DK200100101U3

DK200100101U3 - Ultrasonic Flow Meter

Info

Publication number: DK200100101U3
Application number: DK200100101U
Authority: DK
Inventors: Anders Skallebaek
Original assignee: Kamstrup As
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2001-05-25
Also published as: DE20107894U1

Description

1DK 2001 00101 U31DK 2001 00101 U3

ULTRALYDSFLOWMÅLERULTRASOUND FLOWMETER

Denne frembringelse angår en ultralydsflowmåler til måling af fluid flow, såsom vandflow, til senere anvendelse for beregning af eksempelvis vandforbrug eller varmeforbrug i 5 husholdningen.This generation relates to an ultrasonic flow meter for measuring fluid flow, such as water flow, for later use for calculating, for example, water consumption or heat consumption in the household.

Typisk er husholdningsflowmålere opbygget mekanisk ved at der sidder en lille rotor i selve strømningsrøret og ud fra omdrejningshastigheden af rotoren beregnes flow, som så igen kan bruges til at bestemme varmeforbruget. Disse flowmålere er monteret i 10 specielle flowmålerhuse, der eksempelvis kan være indmuret i en væg.Typically, household flow meters are constructed mechanically by having a small rotor in the flow tube itself, and from the rotational speed of the rotor, flow is calculated, which in turn can be used to determine the heat consumption. These flow meters are mounted in 10 special flow meter housings, which can, for example, be wall-mounted.

Ultralydsflowmålere er baseret på ultralyd og fungerer ved at der fra transducere sendes ultralyd henholdsvis med strømmen og mod strømmen af fluiden. Den udsendte ultralyd opfanges derefter af transducere og ud fra forskellen i transmissionstid kan man beregne 15 flow og vandforbrug.Ultrasonic flow meters are based on ultrasound and function by transmitting ultrasound from the transducers respectively with the current and against the flow of the fluid. The transmitted ultrasound is then intercepted by transducers and based on the difference in transmission time, 15 flow and water consumption can be calculated.

For at kunne få de fordele der er ved anvendelse af ultralyd til flowmåling er det af interesse at kunne montere ultralydsflowmålere i de allerede eksisterende flowmålerhuse, således at de mekaniske flowmålere kan erstattes uden at skulle Ijerne de ofte indmurede 20 flowmålerhuse. Dette giver dog problemer da der i flowmålerhusene er meget lidt plads og man derfor ikke kan få en tilstrækkelig nøjagtig flowmåling på grund af et meget kort målerør.In order to gain the advantages of using ultrasound for flow measurement, it is of interest to be able to mount ultrasonic flow meters in the already existing flow meter houses, so that the mechanical flow meters can be replaced without having to iron the frequently walled 20 flow meter houses. However, this causes problems as there is very little space in the flow meter housings and therefore a sufficiently accurate flow measurement cannot be obtained due to a very short measuring tube.

Med frembringelsen ønskes der tilvejebragt en ultralydsflowmåler for montering i 25 eksisterende flowmålerhuse, således at der opnås en nøjagtig flowmåling.With the production, it is desired to provide an ultrasonic flow meter for mounting in 25 existing flow meter housings, so that an accurate flow measurement is obtained.

Dette formål opnås ifølge frembringelsen ved en ultralydsflowmåler omfattende et målerør, reflektorer og ultralydstransducere. Reflektorerne er monteret ved enderne af målerøret så en reflektorflade fra en første reflektor vender mod en reflektorflade fra en 30 anden reflektor og hvor reflektorfladerne har en første vinkel til et plan parallelt med flowretningen gennem målerøret. Der er yderligere monteret en første og en anden ultralydstransducer over henholdsvis den første og den anden reflektor, hvor transducernes udbredelsesretninger danner en anden vinkel til et plan parallelt med flowretningen og hvor ultralydstransducerne peger mod reflektorfladerne.This object is achieved according to the invention by an ultrasonic flow meter comprising a measuring tube, reflectors and ultrasonic transducers. The reflectors are mounted at the ends of the measuring tube so that a reflector surface from a first reflector faces a reflector surface from a second reflector and the reflector surfaces have a first angle to a plane parallel to the flow direction through the measuring tube. Further, a first and a second ultrasonic transducer are mounted over the first and second reflectors, respectively, where the propagation directions of the transducers form a second angle to a plane parallel to the flow direction and where the ultrasonic transducers point towards the reflector surfaces.

DK 2001 00101 U3DK 2001 00101 U3

Ultralydstransducerne er monteret således at ultralydstransduceren ved den ene ende af målerøret peger væk fra ultralydstransduceren ved den anden ende af målerøret.The ultrasonic transducers are mounted so that the ultrasonic transducer at one end of the measuring tube points away from the ultrasonic transducer at the other end of the measuring tube.

Derved kan opnår man en maksimal udnyttelse af pladsen i flowmålerhuset, således at 5 der kan anvendes et langt målerør og man derved opnår en nøjagtig flowmåling, idet skydelængden i flowretningen forøges.This allows a maximum utilization of the space in the flow meter housing, so that a long measuring tube can be used and thus an accurate flow measurement is obtained, as the sliding length in the flow direction is increased.

I en udførelsesform er den anden vinkel mellem ultralydstransducerne og planet parallelt med flowretningen mellem 15° og 35°. Dette har i en særlig type ultralydsflowmålere vist 10 sig at være hensigtsmæssig og netop 25° har givet meget gode resultater i den specifikke udførelsesform beskrevet nedenfor.In one embodiment, the second angle between the ultrasonic transducers and the plane is parallel to the flow direction between 15 ° and 35 °. This has been found to be appropriate in a particular type of ultrasonic flow meters and precisely 25 ° has produced very good results in the specific embodiment described below.

I en særlig udførelsesform er målerøret drejet i forhold til flowmålerhusets indløb og udløb, således at målerørets centerakse danner en vinkel på mellem 30° og 60° med en 15 centerakse gennem indløb og udløb og at røret er forbundet med midler for opdeling af flowmålerhuset i et indløbsfordelerkammer og et udløbsfordelerkammer.In a particular embodiment, the measuring tube is rotated with respect to the inlet and outlet of the flow meter housing, such that the center axis of the measuring tube forms an angle of between 30 ° and 60 ° with a 15 center axis through inlet and outlet and that the tube is connected with means for dividing the flow meter housing into a inlet distributor chamber and an outlet distributor chamber.

Derved dannes et indløbsfordelerkammer og et udløbsfordelerkammer, hvorved eventuelle forskelle i hastighedsprofiler i indløbet fjernes og derved fjernes 20 måleunøjagtigheder forbundet med varierende indløbsprofiler.Thereby, an inlet manifold chamber and an outlet manifold chamber are formed, whereby any differences in velocity profiles in the inlet are removed, thereby removing 20 measurement inaccuracies associated with varying inlet profiles.

En særlig hensigtsmæssig udførelsesform er målerøret drejet i forhold til flowmålerhusets indløb og udløb, således at målerørets centerakse danner en vinkel på 45°.A particularly convenient embodiment is the measuring tube rotated with respect to the inlet and outlet of the flow meter housing, so that the center axis of the measuring tube forms an angle of 45 °.

25 I en udførelsesform ifølge frembringelsen udgøres midlerne for opdeling af flowmålerhuset af spærrevægge monteret vinkelret på hver sin side af målerøret, således at spærrevæggenes ender slutter tæt med flowmålerhusets sidevæg og opdeler flowmålerhuset i et indløbsfordelerkammer og et udløbsfordelerkammer. Dette har vist sig at være et hensigtsmæssig design.In one embodiment according to the invention, the means for dividing the flow meter housing are constituted by perpendicular mounted on each side of the measuring tube, so that the ends of the barrier walls close close to the side of the flow meter housing and divide the flow meter housing into an inlet distribution chamber and an outlet distribution chamber. This has proven to be an appropriate design.

3030

Frembringelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå fig. 1a viser et tværsnit af en ultralydsflowmåler ifølge frembringelsen set fra siden, DK 2001 00101 U3 fig. 1b viser et tværsnit af en ultralydsflowmåler ifølge frembringelsen set fra siden, hvor ultralydsflowmåleren har konisk cylinderform, fig. 2 viser et tværsnit af en ultralydsflowmåler ifølge frembringelsen set ovenfra, 5 fig. 3 viser et tværsnit af en ultralydsflowmåler ifølge frembringelsen set ovenfra, hvor målerøret er drejet med en vinkel i forhold til ind- og udløb.The invention will now be described in more detail with reference to the drawing, in which fig. 1a shows a cross-sectional side view of an ultrasonic flow meter according to the embodiment, DK 2001 00101 U3 fig. Fig. 1b shows a cross-sectional side view of an ultrasonic flow meter according to the invention, in which the ultrasonic flow meter has a conical cylinder shape; 2 is a top view of a cross-section of an ultrasonic flow meter according to the invention; FIG. 3 is a top view of a cross-section of an ultrasonic flow meter according to the invention, with the measuring tube being rotated at an angle to the inlet and outlet.

På fig. 1a ses et tværsnit af en ultralydsflowmåler 1 ifølge frembringelsen, set fra siden.In FIG. 1a is a side view of a cross-section of an ultrasonic flow meter 1 according to the invention.

10 Ultralydsflowmåleren 1 er placeret i et flowmålerhus 3. Flowmålerhuset 3 omfatter et indløb 5 og et udløb 7, Indløbet 5 og udløbet 7 har en indre diameter svarende til eksempelvis et vandrør, hvorved flowmålerhuset 3 kan monteres i en tæt forbindelse mellem to vandrør.The ultrasonic flow meter 1 is located in a flow meter housing 3. The flow meter housing 3 comprises an inlet 5 and an outlet 7, the inlet 5 and the outlet 7 having an internal diameter corresponding to, for example, a water pipe, whereby the flow meter housing 3 can be mounted in a close connection between two water pipes.

15 Ultralydsflowmåleren 1 omfatter et målerør 9 og i hver ende af målerøret 9 er der placeret reflektorer med reflektorflader 11,13 med en første vinkel α til et flowplan parallelt med flowretningen. Reflektorfladerne 11, 13 er placeret således at reflektorfladen 11 i den ene ende af målerøret 9 er rettet mod reflektorfladen 13 i den anden ende af målerøret 9. Ovenover reflektorerflademe 11, 13 er der placeret ultralydstransducere 15 og 17. Disse 20 ultralydstransducere er placeret med en vinkel β til flowplanet således at ultralydstransduceren 15 i den ene ende af målerøret 9 peger væk fra ultralydstransduceren 17 i den anden ende af målerøret 9.The ultrasonic flow meter 1 comprises a measuring tube 9 and at each end of the measuring tube 9 reflectors are provided with reflector surfaces 11, 13 having a first angle α to a flow plane parallel to the flow direction. The reflector surfaces 11, 13 are positioned so that the reflector surface 11 at one end of the measuring tube 9 is directed to the reflector surface 13 at the other end of the measuring tube 9. Above the reflector surfaces 11, 13 are ultrasonic transducers 15 and 17. These 20 ultrasonic transducers are located with a angle β to the flow plane such that the ultrasonic transducer 15 at one end of the measuring tube 9 points away from the ultrasonic transducer 17 at the other end of the measuring tube 9.

Når der ledes vand gennem målerøret 9 kan ultralydsflowmåleren 1 anvende ultralyd til at 25 måle strømningshastigheden. Ultralydsflowmåleren 1 er Indrettet således at ultralyd afsendt i en udbredelsesretning fra den ene transducer 15, 17 reflekteres via de to reflektorflader 11, 13 ind på den anden transducer 15, 17 modsat dennes udbredelsesretning, hvor den anden transducer 15, 17 fungerer som modtager. Tilsvarende kan den anden transducer 15, 17 fungere som afsender og den første 30 transducer 15,17 som modtager således at der måles såvel med- som modstrøms i målerøret 9. De to signaler af ultralyd kan sendes samtidigt eller forskudt. Da lyden tager længere tid om at bevæge sig mod flowretningen end med flowretningen kan en forskel i de to transmissionstider anvendes til at bestemme flowretningen.When water is passed through the measuring tube 9, the ultrasonic flow meter 1 can use ultrasound to measure the flow rate. The ultrasonic flow meter 1 is arranged so that ultrasound transmitted in a propagation direction from one transducer 15, 17 is reflected via the two reflector surfaces 11, 13 onto the other transducer 15, 17 opposite to its propagation direction, where the other transducer 15, 17 acts as a receiver. Similarly, the second transducer 15, 17 can act as transmitter and the first 30 transducer 15,17 as receiver so as to measure both countercurrent and countercurrent in the measuring tube 9. The two signals of ultrasound can be transmitted simultaneously or offset. Since the sound takes longer to move towards the flow direction than with the flow direction, a difference in the two transmission times can be used to determine the flow direction.

DK 2001 00101 U3DK 2001 00101 U3

Skydelængden er middelafstanden i flowretningen mellem reflektorfladerne 11,13.1 nærværende frembringelse er skydelængden maksimeret uden at ændre de ydre dimensioner af ultralydsflowmåleren, ved at placere ultralydstransducerne 15,17 med en vinkel β til flowplanet således at en ultralydstransducer 15,17 i den ene ende af målerøret 5 9 peger væk fra en anden ultralydstransducer 15,17 i den anden ende af målerøret 9.The firing distance is the mean distance in the flow direction between the reflector surfaces 11, 13.1. In this embodiment, the firing distance is maximized without changing the outer dimensions of the ultrasonic flow meter, by placing the ultrasonic transducers 15,17 at an angle β to the flow plane such that an ultrasonic transducer 15 5 9 points away from another ultrasonic transducer 15,17 at the other end of the measuring tube 9.

β vælges afhængigt af afstanden mellem reflektorerne og reflektorfladernes vinkel a med flowplanet. Derudover afhænger β også af afstanden mellem ultralydstransducerne 15,17.β is chosen depending on the distance between the reflectors and the angle of the reflector surfaces a with the flow plane. In addition, β also depends on the distance between the ultrasonic transducers 15,17.

10 På fig. 1b ses et tværsnit af en ultralydsflowmåler 1 ifølge frembringelsen set fra siden, hvor ultralydsflowmåleren 1 har en konisk cylinderform. Dermed muliggøres at ultralydsflowmåleren 1 også passer ind i kendte flowmålerhuse 3 udformet til netop koniske formede flowmålere 1. Flowmålerhuset er ikke vist.10 In FIG. 1b, a side view of an ultrasonic flow meter 1 according to the invention is seen from the side, where the ultrasonic flow meter 1 has a conical cylinder shape. This makes it possible for the ultrasonic flow meter 1 to also fit into known flow meter housings 3 designed for precisely conical shaped flow meters 1. The flow meter housing is not shown.

15 På fig. 2 ses et tværsnit af en ultralydsflowmåler 1 placeret i et flowmålerhus 3 set ovenfra. Målerøret 9 er i direkte forlængelse af ind- og udløb 5,7 i flowmålerhuset 3.1 hver ende af målerøret 9 ses reflektorfladerne 11, 13.15 In FIG. 2 is a cross-sectional view of an ultrasonic flow meter 1 located in a flow meter housing 3 seen from above. The measuring tube 9 is in direct extension of the inlet and outlet 5.7 in the flow meter housing 3.1 at each end of the measuring tube 9 the reflector surfaces 11, 13 are seen.

På fig. 3 ses et tværsnit af en alternativ ultralydsflowmåler 1 ifølge frembringelsen set 20 ovenfra, hvor målerøret 9 er drejet med en vinkel v i forhold til en midterakse igennem ind-og udløb 5, 7. Vinkelret på målerøret er der placeret to spærrevægge 23, 25, hvor enderne af spærrevæggene 23, 25 slutter tæt med flowmålerhusets 1 sidevæg. Herved dannes et indløbsfordelerkammer 27 og et udløbsfordelerkammer 29, hvorved forskelle i hastighedsprofiler i indløbet fjernes og derved fjernes måleunøjagtigheder forbundet med 25 varierende indløbsprofiler. Indløbsprofilet afhænger af rørforløbet til flowmåleren 1 og forskelle i indløbsprofilet medfører forskelle i forholdet mellem den målte centerhastighed i målerøret 9 og flowet. Vinklen V vælges tilpas stor således at der dannes et indløbsfordelerkammer der skaber ensartede indløbsprofiler til målerøret, dog må vinklen ikke blive så stor at der kan dannes en luftlomme i målerøret, da ultralyden så ikke kan 30 overføres fra den ene transducer til den anden transducer.In FIG. 3 is a cross-sectional view of an alternative ultrasonic flow meter 1 according to the invention seen from above, where the measuring tube 9 is rotated at an angle v to a center axis through the inlet and outlet 5, 7. Two perpendicular walls 23, 25 are located perpendicular to the measuring tube, the ends of the barrier walls 23, 25 end tightly with the side wall of the flow meter housing 1. Hereby an inlet distributor chamber 27 and an outlet distributor chamber 29 are formed, whereby differences in velocity profiles in the inlet are removed, thereby removing measurement inaccuracies associated with 25 varying inlet profiles. The inlet profile depends on the flow rate of the flow meter 1 and differences in the inlet profile cause differences in the ratio of the measured center velocity in the measuring tube 9 to the flow. The angle V is chosen to be large enough to form an inlet distribution chamber which creates uniform inlet profiles for the measuring tube, however, the angle must not be so large that an air pocket can be formed in the measuring tube, since the ultrasound cannot then be transferred from one transducer to the other transducer.

DK 2001 00101 U3DK 2001 00101 U3

BRUGSMODELKRAVUTILITY MODEL REQUIREMENTS

1. Ultralydsflowmåler omfattende et målerør, reflektorer og ultralydstransducere, hvor reflektorerne er monteret ved enderne af målerøret så en reflektorflade fra en første 5 reflektor vender mod en reflektorflade fra en anden reflektor og hvor reflektorfladerne har en første vinkel til et plan parallelt med flowretningen gennem målerøret, hvor der yderligere er monteret en første og en anden ultralydstransducer over henholdsvis den første og den anden reflektor, hvor transducernes udbredelsesretninger danner en anden vinkel til et plan parallelt med flowretningen og hvor ultralydstransducerne peger mod 10 reflektorfladerne, hvilken ultralydsflowmåler er ny ved, at ultralydstransducerne er monteret således at ultralydstransduceren ved den ene ende af målerøret peger væk fra ultralydstransduceren ved den anden ende af målerøret.An ultrasonic flow meter comprising a measuring tube, reflectors and ultrasonic transducers, wherein the reflectors are mounted at the ends of the measuring tube so that a reflector surface of a first reflector faces a reflector surface of a second reflector and the reflector surfaces have a first angle to a plane parallel to the flow direction through the measuring tube. wherein a first and a second ultrasonic transducer are additionally mounted over the first and second reflectors, respectively, where the propagation directions of the transducers form a second angle to a plane parallel to the flow direction and the ultrasonic transducers point towards the 10 reflector surfaces, which ultrasonic flow meter is new in that the ultrasonic transducer is mounted such that the ultrasonic transducer at one end of the measuring tube points away from the ultrasonic transducer at the other end of the measuring tube.

2. Ultralydsflowmåler ifølge krav 1, som er ny ved, at den anden vinkel mellem 15 ultralydstransducerne og planet parallelt med flowretningen er mellem 15° og 35°.Ultrasonic flow meter according to claim 1, which is new in that the second angle between the 15 ultrasonic transducers and the plane parallel to the flow direction is between 15 ° and 35 °.

3. Ultralydsflowmåler ifølge krav 1 og 2, som er ny ved, at den anden vinkel mellem ultralydstransducerne og planet parallelt med flowretningen er 25°.Ultrasonic flow meter according to claims 1 and 2, which is new in that the second angle between the ultrasonic transducers and the plane parallel to the flow direction is 25 °.

20 4 Ultralydsflowmåler ifølge krav 1 -3, som ny ved, at målerøret er drejet i forhold til flowmålerhusets indløb og udløb, således at målerørets centerakse danner en vinkel på mellem 30° og 60° med en centerakse gennem indløb og udløb og at røret er forbundet med midler for opdeling af flowmålerhuset i et indløbfordelerkammer og et udløbsfordelerkammer.Ultrasonic flow meter according to claims 1 -3, as new in that the measuring tube is rotated in relation to the inlet and outlet of the flow meter housing, so that the center axis of the measuring tube forms an angle of between 30 ° and 60 ° with a center axis through inlet and outlet and that the tube is associated with means for dividing the flowmeter housing into an inlet distribution chamber and an outlet distribution chamber.

25 5. Ultralydsflowmåler ifølge krav 4, som ny ved, at målerøret er drejet i forhold til flowmålerhusets indløb og udløb, således at målerørets centerakse danner en vinkel på 45°.An ultrasonic flow meter according to claim 4, which new in that the measuring tube is rotated in relation to the inlet and outlet of the flow meter housing, so that the center axis of the measuring tube forms an angle of 45 °.

30 6. Ultralydsflowmåler ifølge krav 4-5, som er ny ved, at midlerne for opdeling af flowmålerhuset udgøres af spærrevægge monteret vinkelret på hver sin side af målerøret, således at spærrevæggenes ender slutter tæt med flowmålerhusets sidevæg og opdeler flowmålerhuset i et indløbfordelerkammer og et udløbsfordelerkammer.The ultrasonic flow meter according to claims 4-5, which is new in that the means for dividing the flow meter housing are constituted by barrier walls mounted perpendicular to each side of the measuring tube, so that the ends of the barrier walls close closely with the flow meter housing side wall and divide the flow meter housing into an inlet distribution chamber and outlet plenum chamber.

DK 2001 00101 U3DK 2001 00101 U3

Fig. 1aFIG. 1a

Fig. 1b DK 2001 00101 U3FIG. 1b DK 2001 00101 U3

Fig. 2FIG. 2

Fig. 3FIG. 3