WO2014191136A1 - Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung des volumen- und/oder massedurchflusses eines mediums - Google Patents

Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung des volumen- und/oder massedurchflusses eines mediums Download PDF

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WO2014191136A1
WO2014191136A1 PCT/EP2014/058106 EP2014058106W WO2014191136A1 WO 2014191136 A1 WO2014191136 A1 WO 2014191136A1 EP 2014058106 W EP2014058106 W EP 2014058106W WO 2014191136 A1 WO2014191136 A1 WO 2014191136A1
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WO
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measuring
ultrasonic
path
measurement
signals
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PCT/EP2014/058106
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Inventor
Achim Wiest
Sascha Grunwald
Oliver Brumberg
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Endress+Hauser Flowtec Ag
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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
    • 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
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters

Definitions

  • the invention relates to a device for determining and / or monitoring the volume and / or mass flow of a medium through a measuring tube or through a pipeline.
  • Ultrasonic flowmeters are widely used in automation technology for the detection of the volume or mass flow of a medium through a measuring tube or through a pipeline.
  • the medium can be a
  • the electromechanical transducer Convert ultrasonic measuring signals and ultrasonic measuring signals into electrical signals.
  • the electromechanical transducer By applying an electrical excitation signal, the electromechanical transducer is set in vibration and radiates via an injection element an ultrasonic measurement signal with a defined signal shape at a defined angle of incidence into the pipeline or into the measuring tube. Receiving the ultrasonic measurement signal takes place in the reverse manner.
  • in-line ultrasonic flowmeters which are usually mounted in the tubing via flanges
  • clamp-on flowmeters which are applied to the tubing from the outside and provide volume and flow measurement
  • the ultrasonic measuring signals are preferably radiated at a predetermined angle via a coupling element into the pipeline or into the measuring tube, in / in which the medium flows the pipeline / emitted from the measuring tube.
  • the ultrasonic sensors are usually so arranged that the traversed measuring path is guided through the central region of the pipe or the measuring tube. The determined flow rate value thus reflects the mean flow rate of the medium in the pipeline or in the measuring tube.
  • the flow profile in a measuring tube is usually distributed unevenly over the radius.
  • the flow velocity due to the friction between the medium and the tube wall is zero, while it is maximum in the central region of the tube.
  • the measurement of the center of the pipe is very critical. Depending on the Reynolds number, the measured value must be multiplied by 0.75 ... 0.98 so that it corresponds to the mean velocity over the cross-section of the pipe.
  • the measuring path - projected onto a cross-sectional surface of the tube - is about 0.52 of the radius' of the tube.
  • the corresponding measurement path provides a measurement value for the flow velocity that is almost identical to the average measured value over the cross-sectional area of the tube.
  • a second measuring path at -0.52 of the radius of the pipe is used.
  • Measuring tube or the pipeline available An advantage of multipath measurement is that it provides information about the particular flow profile of the medium, thereby increasing measurement accuracy. An improvement in the
  • Measurement accuracy is also achieved by weighting the flow information from the different measurement paths differently.
  • approaches to weighting the measurement paths There are different approaches to weighting the measurement paths.
  • Ultrasonic sensors themselves influence the design of the airfoil. Due to this influence, the actual flow in the pipe in many cases deviates from the theoretically determined values. In principle, therefore, the theoretical values provide orientation rather than a reproducible reliability in reality.
  • the invention has for its object to provide an ultrasonic measuring device with multiple measuring paths, which is characterized by a high measurement accuracy.
  • a device for determining and / or monitoring the volume and / or mass flow of a medium which is a measuring tube or a pipe having a predetermined diameter substantially in one of
  • the ultrasonic sensors alternately emit and / or receive ultrasonic measurement signals, wherein the ultrasonic measurement signals propagate along a defined measurement path according to their current propagation direction in the flow direction and against the flow direction of the medium, wherein the current propagation direction defined by the projection of the measurement path to the longitudinal axis is
  • the reflector surfaces are arranged in the measuring path, that they redirect the ultrasonic measuring signals on the measuring path, whereby the measuring path in several
  • At least one of the reflector surfaces is arranged and / or configured such that the ultrasonic measurement signals on at least one of the partial measuring paths of the measuring path, the retroreflective Operamesspfad undergo a reflection that is opposite to the current propagation direction of the ultrasonic measuring signals on the measuring path, and wherein the control / evaluation unit the volume and / or the Masse mat-flow of the medium in the pipe / in the measuring tube based on the transit time difference of
  • Ultrasonic measuring signals determined, which pass through the measuring path in the flow direction and against the flow direction.
  • the ultrasonic flowmeter according to the invention is characterized in that it is very compact.
  • Cross-sectional area of the measuring tube or the pipe - essentially form a symmetrical polygon, in particular an isosceles triangle.
  • the ultrasonic sensors and the reflector surfaces are arranged such that at least one of the reflector surfaces passes through the ultrasonic measurement signals along the measurement path in
  • Flow direction or against the flow direction of the medium is at least used twice or more times.
  • the at least doubly used reflector surface is arranged such that it reflects the ultrasound measurement signals both at least once on the measurement path in the current propagation direction, and thus also reflects on the measurement path against the current propagation direction as a retroreflective partial measurement path.
  • the retroreflective part measuring path is dimensioned such that the influence of the viscosity or the Reynolds number of the medium on the linearity of the determined transit time difference to the average flow rate at least approximately compensated or
  • the multi-path flowmeter according to the invention is thus independent of the respective viscosity of the medium flowing in the measuring tube or in the pipeline.
  • the retroreflective part measuring path is dimensioned so that it makes up at least one third of the dimension of the measuring path in the flow direction.
  • Ultrasonic sensors are arranged substantially on a straight line on the wall of the pipe or in the wall of the measuring tube, which is oriented parallel to the longitudinal axis of the measuring tube or the pipe.
  • the ultrasonic sensors are arranged such that the ultrasonic measurement signals are radiated substantially perpendicularly into the measuring tube or into the pipeline or emitted from the measuring tube or from the pipeline.
  • the individual reflector surfaces are arranged so that the irradiated ultrasonic measurement signals and the emitted ultrasonic measurement signals form substantially the same angle with the normal to the surface of the reflector surface. It is considered to be particularly advantageous in connection with the present invention if a part of the reflector surfaces is designed such that the reflected ultrasonic measurement signals are focused.
  • Patent application DE 10 2012 101 098.6, filed on 10.02.2012, is a
  • Reflector surfaces in the measuring path in or against the flow direction is concave. Due to the concave curvature of the reflector surfaces, the
  • Drifting of the ultrasonic measurement signals along the respective traversed measurement path which is caused by the flow of the medium, balanced.
  • the focusing in particular the concave configuration of the reflector surface (s) achieved that a reflector surface is used twice or more times.
  • the at least doubly used reflector surface is designed such that the ultrasonic measurement signals are reflected on the measurement path both in the current propagation direction and against the current propagation direction - when the retroreflective partial measurement path is generated.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a velocity profile of a medium flowing turbulently in a tube
  • FIG. 2 is a schematic representation of a known from the prior art flow meter with multi-path measurement in a perspective view
  • FIG. 2a shows a cross section through the tube shown in Fig. 2,
  • FIG. 3 is a schematic representation of an embodiment of the flowmeter according to the invention.
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through the embodiment of the invention shown in FIG.
  • FIG. 4a shows a cross section of the embodiment of the flowmeter according to the invention shown in FIG. 3, the course of the measuring path projected onto the flow path
  • Fig. 5 a diagram illustrating the relative compensation of the measurement error in the ultrasonic flowmeter according to the invention, by the influence of the viscosity ⁇ and the Reynolds number Re on the ratio of the transit time difference to the average flow velocity v is caused.
  • Applicant's flowmeters which are offered and sold under the name PROSONIC FLOW, are calculated on the basis of the transit time difference of
  • Pipe 2 is a metering tube in the case of an in-line flowmeter and a piping in a clamp-on flowmeter. It is therefore assumed that the linear measuring paths are representative of the flow of the medium in the tube.
  • the flow profile v (y) is distributed unevenly over the radius r of the tube 2.
  • the airfoil v (y) matches a turbulent medium 2 flowing in the z-direction.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a measuring tube 2 of a flow meter with multi-path measurement which has become known from the prior art.
  • FIG. 2 a shows a cross section through the measuring tube 2 shown in FIG. 2.
  • Ultrasonic sensors A1, A1.1; A2, A2.1; A3, A3.1 provided on the measuring tube 2. These are arranged so that the ultrasonic measurement signals propagate on measurement paths SP, which extend in mutually parallel planes. For the sake of clarity, only the mean measuring path SP2 is shown in FIG. 2.
  • the ultrasonic sensors A1, A1.1; A2, A2.1; A3, A3.1 is flow information from different levels or segments of the measuring tube 2 and the pipeline available. Due to the multiple arrangement, a relatively accurate information about the respective flow profile of the medium 3 in the measuring tube 2 can be made available, whereby the measuring accuracy is increased. An improvement in the measurement accuracy can also be achieved by weighting the flow information from the different measurement paths SP differently. More about the weighting of the measuring paths SP was already mentioned in the introduction to the description.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the measuring tube 2 of a preferred embodiment of the flowmeter according to the invention.
  • Fig. 4 is a
  • FIG. 4 a shows a cross-section of the embodiment shown in FIG. 3, the course of the measuring path SP being projected onto the cross-sectional area of the tube 2.
  • the flowmeter according to the invention is a multi-path flowmeter, but in the case shown has only two ultrasonic sensors 101, 102. These lie on a straight line on the surface of the measuring tube 2. The straight line is parallel to
  • the measuring path SP in the flowmeter according to the invention is comparable to the measuring paths SP of the flowmeter shown in FIG.
  • the ultrasonic sensors 101, 102 alternately transmit and receive ultrasonic measurement signals, the ultrasonic measurement signals propagating along a defined measurement path SP according to their current propagation direction in the flow direction z and counter to the flow direction -z of the medium 3. Based on the transit time difference of the ultrasonic measuring signals, the measuring path SP in
  • Flow direction z and counter to the flow direction -z determines the control / evaluation unit 4, the volume and / or the mass flow of the medium 3 in the measuring tube 2.
  • the current propagation direction z, -z on the projection of the measuring path SP on the Longitudinal axis L of the measuring tube defined.
  • the reflector surfaces 1 1 1, 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16 are arranged in the measuring path SP that they redirect the ultrasonic measurement signals on the measuring path SP, whereby the measuring path SP is divided into a plurality of partial measuring paths TSPn ,
  • the corresponding partial measuring paths TSP2, TSP3 are each referred to as a retroreflective partial measuring path.
  • two partial measuring paths are back-reflecting, which is in particular related to the fact that one of the reflector surfaces 11 1 is used twice as a reflector on a measuring path SP.
  • the use of at least one return-reflecting partial measuring path TSP - here TSP3 and TSP 4 - leads to the subtraction of the partial measuring path and thus to a better linearization under different flow conditions.
  • the retroreflective partial measuring path TSP is dimensioned such that the influence of the viscosity or the Reynolds number of the medium 3 on the linearity of the transit time difference to the average flow rate is at least approximately compensated or at least reduced.
  • the viscosity ⁇ or the Reynolds number Re of a medium 3 flowing through a measuring tube 2 or a pipeline 2 is only inaccurate or not at all known. If the influence of the viscosity ⁇ or the Reynolds number Re is not taken into account, then in the case of a single-path measuring device, the flow rate exceeds the flow rate
  • FIG. 5 shows a diagram which illustrates the relative compensation of the measurement error F (v) in the ultrasonic flowmeter according to the invention, which is caused by the influence of the viscosity ⁇ or the Reynolds number Re on the ratio of the transit time difference to the average flow rate v ,
  • the situation is different in the Reynolds number range smaller than 1000 and in particular in the transition range of 1000-2000 between laminar and turbulent flow.
  • the measurement error F (v) is not linear and can be up to 25% of the measured value.
  • the ultrasonic flowmeter according to the invention is likewise a multipath measuring device, but in a preferred embodiment it has only two
  • Ultrasonic sensors 101, 102 Between the two ultrasonic sensors 101, 102 a plurality of reflector surfaces 1 1 1, 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16 are positioned so that the measuring path SP is divided into a plurality of partial measuring paths TSPn, which in principle mimic the measuring paths of a multipath measuring device. However, at least one of the partial measuring paths is designed as a retroreflecting partial measuring path TSP3, TSP4.
  • the retroreflective partial measuring path TSP3, TSP4 is dimensioned and arranged such that the measuring error F (v), which is caused by the influence of the viscosity ⁇ or the Reynolds number Re, is at least approximately eliminated. As can be seen from FIG.
  • a measurement error -F (v) is generated by the retroreflective partial measurement path TSP3, TSP4, which is substantially symmetrical to the measurement error F (v), which occurs when the retroreflective partial measurement path TSP3, TSP4 does not is available. It is enough in
  • TSP3 when the retroreflective partial measuring path TSP3, TSP4 is only a fraction of the length of the partial measuring path TSP1, TSP2, TSP5, TSP6, TSP7, TSP8 in the current propagation direction of the ultrasonic measuring signals on the measuring path SP.
  • Ultrasonic sensors 101, 102 and reflector surfaces 1 1 1, 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16, in particular in the area of the retroreflective partial measuring path TSP3, TSP4, is preferably determined via a simulation based on CFD - Computational Fluid Dynamics - combined with the determination of the flow velocity over the running time of ultrasound measuring signals.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder Massedurchflusses eines Mediums (3) mit zumindest zwei Ultraschallsensoren (101, 102), mehreren Reflektorflächen (111, 112, 113, 114, 115, 116) und mit einer Regel-/Auswerteeinheit (4). Die Ultraschallsensoren (101, 102) senden und empfangen abwechselnd Ultraschall-Messsignale entlang eines definierten Messpfades (SP). Die Reflektorflächen (111, 112, 113, 114, 115, 116) sind so in dem Messpfad (SP) angeordnet, dass sie die Ultraschall-Messsignale auf dem Messpfad (SP) umleiten, wodurch der Messpfad (SP) in mehrere Teilmesspfade (TSP) untergliedert wird. Zumindest eine der Reflektorflächen (111, 112, 113, 114, 115, 116) ist so angeordnet und/oder ausgestaltet, dass die Ultraschall-Messsignale auf zumindest einem der Teilmesspfade (TSP3, TSP4) des Messpfades (SP), dem rückreflektierenden Teilmesspfad (TSP3, TSP4), eine Reflektion erfahren, die entgegengesetzt zur aktuellen Ausbreitungsrichtung der Ultraschall-Messsignale auf dem Messpfad ist (SP). Die Regel- /Auswerteeinheit (4) bestimmt den Volumen- und/oder den Massedurchfluss des Mediums (3) in der Rohrleitung (2) / in dem Messrohr (2) anhand der Laufzeitdifferenz der Ultraschall-Messsignale, die den Messpfad (SP) in Strömungsrichtung (z) und entgegen der Strömungsrichtung (-z) durchlaufen.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung
des Volumen- und/oder Massedurchflusses eines Mediums
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder Massedurchflusses eines Mediums durch ein Messrohr bzw. durch eine Rohrleitung.
Ultraschall-Durchflussmessgeräte werden vielfach in der Automatisierungs-technik zur Detektion des Volumen- oder den Massedurchflusses eines Mediums durch ein Messrohr oder durch eine Rohrleitung eingesetzt. Bei dem Medium kann es sich um ein
gasförmiges, dampfförmiges oder um ein flüssiges Medium handeln.
Wesentliche Komponenten eines Ultraschall-Durchflussmessgeräts sind
elektromechanische Wandler oder Ultraschallsensoren, die elektrische Signale in
Ultraschall-Messsignale und Ultraschall-Messsignale in elektrische Signale umwandeln. Durch Anlegen eines elektrischen Anregungssignals wird der elektromechanische Wandler in Schwingungen versetzt und strahlt über ein Einkoppelelement ein Ultraschall- Messsignal mit einer definierten Signalform unter einem definierten Einstrahlwinkel in die Rohrleitung bzw. in das Messrohr ein. Das Empfangen des Ultraschall-Messsignals erfolgt in umgekehrter Art und Weise.
Im Hinblick auf die Montagemöglichkeiten gibt es zwei Typen von Ultraschall- Durchflussmessgeräten: Inline-Ultraschall-Durchflussmessgeräte, die üblicherweise über Flansche in die Rohrleitung montiert werden, und Clamp-On-Durchflussmessgeräte, die von außen auf der Rohrleitung aufgebracht werden und den Volumen- bzw.
Massedurchfluss durch die Rohrwand hindurch - also nicht-invasiv - messen. Clamp-On- Durchflussmessgeräte sind beispielsweise in der EP 0 686 255 B1 , der US-PS 4,484,478, DE 43 35 369 C1 , DE 298 03 91 1 U 1 , DE 4336370 C1 oder der US-PS 4,598,593 beschrieben.
Hinsichtlich der Messmethoden lassen sich zwei Prinzipien unterscheiden:
Durchflussmessgerate, die den Durchfluss über die Laufzeitdifferenz von Ultraschall- Messsignalen in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungs-richtung bestimmen, und Durchflussmessgerate, die die Durchfluss-Information aus der Dopplerverschiebung der Ultraschall-Messsignale gewinnen. Im Falle von Ultraschall-Messgeräten, die nach der Laufzeit-differenzmethode arbeiten, werden die Ultraschall-Messsignale unter einem vorgegebenen Winkel bevorzugt über ein Koppelelement in die Rohrleitung bzw. in das Messrohr, in der/in dem das Medium strömt, eingestrahlt bzw. aus der Rohrleitung/aus dem Messrohr ausgestrahlt. Hierbei sind die Ultraschallsensoren üblicherweise so angeordnet, dass der durchlaufene Messpfad durch den Zentralbereich der Rohrleitung bzw. des Messrohres geführt ist. Der ermittelte Durchflussmesswert spiegelt somit den mittleren Durchfluss des Mediums in der Rohrleitung bzw. in dem Messrohr wider. Das Ström ungsprofil in einem Messrohr ist üblicherweise ungleichmäßig über den Radius verteilt. An der Rohrwand ist die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Reibung zwischen Medium und Rohrwand Null, während sie im mittleren Bereich des Rohres maximal ist. Bei niedrigen Reynoldszahlen im laminaren Bereich ist die Einpfadmessung durch die Rohrmitte sehr kritisch. Je nach Reynoldszahl muss der gemessene Wert mit 0.75 ... 0.98 multipliziert werden, damit sie der mittleren Geschwindigkeit über den Querschnitt des Rohres entspricht.
Eine recht gute Näherung erhält man bereits, wenn der Messpfad - projiziert auf eine Querschnittsfläche des Rohres - bei ca. 0.52 des Radius' des Rohres liegt. In diesem Fall liefert der entsprechende Messpfad einen Messwert für die Strömungsgeschwindigkeit, der nahezu identisch ist mit dem mittleren über die Querschnittsfläche des Rohres gemittelten Messwert. Darüber hinaus ist es mit dieser Anordnung möglich, einen weiten Reynoldszahlbereich abzudecken. Um rotationssymmetrische Strömungen zu kompensieren, ist es vorteilhaft, wenn ein zweiter Messpfad bei -0.52 des Radius des Rohres verwendet wird. Bei einer
entsprechenden Lösung redet man von einem Zweipfad- bzw. Zweispur- Ultraschallmessgerät. Bei vielen Anwendungen, insbesondere bei Durchflussmessungen in Rohr-Ieitungen mit großen Nennweiten, ist die zuvor beschriebene Mittelung zu ungenau. Alternativ ist es daher bekannt geworden, mehrere Paare von Ultraschallsensoren vorzusehen, deren Messpfade in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind und die über den Umfang verteilt an dem Messrohr bzw. an der Rohrleitung angeordnet sind. Bei dieser Anordnung steht Durchflussinformation aus unterschiedlichen Ebenen bzw. Segmenten des
Messrohres bzw. der Rohrleitung zur Verfügung. Ein Vorteil der Mehrpfadmessung ist darin zu sehen, dass sie Information über das jeweilige Strömungsprofil des Mediums bereitstellt, wodurch die Messgenauigkeit erhöht wird. Eine Verbesserung der
Messgenauigkeit wird darüber hinaus dadurch erreicht, dass die Durchflussinformation aus den unterschiedlichen Messpfaden verschieden gewichtet wird. Zur Gewichtung der Messpfade gibt es unterschiedliche Ansätze. So beschreibt der Artikel "Comparsion of Integration Methods for Multipath Accoustic Discharge Measurements" von T. Tresch, T. Staubli und P. Gruber in der Begleitschrift zur 6th International Conference on Innovation in Hydraulic Efficiency Measurements, 30 Juli - 1. August 2006 in Portland, Oregon, USA gängige Methoden zur Gewichtung der Laufzeiten entlang unterschiedlicher Messpfade zwecks optimierter Berechnung des Durchflusses.
Entsprechende Lösungen sind aus folgenden Patentdokumenten bekannt: DE 198 61 073 A1 , DE 297 197 30 U1 , US 7,845,240 B1 , EP 0 715 155 A1 , EP 2 282 178 A1 und WO 02044662 A1.
Der Nachteil bei den bekannten Lösungen ist darin zu sehen, dass die Berechnungen zur Ermittlung des korrekten Durchflusses relativ aufwändig sind. Darüber hinaus ist eine genaue Berechnung des Durchflusses nur möglich, wenn die Viskosität des Mediums bekannt ist - und wenn sie sich nachfolgend während der Durchflussmessung nicht ändert.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösung ist darin zu sehen, dass die
Ultraschallsensoren selbst die Ausgestaltung des Strömungsprofils beeinflussen. Durch diese Beeinflussung weicht der tatsächliche Durchfluss in dem Rohr in vielen Fällen von den theoretisch ermittelten Werten ab. Im Prinzip liefern die theoretischen Werte daher eher eine Orientierung, als dass sie sich in der Realität durch eine reproduzierbare Zuverlässigkeit auszeichnen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschallmessgerät mit mehreren Messpfaden vorzuschlagen, das sich durch eine hohe Messgenauigkeit auszeichnet.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder Massedurchflusses eines Mediums, das ein Messrohr oder eine Rohrleitung mit einem vorgegebenen Durchmesser im Wesentlichen in einer zur
Längsachse des Messrohrs bzw. der Rohrleitung parallelen Strömungsrichtung durchströmt, mit zumindest zwei Ultraschallsensoren, mehreren Reflektorflächen und mit einer Regel-/Auswerteeinheit,
wobei die Ultraschallsensoren abwechselnd Ultraschall-Messsignale aussenden und/oder empfangen, wobei sich die Ultraschall-Messsignale entlang eines definierten Messpfades entsprechend ihrer aktuellen Ausbreitungsrichtung in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung des Mediums ausbreiten, wobei die aktuelle Ausbreitungsrichtung über die Projektion des Messpfades auf die Längsachse definiert ist,
wobei die Reflektorflächen so in dem Messpfad angeordnet sind, dass sie die Ultraschall- Messsignale auf dem Messpfad umleiten, wodurch der Messpfad in mehrere
Teilmesspfade untergliedert wird,
wobei zumindest eine der Reflektorflächen so angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass die Ultraschall-Messsignale auf zumindest einem der Teilmesspfade des Messpfades, dem rückreflektierenden Teilmesspfad, eine Reflektion erfahren, die entgegengesetzt zur aktuellen Ausbreitungsrichtung der Ultraschall-Messsignale auf dem Messpfad ist, und wobei die Regel-/Auswerteeinheit den Volumen- und/oder den Massedurch-fluss des Mediums in der Rohrleitung / in dem Messrohr anhand der Laufzeitdifferenz der
Ultraschall-Messsignale bestimmt, die den Messpfad in Strömungsrichtung und entgegen Strömungsrichtung durchlaufen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird der Einfluss, den das Fehlen der Information über das reale Strömungsprofil auf den Durchflussmesswert hat, geometrisch gelöst und nicht über rechnerische, auf Modellen basierende Lösungen. Da bei der erfindungsgemäßen Lösung stets die aktuellen im Messrohr oder in der Rohrleitung herrschenden physikalischen Gegebenheiten berücksichtigt werden, lässt sich die
Messgenauigkeit erhöhen. Darüber hinaus werden die Anforderungen an die Steuer- /Auswerteeinheit erheblich reduziert. Weiterhin ist die Lösung kostengünstig, da im einfachsten Fall lediglich zwei Ultraschallsensoren erforderlich sind. Weiterhin zeichnet sich das erfindungsgemäße Ultraschall- Durchflussmessgerät dadurch aus, dass es sehr kompakt ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Ultraschallsensoren und die Reflektorflächen so zueinander positioniert sind, dass die Länge - projiziert auf eine Querschnittsfläche des Messrohres bzw. der Rohrleitung - eines jeden Teilmesspfades in der aktuellen Strömungsrichtung kleiner ist als der
Innendurchmesser des Messrohrs im Bereich der Reflektorfläche bzw. kleiner ist als der Außendurchmesser der Rohrleitung. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Ultraschallsensoren und die Reflektorflächen so angeordnet sind, dass die Teilmesspfade in der aktuellen Strömungsrichtung - projiziert auf eine
Querschnittsfläche des Messrohrs bzw. der Rohrleitung - im Wesentlichen ein symmetrisches Vieleck, insbesondere ein gleichschenkliges Dreieck bilden.
Um die Kosten weiter zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass die Ultraschallsensoren und die Reflektorflächen so angeordnet sind, dass zumindest eine der Reflektorflächen bei Durchlaufen der Ultraschall-Messsignale entlang des Messpfades in
Strömungsrichtung bzw. entgegen der Strömungsrichtung des Mediums zumindest zweifach oder mehrfach genutzt wird.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die zumindest zweifach genutzte Reflektorfläche so angeordnet ist, dass sie die Ultraschall-Messsignale sowohl zumindest einmal auf dem Messpfad in der aktuellen Ausbreitungsrichtung reflektiert, also auch auf dem Messpfad entgegen der aktuellen Ausbreitungsrichtung als rückreflektierenden Teilmesspfad reflektiert. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, dass der rückreflektierende Teilmesspfad so dimensioniert ist, dass der Einfluss der Viskosität bzw. der Reynoldszahl des Mediums auf die Linearität der ermittelten Laufzeitdifferenz zur mittleren Durchflussgeschwindigkeit zumindest näherungsweise kompensiert bzw.
zumindest verringert wird. Eine Kenntnis der Viskosität des Mediums erübrigt sich damit. Das erfindungsgemäße Mehrpfad-Durchflussmessgerät ist somit unabhängig von der jeweiligen Viskosität des in dem Messrohr oder in der Rohrleitung strömenden Mediums. Bevorzugt ist der rückreflektierende Teilmesspfad so dimensioniert, dass er zumindest ein Drittel der Dimension des Messpfades in Strömungsrichtung ausmacht.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Länge - projiziert auf eine Querschnittsfläche des Messrohres bzw. der Rohrleitung - des rückreflektierenden Teilmesspfads im
Wesentlichen dem Durchmesser des Messrohres bzw. der Rohrleitung entspricht. Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung schlägt vor, dass die beiden
Ultraschallsensoren im Wesentlichen auf einer Geraden an der Wandung der Rohrleitung bzw. in der Wandung des Messrohrs angeordnet sind, die parallel zur Längsachse des Messrohrs bzw. der Rohrleitung orientiert ist. Hierbei sind die Ultraschallsensoren so angeordnet, dass die Ultraschall-Messsignale im Wesentlichen senkrecht in das Messrohr bzw. in die Rohrleitung eingestrahlt bzw. aus dem Messrohr bzw. aus der Rohrleitung ausgestrahlt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Befestigung der Ultraschallsensoren einfacher als unter jedem anderen Winkel ausgeführt werden kann. Hierdurch ist es insbesondere auch relativ einfach möglich, das Ultraschall-Durchflussmessgerät als Clamp On Version auszuführen.
Bevorzugt sind die einzelnen Reflektorflächen so angeordnet ist, dass die eingestrahlten Ultraschall-Messsignale und die ausgestrahlten Ultraschall-Messsignale im Wesentlichen den gleichen Winkel mit der Normalen zur Oberfläche der Reflektorfläche bilden. Als besonders vorteilhaft wird es in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung angesehen, wenn ein Teil der Reflektorflächen so ausgestaltet ist, dass die reflektierten Ultraschall-Messsignale fokussiert werden. In der nicht vorveröffentlichten
Patentanmeldung DE 10 2012 101 098.6, angemeldet am 10.02.2012, wird ein
Ultraschall-Durchflussmessgerät beschrieben, bei dem zumindest eine der
Reflektorflächen im Messpfad in oder entgegen der Strömungsrichtung konkav ausgestaltet ist. Aufgrund der konkaven Krümmung der Reflektorflächen wird die
Ablenkung bzw. die sog. Verwehung der Ultraschall-Messsignale entlang des jeweils durchlaufenen Messpfades, welche durch die Strömung des Mediums hervorgerufen wird, ausgeglichen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird durch die fokussierende, insbesondere die konkave Ausgestaltung der Reflektorfläche(n) erreicht, dass eine Reflektorfläche zweifach oder mehrfach genutzt wird. Insbesondere ist die zumindest zweifach genutzte Reflektorfläche so ausgestaltet, dass die Ultraschall- Messsignale auf dem Messpfad sowohl in der aktuellen Ausbreitungsrichtung, als auch entgegen der aktuellen Ausbreitungsrichtung - wenn der erfindungswesentliche rückreflektierender Teilmesspfad generiert wird - reflektiert werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Geschwindigkeitsprofils eines in einem Rohr turbulent strömenden Mediums,
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannt gewordenen Durchflussmessgeräts mit Mehrpfadmessung in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2a: ein Querschnitt durch das in Fig. 2 gezeigte Rohr,
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts,
Fig. 4: einen Längsschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts, wobei der Verlauf eines Messpfades - projiziert auf die Längsschnittsfläche des Rohres - gezeigt ist,
Fig. 4a: einen Querschnitt der in Fig. 3 gezeigte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts, wobei der Verlauf des Messpfades - projiziert auf die
Querschnittsfläche des Rohres - gezeigt ist, und Fig. 5: ein Diagramm, das bei dem erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflussmessgerät die relative Kompensation des Messfehlers verdeutlicht, der durch den Einfluss der Viskosität η bzw. der Reynoldszahl Re auf das Verhältnis der Laufzeitdifferenz zur mittleren Durchflussgeschwindigkeit v verursacht wird. Bei bekannten Ultraschall-Durchflussmessgeräten - als Beispiel seien hier
Durchflussmessgeräte der Anmelderin genannt, die unter der Bezeichnung PROSONIC FLOW angeboten und vertrieben werden, wird anhand der Laufzeitdifferenz von
Ultraschall-Messsignalen auf einem oder mehreren linienförmigen Messpfaden, die durch vorgegebene Teilsegmente eines Rohres 2 verlaufen, eine Aussage über die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums 3 in dem Rohr 2 getroffen. Bei dem Rohr 2 handelt es sich im Falle eines Inline-Durchflussmessgeräts um ein Messrohr und bei einem Clamp-On Durchflussmessgerät um eine Rohrleitung. Es wird also die Annahme gemacht, dass die linienförmigen Messpfade repräsentativ für den Durchfluss des Mediums in dem Rohr sind.
Wie aus der in Fig. 1 gezeigten Darstellung ersichtlich ist, ist das Strömungsprofil v(y) ungleichmäßig über den Radius r des Rohres 2 verteilt. Das Strömungsprofil v(y) passt zu einem turbulent in z-Richtung strömenden Medium 2.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines aus dem Stand der Technik bekannt gewordenen Messrohrs 2 eines Durchflussmessgeräts mit Mehrpfadmessung. In Fig. 2a ist ein Querschnitt durch das in Fig. 2 gezeigte Messrohr 2 zu sehen. Bei der bekannten Mehrpfadmessung sind im gezeigten Fall drei Paare von
Ultraschallsensoren A1 , A1.1 ; A2, A2.1 ; A3, A3.1 an dem Messrohr 2 vorgesehen. Diese sind so angeordnet, dass die Ultraschall-Messsignale sich auf Messpfaden SP ausbreiten, die in zueinander parallelen Ebenen verlaufen. Eingezeichnet ist in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber nur der mittlere Messpfad SP2. Bei dieser Anordnung der Ultraschallsensoren A1 , A1.1 ; A2, A2.1 ; A3, A3.1 steht Durchflussinformation aus unterschiedlichen Ebenen bzw. Segmenten des Messrohres 2 bzw. der Rohrleitung zur Verfügung. Aufgrund Mehrfach-Anordnung kann eine relativ genaue Information über das jeweilige Strömungsprofil des Mediums 3 in dem Messrohr 2 bereitstellt gestellt werden, wodurch die Messgenauigkeit erhöht wird. Eine Verbesserung der Messgenauigkeit lässt sich darüber hinaus dadurch erreichen, dass die Durchflussinformation aus den unterschiedlichen Messpfade SP verschieden gewichtet wird. Näheres zur Gewichtung der Messpfade SP wurde bereits in der Beschreibungseinleitung gesagt.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Messrohres 2 einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts. In Fig. 4 ist ein
Längsschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte Ausgestaltung gezeigt, wobei der Verlauf eines Messpfades SP - projiziert auf die Längsschnittsfläche des Rohres 2 - gezeigt ist. In Fig. 4a ist ein Querschnitt der in Fig. 3 gezeigte Ausgestaltung zu sehen, wobei der Verlauf des Messpfades SP - projiziert auf die Querschnittsfläche des Rohres 2 - gezeigt ist.
Das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät ist ein Mehrpfad-Durchflussmessgerät, besitzt im gezeigten Fall aber nur zwei Ultraschallsensoren 101 , 102. Diese liegen auf einer Geraden an der Oberfläche des Messrohres 2. Die Gerade ist parallel zur
Längsachse des Messrohrs 2. Weiterhin sind - über den Umfang des Messrohrs 2 verteilt an der Innenfläche des Messrohrs - mehrere Reflektorflächen angeordnet. Diese sind derart positioniert, dass die Ultraschall-Messsignale auf ihrem Messpfad zwischen den beiden Ultraschallsensoren 101 , 102 durch unterschiedliche Segmente bzw. Ebenen des Messrohrs 2 geleitet werden. Somit ist der Messpfad SP bei dem erfindungsgemäßen Durchflussmessgerät vergleichbar mit den Messpfaden SP des in Fig. 2 gezeigten Durchflussmessgeräts. Die Ultraschallsensoren 101 , 102 senden und empfangen abwechselnd Ultraschall-Messsignale, wobei sich die Ultraschall-Messsignale entlang eines definierten Messpfades SP entsprechend ihrer aktuellen Ausbreitungsrichtung in Strömungsrichtung z und entgegen zur Strömungsrichtung -z des Mediums 3 ausbreiten. Anhand der Laufzeitdifferenz der Ultraschall-Messsignale, die den Messpfad SP in
Strömungsrichtung z und entgegen der Strömungsrichtung -z durchlaufen, bestimmt die Regel-/Auswerteeinheit 4 den Volumen- und/oder den Massedurchfluss des Mediums 3 in dem Messrohr 2. Hierbei ist die aktuelle Ausbreitungsrichtung z, -z über die Projektion des Messpfades SP auf die Längsachse L des Messrohres definiert.
Die Reflektorflächen 1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16 sind so in dem Messpfad SP angeordnet, dass sie die Ultraschall-Messsignale auf dem Messpfad SP umleiten, wodurch der Messpfad SP in mehrere Teilmesspfade TSPn untergliedert wird. Hierbei ist die Reflektorflächen 1 1 1 so angeordnet und/oder ausgestaltet, dass die Ultraschall- Messsignale auf zumindest einem der Teilmesspfade TSP des Messpfades (im gezeigten Fall sind es drei Teilmesspfade TSP2, TSP3) eine Reflektion erfahren, die
entgegengesetzt zur aktuellen Ausbreitungsrichtung z; -z der Ultraschall-Messsignale auf dem Messpfad SP ist. Die entsprechenden Teilmesspfade TSP2, TSP3 werden jeweils als rückreflektierender Teilmesspfad bezeichnet. In den Figuren Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 4a sind zwei Teilmesspfade rückreflecktierend, was insbesondere damit zusammenhängt, dass eine der Reflektorflächen 1 1 1 auf einem Messpfad SP zweifach als Reflektor genutzt wird. Die Verwendung von zumindest einem rückreflektierenden Teilmesspfades TSP - hier TSP3 und TSP 4 - führt zur Subtraktion des Teilmesspfades und damit zu einer besseren Linearisierung bei unterschiedlichen Strömungsbedingungen.
Insbesondere ist der rückreflektierende Teilmesspfad TSP so dimensioniert, dass der Einfluss der Viskosität bzw. der Reynoldszahl des Mediums 3 auf die Linearität der Laufzeitdifferenz zur mittleren Durchflussgeschwindigkeit zumindest näherungsweise kompensiert bzw. zumindest verringert wird. In vielen Fällen ist die Viskosität η bzw. die Reynoldszahl Re eines durch ein Messrohr 2 oder eine Rohrleitung 2 strömenden Mediums 3 nur ungenau oder überhaupt nicht bekannt. Wird der Einfluss der Viskosität η bzw. der Reynoldszahl Re nicht berücksichtigt, so treten bei einem Einpfadmessgerät, das den Durchfluss über einen durch die
Rohrmitte verlaufenden Messpfad bestimmt, insbesondere im laminaren Bereich, Messfehler bis zu 25% auf. Diese hohe Messungenauigkeit ist für exakte
Durchflussmessungen natülich inakzeptabel. Behoben wird der Messfehler F(v) bzw. F(Re) aufgrund des Einflusses der Viskosität η bzw. der Reynoldszahl Re heute üblicherweise mittels sog. Mehrpfadmessgeräte, die das in Fig. 1 gezeigte Profil über mehrere Messpfade SP relativ exakt bestimmen. Um den Messfehler F(v) zu
kompensieren, werden die in den einzelnen Messpfaden SPn ermittelten
Durchflussgeschwindigkeiten vn mit unterschiedlichen Gewichtungsfaktoren versehen. Die Nachteile der bekannten Mehrpfadmessgeräte wurden bereits an vorhergehender Stelle beschrieben.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das bei dem erfindungsgemäßen Ultraschall- Durchflussmessgerät die relative Kompensation des Messfehlers F(v) verdeutlicht, der durch den Einfluss der Viskosität η bzw. der Reynoldszahl Re auf das Verhältnis der Laufzeitdifferenz zur mittleren Durchfluss-geschwindigkeit v verursacht wird. Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, ist der Einfluss der der Viskosität η - bzw. hier der Reynoldszahl Re - oberhalb von Re = 2000 näherungsweise konstant und lässt sich somit auf relativ einfache Art und Weise kompensieren. Anders sieht es aus im Reynoldszahlenbereich kleiner als 1000 und insbesondere im Übergangsbereich von 1000-2000 zwischen laminarer und turbulenter Strömung. Hier verhält sich der Messfehler F(v) nicht linear und kann bis zu 25% des Messwertes betragen.
Das erfindungsgemäße Ultraschall-Durchflussmessgerät ist ebenfalls ein Mehrpfad- Messgerät, allerdings hat es in einer bevorzugten Ausgestaltung nur zwei
Ultraschallsensoren 101 , 102. Zwischen den beiden Ultraschallsensoren 101 , 102 sind mehrere Reflektorflächen 1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16 so positioniert, dass der Messpfad SP in mehrere Teilmesspfade TSPn unterteilt wird, die im Prinzip die Messpfade eines Mehrpfadmessgeräts nachbilden. Allerdings ist zumindest einer der Teilmesspfade als rückreflektierender Teilmesspfad TSP3, TSP4 ausgestaltet. Der rückreflektierende Teilmesspfad TSP3, TSP4 ist so dimensioniert und angeordnet, dass der Messfehler F(v), der durch den Einfluss der Viskosität η bzw. der Reynoldszahl Re verursacht wird, zumindest näherungsweise eliminiert wird. Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, wird durch den rückreflektierende Teilmesspfad TSP3, TSP4 ein Messfehler -F(v) erzeugt, der im Wesentlichen klappsymmetrisch zu dem Messfehler F(v) ist, der auftritt, wenn der rückreflektierende Teilmesspfad TSP3, TSP4 nicht vorhanden ist. Es genügt im
Zusammenhang mit der Erfindung, wenn der rückreflektierende Teilmesspfad TSP3, TSP4 nur einen Bruchteil der Länge des Teilmesspfades TSP1 , TSP2, TSP5, TSP6, TSP7, TSP8 in der aktuellen Ausbreitungsrichtung der Ultraschall-Messsignale auf dem Messpfad SP beträgt. Die optimale Anordnung und Dimensionierung von
Ultraschallsensoren 101 , 102 und Reflektorflächen 1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16, insbesondere im Bereich des rückreflektierenden Teilmesspfades TSP3, TSP4, wird bevorzugt über eine Simulation auf der Basis von CFD - Computational Fluid Dynamics - kombiniert mit der Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit über die Laufzeit von Ultraschall-Messsginalen ermittelt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder
Massedurchflusses eines Mediums (3), das ein Messrohr (2) oder eine Rohrleitung (2) mit einem vorgegebenen Durchmesser im Wesentlichen in einer zur Längsachse (L) des
Messrohrs (2) bzw. der Rohrleitung (2) parallelen Strömungsrichtung (z) durchströmt, mit zumindest zwei Ultraschallsensoren (101 , 102), mehreren Reflektorflächen (1 1 1 , 1 12,
1 13, 1 14, 1 15, 1 16) und mit einer Regel-/Auswerteeinheit (4),
wobei die Ultraschallsensoren (101 , 102) abwechselnd Ultraschall-Messsignale aussenden und/oder empfangen, wobei sich die Ultraschall-Messsignale entlang eines definierten Messpfades (SP) entsprechend ihrer aktuellen Ausbreitungsrichtung in Strömungsrichtung (z) und entgegen zur Strömungsrichtung (-z) des Mediums (3) ausbreiten, wobei die aktuelle Ausbreitungsrichtung über die Projektion des Messpfades (SP) auf die Längsachse (L) definiert ist,
wobei die Reflektorflächen (1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16) so in dem Messpfad (SP) angeordnet sind, dass sie die Ultraschall-Messsignale auf dem Messpfad (SP) umleiten, wodurch der Messpfad (SP) in mehrere Teilmesspfade (TSP) untergliedert wird, wobei zumindest eine der Reflektorflächen (1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16) so angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass die Ultraschall-Messsignale auf zumindest einem der Teilmesspfade (TSP3, TSP4) des Messpfades (SP), dem rückreflektierenden
Teilmesspfad (TSP3, TSP4), eine Reflektion erfahren, die entgegengesetzt zur aktuellen Ausbreitungsrichtung der Ultraschall-Messsignale auf dem Messpfad ist (SP), und wobei die Regel-/Auswerteeinheit (4) den Volumen- und/oder den Massedurchfluss des Mediums (3) in der Rohrleitung (2) / in dem Messrohr (2) anhand der Laufzeitdifferenz der Ultraschall-Messsignale bestimmt, die den Messpfad (SP) in Strömungsrichtung (z) und entgegen der Strömungsrichtung (-z) durchlaufen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
wobei die Ultraschallsensoren (101 , 102) und die Reflektorflächen (1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16) so zueinander positioniert sind, dass die Länge - projiziert auf eine senkrecht zur Längsachse (L) liegende Schnittfläche (QS) des Messrohres (2) bzw. der Rohrleitung - eines jeden Teilmesspfades (TSP) in der aktuellen Strömungsrichtung kleiner ist als der Innendurchmesser (2r) des Messrohrs (2) im Bereich der Reflektorfläche (1 1 1 , 1 12, 1 13,
1 14, 1 15, 1 16) bzw. kleiner ist als der Außendurchmesser der Rohrleitung (2).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Ultraschallsensoren (101 , 102) und die Reflektorflächen (1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14,
1 15, 1 16) so angeordnet sind, dass die Teilmesspfade (TSP) in der aktuellen
Strömungsrichtung - projiziert auf eine senkrecht zur Längsachse (L) liegende Schnittfläche (QS) des Messrohrs (2) bzw. der Rohrleitung (2) - im Wesentlichen ein symmetrisches Vieleck, insbesondere ein gleichschenkliges Dreieck bilden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3,
wobei die Ultraschallsensoren (101 , 102) und die Reflektorflächen (1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16) so angeordnet sind, dass zumindest eine der Reflektorflächen (1 1 1 ) bei Durchlaufen der Ultraschall-Messsignale entlang des Messpfades (SP) in
Strömungsrichtung (z) bzw. entgegen der Strömungsrichtung (-z) des Mediums (3) zumindest zweifach genutzt wird.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zumindest zweifach genutzte Reflektorfläche (1 1 1 ) so angeordnet ist, dass sie die Ultraschall-Messsignale sowohl zumindest einmal auf dem Messpfad (SP) in der aktuellen Ausbreitungsrichtung reflektiert, also auch auf dem Messpfad (SP) entgegen der aktuellen Ausbreitungsrichtung als rückreflektierenden Teilmesspfad (TSP3, TSP4) reflektiert.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der rückreflektierende Teilmesspfad (TSP3, TSP4) so dimensioniert ist, dass das Verhältnis von Laufzeitdifferenz zur mittleren Durchflussgeschwindigkeit (v) über verschiedene Viskositäten (η) bzw. Reynoldszahlen (Re) eine höhere Konstanz aufweist und damit konstanter ist als ohne den reflektierenden Teilmesspfad (TSP3, TSP4).
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Länge - projiziert auf eine senkrecht zur Längsachse (L) liegende Schnittfläche (QS) des Messrohres (2) bzw. der Rohrleitung (2) - des rückreflektierenden
Teilmesspfads (TSP3, TSP4) im Wesentlichen dem Durchmesser (2r) des Messrohres (2) bzw. der Rohrleitung (2) entspricht.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die beiden Ultraschallsensoren (101 , 102) im Wesentlichen auf einer Geraden an der Wandung der Rohrleitung (2) bzw. in der Wandung des Messrohrs (2) angeordnet sind, die parallel zur Längsachse (L) des Messrohrs (2) bzw. der Rohrleitung (2) orientiert ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
wobei jede der Reflektorflächen (1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16) so angeordnet ist, dass die eingestrahlten Ultraschall-Messsignale und die ausgestrahlten Ultraschall- Messsignale im Wesentlichen den gleichen Winkel mit der Normalen zur Oberfläche der Reflektorfläche (1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16) bilden.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ultraschallsensoren (101 , 102) so angeordnet sind, dass die Ultraschall-Messsignale im
Wesentlichen senkrecht in das Messrohr (2) bzw. in die Rohrleitung (2) eingestrahlt bzw. aus dem Messrohr (2) bzw. aus der Rohrleitung (2) ausgestrahlt werden.
1 1. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
wobei ein Teil der Reflektorflächen (1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16) so ausgestaltet ist, dass die reflektierten Ultraschall-Messsignale fokussiert werden.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Ultraschallsensoren (101 , 102) als Clamp On Durchflussmessgerät ausgestaltet sind.
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