WO2009129885A1 - Ultraschall-messanordnung - Google Patents

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WO2009129885A1
WO2009129885A1 PCT/EP2009/001246 EP2009001246W WO2009129885A1 WO 2009129885 A1 WO2009129885 A1 WO 2009129885A1 EP 2009001246 W EP2009001246 W EP 2009001246W WO 2009129885 A1 WO2009129885 A1 WO 2009129885A1
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ultrasonic
measuring tube
housing
sensors
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WO2009129885A8 (de
Inventor
Thomas Will
Martin Deutscher
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Mib Gmbh Messtechnik Und Industrieberatung
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/14—Casings, e.g. of special material
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
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    • G01N2291/02836—Flow rate, liquid level

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic measuring arrangement for flow, sound velocity, density, viscosity and / or temperature measurement of flowable media, comprising a measuring tube having a measuring tube, which is arranged in a region of a measuring housing, wherein the ultrasonic measuring device for the transmission of the Measuring section in and opposite to the flow direction of a medium and for signal recording at least two spaced-apart ultrasonic transceiver has as sensors.
  • the invention relates to a method for producing such an ultrasonic measuring arrangement.
  • each reflection absorbs part of the radiated sound energy, so that in these cases, strong transmission signals are required, which in turn can cause problems with electromagnetic compatibility, or the received signal is so weak that it is from the ever-present, with recorded noise only is difficult to distinguish and therefore requires an increased effort on the part of the measured value acquisition.
  • DE 101 09 161 also discloses a measuring arrangement in which, within a device with a large nominal diameter, a smaller diameter is simulated, as it were, by means of a nozzle in the measuring tube by concentrating the flow through the nozzle over a small area.
  • a measuring arrangement in which, within a device with a large nominal diameter, a smaller diameter is simulated, as it were, by means of a nozzle in the measuring tube by concentrating the flow through the nozzle over a small area.
  • such arrangements have a fixed flow direction and thus can not measure reflux.
  • an ultrasonic measuring arrangement of the type mentioned, in which the measuring housing molded on the measuring tube with this sealing and seamlessly connected and in which between the sensors, so the ultrasonic transceivers, a parallel to the flow direction, reflection-free Sound path is formed. Provision of the ultrasound measuring arrangement in a multi-stage injection molding process makes it possible to cast the measuring tube provided with the measuring section initially without reflection points on the measuring section and with the necessary connections, after which the measuring tube is encapsulated with the housing as an intermediate product in a second injection process becomes.
  • the openings of the measuring section are closed during the second injection process by means of suitable objects, for example mandrels or slides, thus preventing the penetration of sprayed material into the measuring section, the closures can be easily removed from the openings after removal of the end product.
  • suitable objects for example mandrels or slides
  • the good sound transmission of the measuring section supporting development of the ultrasonic measuring arrangement according to the invention can consist in that the extending between the sensors measuring section essentially over its entire length has a circular or elliptical cross section, 'in particular without any change in cross section.
  • the sensors are arranged without contact with respect to the moving medium and therefore can not be attacked by aggressive, eg. Corrosive media, while conversely, no contact of a sensor with the transported medium takes place and so no negative impact , For example, by contamination of the same, can take.
  • these can simply be arranged on the measuring path facing surfaces of the measuring tube, for example, glued or molded.
  • the ultrasonic measuring arrangement is arranged in the region of the front ends of the measuring tube, in the housing adjacent to each, at least one receptacle for an ultrasonic transceiver in which a sensor can be accommodated.
  • each sensor is glued to a measuring surface facing a receptacle in the housing, molded or held stationary by another fixation.
  • the measuring tube is connected in the region of its ends with connection means which the medium in a substantially transverse to the longitudinal extent supply or remove the measuring tube extending direction.
  • connection means which the medium in a substantially transverse to the longitudinal extent supply or remove the measuring tube extending direction.
  • the profile of the Measuring tube is a Z-shape or a U-shape or the shape of a "double L.”
  • the inflow or outflow direction of the connection devices are not in a plane but include an angle, for example a Angle of 90 °.
  • the measuring tube of a further embodiment can be provided with axial ribs or the like running over at least part of the longitudinal extent of the measuring tube, which expediently engage in the molds of the casting mold intended for injection molding of the housing, so that the measuring tube during the casting process is not subject to movement and is held securely.
  • the region of the measuring housing with the measuring tube forms a first, open housing part, which can be connected to a second housing part which is preferably designed as a cover.
  • the two housing parts form in this way an installation space in which other facilities can be accommodated.
  • the arrangement in the second housing part, the arrangement of at least one sensor connected to the signal processing means is provided which For example, the generation, detection, evaluation and / or further processing and forwarding takes over and is provided for this purpose with the corresponding electrical connections.
  • a signal processing device can be arranged for example in the aforementioned installation space.
  • Embodiments of the ultrasonic measuring arrangement which comply with the requirements with regard to hygiene and safety in applications in the food and chemical industry are particularly preferred, for which reason in particular the measuring tube and the measuring housing or parts thereof are made of a plastic, in particular a food grade and / or highly resistant Plastic, for example, polyethylene (PE) or another polyolefin or a suitable polymeric fluorocarbon, such as perfluoroalkoxy (PFA) are provided.
  • PE polyethylene
  • PFA perfluoroalkoxy
  • a measuring tube with a measuring section in a first casting mold by means of a suitable casting method, in particular an injection molding method; ii. Inserting two positive molds in fittings located in the region of the ends of the measuring tube; iii. Inserting the measuring tube with the molds in a second mold and injecting a particular open housing part to the measuring tube, wherein in the injection molding process, the measuring tube with the housing portion is connected seamlessly and without capillary; iv. Demoulding the connected castings with subsequent rather removal of the positive molds from the fittings and arrangement of sensors in the area of the measuring section.
  • a measuring tube having the measuring section is produced, specifically by means of a casting method, in particular an injection molding method.
  • the measuring tube which is basically produced as an intermediate product in the first method step, is then provided in the region of its ends with these positive molds closing off, which are preferably provided as substantially conical mandrels. Due to their conicity, they have a tapered end which securely closes the openings of the measuring section in the end region of the measuring tube, so that no sprayed material can penetrate there during the second injection molding process.
  • the positive molds can be easily pulled out of the fittings at the end of the process after removal of the casting.
  • a second housing part closing the first housing part can be shaped in the same casting operation as the first.
  • the measuring tube receiving first housing part does not necessarily have to be designed as an open, trough-like housing part, but may also have only connection areas for the second housing part.
  • the second housing part will form a cover for the first, wherein in both cases one of the housing parts is provided such that at least one signal processing device is arranged for generating, detecting, evaluating and / or further processing the signals generated or recorded by the sensors ,
  • another variant of the method can be carried out, in which the measuring tube is held during the second casting process by arranged on its outer region projections in recordings of the mold.
  • a further variant of the method according to the invention may additionally provide that either the sensors are integrated in the production of the housing part in this by inserting into the mold before the casting process or are provided on the housing part externally accessible receptacles for retrofitting the sensors, so that either the complete measuring arrangement is already available after the casting process or it is supplemented by sensors selected later.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a measuring tube of the ultrasonic measuring arrangement according to the invention with connecting pieces arranged in its end regions;
  • FIG. 2 shows a perspective view of the measuring tube from FIG. 1 with positive molds inserted into the connecting pieces
  • FIGS. 1 and 2 show a measuring tube 2 made of plastic with an invisible measuring section 3 of an ultrasonic measuring arrangement designated as a whole by 1 therein.
  • the measuring tube 2 has been produced in a first injection molding process and extends to the observer from the front right to the rear left.
  • the measuring tube 2 each have a connection piece 5, these form the inlet and outlet for the flowable medium to be transported or measured and have in opposite directions, that the profile of the measuring tube 2, the shape of a "Z "or a" double-L “forms.
  • the connecting pieces 5 are provided with a cut-out region 6, in which in the second injection molding process a connection to the in the Fign. 1 and 2, not shown measuring housing 7 takes place.
  • the measuring tube 2 is outside along its longitudinal extent with axial projections 8, which hold the measuring tube 2 stationary in the injection molding in the second injection molding process.
  • the measuring tube is externally provided with uniformly spaced radial ribs 9, which are either interrupted by the projections 8 or circumferential. These ribs 9 stiffen the measuring tube 2 and give it stability.
  • FIG. 2 in preparation for the second injection molding process, two conical, mandrel-like positive molds 10 can be seen, which are inserted into the connecting pieces 5 and their respective tapered end projecting into the connecting piece 5 the associated unrecognizable opening of the measuring path 3 of the measuring tube 2 closes.
  • the region of the tapered end of the positive mold 10 facing away from the measuring section 3 is cut out in such a way that a flattened region 11 results, at which the flattened measuring area is later formed.
  • housing that wall area 13 is located (see Fig.3), behind which one of the ultrasonic sensors is arranged.
  • FIG. 3 shows an ultrasonic measuring arrangement 1, removed from the mold after a second injection molding process, in which, for reasons of clarity, the sensors are not shown. It can be seen in turn that already in Figs. 1 and 2 measuring tube 2 shown, which is arranged in a trained as a housing part 15 region of the likewise made of plastic measuring housing 7.
  • the measuring tube 2 is sealingly and seamlessly connected to the measuring housing 7 and between the sensors, not shown, a reflection-free sound path is formed.
  • the latter can be seen at the position of the receptacles 12, which are equipped with the sensors after completion of the mold and these can be fixed there by gluing, molding or other fixation, whereby they are arranged without contact with respect to the medium.
  • the measuring tube is provided in its outer region only with the axial projections 8, but not the radial ribs 9.
  • the housing part 15 of the measuring housing 7, in which the measuring tube 2 is arranged is formed like a trough with an edge 14, which edge 14 has a lip 16 protruding from it.
  • the housing part 15 with a non-illustrated, designed as a cover second housing part connectable, so that with this arrangement, the measuring tube 2 is included and in the immediate vicinity of one in the assembled by the Housing parts formed installation space arranged signal processing device is located.
  • the housing part 15 also two flat, projecting away from the housing part fixing means 17 are arranged with eyelets 18, on which the first housing part 15 and the entire measuring housing can be fixed at a suitable location.
  • the invention described above thus relates to an ultrasonic measuring arrangement 1 for flow measurement of flowable media, with a measuring tube 2 having a measuring section 3, which is arranged in a region of a measuring housing 7, wherein the ultrasonic measuring device 1 for sound transmission of the measuring section 3 in and opposite The flow direction of a medium and the signal recording at least two spaced-apart ultrasonic transceiver has as sensors.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Messanordnung (1) zur Durchfluss-, Schallgeschwindigkeits-, Dichte-, Viskositäts- und/oder Temperaturmessung fließfähiger Medien, mit einem eine Messstrecke (3) aufweisenden Messrohr (2), welches in einem Bereich eines Messgehäuses (7) angeordnet ist, wobei die Ultraschall-Messanordnung (1) zur Durchschallung der Messstrecke (3) in und entgegen der Flussrichtung eines Mediums und zur Signalaufnähme mindestens zwei beabstandet angeordnete Ultraschall- Sendeempfänger als Sensoren aufweist. Um eine Ultraschall-Messanordnung (1) zur Verfügung zu haben, die einfach und günstig herzustellen ist und die bei kleinem Nenndurchmesser der Messstrecke (3) die Nachteile nachträglicher zusammenzufassender Teile der Anordnung (1) vermeidet und mit vertretbar hoher Sendeleistung ein direktes Durchschallen der Messstrecke (3) gestattet wird vorgeschlagen, das Messgehäuse (7) an dem Messrohr (2) anzuspritzen und derart mit diesem dichtungs- und nahtfrei zu verbinden und hierdurch zwischen den Sensoren einen zu der Flussrichtung parallelen, reflexionsfreien Schallweg zu ermöglichen.

Description

Ultraschall-Messanordnung
Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Messanordnung zur Durchfluss-, Schallgeschwindigkeits-, Dichte-, Viskositäts- und/oder Temperaturmessung fließfähiger Medien, mit einem eine Messstrecke aufweisenden Messrohr, welches in einem Bereich eines Messgehäuses angeordnet ist, wobei die Ultraschall-Messanordnung zur Durchschallung der Messstrecke in und entgegen der Flussrichtung eines Mediums und zur Signalaufnahme mindestens zwei beabstandet angeordnete Ultraschall-Sendeempfänger als Sensoren aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Ultraschall-Messanordnung.
Zur Etablierung einer gut durchschallbaren Messstrecke beim Einsatz von Ultraschall-Messanord-nungen, insbesondere im Bereich der Durchflussmessung fließfähiger Medien, sind bereits verschiedene Konzepte zur Ausbildung von Messstrecken in Gehäusen bekannt. Für kleine Nenndurchmesser in der Größenordnung von bis zu etwa 25 mm sind hierfür durch die EP 0 088 235 und der EP 0 681 162 die U-Form, und anderweitig auch die Z-Form oder die doppelte Z-Form bekannt und verbreitet, wobei abhängig von Platzangebot und Einsatzform auch weitere, im Grunde beliebig komplizierte Formen von Messstrecken verwendet werden.
Alle erwähnten Messstrecken sind jeweils mit dem Nachteil behaftet, dass sie mit ihrem dem Messvorgang geschuldeten Profil aus produktionstechnischen Gründen notwendig mehrteilig herzustellen sind und die betreffenden Teile nachträglich mittels Nähte verursachenden Schweißungen oder über Dichtungen zu verbinden sind. Dieser Umstand bringt wiederum den Nachteil mit sich, dass zum einen die betreffenden Dichtungen undicht werden können und sich Kapillaren zwischen Gehäuse und Dichtung ausbilden können. Zum anderen kann eine Schweißstelle Poren, Einschlüsse oder sonstige Unregelmäßigkeiten aufweisen. In diese Schwachstellen kann sich das transportierte, zu messende Medium setzen, was gerade in der Lebensmittelbranche zu hygienischen Problemen führen kann. Ein weiteres Problem kann hierbei im Bereich Chemieindustrie auftreten, wenn Mediumsreste verbleiben, die z. B. beim Ausbau des Gerätes das Personal gefährden können.
Bei dem erwähnten geringen Nenndurchmesser sind weiter aus der DE 101 20 355, der DE 39 11 408 und der DE 39 41 546 beispielsweise Systeme bekannt, die mit Reflexion bzw. sogar Mehrfachreflexion arbeiten. Jede Reflexion schluckt jedoch einen Teil der eingestrahlten Schallenergie, so dass in diesen Fällen starke Sendesignale benötigt werden, die wiederum Probleme hinsichtlich elektromagnetischer Verträglichkeit mit sich bringen können, oder aber das Empfangssignal wird so schwach, das es von dem immer vorhandenen, mit aufgezeichneten Rauschen nur noch schwer unterscheidbar ist und daher seitens der Messwerterfassung einen erhöhten Aufwand notwendig macht.
Schließlich ist aus der DE 101 09 161 auch eine Messanordnung bekannt, bei welcher innerhalb eines Geräts mit großem Nenndurchmesser mittels einer Düse im Messrohr ein kleinerer Durchmesser sozusagen simuliert wird, indem durch die Düse die Strömung auf einen kleinen Bereich konzentriert wird. Solche Anordnungen haben jedoch eine fest vorgegebene Flussrichtung und können somit keine Rückflüsse messen.
Es besteht daher die Aufgabe, eine Ultraschall-Messanordnung zur Verfügung zu stellen, die einfach und günstig herzustellen ist und die bei kleinem Nenndurchmesser der Messstrecke die Nachteile nachträglicher zusammenzufassender Teile der Anordnung vermeidet und mit vertretbar hoher Sendeleistung ein direktes Durchschallen der Messstrecke gestattet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ultraschall-Messanordnung der eingangs genannten Art, bei welcher das Messgehäuse an dem Messrohr angespritzt mit diesem dichtungs- und nahtfrei verbunden ist und bei welcher zwischen den Sensoren, also den Ultraschall-Sendeempfängern, ein zu der Flussrichtung paralleler, reflexionsfreier Schallweg gebildet ist. Eine Bereitstellung der Ultraschall-Messanordnung in einem mehrstufigen Spritzgussverfahren gestattet es hierbei, in einer Form das mit der Messstrecke versehene Messrohr zunächst ohne Reflexionsstellen an der Messstrecke und mit den notwendigen Anschlüssen zu gießen, wonach das Messrohr als Zwischenprodukt in einem zweiten Spritzvorgang mit dem Gehäuse umgössen wird. Hierbei werden die Öffnungen der Messstrecke bei dem zweiten Spritzvorgang mittels geeigneter Gegen-stände, bspw. Dorne oder Schieber verschlossen und so das Eindringen von Spritzgut in die Messstrecke vermieden, die Verschlüsse können nach Entformen des Endprodukts problemlos von den Öffnungen entfernt werden. Bei dem zweiten Spritzgießvorgang verbindet sich der Kunststoff des eingelegten Messrohres mit dem Kunststoff des dann anzuspritzenden Messgehäuses derart, dass keine Kapillaren oder Nahtstellen entstehen.
Eine zweckmäßige, die gute Durchschallung der Messstrecke unterstützende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ultraschall- Messanordnung kann darin bestehen, dass die sich zwischen den Sensoren erstreckende Messstrecke im wesentlichen über ihre gesamte Länge einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt, 'insbesondere ohne Querschnittsänderung, aufweist. Bei einer anderen Ausführungsform der Ultraschall-Messanordnung sind die Sensoren an der Messtrecke hinsichtlich des bewegten Mediums berührungsfrei angeordnet und können daher nicht von aggressiven, bspw. korrosiven Medien angegriffen werden, während umgekehrt kein Kontakt eines Sensors mit dem transportierten Medium erfolgt und derart keinen negativen Einfluss, bspw. durch Verunreinigung desselben, nehmen kann. Bei einer Ausführung mit mediumsberührten Sensoren können diese einfach an der Messstrecke zugewandten Flächen des Messrohres angeordnet sein, beispielsweise geklebt oder angespritzt.
Um die Sensoren trotzdem möglichst exakt an den Enden der Messstrecke einander gegenüberliegend anordnen zu können, ist bei einer weiteren Ausführungsform der Ultraschall-Messanordnung im Bereich der Stirnenden des Messrohres, in dem Gehäuse diesen benachbart gegenüberliegend, jeweils wenigstens eine Aufnahme für einen Ultraschall-Sendeempfänger angeordnet, in welcher ein Sensor untergebracht werden kann.
Die Anordnung und Festlegung der Sensoren in den betreffenden Aufnahmen erfolgt dabei sinnvollerweise derart, dass jeder Sensor an einer der Messtrecke zugewandten Fläche einer Aufnahme in dem Gehäuse geklebt, angespritzt oder durch eine andere Fixierung ortsfest gehalten ist.
Eine zweckmäßige Zuführung und Abfuhr des zu messenden fließfähigen Mediums zu der Ultraschall-Messanordnung hin bzw. von dieser weg wird durch eine Weiterbildung sichergestellt, bei der das Messrohr im Bereich seiner Enden mit Anschlusseinrichtungen verbunden ist, welche das Medium in einer im wesentlichen quer zur Längserstreckung des Messrohres verlaufenden Richtung zu- bzw. abführen. Hierdurch bildet das Profil des Messrohres eine Z-Form oder eine U-Form oder die Form eines „Doppel-L". Dabei ist auch eine Weiterbildung umfasst, bei der die Zu- bzw. Abflussrichtung der Anschlusseinrichtungen nicht in einer Ebene liegen sondern einen Winkel einschließen, zum Beispiel einen Winkel von 90°.
Entlang seiner Längserstreckung kann das Messrohr einer weiteren Ausführungsform mit axialen, über zumindest einen Teil der Längserstreckung des Messrohres verlaufenden Rippen oder dergleichen Vorsprüngen versehen sein, die zweckmäßigerweise bei dem Anspritzen des Gehäuses in dafür vorgesehene Aufnahmen der Gussform eingreifen, so dass das Messrohr bei dem Gussvorgang keinen Bewegungen unterliegt und sicher gehalten ist.
Darüber hinaus kann eine andere Weiterbildung der Ultraschall- Messanordnung an dem Messrohr auch über an diesem angeordnete radiale, insbesondere in gleichmäßigem Abstand über wenigstens einen Teil der Längserstreckung des Messrohres beabstandete Rippen verfügen, welche dem Messrohr eine sowohl für die Bedingungen des zweiten Spritzguss-Vorgangs als auch für seine späteren Einsatzbedingungen wünschenswerte Steifigkeit verleiht.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung der Ultraschall- Messanordnung bildet der Bereich des Messgehäuses mit dem Messrohr ein erstes, offenes Gehäuseteil, welches mit einem bevorzugt als Deckel ausgebildeten zweiten Gehäuseteil verbindbar ist. Die beiden Gehäuseteile bilden auf diese Weise einen Einbauraum, in welchem weitere Einrichtungen untergebracht werden können .
Bei einer bevorzugten Ausführung ist in dem zweiten Gehäuseteil die Anordnung die Anordnung wenigstens einer mit den Sensoren verbundenen Signalverarbeitungseinrichtung vorgesehen, die bei- spielsweise die Erzeugung, Erfassung, Auswertung und/oder Weiterverarbeitung und Weiterleitung übernimmt und hierfür mit den entsprechenden elektrischen Anschlüssen versehen ist. Eine solche Signalverarbeitungseinrichtung kann beispielsweise in dem vorher erwähnten Einbauraum angeordnet sein.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen der Ultraschall- Messanordnung, welche die Anforderungen hinsichtlich Hygiene und Sicherheit bei Anwendungen in der Lebensmittel- und chemischen Industrie einhalten, weswegen insbesondere hierfür das Messrohr sowie das Messgehäuse bzw. dessen Teile aus einem Kunststoff, insbesondere einem lebensmitteltauglichen und/oder hochbeständigen Kunststoff, beispielsweise aus Polyethylen (PE) oder einem anderen Polyolefin oder einem geeigneten polymeren Fluorcarbon, wie etwa Perfluoralkoxy (PFA), vorgesehen sind.
Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Ultraschall-Messanordnung, insbesondere einer vorstehend bereits beschriebenen Ultraschall-Messanordnung, welche zumindest die folgenden Verfahrensschritte um- fasst :
i. Herstellung eines Messrohres mit einer Messstrecke in einer ersten Gussform durch ein geeignetes Gussverfahren, insbesondere ein Spritzgussverfahren; ii. Einlegen von zwei Positivformen in im Bereich der Enden des Messrohres befindliche Anschlussstücke; iii. Einlegen des Messrohres mit den Formen in eine zweite Gussform und Anspritzen eines insbesondere offenen Gehäuseteils an das Messrohr, wobei bei dem Spritzgießvorgang das Messrohr mit dem Gehäusebereich naht- und kapillarfrei verbunden wird; iv. Entformen der verbundenen Gussstücke mit nachträgli- eher Entnahme der Positivformen aus den Anschlusstücken und Anordnung von Sensoren im Bereich der Messstrecke .
Es wird also bei dem Herstellungsverfahren zunächst ein die Messstrecke aufweisendes Messrohr hergestellt, und zwar mittels eines Gussverfahrens, insbesondere eines Spritzgussverfahrens. Das bei dem ersten Verfahrensschritt im Grunde als Zwischenprodukt entstehende Messrohr wird sodann im Bereich seiner Enden mit diese verschließenden Positivformen versehen, die bevorzugt als im wesentlichen konische Dorne vorgesehen sind. Aufgrund ihrer Konizität weisen sie ein verjüngtes Ende auf, das die Öffnungen der Messtrecke im Endbereich des Messrohres sicher verschließt, so dass dort bei dem zweiten Spritzgussvorgang kein Spritzgut eindringen kann. Die Positivformen können am Ende des Verfahrens nach dem Entformen des Gussstückes leicht wieder aus den Anschlussstücken herausgezogen werden.
Bei einer bevorzugten Variante des Herstellungsverfahrens kann ein das erste Gehäuseteil verschließendes zweites Gehäuseteil in dem gleichen Gussvorgang wie das erste geformt werden. Das das Messrohr aufnehmende erste Gehäuseteil muss dabei nicht zwangsläufig als offenes, wannenartiges Gehäuseteil ausgebildet sein, sondern kann auch lediglich Anschlussbereiche für das zweite Gehäuseteil aufweisen. Bevorzugt wird aber das zweite Gehäuseteil einen Deckel für das erste bilden, wobei in beiden Fällen eines der Gehäuseteile derart vorgesehen ist, dass in diesem wenigstens eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Erzeugung, Erfassung, Auswertung und/oder Weiterverarbeitung der von den Sensoren erzeugten oder aufgenommenen Signalen angeordnet ist. Besonders vorteilhaft, weil gut handhabbar, lässt sich eine weitere Variante des Verfahrens durchführen, bei welcher das Messrohr während des zweiten Gussvorgangs durch an seinem Außenbereich angeordnete Vorsprünge in Aufnahmen der Gussform gehalten ist.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darüber hinaus vorsehen, dass entweder die Sensoren bei der Herstellung des Gehäuseteils in dieses durch Einlegen in die Gussform vor dem Gussvorgang integriert sind oder an dem Gehäuseteil von außen zugängliche Aufnahmen zur nachträglichen Anordnung der Sensoren vorgesehen sind, so dass nach dem Gussvorgang entweder bereits die vollständige Messanordnung zur Verfügung steht oder diese noch um später ausgewählte Sensoren ergänzt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. In teilweise schematisierter Ansicht zeigen hierbei
Fig.l eine perspektivische Ansicht eines Messrohres der erfindungsgemäßen Ultraschall-Messanord-nung mit in dessen Endbereichen angeordneten An- schlussstücken;
Fig.2 eine perspektivische Ansicht des Messrohres aus der Fig.l mit in die Anschlussstücke eingeführten Positivformen;
Fig.3 die erfindungsgemäße Ultraschall-Messanordnung mit einem Gehäusebereich und darin angeordnetem Messrohr der Fign. 1 und 2. In den Fign. 1 und 2 ist ein aus Kunststoff gefertigtes Messrohr 2 mit darin befindlicher, nicht sichtbarer Messtrecke 3 einer im Ganzen mit 1 bezeichneten Ultraschall-Messanordnung zu sehen. Das Messrohr 2 ist einem ersten Spritzgussvorgang hergestellt worden und erstreckt sich für den Betrachter von vorne rechts nach hinten links. In seinen Endbereichen 4 weist das Messrohr 2 jeweils ein Anschlussstück 5 auf, diese bilden den Zu- und Ablauf für das zu transportierende bzw. zu messende fließfähige Medium und weisen derart in entgegen gesetzte Richtungen, dass das Profil des Messrohrs 2 die Form eines „Z" bzw. eines „Doppel-L" bildet. Die Anschlussstücke 5 sind mit einem ausgeschnittenen Bereich 6 versehen, in welchem in dem zweiten Spritzgussvorgang ein Anschluss an das in den Fign. 1 und 2 nicht dargestellte Messgehäuse 7 erfolgt.
Das Messrohr 2 ist außen entlang seiner Längserstreckung mit axialen Vorsprüngen 8, die das Messrohr 2 bei dem zweiten Spritzgussvorgang in der Spritzform ortsfest halten. Darüber hinaus ist das Messrohr außen mit gleichmäßig beabstandeten radialen Rippen 9, die entweder durch die Vorsprünge 8 unterbrochen oder umlaufend sind, versehen. Diese Rippen 9 steifen das Messrohr 2 aus und verleihen ihm Stabilität.
Nur in der Fig.2 sind in Vorbereitung auf den zweiten Spritzgussvorgang an dem Messrohr 2 zwei konische, dornartige Positivformen 10 zu erkennen, die in die Anschlussstücke 5 eingesteckt sind und deren jeweils in das Anschlussstück 5 ragendes verjüngtes Ende die zugeordnete nicht erkennbare Öffnung der Messstrecke 3 des Messrohres 2 verschließt. Der der Messstrecke 3 abgewandte Bereich des verjüngten Endes der Positivform 10 ist dabei so ausgeschnitten, dass sich ein abgeflachter Bereich 11 ergibt, an welchem sich an dem später angespritzten Messge- häuse derjenige Wandbereich 13 befindet (vgl. Fig.3), hinter welcher einer der Ultraschall-Sensoren angeordnet ist.
Die Fig.3 zeigt eine Ultraschall-Messanordnung 1, nach einem zweiten Spritzgussvorgang aus der Gussform entformt, bei welcher aus Gründen der Übersichtlichkeit die Sensoren nicht dargestellt sind. Zu erkennen ist wiederum das bereits in den Fign. 1 und 2 gezeigte Messrohr 2, welches in einem als Gehäuseteil 15 ausgebildeten Bereich des ebenfalls aus Kunststoff ausgebildeten Messgehäuses 7 angeordnet ist.
Das Messrohr 2 ist mit dem Messgehäuse 7 dichtungs- und nahtfrei verbunden und zwischen den nicht dargestellten Sensoren ist ein reflexionsfreier Schallweg gebildet. Letzteres lässt sich an der Position der Aufnahmen 12 erkennen, die nach Fertigstellung der Form mit den Sensoren bestückt und diese dort mittels Klebung, Anspritzen oder einer anderen Fixierung festgelegt werden können, wodurch diese hinsichtlich des Mediums berührungsfrei angeordnet sind. Weiter ist an den Aufnahmen 12 genau derjenige Wandbereich 13 des Messgehäuses 7 zu erkennen, der bereits weiter oben erwähnt durch den abgeflachten Bereich der Positivform beim Spritzgussvorgang entsteht. In der Fig.3 ist das Messrohr in seinem Außenbereich lediglich mit den Axialen Vorsprüngen 8, nicht aber den radialen Rippen 9 versehen.
Überdies ist der Fig.3 zu entnehmen, dass das Gehäuseteil 15 des Messgehäuses 7, in welchem das Messrohr 2 angeordnet ist, wannenartig mit einem Rand 14 ausgebildet ist, welcher Rand 14 eine von diesem abstehende Lippe 16 aufweist. An dem Rand 14 ist das Gehäuseteil 15 mit einem nicht dargestellten, als Deckel ausgebildeten zweiten Gehäuseteil verbindbar, so dass mit dieser Anordnung das Messrohr 2 eingeschlossen ist und sich in unmittelbarer Nähe einer in dem durch die zusammengefügten Gehäuseteile gebildeten Einbauraum angeordneten Signalverarbeitungseinrichtung befindet. Im Außenbereich des ersten Gehäuseteils 15 sind außerdem zwei flache, von dem Gehäuseteil wegragende Festlegemittel 17 mit Ösen 18 angeordnet, an welchem das erste Gehäuseteil 15 bzw. das ganze Messgehäuse an geeigneter Stelle festgelegt werden kann.
Die vorstehend beschriebene Erfindung betrifft demnach also eine Ultraschall-Messanordnung 1 zur Durchflussmessung fließfähiger Medien, mit einem eine Messstrecke 3 aufweisenden Messrohr 2, welches in einem Bereich eines Messgehäuses 7 angeordnet ist, wobei die Ultraschall-Messanordnung 1 zur Durchschallung der Messstrecke 3 in und entgegen der Flussrichtung eines Mediums und zur Signalaufnahme mindestens zwei beabstandet angeordnete Ultraschall-Sendeempfänger als Sensoren aufweist. Um eine Ultraschall-Messanordnung 1 zur Verfügung zu haben, die einfach und günstig herzustellen ist und die bei kleinem Nenndurchmesser der Messstrecke 3 die Nachteile nachträglicher zusammenzufassender Teile der Anordnung 1 vermeidet und mit vertretbar hoher Sendeleistung ein direktes Durchschallen der Messstrecke 3 gestattet wird vorgeschlagen, das Messgehäuse 7 an dem Messrohr 2 anzuspritzen und derart mit diesem dichtungs- und nahtfrei zu verbinden und hierdurch zwischen den Sensoren einen reflexionsfreien Schallweg zu ermöglichen.

Claims

Ansprüche
1. Ultraschall-Messanordnung zur Durchfluss-, Schallgeschwin- digkeits-, Dichte-, Viskositäts- und/oder Temperaturmessung fließfähiger Medien, mit einem eine Messstrecke aufweisenden Messrohr, welches in einem Bereich eines Messgehäuses angeordnet ist, wobei die Ultraschall-Messanordnung zur Durchschallung der Messstrecke in und entgegen der Flussrichtung eines Mediums und zur Signalaufnahme mindestens zwei beabstandet angeordnete Ultraschall-Sendeempfänger als Sensoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgehäuse (7) an dem Messrohr (2) angespritzt mit diesem dichtungs- und nahtfrei verbunden ist und dass zwischen den Sensoren ein zu der Flussrichtung paralleler, reflexionsfreier Schallweg gebildet ist.
2. Ultraschall-Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich zwischen den Sensoren erstreckende Messstrecke (3) im wesentlichen über ihre gesamte Länge einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt, insbesondere ohne Querschnittsänderung, aufweist.
3. Ultraschall-Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren an der Messtrecke (3) hinsichtlich des bewegten Mediums berührungsfrei angeordnet sind.
4. Ultraschall-Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Stirnenden des Messrohres (2), in dem Gehäuse (7) diesen benachbart gegenüberliegend, jeweils wenigstens eine Aufnahme (12) für einen Ultraschall-Sendeempfänger angeordnet ist.
5. Ultraschall-Messanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor an einer der Messtrecke (3) zugewandten Fläche (13) einer Aufnahme (12) in dem Gehäuse (7) geklebt, angespritzt oder durch eine andere Fixierung ortsfest gehalten ist.
6. Ultraschall-Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (2) im Bereich seiner Enden mit Anschlusseinrichtungen (5) verbunden ist, welche das Medium in einer im wesentlichen quer zur Längserstreckung des Messrohres verlaufenden Richtung zu- bzw. abführen.
7. Ultraschall-Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (2) mit axialen, über zumindest einen Teil der Längserstreckung des Messrohres (2) verlaufenden Rippen oder dergleichen Vorsprüngen (8) versehen ist.
8. Ultraschall-Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Messrohr
(2) radiale, insbesondere gleichmäßig beabstandete Rippen (9) vorgesehen sind.
9. Ultraschall-Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Messgehäuses (7) mit dem Messrohr (2) ein erstes, offenes Gehäuseteil (15) bildet, welches mit einem bevorzugt als Deckel ausgebildeten zweiten Gehäuseteil verbindbar ist.
10. Ultraschall-Messanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Gehäuseteil die Anordnung wenigstens einer mit den Sensoren verbundenen Signalverarbeitungseinrichtung vorgesehen ist.
11. Ultraschall-Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (2) sowie das Messgehäuse (7) aus einem Kunststoff, insbesondere einem lebensmitteltauglichen und/oder hochbeständigen Kunststoff, beispielsweise aus Polyethylen (PE) oder einem anderen Polyolefin oder einem geeigneten polymeren Fluorcarbon, wie etwa Perfluoralkoxy (PFA), vorgesehen sind.
12. Verfahren zur Herstellung einer Ultraschall-Messanordnung, insbesondere einer Ultraschall-Messanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch zumindest die folgenden Verfahrensschritte: i. Herstellung eines Messrohres (2) mit einer Messstrecke (3) in einer ersten Gussform durch ein geeignetes Gussverfahren, insbesondere ein Spritzgussverfahren; ii. Einlegen von zwei Positivformen (10) in im Bereich der Enden des Messrohres (2) befindliche Anschlussstücke (5) ; iii. Einlegen des Messrohres (2) mit den Formen (10) in eine zweite Gussform und Anspritzen eines insbesondere offenen Gehäuseteils (15) an das Messrohr, wobei bei dem Spritzgießvorgang das Messrohr (2) mit dem Gehäusebereich naht- und kapillarfrei verbunden wird; iv. Entformen der verbundenen Gussstücke mit nachträglicher Entnahme der Positivformen (10) aus den Anschlusstücken (5) und Anordnung von Sensoren im Bereich der Messstrecke (3) .
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Positiv-Formen (10) bevorzugt als im wesentlichen konische Dorne vorgesehen sind, deren verjüngtes eines Ende mit den Rändern der Öffnungen, welche sich im Endbereich der Messstrecke (3) befinden, bündig abschließt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein das erste Gehäuseteil (15) verschließendes, zweites Gehäuseteil in dem gleichen Gussvorgang wie das erste geformt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (2) während des zweiten Gussvorgangs durch an seinem Außenbereich angeordnete Vorsprünge (8) in Aufnahmen der Gussform gehalten ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren bei der Herstellung des Gehäuses (7) in dieses durch Einlegen in die Gussform vor dem Gussvorgang integriert sind oder an dem Gehäuseteil (7) von außen zugängliche Aufnahmen (12) zur nachträglichen Anordnung der Sensoren vorgesehen sind.
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