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Technisches
Gebiet
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Ultraschall-Durchflussmesser
werden im Automobilbereich, insbesondere im Ansaugtrakt von Verbrennungsmotoren,
zur Volumenstrom- oder Massenstrommessung eingesetzt. Dabei werden
typischerweise Ultraschallwandler eingesetzt, welche sowohl Ultraschallwellen
in ein fluides Medium (Fluid) emittieren können als auch Ultraschallwellen
empfangen können.
Dabei wird die Laufzeit von Ultraschallsignalen, welche von einem
Emitter zu einem Empfänger übermittelt
werden, durch die Strömung des
Fluids beeinflusst. Aus dem Grad der Beeinflussung der Laufzeit
lässt sich
auf die Strömungsgeschwindigkeit
des Fluids schließen.
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Aus
der
GB 2 101 318 A ist
ein Ultraschall-Durchflussmesser bekannt, bei welchem zwei Ultraschallwandler
auf gegenüberliegenden
Seiten eines von einem Fluid durchströmten Rohres angebracht sind.
Dabei sind die Wandler leicht versetzt zueinander angeordnet, so
dass Ultraschallwellen, welche von einem Wandler emittiert und von
dem zweiten Wandler empfangen werden, sich unter einem von 90° verschiedenen
Winkel zur Strömungsrichtung
des Fluids ausbreiten.
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Neben
der in der
GB 2 101
318 A beschriebenen Anordnung sind auch Ultraschall-Durchflussmesser
bekannt, bei welchen Ultraschallwellen, welche von einem Ultraschallwandler
emittiert werden, zunächst
ein- oder mehrfach reflektiert werden, bevor sie von einem zweiten
Ultraschallwandler, welcher auf der selben Seite des durchströmten Rohres angeordnet
ist wie der erste Ultraschallwandler, empfangen werden. Derartige
Anordnungen sind beispielsweise in der
EP 0 477 418 A1 , in der
GB 1 541 419 und in der
JP 59100820 A beschrieben.
In der
EP 0 477 418
A1 ist dabei eine aus zwei Ultraschallwandlern und einer
Reflektoranordnung bestehende Einheit in eine zusammenhängende Einbaueinheit integriert,
welche in ein Messrohr eingebaut werden kann.
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Das
Funktionsprinzip dieser dem Stand der Technik entsprechenden Messanordnungen
ist in
1 dargestellt.
Dabei wird ein Strömungsrohr
110 von
einem Fluid
112, beispielsweise Luft, im Wesentlichen laminar
mit einer Strömungsgeschwindigkeit
114 durchströmt. Zwei
Ultraschallwandler
116 und
118 sind derart auf
gegenüberliegenden
Seiten des Strömungsrohrs
110 angeordnet,
dass der erste Ultraschallwandler
116 Ultraschallwellen
emittieren kann, welche vom zweiten Ultraschallwandler
118 empfangen
werden können,
wobei diese Ultraschallwellen sich mit einer Geschwindigkeit v ⇀
UL 120 unter einem von 90° verschiedenen
Winkel α zur
Strömungsgeschwindigkeit
114 ausbreiten.
In der dargestellten Anordnung breiten sich die Ultraschallwellen vom
Ultraschallwandler
116 zum Ultraschallwandler
118 aufgrund
der Bewegung des Fluids
112 mit der Geschwindigkeit
114 mit
einer gegenüber
einem unbewegten Fluid
112 erhöhten Geschwindigkeit v
UL,1 aus:
vUL,1 = VUL +
vFL·cosα (1) -
Dabei
bezeichnet vUL die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Ultraschallwellen in einem unbewegten Fluid. Werden hingegen
Ultraschallwellen vom Ultraschallwandler 118 emittiert
und vom Ultraschallwandler 116 empfangen, so breiten sich
diese Wellen mit einer gegenüber
der Ausbreitungsgeschwindigkeit vUL im unbewegten
Fluid 112 verringerten Geschwindigkeit vUL,2 aus: vUL,2 =
vUL – vFL·cosα (2)
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Vergleicht
man eine Laufzeit t
1, welche ein Signal
vom Ultraschallwandler
116 zum Ultraschallwandler
118 benötigt mit
einer Laufzeit t
2, welche ein Ultraschallsignal
vom Ultraschallwandler
118 zum Ultraschallwandler
116 benötigt, so
lässt sich
daraus die Strömungsgeschwindigkeit
v
FL 114 des Fluids bestimmen:
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Eine
analoge Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit
v
FL lässt
sich auch für
Reflexionsanordnungen, wie sie beispielsweise in der
EP 0 477 418 A1 beschrieben
sind, durchführen.
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Die
im Stand der Technik beschriebenen Anordnungen weisen jedoch alle
das Problem auf, dass der Winkel α in 1 für eine erfolgreiche Strömungsmessung
genügend
klein, zumindest aber wesentlich kleiner als 90° sein muss. Daraus ergibt sich das
Problem, dass die Oberflächen
der Ultraschallwandler 116, 118 sich nicht wandbündig in
die Innenfläche
des Strömungsrohres 110 einpassen
lassen. Es ergeben sich also Ausbuchtungen 122 des Strömungsrohrs 110 im
Bereich der Ultraschallwandler 116, 118, welche
Turbulenzen und Strömungsablösungen zur
Folge haben. Diese Turbulenzen bewirken Druckschwankungen und können zu
störenden Signalbeiträgen führen, die
den eigentlichen Ultraschallsignalen als Rauschen überlagert
sind.
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Ein
weiterer Nachteil dieser Turbulenzen und Strömungsablösungen besteht darin, dass
sich in den Turbulenzbereichen in dem strömenden Medium enthaltene Verschmutzungen
oder Partikel, wie zum Beispiel Staub, Öl- oder Wassertröpfchen,
bevorzugt niederschlagen. Eine mögliche
Abhilfemöglichkeit liegt
darin, keilförmige
Anpassungskörper
einzusetzen, welche die Ausbuchtungen 122 des Strömungsrohrs 110 ausfüllen, aber
durchlässig
sind für
Ultraschallwellen. Nachteilig ist hierbei allerdings, dass die Schichtdicke
der keilförmigen
Anpassungskörper über den
Querschnitt eines emittierten Ultraschallbündels variiert. Dadurch wird
eine Resonanzanpassung zur effizienten Ultraschalleinkopplung in
das strömende
Medium erschwert. Weiterhin reagiert ein solcher Aufbau empfindlich
auf Körperschalleinkopplungen
im Strömungsrohr 110.
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Darstellung
der Erfindung
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Die
Erfindung schlägt
daher einen Ultraschall-Durchflussmesser zur Messung des Volumenstroms
und/oder des Massenstroms eines Fluids vor, welcher insbesondere
im Ansaugtrakt eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors eingesetzt
werden kann.
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Die
Erfindung basiert auf einem dem Stand der Technik entsprechenden
Ultraschall-Durchflussmesser
zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit
eines mit einer Hauptströmungsrichtung
im Wesentlichen laminar strömenden
Fluids. Dabei werden mindestens zwei Ultraschallwandler eingesetzt,
wobei die Ultraschallwandler unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung
Ultraschallwellen in das strömende
Fluid emittieren bzw. Ultraschallwellen empfangen können. Der
Kern der Erfindung besteht darin, dass mindestens ein Turbulator
in Hauptströmungsrichtung
vor mindestens einem der Ultraschallwandler angeordnet wird. Dieser
Turbulator erzeugt in mindestens einem an den mindestens einen Ultraschallwandler
angrenzenden Bereich des Fluids Turbulenzen.
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Bei
diesen Turbulatoren kann es sich beispielsweise um Strömungsrillen,
Keile und/oder Stufungen, sowie um Kombinationen dieser Elemente handeln.
Vorteilhafterweise sind diese Elemente quer zur Hauptströmungsrichtung
ein- oder mehrfach unterbrochen.
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Der
erfindungsgemäße Einsatz
der Turbulatoren in der Umgebung der Ultraschallwandler bewirkt
eine Bildung von Wirbeln, welche Ablösezonen in den konstruktionsbedingten
Rohrausbuchtungen nahe der Ultraschallwandler verkleinern oder stabilisieren.
Die lokale Erzeugung von Turbulenzen bewirkt dabei, dass sich die
Strömung
insgesamt besser an die Konturen des Ultraschall-Durchflussmessers
anpasst, wodurch aerodynamisch verursachte Störsignale reduziert werden.
Das Strömungsmesssignal
wird dadurch wesentlich genauer. Dieser Effekt kann zusätzlich noch
durch eine geeignete Ausformung der Ausbuchtungen, insbesondere
durch Ausbildung abgerundeter Kanten an den Ausbuchtungen, verstärkt werden.
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Die
Erfindung lässt
sich sowohl auf lineare Anordnungen, wie sie beispielsweise in der
GB 2 101 318 A beschrieben
sind, als auch auf Reflexionsanordnungen, wie beispielsweise in
der
EP 0 477 418 A1 dargestellt,
anwenden. Auch eine vollständige oder
teilweise Integration der Anordnung in einen Steckfühler, welcher
in ein Strömungsrohr
einsetzbar ist, ist möglich
und erleichtert die praktische Einsetzbarkeit und Austauschbarkeit
des Ultraschall-Durchflussmessers. Insbesondere kann auch eine elektronische
Steuervorrichtung zum Ansteuern und/oder Auslesen mindestens eines
Ultraschallwandlers in den Steckfühler integriert werden. Die
elektronische Steuervorrichtung zum Auslesen mindestens eines Ultraschallwandlers
kann beispielsweise eine Elektronik zum Vorverarbeiten empfangener
Signale beinhalten. Auch entsprechende elektronische Steckverbindungen
zum Kontaktieren des Steckfühlers können integriert
sein. Weiterhin kann mindestens ein eine Reflexionsfläche aufweisender
Reflexionskörper
in den Steckfühler
integriert sein, wodurch sich beispielsweise eine der oben beschriebenen
Reflexionsanordnungen verwirklichen lässt. Vorteilhafterweise wird
dabei der mindestens eine Reflexionskörper derart in das Strömungsrohr
eingesteckt, dass Fluid auf beiden Seiten der Reflexionsfläche an dem Reflexionskörper entlang
strömen
kann. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass, wenn der Reflexionskörper nicht
an der Wand des Strömungsrohrs
anliegt, in der Strömung
eventuell enthaltene Wassertröpfchen
sich vor dem Durchströmen
des Steckfühlers
als Wandfilm am Strömungsrohr
niederschlagen, wobei der Wandfilm dann durch das Strömungs rohr fließen kann,
ohne die Reflexionsfläche
zu benetzen bzw. zu verschmutzen und somit die Reflexion zu stören.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 einen
schematischen Aufbau einer Anordnung zur Ultraschall-Durchflussmessung;
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2 eine
Schnittdarstellung eines Teils einer Ausführungsform einer Anordnung
zur Ultraschall-Durchflussmessung mit Schnittebene parallel zur
Hauptströmungsrichtung;
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3 eine
Ansicht der Anordnung gemäß 2 von
unten;
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4 eine
zur Anordnung gemäß 2 analoge,
dem Stand der Technik entsprechende Anordnung ohne Turbulatoren;
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5 eine
Darstellung der Wirbelbildung in der Anordnung gemäß den 2 und 3 in
Seitenansicht;
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6 eine
Darstellung der Wirbelbildung gemäß 5 in Ansicht
von unten;
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7 ein
zur Anordnung gemäß 2 alternatives
Ausführungsbeispiel
mit unterschiedlich angeordneten Turbulatoren und umgekehrter Hauptströmungsrichtung
in Schnittdarstellung mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung;
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8 eine
Ansicht der Anordnung gemäß 7 von
unten;
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9 eine
Ausführungsform
eines mit Turbulatoren ausgestatteten, in einen Steckfühler integrierten
Ultraschall-Durchflussmessers in Schnittdarstellung mit Schnittebene
parallel zur Hauptströmungsrichtung;
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10 einen
Teil einer zu 2 alternativen Ausgestaltung
eines Ultraschall-Durchflussmessers mit
Strömungsrillen
in Schnittdarstellung mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung;
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11 eine
Ansicht der Anordnung gemäß 10 von
unten; und
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12 eine
zu 10 alternative Ausführungsform mit einer abgerundeten
Kante.
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Ausführungsvarianten
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Das
Prinzip der Ultraschall-Durchflussmessung wurde bereits oben anhand
der 1 erläutert. Dabei
können
beispielsweise lineare Anordnungen (wie in 1) oder
auch Reflexionsanordnungen zum Einsatz kommen. In den 2 und 3 ist
ein Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Ultraschall-Durchflussmessers
dargestellt. Der Ausschnitt umfasst nur einen Bereich um einen Ultraschallsensor 116,
welcher in eine Wand eines Strömungsrohrs 110 eingelassen
ist. Das Strömungsrohr 110 wird
von einem Fluid 112 mit einer Hauptströmungsrichtung 210,
welche parallel zur Strömungsgeschwindigkeit 114 verläuft, durchströmt. Wie
bereits anhand von 1 erläutert, bildet sich vor dem
Ultraschallsensor 116 eine Ausbuchtung 122, innerhalb
derer Ablösegebiete
der Strömung
des Fluids 112 auftreten.
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Wie
in der Schnittdarstellung mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung 210 in 2 und
in der Ansicht von unten gemäß 3 dargestellt,
sind bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
Turbulatoren 212 in Strömungsrichtung vor
der Ausbuchtung 122 an der Wand des Strömungsrohrs 110 angeordnet.
In diesem Fall weisen die Turbulatoren 212 fünf ebene
Blättchen
mit keilförmigem
Querschnitt auf, welche äquidistant
an der Wand des Strömungsrohrs 110 angeordnet
sind und in die Strömung
des Fluids 112 hineinragen. Dabei ist jeweils die Spitze
des keilförmigen
Querschnitts vom Ultraschallwandler 116 abgewandt, wohingegen
die breitere Seite jedes Turbulators 212 den Ultraschallwandler 116 zugewandt
ist.
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Die
Wirkungsweise der Turbulatoren 212 soll anhand der 4 bis 6 erläutert werden.
Dabei entspricht die 5 der 2 und die 6 der 3. 4 zeigt
eine zu 5 analoge Schnittdarstellung
mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung 210,
wobei jedoch, entsprechend dem Stand der Technik, keine Turbulatoren 212 eingesetzt
werden.
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Wie
in 4 dargestellt, bilden sich im Bereich der Ausbuchtung 122 des
Strömungsrohrs 110 bei
einer Ausführung
ohne Turbulatoren 212 jeweils relativ große Wirbelbereiche 410 aus,
welche wiederum im Bereich der Ausbuchtungen 122 zu großen Ablösegebieten 412 der
Strömung
des Fluids 112 führen.
Diese Ablösegebiete 412 können äußerst instabil
sein und ständig
ihre Ausdehnung quer zur Hauptströmungsrichtung 210 ändern. Dies
führt zu starken
lokalen Druckschwankungen, welche vom Ultraschallwandler 116 als
störender
Signaluntergrund detektiert werden.
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Bei
Verwendung von Turbulatoren 212 hingegen, wie in den 5 und 6 dargestellt,
bilden sich aufgrund der quer zur Hauptströmungsrichtung 210 verlaufenden
Unterbrechungen durch die Turbulatoren 212 Längswirbel 510 aus.
Diese Längswirbel 510 bewirken
einen stärkeren
Impulsaustausch zwischen dem Ablösegebiet 412 und
der restlichen Strömung
des Fluids 112. Dadurch wird das Ablösegebiet 412 in dem
Ausführungsbeispiel
gemäß den 5 und 6 stark
verkleinert. Weiterhin wird das Ablösegebiet 412 in seiner
Ausdehnung quer zur Hauptströmungsrichtung 210 stabilisiert,
so dass der störende
Signaluntergrund aufgrund der lokalen Druckschwankungen vor dem
Ultraschallwandler 116 verringert wird. Gleichzeitig legt
sich die Strömung
(in 5 symbolisch dargestellt durch die Strömungslinie 512)
besser an die Wand des Strömungsrohrs 110 und
an die Wand der Ausbuchtung 122 an. Dadurch wird die Amplitude
der Druckschwankungen vor dem Ultraschallwandler 116 und
damit verbundene Störsignale
erheblich reduziert und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der
Ultraschalldurchflussmessung erheblich verbessert.
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In
den 2, 3, 5 und 6 sind die
Turbulatoren 212 keilförmig
(d. h. als ebene Blättchen
mit keilförmigem
Querschnitt) ausgebildet. Es sind jedoch auch weitere Ausgestaltungen
der Turbulatoren 212 denkbar. So lassen sich beispielsweise auch
rechteckige, vieleckige oder gerundete Querschnittsgeometrien der
Turbulatoren 212 einsetzen. Weiterhin lassen sich anstelle
von ebenen Blättchen auch
nicht-ebene Geometrien einsetzen (z. B. Pyramiden oder ähnliche
dreidimensionale Gebilde). Vorteilhaft ist dabei jedoch, wenn die
Turbulatoren 212, wie im Ausführungsbeispiel gemäß den 2, 3, 5 und 6,
eine möglichst
periodische Strukturierung senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 210 des
Fluids 112 aufweisen. Hierdurch werden bevorzugt stabile
Längswirbel 510 erzeugt.
Darüber
hinaus können
alternativ oder zusätzlich
auch Teile der Turbulatoren 212 als Lamellen oder Leitschaufeln
bzw. Leitflügel
in Hauptströmungsrichtung 210 ausgebildet
sein.
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Die 7 und 8 zeigen
eine Schnittdarstellung mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung 210 bzw.
eine Ansicht von unten einer weiteren Ausführungsform eines Teils eines
erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflussmessers. Grundsätzlich entspricht
die Anordnung gemäß den 7 und 8 der
Anordnung beispielsweise gemäß 5,
jedoch wird in diesem Fall die Anordnung vom Fluid 112 in
entgegengesetzter Richtung durchströmt, so dass die Hauptströmungsrichtung 210 in diesem
Ausführungsbeispiel
von rechts nach links verläuft.
Somit entspricht dieser Ausschnitt beispielsweise einem Ausschnitt
um den Ultraschallsensor 118 in 1. In diesem
Ausführungsbeispiel
ist also, im Vergleich zum Ausführungsbeispiel
zum Beispiel gemäß 5,
eine Mehrzahl von Turbulatoren 212 auf der entgegengesetzten
Seite des Ultraschallsensors 118 an der Wand des Strömungsrohrs 110 angebracht.
Die Turbulatoren 212 haben dabei ebenfalls keilförmige Gestalt,
sind periodisch angeordnet und weisen mit ihrer Spitze entgegen
der Hauptströmungsrichtung 210.
Wiederum sind, analog zum oben genannten Ausführungsbeispiel, wiederum andere
Ausführungsformen
der Turbulatoren 212 denkbar.
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Die
Wirkungsweise der Turbulatoren 212 ist analog zur Wirkungsweise
gemäß dem oben
genannten Ausführungsbeispiel.
Wiederum bilden sich Längswirbel 510 aus,
welche das Ablösegebiet 412 innerhalb
der Ausbuchtung 122 vor dem Ultraschallwandler 118 verringern.
Weiterhin legt sich die Strömung
des Fluids 112, wiederum symbolisiert durch die Strömungslinie 512 in 7,
besser an die Wand des Strömungsrohrs 110 und
der Ausbuchtung 122 an.
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In
einem Ultraschall-Durchflussmesser lassen sich sowohl Anordnungen
gemäß dem in
den 2, 3, 5 und 6 gezeigten
Ausführungsbeispiel
einsetzen als auch Anordnungen gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 und 8.
So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, Turbulatoren 212 in
Hauptströmungsrichtung 210 jeweils
vor und hinter einer Ausbuchtung 122 eines Ultraschallwandlers 118 anzuordnen.
Auf diese Weise kann beispielsweise auch auf eine Umkehr der Hauptströmungsrichtung 210 reagiert
werden, wodurch beispielsweise auch Massen- bzw. Volumenströme von Rückströmungen eines
Verbrennungsmotors mit ein- und
derselben Anordnung gemessen werden können.
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In 9 ist
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Ultraschall-Durchflussmessers 910 dargestellt. Hierbei
wird keine diagonale Messanordnung wie beispielsweise gemäß 1 eingesetzt, sondern
eine Reflexionsanordnung. Dabei werden Ultraschallwellen 912 zwischen
zwei Ultraschallwandlern 116 und 118 ausgetauscht,
welche in diesem Beispiel an einer Reflexionsfläche 914 reflektiert werden.
In Verallgemeinerung dieses Prinzips können auch mehrere Reflexionsflächen 914 und
entsprechend eine Mehrfachreflexion eingesetzt werden.
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Auch
im Fall einer derartigen Reflexionsanordnung ergeben sich Ausbuchtungen 122 vor
den Ultraschallwandlern 116 und 118. In dem in 9 dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind diese Ausbuchtungen 122 zu einer einzigen Ausbuchtung
verschmolzen. Auch in diesem Beispiel können Turbulatoren 212 vorteilhaft
eingesetzt werden.
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In
dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Komponenten
des Ultraschall-Durchflussmessers 910 in
einen Steckfühler 916 integriert.
Der Steckfühler 916 umfasst
die beiden Ultraschallwandler 116 und 118, einen
zwischen diesen Ultraschallwandlern 116, 118 liegenden
Bauraum 918, sowie einen Reflexionskörper 920, welcher
mit der Reflexionsfläche 914 versehen
ist. Der Bauraum 918 kann beispielsweise für die Integration einer
elektronischen Anschlussvorrichtung und/oder einer elektronischen
Steuervorrichtung des Ultraschall-Durchflussmessers 910 genutzt
werden. Dadurch werden die elektronische Anschluss- und die elektronische
Steuervorrichtung Bestandteile des Steckfühlers 916. Somit kann
beispielsweise eine Signalverarbeitung der Signale des Ultraschall-Durchflussmessers 910 bereits
ganz oder teilweise im Steckfühler 916 erfolgen.
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Weiterhin
weist der Steckfühler 916 eine
Halterung 922 auf, welche die einzelnen Komponenten miteinander
verbindet und zueinander ausgerichtet hält. auch die Turbulatoren 212 werden
in diesem Ausführungsbeispiel
durch die Halterung 922 des Steckfühlers 916 fixiert
und bilden somit einen integralen Bestandteil des Steckfühlers 916.
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Der
Reflexionskörper 920 ist
derart im Strömungsrohr 110 angeordnet,
dass er von der Wand des Strömungsrohrs 110 beabstandet
ist und somit auf beiden Seiten von Fluid 112 umströmt werden kann.
Diese Beabstandung zwischen Strömungsrohr 110 und
dem Reflexionskörper 920 lässt es zu,
dass in der Strömung
eventuell enthaltene Wasserströpfchen
oder andere Verunreinigungen sich vor dem Durchströmen des
Ultraschall-Durchflussmessers 910 als Wandfilm 924 an
der Wand des Strömungsrohrs 110 niederschlagen
können.
Dieser Wandfilm 924, bzw. die darin enthaltene Flüssigkeit,
kann durch das Strömungsrohr 110 fließen, ohne
die Reflexionsfläche 914 zu
benetzen und die Reflexion der Ultraschallwellen 912 zu
stören.
Die beschriebe ne Vorrichtung mit dem Steckfühler 916 hat also
gegenüber
herkömmlichen
Vorrichtungen bezüglich
der Störanfälligkeit
durch Flüssigkeiten
und Verunreinigungen erhebliche Vorteile.
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Die
Halterung 922 des Steckfühlers 916 kann insbesondere
so ausgestaltet sein, dass sie der Strömung des Fluids 112 möglichst
wenig Strömungswiderstand
bietet. Weiterhin kann die Halterung 922 derart ausgestaltet
sein, dass der Reflexionskörper 920 gemeinsam
mit der Halterung 922 eine wannenartig geformte Einheit
bildet. Diese Einheit kann beispielsweise zusätzlich mehrere Öffnungen
aufweisen, über
welche Fluid 112 außerhalb
des Steckfühlers 916 mit
Fluid 112 innerhalb des Steckfühlers 916 in Verbindung
steht. Der Reflexionskörper 920 kann
dabei eben oder auch gekrümmt
ausgestaltet sein, beispielsweise um eine Bündelung der Ultraschallwellen 912 zu
bewirken.
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Analog
zu den oben genannten Ausführungsbeispielen
können
auch in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 9 alternative
Arten von Turbulatoren 212 eingesetzt werden. Auch zusätzliche
Turbulatoren 212 lassen sich an verschiedenen Stellen des
Steckfühlers 916 anbringen,
beispielsweise (zum Beispiel über
eine zusätzliche
Halterung) zwischen den Ultraschallwandlern 116 und 118.
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Statt
der in den oben gezeigten Ausführungsbeispielen
eingesetzten Turbulatoren 212, welche in die Strömung des
Fluids 112 hineinragen, können beispielsweise auch Strömungsrillen
in Hauptströmungsrichtung 210 des
Fluids 112 eingesetzt werden. Derartige Ausführungsbeispiele
sind in den 10, 11 und 12 dargestellt.
Dabei zeigen wiederum die 10 und 12 Schnittdarstellungen
eines Bereichs der Ausführungsbeispiele
mit Schnittebenen parallel zur Hauptströmungsrichtung 210. 11 hingegen
zeigt eine Ansicht des in 10 dargestellten
Bereiches von unten.
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In
diesen Ausführungsbeispielen
sind in Hauptströmungsrichtung 210 vor
den Ultraschallwandlern 116 in die Wand des Strömungsrohrs 110 Strömungsrillen 1010 eingelassen.
Bei diesen Strömungsrillen 1010 handelt
es sich um Vertiefungen in der Wand des Strömungsrohrs 110, welche
sowohl in der Zeichenebene gemäß den 10 und 12 als
auch in der Zeichenebene senkrecht dazu gemäß 11 keilförmige Gestalt
aufweisen. Wiederum sind diese Strömungsrillen 1010 senkrecht
zur Hauptströmungsrichtung 210 des
Fluids 112 periodisch angeordnet, wobei jeweils die Spitze
der keilförmigen
Strömungsrillen 1010 der
Hauptströmungsrichtung 210 entgegenweist.
Der periodische Verlauf der Strömungsrillen 1010 bewirkt,
analog zu den oben dargestellten Ausführungsbeispielen, wieder eine
Ausbildung von Längswirbeln 510 in
der Ausbuchtung 122 vor dem Ultraschallwandler 116 (siehe z.
B. 5). Wiederum wird, analog zu den oben dargestellten
Ausführungsbeispielen,
hierdurch die Messgenauigkeit stark verbessert.
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Auch
alternative Ausgestaltungen von Strömungsrillen sind möglich, beispielsweise
Strömungsrillen
mit abgerundeten Wänden,
solange diese Strömungsrillen
ebenfalls den Effekt einer Ausbildung von Längswirbeln haben. Auch eine
Kombination von Strömungsrillen
mit in die Strömung
des Fluids 112 hineinragenden Turbulatoren 212,
beispielsweise gemäß einem
der oben genannten Ausführungsbeispiele,
sind denkbar.
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Weiterhin
ist, wie in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 12 dargestellt,
auch die Kombination von Strömungsrillen 1010 (bzw.
auch in die Strömung
hineinragenden Turbulatoren 212) mit speziell ausgestalteten
Ausbuchtungen 122 möglich.
In diesem Ausführungsbeispiel
verfügt
die Wand des Strömungsrohrs 110 im
Bereich der Ausbuchtung 122 über eine abgerundete Kante 1210.
Diese abgerundete Kante 1210 bewirkt einen gleichmäßigeren
Strömungsverlauf
im Bereich der Ausbuchtung 122 und somit eine weitere Verbesserung
der Messgenauigkeit des Ultraschall-Durchflussmessers 910.
Auch andere Ausgestaltungen der Wandform des Strömungsrohrs 110 im
Bereich der Ausbuchtungen 122 sind denkbar, beispielsweise
eine Verlängerung
der Ausbuchtung 122 über
die Ausdehnung des Ultraschallwandlers 116 hinaus. Vorteilhaft
ist dabei jedoch jeweils die Einbeziehung mindestens einer abgerundeten
Kante 1210, welche einen gleichmäßigeren Strömungsverlauf bewirkt.
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- 110
- Strömungsrohr
- 112
- Fluid
- 114
- Strömungsgeschwindigkeit
- 116
- erster
Ultraschallwandler
- 118
- zweiter
Ultraschallwandler
- 120
- Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Ultraschallwandler
- 122
- Ausbuchtung
- 210
- Hauptströmungsrichtung
- 212
- Turbulatoren
- 4l0
- Wirbelbereich
- 412
- Ablösegebiete
- 510
- Längswirbel
- 512
- Strömungslinie
- 910
- Ultraschall-Durchflussmesser
- 912
- Ultraschallwellen
- 914
- Reflexionsfläche
- 916
- Steckfühler
- 918
- Bauraum
für elektronische
Anschlussvorrichtung
- 920
- Reflexionskörper
- 922
- Halterung
- 924
- Wandfilm
- 1010
- Strömungsrillen
- 1210
- abgerundete
Kante
