DE2924561B1

DE2924561B1 - Messwertgeber zur Bestimmung der Durchflussmenge einer stroemenden Fluessigkeit

Info

Publication number: DE2924561B1
Application number: DE2924561A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl-Ing Lechner; Claudio Dipl-El-Ing Meisser; Hans Strasser
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1979-06-08
Filing date: 1979-06-19
Publication date: 1980-07-31
Also published as: JPS55166009A; FR2458798A1; FR2458798B1; DK246980A; US4325262A; SE8004210L; JPS6125291B2; NL183606B; DK161258B; AT384299B; IT1131289B; ATA284280A; CH636701A5; NL8003340A; NL183606C; DK161258C; IT8022615A0; GB2052741B; DE2924561C2; GB2052741A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwertgeber nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Bestimmung der Durchflußmenge einer Flüssigkeit durch ein Rohrsystem ist es bekannt, die fließende Flüssigkeit mit Ultraschallimpulsen zu beaufschlagen, um aus der Laufzeit der Impulse auf die mittlere Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit und damit auf deren Durchtrittsmenge pro Zeiteinheit schließen zu können. Dabei erwies sich eine Messung der Laufzeiten der Impulse längs eines von der Flüssigkeit durchflossenen Rohrstückes als am zweckmäßigsten. Eine solche Anordnung ist in der DE-OS 23 39 631 beschrieben, doch weist diese noch verschiedene Mängel auf: Bei Einbau der Meßwandler direkt in den Flüssigkeitsstrom des Rohrsystems sind die Meßwandler von außen nicht zugänglich, es entstehen Strömungswiderstände und der Aufwand für die dichte Zuleitung der elektrischen Anschlüsse ist groß. Bei der Verwendung zweier T-Stücke, deren in einer Achse liegende Anschlüsse auf einer Seite durch ein gerades Rohr verbunden und auf der anderen Seite je durch einen Meßwandler verschlossen sind, entstehen durch die Strömungsumlenkung unmittelbar bei den Meßstellen ein zu großer Druckabfall. Außerdem ist die Einbaulänge zu groß.

Für den Einbau von Durchflußzählern in Brauchwasserleitungen bestehen Normen über den Abstand zweier Leitungsenden, zwischen die der Durchflußzähler eingebaut werden muß. Die relativ kleinen Abstände erlauben beim Stand der Technik den Einbau nur sehr kurzer und damit ungenauer Schallmeßstrecken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertgeber so auszugestalten, daß er zwischen

ORIGINAL INSPECTED

relativ kleine Abstände zweier Rohrenden eingebaut werden kann und trotzdem die zur Erreichung der nötigen Meßgenauigkeit erfroderliche Länge der Meßstrecke aufweist. Darüber hinaus soll der Meßwertgeber einen möglichst kleinen Strömungswiderstand aufweisen und leicht herstellbar sein.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 je eine schematische Darstellung eines Meßwertgebers und die

F i g. 3 bis 6 je einen Schnitt durch vier konstruktiv verschieden gestaltete Meßwertgeber.

In den nachfolgend beschriebenen Figuren sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Zwei großräumige, quaderförmige Hohlkörper bildende Verteilkammern 1 und 2 sind durch wenigstens eine Wand 3 voneinander getrennt. Ein als Meßstrecke dienendes Rohr 4 durchstößt die Wand 3 und dringt mit seinen Enden 5 und 6 in das Innere der beiden Verteilkammern 1 und 2 so weit vor, daß jede Verteilkammer 1,2 das entsprechende Ende 5 bzw. 6 des Rohres 4 wenigstens auf einer Länge allseitig umschließt, die größer ist als der lichte Durchmesser des Rohres 4.

Die Verteilkammern 1 und 2 weisen einen Zufluß 7 bzw. einen Wegfluß 8 auf, die in den Figuren je durch einen Pfeil angedeutet und in den Verteilkammern 1 und 2 entfernt von den Enden 5 und 6 des Rohres 4 angeordnet sind. Die Anschlüsse für den Zufluß 7 und den Wegfluß 8 liegen vorteilhaft in einer gemeinsamen Achse. Die zu messende Flüssigkeit durchströmt vom Zufluß 7 her die erste Verteilkammer 1 und dringt an der einen Stirnseite des Endes 5 in das Rohr 4 ein, verläßt dieses an seinem anderen Ende 6, durchströmt die zweite Verteilkammer 2 und gelangt zum Wegfluß 8. Die Achse des Rohres 4 bildet ein Lot durch die Zentren der Übertragungsflächen 11 und 12 je eines Meßwandlers 9 bzw. 10. Die Übertragungsflächen 11 und 12 sind direkt der Flüssigkeit ausgesetzt und weisen je einen Abstand E von der Stirnseite der Rohrenden 5 bzw. 6 auf. Die Abstände E sind so gewählt, daß sich für den Durchfluß der Flüssigkeit einerseits zwei möglichst große Durchflußquerschnitte an den Stirnseiten des Rohres 4 ergeben.

Für die Genauigkeit bei der Messung der Laufzeiten ist es andererseits erwünscht, die Abstände £ möglichst klein zu halten. Gute Ergebnisse liegen dann vor, wenn die Abstände E annähernd die Hälfte des Innendurchmessers des Rohres 4 betragen.

Die F i g. 2 zeigt schematisch, wie die Vergrößerung des Meßbereiches eines Meßwertgebers durch Teilung des Gesamtflußes in zwei Teilströme erreicht werden kann. Durch symmetrische Anordnung beider Teilströme wird eine durchflußunabhängige Aufteilung erreicht. Auch mehr als zwei Teilströme sind realisierbar. Außer dem die Meßstrecke bildenden Rohr 4 ist wenigstens noch ein weiteres und gleiches, die beiden Verteilkammern 1 und 2 miteinander verbindendes Rohr 13 vorhanden. Dazu ist jedes weitere Rohr 13 bezüglich der Größe des Abstandes E sowie des Zuflusses 7 und des Wegflusses 8 in beiden Verteilkammern 1 und 2 räumlich gleich angeordnet wie das Rohr 4.

Auch im Beispiel der F i g. 3 bestehen die Verteilkammern 1 und 2 aus quaderförmigen Hohlkörpern mit je einer eigenen Trennwand 3. Sie sind mit ihren Trennwänden 3 aneinanderliegend fest miteinander verbunden. Je ein in der Fig.3 an den unteren Enden der Verteilkammern 1 und 2 angeordnete Anschlußnippel 14 und 15 dienen für den Zufluß 7 bzw. für den Wegfluß 8 der Flüssigkeit. Der Abstand A der Stirnseiten beider Anschlußnippel 14, 15 beträgt im vorliegenden Beispiel 190 mm und entspricht einem Normabstand für den Einbau von Wasserzählern.

Das Rohr 4 ist in der F i g. 3 in der Nähe des oberen Randes der Verteilkammern 1 und 2 angeordnet. Es durchdringt an seiner Mantelfläche dichtend die beiden Trennwände 3. Zwischen den Anschlußnippeln 14 und 15 und dem Rohr 4 besteht so je ein Raum, den die Flüssigkeit durchströmen muß. Die Verwendung großräumiger Verteilkammern erlaubt es, den von der Flüssigkeit zu durchfließenden Raum der Verteilkammern 1, 2 im Querschnitt um ein Mehrfaches größer zu wählen als der lichte Querschnitt des Rohres 4. Die Strömungsgeschwindigkeit in den Verteilkammern 1 und 2 wird dadurch klein, was eine Wirbelbildung und damit Druckverlust und Kavitationserscheinungen verhindert und eine gleichmäßige Zu- bzw. Wegleitung der Flüssigkeit über den ganzen Umfang der Stirnseiten des Rohres 4 gewährleistet.

Um die Meßstrecke zur Erhöhung der Meßgenauigkeit bei einem gegebenen Abstand A der Anschlußnippel möglichst lang machen zu können, ist es zweckmäßig, die Verteilkammern nach der Fig.3 im Bereiche der Enden 5 und 6 des Rohres 4 zusätzlich zu verlängern, und zwar so, daß die die beiden Enden 5, 6 umschließenden Teile der Verteilkammern 1 bzw. 2 je einen mit der Achse der Rohre 4 konzentrischen Ringkanal 16 bzw. 17 bilden, durch die die Flüssigkeit in einer der Fließrichtung im Rohr 4 entgegengesetzten Richtung dem einen Ende 5 zufließt bzw. vom anderen Ende 6 wegfließt.

Im Beispiel der Fig.4 bestehen die beiden Verteilkammern 1,2 aus zwei von den beiden Anschlußnippeln 14, 15 ausgehenden, sich kontinuierlich erweiternden und in die beiden Ringkanäle 16, 17 übergehenden 180°-Rohrbogen 18, 19, die vom Rohr 4 durchdrungen und zusammen mit wenigstens einer Rippe 20 in ihrer gegenseitigen Lage gehalten sind. An den erweiterten Enden tragen die Rohrbogen 18, 19 die Meßwandler 9 und 10.

In den bisher beschriebenen Beispielen wird als Meßstrecke ein Rohr 4 verwendet, dessen Achse eine Gerade ist, die mit der von den zwei Anschlußnippeln 14, 15 gebildeten Achse parallel liegt. Es ergibt dies einen zweckmäßigen Aufbau und eine günstige Anordnung für die Bearbeitung, wobei das die Verteilkammern 1 und 2 bildende Gehäuse gegossen, gepreßt, ein- oder zweiteilig, verschraubt oder auch verlötet sein kann. Das Rohr 4 besteht vorteilhafterweise aus gezogenem Material. Das Rohr 4 kann eingegossen, eingepreßt, gelötet oder in irgend einer Art dichtend gehalten sein.

Beim Herstellen durch Gießen ist es sinnvoll, daß Rohr 4 zur Verkleinerung des Strömungswiderstandes auf seiner Innenfläche zu bearbeiten.

Zur Verkleinerung der Strömungsverluste durch die Umlenkung des Flüssigkeitsstromes sind auch Anordnungen möglich, bei denen die Achse des Rohres 4, die eine Gerade ist, mit der von den beiden Anschlußnippeln 14, 15 gebildeten Achse einen beliebigen Winkel bildet.

Die F i g. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem sich die Achsen in einem Punkt schneiden und zueinander einen rechten

den Vorteil, daß die beiden Meßwandler nahe Winkel bilden.

Dies wird erreicht, indem die Verteilkammern 1 und 2 aus zwei von den beiden Anschlußnippeln 14, 15 ausgehenden, sich kontinuierlich erweiternden 90° -Rohrbogen 21,22 bestehen, deren erweiterte Enden 23,24 die Meßwandler 9,10 tragen.

Bei entsprechender Formgebung der als Verteilkammern 1 und 2 dienenden Rohrbogen 18 und 19 nach der Fig.4 wären noch weitere strömungsmäßig günstige Varianten möglich: So könnte bezogen auf die Fig.4 der links unten liegende Zufluß 7 zum Ende 6 des Rohres

4 rechts oben geführt sein, während die am Ende 5 austretende Flüssigkeit zum Abfluß 8 zu leiten wäre.

Die 180° Umlenkung der Rohrbogen 18 und 19 in der Fig.4 entfällt dann, dafür müssen die Rohrbogen in Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene etwas verschränkt und das Rohr 4 mit seiner Achse in einer Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene leicht geschwenkt werden.

Beim Meßwertgeber nach der Fig.6 bestehen die beiden Verteilkammern 1 und 2 aus zwei quaderförmigen Hohlkörpern mit einer gemeinsamen Wand 3. Ein die Meßstrecke bildendes Rohr 25 ist U-förmig gebogen, durchstößt mit seinen Schenkeln 26 und 27 je eine Seitenwand 28 bzw. 29 der Verteilkammern 1 bzw. 2 und dringt in je eine der Verteilkammern 1 bzw. 2 ein. Die Stirnseiten der Schenkel 26 und 27 sind gegen die an den gegenüberliegenden Wänden angeordneten Meßwandler 9 bzw. 10 gerichtet und von deren Übertragungsflächen 11 bzw. 12 ebenfalls um den Abstand E entfernt gehalten. Durch die Größe der Verteilkammern 1 und 2 ist auch im vorliegenden Beispiel der freie Zufluß bzw. Wegfluß der Flüssigkeit an den Rohrenden

5 und 6 längs des ganzen Umfanges der beiden Schenkel 26 bzw. 27 gewährleistet. Eine solche Anordnung hat beisammen liegen und durch ein gemeinsames Gehäuse 30, das in der F i g. 6 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, abgedeckt werden können. Das Gehäuse 30 umschließt auch die für die Auswertung der Meßwerte nötige elektronische Schaltung. Offen zugängliche elektrische Zuleitungen zu den Meßwandlern 9 und 10 fallen weg, und damit sind die Möglichkeiten für betrügerische Eingriffe reduziert.
Die beschriebenen Meßwertgeber eignen sich besonders für die Anwendung in einem Wärmezähler, wozu neben der Durchflußmenge auch die Temperaturdifferenz zwischen einem Vor- und einem Rücklauf erfaßt wird.

Zusammenfassung (Hierzu F i g. 3)

Der Meßwertgeber besitzt zwei in einer Achse liegende Anschlußnippel (14, 15) zum Einbau in eine Rohrleitung. Zwei Verteilkammern (1,2) sind durch eine Wand (3) voneinander getrennt und besitzen durch die

Anschlußnippel (14, 15) je einen Zufluß (7) bzw. einen Wegfluß (8). Ein Rohr (4) verbindet die Verteilkammern (1, 2) und dringt beidseitig in diese ein. Gegenüber den Stirnseiten des Rohres (4) sind je ein Meßwandler (9,10) angeordnet. Deren Übertragungsflächen (11,12) beaufschlagen eine im Rohr (4) strömende Flüssigkeit mit Ultraschall-Impulsen zur Laufzeitmessung und Bestimmung der Durchflußmenge. Die Verteilkammern (1, 2) umschließen die beiden Enden (5,6) des Rohres (4) in je einem Ringkanal (16,17) und können quaderförmig oder als kontinuierlich sich erweiternde Rohrbogen ausgebildet sein. Das Rohr (4) kann senkrecht oder in einem beliebigen Winkel zur Achse der Anschlußnippel (14, 15) liegen. Es kann auch U-förmig gebogen sein; die Meßwandler (9, 10) sind dann nebeneinander liegend und durch ein gemeinsames Gehäuse abdeckbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßwertgeber zur Bestimmung der Durchflußmenge einer durch ein Rohrsystem strömenden Flüssigkeit durch Messung der Laufzeiten von Ultraschall innerhalb der Flüssigkeit und längs einer von der Flüssigkeit durchflossenen und als Rohr ausgebildeten Meßstrecke, die Anschlußköpfe für einen Zu- und einen Wegfluß der Flüssigkeit aufweist, und mit je einem, gegenüber den beiden Enden der Meßstrecke in den Anschlußköpfen angeordneten, mit der Flüssigkeit in unmittelbarer Berührung stehenden Meßwandler, bei dem die Achse der Meßstrecke ein Lot durch das Zentrum seiner aktiven Übertragungsfläche bildet, da dadurch gekennzeichnet, daß je ein Ende (5,

6) des Rohres (4, 25) die Wandungen (3; 28, 29) der als großräumige Verteilkammern (1, 2) ausgebildeten Anschlußköpfe durchstößt und so weit in das Innere der Verteilkammern (1,2) eindringt, daß jede Verteilkammer (1,2) das zugehörige Ende (5 bzw. 6) des Rohres (4; 25) wenigstens auf einer Länge, die größer ist als der lichte Durchmesser des Rohres (4), allseitig umschließt, und daß der von der Flüssigkeit zu durchfließende Querschnitt der Verteilkammern (1, 2) ein Mehrfaches des lichten Querschnittes des Rohres (4; 25) beträgt, und daß außerdem die Übertragungsflächen (11,12) der Meßwandler (9,10) in einem den nötigen Durchflußquerschnitt offen lassenden Abstand (E) von den Stirnseiten des jo Rohres (4; 25) entfernt angeordnet sind.

2. Meßwertgeber nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (E) annähernd die Hälfte des Innendurchmessers des Rohres (4) beträgt.

3. Meßwertgeber nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilkammern (1, 2) aus zwei quaderförmigen Hohlkörpern mit einer gemeinsamen vom Rohr (4) durchdrungenen Wand (3) bestehen.

4. Meßwertgeber nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meßbereichserweiterung außer dem die Meßstrecke bildenden Rohr (4) wenigstens noch ein weiteres und symmetrisch angeordnetes Rohr (13) die beiden Verteilkammern (1,2) miteinander verbindet, wobei jedes weitere Rohr (13) bezüglich des Abstandes (E) sowie des Zuflusses (7) und des Wegflusses (8) in beiden Verteilkammern (1, 2) räumlich gleich angeordnet ist, wie das die Meßstrecke bildende Rohr (4).

5. Meßwertgeber nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Enden (5, 6) des Rohres (4) umschließenden Teile der Verteilkammern (1 bzw. 2) je einen mit der Rohrachse konzentrischen Ringkanal (16 bzw. 17) bilden, durch die die Flüssigkeit in einer der Fließrichtung im Rohr (4) entgegengesetzten Richtung dem einen Ende (5) zufließt, bzw. vom anderen Ende (6) wegfließt.

6. Meßwertgeber nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verteilkammern (1, 2) aus zwei von je einem Anschlußnippel (14, 15) ausgehenden, sich kontinuierlich erweiternden und in die beiden Ringkanäle (16, 17) übergehenden 180°-Rohrbogen (18,19) bestehen, die vom Rohr (4) durchdrungen und zusammen mit Verbindungselementen (20) in ihrer gegenseitigen Lage gehalten sind und an ihren erweiterten Enden die Meßwandler (9,10) tragen.

7. Meßwertgeber nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Rohres (4) eine Gerade ist, die mit der gemeinsamen Achse zweier den Zufluß (7) bzw. den Abfluß (8) des Meßwertgebers bildenden Anschlußnippeln (14,15) parallel liegt.

8. Meßwertgeber nach einem der Patentansprüche 1,2,3,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Rohres (4) eine Gerade ist, die mit der gemeinsamen Achse zweier den Zufluß (7) bzw. den Abfluß (8) des Meßwertgebers bildenden Anschlußnippeln (14,15) einen beliebigen Winkel bildet.

9. Meßwertgeber nach einem der Patentansprüche 1, 2, 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilkammern (1,2) aus zwei von Anschlußnippeln (14, 15) ausgehenden sich kontinuierlich erweiternden 90°-Rohrbogen (21, 22) bestehen, deren erweiterte Enden (23, 24) die Meßwandler (9 bzw. 10) tragen, wobei die Achse durch die Anschlußnippel (14,15) mit der Meßachse einen rechten Winkel bilden.

10. Meßwertgeber nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Meßstrecke bildende Rohr (25) U-förmig gebogen ist und mit seinen Schenkeln (26, 27) je eine Seitenwand (28 bzw. 29) der Verteilkammern (1 bzw. 2) durchstößt, in die Verteilkammern (1 bzw. 2) eindringt und mit den Stirnseiten seiner Schenkel (26 bzw. 27) gegen die an den gegenüberliegenden Wänden angeordneten Meßwandler (9 bzw. 10) gerichtet ist.