DE202018006222U1

DE202018006222U1 - Ultrasonic flow meter

Info

Publication number: DE202018006222U1
Application number: DE202018006222.7U
Authority: DE
Original assignee: Engelmann Sensor GmbH
Current assignee: Engelmann Sensor GmbH
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2028-12-19

Abstract

Ultraschall-Durchflussmengenmesser zur Bestimmung der Menge einer Flüssigkeit, die durch einen Messkanal fließt, mit
einem Messrohr (1), das den Strömungsquerschnitt des Messkanals (4) begrenzt,
zwei Ultraschallwandlern (6, 7), die mit Abstand entlang des Messkanals (4) angeordnet sind und Ultraschallsignale in das Messrohr (1) senden und/oder empfangen,
einem ersten Umlenkspiegel (10), der im Bereich des Einlaufs (2) gegenüber dem ersten Ultraschallwandler (6) angeordnet ist, und einem zweiten Umlenkspiegel (11), der im Bereich des Auslaufs (3) gegenüber dem zweiten Ultraschallwandler angeordnet ist, wobei die beiden Umlenkspiegel (10, 11) zueinander schräg geneigte Spiegelflächen (12, 13) haben, sodass die von dem ersten Ultraschallwandler ausgesendeten Ultraschallsignale über den ersten Umlenkspiegel und den zweiten Umlenkspiegel zu dem zweiten Ultraschallwandler reflektiert werden und/oder gegenläufig zurück zu dem ersten Ultraschallwandler,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Umlenkspiegel (10, 11) in unterschiedlichen Höhen in Bezug auf die zentrale Achse (5) des Messkanals (4) angeordnet sind, sodass der Weg der Ultraschallsignale drei Seiten eines rechtwinkligen Trapezes folgt, wobei die Signalstrecken zwischen den Ultraschallwandlern (6, 7) und den diesen jeweils gegenüberliegenden Umlenkspiegeln (10, 11) senkrecht zur Achse des Messkanals (4) verlaufen und die Signalstrecke zwischen den beiden Umlenkspiegeln (10, 11) die Achse (5) des Messkanals (4) unter einem spitzen Winkel schneidet.

Ultrasonic flow meter for determining the amount of liquid flowing through a measuring channel with
a measuring tube (1) which limits the flow cross-section of the measuring channel (4),
two ultrasonic transducers (6, 7) which are arranged at a distance along the measuring channel (4) and transmit and / or receive ultrasonic signals in the measuring tube (1),
a first deflecting mirror (10), which is arranged in the region of the inlet (2) with respect to the first ultrasonic transducer (6), and a second deflecting mirror (11) which is arranged in the region of the outlet (3) with respect to the second ultrasonic transducer, wherein the two deflecting mirrors (10, 11) have mutually obliquely inclined mirror surfaces (12, 13), so that the ultrasound signals emitted by the first ultrasound transducer are reflected via the first deflecting mirror and the second deflecting mirror to the second ultrasound transducer and / or in opposite directions back to the first ultrasound transducer,
characterized in that
the two deflection mirrors (10, 11) are arranged at different heights with respect to the central axis (5) of the measuring channel (4) so that the path of the ultrasonic signals follows three sides of a rectangular trapezium, the signal paths between the ultrasonic transducers (6, 7 ) and the respective opposite deflection mirrors (10, 11) perpendicular to the axis of the measuring channel (4) and the signal path between the two deflecting mirrors (10, 11) intersects the axis (5) of the measuring channel (4) at an acute angle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschall-Durchflussmengenmesser zur Bestimmung der Menge einer Flüssigkeit, die durch einen Messkanal fließt.The present invention relates to an ultrasonic flowmeter for determining the amount of a liquid flowing through a measuring channel.

Derartige Durchflussmengenmesser werden insbesondere in Wärmezählern verwendet, um den Verbrauch von Wärme in Heizungsanlagen zu bestimmen. Mittels einer Laufzeitmessung eines Ultraschall-Messsignals das Volumen des Wassers, das durch den Messkanal strömt, präzise gemessen. Gleichzeitig wird im Vorlauf und im Rücklauf die Temperatur des Wassers gemessen. Aus der Temperaturdifferenz und der gemessenen Durchflussmenge lässt sich dann die verbrauchte Wärmemenge berechnen.Such flow meters are used in particular in heat meters to determine the consumption of heat in heating systems. By means of a transit time measurement of an ultrasonic measuring signal, the volume of the water flowing through the measuring channel is precisely measured. At the same time, the temperature of the water is measured in the flow and in the return. From the temperature difference and the measured flow rate can then calculate the amount of heat consumed.

Die Erfindung betrifft speziell Ultraschall-Durchflussmengenmesser mit zwei Ultraschallwandlern, die mit Abstand entlang des Messkanals angeordnet sind, und mit zwei zugeordneten Umlenkspiegeln, welche so angeordnet sind, dass die von dem ersten Ultraschallwandler ausgesendeten Ultraschallsignale über den ersten Umlenkspiegel und den zweiten Umlenkspiegel zu dem zweiten Ultraschallwandler reflektiert werden. Die Messstrecke kann auch in umgekehrter Richtung verlaufen, also vom zweiten Ultraschallwandler zum ersten Ultraschallwandler, oder gegenläufig in beiden Richtungen, wenn die Ultraschallwandler sowohl senden als auch empfangen können.The invention particularly relates to ultrasonic flow rate meters with two ultrasonic transducers, which are arranged at a distance along the measuring channel, and with two associated deflecting mirrors, which are arranged so that the ultrasound signals emitted by the first ultrasonic transducer via the first deflecting mirror and the second deflecting mirror to the second Ultrasonic transducers are reflected. The measuring path may also run in the opposite direction, ie from the second ultrasonic transducer to the first ultrasonic transducer, or in opposite directions in both directions, when the ultrasonic transducers can both transmit and receive.

Ein solcher Ultraschall-Durchflussmengenmesser ist beispielsweise durch DE 103 27 076 B3 bekannt. Den beiden Ultraschallwandlern ist jeweils ein Umlenkspiegel zugordnet. Die Messstrecke, also der Weg der Schallsignale, verläuft vom einen Ultraschallwandler zum ersten Umlenkspiegel, von letzterem zum zweiten Umlenkspiegel und von diesem zu dem zweiten Ultraschallwandler und gegenläufig zurück. Die Umlenkspiegel werden jeweils von einem Umlenkspiegelhalter fixiert und sind am Anfang und am Ende der Messstrecke in der Zentralachse des Messkanals, also in der Mitte des Strömungsquerschnitts angeordnet. Die beiden Umlenkspiegel sind jeweils unter 45 Grad schräg zueinander geneigt. Hierdurch ergibt sich eine Messstrecke in U-Form.Such an ultrasonic flow meter is, for example by DE 103 27 076 B3 known. The two ultrasonic transducers are each assigned a deflection mirror. The measuring path, ie the path of the sound signals, runs from one ultrasonic transducer to the first deflection mirror, from the latter to the second deflection mirror and from this to the second ultrasonic transducer and in opposite directions. The deflection mirrors are each fixed by a Umlenkspiegelhalter and are arranged at the beginning and at the end of the measuring section in the central axis of the measuring channel, ie in the middle of the flow cross-section. The two deflecting mirrors are inclined at an angle of 45 degrees to each other. This results in a measuring section in U-shape.

Die Anordnung von schrägen Umlenkspiegeln mitten im Strömungsquerschnitt des Messkanals hat Nachteile. Zum einen wird die Strömung zwischen Einlauf und Auslauf des Messrohrs stark gestört. Zum anderen wird das Geschwindigkeitsprofil über den Strömungsquerschnitt, also die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der Innenwandung und im Zentrum des Messrohrs, nicht physisch erfasst, sondern können nur rechnerisch korrigiert werden. Beides führt zu Ungenauigkeiten bei der Volumenmessung.The arrangement of oblique deflecting mirrors in the middle of the flow cross-section of the measuring channel has disadvantages. On the one hand, the flow between the inlet and outlet of the measuring tube is greatly disturbed. On the other hand, the velocity profile over the flow cross-section, that is to say the different flow velocities in the region of the inner wall and in the center of the measuring tube, is not physically detected, but can only be corrected by calculation. Both leads to inaccuracies in the volume measurement.

Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht also darin, einen Ultraschall-Durchflussmengenmesser mit zwei Ultraschallwandlern und nur zwei Umlenkspiegeln so auszugestalten, dass die Flüssigkeitsströmung durch das Messrohr möglichst wenig gestört wird und die Strömungsgeschwindigkeiten über einen möglichst großen Teil des Strömungsquerschnitts tatsächlich gemessen werden können.The technical problem underlying the invention is thus to design an ultrasonic flow meter with two ultrasonic transducers and only two deflecting mirrors so that the liquid flow through the measuring tube is disturbed as little as possible and the flow velocities can be actually measured over as large a portion of the flow cross-section.

Bei der Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einem Ultraschall-Durchflussmengenmesser gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Gelöst wird die Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs dadurch, dass die beiden Umlenkspiegel in unterschiedlichen Höhen in Bezug auf die Zentralachse des Messkanals angeordnet sind, sodass der Weg der Ultraschallsignale drei Seiten eines rechtwinkligen Trapezes folgt, wobei die Signalstrecken zwischen den Ultraschallwandlern und den diesen jeweils gegenüberliegenden Umlenkspiegeln senkrecht zur Achse des Messkanals verlaufen und die Signalstrecke zwischen den beiden Umlenkspiegeln die Achse des Messkanals unter einem spitzen Winkel schneidet. Der zwischen den Ultraschallwandlern verlaufende Abschnitt der Innenwandung des Messrohrs bildet dabei die vierte Seite des gedachten Trapezes.In the solution of this problem is based on an ultrasonic flow meter according to the preamble of the first claim. The object is achieved according to the characterizing part of the claim in that the two deflecting mirrors are arranged at different heights with respect to the central axis of the measuring channel, so that the path of the ultrasonic signals follows three sides of a rectangular trapezium, wherein the signal paths between the ultrasonic transducers and this each opposite deflection mirrors perpendicular to the axis of the measuring channel and the signal path between the two deflecting mirrors intersects the axis of the measuring channel at an acute angle. The running between the ultrasonic transducers section of the inner wall of the measuring tube forms the fourth side of the imaginary trapezoid.

Die beiden Signalstrecken zwischen den Ultraschallwandlern und den diesen gegenüberliegenden Umlenkspiegeln verlaufen parallel zueinander, wohingegen die Signalstrecke zwischen den beiden Umlenkspiegeln schräg gegenüber der Zentralachse des Messkanals verläuft. Damit wird das Geschwindigkeitsprofil zumindest über einen großen Teil des Strömungsquerschnitts des Messkanals durchschallt. Dadurch erhöht sich der Informationsgehalt der Laufzeit- bzw. Laufzeitdifferenzmessung auf der Ultraschall-Messstrecke, sodass das Volumen der strömenden Flüssigkeit genauer erfasst werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass zumindest einer der beiden schrägen Umlenkspiegel nahe der Innenwandung des Messrohrs, also am Rand des Strömungsquerschnitts angeordnet werden kann, sodass die Strömung vergleichsweise wenig gestört wird.The two signal paths between the ultrasonic transducers and the deflecting mirrors lying opposite them run parallel to one another, whereas the signal path between the two deflecting mirrors extends obliquely with respect to the central axis of the measuring channel. Thus, the velocity profile is penetrated at least over a large part of the flow cross-section of the measuring channel. As a result, the information content of the transit time or transit time difference measurement on the ultrasonic measurement path increases, so that the volume of the flowing fluid can be detected more accurately. A further advantage is that at least one of the two oblique deflecting mirrors can be arranged close to the inner wall of the measuring tube, that is to say at the edge of the flow cross section, so that the flow is disturbed comparatively little.

Optimal wird der überwiegende Teil des Strömungsquerschnitts des Messkanals von den Ultraschallsignalen auf der Signalstrecke zwischen den beiden Umlenkspiegeln schräg durchlaufen. Die Höhendifferenz zwischen Umlenkspiegeln sollte so groß wie möglich sein.Optimally, the majority of the flow cross-section of the measuring channel is traversed obliquely by the ultrasonic signals on the signal path between the two deflecting mirrors. The height difference between deflecting mirrors should be as large as possible.

Vorzugsweise ist der erste, das heißt in Durchflussrichtung vordere Umlenkspiegel niedriger angeordnet als der im Bereich des Auslaufs angeordnete zweite Umlenkspiegel. Dadurch ergibt sich eine längere Signalstrecke zwischen dem ersten Ultraschallwandler und dem zugehörigen ersten Umlenkspiegel am Einlauf und der parallelen Signalstrecke zwischen dem zweiten Umlenkspiegel und dem zugehörigen zweiten Ultraschallwandler am Auslauf.Preferably, the first, ie in the flow direction front deflection mirror is arranged lower than that in the region of the outlet arranged second deflection mirror. This results in a longer signal path between the first ultrasonic transducer and the associated first deflection mirror at the inlet and the parallel signal path between the second deflection mirror and the associated second ultrasonic transducer at the outlet.

Besonders bevorzugt wird eine Anordnung der Umlenkspiegel derart, dass der erste Umlenkspiegel am Einlauf so nah wie möglich an der Innenwandung oder sogar in einer Vertiefung der Innenwandung des Messrohrs angeordnet ist, wohingegen der zweite Umlenkspiegel am Auslauf mit einigem Abstand von der Innenwandung des Messrohrs angeordnet ist, vorzugsweise nahe des zugehörigen zweiten Ultraschallwandlers.Particularly preferred is an arrangement of the deflection mirror such that the first deflecting mirror is arranged as close as possible to the inner wall or even in a recess of the inner wall of the measuring tube at the inlet, whereas the second deflecting mirror is arranged at the outlet at some distance from the inner wall of the measuring tube , preferably close to the associated second ultrasonic transducer.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflussmengenmessers sitzen die Umlenkspiegel auf unterschiedlich hohen Sockeln, welche an der Innenwandung des Messrohrs befestigt sind. Diese Sockel haben vorzugsweise die Form von schräg abgeschnittenen Zylindern, wobei die Schnittflächen die Spiegelflächen der Umlenkspiegel bilden. Die Spiegel selbst haben also vorzugsweise ovale Form. Runde Sockel haben einen kleinen Strömungswiderstand und vermeiden Turbulenzen.In an advantageous development of the ultrasonic flow meter according to the invention, the deflecting mirrors are seated on differently high pedestals, which are fastened to the inner wall of the measuring tube. These bases are preferably in the form of obliquely cut cylinders, wherein the cut surfaces form the mirror surfaces of the deflection mirror. The mirrors themselves therefore preferably have an oval shape. Round sockets have a small flow resistance and avoid turbulence.

Der Sockel des höher angeordneten zweiten Umlenkspiegels am Auslauf hat bevorzugt eine Durchströmöffnung, welche parallel zur Achse des Messkanals verläuft. Dadurch wird der Strömungswiderstand des Sockels weiter reduziert. Der Körper des Sockels kann auch geringeren Durchmesser als der an der Oberseite angeordnete Umlenkspiegel haben, um den Strömungswiderstand weiter zu reduzieren.The base of the higher arranged second deflecting mirror at the outlet preferably has a flow-through opening which runs parallel to the axis of the measuring channel. As a result, the flow resistance of the base is further reduced. The body of the socket may also have a smaller diameter than the deflecting mirror arranged on the top in order to further reduce the flow resistance.

Die Sockel können in Gewindelöcher des Messrohrs eingeschraubt sein. Auch die Ultraschallwandler sitzen bevorzugt in runden Aufnahmen des Messrohrs. Bevorzugt haben diese Aufnahmen für die Ultraschallwandler einen größeren Durchmesser als die Gewindelöcher für die Sockel, wobei die Aufnahmen und die Gewindelöcher miteinander fluchten, das heißt, konzentrisch zueinander angeordnet sind. Dies ermöglicht ein Einsetzen und Einschrauben der Umlenkspiegel mit den Sockeln durch die Aufnahmen für die Ultraschallwandler, bevor die Ultraschallwandler montiert werden.The bases can be screwed into threaded holes of the measuring tube. The ultrasonic transducers also preferably sit in round receptacles of the measuring tube. Preferably, these recordings for the ultrasonic transducers have a larger diameter than the threaded holes for the pedestals, wherein the receptacles and the threaded holes are aligned with each other, that is, are arranged concentrically with each other. This allows inserting and screwing the deflecting mirror with the sockets through the recordings for the ultrasonic transducers before the ultrasonic transducers are mounted.

Das Messrohr ist bevorzugt aus Metall, insbesondere Messing oder Edelstahl. Metall hat die Eigenschaft, Ultraschallwellen stark zu reflektieren, wenn es eine Grenzfläche mit einem anderen Medium mit stark unterschiedlicher Schallkennimpedanz bildet. Insbesondere an Grenzflächen zwischen Metall und Wasser kommt es zu relativ starken Reflexionen. Um solche Reflexionen an der Innenwand des Messrohrs zu verhindern oder jedenfalls zu minimieren, kann das Messrohr innen mit einem Einsatz aus Kunststoff, der Ultraschall gut absorbiert, ausgekleidet werden. Diese Auskleidung kann zum Beispiel in Form eines Kunststoff-Einsatzes ausgebildet sein.The measuring tube is preferably made of metal, in particular brass or stainless steel. Metal has the property of strongly reflecting ultrasonic waves when it forms an interface with another medium with widely different acoustic impedance. Especially at interfaces between metal and water, there are relatively strong reflections. In order to prevent or at least minimize such reflections on the inner wall of the measuring tube, the measuring tube can be lined on the inside with a plastic insert which absorbs ultrasound well. This lining can be designed, for example, in the form of a plastic insert.

Alternativ kann die Innenwand des Messrohrs zumindest im Bereich zwischen den beiden Ultraschallwandlern eine reliefartige Oberflächenstruktur haben, wobei die Tiefe dieser Oberflächenstruktur größer als die Wellenlänger der Ultraschallsignale ist. Vorzugsweise beträgt die Tiefe der Oberflächenstruktur mindestens das Doppelte der Wellenlänge der Ultraschallsignale. Treffen hochfrequente Ultraschallsignale auf solche Strukturen, die eine Größe haben, die mindestens der Wellenlänge des Ultraschalls entspricht, kommt es zu Vielfachreflexionen bzw. Streuungen. Diese diffus reflektierten Ultraschallwellen stören die Messung vergleichsweise wenig, da ihre Intensität (Amplitude) erheblich geringer ist als die Intensität der gerichteten Ultraschallsignale auf der Messstrecke und somit die Laufzeitmessung kaum stören.Alternatively, the inner wall of the measuring tube, at least in the region between the two ultrasonic transducers have a relief-like surface structure, wherein the depth of this surface structure is greater than the wavelengths of the ultrasonic signals. Preferably, the depth of the surface structure is at least twice the wavelength of the ultrasonic signals. If high-frequency ultrasonic signals hit such structures, which have a size which corresponds at least to the wavelength of the ultrasound, multiple reflections or scattering occur. These diffuse reflected ultrasonic waves disturb the measurement comparatively little, since their intensity (amplitude) is considerably lower than the intensity of the directional ultrasonic signals on the measuring path and thus hardly disturb the transit time measurement.

Die streuende Oberflächenstruktur wird vorzugsweise durch eine Vielzahl von parallelen ringförmigen Einstichen oder durch ein Kreuzgewinde gebildet. Ein Gewinde lässt sich leichter einarbeiten als parallele Einstiche.The diffusing surface structure is preferably formed by a plurality of parallel annular grooves or by a cross thread. A thread is easier to incorporate than parallel punctures.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben. Es zeigen:

1a, 1b, 1c einen ersten Ultraschall-Durchflussmengenmesser in Vorderansicht, Vertikalschnitt und Horizontalschnitt;
2a, 2b, 2c einen zweiten Ultraschall-Durchflussmengenmesser in Vorderansicht, Vertikalschnitt und Horizontalschnitt.

Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings. Show it:

1a . 1b . 1c a first ultrasonic flow meter in front view, vertical section and horizontal section;
2a . 2 B . 2c a second ultrasonic flow meter in front view, vertical section and horizontal section.

Der in den 1a - 1c dargestellte Ultraschall-Durchflussmengenmesser hat ein rundes Messrohr 1 aus Messing, welches von kaltem oder warmem Heizungswasser durchströmt wird. Da dieser Durchflussmengenmesser für Heizungsanlagen von größeren Gebäuden vorgesehen ist, hat das Messrohr 1 einen relativ großen Durchmesser von mehreren Zentimetern. An den beiden Enden erweitert sich das Messrohr 1 konisch zu einem Einlauf 2 und einem Auslauf 3, die jeweils mit einem Innengewinde zum Anschluss an die benachbarten Heizungsrohre versehen sind.The in the 1a - 1c illustrated ultrasonic flow meter has a round measuring tube 1 made of brass, which is flowed through by cold or warm heating water. Since this flow meter is intended for heating systems of larger buildings, has the measuring tube 1 a relatively large diameter of several centimeters. The measuring tube expands at both ends 1 conical to an enema 2 and a spout 3 , which are each provided with an internal thread for connection to the adjacent heating pipes.

Das Messrohr 1 begrenzt einen Messkanal 4 mit konstantem rundem Strömungsquerschnitt. Der Messkanal 4 wird hier von links nach rechts durchströmt. Die zentrale Achse des Messrohrs 1 fällt mit der Achse 5 des Messkanals 4 zusammen.The measuring tube 1 limits a measuring channel 4 with constant round flow cross-section. The measuring channel 4 is traversed from left to right here. The central axis of the measuring tube 1 falls with the axle 5 of the measuring channel 4 together.

Entlang des Messkanals 4 sind ein erster Ultraschallwandler 6 und ein zweiter Ultraschallwandler 7 mit einigem Abstand hintereinander angeordnet. Die beiden Ultraschallwandler 6, 7 sitzen in runden Aufnahmen 8 bzw. 9, die in der Wandung des Messrohrs 1 ausgebildet sind und in welche die Ultraschallwandler 6, 7 von außen einschraubbar sind. Along the measuring channel 4 are a first ultrasonic transducer 6 and a second ultrasonic transducer 7 arranged at some distance one behind the other. The two ultrasonic transducers 6 . 7 sit in round shots 8th respectively. 9 placed in the wall of the measuring tube 1 are formed and in which the ultrasonic transducer 6 . 7 can be screwed from the outside.

Gegenüber dem ersten Ultraschallwandler 6 ist ein erster Umlenkspiegel 10 im Bereich des Einlaufs 2 angeordnet. Ein zweiter Umlenkspiegel 11 ist gegenüber dem zweiten Ultraschallwandler 7 im Bereich des Auslaufs 3 angeordnet. Die Umlenkspiegel 10, 11 haben zueinander schräg geneigte Spiegelflächen 12 bzw. 13.Opposite the first ultrasonic transducer 6 is a first deflecting mirror 10 in the area of the inlet 2 arranged. A second deflecting mirror 11 is opposite the second ultrasonic transducer 7 in the area of the spout 3 arranged. The deflection mirror 10 . 11 have mutually inclined mirror surfaces 12 respectively. 13 ,

Die von dem ersten Ultraschallwandler 6 senkrecht nach unten in den Messkanal 4 ausgesendeten Ultraschallsignale werden über den ersten Umlenkspiegel 10 und den Umlenkspiegel 11 zu dem zweiten Ultraschallwandler 7 reflektiert und gegenläufig zurück zu dem ersten Ultraschallwandler 6.The from the first ultrasonic transducer 6 vertically down into the measuring channel 4 emitted ultrasonic signals are transmitted via the first deflection mirror 10 and the deflecting mirror 11 to the second ultrasonic transducer 7 reflected and in opposite directions back to the first ultrasonic transducer 6 ,

Der erste Umlenkspiegel 10 am Einlauf 2 sitzt auf einem niedrigen Sockel 14. Der zweite Umlenkspiegel 11 sitzt auf einem wesentlich höheren Sockel 15. Die Sockel 14, 15 haben die Form von schräg abgeschnittenen Zylindern, wobei die Schnittflächen die Spiegelflächen 12, 13 bilden, welche dadurch im Wesentlichen ovalen Grundriss haben. Der höhere Sockel 15 des zweiten Umlenkspiegels 11 hat eine Durchströmöffnung 16 (vgl. 1c).The first deflecting mirror 10 at the inlet 2 sits on a low pedestal 14 , The second deflection mirror 11 sits on a much higher pedestal 15 , The pedestals 14 . 15 have the shape of obliquely cut cylinders, where the cut surfaces are the mirror surfaces 12 . 13 form, which thereby have a substantially oval floor plan. The higher socket 15 of the second deflecting mirror 11 has a flow opening 16 (see. 1c ).

Die Sockel 14, 15 und damit auch die Umlenkspiegel 10, 11 sind aus Metall (Edelstahl). Die Spiegelflächen 12, 13 sind poliert, sodass die auftreffenden Ultraschallsignale total reflektiert werden.The pedestals 14 . 15 and therefore also the deflection mirrors 10 . 11 are made of metal (stainless steel). The mirror surfaces 12 . 13 are polished, so that the incident ultrasonic signals are totally reflected.

Dadurch, dass die beiden Umlenkspiegel 10, 11 in unterschiedlichen Höhen in Bezug auf die Achse des Messkanals 4 angeordnet sind, folgt der Weg der Ultraschallsignale drei Seiten eines gedachten rechtwinkligen Trapezes. Dabei verlaufen die Signalstrecken 17 und 18 zwischen den Ultraschallwandlern 6, 7 und den diesen jeweils gegenüberliegenden Umlenkspiegeln 10, 11 senkrecht zur Achse 5 des Messkanals 4, wohingegen die Signalstrecke 19 zwischen den beiden Umlenkspiegeln 10 und 11 die Achse 5 des Messkanals 4 unter einem spitzen Winkel 20 schneidet. Der Winkel 20 beträgt hier ungefähr 15 Grad, kann aber je nach Länge und Durchmesser des Messrohrs 1 auch kleiner oder größer sein. Die Ultraschallsignale auf der Signalstrecke 19 zwischen den beiden Umlenkspiegeln 10, 11 durchlaufen den überwiegenden Teil des Strömungsquerschnitts des Messkanals 4 schräg von unten nach oben, wodurch fast das ganze Geschwindigkeitsprofil des Strömungsquerschnitts durchschallt wird.Because of the two deflecting mirrors 10 . 11 at different heights with respect to the axis of the measuring channel 4 are arranged, the path of the ultrasonic signals follows three sides of an imaginary right-angle trapezoid. The signal paths run thereby 17 and 18 between the ultrasonic transducers 6 . 7 and the respective opposite deflection mirrors 10 . 11 perpendicular to the axis 5 of the measuring channel 4 whereas the signal path 19 between the two deflecting mirrors 10 and 11 the axis 5 of the measuring channel 4 at an acute angle 20 cuts. The angle 20 here is about 15 degrees, but may vary depending on the length and diameter of the measuring tube 1 also be smaller or larger. The ultrasonic signals on the signal path 19 between the two deflecting mirrors 10 . 11 run through the majority of the flow cross section of the measuring channel 4 obliquely from bottom to top, whereby almost the entire velocity profile of the flow cross-section is penetrated.

Die vierte Seite des gedachten Trapezes stellt die (in 1b obere) Innenwandung des Messrohrs 1 zwischen den Ultraschallwandlern 6 und 7 dar.The fourth side of the imaginary trapezoid represents the (in 1b upper) inner wall of the measuring tube 1 between the ultrasonic transducers 6 and 7 represents.

Die Sockel 14, 15 der Umlenkspiegel 10, 11 sind in Gewindelöcher 21, 22 des Messrohrs 1 eingeschraubt, wobei die Aufnahmen 8, 9 für die Ultraschallwandler 6, 7 deutlich größeren Durchmesser als die Gewindelöcher 21, 22 haben und mit den Gewindelöchern 21, 22 fluchten, das heißt, eine gemeinsame Achse haben, die senkrecht zur Achse 5 des Messkanals 4 verläuft. Dadurch ist es möglich, zuerst die Umlenkspiegel 10, 11 durch die noch offenen Aufnahmen 8, 9 hindurch in das Messrohr 1 einzuschrauben und anschließend die Ultraschallwandler 6, 7 zu montieren.The pedestals 14 . 15 the deflection mirror 10 . 11 are in threaded holes 21 . 22 of the measuring tube 1 screwed in, taking pictures 8th . 9 for the ultrasonic transducers 6 . 7 significantly larger diameter than the threaded holes 21 . 22 have and with the threaded holes 21 . 22 aligned, that is, have a common axis perpendicular to the axis 5 of the measuring channel 4 runs. This makes it possible, first, the deflection mirror 10 . 11 through the still open shots 8th . 9 through into the measuring tube 1 then screw in the ultrasonic transducers 6 . 7 to assemble.

Der in den 2a - 2c dargestellte Ultraschall-Durchflussmengenmesser entspricht nahezu vollständig dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Der einzige Unterschied ist die Ausbildung der Innenwandung des Messrohrs im Bereich des Messkanals, welche hier eine reliefartige Oberflächenstruktur hat, die durch eine Vielzahl von parallelen ringförmigen Einstichen 30 gebildet ist. Die Tiefe dieser Einstiche 30 beträgt ungefähr das doppelte der Wellenlänge der Ultraschallsignale.The in the 2a - 2c shown ultrasonic flow meter corresponds almost completely to the first embodiment described above. The only difference is the formation of the inner wall of the measuring tube in the region of the measuring channel, which here has a relief-like surface structure, which by a plurality of parallel annular grooves 30 is formed. The depth of these punctures 30 is about twice the wavelength of the ultrasonic signals.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Messrohrmeasuring tube
22: Einlauf (Messrohr)Inlet (measuring tube)
33: Auslauf (Messrohr)Spout (measuring tube)
44: Messkanalmeasuring channel
55: Achse (Messkanal)Axis (measuring channel)
66: erster Ultraschallwandlerfirst ultrasonic transducer
77: zweiter Ultraschallwandlersecond ultrasonic transducer
88th: Aufnahme (für 6)Recording (for 6 )
99: Aufnahme (für 7)Recording (for 7 )
1010: erster Umlenkspiegelfirst deflecting mirror
1111: zweiter Umlenkspiegelsecond deflection mirror
1212: Spiegelfläche (von 10)Mirror surface (from 10 )
1313: Spiegelfläche (von 11)Mirror surface (from 11 )
1414: Sockel (von 10)Socket (from 10 )
1515: Sockel (von 11)Socket (from 11 )
1616: Durchströmöffnung (in 15)Flow opening (in 15 )
1717: Signalstrecke (zwischen 6 und 10)Signal path (between 6 and 10 )
1818: Signalstrecke (zwischen 7 und 11)Signal path (between 7 and 11 )
1919: Signalstrecke (zwischen 10 und 11)Signal path (between 10 and 11 )
2020: Winkel (zwischen 5 und 19)Angle (between 5 and 19 )
21 21: Gewindeloch (für 14)Thread hole (for 14 )
2222: Gewindeloch (für 15) Thread hole (for 15 )
3030: Einstichepunctures

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10327076 B3 [0004]

Claims

Ultrasonic flowmeter for determining the amount of a liquid flowing through a measuring channel, with a measuring tube (1), which limits the flow cross section of the measuring channel (4), two ultrasonic transducers (6, 7) spaced along the measuring channel (4) are arranged and transmit and / or receive ultrasonic signals in the measuring tube (1), a first deflection mirror (10) which is arranged in the region of the inlet (2) relative to the first ultrasonic transducer (6), and a second deflection mirror (11) in the region of the outlet (3) relative to the second ultrasonic transducer is arranged, wherein the two deflecting mirrors (10, 11) mutually inclined mirror surfaces (12, 13), so that emitted by the first ultrasonic transducer ultrasonic signals on the first deflection mirror and the second deflection mirror are reflected to the second ultrasonic transducer and / or in opposite directions back to the first ultrasonic transducer, characterized in that the two deflection mirrors (10, 11) are arranged at different heights with respect to the central axis (5) of the measuring channel (4) so that the path of the ultrasonic signals follows three sides of a rectangular trapezium, the signal paths between the ultrasonic transducers (6, 7 ) and the respective opposite deflection mirrors (10, 11) perpendicular to the axis of the measuring channel (4) and the signal path between the two deflecting mirrors (10, 11) intersects the axis (5) of the measuring channel (4) at an acute angle.

Ultrasonic flow meter after Claim 1 , characterized in that the ultrasonic signals on the signal path between the two deflecting mirrors (10, 11) through the majority of the flow cross-section of the measuring channel (4) obliquely.

Ultrasonic flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the signal path between the first ultrasonic transducer (10) and the associated first deflecting mirror (10) at the inlet (2) is longer than the signal path between the second deflecting mirror (11) at the outlet ( 3) and the associated second ultrasonic transducer (7).

Ultrasonic flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the first deflecting mirror (10) at the inlet (2) on the inner wall of the measuring tube (1) is arranged and the second deflecting mirror (11) at the outlet (3) at some distance from the inner wall of the measuring tube (1) is arranged.

Ultrasonic flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection mirrors (10, 11) on different height pedestals (14, 15) sit, which are fixed to the inner wall of the measuring tube (1).

Ultrasonic flow meter after Claim 5 , characterized in that the pedestals (14, 15) have the shape of obliquely cut cylinders, wherein the cut surfaces (12, 13) form the mirror surfaces of the deflection mirrors (10, 11).

Ultrasonic flow meter after Claim 5 or 6 , characterized in that the base (15) of the second deflection mirror (11) at the outlet (3) has a flow-through opening (16) which runs parallel to the axis (5) of the measuring channel (4).

Ultrasonic flow meter according to one of Claims 5 to 7 , characterized in that the pedestals (14, 15) in threaded holes (21, 22) of the measuring tube (1) are screwed.

Ultrasonic flow meter after Claim 8 , characterized in that the ultrasonic transducers (6, 7) in round receptacles (8, 9) of the measuring tube (1) sit, said recordings with the sockets (14, 15) of the associated deflection mirror (11, 12) are aligned and larger diameter as the corresponding threaded holes (21, 22) have.

Ultrasonic flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring tube (1) is made of metal and its inner wall is lined at least in the region of the measuring channel (4) with a well absorbing plastic ultrasound.

Ultrasonic flowmeter according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring tube (1) is made of metal and its inner wall at least in the region between the two ultrasonic transducers has a relief-like surface structure, wherein the depth of this surface structure is greater than the wavelength of the ultrasonic signals.

Ultrasonic flow meter after Claim 11 , characterized in that the depth of the surface structure is at least twice the wavelength of the ultrasonic signals.

Ultrasonic flow meter after Claim 11 or 12 , characterized in that the surface structure is formed by a plurality of parallel annular recesses (30) or by a cross thread.