NO326024B1 - Ultralyd-gjennomstromningsmaleinnretning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning for strømmende medier og som arbeider etter tidsforbrukmetoden, med et målerør og i det minste ett sende- og/eller mottakshode, idet sende- og/eller mottakshodet oppviser et hus og en ultralydtransducer med hvilken ultralydsignaler kan sendes ut i det strømmende medium, henholdsvis at ultralydsignaler kan mottas fra det strømmende medium, idet en dempningsinnretning med i det minste ett dempningselement er anordnet på siden rundt huset til sende- og/eller mottakshodet, i det minste delvis i anlegg mot dette, og idet dempningsinnretningen er anordnet i en utsparing i målerøret.

Ved den driftsmessige gjennomstrømningsmåling av strømmende medier, dvs. av strømmende væsker, henholdsvis strømmende gasser, har bruken av ultralyd-gjennom-strømningsmåleinnretninger i den senere tid fått stadig større betydning. Særlig er det fordelaktig at, slik som f.eks ved magnetisk-induktive gjennomstrømningsmåleinn-retninger, gjennomstrømningsmålingen kan utføres slik at det ikke trengs noen montering i strømningen, slik at strømningen ikke utsettes for forstyrrelser på grunn av målingen.

For ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretninger skilles det med hensyn til målemetode fremfor alt mellom tidsforbrukmetoden på den ene siden og Dopplermetoden på den annen side. Den nøyaktigheten som kan oppnås med tidsforbrukmetoden er vesentlig høyere enn med Dopplermetoden. Derfor benyttes fortrinnsvis ultralyd-gjennom-strømningsmåleinnretninger som arbeider etter tidsforbrukmetoden, og særlig etter tidsforbruk-forskjellsmetoden.

Tidsforbruket til et ultralydsignal i målebanen fra ultralydtransduceren som utsender ultralydsignalene og til ultralydtransduceren i en væske som mottar ultralydsignalene bestemmes av lydhastigheten i væsken, henholdsvis i gassen som føres med i væsken, og av strømningshastigheten til væsken, henholdsvis den medførte gassen. Fra dette er prinsippet med ultralyd-gjennomstrømningsmåling etter tidsforbrukmetoden avledet. Ved tidsforbruk-forskjellsmetoden sendes ultralydsignaler i væsken, henholdsvis i gassen vekselsvis eller samtidig mot og med strømmen. På grunn av de forskjellige utbredel-seshastigheter kommer signalene ved like lang geometrisk målebane henholdsvis oppstrøms og nedstrøms til ultralydtransduceren som arbeider som mottaker med innbyrdes forskjellige tidsforbruk. Tidsforbrukforskjellen for de to lydbølgene er direkte proporsjonal med gjennomstrømningshastigheten til det strømmende medium.

For en ultralyd-gjennomstrømningsmåling i et strømmende medium trengs et målerør for det strømmende mediet og i det minste én ultralydtransducer, fortrinnsvis to ultralyd-transducere som er anordnet innbyrdes forsatt i strømningsretningen, og en styre- og analysekrets for bestemmelse av tidsforbruket til ultralydsignalene. Styre- og analyse-kretsen kan dessuten ut fra tidsforbruket beregne strømningshastigheten, gjennom-strømningsvolumet og andre parametre for det strømmende mediet.

For en ultralyd-gjennomstrømningsmåling for et strømmende medium er det ikke bare tale om overføring, dvs. utsendelse og mottak av ultralydsignaler som har passert gjennom det strømmende mediet, men også av slike ultralydsignaler som har passert via målerøret fra ultralydtransduceren som sender ut ultralydsignalene til ultralydtransduceren som mottar ultralydsignalene. Dette fører til et støysignal som under visse omstendigheter kan påvirke ultralyd-gjennomstrømningsmålingen betydelig. Ultralydsignalet som overføres via målerøret er særlig forstyrrende ettersom det i det minste delvis dreier seg om et koherent signal som ikke kan behandles ved undertrykkelse slik som normal støy. For å løse dette problemet har det tidligere vært fremsatt forskjellige forslag for å unngå overføringen av ultralydsignaler fra ultralydtransduceren som utsender signalene til ultralydtransduceren som mottar signalene, via målerøret. Det er for eksempel foreslått å isolere den svingende ultralydtransduceren ved hjelp av f.eks. gummitetninger eller lignende innretninger svingningsmessig best mulig fra målerøret. Lignende tiltak har vært å utfylle rommet som ultralydtransduceren er anordnet i mest mulig med et dempende materiale, slik som voks, gummi eller en plast. Som eksempler vises det til US 4 410 825, 4 945 276 og 5 515 733.

Som andre eksempler på skrifter som beskriver kjent teknikk skal nevnes:

US 5814736 beskriver en holder, i hvilken en piezokeramisk skive er festet til bunnen av et koppformet hus som har bunnen rettet mot det strømmende medium. En sylindrisk demper dekker et parti av ytterflaten til huset, og den enden av demperen som er fjernest fra mediet er festet til den ytterste enden av en rørstuss. Et element støpt av en elastomer utgjør den sylindriske demperen.

DE 4443415 beskriver flere holdere, som alle oppviser et koppformet hus med et piezoelement i bunnen, vendende mot det strømmende medium, og et keramisk dempermateriale. Ifølge én utførelse omfatter dempermaterialet utvendige gjenger innskrudd i innvendige gjenger i målerøret.

DE 3941634 beskriver en koppformet transducer med bunnen rettet mot det strømmende medium. En O-ring benyttes for å holde transduceren i en rørstuss. Denne ringen kan anses for å være en demper. Denne demperen er følgelig laget av et ettergivende materiale.

US 5814736, DE 4443415 og DE 3941634 nevner særlig at det er materialet som er det vesentlige for dempervirkningen. Selv i det tilfellet som fremgår av DE 4443415, der et hus med et dempermateriale på utsiden er skrudd inn i et målerør, er det ikke antydet at det er gjengeforbindelsen som bevirker dempningen. Med henvisning til fig. 7 er det bare angitt at gjengene danner en tettende forbindelse mellom transduceren og målerøret.

Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretningen henhold til den foreliggende oppfinnelsen kjennetegnes ved at huset oppviser utvendige gjenger, at dempningsinnretningen oppviser innvendige gjenger og at huset med de utvendige gjenger er innskrudd i de innvendige gjenger i dempningsinnretningen, idet målerøret, huset og dempningselementet består av metall.

Huset for sende- og/eller mottakshodet som den svingende ultralydtransduceren er anordnet i er således ikke direkte forbundet med målerøret, men ved hjelp av en dempningsinnretning, slik at ultralydsignalene bare kan ledes inn i målerøret gjennom dempningsinnretningen. Overgangen fra huset til dempningsinnretningen, som er mekanisk forbundet med huset, men som i henhold til oppfinnelsen ikke er utformet i ett med dette, medfører en betydelig minsking av ultralydsignalet når dette passerer gjennom grenseflaten mellom huset og dempningsinnretningen. Dessuten minskes også koherensen til signalet på grunn av spredningen av lyden i grenseflaten.

På grunn av kontakten mellom huset og dempningselementet og på grunn av kontakten mellom dempningselementet og målerøret, kan det oppnås en tilstrekkelig avskjerming av det indre av målerøret i forhold til omgivelsene. Dersom det imidlertid stilles høyere krav til tetningen til ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretningen, er ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretningen i henhold til oppfinnelsen fortrinnsvis slik utformet at en tetning er anordnet mellom huset og dempningsinnretningen og mellom dempningsinnretningen og målerøret.

Ved at huset oppviser utvendige gjenger og dempningsinnretningen oppviser innvendige gjenger, kan huset skrus inn i dempningsinnretningen. Dette muliggjør en særlig fast montering av dempningsinnretningen i huset, og sammenskruingen virker dessuten tettende. Dessuten økes på grunn av sammenskruingen grenseflaten mellom huset og dempningsinnretningen vesentlig, hvilket har positiv innvirkning på dempningen til

ultralydsignalet som passerer gjennom grenseflaten og bidrar til minsking av koherensen.

Størrelsen til grenseflaten som ultralydsignalene må passere gjennom for å komme inn i målerøret fra ultralydtransduceren kan økes ved at dempningsinnretningen oppviser flere dempningselementer som er ført inn i hverandre og i det minste delvis ligger mot hverandre. På denne måten må ultralydsignalet som kommer fra ultralydtransduceren passere flere etter hverandre liggende grensesjikt for å komme inn i målerøret.

Dempningselementene kan i seg selv være tettende, ved at de f.eks. er ført inn i hverandre eller er innskrudd i hverandre. Fortrinnsvis er imidlertid en tetning anbrakt mellom dempningselementene.

Målerøret, huset og dempningsinnretningen med dempningselementene kan fremstilles av mange materialer, som bare må oppvise den nødvendige trykkfasthet og kjemisk motstandsevne overfor det strømmende medium. Fortrinnsvis består målerøret, huset og dempningselementet av edelstål.

Naboelementer, dvs. målerør, hus eller dempningselementer som begge er dannet av metall er fortrinnsvis utstyrt med en tetning ved at de er sveiset til hverandre.

En særlig liten overføring av ultralydsignalet til målerøret gjennom dempningsinnretningen oppnås når dempningsinnretningen bare er festet til målerøret med den siden som vender bort fra ultralydtransduceren. Med en slik konstruksjon må ultralyden før den kan trenge inn i målerøret passere hele lengden av huset, henholdsvis dempningsinnretningen, hvilket medfører øket lyddempning.

Dempningsinnretningen kan være anordnet direkte i en utsparing i målerøret, men fortrinnsvis oppviser målerøret en stuss som dempningsinnretningen er anordnet i. Det foretrekkes særlig at dempningsinnretningen er anordnet i avstand fra den indre veggen i stussen, slik at den ovenfor beskrevne effekt inntreffer, nemlig at ultralyden før den kommer inn i stussen, henholdsvis i målerøret, må passere hele lengden av huset, henholdsvis dempningsinnretningen. Dermed oppnås en særlig fordelaktig anordning ved at dempningsinnretningen bare er forbundet med stussen på den frie enden. Dersom stussen og i det minste det ytterste dempningselementet består av metall, er det fortrinnsvis dannet en forbindelse mellom det ytterste dempningselementet og stussen ved hjelp av en sveisesøm, som samtidig virker tettende.

Forøvrig foreligger det mange muligheter for utforming og videreutvikling av ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretningen for strømmende medier. Det henvises til uselvstendige patentkrav og til beskrivelsen av et foretrukket utførelseseksempel på oppfinnelsen, i tilknytning til tegningen.

Figuren viser i snitt en måleinnretning i henhold til et foretrukket utførelseseksempel på oppfinnelsen. Det er antydet et målerør 1 som et sende- og/eller mottakshode 2 som oppviser et hus 3 og en ultralydtransducer 4 er anbrakt på. Ultralydtransduceren 4 er dannet av et piezokrystall. På siden rundt huset 3 til sende- og/eller mottakshodet 2 er anordnet en dempningsinnretning 5, som i henhold til det foretrukket utførelseseksempel på oppfinnelsen bare oppviser ett dempningselement 6. Sende- og/eller mottakshodet 2 er sammen med dempningsinnretningen 5 anordnet i en utsparing 7 i målerøret 1. Gjennom utsparingen 7 avgis ultralydsignaler i det strømmende medium eller mottas fra det strømmende medium.

Innretningen i henhold til det foretrukne utførelseseksempel på oppfinnelsen er avtettet ved hjelp av tetninger 8 mellom huset 3 og dempningsinnretningen 5 og ved hjelp av tetninger 9 mellom dempningsinnretningen 5 og målerøret 1. Huset 3 og dempningsinnretningen 5 bestående av dempningselementet 6 og målerøret 1 er fremstilt av edelstål, slik at tetningen 8 og tetningen 9 kan være utført som sveisesømmer. Huset 3 oppviser utvendige gjenger 10, og dempningselementet 6 oppviser innvendige gjenger 11. Med de utvendige gjenger 10 er huset 3 innskrudd i de innvendige gjenger 11 i dempningselementet 6, slik at det er dannet en stor grenseflate mellom huset 3 og dempningselementet 6 og fastgjøring av huset 3 i dempningselementet 6.

I henhold til det foretrukne utførelseseksempel av oppfinnelsen oppviser målerøret 1 en stuss 13, i hvilken sende- og/eller mottakshodet 2 er innført sammen med dempningsinnretningen 5. Stussen 13 på målerøret 1 medfører den fordelen at sende-og/eller mottakshodet 2 ikke rager inn i strømmen, slik at denne ikke forstyrres på grunn av ultralyd-gjennomstrømningsmålingen og slik at måleresultatet ikke forvrenges på grunn av måleinnretningen.

Som det fremgår av figuren, er dempningselementet 6 bare forbundet med stussen 13 ved den enden som vender bort fra ultralydtransduceren 4, nemlig sveiset ved hjelp av en sveisesøm 9, som samtidig virker som tetning. Innerflaten til stussen 13 og dempningselementet 6 er anordnet i avstand fra hverandre, slik at det bare kan skje overføring av ultralydsignalet fra dempningsinnretningen 5 inn i målerøret 1, henholdsvis inn i stussen 13 på den enden av dempningsinnretningen 5 som vender bort fra ultralydtransduceren 4. Dette bevirker, som nevnt ovenfor, en øket dempning av ultralydsignalet som passerer inn i målerøret 1.

Claims (11)

1. Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning for strømmende medier og som arbeider etter tidsforbrukmetoden, med et målerør (1) og i det minste et sende- og/eller mottakshode (2), idet sende- og/eller mottakshodet (2) oppviser et hus (3) og en ultralydtransducer (4) med hvilken ultralydsignaler kan sendes ut i det strømmende medium, henholdsvis at ultralydsignaler kan mottas fra det strømmende medium, idet en dempningsinnretning (5) med i det minste ett dempningselement (6) er anordnet på siden rundt huset (3) til sende- og/eller mottakshodet (2), i det minste delvis i anlegg mot dette, og idet dempningsinnretningen (5) er anordnet i en utsparing (7) i målerøret (1) karakterisert ved at huset (3) oppviser utvendige gjenger (10), at dempningsinnretningen (5) oppviser innvendige gjenger (11) og at huset (3) med de utvendige gjenger (10) er innskrudd i de innvendige gjenger (11) i dempningsinnretningen (5), idet målerøret (1), huset (3) og dempningselementet (6) består av metall.

2. Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning som angitt i krav 1, karakterisert ved at en første tetning (8) er anordnet mellom huset (3) og dempningsinnretningen (5), og at en andre tetning (9) er anordnet mellom dempnings innretningen (5) og målerøret (1).

3. Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at dempningsinnretningen (5) oppviser flere dempningselementer (6) som er ført inn i hverandre og i det minste delvis ligger mot hverandre.

4. Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning som angitt i krav 3, karakterisert ved at en tetning er anordnet mellom dempningselementene (6).

5. Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning som angitt i et av kravene 2-4, karakterisert ved at i det minste én av tetningene (8, 9) består av en sveisesøm.

6. Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning som angitt i et av kravene 3-5, karakterisert ved at i det minste ett dempningselement (6) består av plast.

7. Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning som angitt i et av kravene 1-6, karakterisert ved at i det minste én av tetningene (8, 9) består av plast eller gummi.

8. Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at dempningsinnretningen (5) bare er fastgjort til målerøret (1) med den siden som vender bort fra ultralydtransduceren (4).

9. Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning som angitt i et av kravene 1-8, karakterisert ved at utsparingen (7) i målerøret (1) oppviser en stuss (13) som dempningsinnretningen (5) er anordnet i.

10. Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning som angitt i krav 9, karakterisert ved at dempningsinnretningen (5) er anordnet i avstand fra innerveggen i stussen (13).

11. Ultralyd-gjennomstrømningsmåleinnretning som angitt i krav 10, karakterisert ved at dempningsinnretningen (5) bare er forbundet med den frie enden av stussen (13).