part housing 30 can be achieved. An embodiment of the device V with the housing 30 is thus possible in a simple manner and in each corresponding bendable region of the elastic tube or hose 1 arranged and thus easily moved. The two housing parts 31 and 32 can thereby have corresponding electrical connections for driving, wherein also electronic components for the evaluation or preparation of detection signals within the housing parts 31 and 32 can be provided.
In der Darstellung gemäß 4 ist jeweils eine der Erfassungseinheiten 10 und 20 in einem der Gehäuseteile 31 und 32 angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist hierauf jedoch nicht festgelegt, vielmehr könne die erste und zweite Erfassungseinrichtung 10 und 20 auch in demselben Gehäuseteil 31 oder 32 angeordnet sein. In jedem Fall sind die erste und zweite Erfassungseinrichtung 10 und 20 derart angeordnet, dass sie das elastische Rohr oder den Schlauch 1 nach dem Zusammensetzen der Gehäuseteile 31 und 32 berühren und somit ein akustische Kopplung zur Übertragung der Ultraschallsignale W1 und W2 in das Medium 3 besteht.In the illustration according to 4 each is one of the detection units 10 and 20 in one of the housing parts 31 and 32 arranged. However, the present invention is not fixed thereto, but rather the first and second detection means 10 and 20 also in the same housing part 31 or 32 be arranged. In any case, the first and second detection means 10 and 20 arranged such that it the elastic tube or hose 1 after assembling the housing parts 31 and 32 touch and thus an acoustic coupling for transmitting the ultrasonic signals W1 and W2 in the medium 3 consists.
Ferner kann zwischen der jeweiligen Erfassungseinheit 10 und 20 und dem benachbarten Bereich des elastischen Rohrs oder Schlauchs, an dem die Erfassungseinheiten 10 und 20 anliegen, eine Koppelpaste oder ein Ultraschallgel verwendet werden. Furthermore, between the respective detection unit 10 and 20 and the adjacent region of the elastic tube or hose to which the detection units 10 and 20 abutment, a coupling paste or an ultrasound gel can be used.
Im Einzelnen sind die Dimensionen der rillenförmigen Vertiefung zur jeweiligen Aufnahme etwa der Hälfte des elastischen Rohrs oder Schlauchs an die Dimensionen des elastischen Rohrs oder Schlauchs angepasst, so dass das elastische Rohr oder der Schlauch vollständig in der rillenförmigen Vertiefung 34 angeordnet sind und damit gehindert sind, auch kleine Bewegungen auszuführen. Es wird damit eine präzise Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 3 in dem elastischen Rohr oder Schlauch gewährleistet, wobei die Montage lediglich einfache Maßnahmen erfordert und die Auswertung der jeweiligen Auswertung des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Die physikalischen Verhältnisse der Moden-Konversion und der Einkopplung der Ultraschallsignale (Wellenfronten) W1 und W2 in das Medium 3 sind die gleichen wie diejenigen, wie sie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind. Die Anordnung gemäß 1 und die physikalischen Effekte sind die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel.Specifically, the dimensions of the groove-shaped recess for receiving approximately half of the elastic tube or tube are adapted to the dimensions of the elastic tube or tube so that the elastic tube or tube is completely in the groove-shaped recess 34 are arranged and thus prevented to perform even small movements. It is thus a precise detection of the flow velocity of the medium 3 ensured in the elastic tube or hose, the assembly only requires simple measures and the evaluation of the respective evaluation of the first embodiment corresponds. The physical conditions of the mode conversion and the coupling of the ultrasonic signals (wavefronts) W1 and W2 into the medium 3 are the same as those described in connection with the first embodiment. The arrangement according to 1 and the physical effects are the same as in the first embodiment.
Das Gehäuse 30 bzw. die Gehäuseteile 31 und 32 können aus einem metallenen Werkstoff bestehen, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium. Es ist ferner möglich, die Gehäuseteile 31 und 32 aus einem festen Kunststoffmaterial zu bilden, so dass in jedem Fall das eingesetzte elastische Rohr oder der Schlauch eine exakte Positionierung innerhalb des Gehäuses 30 aufweist und somit gewährleistet ist, dass der gerade Teil zwischen den Biegebereichen B1 und B2, der gemäß 2 dem zweiten Rohrabschnitt R2 entspricht, in seiner Erstreckungsrichtung (zweite Linie L2) exakt im vorbestimmten Winkel Θ (Moden-Winkel) relativ zu den geraden Teilen vor und nach dem jeweiligen Biegebereich B1 und B2, an denen die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet ist (entsprechend der ersten und dritten Linie L1 und L3) ausgerichtet ist. Mit der exakten Ausrichtung wird eine umfassende Nutzung der längeren Laufzeit der Ultraschallsignale W1 und W2 innerhalb des Mediums 3 ermöglicht, so dass eine sichere Verbesserung der Messgenauigkeit, insbesondere bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten des Mediums 3 auf einfache Weise gewährleistet ist. Die rillenförmigen Vertiefungen 34 in den Gehäuseteilen 31 und 32 können für unterschiedliche Durchmesser des elastischen Rohrs oder Schlauchs ausgelegt werden.The housing 30 or the housing parts 31 and 32 may be made of a metal material, such as steel or aluminum. It is also possible, the housing parts 31 and 32 to be formed of a solid plastic material, so that in any case, the inserted elastic tube or hose exact positioning within the housing 30 and thus ensures that the straight part between the bending areas B1 and B2, according to 2 corresponds to the second pipe section R2, in its extension direction (second line L2) exactly at the predetermined angle Θ (mode angle) relative to the straight parts before and after the respective bending region B1 and B2, where the first and second detection unit 10 and 20 is arranged (corresponding to the first and third lines L1 and L3) is aligned. With the exact alignment becomes a comprehensive use of the longer term of the ultrasonic signals W1 and W2 within the medium 3 allows, so that a safe improvement of the measurement accuracy, especially at low flow velocities of the medium 3 is ensured in a simple manner. The groove-shaped depressions 34 in the housing parts 31 and 32 can be designed for different diameters of the elastic tube or hose.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung 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 Alternativen und gleichartige Ausführungsformen, die unter die beigefügten Ansprüche 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 encompasses alternatives and similar embodiments that fall within the scope of the appended claims.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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EP 2604982 A1 [0008, 0011] EP 2604982 A1 [0008, 0011]
