WO2012084445A1 - Durchflussmessgerät - Google Patents

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WO2012084445A1
WO2012084445A1 PCT/EP2011/071467 EP2011071467W WO2012084445A1 WO 2012084445 A1 WO2012084445 A1 WO 2012084445A1 EP 2011071467 W EP2011071467 W EP 2011071467W WO 2012084445 A1 WO2012084445 A1 WO 2012084445A1
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WO
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housing
ultrasonic
distance
medium
measuring
Prior art date
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Application number
PCT/EP2011/071467
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Berger
Pierre Ueberschlag
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
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Priority to US13/996,075 priority Critical patent/US8939034B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a flowmeter for determining the flow of a flowing through a measuring tube measuring medium, which flow meter into the
  • Measuring medium projecting first housing, which has a measuring medium for limiting first surface.
  • Ultrasonic flowmeters are widely used in process and automation technology. They allow in a simple way to determine the volume flow and / or mass flow in a pipeline.
  • the known ultrasonic flowmeters often work according to the Doppler or the transit time difference principle.
  • running time difference principle the different maturities of ultrasonic pulses are evaluated relative to the flow direction of the liquid.
  • ultrasonic pulses are sent in a certain Wnkel to the tube axis both with and against the flow. From the runtime difference can be the
  • ultrasonic waves are generated or received with the help of so-called ultrasonic transducers.
  • ultrasonic transducers are firmly mounted in the pipe wall of the respective pipe section.
  • Another ultrasonic flow meter which operates on the transit time difference principle, is known from US-A 50 52 230. The transit time is determined here by means of short ultrasonic pulses, so-called bursts.
  • the ultrasonic transducers usually consist of an electromechanical
  • Transducer element e.g. a piezoelectric element, an ultrasonic window, too
  • the piezoelectric element usually consists of a piezoceramic in industrial process measurement technology. In the piezoelectric element, the ultrasonic waves are generated and through the ultrasonic window in the
  • a further coupling layer may be arranged, a so-called adaptation layer.
  • Adaptation layer takes over the function of the transmission of the ultrasonic signal and at the same time the reduction of a caused by different acoustic impedances reflection at interfaces between two materials.
  • Ultrasonic transducers are now increasingly being used to measure the flow of gases. In gases, the transmission of measurable sound energy is much lower than in liquids.
  • the object of the invention is to propose a flow meter which is insensitive to tube waves.
  • a flow meter according to the invention for determining the flow rate of a measuring medium flowing through a measuring tube has a first housing of an ultrasonic transducer protruding into the measuring medium, which has a first surface bounding the first housing to the measuring medium.
  • the flowmeter on a second housing, which second housing has a volume of the measuring medium limiting, second surface.
  • the first housing is connected to the second housing via a connecting element arranged between the first housing and the second housing.
  • each distance between any two points of the first surface and the second surface is at least 0.2 mm, in particular at least 0.5 mm or even at least 1 mm, and, that each perpendicular to the first surface measured distance the first surface to the second surface is at least 1 mm, and that each perpendicular to the second surface measured distance of the first
  • the respective vertically dimensioned distances amount to one embodiment according to at least 2 mm. They are measured along a normal vector, ie a surface normal, on the first or second surface. The distance is measured through the measuring medium. In certain configurations, it is also measured through the connector.
  • each distance between any two points of the first surface and the second surface is at least 2 mm, and, each perpendicular to the first surface measured distance of the first surface to the second surface is at least 4 mm, and, each perpendicular to the second surface measured distance of the first surface to the second surface is also at least 4 mm.
  • the distance of the first surface from the first surface perpendicular to the first surface and the distance between the first surface and the second surface measured perpendicularly to the second surface are the same.
  • each distance between any two points of the first surface and the second surface is at most equal to the distance of the first surface to the second surface measured perpendicular to the first surface, or the distance measured perpendicular to the second surface the first surface to the second surface.
  • the connecting element may be a connecting element to the measuring medium out
  • third surface which third surface of the connecting element ensures the predetermined minimum distance greater than 0.2 mm between the first surface and the second surface in that it separates the first surface from the second. If a distance exists normally on the first surface to the second surface, then this distance is at least 1 mm. If the normals on the first and on the second surface are parallel to each other or intersect at an angle of less than 90 °, then the distance between the first surface of the first housing and the second surface of the second housing is equal to the thickness of the connecting element at the location. where the connector contacts the first surface and the second surface.
  • the distance of the corner points is also at least 0.2 mm, in particular at least 1 mm.
  • the first surface of the first housing is thereby the entire surface of the first
  • Housing refers to which is touched in the operating state of the flowmeter from the measuring medium. Out of service, the first surface separates the first housing from the environment. If, for example, the first housing is rotationally symmetrical about a longitudinal axis, then the first housing has a substantially around the longitudinal axis of the first housing
  • the first surface consists both of the lateral surface and of at least one base surface of the cylindrical first housing, which is e.g. serves as an ultrasonic window, as far as these surfaces are in direct contact with the measuring medium in the operating state of the flowmeter.
  • the second surface of the second housing is, for example, the surface of the measuring tube or a sensor nozzle which contacts the measuring medium and which is connected to the measuring tube.
  • the droplet attaches to a surface if the adhesive force between the surface and the liquid phase of the medium is greater than the cohesive force in the liquid phase of the medium to be measured, or in other words, when the wetting surface energy of the liquid phase of the measuring medium occurring between the liquid phase of the measuring medium and the surface is smaller than the free surface energy of the liquid phase of the measuring medium.
  • the adhesive force depends on the
  • the purpose of the embodiment of the invention is to prevent accumulations of moisture between the first surface of the first housing and the second surface, e.g. by
  • Measuring media designed i. There is always fluid between the ultrasonic transducer and measuring tube, via which the tube shafts are also transmitted. This now has a small influence on the measurement, since the sound energy transmitted in the liquid measuring medium, which is used to measure the flow rate, is known to be large in comparison with the energy transferred analogously in a gas.
  • the ultrasonic flowmeter according to the invention is now especially for gas, in particular moist gas, e.g. Biogas, designed.
  • the ultrasonic flowmeter has a seal arranged as a connecting element between the first housing and the second housing, and the seal has a thickness of at least 0.1 mm.
  • the ultrasonic flowmeter has at least one electromechanical ultrasonic transducer element, and the thickness of the seal is at least 1/10 of the wavelength ⁇ in the seal of the ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transducer, but at least 0.1 mm.
  • the seal is suitable for the purposes of tightness, but above all for the acoustic damping of structure-borne noise and thus the reduced transmission of structure-borne noise via the measuring tube to the ultrasonic transducer and / or vice versa.
  • it is relatively soft, consists for example of elastomer or Teflon. It also has a low acoustic impedance of less than 4 MRayl. Its thickness is at least 1/10 of the wavelength ⁇ of the acoustic wave in the seal, which acoustic wave is emitted by an ultrasonic transducer element of the ultrasonic flowmeter.
  • the connecting element in general or the gasket as a connecting element in particular have a thickness greater than 0.2 mm, e.g. also at least 0.5 mm. It can also be quite reasonable thicknesses or lengths of the third surface of greater than 1 mm. According to a further development of the invention, the seal has a thickness of at least 2 mm.
  • the first housing comprises a first end portion, a second end portion and a longitudinal axis, wherein the longitudinal axis between the first and second end portion extends, wherein the first housing, for example, sleeve-shaped, in which sleeve-shaped first housing then in the region of the first end portion, for example a
  • Ultrasonic transducer element or, for example, a temperature sensing element is arranged, wherein each first point of the first surface of the first housing final edge, in the region of the second end portion of the first housing, a distance from the longitudinal axis of the first housing, which is larger by at least 0.2 mm which is in particular at least 0.5 mm greater than the distance of all second points of the first surface of the first housing to the longitudinal axis of the first housing, which lie in a common plane with the longitudinal axis of the first housing and with the first point of the edge and which each have a projected to the longitudinal axis of the first housing distance to the first point the edge of at least 0.2 mm, in particular at least 0.5 mm, in the direction of the first end portion of the first housing.
  • the first housing is designed so that each longitudinal section of the first surface of the first housing, which lies in a plane with the longitudinal axis of the first housing, is concave in the region of the second end portion.
  • the housing is rotationally symmetrical about its longitudinal axis.
  • the first surface of the first housing in the region of the second end portion up to the first surface of the first housing final edge has a radius of at least 0.2 mm, in particular at least 0.5 mm, for example 1 mm or even 2 mm having.
  • the radius is only important if a build-up of moisture in one corner to one
  • Impairment may result from a drop accumulating in a corner forming a junction between the first and second surfaces.
  • the edge of the first housing does not have to be an edge in the narrower sense. It is the curve that defines the first surface that separates the first housing from the measurement medium. This curve is optionally determined by the third surface, which delimits the first surface, which delimits the first housing from the measuring medium. Then the edge is the curve at which the first and third surfaces touch.
  • the second surface is bounded by an edge at which the second surface and the third surface touch.
  • the second surface can also have a
  • Radius of at least 0.2 mm, in particular at least 0.5 mm, for example, 1 mm or even 2 mm and / or it is concave - that disclosed for the first surface may apply analogously to the second surface.
  • the first housing on the first surface of the first housing terminating edge touches a connecting element, which connecting element in turn has the expansion of the medium to be measured, third surface, wherein the function of the distance of at least a portion of a common cutting edge of the first Surface of the first housing and the second surface of the connecting element in a common sectional planes with the longitudinal axis of the first housing to the longitudinal axis of the first housing, which extends over at least a respective portion of the first housing and the connecting element is monotone, wherein the length of each subsection at least 0.2 mm, in particular 0.5 mm.
  • a further solution to the problem of liquid accumulation in corners is, according to a further development of the invention, that the first surface of the first housing contacts a third surface of a connecting element delimiting the expansion of the measuring medium, wherein the cut edges of the first surface and the third surface enclose an angle greater than or equal to 90 ° with the longitudinal axis of the first housing in a common cutting plane.
  • the edge forms the termination of the first surface of the first
  • Housing which delimits the first housing relative to the measuring medium. At this, the first surface of the first housing final edge, the first surface touches the second surface and thus the first housing, the connecting element.
  • the first surface of the first housing made of a first material and the measuring medium limiting third surface of the connecting element is made of a second material, wherein the first
  • the second surface of the second housing is made of a third material, which may be the same as the material of the first surface. If the connecting element connects the first housing and the second housing, for example the measuring tube, to one another, the measuring tube can be made of the same material as the first housing, or it can be made of a third, of the first and / or of the second material
  • the first housing consists for example of a metal or a metal alloy, in particular stainless steel.
  • the connecting element then consists for example of an elastomer.
  • the measuring tube has at least one
  • At least the third surface is made of a liquid-repellent, in particular a water-repellent material. It also has a contour that helps drain accumulated fluid. Equally, the first and / or the second surface can be configured. To quickly and easily remove dirt deposits are nanostructured
  • Elevations are up to 100 mm high and up to 200 mm apart.
  • Elevations with a maximum of 20 ⁇ height used.
  • the minimum height is 1 ⁇ .
  • elevations are used with a height greater than 5 mm. Further preferred is their distance up to 50 pm to each other.
  • the minimum distances between the elevations are 1 ⁇ , preferably distances from 5 ⁇ to each other.
  • Such a surface finish can be achieved, for example, by a layer of lacquer or paint with nanoparticles or by vapor deposition or spraying on of corresponding particles.
  • the nanoparticles have a size which does not substantially change the first and / or second and / or third surface in their geometric form. If the first and / or the second surface are structured accordingly, it is important to distinguish between the macroscopic form of the surfaces and their microscopic ones. The distances to the second surface or to the first surface itself are determined macroscopically. The surveys are negligible. Rather, they are in the range of roughness. The same applies of course to a production-related roughness of the surfaces.
  • the housing of a flowmeter according to the invention is
  • the flowmeter has at least two ultrasonic transducers, which are arranged in the measuring tube such that the flow of the measured medium through the measuring tube can be determined by means of the transit time difference principle. It is therefore a so-called inline ultrasonic flowmeter.
  • Such an in-line ultrasonic flowmeter may also have a plurality of oppositely arranged ultrasonic transducers according to the invention arranged in pairs.
  • Measuring medium in particular for determining the flow of biogas is used.
  • the first housing is a housing of an ultrasonic transducer of a flowmeter, it may further comprise a damping unit for reducing the transmission of structure-borne noise in the first housing, which damping unit has an outer surface which limits the first housing from the environment, that is, which outer surface of the damping unit is part of the first Surface of the first housing, wherein the function of the distance of each cutting edge of the outer surface of the damping unit in a sectional plane in which a longitudinal axis of the first housing, is monotone to the longitudinal axis of the first housing.
  • the first housing further comprises a membrane which limits the first housing from the environment, that is, which is also part of the first surface, which membrane intersects the longitudinal axis of the first housing, wherein the damping unit has a membrane-side end portion and wherein the function of Distance of the cutting edge of the outer surface of the damping unit in the sectional plane in which the Longitudinal axis of the first housing is monotonically growing to the longitudinal axis of the first housing, starting from the membrane-side end portion.
  • Each angle, which includes the cutting edge with the housing longitudinal axis is reduced to less than 60 °.
  • the damping unit has, for example, at least two coupled mechanical resonators, which in
  • Longitudinal direction of the first housing are arranged one behind the other.
  • FIG. 1 shows a flow meter according to the invention in a first embodiment in FIG.
  • FIG. 2 shows a flow meter according to the invention in a second embodiment in longitudinal section
  • Fig. 3 shows a flow meter according to the invention uncut in an external view
  • Fig. 4 shows a flow meter according to the invention in section.
  • a detail of a flow meter 1 according to the invention is shown in longitudinal section. It has a measuring tube 2, a necking 3 and a first housing 4 placed in the necking 3 of the measuring tube 2.
  • the first housing 4 is the first housing of the ultrasound transducer 6.
  • the necking is described in more detail in Applicant's patent application with the file reference DE 10 2009 046 886. The disclosure of said
  • the first surface 5 of the first housing 4 delimits the first housing 4 from the measuring medium, not shown here. At the same time, the first surface 5 of the first housing 4 delimits the first housing 4 from the interior 9 of the flowmeter 1.
  • the first housing is connected via a seal as a connecting element 7 with the sensor nozzle 17, which in turn is connected to the necking 3 of the measuring tube 2.
  • the interior 9 of the flowmeter 1 facing surface of the necking 3 and the measuring tube 2 forms a second surface 8, which delimits the flow meter 1 from the measuring medium and the interior 9 of the flowmeter 1 facing surface of the
  • Connecting element 7 forms a third surface.
  • the distance of the first surface 5 to itself and to the second surface 8 is always at least 1 mm. As a result, no liquid collects between the first surface 5 and the second surface 8 and between partial surfaces of the first surface 5 itself. This improves the so-called signal to noise ratio in the ultrasonic transducer 6, since no tube waves can be transmitted via a collection of liquid from the measuring tube 2 to the first housing 4 of the ultrasonic transducer 6.
  • the described flow meter 1 is mainly used for flow measurement of gas, in particular of biogas.
  • the first housing 4 is designed rotationally symmetrical about the longitudinal axis 10. It has a radius 1 1 of typically 0.5 mm in the region of a second end portion 13 of the first housing 4.
  • the first housing 4 has no narrow notch or no undercut, not even a 90 ° angle. This will also be a
  • the undercut 18 serves to produce a free space according to the invention between the first and the second surface 5 and 9. If moisture, for example in the form of a drop, accumulates on the first surface 5 in the region of the radius' 1 without droplets additionally touching and also wetting the second surface 8, this accumulation of moisture would not lead to a deterioration of the measurement.
  • the radius 1 1 is designed in this case such that it is not possible to deposit drops which connect the first and second surfaces and thus bridging them.
  • first end portion 12 an ultrasonic transducer element 15 is arranged in a first end portion 12.
  • first surface 5 of the first housing 4 final edge 14 This is defined here by the concerns of the seal as
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a flowmeter 1 according to the invention in longitudinal section.
  • the difference to the previously described embodiment consists mainly in that the first surface 5 of the first housing 4 in the region of its second
  • End portion 13 with the third surface 8 of the connecting element 7 an angle 16 of 90 ° in a common sectional planes with the longitudinal axis 10 of the first housing 4 includes.
  • the first surface 5 of the first housing 4 is made of a first material and the third surface 8 of the connecting element 7 is made of a second material, wherein the first material is not equal to the second material.
  • the material of the seal is selected accordingly, for example, an elastomer, but also the surface texture.
  • the seal 7 shown abuts against the first surface 5 of the housing 4. Tolerance may also form a small gap between the seal 7 and the housing 4, which may fill with liquid under certain circumstances.
  • the seal 7 has a thickness parallel to the longitudinal axis of the ultrasound transducer housing 4 of at least 0, 1 mm to prevent accumulation of moisture and at least ⁇ / 10 of the ultrasonic wave in the seal for acoustic damping. Both contribute to the robustness of the ultrasonic flowmeter by reducing the influence of tube waves.
  • FIG. 3 shows a flow meter 1 according to the invention in plan view. The section indicated here is illustrated in FIG. 4. The cut runs perpendicular to the

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Abstract

Durchflussmessgerät zum Ermitteln des Durchflusses eines durch ein Messrohr strömendes Messmedium, welches Durchflussmessgerät ein in das Messmedium ragendes erstes Gehäuse aufweist, welches eine das erste Gehäuse zum Messmedium hin begrenzende erste Oberfläche aufweist, wobei jeder Abstand der das erste Gehäuse zum Messmedium hin begrenzenden ersten Oberfläche des ersten Gehäuses zu einer weiteren, die Ausdehnung des Messmediums begrenzenden zweiten Oberfläche des Durchflussmessgeräts und zu der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses mindestens 1 mm beträgt.

Description

Durchflussmessgerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Durchflussmessgerät zum Ermitteln des Durchflusses eines durch ein Messrohr strömendes Messmedium, welches Durchflussmessgerät ein in das
Messmedium ragendes erstes Gehäuse aufweist, welches eine zum Messmedium hin begrenzende erste Oberfläche aufweist.
Ultraschall-Durchflussmessgeräte werden vielfach in der Prozess- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie erlauben in einfacher Weise, den Volumendurchfluss und/oder Massendurchfluss in einer Rohrleitung zu bestimmen.
Die bekannten Ultraschall-Durchflussmessgeräte arbeiten häufig nach dem Doppler- oder nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip. Beim Laufzeitdifferenz-Prinzip werden die unterschiedlichen Laufzeiten von Ultraschallimpulsen relativ zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausgewertet. Hierzu werden Ultraschallimpulse in einem bestimmten Wnkel zur Rohrachse sowohl mit als auch entgegen der Strömung gesendet. Aus der Laufzeitdifferenz lässt sich die
Fließgeschwindigkeit und damit bei bekanntem Durchmesser des Rohrleitungsabschnitts der Volumendurchfluss bestimmen. Die Ultraschallwellen werden mit Hilfe so genannter Ultraschallwandler erzeugt bzw. empfangen. Hierfür sind Ultraschallwandler in der Rohrwandung des betreffenden Rohrleitungsabschnitts fest angebracht. Ein weiteres Ultraschall-Durchflussmessgerät, das nach dem Laufzeitdifferenz- Prinzip arbeitet, ist aus der US-A 50 52 230 bekannt. Die Laufzeit wird hier mittels kurzen Ultraschallimpulsen, so genannten Bursts, ermittelt.
Die Ultraschallwandler bestehen normalerweise aus einem elektromechanischen
Wandlerelement, z.B. ein piezoelektrisches Element, einem Ultraschallfenster, auch
Koppelschicht genannt, und einem Gehäuse. Das piezoelektrische Element besteht in der industriellen Prozessmesstechnik üblicherweise aus einer Piezokeramik. Im piezoelektrischen Element werden die Ultraschallwellen erzeugt und über das Ultraschallfenster in das
Messmedium geleitet. Zwischen dem piezoelektrischen Element und der Koppelschicht kann eine weitere Koppelschicht angeordnet sein, eine so genannte Anpassungsschicht. Die
Anpassungsschicht übernimmt dabei die Funktion der Transmission des Ultraschallsignals und gleichzeitig die Reduktion einer durch unterschiedliche akustische Impedanzen verursachte Reflektion an Grenzschichten zwischen zwei Materialen.
Nun werden Ultraschallwandler auch vermehrt zur Durchflussmessung von Gasen eingesetzt. In Gasen ist die Übertragung von zur Messung nutzbarer Schallenergie wesentlich geringer, als in Flüssigkeiten. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen ein Durchflussmessgerät vorzuschlagen, welches unempfindlich gegenüber Rohrwellen ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der jeweils abhängigen Ansprüche wieder.
Ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät zum Ermitteln des Durchflusses eines durch ein Messrohr strömendes Messmedium, weist ein in das Messmedium ragendes, erstes Gehäuse eines Ultraschallwandlers auf, welches eine das erste Gehäuse zum Messmedium hin begrenzende erste Oberfläche aufweist. Darüber hinaus weist das Durchflussmessgerät ein zweites Gehäuse auf, welches zweite Gehäuse eine das Volumen des Messmediums begrenzende, zweite Oberfläche aufweist. Das erste Gehäuse ist dabei mit dem zweiten Gehäuse über ein zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse angeordnetes Verbindungselement verbunden. Das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse sind
erfindungsgemäß so zueinander angeordnet, dass jeder Abstand zwischen zwei beliebigen Punkte der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche mindestens 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm oder gar mindestens 1 mm, beträgt, und, dass jeder senkrecht auf die erste Oberfläche bemessene Abstand der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche mindestens 1 mm beträgt, und, dass jeder senkrecht auf die zweite Oberfläche bemessene Abstand der ersten
Oberfläche zur zweiten Oberfläche mindestens 1 mm beträgt. Die jeweils senkrecht bemessenen Abstände betragen einem Ausführungsbeispiel gemäß mindestens 2 mm. Sie werden gemessen entlang eines Normalenvektors, also einer Flächennormalen, auf der ersten, respektive zweiten Oberfläche. Der Abstand wird durch das Messmedium hindurch gemessen. In bestimmten Konfigurationen wird er auch durch das Verbindungselement hindurch gemessen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung beträgt jeder Abstand zwischen zwei beliebigen Punkten der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche mindestens 2 mm beträgt, und, jeder senkrecht auf die erste Oberfläche bemessene Abstand der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche beträgt mindestens 4 mm, und, jeder senkrecht auf die zweite Oberfläche bemessene Abstand der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche beträgt ebenfalls mindestens 4 mm. In einer Ausgestaltung ist der senkrecht auf die erste Oberfläche bemessene Abstand der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche, und, der senkrecht auf die zweite Oberfläche bemessene Abstand der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche gleich groß. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts ist jeder Abstand zwischen zwei beliebigen Punkten der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche höchstens gleich groß wie der senkrecht auf die erste Oberfläche bemessene Abstand der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche, oder, der senkrecht auf die zweite Oberfläche bemessene Abstand der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche. Das Verbindungselement kann eine das Verbindungselement zum Messmedium hin
begrenzende dritte Oberfläche aufweisen, welche dritte Oberfläche des Verbindungselements den vorgegebenen Mindestabstand größer 0,2 mm zwischen erster Oberfläche und zweiter Oberfläche dadurch sicherstellt, dass sie die erste Oberfläche von der zweiten trennt. Existiert ein Abstand normal auf die erste Oberfläche zur zweiten Oberfläche, dann beträgt dieser Abstand mindestens 1 mm. Sind die Normalen auf der ersten und auf der zweiten Oberfläche parallel zueinander oder schneiden sich in einem Winkel kleiner 90°, so ist der Abstand zwischen er ersten Oberfläche des ersten Gehäuse und der zweiten Oberfläche des zweiten Gehäuses gleich der Dicke des Verbindungselements an der Stelle, wo das Verbindungselement die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche berührt. Bilden beispielsweise die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche jeweils eine Ecke mit einem Winkel kleiner oder gleich 90° und die Ecken liegen sich gegenüber, so beträgt der Abstand der Eckpunkte ebenfalls mindestens 0,2 mm, insbesondere mindestens 1 mm. Als erste Oberfläche des ersten Gehäuses wird dabei die gesamte Oberfläche des ersten
Gehäuses bezeichnet, welche im Betriebszustand des Durchflussmessgeräts vom Messmedium berührt wird. Außer Betrieb grenzt die erste Oberfläche das erste Gehäuse zur Umwelt hin ab. Ist das erste Gehäuse beispielsweise rotationssymmetrisch um eine Längsachse, weist also das erste Gehäuse einen im Wesentlichen um die Längsachse des ersten Gehäuses
rotationssymmetrischen Querschnitt auf, ist es beispielsweise zylindrisch, so besteht die erste Oberfläche sowohl aus der Mantelfläche, als auch aus zumindest einer Grundfläche des zylindrischen ersten Gehäuses, welche z.B. als Ultraschallfenster dient, soweit diese Flächen im Betriebszustand des Durchflussmessgeräts mit dem Messmedium in direktem Kontakt stehen. Die zweite Oberfläche des zweiten Gehäuses ist beispielsweise die das Messmedium berührende Oberfläche des Messrohrs oder eines Sensorstutzens, welcher mit dem Messrohr verbunden ist.
Wird eine flüssige Phase in Form eines Tropfens in einem ansonsten Gasförmigen Messmedium betrachtet, so lagert sich der Tropfen an einer Fläche an, wenn die Adhäsionskraft zwischen der Fläche und der flüssigen Phase des Messmediums größer ist als die Kohäsionskraft in der flüssigen Phase des Messmediums, oder anders ausgedrückt, wenn die Benetzende- Oberflächen-Energie der flüssigen Phase des Messmediums, welche zwischen der flüssigen Phase des Messmediums und der Fläche auftritt kleiner ist, als die Freie-Oberflächen-Energie der flüssigen Phase des Messmediums. Dabei ist die Adhäsionskraft abhängig von der
Oberflächenbeschaffenheit, deren makro- und mikroskopischer Form und Größe, vom Werkstoff der Fläche, von der chemischen Zusammensetzung und dem thermodynamischen Zustand des Messmediums, wie beispielsweise der Dichte, dem Partialdruck der flüssigen Phase und der Temperatur des Gesamtsystems aus Fläche und Messmedium, welche Einfluss auf die Größer der Grenzflächenspannung des Tropfens haben. Sind zwei Flächen im Raum angeordnet, an welchen sich eine einzige Phase wie z.B. ein Tropfen ansammeln kann, sind zusätzlich weitere Parameter zu berücksichtigen, insbesondere deren Lage und Abstand im Raum zueinander. Erfindungsgemäß dürfen sich an der ersten Oberfläche und an der zweiten Oberfläche separat zwei voneinander getrennte flüssige Phasen anlagern, die Oberflächen sind jedoch so beschaffen und zueinander angeordnet, dass die beiden Phasen nicht so groß werden, dass sie sich vereinigen. Dies wird verhindert durch das zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche angeordneten Verbindungselement und dem Mindestabstand der beiden Oberflächen zueinander. Die oben genannten Parameter werden also so gewählt, dass die zusammen auf eine einzige flüssige Phase des Messmediums wirkenden Adhäsionskräfte der ersten und zweiten Oberfläche kleiner ist als die Kohäsionskraft in der flüssigen Phase des Messmediums.
Zweck der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es, Ansammlungen von Feuchtigkeit zwischen der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses und der zweiten Oberfläche, z.B. durch
Kapillareffekte, zu verhindern. Ist beispielsweise der Abstand zwischen Mantelfläche eines zumindest teilweise zylindrischen ersten Gehäuses und einer Bohrung in der Messrohrwand, in welcher das erste Gehäuse platziert ist, klein, kann sich in dem durch diese beiden Vorrichtungen gebildeten Zwischenraum Flüssigkeit ansammeln, beispielsweise durch Kapillareffekte. Dies kann im Falle eines Ultraschall-Durchflussmessgeräts, wobei das erste Gehäuse das Gehäuse des Ultraschallwandlers bildet, dazu führen, dass so genannte Rohrwellen über die
Flüssigkeitsansammlung von dem Messrohr auf den Ultraschallwandler und umgekehrt übertragen werden.
Im Stand der Technik sind nun Durchflussmessgeräte bekannt, welche in Messrohre eingesetzte Ultraschallwandler zeigt. Diese haben stets einen vorgegebenen Abstand zu den Messrohren. Meist sind diese Ultraschall-Durchflussmessgeräte jedoch zur Messung von flüssigen
Messmedien ausgestaltet, d.h. es befindet sich immer Flüssigkeit zwischen Ultraschallwandler und Messrohr, über welche auch die Rohrwellen übertragen werden. Dies hat nun einen geringen Einfluss auf die Messung, da die in dem flüssigen Messmedium übertragene Schallenergie, welche zur Messung des Durchflusses genutzt wird, bekanntlich groß ist im Vergleich zur analog in einem Gas übertragenen Energie. Das erfindungsgemäße Ultraschall-Durchflussmessgerät ist nun jedoch speziell für Gas, insbesondere feuchtes Gas, z.B. Biogas, konzipiert. Die
Ansammlungen von Feuchtigkeit sind abhängig von der Viskosität der sich ansammelnden Feuchtigkeit, von der Oberflächenbeschaffenheit der Werkstoffe, an denen sich Feuchtigkeit ansammelt und nicht zuletzt den Werkstoffen selbst, insbesondere deren Affinität, Feuchtigkeit nicht abzuleiten und damit anzusammeln, sei es nun Wasser oder andere Flüssigkeiten. In der Werkstoffkunde wird auch davon gesprochen, dass ein Werkstoff lipophil bzw. lipophob oder hydrophil bzw. hydrophob ist, wenn es um die Neigung geht, Fette oder Wasser zu binden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Ultraschall-Durchflussmessgerät eine Dichtung als Verbindungselement zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse angeordnet ist und die Dichtung eine Dicke von zumindest 0,1 mm auf. In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung weist das Ultraschall-Durchflussmessgerät zumindest ein elektromechanisches Ultraschallwandlerelement auf, und die Dicke der Dichtung beträgt zumindest 1/10 der Wellenlänge λ in der Dichtung der vom Ultraschallwandler ausgesandten Ultraschallwelle, mindestens jedoch 0,1 mm.
Die Dichtung ist geeignet für die Zwecke der Dichtheit, aber vor allem zur akustischen Dämpfung von Körperschall und damit der verringerten Übertragung von Körperschall über das Messrohr auf die Ultraschallwandler und/oder umgekehrt. Dazu ist sie relativ weich, besteht beispielsweise aus Elastomer oder Teflon. Sie weist darüber hinaus eine geringe akustische Impedanz von weniger als 4 MRayl auf. Ihre Dicke beträgt mindestens 1/10 der Wellenlänge λ der akustischen Welle in der Dichtung, welche akustische Welle von einem Ultraschallwandlerelement des Ultraschall-Durchflussmessgeräts ausgesendet wird. Das Verbindungselement im allgemeinen oder die Dichtung als Verbindungselement im besonderen weisen beispielsweise eine Dicke größer 0,2 mm auf, z.B. auch zumindest 0,5 mm. Es können auch durchaus Dicken bzw. Längen der dritten Oberfläche von größer 1 mm sinnvoll sein. Gemäß einerweiteren Weiterbildung der Erfindung weist die Dichtung eine Dicke von zumindest 2 mm auf.
Das beschriebene Problem der Ansammlung von Feuchtigkeit besteht jedoch nicht nur in engen Zwischenräumen oder Kapillaren, sondern auch dann, wenn zwei Ebenen sich schneiden, in einer dadurch entstehenden Ecke.
Eine Lösung ist gegeben durch eine Weiterbildung der Erfindung, gemäß welcher das erste Gehäuse einen ersten Endabschnitt, einen zweiten Endabschnitt und eine Längsachse umfasst, wobei sich die Längsachse zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei das erste Gehäuse beispielsweise hülsenförmig ausgestaltet ist, in welchem hülsenförmigen ersten Gehäuse dann im Bereich des ersten Endabschnitts beispielsweise ein
Ultraschallwandlerelement oder beispielsweise ein Temperaturfühlerelement angeordnet ist, wobei jeder erste Punkt einer die erste Oberfläche des erste Gehäuses abschließenden Kante, im Bereich des zweiten Endabschnitts des ersten Gehäuses, einen Abstand zu der Längsachse des ersten Gehäuses aufweist, welcher um mindestens 0,2 mm größer ist, welcher insbesondere um zumindest 0,5 mm größer ist, als der Abstand aller zweiten Punkte der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses zur Längsachse des ersten Gehäuses, welche in einer gemeinsamen Ebene mit der Längsachse des ersten Gehäuses und mit dem ersten Punkt der Kante liegen und welche jeweils einen auf die Längsachse des ersten Gehäuses projizierten Abstand zum ersten Punkt der Kante von mindestens 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm, in Richtung des ersten Endabschnitts des ersten Gehäuses aufweisen.
Gemäß einerweiteren Weiterbildung der Erfindung ist das erste Gehäuse so ausgestaltet, dass jeder Längsschnitt der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses, welcher in einer Ebenen mit der Längsachse des ersten Gehäuses liegt, im Bereich des zweiten Endabschnitts konkav ist. Dabei ist beispielsweise das Gehäuse rotationssymmetrisch um seine Längsachse ausgebildet.
Gemäß einerweiteren Weiterbildung der Erfindung weist die erste Oberfläche des ersten Gehäuses im Bereich des zweiten Endabschnitts bis zur die erste Oberfläche des ersten Gehäuses abschließenden Kante einen Radius von zumindest 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm, beispielsweise 1 mm oder gar 2 mm aufweist. Der Radius ist nur dann wichtig, wenn eine Ansammlung an Feuchtigkeit in einer Ecke zu einer genannten
Messbeeinträchtigung führen würde. Dann wird der Winkel der Ecke durch einen Radius ersetzt. Eine Beeinträchtigung kann sich daraus ergeben, dass sich ein Tropfen in einer Ecke ansammelt und eine Verbindung zwischen erster und zweiter Oberfläche bildet.
Die Kante des ersten Gehäuses muss dabei keine Kante im engeren Sinn sein. Es ist die Kurve, welche die erste Oberfläche begrenzt, welche das erste Gehäuse vom Messmedium abgrenzt. Diese Kurve ist gegebenenfalls bestimmt durch die dritte Oberfläche, welche die erste Oberfläche begrenzt, welche das erste Gehäuse vom Messmedium abgrenzt. Dann ist die Kante die Kurve an welcher sich erste und dritte Oberfläche berühren.
Gleichermaßen wird die zweite Oberfläche durch eine Kante begrenzt, an welcher sich die zweite Oberfläche und die dritte Oberfläche berühren. Die zweite Oberfläche kann ebenfalls einen
Radius von zumindest 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm, beispielsweise 1 mm oder gar 2 mm aufweisen und/oder sie ist konkav - das für die erste Oberfläche offenbarte kann analog für die zweite Oberfläche gelten. Gemäß einerweiteren Weiterbildung der Erfindung berührt das erste Gehäuse an der die erste Oberfläche des ersten Gehäuses abschließenden Kante ein Verbindungselement, welches Verbindungselement seinerseits eine die Ausdehnung des Messmediums begrenzende, dritte Oberfläche aufweist, wobei die Funktion des Abstands von zumindest einem Abschnitt einer gemeinsamen Schnittkante der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses und der zweiten Oberfläche des Verbindungselements in einer gemeinsamen Schnittebenen mit der Längsachse des ersten Gehäuses zur Längsachse des ersten Gehäuses, welcher sich zumindest über jeweils einen Teilabschnitt des ersten Gehäuses und des Verbindungselements erstreckt, monoton ist, wobei die Länge jedes Teilabschnitts mindestens 0,2 mm, insbesondere 0,5 mm, beträgt. Eine weitere Lösung des Problems der Ansammlung von Flüssigkeit in Ecken ist, gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung, dass die erste Oberfläche des ersten Gehäuses eine die Ausdehnung des Messmediums begrenzende, dritten Oberfläche eines Verbindungselements berührt, wobei die Schnittkanten der ersten Oberfläche und der dritten Oberfläche in einer gemeinsamen Schnittebenen mit der Längsachse des ersten Gehäuses einen Winkel größer oder gleich 90° einschließen.
Wie oben beschrieben bildet die Kante den Abschluss der ersten Oberfläche des ersten
Gehäuses, welche das erste Gehäuse gegenüber dem Messmedium abgrenzt. An dieser, die erste Oberfläche des ersten Gehäuses abschließenden Kante berührt die erste Oberfläche die zweite Oberfläche und damit das erste Gehäuse das Verbindungselement.
Gemäß einerweiteren Weiterbildung der Erfindung ist die erste Oberfläche des ersten Gehäuses aus einem ersten Werkstoff hergestellt und die das Messmedium begrenzende dritte Oberfläche des Verbindungselements ist aus einem zweiten Werkstoff hergestellt, wobei die erste
Oberfläche des ersten Gehäuses die dritte Oberfläche des Verbindungselements berührt, insbesondere an der die erste Oberfläche abschließenden Kante, wobei der erste Werkstoff ungleich dem zweiten Werkstoff ist. Die zweite Oberfläche des zweiten Gehäuses besteht aus einem dritten Werkstoff, der gleich sein kann dem Werkstoff der ersten Oberfläche. Verbindet das Verbindungselement das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse, beispielsweise das Messrohr, miteinander, kann das Messrohr aus dem gleichen Material hergestellt sein, wie das erste Gehäuse, oder es ist aus einem dritten, vom ersten und/oder vom zweiten Werkstoff
verschiedenen Material hergestellt. Das erste Gehäuse besteht beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Edelstahl. Gleiches gilt für das zweite Gehäuse. Das Verbindungselement besteht dann beispielsweise aus einem Elastomer.
Gemäß einerweiteren Weiterbildung der Erfindung weist das Messrohr zumindest eine
Aushalsung gemäß der DE 10 2009 046 886 auf, in welcher das erste Gehäuse platziert ist. Die dem Messmedium zugewandten Innenwände der Aushalsung bilden die zweite Oberfläche bilden. Natürlich könnte das Messrohr auch eine andersartig ausgestaltete Öffnung aufweisen, in welcher das erste Gehäuse platziert ist.
Gemäß einerweiteren Weiterbildung der Erfindung ist zumindest die dritte Oberfläche aus einem flüssigkeitsabweisendem, insbesondere einem wasserabweisenden Material hergestellt. Sie weist darüber hinaus eine Kontur auf, welche den Abfluss von angesammelter Flüssigkeit unterstützt. Gleichmaßen können die erste und/oder die zweite Oberfläche ausgestaltet sein. Um Ablagerungen von Schmutz schnell und einfach zu beseitigen, sind nanostrukturierte
Oberflächen, Stichwort Lotuseffekt, bekannt geworden. Beim so genannten Lotuseffekt sind Erhebungen bis zu 100 Mm hoch und bis zu 200 Mm voneinander entfernt. Bevorzugt werden Erhebungen mit maximal 20 μιη Höhe eingesetzt. Die Mindesthöhe beträgt 1 μιη. Bevorzugt werden Erhebungen mit einer Höhe größer 5 Mm eingesetzt. Weiterhin bevorzugt beträgt ihr Abstand bis zu 50 pm zueinander. Die minimalen Abstände der Erhebungen zueinander betragen 1 μπι, bevorzugt sind Abstände ab 5 μηι zueinander. Eine solche Oberflächenbeschaffenheit ist z.B. durch eine Schicht aus Lack oder Farbe mit Nanopartikeln oder durch Aufdampfen oder Aufsprühen entsprechender Partikel zu erreichen. Natürlich besitzen die Nanopartikel dabei eine Größe, welche die erste und/oder zweite und/oder dritte Oberfläche in ihrer geometrischen Form nicht wesentlich verändert. Ist die erste und/oder die zweite Oberfläche entsprechend strukturiert, ist natürlich zu unterscheiden zwischen der makroskopischen Form der Oberflächen und ihrer mikroskopischen. Die Abstände zu der zweiten Oberfläche oder zur ersten Oberfläche selbst werden makroskopisch bestimmt. Die Erhebungen sind zu vernachlässigen. Sie sind vielmehr im Bereich von Rauheiten. Gleiches gilt selbstverständlich für eine fertigungsbedingte Rauheit der Oberflächen. Bei dem Gehäuse eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts handelt es sich
insbesondere um das erste Gehäuse eines Ultraschallwandlers. Insbesondere weist das Durchflussmessgerät zumindest zwei Ultraschallwandler auf, welche so in dem Messrohr angeordnet sind, dass der Durchfluss des Messmediums durch das Messrohr mittels des Laufzeitdifferenzprinzips ermittelbar ist. Es handelt sich somit um ein so genanntes Inline- Ultraschall-Durchflussmessgerät. Ein solches Inline-Ultraschall-Durchflussmessgerät kann auch mehrere paarweise gegenüberliegend angeordnete erfindungsgemäße Ultraschallwandler aufweisen.
Verwendung findet ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät in einer prozesstechnischen Anlage zur Ermittlung des Durchflusses von einem zumindest teilweise gasförmigen
Messmedium, insbesondere zur Ermittlung des Durchflusses von Biogas eingesetzt ist.
Ist das erste Gehäuse ein Gehäuse eines Ultraschallwandlers eines Durchflussmessgeräts, kann es weiterhin eine Dämpfungseinheit zur Verringerung der Übertragung von Körperschall im ersten Gehäuse umfassen, welche Dämpfungseinheit eine Außenfläche aufweist, welche das erste Gehäuse gegenüber der Umwelt begrenzt, also welche Außenfläche der Dämpfungseinheit Teil der ersten Oberfläche des ersten Gehäuses ist, wobei die Funktion des Abstands jeder Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit in einer Schnittebene, in welcher eine Längsachse des ersten Gehäuses liegt, zur Längsachse des ersten Gehäuses monoton ist. Weitergebildet weist das erste Gehäuse darüber hinaus eine Membran auf, welche das erste Gehäuse gegenüber der Umwelt begrenzt, also welche ebenfalls Teil der ersten Oberfläche ist, welche Membran die Längsachse des ersten Gehäuses schneidet, wobei die Dämpfungseinheit einen membranseitigen Endabschnitt aufweist und wobei die Funktion des Abstands der Schnittkante der Außenfläche der Dämpfungseinheit in der Schnittebene, in welcher die Längsachse des ersten Gehäuses liegt, zur Längsachse des ersten Gehäuses, ausgehend von dem membranseitigen Endabschnitt, monoton wächst. Weitergebildet ist jeder Winkel, welcher die Schnittkante mit der Gehäuselängsachse einschließt, kleiner 60°. Die Dämpfungseinheit weist beispielsweise zumindest zwei gekoppelte mechanische Resonatoren auf, welche in
Längsrichtung des ersten Gehäuses hintereinander angeordnet sind.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Einige davon sollen hier kurz anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert werden. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät in einer ersten Ausgestaltung im
Längsschnitt,
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät in einer zweiten Ausgestaltung im Längsschnitt,
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät ungeschnitten in einer Außenansicht, Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgerät im Schnitt.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts 1 im Längsschnitt dargestellt. Es weist ein Messrohr 2 auf, eine Aushalsung 3 und ein in der Aushalsung 3 des Messrohrs 2 platziertes erstes Gehäuse 4. Das erste Gehäuse 4 ist das erste Gehäuse des Ultraschallwandlers 6. Die Aushalsung ist näher beschrieben in der Patentanmeldung des Anmelders mit dem Aktenzeichen DE 10 2009 046 886. Die Offenbarung der genannten
Anmeldung bezüglich der Aushalsung 3 und dem daran befestigten Sensorstutzen 17 gilt hiermit als mit umfasst. Der Ultraschallwandler 6 und damit das erste Gehäuse 4 ist im Innenraum 9 des Durchflussmessgeräts 1 von Messmedium umgeben.
Die erste Oberfläche 5 des ersten Gehäuses 4 grenzt das erste Gehäuse 4 vom hier nicht dargestellten Messmedium ab. Gleichzeitig grenzt die erste Oberfläche 5 des ersten Gehäuses 4 das erste Gehäuse 4 vom Innenraum 9 des Durchflussmessgeräts 1 ab. Das erste Gehäuse wird über eine Dichtung als Verbindungselement 7 mit dem Sensorstutzen 17 verbunden, der seinerseits mit der Aushalsung 3 des Messrohrs 2 verbunden ist. Die dem Innenraum 9 des Durchflussmessgeräts 1 zugewandte Oberfläche der Aushalsung 3 und des Messrohrs 2 bildet eine zweite Oberfläche 8, welche das Durchflussmessgerät 1 vom Messmedium abgrenzt und die dem Innenraum 9 des Durchflussmessgeräts 1 zugewandte Oberfläche des
Verbindungselements 7 bildet eine dritte Oberfläche.
Der Abstand der ersten Oberfläche 5 zu sich selbst und zur zweiten Oberfläche 8 beträgt immer mindestens 1 mm. Dadurch sammelt sich keine Flüssigkeit zwischen der ersten Oberfläche 5 und der zweiten Oberfläche 8 und zwischen Teiloberflächen der ersten Oberfläche 5 selbst an. Dies verbessert das so genannte Signal zu Rausch Verhältnis bei dem Ultraschallwandler 6, da keine Rohrwellen über eine Ansammlung von Flüssigkeit vom Messrohr 2 auf das erste Gehäuse 4 des Ultraschallwandlers 6 übertragen werden können. Das beschriebene Durchflussmessgerät 1 wird hauptsächlich zur Durchflussmessung von Gas, insbesondere von Biogas eingesetzt.
Hier ist das erste Gehäuse 4 rotationssymmetrisch um die Längsachse 10 ausgestaltet. Es weist einen Radius 1 1 von typischerweise 0,5 mm im Bereich eines zweiten Endabschnitts 13 des ersten Gehäuses 4 auf. Hier weist das erste Gehäuse 4 keine schmale Kerbe oder keinen Hinterschnitt auf, nicht einmal einen 90° Winkel. Dadurch wird ebenfalls eine
Feuchtigkeitsansammlung verhindert. Der Freistich 18 dient dazu, einen erfindungsgemäßen Freiraum zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche 5 und 9 herzustellen. Würde sich Feuchtigkeit, beispielsweise in Form eines Tropfens, an der ersten Oberfläche 5 im Bereich des Radius' 1 1 ansammeln, ohne dass Tropfen zusätzlich die zweite Oberfläche 8 berührt und diese ebenfalls benetzt, würde diese Ansammlung an Feuchtigkeit nicht zur Verschlechterung der Messung führen. Der Radius 1 1 ist hier jedoch so ausgestaltet, dass sich eben kein die erste und zweite Oberfläche verbindender und damit überbrückender Tropfen anlagern kann.
In einem ersten Endabschnitt 12 ist ein Ultraschallwandlerelement 15 angeordnet. Im Bereich des zweiten Endabschnitts 12 befindet sich eine die erste Oberfläche 5 des ersten Gehäuses 4 abschließenden Kante 14. Diese ist hier definiert durch das Anliegen der Dichtung als
Verbindungselement 7 auf der ersten Oberfläche 5.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts 1 im Längsschnitt. Der Unterschied zur vorher beschriebenen Ausgestaltung besteht hauptsächlich darin, dass die erste Oberfläche 5 des ersten Gehäuses 4 im Bereich seines zweiten
Endabschnitts 13 mit der dritten Oberfläche 8 des Verbindungselements 7 einen Winkel 16 von 90° in einer gemeinsamen Schnittebenen mit der Längsachse 10 des ersten Gehäuses 4 einschließt. Dabei ist die erste Oberfläche 5 des ersten Gehäuses 4 aus einem ersten Werkstoff hergestellt und die dritte Oberfläche 8 des Verbindungselements 7 ist aus einem zweiten Werkstoff hergestellt, wobei der erste Werkstoff ungleich dem zweiten Werkstoff ist. Durch geschickte Auswahl der Werkstoffe lässt sich eine Ansammlung von Feuchtigkeit im Winkel 16 vermeiden, welche die zweite Oberfläche 8 ebenfalls benetzen kann. Nicht nur der Werkstoff der Dichtung ist entsprechend ausgewählt, beispielsweise ein Elastomer, sondern auch dessen Oberflächenbeschaffenheit. Die gezeigte Dichtung 7 liegt an der ersten Oberfläche 5 des Gehäuses 4 an. Toleranzbedingt kann sich auch ein kleiner Spalt zwischen der Dichtung 7 und dem Gehäuse 4 bilden, welcher sich unter Umständen mit Flüssigkeit füllt. Dies hat jedoch keine Auswirkungen auf die Messung, solange keine Ultraschallwellen durch die Flüssigkeit von der ersten Oberfläche 5 auf die zweite Oberfläche 8 hindurch übertragen werden. Die Dichtung 7 weist in diesem Beispiel eine Dicke parallel zur Längsachse des Ultraschallwandlergehäuses 4 von mindestens 0, 1 mm zur Vermeidung von Feuchtigkeitsansammlung und von mindestens λ/10 der Ultraschallwelle in der Dichtung zur akustischen Dämpfung auf. Beides trägt zur Robustheit des Ultraschall-Durchflussmessgeräts bei, indem es den Einfluss von Rohrwellen verringert. Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Durchflussmessgeräts 1 in der Draufsicht. Der hier angedeutete Schnitt ist in Fig. 4 veranschaulicht. Der Schnitt verläuft senkrecht auf den
Messpfaden zwischen den einzelnen Ultraschallwandlern 6 des Durchflussmessgeräts 1 , welche sich paarweise gegenüberstehen.
Bezugszeichenliste Durchflussmessgerät
Messrohr
Aushalsung
Erstes Gehäuse
Erste Oberfläche
Ultraschallwandler
Verbindungselement
Zweite Oberfläche
Innenraum des Durchflussmessgeräts
Längsachse des ersten Gehäuses
Radius
Erster Endabschnitt des ersten Gehäuses Zweiter Endabschnitt des ersten Gehäuses Kante
Ultraschallwandlerelement
Winkel
Sensorstutzen
Einstich

Claims

Patentansprüche
1 . Ultraschall-Durchflussmessgerät zum Ermitteln des Durchflusses eines durch ein
Messrohr (2) strömendes Messmedium, welches Durchflussmessgerät ein in das
Messmedium ragendes, erstes Gehäuse (4) eines Ultraschallwandlers (6) aufweist, welches eine das erste Gehäuse (4) zum Messmedium hin begrenzende erste
Oberfläche (5) aufweist, welches Durchflussmessgerät ein zweites Gehäuse aufweist, welches zweite Gehäuse eine das Volumen des Messmediums begrenzende, zweite Oberfläche (8) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Gehäuse (4) mit dem zweiten Gehäuse über ein zwischen dem ersten Gehäuse (4) und dem zweiten Gehäuse angeordnetes Verbindungselement (7) verbunden ist, wobei das erste Gehäuse (4) und das zweite Gehäuse so zueinander angeordnet sind, dass jeder Abstand zwischen zwei beliebigen Punkten der ersten Oberfläche (5) und der zweiten Oberfläche (8) mindestens 0,1 mm beträgt, und, dass jeder senkrecht auf die erste Oberfläche (5) bemessene Abstand der ersten Oberfläche (5) zur zweiten Oberfläche (8) mindestens 0,5 mm beträgt, und, dass jeder senkrecht auf die zweite Oberfläche (8) bemessene Abstand der ersten Oberfläche (5) zur zweiten
Oberfläche (8) mindestens 0,5 mm beträgt.
2. Ultraschall-Durchflussmessgerät nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Abstand zwischen zwei beliebigen Punkten der ersten Oberfläche (5) und der zweiten Oberfläche (8) mindestens 2 mm beträgt, und, dass jeder senkrecht auf die erste Oberfläche (5) bemessene Abstand der ersten Oberfläche (5) zur zweiten Oberfläche (8) mindestens 4 mm beträgt, und, dass jeder senkrecht auf die zweite Oberfläche (8) bemessene Abstand der ersten Oberfläche (5) zur zweiten Oberfläche (8) mindestens 4 mm beträgt.
3. Ultraschall-Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Dichtung als Verbindungselement (7) zwischen dem ersten Gehäuse (4) und dem zweiten Gehäuse angeordnet ist und die Dichtung eine Dicke von zumindest 0, 1 mm aufweist.
4. Ultraschall-Durchflussmessgerät nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichtung eine Dicke von zumindest 2 mm aufweist. Ultraschall-Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Oberfläche (5) des ersten Gehäuses (4) aus einem ersten Werkstoff hergestellt ist, und dass eine das Messmedium begrenzende dritte Oberfläche des Verbindungselements (7) aus einem zweiten Werkstoff hergestellt ist, wobei die erste Oberfläche (5) des ersten Gehäuses (4) die dritte Oberfläche des Verbindungselements (7) berührt, wobei der erste Werkstoff ungleich dem zweiten Werkstoff ist.
Ultraschall-Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Gehäuse (4) einen im Wesentlichen um die Längsachse des ersten Gehäuses (4) rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist.
Ultraschall-Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Messrohr (2) zumindest eine Aushalsung (3) aufweist, in welcher das erste Gehäuse (4) platziert ist.
Ultraschall-Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass es zumindest einen ersten Ultraschallwandler (6) aufweist, welcher das erste Gehäuse (4) aufweist, und das es einen zweiten Ultraschallwandler aufweist, welche Ultraschallwandler so in dem Messrohr angeordnet sind, dass der Durchfluss des Messmediums durch das Messrohr mittels des Laufzeitdifferenzprinzip ermittelbar ist.
Verwendung eines Ultraschall-Durchflussmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass das Durchflussmessgerät in einer prozesstechnischen Anlage zur Ermittlung des Durchflusses von einem zumindest teilweise gasförmigen Messmedium, insbesondere zur Ermittlung des Durchflusses von Biogas eingesetzt ist.
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