DE102007011547A1

DE102007011547A1 - Fluidzählanordnung

Info

Publication number: DE102007011547A1
Application number: DE200710011547
Authority: DE
Inventors: Josef Gress
Original assignee: Hydrometer GmbH
Current assignee: Diehl Metering GmbH
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-03-10
Also published as: DE102007011547B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidzählanordnung zur Bestimmung der Durchflussmenge eines Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, mit einem Gehäuse, einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Ultraschall-Messstrecke (2), entlang der eine Laufzeitmessung, insbesondere eine Differenzlaufzeitmessung, durchführbar ist, mit mindestens einem, vorzugsweise zwei Ultraschallwandlern (3, 4), oder mit mindestens einem Ultraschallwandler (3, 4) sowie mindestens einem Reflektor (5, 6), mittels dem vom Ultraschallwandler erzeugte Ultraschallsignale umgelenkt werden, wobei das Gehäuse ein Rohrabschnitt (7) oder Teil einer bestehenden Rohrleitung ist und mindestens ein Ultraschallwandler (3, 4) und/oder mindestens ein Reflektor (5, 6) an mindestens einem Tragelement (8, 9), der in das Innere des Gehäuses hineinragt, befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidzählanordnung zur Bestimmung der Durchflussmenge eines Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Durchflusszähler bekannt, die ein Gehäuse aufweisen, wobei innerhalb des Gehäuses eine Ultraschall-Messstrecke angeordnet ist. Entlang der Ultraschall-Messstrecke erfolgt eine Laufzeitmessung, insbesondere eine Differenzlaufzeitmessung von Ultraschallsignalen, die von Ultraschallwandlern erzeugt bzw. empfangen werden. Ferner können Reflektoren vorgesehen sein, mittels denen die von den Ultraschallwandlern erzeugten Ultraschallsignale umgelenkt werden und z. B. die Ultraschallsignale in die Messebene ein- und auskoppeln. Derartige Flüssigkeitszähler sind mit ihrem kompletten Gehäuse an eine Anschlussarmatur einer Rohrleitung anschließbar. Das zu messende fluide Medium strömt in das Gehäuse bzw. die dort vorgesehene Messstrecke und kann aufgrund der Umlenkung einem Druckverlust unterworfen sein, der wiederum zu Messfehlern führen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, eine Fluidzählanordnung bereitzustellen, mit der ein reduzierter Fertigungs- sowie Installationsaufwand verbunden ist und die Messgenauigkeit erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–15.
Erfindungsgemäß ist das Gehäuse ein Rohrabschnitt oder Teil einer bestehenden Rohrleitung und mindestens ein Ultraschallwandler und/oder mindestens ein Reflektor ist an mindestens einem Tragelement befestigt, der in das Innere des Gehäuses hineinragt. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt vor allem darin, eine bereits bestehende Rohrleitung als Gehäuse der Fluidzählanordnung zu nutzen. Ein gesondertes Gehäuse für einen Fluidzähler ist demnach nicht mehr erforderlich, so dass auch kein Anschlussstück für die Rohrleitung nötig ist. Die gesamten Fertigungskosten werden dadurch reduziert. Die Anordnung der Fluidzählanordnung ist außerdem mit einem geringen Installationsaufwand verbunden. Vorteilhafterweise kann das Gehäuse auch ein Rohrabschnitt, wie z. B. ein Standardrohr, sein. Das Gehäuse kann somit aus einem rohrähnlichen Grundgehäuse bestehen, das nach Ablauf der Eichgültigkeit in der Rohrinstallation bleiben kann. Dies hat den Vorteil, dass die Querschnittsfläche des Innenrohrs definiert ist. Bei unbekannten Rohrleitungen kann die Definition der Querschnittsfläche des Innenrohrs sich als schwierig gestalten. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass die Ultraschallwandler und/oder die Reflektoren in der Rohrleitung, in der die Hauptströmrichtung des Mediums liegt, angeordnet sind. Das strömende Medium ist keinen starken Umlenkungen oder Verwirbelungen unterworfen. Es tritt kein Druckverlust des Mediums auf. Eine genaue Volumenmessung des durchströmenden Mediums wird dadurch gewährleistet.
Vorteilhafterweise kann das mindestens eine Tragelement an einem Halter vorgesehen sein, der außerhalb des Gehäuses befestigt ist. Die Tragelemente können zweckmäßigerweise ein Bestandteil des Halters sein. Der Halter gewährleistet eine sichere Befestigung der Tragelemente. Indem der Halter außerhalb des Gehäuses befestigt ist, ist eine weitere Veränderung der Querschnittsfläche des Innenrohrs nicht notwendig, so dass auch die Strömung des Mediums nicht verändert wird.
Der an dem Tragelement angeordnete Reflektor oder Wandler kann idealerweise im Wesentlichen mittig im Gehäuse positioniert sein. Der Ultraschall kann somit parallel zur Strömung von einem Reflektor zum anderen bzw. von einem Ultraschallwandler zum anderen geleitet werden. Im Zentrum der Rohrleitung wird die Strömung des Mediums am wenigstens abgeschwächt, so dass dort die besten Messergebnisse erzielt werden können.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass ein Temperaturfühler wird, falls auch die Bestimmung der Temperatur des Mediums erforderlich ist. Dies ist z. B. der Fall, wenn es sich um einen Wärmezähler handelt. Dazu kann ein Gewindestutzen vorgesehen sein, der den Temperaturfühler aufnimmt. Auch die Temperaturmessung ist in der Mitte der Rohrleitung, in der der intensive Strömungsbereich liegt, am genauesten, da dort ein optimaler Temperaturaustausch zwischen Temperaturfühler und Medium stattfinden kann.
Am Gehäuse können Öffnungen vorgesehen sein, durch welche die Tragelemente in das Innere des Gehäuses hineinragen. Weitere Veränderungen der Rohrleitung sind nicht notwendig. Die Öffnungen haben voneinander zweckmäßigerweise im Wesentlichen den Abstand, den auch die in die Strömung eintauchenden Wandler bzw. Reflektoren zueinander haben. Eine weitere Justierung der Wandler oder Reflektoren kann demnach entfallen.
In entsprechender Weise können auch mindestens zwei Tragelemente in definiertem Abstand zueinander vorgesehen sein. Der Abstand der beiden Tragelemente ist dem Abstand der beiden Öffnungen am Gehäuse angepasst. Das bedeutet, dass bei Installation der Fluidzählanordnung die Öffnungen der Rohrleitung in einem Abstand voneinander angebracht werden müssen, welcher dem Abstand der Tragelemente entspricht.
Zweckmäßigerweise können mindestens zwei Tragelemente an einem gemeinsamen Halter angeordnet sein. Der Abstand der beiden Tragelemente ist somit fest vorgegeben und die Montage an die entsprechend beanstandeten Öffnungen der Rohrleitung kann in einfacher Weise durchgeführt werden.
Die Ultraschallwandler können – wie oben bereits erläutert – an den Tragelementen positioniert sein. In einer weiteren Ausführungsvariante können die Ultraschallwandler aber auch am Halter im Bereich der Öffnungen angeordnet sein. An den Tragelementen, die in die Rohrleitung eintauchen, können Reflektoren angeordnet sein, die den Schall parallel zur Strömungsrichtung des Mediums leiten. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass die Anschlussmöglichkeiten für die gehäuseseitig positionierten Ultraschallwandler einfacher sind.
Der Halter kann am Gehäuse mittels mindestens einer Schelle befestigt sein. Vorteilhafterweise kann jeweils eine Schelle den jeweiligen Endbereich des Halters an das Gehäuse bzw. die Rohrleitung fixieren. Zusätzlich Halteelemente an der Rohrleitung sind nicht erforderlich. Die Befestigung des Halters mittels der Schellen ist einfach durchführbar und gewährleistet gleichzeitig eine sichere Fixierung des Halters. Mittels dieser Befestigungsart kann auch ein Temperaturfühler eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Temperaturfühler durch einen Gewindestutzen aufgenommen werden und in das Rohr eintauchen.
Halter und Schelle können nach Art einer Flanschverbindung verbunden sein, wobei sich der jeweilige Flansch in Längsrichtung bzw. in Richtung der Längsachse des Rohres oder des Halters erstrecken kann. Die Flanschverbindung hat den Vorteil, dass sie vor Ort einfach, schnell und sicher durchführbar ist.
Um ein Auslaufen bzw. Entweichen des zu messenden Mediums zu vermeiden, sind die Öffnungen des Gehäuses nach außen abgedichtet.
Zwischen Halter und Außenseite des Gehäuses kann mindestens ein Dichtelement im Bereich der Öffnungen vorgesehen sein. Durch die Befestigung des Halters mittels der Schellen erfolgt eine optimale Abdichtung im Bereich der Öffnungen durch das zusammengepresste Dichtelement.
Zweckmäßigerweise kann das Dichtelement mit zwei Aussparungen für die Öffnungen des Gehäuses vorgesehen sein. Der Abstand der Aussparungen ist bereits so gewählt, dass er dem Abstand der Öffnungen bzw. dem Abstand der Tragelemente entspricht. Eine optimale Positionierung des Dichtelementes an die Öffnungen ist damit möglich. Außerdem trägt auch diese vorteilhafte Ausführungsvariante zur Reduzierung des Installationsaufwandes bei.
Die Innenkontur des Halters kann zumindest bereichsweise der Außenkontur des Gehäuses angepasst sein, so dass eine gute Fixierung von Halter auf Gehäuse möglich ist und die dazwischen angeordnete Dichtung sich den beiden Bauteilen optimal anpasst und damit eine hohe Dichtwirkung erzielt wird.
Der Halter und/oder die Schellen können aus Metall, z. B. Messing, oder aus Kunststoff bestehen. Aufgrund ihres relativ einfachen Aufbaus erweist sich die Formgebung dieser Teile, z. B. im Spritzgießverfahren, als einfach durchführbar.
Die Erfindung ist anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer bestehenden Rohrleitung;
2 eine perspektivische Darstellung eines Halters der Fluidzählanordnung;
3 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Fluidzählanordnung;
4 eine Schnittdarstellung der Fluidzählanordnung gemäß 3 in Achs-Längsrichtung sowie
5 eine Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsvariante der Fluidzählanordnung.
Bezugsziffer 1 bezeichnet die Fluidzählanordnung selbst. Bei den in den 3–5 dargestellten Fluidzählanordnungen sind z. B. Anzeigevorrichtungen, die die gemessene Durchflussmenge anzeigen, oder angeschlossene Datenverarbeitungseinheiten nicht dargestellt. Die Fluidzählanordnung dient zur Bestimmung der Durchflussmenge eines Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, und umfasst ein Gehäuse sowie eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Ultraschall-Messstrecke, entlang der eine Laufzeitmessung, insbesondere eine Differenzlaufzeitmessung, durchführbar ist. Eine erste Ausführungsvariante der Fluidzählanordnung ist in den 2–4 dargestellt, eine zweite Ausführungsvariante zeigt 5. Bei der ersten Ausführungsvariante sind zur Ultraschall-Messstrecke zwei Ultraschallwandler 3, 4 sowie zwei Reflektoren 5, 6 vorgesehen, mittels denen die vom Ultraschallwandler 3 bzw. 4 erzeugten Ultraschallsignale umgelenkt werden. Die Ultraschall-Messstrecke 2 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Das Gehäuse der Fluidzählanordnung 1 ist ein Rohrabschnitt 7, welcher z. B. Teil einer bestehenden Rohrleitung oder ein Standardrohrabschnitt sein kann. In der ersten Ausführungsvariante (2–4) ist jeweils ein Ultraschallwandler 3, 4 an einem Tragelement 8, 9, der in das Innere des Rohrabschnitts 7 hineinragt, befestigt. Durch die Integration der Fluidzählanordnung 1 an einen Rohrabschnitt oder an eine bestehende Rohrleitung, in der das zu messende Medium strömt, ist kein zusätzliches Gehäuse notwendig. Darüber hinaus ist kein Anschlussstück nötig, um einen Durchflussmesser mit einem entsprechenden Gegenanschlussstück anzubringen. Der Fertigungs- sowie Installationsaufwand ist damit entsprechend gering. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass direkt in der Hauptströmrichtung des zu messenden Mediums die Messstrecke verläuft und keine aufwendigen Umlenkungen des Mediums erfolgen.
Bei einer zweiten Ausführungsvariante gemäß 5 sind die Ultraschallwandler 3, 4 an den Tragelementen 8, 9 befestigt. Dazwischen befindet sich die Ultraschall-Messstrecke 2.
Die Tragelemente 8, 9 sind an einem Halter 10 vorgesehen, der außerhalb des Rohrabschnitts 7 befestigt ist. Die Tragelemente 8, 9 sind dabei einteilig mit dem Halter 10 verbunden. Die Befestigung des Halters 10 am Außenbereich des Rohrabschnitts 7 erweist sich als montagefreundlich. Außerdem wird der Innenbereich des Rohrabschnittes 7 und damit die Strömung des Mediums nicht weiter verändert. Die an den Tragelementen 8, 9 angeordneten Reflektoren 5, 6 (gemäß 4) bzw. Ultraschallwandler 3, 4 (gemäß 5) sind im Wesentlichen mittig im Rohrabschnitt 7 positioniert, so dass auch die Ultraschall-Messstrecke 2 parallel zur Hauptströmung des zu messenden Mediums ausgerichtet ist. Dadurch werden gute Messergebnisse erzielt.
Am Gehäuse bzw. am Rohrabschnitt 7 sind Öffnungen 11, 12 vorgesehen, durch welche die Tragelemente 8, 9 in das Innere des Rohrabschnitts 7 hineinragen. Die zwei Tragelemente 8, 9 sind an dem gemeinsamen Halter 10 in einem definierten Abstand zueinander angeordnet. Die Öffnungen 11, 12 des Gehäuses sind bei der Montage des Halters 10 lediglich noch in Anpassung des Abstandes der Tragelemente 8, 9 einzubringen. Eine einfache und schnell durchführbare Montage wird damit sichergestellt.
Bei der ersten Ausführungsvariante sind die Ultraschallwandler 3, 4 am Halter 10 im Bereich der Öffnungen 11, 12 angeordnet (s. 4), woraus eine einfache Anschlussmöglichkeit der Leitungen der Ultraschallwandler 3, 4 nach außen, z. B. zu einem Anzeige- oder Datenerfassungsgerät, resultiert.
Der Halter 10 ist an dem Rohrabschnitt 7 mittels zwei Schellen 13, 14 von der gegenüberliegenden Seite befestigt. Zusätzliche Halteelemente sind nicht notwendig. Die beiden Schellen 13, 14 greifen jeweils am Endbereich des Halters 10 an. Im Bereich der Schellen 13, 14 sind auch die Tragelemente 8, 9 vorgesehen, welche durch diese Art der Befestigung zusätzlich in ihrer Position fixiert werden. Halter 10 und Schellen 13, 14 sind nach Art einer Flanschverbindung verbunden, welche einfach montierbar und dauerhaft ist. Die Öffnungen 11, 12 des Rohrabschnitts 7 sind nach außen abgedichtet, um ein Entweichen bzw. Auslaufen des zu messenden Mediums zu vermeiden. Dazu ist zwischen Halter 10 und Außenseite des Rohrabschnitts 7 ein Dichtelement 15 vorgesehen. Das Dichtelement 15 weist zwei Aussparungen 16, 17 für die Öffnungen 11, 12 des Rohrabschnitts 7 auf. Der Abstand der Aussparungen 16, 17 stimmt bereits mit dem Abstand der Öffnungen 11, 12 bzw. dem Abstand der Tragelemente 8, 9 überein.
Die Innenkontur des Halters 10 ist zumindest bereichsweise der Außenkontur des Rohrabschnitts angepasst, womit zum einen eine passgenaue und damit sichere Befestigung ermöglicht wird und zum anderen das Dichtelement 15 optimal abdichtet.
Der Halter 10 und/oder die Schellen 13, 14 können aus Metall, z. B. Messing, oder aus Kunststoff bestehen und sind aufgrund ihres relativ einfachen Aufbaus fertigungstechnisch gut herstellbar.

1: Fluidzählanordnung
2: Ultraschall-Messstrecke
3: Ultraschallwandler
4: Ultraschallwandler
5: Reflektor
6: Reflektor
7: Rohrabschnitt
8: Tragelement
9: Tragelement
10: Halter
11: Öffnung
12: Öffnung
13: Schelle
14: Schelle
15: Dichtelement
16: Aussparung
17: Aussparung

Claims

Fluidzählanordnung zur Bestimmung der Durchflussmenge eines Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit oder eines Gases, mit einem Gehäuse, einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Ultraschall-Messstrecke (2), entlang der eine Laufzeitmessung, insbesondere eine Differenzlaufzeitmessung, durchführbar ist, mit mindestens einem, vorzugsweise zwei Ultraschallwandlern (3, 4), oder mit mindestens einem Ultraschallwandler (3, 4) sowie mindestens einem Reflektor (5, 6), mittels dem vom Ultraschallwandler (3, 4) erzeugte Ultraschallsignale umgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Rohrabschnitt (7) oder Teil einer bestehenden Rohrleitung ist und mindestens ein Ultraschallwandler (3, 4) und/oder mindestens ein Reflektor (5, 6) an mindestens einem Tragelement (8, 9), der in das Innere des Gehäuses hineinragt, befestigt ist.
Fluidzählanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Tragelement (8, 9) an einem Halter (10) vorgesehen ist, der außerhalb des Gehäuses befestigt ist.
Fluidzählanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem Tragelement (8, 9) angeordnete Reflektor (5, 6) oder Ultraschallwandler (3, 4) im Wesentlichen mittig im Gehäuse positioniert ist.
Fluidzählanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse Öffnungen (11, 12) vorgesehen sind, durch welche die Tragelemente (8, 9) in das Innere des Gehäuses hineinragen.
Fluidzählanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Tragelemente (8, 9) in definiertem Abstand zueinander vorgesehen sind.
Fluidzählanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Tragelemente (8, 9) an einem gemeinsamen Halter (10) angeordnet sind.
Fluidzählanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwandler (3, 4) am Halter (10) im Bereich der Öffnungen (11, 12) angeordnet sind.
Fluidzählanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (10) am Gehäuse mittels mindestens einer Schelle (13, 14) befestigt ist.
Fluidzählanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Halter (10) und Schelle (13, 14) nach Art einer Flanschverbindung verbunden sind.
Fluidzählanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (11, 12) des Gehäuses nach außen abgedichtet sind.
Fluidzählanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Halter (10) und Außenseite des Gehäuses mindestens ein Dichtelement (15) vorgesehen ist.
Fluidzählanordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtelement (13) mit zwei Aussparungen (16, 17) für die Öffnungen (11, 12) des Gehäuses vorgesehen ist.
Fluidzählanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur des Halters (10) zumindest bereichsweise der Außenkontur des Gehäuses angepasst ist.
Fluidzählanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (10) aus Metall, z. B. Messing, oder aus Kunststoff besteht.
Fluidzählanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schellen (13, 14) aus Metall, z. B. Messing, oder aus Kunststoff bestehen.