DE4241225A1 - Durchflußmeßvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchflußmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine solche Vorrichtung kommt vorzugsweise dort zum Einsatz, wo die Durchflußgeschwindigkeit eines strömenden Mediums, ins­ besondere einer Flüssigkeit in einer Rohrleitung erfaßt werden soll.

Aus der DE-A-32 19 788 ist eine Durchflußmeßvorrichtung be­ kannt, bei der zur Ermittlung der Durchflußgeschwindigkeit ei­ nes Fluids zwei Ultraschallwandler verwendet werden, die ab­ wechselnd als Sender und Empfänger betrieben werden. Hierbei ist von Nachteil, daß ein großer elektronischer Aufwand für das jeweilige Umschalten zwischen Sender- und Empfängermodus der beiden Ultraschallwandler erforderlich ist. Ferner ist die akustische Ankopplung der Ultraschallwandler beim Empfang ei­ nes Ultraschallsignals mit einem großen Montageaufwand verbun­ den. Da beide Ultraschallwandler als Sender und Empfänger be­ trieben werden, müssen sie beide mit hoher Genauigkeit an der Wand der Rohrleitung befestigt werden, um das Schallsignal mit genügender Effizienz in ein elektrisches Signal zu verwandeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der elek­ tronischen Bauelemente zu reduzieren, und den Aufwand für die Ankopplung zu minimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nur ein Ultraschall­ wandler vorgesehen, der als Empfänger dient. In Strömungs­ richtung des Mediums ist vor und hinter dem als Empfänger fun­ gierenden Ultraschallwandler in definierten Abstand jeweils ein Ultraschallsender angeordnet. Diese Sender stehen mit ei­ nem Wechselspannungsgenerator in Verbindung. Dieser erzeugt eine Wechselspannung, welche von den Sendern in Ultraschallsi­ gnale gewandelt und in das Medium abgestrahlt werden. Die von beiden Sendern ausgesendeten Signale werden an der dem je­ weiligen Sender gegenüberliegenden Wand reflektiert und von dort als reflektierter Strahl dem Empfänger zugeführt. Das Ausgangssignal des Empfängers wird einem Verstärker zuge­ leitet, der an eine Auswerteeinheit angeschlossen ist. Auf Grund der sich ergebenden Phasendifferenz zwischen den vom Em­ pfänger empfangenen Schallwellen kann die Strömungsge­ schwindigkeit des Mediums ermittelt werden. Weitere erfin­ dungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige zur Beschreibung gehörige Figur zeigt eine Durchflußmeßvorrichtung 1 mit drei Ultraschallwandlern 2, 3 und 4, einem Wechselspannungsgenerator 5, einem Verstärker 6 sowie einer Auswerteeinheit 7. Die Durchflußmeßvorrichtung 1 ist im Bereich einer Rohrleitung 8 angeordnet. Diese weist zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit an dieser Stelle einen verengten Durchmesser auf. Die Ultraschallwandler 2, 3 und 4 sind in definiertem Abstand voneinander auf der gleichen Seite der Rohrleitung 8 so mit deren Wand 8W verbunden, daß ein op­ timaler Empfang der Ultraschallsignale möglich ist. Die Ultra­ schallwandler 2 und 4 dienen als Ultraschallsender, während der Ultraschallwandler 3 als Ultraschallempfänger genutzt wird. Die beiden Ultraschallwandler 3 und 4 sind mit dem Si­ gnalausgang eines Wechselspannungsgenerators 5 verbunden. Die elektrische Wechslspannung wird von den beiden Ultraschallsen­ dern 2 und 4 in Ultraschallsignale gewandelt und in das Medium 9 abgestrahlt. Das von dem Ultraschallsender 2 ausgesandete Signal wird an der gegenüberliegenden Wand 8R der Rohrleitung 8 reflektiert. Das reflektierte Signal 2R wird von dem Ultra­ schallempfänger 3 empfangen. Der Ultraschallsender 4 sendet ebenfalls ein Signal 4S aus, das auch an der Wand 8R der Rohr­ leitung 8 reflektiert und gegen die Strömungsrichtung des Me­ diums 9 als reflektiertes Signal 4R von dem Ultraschall­ empfänger 3 empfangen wird. Die Ausgangssignale des Ultra­ schallempfängers 3 werden einem Verstärker 6 zugeleitet, an dessen Signalausgang 6E die Auswerteeinheit 7 angeschlossen ist. Da das Signal 2S und das hieraus resultierende Signal 2R jeweils in Strömungsrichtung mit dem Medium geleitet werden, das Signal 4S und das hieraus resultierende Signal 4R jeweils gegen die Strömung des Mediums geleitet werden, entsteht zwi­ schen den beiden Signalen 2R und 4R, die vom Ultraschallemp­ fänger 3 empfangen werden, eine Phasendifferenz, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ungleich Null ist. Mit Hilfe der Auswerteeinheit 7 kann die Phasendifferenz ermittelt werden. Aus der Phasendifferenz wiederum kann die Strömungsge­ schwindigkeit berechnet werden. Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, die Durchflußmeßvorrichtung auch so zu betreiben, daß die Anregungsfrequenz des ersten Ultraschallsenders 2 oder 4 konstant gehalten wird, während die Frequenz des zweiten Ultraschallsenders 2 oder 4, variiert wird. Damit kann er­ reicht werden, daß die vom Ultraschallempfänger 3 empfangenen Schallsignale die gleiche Phasenbeziehung aufweisen. Aus der Differenz der Anregungsfrequenzen der Ultraschallsender 2 und 4 kann die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden.

Claims (7)

1. Durchflußmeßvorrichtung für die Erfassung der Durch­ flußgeschwindigkeit von strömenden Medien (9) in einer Rohr­ leitung (8), dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ultraschall­ sender (2 und 4) und ein Ultraschallempfänger (3) vorgesehen sind.

2. Durchflußmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Ultraschallsender (2 und 4) in definiertem Abstand voneinander an der Wand (8W) der Rohr­ leitung (8) angeordnet sind, und daß der Ultraschallempfänger (3) zwischen den beiden Ultraschallsender (2 und 4) ebenfalls an der Wand (8W) der Rohrleitung (8) angeordnet ist.

3. Durchflußmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ultraschallsender (2 und 4) an einen Wechselspannungsgenerator (5) angeschlossen sind.

4. Durchflußmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang (3E) des Ul­ traschallempfängers (3) an einen Verstärker (6) angeschlossen ist, dessen Signalausgang (6E) mit einer Auswerteeinheit (7) in Verbindung steht.

5. Verfahren zur Ermittlung der Durchflußgeschwindigkeit eines strömenden Mediums (9), dadurch gekennzeichnet, daß ein Ultraschallsignal (2S) an einer Wand (8R) der Rohrleitung re­ flektiert und dieses mit dem strömenden Medium (9) reflek­ tierte Signal (2R) empfangen wird, daß ein zweites Ultra­ schallsignal (4S) gegen das strömende Medium ausgesendet, an der gleichen Wand (8R) reflektiert und dieses gegen die Strö­ mung des Mediums reflektierte Signal (4R) ebenfalls empfangen wird.

6. Verfahren zur Ermittlung der Durchflußgeschwindigkeit eines strömenden Mediums (9) nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anregungsfrequenz der gesendeten Ultra­ schallsignale (25, 45) gleich groß gewählt wird, und daß aus der Phasendifferenz der beiden reflektierten Signal (2R und 4R) die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums (9) ermittelt wird.

7. Verfahren zur Ermittlung der Durchflußgeschwindigkeit eines strömenden Mediums (9) nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anregungsfrequenz des ersten Ultraschall­ signale (2S) gegenüber der Anregungsfrequenz des zweiten Ultraschallsignals (45) so variiert wird, daß die Phasenlage der reflektierten Ultraschallsignale (2R, 4R) gleich ist, und daß aus der Differenz der Anregungsfrequenzen die Strömungsge­ schwindigkeit ermittelt wird.