DE69429250T2

DE69429250T2 - Durchflussmesser für flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69429250T2
Application number: DE69429250T
Authority: DE
Inventors: John Gill
Original assignee: Lattice Intellectual Property Ltd
Current assignee: Lattice Intellectual Property Ltd
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: DE69429250D1; DK0682773T3; AU6215494A; EP0682773B1; GB2276240A; EP0682773A1; GB9305362D0; US5652396A; HK1015171A1; GB2276240B; AU685091B2; ATE209776T1; CA2154694A1; CA2154694C; ES2169069T3; WO1994021989A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchflußmesser für Strömungsmittel, insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, auf den Ultraschall-Axialströmungstyp.
Durchflußmesser des Axial-Ultraschalltyps weisen eine Leitung auf, durch die bei Gebrauch ein Strömungsmittel über einen Einlaß und einen Auslaß fließt, mit einem ersten Meßwandler zur Übertragung von Signalen zu einem zweiten Meßwandler und zum Empfangen von Signalen von diesem mittels der Leitung, wobei der zweite Meßwandler entlang der Leitung vom ersten Meßwandler beabstandet ist zum Übertragen von Signalen zum und Empfangen von Signalen vom ersten Meßwandler, und mit Mitteln zur Feststellung der Flugzeit der Signale zwischen den Meßwandlern, um die Durchflußleistung des Strömungsmittels entlang der Leitung zu messen.
Ein Problem bei Durchflußmessern der obigen Bauart besteht darin, daß nicht-harmonische Nebenwellen-Reflexionen an den Wänden der Leitung auftreten können. Diese stören das aktuelle Signal oder führen zumindest zu falschen oder ungenauen Flugzeit-Ablesungen und daher zu falschen oder ungenauen Durchflußleistungs-Messungen.
Nach US-A-4 365 518 wurde ein Versuch unternommen, den Fluß durch Aufteilung desselben in eine Anzahl von Strömen zu modifizieren.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Vorsehen einer verbesserten und besser vorhersagbaren Strömungsanordnung.
Erfindungsgemäß ist ein Durchflußmesser zum Messen der Durchflußrate oder -leistung vorgesehen, mit einer Leitung, durch welche hindurch bei Gebrauch ein Strömungsmittel über einen Einlaß und einen Auslaß fließt, mit einem ersten Meßwandler zur Übertragung von Ultraschallsignalen zu einem zweiten Meßwandler und zum Empfangen von Signalen von diesem mittels der Leitung, wobei der zweite Meßwandler entlang der Leitung vom ersten Meßwandler beabstandet ist, der zweite Meßwandler zur Übertragung von Signalen zum ersten Meßwandler und Empfangen von Signalen von diesem vorgesehen ist, mit Mitteln zur Ermittlung der Flugzeit der übermittelten Signale, um die Durchflußleistung des Strömungsmittels entlang der Leitung zu messen, und gekennzeichnet durch einen Stab, der sich entlang der Leitung erstreckt, um für das Strömungsmittel einen einzigen ringförmigen Strömungsweg vorzusehen, entlang welchem bei Gebrauch die Signale übermittelt werden, wobei der Stab eine Anzahl von untereinander verbundenen Abschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist und mindestens einen langgestreckten Abschnitt mit konstantem Durchmesser enthält, wobei der Stab einen Durchmesser hat, der sich von den Enden her vergrößert, um einen Abschnitt mit maximalem Durchmesser zur Mitte hin zu bilden.
Ferner ist erfindungsgemäß ein Durchflußmesser zum Messen der Durchflußrate oder -leistung vorgesehen, mit einer Leitung, durch welche hindurch bei Gebrauch ein Strömungsmittel über einen Einlaß und einen Auslaß fließt, mit einem ersten Meßwandler zur Übertragung von Ultraschallsignalen zu einem zweiten Meßwandler und zum Empfangen derselben von diesem mittels der Leitung, wobei der zweite Meßwandler entlang der Leitung vom ersten Meßwandler beabstandet ist, der zweite Meßwandler zur Übertragung von Signalen zum ersten Meßwandler und zum Empfangen von Signalen vom ersten Meßwandler vorgesehen ist, mit Mitteln zur Ermittlung der Flugzeit der übermittelten Signale, um die Durchflußleistung des Strömungsmittels entlang der Leitung zu messen, und gekennzeichnet durch einen Stab, der sich entlang der Leitung erstreckt, um für das Strömungsmittel einen einzigen ringförmigen Strömungsweg vorzusehen, entlang welchem bei Gebrauch die Signale übermittelt werden, und wobei die Endabschnitte des Stabes konisch sind, während der Stab sonst einen konstanten Durchmesser hat.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr mit Bezug auf die Zeichnungen besonders beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht des einen Endes eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung und
Fig. 4 eine Seitenansicht des einen Endes einer Alternativanordnung für Fig. 1.
Der in Fig. 1 dargestellte Durchflußmesser ist vom Ultraschall-Axialströmungstyp und enthält eine gerade oder lineare Leitung 1 mit einem ersten und einem zweiten Ende 2 und 3, in denen jeweils ein erster und ein zweiter Meßwandler 4 und 5 angebracht sind. Die Meßwandler 4 und 5 sind so positioniert, daß sie Ultraschallsignale entlang der Leitung 1 in Richtung auf den anderen Meßwandler übertragen und solche Signale nach Übertragung empfangen. Die Leitung 1 ist mit einem Strömungsmitteleinlaß 6 ausgebildet, der in diesem Fall die Form von sich diametral gegenüberliegenden Einlaßrohren in der Nähe des ersten Endes 2 der Leitung 1 hat. In ähnlicher Weise ist die Leitung 1 mit einem Strömungsmittelauslaß 7 ausgebildet, der ebenfalls die Form von zwei sich diametral gegenüberliegenden Auslaßrohren hat. Die Meßwandler 4 und 5 sind jeweils mit einem Detektor 8 zur Ermittlung der Flugzeit jedes Signals durch das in der Leitung fließende Strömungsmittel hindurch verbunden. Der Detektor 8 enthält ein elektronisches Verarbeitungsgerät, wodurch die Flugzeit eines Signals in der einen Richtung mit der Flugzeit eines Signals in der entgegengesetzten Richtung dazu verwendet werden kann, um die Strömungsrate bzw. -leistung des Strömungsmittels entlang der Leitung zu berechnen. Der Detektor kann außerdem einen Indikator (nicht dargestellt) in Form einer visuellen Anzeige enthalten, die eine Volumen-Strömungsrate oder eine Gesamtvolumenströmung über eine gegebene Periode hinweg zeigt. Soweit ist der beschriebene Durchflußmesser in der einschlägigen Technik bekannt.
Der beschriebene Durchflußmesser enthält aber außerdem eine Einrichtung in Form eines Stabes 9, der sich entlang der Leitung 1 erstreckt und für das Strömungsmittel einen ringförmigen Strömungsweg 10 vorsieht, entlang welchem bei Gebrauch die Signale von den Meßwandlern 4 und 5 übermittelt werden.
Der Stab 9, der massiv ist, hat einen Durchmesser, der sich von den Enden 11 und 12 her über konische Abschnitte 13 und 14 zu einem mittleren Abschnitt 15 von maximalem konstantem Durchmesser erweitert. An diesem Verlaufspunkt ist die Breite des ringförmigen Strömungsweges 10 auf einem Minimum. Die Enden 11 und 12 des Stabes 9 sind durch Mittel (nicht dargestellt) an der Innenwand der Leitung 1 befestigt.
Fig. 2 ist der Fig. 1 ähnlich, und gleiche Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen wie die Komponenten in Fig. 1. Der Einzige Unterschied in Fig. 2 ist die Konstruktion des Stabes 20. Dieser weist eine Anzahl von Abschnitten 21 bis 25 von unterschiedlichen Durchmessern auf. Der längste Abschnitt 21 ist massiv, hat auch den kleinsten Durchmesser und bildet das axiale Mittelstück des Stabes 20, und er bildet auch die Enden 11 und 12 des Stabes 20. Die übrigen Abschnitte 22 bis 25 sind rohrförmig und umhüllen jeweils den benachbarten Abschnitt von kleinerem Außendurchmesser, wobei der Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser länger ist als der benachbarte Abschnitt mit größerem Außendurchmesser. Auch hier ist wieder der zentrale Stababschnitt 25 von maximalem konstantem Durchmesser, und der Abschnitt 25 bildet mit der Innenwand der Leitung einen ringförmigen Strömungsweg von Mindestbreite.
Wie bei Fig. 1 sind die Enden 11 und 12 des Stabes durch Mittel (nicht dargestellt) an der Innenwand der Leitung 1 befestigt.
Fig. 3 ist ebenfalls den Fig. 1 und 2 ähnlich, und ähnliche Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen wie jene in jenen Figuren. Hier ist der Stab 30 von konstantem bzw. gleichbleibendem Durchmesser, aber jedes Ende 31 (nur das linke ist dargestellt) ist konisch. Die Leitung 1 hat kegelstumpfartige Wandteilstücke 32, die sie mit dem Einlaß 6 (und mit dem Auslaß 7 am anderen Ende 31 der Leitung 1) verbinden. Die konischen Enden 31 des Stabes 30 und die Innenwand 33 des Wandteilstücks 32 sind verspiegelt, um die Strahlen von den Meßwandlern her in der Weise zu reflektieren, wie durch Pfeile in der Figur dargestellt, d. h. der Strahl wird aus einer allgemein zylindrischen Anfangsform, wie sie die Meßwandler verlassen, in eine Ringform verwandelt, und zwar durch Reflexion zunächst von den Enden 31 des Stabes 30 und dann von den Wandteilstücken 32.
Nach Fig. 4, die der Fig. 1 ähnlich ist und ähnliche Bezugszeichen trägt, ist hier das Ende 40 der Leitung 1 aus der Achse des Stabes 9 versetzt, und der Meßwandler 4 ist an diesem Ende befestigt. Ein Wandteilstück 41 der Leitung 1 ist in einer solchen Weise abgewinkelt, daß Signale vom Meßwandler 4 von der Innenwand 42 des Teilstücks 41 entlang dem ringförmigen Strömungsweg 10 reflektiert werden, um durch Reflexion durch den anderen Meßwandler 5 empfangen zu werden, wobei die Innenwand 41 für diesen Zweck verspiegelt ist. Die Leitung 1 ist am anderen Ende ähnlich ausgebildet, und der andere Meßwandler 5 ist ähnlich befestigt, um durch Reflexion Signale an den Meßwandler 4 zu übermitteln, der sie durch Reflexion von der Wand 41 empfängt.
Die mit Bezug auf Fig. 4 beschriebene Meßwandler- Reflexionsanordnung kann ebenso gut in die Anordnung nach Fig. 2 aufgenommen werden, und zwar anstelle der dargestellten direkten axialen Übertragungs- und Empfangs-Meßwandleranordnung.
Der in den Figuren dargestellte Durchflußmesser kann zum Messen der Gasströmung in einem Gaszähler verwendet werden. In diesem Fall würde der Durchflußmesser innerhalb eines Kastens angebracht werden, der außen die Gesamtmenge von Gas anzeigen würde, die durch den Verbraucher seit Installation des Zählers verbraucht wurde. Wir haben herausgefunden, daß der im Innern der Leitung durch den Stab gebildete ringförmige Strömungsweg die Strömungsmittelströmung innerhalb der Leitung gleichförmig zu machen scheint. Dies führt zu einer Reduzierung der Ausbreitung von nicht-harmonischen Nebensignal-Reflexionen und daher zu genaueren Messungen der Strömungsmittel-Strömungsrate.
Die Stabhalterungen sollten im Idealfall zwischen dem Einlaß und dessen Meßwandler und zwischen dem Auslaß und dessen Meßwandler befestigt werden, d. h. außerhalb des allgemeinen Strömungsweges des Mediums, um insbesondere dort, wo das Strömungsmittel ein Gas ist, an den Halterungen einen Aufbau von durch das Gas mitgeführten Trümmern oder Hanffäden zu vermeiden. Ein solcher Aufbau kann, wenn er ermöglicht wird, schließlich den Strömungsweg blockieren.

Claims

1. Durchflußmesser zum Messen der Durchflußrate oder -leistung, mit einer Leitung (1), durch welche hindurch bei Gebrauch ein Strömungsmittel über einen Einlaß (6) und einen Auslaß (7) fließt, mit einem ersten Meßwandler (4) zur Übertragung von Ultraschallsignalen zu einem zweiten Meßwandler (5) und zum Empfangen derselben von diesem mittels der Leitung, wobei der zweite Meßwandler entlang der Leitung vom ersten Meßwandler beabstandet ist, der zweite Meßwandler zur Übertragung von Signalen zum ersten Meßwandler und Empfangen von Signalen von diesem vorgesehen ist, mit Mitteln (8) zur Ermittlung der Flugzeit der übermittelten Signale, um die Durchflußleistung des Strömungsmittels entlang der Leitung zu messen, und gekennzeichnet durch einen Stab (9, 20, 30), der sich entlang der Leitung erstreckt, um für das Strömungsmittel einen einzigen ringförmigen Strömungsweg vorzusehen, entlang welchem bei Gebrauch die Signale übermittelt werden, wobei der Stab eine Anzahl von untereinander verbundenen Abschnitten (13, 14; 22, 23, 24; 31) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist und mindestens einen langgestreckten Abschnitt mit konstantem Durchmesser (15; 25; 30) enthält, wobei der Stab einen Durchmesser hat, der sich von den Enden her vergrößert, um einen Abschnitt mit maximalem Durchmesser zur Mitte hin zu bilden.

2. Durchflußmesser zum Messen der Durchflußrate oder -leistung, mit einer Leitung (1), durch welche hindurch bei Gebrauch ein Strömungsmittel über einen Einlaß (6) und einen Auslaß (7) fließt, mit einem ersten Meßwandler (4) zur Übertragung von Ultraschallsignalen zu einem zweiten Meßwandler (5) und zum Empfangen derselben von diesem mittels der Leitung, wobei der zweite Meßwandler entlang der Leitung vom ersten Meßwandler beabstandet ist, der zweite Meßwandler zur Übertragung von Signalen zum ersten Meßwandler und zum Empfangen von Signalen vom ersten Meßwandler vorgesehen ist, mit Mitteln (8) zur Ermittlung der Flugzeit der übermittelten Signale, um die Durchflußleistung des Strömungsmittels entlang der Leitung zu messen, und gekennzeichnet durch einen Stab (9, 20, 30), der sich entlang der Leitung erstreckt, um für das Strömungsmittel einen einzigen ringförmigen Strömungsweg vorzusehen, entlang welchem bei Gebrauch die Signale übermittelt werden, und wobei die Endabschnitte des Stabes konisch (31) sind, während der Stab sonst einen konstanten Durchmesser hat.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, bei dem die Leitung ein kegelstumpfförmiges Wandteilstück (32) im Bereich der konischen Enden des Stabes enthält.

4. Durchflußmesser nach Anspruch 3, bei dem die konischen Enden des Stabes und das Wandteilstück spiegelbildlich ausgebildet sind.

5. Durchflußmesser nach Anspruch 1, bei dem die Leitung Mittel (41, 42) enthält, die so ausgebildet sind, daß sie Signale nach und von den Meßwandlern reflektieren, welche aus der Achse des Stabes versetzt angebracht sind, wobei die Mittel ein abgewinkeltes Wandteilstück (41) enthalten, das im Winkel zum Meßwandler angeordnet ist, wobei das abgewinkelte Wandteilstück eine Spiegelfläche (42) aufweist, um die Reflexion zu begünstigen.