CN104641118A - 包括流量计的回转泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种回转泵(1)，其用于输送液体，所述回转泵包括设置在泵室(20)中的工作轮(21)和分别连接在泵室(20)上的抽吸接管(16)和压力接管(17)。所述回转泵具有基于超声的流量测量装置(2、3、18)，所述流量测量装置具有至少两个用于发射和/或探测超声脉冲的超声单元(2、3)，所述超声单元在内侧设置在抽吸接管(16)、压力接管(17)和/或泵室(20)中或上。在各超声单元(2、3)之间形成至少一个测量路段(6)，沿着所述测量路段，至少一个能由其中一个所述超声单元(2)在上游发射的第一超声脉冲能由另一个所述超声单元(3)探测，并且至少一个能由其中一个所述超声单元(3)在下游发射的第二超声脉冲能由另一个所述超声单元(2)探测。流量测量装置(2、3、18)此外具有用于确定在第一和第二超声脉冲之间的运行时间差和用于由所述运行时间差确定回转泵(1)的流量的传感器电子装置(18)。

Description

包括流量计的回转泵
技术领域
本发明涉及一种回转泵，所述回转泵用于输送液体，所述回转泵包括设置在泵室中的工作轮和分别连接在泵室上的抽吸接管和压力接管。
背景技术
为了确定泵的工作点，代替体积流量优选使用在压力侧上的绝对的压力的实际值或在泵的压力侧和抽吸侧之间的压差(作为扬程的等效值)。压差法基于成本通常仅使用在较高的功率或价格等级的泵中。
备选地在设备(如加热设备、饮用水设备、新鲜水设备、太阳能设备等)中使用单独的“独立(stand alone)”体积流量传感器，所述体积流量传感器对体积流量按照最为不同的传感器原理、例如借助MID(磁感应流量计)、涡流传感器、或排挤原理如工作轮、涡轮、桨、浮体等直接测量。独立于所谓的内联式(Inline)传感器或所谓的夹持式(Clamp-on)传感器，也可购得超声传感器，所述内联式传感器设置在两个管端部之间，所述夹持式传感器在外面夹紧到管上并且通过管壁测量，如其例如对于在DE 102012210518A1中的泵的情况所说明的那样。按照现有技术的这些传感器需要大量在泵设备中的结构空间并且此外相对昂贵。此外，所有在这里提到的传感器是过于挑剔的，所述传感器需要用于实际的传感元件、电子装置、接口和电源、部分地也用于测量路段的自身的壳体。
用于确定流量以调节泵的工作点的另一个已知的方法是所谓的观察调节，即，一种通过在运行中泵发动机的电气参量(功率消耗)估算流量和因此估算工作点。通常利用该方法不会覆盖整个体积流量范围或工作范围并且此外可能在泵的弯曲的功率特性曲线的情况下导致多值的结果。
至今的将流量传感器集成到泵中的尝试或者失败于使用错误的/不合适的/不充分的传感器或传感器原理、没有进行流动优化或失败于传感器在如下安装情况中的技术特性或适配性上，所述安装情况通常对于传感器以不利的流动情况突出。对于泵中的传感器有问题的例如是：
-通过泵在抽吸侧上的工作轮的流动反作用，
-通过工作轮对压力侧上的传感器的压力脉冲，
-通过抽吸接管或压力接管的几何构造的紊流，
-过小的测量路段，
-过小的平静路段等。
对此例如涡流传感器相对于流动影响具有特别的灵敏度，所述流动影响只有通过在传感器上游和/或下游的特别的流动调节在其作用方面才可以最小化。此外，涡流传感器原理从0.3m/s的流动速度才能正确检测体积流量。因此对于所谓的零量探测、即相对小的体积流量，涡流传感器较不适合。
磁感应的流量传感器基于通过其变窄的测量路段产生提高的压力损耗并且对于可用的测量同样以特别的程度需要流动平静性，这又可能由于流动调节元件而意味着提高的结构耗费以及对结构空间的更多需要。
因此技术问题是，在没有附加的单独的安装在外面的或者与泵或安装在其上的构件连接的传感机构的情况下检测泵的体积流量、即流量。
另一个问题是在最大的和最小的体积流量之间小的可达到的比例，即通常提供的和使用的传感器的Qmax/Qmin比例。也称为可调比(Turn Down Ratio)、范围度或测量范围大小的该比例说明传感器关于要检测的体积流量范围(Flow Rate)的动态性或有效能力。在市场上存在的传感器或结合泵使用的传感器通常是按照磁感应的测量原理、按照涡流原理亦或按照排挤原理(工作轮、涡轮、桨、浮体，…)工作的传感器。通常这些传感器在体积流量检测中在最好的情况下只具有大约20：1的Qmax/Qmin比例，该比例在实际中可以快速地证明为不充分。
而泵的工作范围可以包括0.02m/sec至10m/s的流动速度、即500：1。该范围不能以所提到的结构型式之一的仅一个传感器完全覆盖。已知的传感器是对污染物敏感的，因为通常并且在涡流传感器和叶轮中，传感器的部件与功能相关地伸入流中，在那里可运动地支承，尤其是在叶轮、涡轮、桨、浮体、等中，并且因此经受污物积聚，所述污物积聚可能偏移传感器的起始值，这又可能导致下测量范围边界移动至较高的值。
此外在涡轮或叶轮中运行噪声也可能通过轴承上的污染物产生。此外在MiD中测量通道积聚介质的超细颗粒，由此不仅使测量路段变窄(横截面变化)而且诱发介质的错误的电导。整体的评估于是可能在时间上导致明显的测量值歪曲。
在泵的流动路径中的按照上述原理的传感器此外具有最小化泵的扬程的压力损耗，因为传感器的构件处于通流路段中或收缩或甚至填充该通流路段，由此泵的效率和有效系数恶化。MID传感器和按照涡流测量原理的传感器基于其工作方式也需要在传感器的入口和出口区域中的平静路程并且因此可能为了维持其规格、尤其是测量不确定性或测量精确性而要求用于流动调节的较长的结构形式或其他的措施。如果需要的结构尺寸与结构相关地不能在泵或设备中实现，并且这些传感器以缩短的测量路段而装入，所述传感器则反应以恶化的测量精确性并且也许导致可用的体积流量范围减少。
例如在介质类型、介质组成或介质质量方面对介质的分析以及对泵或泵设备的诊断要求配合的传感机构，所述传感机构至今由多个传感器/构件组装而成并且至今除已知的温度和/或压力传感机构之外不集成在泵中。
发明内容
本发明的任务是，提供包括传感机构的回转泵机组，所述传感机构可以尽可能在泵或具有所述泵的泵***的整个体积流量范围或工作范围上以足够的精确性确定体积流量，其中，为此必需的Qmax/Qmin比例应该明确处于上述通常的Qmax/Qmin比例20：1之上。
该任务按照本发明通过具有权利要求1的特征的回转泵机组来解决。本发明有利的进一步构成在从属权利要求中列举。
按照本发明提出一种回转泵，所述回转泵用于输送液体，所述回转泵包括设置在泵室中的工作轮和分别连接在泵室上的抽吸接管和压力接管，所述回转泵具有基于超声的流量测量装置，所述流量测量装置具有至少两个用于发射和/或探测超声脉冲的超声单元，所述超声单元在内侧设置在抽吸接管、压力接管和/或泵室中或者在抽吸接管、压力接管和/或泵室上，其中，在各超声单元之间形成至少一个测量路段，沿着所述测量路段，至少一个能由其中一个所述超声单元在上游发射的第一超声脉冲能由另一个所述超声单元探测并且至少一个能由其中一个所述超声单元在下游发射的第二超声脉冲能由另一个所述超声单元探测，其中，所述流量测量装置具有用于确定第一和第二超声脉冲之间的运行时间差和用于由所述运行时间差确定回转泵的流量的传感器电子装置。
按照现有技术，用于流量测量的超声传感器在外面装配到泵壳体上，并且穿过壳体壁进行测量、即所谓的夹持技术，不同于现有技术按照本发明规定，将超声单元在内侧设置在抽吸接管、压力接管和/或泵室中或在抽吸接管、压力接管和/或泵室上。这表示，从外面观察，传感器处于壁后面或壁之中并且不穿过壁测量。由此体积流量可以在没有外部的、即在外面安装在泵上的传感器的情况下进行检测，从而不会发生尤其是在泵的装配法兰的距离方面的结构尺寸或结构长度变化。在这里基于结构尺寸相同性也给出了对于没有流量传感器的常规的泵的可交换性。
在提出的回转泵中使用基于超声的传感机构，所述传感机构使用至少两个超声单元、即超声传感器。以下也称为US单元的超声单元可以是单纯的超声发射单元或单纯的超声接收单元或组合的超声发射/接收单元。
US单元这样相互对准，使得一个US单元沿着流动方向、另一个逆着流动方向发射或者可发射超声脉冲。因此按照本发明的方法不利用被动测量的固体声音或空气声音、而是主动产生的液体声音。相应另一个US单元于是接收所发射的脉冲。构成一个测量路段的两个US单元因此沿着流动方向相互位错。
附加于超声在所输送的液体中的本来存在传播速度，流动给脉冲施加一个速度矢量，从而沿着流动方向定向的脉冲被加速并且逆着流动方向定向的脉冲被减速。因此在这些脉冲本身之间在运行长度相同、即在测量路段的长度优选相同的情况下发生不同的运行时间，流量测量装置设置用于确定所述运行时间。
利用运行时间差方法的按照本发明的超声测量原理能够实现：在泵的几乎整个体积流量范围或工作范围上以特别高的精确性确定回转泵的体积流量，从而能够实现最大的Qmax/Qmin比例。
在一种实施变型方案中，所述超声单元可以是组合的发射接收单元，其中，所述至少一个第一超声脉冲能由第一发射接收单元发射并且能由第二发射接收单元探测，并且所述至少一个第二超声脉冲能由第二发射接收单元发射并且能由第一发射接收单元探测。该实施变型方案原则上以两个发射接收单元可实现，尽管有利的是使用更多这样的US单元。
按照一种有利的进一步构成，所述流量测量装置可以具有用于发射和探测超声脉冲的第三和第四发射接收单元，其中，在第三和第四发射接收单元之间形成第二测量路段，沿着所述第二测量路段，至少一个能由第三发射接收单元在上游发射的第一超声脉冲能由第四发射接收单元探测并且至少一个能由第四发射接收单元在下游发射的第二超声脉冲能由第三发射接收单元探测。在该实施变型方案中例如可能的是，在泵内两个不同的位置上测量并且对相应的测量值取平均。由此提高测量的精确性。
按照另一种实施变型方案，所述流量测量装置具有用于发射和/或探测超声脉冲的两个另外的超声单元，其中，在所述两个另外的超声单元之间形成第二测量路段。总体上所述流量测量装置于是具有定义两个测量路段的四个US单元。至少一个能由第一超声单元沿着第一测量路段在上游发射的第一超声脉冲能由第二超声单元探测，并且至少一个能由第三超声单元沿着第二测量路段在下游发射的第二超声脉冲能由第四超声单元探测。
按照该另一个实施变型方案足够的是，所述US单元仅为超声发射器或超声接收器。这样第一和第三超声单元可以是单纯的发射器，第二和第四超声单元可以是单纯的接收器。然而要说明，这不是强制需要的。而也可能的是，至少一个或所有US单元在结构上是相同的，即为发射接收单元，并且仅通过其电的接线或通过传感器电子装置的操控只作为接收器或只作为发射器使用。
优选地，所述第一和第二测量路段可以交叉。这能够实现，标识环形流或具有环形流动矢量的流并且在流量计算时考虑、尤其是消除这点。强烈的环形流至少在抽吸接管中基于工作轮到所述抽吸接管中的反作用而存在并且可能影响测量精度。
有利的是，所述第一和第二超声单元集成到抽吸接管、压力接管和/或泵室的壁中。这样两个US单元可以集成在抽吸接管的同一个壁中或在压力接管的壁中或在泵室的壁中。此外也可能的是，一个US单元处于所述壁之一中并且另一个US单元处于另一个所述壁中。US单元借此由相应的壁包围并且是壁的组成部分。这具有优点，即，所述US单元不是或至少不是远地伸入到回转泵的流动路径中、即抽吸接管或压力接管的通道中或至少不是远地伸入泵室中并且因此仅最小地影响该流动路径。这减少流动阻力，最小化压力损耗并且因此提高回转泵的效率。
按照另一种实施变型方案，所述US单元之一可以集成在抽吸接管、压力接管或泵室的壁中，而另一个US单元设置在抽吸接管、压力接管的通道中或泵室的内部空间中。
优选地，US单元置入在相应的壁的袋形的空隙中。将发射接收单元于是例如可以从相应的接管通道出发地装入到相应的空隙中。在泵室的情况中，装入可以在拆卸的泵壳体中进行，因为在该情况中泵室的内部可自由接近。
通过袋形的空隙，壁向外至少尽量封闭。仅US单元的一个连接线缆可以引导通过空隙的底部上的壁。该引导通过部可以以密封剂例如树脂来填充，从而不存在泄漏的危险。
在空隙的区域中或周围，泵的壳体可以具有向外定向的加厚部，从而尽管存在空隙但泵壳体体的壁厚还足够厚来保证在泵压时泵壳体的稳定性。
备选于袋形的空隙，可以在壁中设有孔，US单元可以通过所述孔从外面装入到泵壳体的壁中、即所述接管壁之一中或所述泵室壁中。US单元为此例如可以在其外侧上具有螺纹，US单元可以借助所述螺纹拧入到泵壳体的壁中的相应的螺纹孔中。同时在螺纹上可以施加粘合材料和/或密封材料，从而US单元在拧入之后密封且固定地置入在泵壳体壁中。
US单元在所述抽吸接管之一或泵室中的设置例如可以借助保持机构进行，US单元由所述保持机构来保持或支承。保持机构例如可以支撑在接管通道或泵室的内部空间的内侧或紧固在接管或泵室的壁上。
特别有利的是，沿着测量路段设置至少一个反射器。这保证在将US单元设置在接管或泵室内时的灵活性。通过使用反射器可以使超声脉冲的信号通过行程(Signallaufweg)换向，从而发射接收单元理想地不必设置在流的对置的侧上，而是可以设置在同一侧上。
反射器可以通过镜形成，所述镜如发射接收单元那样应设置在抽吸接管、压力接管或泵室的内侧，例如设置在与其形状相应的凹部中，以便同样不提高流动阻力。然而备选地在抽吸接管、压力接管或泵室的壁的内侧上的反射性覆层也可以用作反射器。此外也可以在测量路段内设置多个反射器。
对于运行时间差测量足够的是，至少一个超声脉冲由相应的超声发射单元发射。然而有利并且应优选的是，所述流量测量装置这样设置，使得由相应的超声单元能发射一列相继的超声脉冲。这样的列称为连放(Burst)并且能够实现，由接收的脉冲形成平均值。这极大地改善测量精度，因为基于抽吸接管、压力接管和泵室中的强烈动态的紊流，各个脉冲可能强烈失真或甚至完全消失。在使用一列相继的超声脉冲提高至少足够良好地接收一些所述脉冲的机会。
优选地，所述超声单元通过外壳形成，在所述外壳中包围传感式或致动式起作用的部件、例如压电陶瓷，优选以片(丸)的形式。
US外壳可以直接装入到所述壁之一中的所述空隙之一中并且优选粘接在那里。备选地，外壳可以围在外壳支架中。外壳支架形成包围外壳的附加的外部的壳体。所述外壳于是可以连同外壳支架装入到空隙或所述壁之一中的孔中或紧固在所提到的保持机构之一中。例如外壳支架的外侧具有螺纹，以便将外壳拧入到壁的孔中。
所述外壳有利地由声透射的膜片或板封闭，超声单元的传感式或致动式起作用的部件贴靠在所述膜片或板上。所述起作用的部件例如可以与膜片或板粘接。所述板可以由金属的小板或塑料制成。通过所述起作用的部件的贴靠，膜片或板可以放出超声脉冲和/或接收这样的超声脉冲。所述膜片或板可以接收液体声音并且将其传输到发射接收单元的传感式起作用的部件上。此外，膜片或板可以本身激励来振荡并且借此用于将超声脉冲发射到液体中。
按照本发明的另一个有利的方面，所述传感器电子装置的至少一部分可以安放在抽吸接管或压力接管的外侧的壳体中。因为传感机构本身安放在泵内，所述设置在外面的电子装置可以实施为非常小的。在一种实施变型方案中，整个传感器电子装置可以安放在壳体中。
然而也可能的是，所述传感器电子装置的仅一部分在壳体中并且另一部分是回转泵的泵电子装置的部件。所述泵电子装置可以优选安放在回转泵上的接线盒中并且具有用于回转泵、尤其是其电动机的其他的控制的构件。这样电子芯片例如可以是传感器电子装置的第一部分，所述第一部分安放在抽吸接管或压力接管的外侧上的壳体中，所接收的超声脉冲输送给所述电子芯片并且所述电子芯片确定运行时间差。第二部分可以是微处理器，所述微处理器可以进行进一步的测量值处理，例如可以实施线性化、滤波(取平均值、用于噪声抑制的低通滤波)、温度补偿并且尤其是真正的体积流量计算，并且所述微处理器是泵电子装置的部件。
按照第三实施变型方案，所述传感器电子装置完全可以形成泵电子装置的一部分，即安放在回转泵的接线盒中。在两个最后提到的变型方案中，可以对于流量测量装置使用单独的微处理器。然而也可以使用本来用于控制泵所使用的、即已经是泵电子装置的一部分并且因此存在的微处理器。由此可以节省附加的微处理器，由此减少回转泵的容错率和制造成本。
为了提高测量精确性，所述抽吸接管和/或压力接管内的通道可以具有至少一个用于流动调节的引导元件、尤其是至少一个栅格、叶片、中插板、肋和/或翼片。这样的引导元件可以这样影响流动，使得测量路段的一个或两个超声单元的特别强烈的紊流被挡住。为此有利的是，将引导元件或至少一个这样的引导元件靠紧在超声单元旁地设置。例如优选横向于主流动方向设置的栅格可以有助于使流层化，即减少环形分量。叶片、中插板、肋和/或翼片可以从接管壁向内延伸到接管通道中并且例如形成平静流动的投影(Schatten)，发射接收单元可以设置在所述投影内。
备选或附加于引导元件，在抽吸接管和/或压力接管内的通道可以具有用于加速流动的收缩部。这具有如下优点，即，小的流也可以被检测。
此外备选或附加地，在抽吸接管和/或压力接管内的通道在超声单元上游和/或下游可以具有至少一个用于最小化流动分离和污物沉积的罩盖(Hutze)。
泵室具有通常螺旋空间和包围工作轮的侧向空间。按照本发明可以规定，所述测量路段或第二测量路段延伸通过该侧向空间。以这种方式可能的是，也可以直接在泵室中测量。
优选地，按照本发明的回转泵可以用于加热或冷却设备或者用于太阳能设备或新鲜水设备的加热泵。
附图说明
在附图中示意性示出并且接着更详细说明多个实施例。图中：
图1示出包括在抽吸接管和压力接管中的不同的超声发射接收单元的泵的外视图；
图2示出包括在接管壁中的超声发射接收单元的泵的沿着图1中的线A-A的剖视图；
图3示出包括同轴(Inline)定向的超声发射接收单元的泵沿着图1中的线A-A的剖视图；
图4示出包括在接管通道中的超声发射接收单元的泵沿着图1中的线A-A的剖视图；
图5示出包括在抽吸接管中的超声发射接收单元和一个反射器的泵沿着图1中的线A-A的剖视图；
图6示出包括在抽吸接管中的超声发射接收单元和三个反射器的泵沿着图1中的线A-A的剖视图；
图7示出按照图5的实施变型方案，包括在外面在抽吸接管上的传感器电子装置；
图8a示出包括超声发射接收单元和包括温度传感器的泵沿着图1中的线A-A的剖视图；
图8b示出温度传感器的结构形式；
图8c示出超声传感器的原理示意图；
图9示出包括泵室中的超声发射接收单元的泵的剖视图；
图10示出按照另一种实施变型方案的包括在泵室中的超声发射接收单元的泵的剖视图；
图11示出第一实施变型方案的超声单元的剖视图；
图12示出第二实施变型方案的超声单元的剖视图。
具体实施方式
在图1中以外视图示出用于输送液体的示例性的回转泵1，所述回转泵包括设置在泵室20中的不过在该视图中不可见的工作轮21(参看图9和10)以及分别连接在泵室20上的抽吸接管16和压力接管17。所述抽吸接管和压力接管彼此处于同轴，即它们的中轴线处于一条线上。回转泵1此外具有基于超声的流量测量装置2、3、18，所述流量测量装置具有用于发射和探测超声脉冲的至少一个第一和第二发射接收单元2、3。然而也可以在回转泵1内实现两个或更多超声单元。测量路段6处于两个超声单元之间。
图1示出这些超声单元2、3的五种不同的布置结构，所述布置结构可以择一地或选其中的两个或更多个累积地设置。两个超声单元2、3分别形成一对并且处于面对面。所述超声单元设置在相应的接管16、17内侧。传感器测量路段6平行于流地或与所述流成小于90度的角度延伸。三个备选的布置结构存在于抽吸接管16中、两个备选的布置结构存在于压力接管17中。在抽吸接管16中，两个测量路段6与主流动方向成角度。测量路段6平行于主流动方向并且处于轴线5上。在此要说明，主流动方向从下向上，即从抽吸接管至压力接管。发射接收单元2、3安装在泵1的抽吸接管16或压力接管17的外侧上并且观察或测量体积流量。
发射接收单元2、3现在这样设置，使得能由第一发射接收单元2在上游发射的第一超声脉冲能由第二发射接收单元3探测，并且至少一个能由第二发射接收单元3在下游发射的第二超声脉冲能由第一发射接收单元2探测。流量测量装置2、3、18现在设置用于，确定第一和第二超声脉冲之间的运行时间差并且由此确定回转泵1的流量，如以下还要阐述的那样。
在图1中所有第二发射接收单元3沿着流动方向相对于第一发射接收单元2错开。不仅在所述三个存在于抽吸接管16中的发射接收单元对2、3中而且在所述两个存在于压力接管17中的发射接收单元对2、3中，在相应的对2、3之间存在的相应的测量路段6交叉。
发射接收单元2、3分别由超声外壳(US外壳)形成，所述超声外壳按照其操控不仅可以作为超声发射器而且可以作为超声接收器起作用。因此以下使用概念US外壳2、3作为超声单元2、3的同义词。
在图8c中给出超声单元2、3的示意图，所述超声单元在图11和12中通过超声单元2、3的两个示例性的实施变型方案具体化。超声单元2、3包括在这里以压电陶瓷的结构的传感式或致动式起作用的部件19，所述陶瓷由外壳13或一种管包围。外壳13具有6mm至9mm之间、尤其是大约8mm的外径。起作用的部件19在图11中与膜片11、在图12中与板11耦联、尤其是粘接，所述膜片或板可以接收和发射超声波。US外壳2、3的运行特性借此是互逆的(reziprok)。膜片11或板11保护起作用的部件19以防液体。膜片11例如可以由钒制成。所述膜片在图11中在两侧凸出地构成。陶瓷19形锁合地贴靠在膜片11的背侧上。在膜片11和外壳13之间在超声单元2、3的朝向液体的一侧上有密封外壳13的O形环26。在压电陶瓷19的背侧在两个变型方案中是具有中央的线缆通道23的压板25，连接线缆24通过所述线缆通道引导至陶瓷19。为了安装到泵1中，US外壳2、3分别受保护地置入在外壳支架4中，参看图1。
按照一种备选的、未示出的变型方案，膜片11或板11和外壳13可以一件式地由金属制成的帽形的深冲件形成，起作用的部件19置入并且尤其是浇注在所述深冲件中。
因此在朝向输送介质的一侧上，US外壳2、3和/或外壳支架4通过声透射的膜片11或板封闭，以便保护发射器和/或接收器以防介质。膜片11或板可以由金属或塑料制成。
外壳支架4形锁合地装入在接管壁7、8内的空隙中尤其是孔或袋形的空隙中、如盲孔中。外壳支架4的外侧可以具有螺纹，以便可以将其装入到相应的螺纹孔中。图1只示出US外壳2、3的布置结构的原理示意图。尽管在该视图本身中仅外壳支架4的在外面从壳体伸出的区段可见，但是所述US外壳被完全示出。在这里有利的是，泵壳体在外面围绕US外壳2、3具有材料更多量、即加厚部，从而外壳2、3完全置入在相应的壁中。
US外壳2、3可以经由抽吸接管16或压力接管17的液压开口以及在侧向从外面穿过泵壁7、8引入到泵1或泵壳体中。
每个连接的US外壳2、3不仅可以作为发射器而且作为接收器使用或操控。因此测量路段6包括两个US外壳2、3。对US外壳2、3提供发射信号可以交替地进行。即，“第一发”例如沿着介质的流动方向进行，“第二发”反向进行，其中，这也可以以相反的次序进行。
这样所述一个US外壳2首先是发射器，而另一个是接收器3。在第二发中转换并且US外壳2、3被相反地提供信号。这意味着，这时相应另一个US外壳3是发射器，而之前发射的US外壳2这时是接收器。由此产生两个沿着同一个路段6的运行时间，其中，液体的流动加速沿着流动方向发射的脉冲，减速逆着流动方向发射的脉冲，从而在两个运行时间中存在明确的区别。流动运行时间彼此相减而产生可以用于计算流量的运行时间差。
在已知的横截面中现在可以确定每时间单位的体积流量。如果测量路段6不是与压力接管17或抽吸接管16中的流动矢量平行或重合(这在图1中仅在相对于接管16、17同轴式设置的US外壳2、3情况如此)，而是与主流动方向成一角度，那么运行时间差的值还要与因数cos alpha相乘，其中alpha是在液体的流动方向和超声发射方向之间的角度。
备选地可以相互计算(verrechnen)在抽吸接管16或压力接管17中的两个彼此对置的、交叉的测量路段6。在该方法中US外壳不是如在上面所述的方法中分别转换为发射器或接收器并且然后又转换为接收器或发射器。而是一对中的其中一个US外壳是一个单纯的发射器，而另一个是一个单纯的接收器。一对2、3在测量路段6上测量随着流动方向的运行时间并且另一对2、3在另一个测量路段6上测量逆着流动方向的运行时间。当然这些测量也必须交替地进行，以便信号不相互影响。出于简单性原因，推荐测量路段6设计为等长的，从而运行时间相同长，即布置结构对称地对置。但也可以基于可补偿性(例如借助偏移值)以不同长的测量路段6生成信号，只要这点出于结构性原因不能在US单元在泵1内的布置结构中以其它方式解决。
按照在图1中例如在抽吸接管16或压力接管17中可以实现的实施方式，超声单元2、3安装在泵1的抽吸侧16或压力侧17的不同的外侧上，观察/测量体积流量，其中，超声单元2、3“面对面地”地对置，测量路段相对于流动方向成角度并且交叉，从而超声单元2、3在十字形上测量。
相对于涡流传感器、IDM传感器和排挤传感器(-Sensor)，按照超声运行时间原理工作的流量测量装置可以几乎完全集成到流动路径、例如抽吸接管或压力接管中并且因此不要求附加的显著改变泵的尺寸的结构空间。相对于以前的解决方案(磁感应、涡流、工作轮或涡轮)，利用该传感器装置原则上还能更简单地将流量传感器集成到泵中，而不会显著妨碍介质通过泵的流动路径。
图2至10示出用于超声单元2、3在泵内的布置结构的其他示例。在各图中分别通常同时示出多个备选方案，在实际上需要实现其中相应仅一个布置结构。US单元2、3在图2中装入到接管16、17的壁7、8中。在图3中所述US单元在接管16、17内基本上同轴地设置，其中，仅在抽吸接管16中在上游接收的US单元3置入在接管壁7中，而其余的US单元2、3由保持元件12保持在相应的接管通道16a、17a内。
图4示出两个另外的布置结构，其中，US单元2、3同样不处于壁7、8中而是处于接管通道16a、17a内。在抽吸接管16中，测量路段6基本上沿着接管壁7延伸。在压力接管17中，测量路段6大致处于压力接管的中轴线上。
对于沿着侧壁7、8的布置结构，如在图3和4中示出的，存在销状的保持机构13，所述保持机构部分地包围在一个端部上在壁7中并且在其另一个端部上支承发射接收单元2、3。
在按照图5、6和7的实施方式中，两个US外壳2、3在同一个侧上设置在抽吸接管16的侧壁7中，其中，一个或多个反射器10反射超声脉冲。发射接收单元2、3安装在泵的抽吸侧16或压力侧17的外侧上并且观察/测量体积流量，其中，相对于一个面反射性地以入射和反射角进行测量。
US外壳2、3一方面形成发射器并且一方面形成接收器，其中，声波在测量路段6上沿着两个方向运行。在这里在按照图5的实施方式中声波通过反射器10反射，所述反射器设置在与US外壳2、3对置的接管内壁7上。反射器10沿着流动方向处于所述两个US外壳之间。在这里所述布置结构也这样相互对准，使得所述US外壳2、3中的其中一个所发射的US脉冲被这样反射，使得其被另一个US外壳3、2接收。在该反射性地工作的方法中，测量路段具有V形。反射的质量可以借助镜、例如测量路段中的光滑的针对入射和反射角优化的面来优化。
按照图6的实施例与按照图5的实施例的区别在于，在接管内壁上设置三个反射器10，所述反射器使测量路段6三次转向。在该反射性地工作的方法中，测量路段具有W形，从而存在多次反射，这开启用于US外壳2、3的较灵活的布置可能性。
在按照图7的实施方式中，在抽吸接管16的外侧上紧固有包围传感器电子装置18的壳体14。出于简单原因在这里对于传感器电子装置18只示出电路板15，用于操控US单元和用于处理测量信号的电气和电子构造元件设置在所述电路板上。壳体14覆盖US外壳2、3的在外面从接管壁7凸出的区域。流量测量装置的传感器电子装置18因此可以紧邻于超声外壳2、3。备选地也可能的是，传感器电子装置18完全或其至少一部分处于泵电子装置中。这样运行时间差的确定例如可以借助一个芯片进行，所述芯片安放于在外面安装在抽吸接管16上的壳体14中。运行时间差于是可以通过相应的导线或经由无线电传输至泵电子装置，其中，由运行时间差和流动横截面可以确定体积流量。尤其是泵电子装置可以实施测量值的与温度相关的补偿。双向的通讯能够实现，在泵或设备的确定的运行状态中，传感器可以被通知并且于是例如归零或按照确定的值/特性曲线校准。
用于传感器电子装置18的壳体14此外可以是泵电子装置的壳体的组成部分或法兰连接或***到该泵电子装置的壳体上，从而用于传感器电子装置的壳体可以模块化地使用。
流量测量装置和/或泵可以装备有尤其是带有小时、日存储、月量存储、年量存储和/或值的输出的长时间存储器。在这里可以设置用于数据长时间存储器的长期电池。泵电子装置和流量测量装置可以优选具有双向的无线电连接如无线M总线以用于远程查询或读取数值、参数或配置。备选地也可以设置固定的线缆敷设，可选地借助LON、KNX、Bacnet、EIB或LCN。用于运行时间差、流量和体积流方向的值可以通过相应的接口数字式以及模拟式地输出。
按照图8a的实施例与按照图7的实施例的区别在于，在不同的备选位置上设置有至少一个温度传感器22，所述温度传感器确定在抽吸接管16中的输送介质的温度。温度传感器20可以安放在靠近介质的孔中或泵壳体的靠置面中。备选地，所述温度传感器可以如在图8b示出的在US外壳2、3中靠近介质地安放或安装在US外壳2、3上或外壳支架4的内边缘上。借助温度可以进行测量值的补偿，因为US外壳2、3的测量值是强烈温度敏感的。温度传感器22也可以设置在US外壳2、3内或外壳支架4内。图8b也示出可以使用在这里的温度传感器22(T传感器)的不同结构形式。
图9和10示出按照本发明的回转泵1的其他的实施变型方案，其中，两个超声单元设置在泵室20的内侧。泵室20具有螺旋空间20a和侧向空间20b，工作轮21置入在所述螺旋空间中，所述侧向空间在周围包括工作轮21。在图9中，两个发射接收单元2、3集成在泵室20的泵壁9中，其中，在它们之间构成的测量路段6处于侧向空间20b中并且平行于接管16、17的轴线5定向。而在图10中该测量路段大致垂直于轴线5。然而也可以规定任意的其他角度。
超声单元2、3的污染可以借助幅度调制(加强的信号发射)来补偿。为此相应的接收信号由传感器电子装置18观察并且发射信号或/和接收信号被加强。
附加地或备选地，可以设置对污染物不敏感的覆层，例如由塑料如聚四氟乙烯或金属制成的覆层。
按照本发明的基于超声的流量测量装置按照运行时间(渡越时间、飞行时间)原理工作。这本身已知并且在图13中简短描述。在那里示出两个用于形成运行时间差Δt的脉冲序列t1和t2。在此S表示发射的超声单元，E表示接收的超声单元。对于超声脉冲在液体中的传播速度为c0(音速)时需要时间t1来沿着流动方向达到接收器E，有t1＝d/(c0+v*cosα)。对于超声脉冲在液体中的传播速度为c0时需要的时间t2来逆着流动方向达到接收器E，有t2＝d/(c0-v*cosα)。在这里d是发射器和接收器单元之间的距离，v是平均的流动速度。在测量路段平行于流动方向的情况下，即当不存在角度(α＝0)时，得出方程t1＝d/(c0+v)或t2＝d/(c0-v)。
运行时间差Δt计算上得出为
Δt＝2*d*v*cosα/(c0 2-v2*cos2α)≈2*d*cosα*v/c0 2(1)。
由此对于流动速度得出
v＝Δt*c0 2/2*dcosα(2)。
如果不存在角度(α＝0)，则运行时间差：Δt＝t2–t1(3)。产生的流动速度这时是v＝d*(t2–t1)/(2t1*t2)(4)。
流量Q于是由方程(1)和(2)或(3)和(4)按照
Q＝A*v
来计算，其中，A是测量路段的横断面积。实际中由多个在时间上彼此配置的运行时间测量来确定液体的流动速度v的值作为平均值。基于测量路段的不均匀成形的横截面A，体积流量/流量可以非数字地计算，而是通过参考测量装置来校准。
借助按照本发明的超声流量测量装置也可以尤其是按照介质类型、介质组成(例如在水-乙二醇-份额方面)和介质质量(例如在污染、老化、外来介质的渗透方面)进行介质的分析，以及也借助运行时间测量和温度测量进行泵或泵设备的诊断。
此外可以基于双向的测量可能性识别回流，所述回流例如可能在设备中的回流阻止器损坏时或在通过***中的其他泵溢流时、例如在包括在各消耗器上的分散的泵的加热***中产生。此外基于接收信号质量也可能的是，识别空气或气泡。此外，可定性地探测防冻剂成分(例如乙二醇)。为此超声流量测量装置可以与上级的泵电子装置或中央的泵控制装置通讯。除了(模拟式或数字式)输出比例信号之外，也可想到在例如超过沿错误方向的流量的情况下将改变的信号作为警报输出。
此外有利的是，泵具有显示装置，在所述显示装置上可以显示当前的体积流量、流动方向、计数器读数(以l/h、m3/h、l/min、m3/min为单位的年量、月量、日量)以及温度测量值和热量测量值以及测量装置的错误。
传感器此外通过其电子装置提供如下可能性，即，对于测量数据实现数据记录仪/记录器的功能。这样例如可以将体积流量和介质温度、优选还有所达到的峰值(最小值和最大值)、亦即例如最小的流量、最大的流量和/或最小的和最大的温度)存储在历史中。其他的说明如流动方向；工作小时、错误/运行干扰和介质的诊断值也可以关于时间存储并且从存储器中重新读取。
按照本发明的流量测量装置提供在测量技术上优化的传感器测量路段，其中，可以实现光滑的壁走向。可以避免导致污染物聚集的分离边缘和凹槽。只要存在空隙、孔或盲孔，超声外壳2、3这样装入所述空隙、孔或盲孔中，使得膜片11或板相对于壁的内侧在构成凹槽的情况下向后错开，则所述凹槽例如可以通过聚合物树脂理想地完全填充，以便实现在壁7、8、9的内侧上的光滑的壁走向。
基于集成的测量原理，流量测量装置在没有大的流动调节措施的情况下已经生成优化的测量结果。然而为了改善测量信号质量或测量结果可以在至少一个所述超声单元的流入和/或流出中进行流动调节。这样例如可以将流动调节元件、尤其是用于层化流动的机构、例如栅格、叶片、中插板、肋、翼片等设置在流动路径中。这样例如可以在抽吸侧或压力侧设置流动调节元件。备选或组合地，这样的元件可以在流入和/或流出区域中靠近工作轮22地设置。
流动调节的另一种型式可以通过流入通道的横截面最小化进行，由此引起在超声单元的入口中的流动加速。尤其是在输入通道中可以存在特别的横截面造型。这样在抽吸接管16中的接管通道16a或在压力接管17中的接管通道17a例如可以是椭圆形或椭圆的。
备选或附加地，流动调节可以通过将罩盖加入到US单元2、3上游或下游的流动路径中，以便最小化流动分离和污物沉积。
有利的是，泵液压装置这样设计，使得最小化对测量路段的反作用，例如通过使用径向的工作轮或通过使用尽可能小的轮侧空间20b。至工作轮的无棱边的流入也减少对测量路段的反作用。
按照超声运行时间原理工作的流量测量装置可以提供大约200：1和更高(直到500：1)的Qmax/Qmin比例，此外由此引起，最小可检测的下流动速度范围可以处于0.02米/秒。借此流量测量装置可以在所定义的测量不确定性(精确性)内检测显著较大的体积流量范围。特别是测量范围“向下”扩展。这又能够实现零量探测并且借此能够实现泵或设备的所定义的小的流量的检测。概念零量在这里通过应用来定义并且按照值来确定而不是通过传感器来确定。
可预期的压力损耗与结构相关地小于在常规的传感器原理中的情况，因为对于超声运行时间原理所必需的发射器和接收器构件可以安放在流动路径外或至少不显著面状覆盖地(涉及流动通道的横截面)伸入到所述流动路径中。与此相对，在按照本发明的变型方案中可以实现技术上可兼容的例外情况，例如参看在图3和4中的US单元的同轴布置结构。
超声原理对污染物较不敏感地响应。传感器构件表面的相应的构造和流动行程的防污的构造还辅助该特性。
另一个优点是，泵1连同流量测量装置构成一个完整构件，所述完整构件不需要其他单独的体积流量传感机构或用于介质温度的温度传感机构。该完整构件“泵+传感机构”因此可以看作一个唯一的构件，所述构件检测其介质、本身可以直接确定其工作点并且因此可以受控制或调节地按照例如恒定的体积流量亦或热量进行输送，并且所述构件本身可以测量对此需要的参数体积流量和介质温度和必要时介质组成。该完整构件基于集成的传感机构因此不要求在设备中的另外的空间需求。这还节省通过其他的(液压、电气)接头和密封装置而造成的成本。
以下简要概括本发明的其他特征和优点。
-流量测量装置能作为水表、热量计算器、热量表、冷量计算器、空调计算器、每单位时间的体积流量(计量)来使用；
-流量测量装置比已知的上述传感器原理对污染物较不敏感；
-流量测量装置在运行中是噪音小的，因为不存在可运动的部件；
-起始值比在工作轮、涡轮或涡流传感器的情况下更有利；
-流量测量装置不限制泵1的安装位置；
-因为不存在可运动的部件，所述该传感器比涡轮或工作轮磨损更低且噪声更低。
-由于用于液压装置和电气装置的较小的安装耗费而简单投入运行(相对于分开的构件)。
-泵连同传感器在测量技术上可标定，即，传感器可以一方面匹配于所述泵之一或按照需要特别关注或强调特定的测量范围。
实施例
按照本发明的泵可以是太阳能泵，例如用于热量检测(收益检测)的流量测量装置集成在所述太阳能泵中。一般地，能够将按照本发明的泵集成在太阳能设备中以用于功能控制。备选地，所述泵可以是新鲜水站泵、加热泵或计量泵。作为加热泵，流量测量装置可以同样用于热量计量。最后，流量测量单元也可以用于泵或泵设备的功率测量或功率调节。泵1可以是湿式转子或干式转子。

Claims (17)

1.回转泵(1)，其用于输送液体，所述回转泵包括设置在泵室(20)中的工作轮(21)和分别连接在泵室(20)上的抽吸接管(16)和压力接管(17)，其特征在于基于超声的流量测量装置(2、3、18)，所述流量测量装置具有至少两个用于发射和/或探测超声脉冲的超声单元(2、3)，所述超声单元在内侧设置在抽吸接管(16)、压力接管(17)和/或泵室(20)中或者抽吸接管、压力接管和/或泵室上，其中，在各超声单元(2、3)之间形成至少一个测量路段(6)，沿着所述测量路段，至少一个能由其中一个所述超声单元(2)在上游发射的第一超声脉冲能由另一个所述超声单元(3)探测，并且至少一个能由其中一个所述超声单元(3)在下游发射的第二超声脉冲能由另一个所述超声单元(2)探测，其中，所述流量测量装置(2、3、18)具有用于确定第一和第二超声脉冲之间的运行时间差和用于由所述运行时间差确定回转泵(1)的流量的传感器电子装置(18)。
2.按照权利要求1所述的回转泵(1)，其特征在于，所述超声单元(2、3)是组合的发射接收单元(2、3)，其中，所述至少一个第一超声脉冲能由第一发射接收单元(2)发射并且能由第二发射接收单元(3)探测，并且所述至少一个第二超声脉冲能由第二发射接收单元(3)发射并且能由第一发射接收单元(2)探测。
3.按照权利要求2所述的回转泵(1)，其特征在于，所述流量测量装置(2、3、18)具有用于发射和探测超声脉冲的第三和第四发射接收单元(2、3)，其中，在第三和第四发射接收单元(2、3)之间形成第二测量路段(6)，沿着所述第二测量路段，至少一个能由第三发射接收单元(2)在上游发射的第一超声脉冲能由第四发射接收单元(3)探测，并且至少一个能由第四发射接收单元(3)在下游发射的第二超声脉冲能由第三发射接收单元(2)探测。
4.按照权利要求1所述的回转泵(1)，其特征在于，所述流量测量装置(2、3、18)具有用于发射和/或探测超声脉冲的两个另外的超声单元(2、3)，其中，在所述两个另外的超声单元(2、3)之间形成第二测量路段(6)，并且至少一个能由第一超声单元(2)沿着第一测量路段(6)在上游发射的第一超声脉冲能由第二超声单元(3)探测，并且至少一个能由第三超声单元(2)沿着第二测量路段(6)在下游发射的第二超声脉冲能由第四超声单元(2)探测。
5.按照权利要求3或4所述的回转泵(1)，其特征在于，所述第一和第二测量路段(6)交叉。
6.按照上述权利要求之一所述的回转泵(1)，其特征在于，所述超声单元(2、3)集成到抽吸接管(16)、压力接管(17)和/或泵室(20)的壁(7、8、9)中，尤其是置入在壁(7、8、9)中的袋形的空隙中。
7.按照上述权利要求之一所述的回转泵(1)，其特征在于，一个测量路段(6)的超声单元(2、3)之一集成在抽吸接管(16)、压力接管(17)或泵室(20)的壁(7、8、9)中，并且该测量路段的另一个超声单元(2、3)设置在抽吸接管(16)、压力接管(17)的通道(16a、17a)中或泵室(20)的内部空间(20b)中。
8.按照上述权利要求之一所述的回转泵(1)，其特征在于，在所述第一和/或第二测量路段(6)内设置有至少一个反射器(10)。
9.按照上述权利要求之一所述的回转泵(1)，其特征在于，所述流量测量装置(2、3、18)这样设置，使得能由所述其中一个和/或所述另一个超声单元(2、3)发射一列相继的超声脉冲。
10.按照上述权利要求之一所述的回转泵(1)，其特征在于，所述超声单元(2、3)通过外壳(13)形成，在所述外壳中包围超声单元(2、3)的传感式或致动式起作用的部件(19)。
11.按照权利要求10所述的回转泵(1)，其特征在于，所述外壳(2、3)由声透射的膜片(11)或板(11)封闭，超声单元(2、3)的传感式或致动式起作用的部件(19)贴靠在所述膜片或板上。
12.按照上述权利要求之一所述的回转泵(1)，其特征在于，所述传感器电子装置(18)的至少一部分安放在抽吸接管(16)或压力接管(17)的外侧上的壳体(14)中，和/或所述传感器电子装置(18)是回转泵(1)的泵电子装置的部分。
13.按照上述权利要求之一所述的回转泵(1)，其特征在于，所述抽吸接管(16)和/或压力接管(17)内的通道(16a、17a)具有至少一个用于流动调节的引导元件、尤其是至少一个栅格、叶片、中插板、肋和/或翼片。
14.按照上述权利要求之一所述的回转泵(1)，其特征在于，在抽吸接管(16)和/或压力接管(17)内的通道(16a、17a)具有用于加速流动的收缩部。
15.按照上述权利要求之一所述的回转泵(1)，其特征在于，在抽吸接管(16)和/或压力接管(17)内的通道(16a、17a)在超声单元(2、3)上游和/或下游具有至少一个用于最小化流动分离和污物沉积的罩盖。
16.按照上述权利要求之一所述的回转泵(1)，其特征在于，所述泵室(20)具有螺旋空间(20a)和包围工作轮(21)的侧向空间(20b)，并且所述测量路段(6)或所述第二测量路段(6)在侧向空间(20b)中延伸。
17.按照上述权利要求之一所述的回转泵(1)，其特征在于，所述回转泵是用于加热或冷却设备的加热泵或者用于太阳能设备或新鲜水设备的回转泵(1)。
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