DE102007019689A1

DE102007019689A1 - Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder Massedurchflusses eines Mediums

Info

Publication number: DE102007019689A1
Application number: DE102007019689A
Authority: DE
Inventors: Achim Wiest; Andreas Berger; Frank Wandeler; Quirin MÜLLER; Christian Hersberger; Auréle Fleury
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2008-10-30
Also published as: WO2008129050A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder Massedurchflusses eines Mediums, das eine Rohrleitung in Richtung der Längsachse der Rohrleitung durchströmt, mit zumindest zwei Ultraschallsensoren (4, 5), die Ultraschall-Messsignale aussenden und/oder empfangen, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit (21), die den Volumen- und/oder den Massedurchfluss des Mediums anhand der Laufzeitdifferenz der Ultraschall-Messsignale, die die Rohrleitung in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung des Mediums durchlaufen, bestimmt. Erfindungsgemäß sind die beiden Ultraschallsensoren (4, 5) an einer Grundplatte (2) montiert. Zumindest einer der Ultraschallsensoren (4) ist relativ zu dem zweiten Ultraschallsensor (5) entlang einer Verbindungslinie bewegbar. Weiterhin sind Befestigungsmittel (22) vorgesehen, über die die an der Grundplatte (2) befestigten Ultraschallsensoren (4, 5) an der Rohrleitung so positionierbar sind, dass die Verbindungslinie zwischen den beiden Ultraschallsensoren (4, 5) im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der Rohrleitung (23) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur nicht-invasiven Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder Massedurchflusses eines Mediums, das eine Rohrleitung in Richtung der Längsachse der Rohrleitung durchströmt, mit zumindest zwei Ultraschallwandlern, die Ultraschall-Messsignale aussenden und/oder empfangen, und mit einer Regel/Auswerteeinheit, die den Volumen- und/oder den Massedurchfluss des Mediums anhand der Laufzeitdifferenz der Ultraschall-Messsignale, die die Rohrleitung in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung des Mediums durchlaufen, bestimmt.
Clamp-on Ultraschall-Durchflussmessgeräte werden vielfach in der Prozess- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie erlauben es, den Volumen- und/oder Massestrom eines Mediums in einem Behältnis, insbesondere in einer Rohrleitung, berührungslos zu bestimmen, da sie von außen an die Rohrleitung angebracht werden. Clamp-On Ultraschall-Durchflussmessgeräte sind beispielsweise in der EP 0 686 255 B1 , der US-PS 4,484,478 oder der US-PS 4,598,593 beschrieben. Üblicherweise werden die Ultraschallsensoren einzeln mit Bändern auf die Rohrleitung, in der der Durchfluss bestimmt werden soll, aufgeschnallt.
Die von der Anmelderin angebotenen und vertriebenen Ultraschall-Durchflussmessgeräte arbeiten nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip. Beim Laufzeitdifferenz-Prinzip wird die unterschiedliche Laufzeit von Ultraschall-Messsignalen in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung des Mediums ausgewertet. Hierzu werden die Ultraschall-Messsignale von den Ultraschallsensoren wechselweise in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung des Mediums ausgesendet bzw. empfangen. Anhand der Laufzeitdifferenz der Ultraschall-Messsignale lässt sich die Fließgeschwindigkeit und damit bei bekanntem Durchmesser des Rohres der Volumendurchfluss bzw. bei bekannter Dichte des Mediums der Massendurchfluss bestimmen.
Bei Clamp-On Ultraschall-Durchflussmessgeräten, die nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip arbeiten, werden die Ultraschall-Messsignale unter einem vorgegebenen Winkel in die Rohrleitung, in der sich das Medium befindet, eingestrahlt. Damit ein möglichst großer Anteil der von einem Ultraschallwandler in das Behältnis eingestrahlten Energie im jeweils anderen Ultraschallsensor empfangen wird, müssen die beiden Ultraschallsensoren einen definierten Abstand voneinander haben. Die jeweilige Position der Ultraschallsensoren an der Rohrleitung ist abhängig von dem Innendurchmesser der Rohrleitung und von der Schallgeschwindigkeit des Mediums. Als weitere Applikationsparameter, denen mitunter ein relativ großer Messfehler anhaftet, sind die Wandstärke der Rohrleitung und die Schallgeschwindigkeit des Materials der Rohrleitung zu nennen.
Je nach Applikationsfall tritt bei Clamp-On Durchflussmessgeräten noch eine weitere Fehlerquelle auf, die durch Temperaturänderungen des Mediums oder der Umgebung hervorgerufen wird. Ein Ultraschallsensor, der bei einem Clamp-On Durchflussmessgerät eingesetzt wird, weist zumindest ein die Ultraschall-Messsignale erzeugendes piezoelektrisches Element und einen Koppelkeil auf. Der Koppelkeil ist üblicherweise aus Kunststoff gefertigt und dient einerseits dazu, die Ultraschallsignale unter einem definierten Winkel in die Rohrleitung einzustrahlen bzw. aus der Rohrleitung zu empfangen, und andererseits dient er zur Impedanzanpassung. Die von einem piezo-elektrischen Element erzeugten Ultraschall-Messsignale werden über den Koppelkeil bzw. den Vorlaufkörper und die Rohrwand in das flüssige Medium geleitet. Da die Schallgeschwindigkeiten in einer Flüssigkeit und in Kunststoff voneinander verschieden sind, werden die Ultraschallwellen beim Übergang von einem Medium in das andere gebrochen. Der Brechungswinkel selbst bestimmt sich nach dem Snellius' Gesetz, d. h der Brechungswinkel ist abhängig von dem Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten der beiden Medien. Mit Koppelkeilen bzw. Vorlaufkörpern aus Kunststoff lässt sich i. a. eine gute Impedanzanpassung erzielen; allerdings zeigt die Schallgeschwindigkeit von Kunststoff eine relativ starke Temperaturabhängigkeit. Typischerweise verändert sich die Schallgeschwindigkeit von Kunststoff von ca. 2500 m/s bei 25°C auf ca. 2200 m/s bei 130°C. Zusätzlich zu der durch die Temperatur hervorgerufenen Änderung der Laufzeit der Ultraschall-Messsignale im Kunststoff des Koppelkeils, ändert sich auch die Ausbreitungsrichtung der Ultraschall-Messsignale in dem strömenden Medium. Beide Änderungen wirken sich bei einem nach der Laufzeitdifferenz-Methode arbeitenden Ultraschall-Durchflussmessgerät daher ungünstig auf die Messgenauigkeit aus. Um die Messgenauigkeit konstant zu halten, sind daher u. U. Korrekturen der Positionen der Ultraschallsensoren erforderlich.
Die Winkelpositionierung der Ultraschallwandler ist bei den bekannten Durchflussmessgeräten fest vorgegeben. Zwecks Erstmontage oder im Falle späterer Applikationsänderungen ist es aufgrund des Zuvorgesagten erforderlich, den Abstand der beiden Ultraschallsensoren definiert aufeinander einzustellen. Hierzu wird üblicherweise einer der beiden Ultraschallsensoren solange relativ zum anderen verschoben, bis die Position ermittelt ist, in der die Intensität der von den Ultraschallsensoren empfangenen Messsignale maximal ist. Nachdem der optimale Abstand der beiden Ultraschallsensoren auf diesem 'Trial/Error' Weg ermittelt ist, werden die beiden Ultraschallsensoren in der ermittelten Position fest an der Außenwand der Rohrleitung arretiert. Dieses Verfahren ist natürlich relativ zeitintensiv. Zur Vereinfachung der relativen Bewegung der Ultraschallwandler werden mechanische Positionierhilfen wie Millimeterskalen oder Lochleisten eingesetzt. Eine Positionierhilfe, die mit einer Lochleiste arbeitet, ist beispielsweise in der EP 0 974 815 A1 beschrieben.
Hinzu kommt, dass einige der Applikationsparameter, die insbesondere bei einem Clamp-On Durchflussmessgerät zur exakten Bestimmung des Volumendurchflusses notwendig sind, in den seltensten Fällen genau genug bekannt sind – oder aber die Ermittlung dieser Parameter ist ziemlich aufwändig. Während die Bestimmung des Außendurchmessers der Rohrleitung kaum Probleme bereitet, kann die exakte Ermittlung der Wandstärke der Rohrleitung durchaus problematisch sein. In vielen Fällen ist darüber hinaus weder die Schallgeschwindigkeit des Materials der Rohrleitung noch die Schallgeschwindigkeit des Mediums exakt bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die die Montage eines Clamp-On Durchflussmessgeräts an einer Rohrleitung wesentlich vereinfacht.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die beiden Ultraschallsensoren an einer Grundplatte montiert sind, dass zumindest einer der beiden Ultraschallsensoren relativ zu dem zweiten Ultraschallsensor entlang einer Verbindungslinie bewegbar ist, und dass Befestigungsmittel vorgesehen sind, über die die an der Grundplatte befestigten Ultraschallsensoren an der Rohrleitung so positionierbar sind, dass die Verbindungslinie zwischen den beiden Ultraschallsensoren im wesentlichen parallel zu der Längsachse der Rohrleitung angeordnet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind an der Grundplatte Führungsschienen angeordnet, zwischen denen die Ultraschallsensoren geführt werden bzw. befestigt sind. Insbesondere handelt es sich bei den Führungsschienen um Niederhalter handelt, die die Ultraschallsensoren federnd an der Grundplatte befestigen.
Zur federnden Befestigung der Niederhalter auf die Grundplatte sind entweder Schrauben mit Federelementen vorgesehen, oder die Niederhalter selbst sind aus einem federnden Material gefertigt. Diese Ausgestaltungen sind insofern vorteilhaft, als hierdurch sichergestellt ist, dass Temperatureffekte keine Auswirkungen zeigen und die Ultraschallsensoren stets mit einer voreingestellten Anpresskraft an die Rohrleitung bzw. an die Grundplatte angedrückt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass jeder Ultraschallsensor aus einem Vorlaufkörper besteht, an dem ein erstes piezoelektrisches Element derart befestigt ist, dass die Ultraschall-Messsignale bezüglich der Senkrechten zur Längsachse der Rohrleitung unter einem von Null verschiedenen Winkel in die Rohrleitung eingestrahlt bzw. aus der Rohrleitung empfangen werden.
Weiterhin wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, dass an dem Vorlaufkörper, der podestartig ausgestaltet ist, ein zweites piezoelektrisches Element vorgesehen ist, das Ultraschall-Messsignale im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Rohrleitung aussendet bzw. empfängt. Insbesondere werden über das zweite piezoelektrische Element Diagnosedaten im Hinblick auf den Ultraschallsensor, das Medium oder die Beschaffenheit der Rohrleitung bereitgestellt. Insbesondere handelt es sich bei den sog. Advanced Diagnostic Daten um die Temperatur des Vorlaufkörpers, um die Schallgeschwindigkeit des Mediums, um die Umgebungstemperatur, um die Dicke der Rohrwand, um Veränderungen an der Innenwand der Rohrleitung, wobei die Änderungen durch Korrosion oder durch Ablagerungen hervorgerufen werden, um eine Ablösung des Liners oder um eine Erkennung des Sensorzustands.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darüber hinaus vorgesehen, dass der erste Ultraschallsensor stationär und dass der zweite Ultraschallsensor beweglich zur Grundplatte angeordnet ist. Hierdurch wird es möglich, die beiden Ultraschallsensoren optimal zueinander zu positionieren, so dass eine maximale Energieübertragung zwischen den beiden erfolgen kann.
Wie bereits zuvor erwähnt, sind die Ultraschallsensoren über federnd gelagerte Niederhalter an der Grundplatte befestigt. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Anpressdruck der Ultraschallsensoren an die Rohrleitung bzw. an die Grundplatte weitgehend temperaturunabhängig ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind in den beiden gegenüberliegenden Seitenbereichen des Vorlaufkörpers bzw. des Podests des stationären und/oder des bewegbaren Ultraschallsensors Längsschlitze vorgesehen, die im montierten Fall mit den Seitenkanten der angrenzenden Niederhalter in Eingriff sind.
Alternativ ist vorgesehen, dass an den beiden gegenüberliegenden Seitenbereichen im Fußbereich des Vorlaufkörpers des bewegbaren und des stationären Ultraschallsensors Schultern vorgesehen sind, die im montierten Fall des Ultraschallsensors zwischen der Grundplatte und den entsprechenden Seitenbereichen der Niederhalter angeordnet sind. Durch beide Ausgestaltungen wird die gewünschte federnde Lagerung der Ultraschallsensoren relativ zur Grundplatte erreicht.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass an dem Vorlaufkörper ein elektrischer Kontakt für die Kontaktierung des Ultraschallsensors mit der Regel-/Auswerteeinheit vorgesehen ist. Die Regel-/Auswerteeinheit kann entweder extern oder in der Flowbox angeordnet sein. Falls die Regel/Auswerteeinheit extern angeordnet ist, ist an der Flowbox eine Schnittstelle vorgesehen, über die die Flowbox über eine Draht-, optische oder Funkverbindung Messdaten mit einer entfernten Stelle austauschen kann. Um dies zu erreichen, ist bei der Inbetriebnahme des Messsystems also lediglich ein Kabel zu montieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als sog. Flowbox ausgestaltet. Insbesondere ist ein Abdeckelement vorgesehen, das im montierten Fall zusammen mit der Grundplatte ein abgeschlossenes Gehäuse bildet, in dem die beiden Ultraschallsensoren angeordnet sind.
Weiterhin wird es als vorteilhaft angesehen, wenn an der Flowbox eine Anzeigeeinheit und/oder zumindest ein Bedienelement vorgesehen sind/ist.
Um zu verhindern, dass sich die Ultraschall-Messsignale nicht nur über das Medium, sondern auch über die Niederhalter innerhalb der Flowbox ausbreiten und so auf kürzestem Weg von einem Ultraschallsensor zu anderen Ultraschallsensor gelangen, sind die Niederhalter aus einem Material gefertigt, das den Schall nicht leitet oder das den Schall stark dämpft.
Alternativ oder additiv wird vorgeschlagen, dass in der Grundplatte zumindest eine Materialaussparung vorgesehen ist, die die Schallleitung zwischen den beiden Ultraschallsensoren unterbricht. Weiterhin wird zur Vermeidung der Ausbreitung der Schallwellen zwischen den beiden Ultraschallsensoren vorgeschlagen, dass es sich bei der Materialaussparung um eine schlitzförmige oder H-förmige Aussparung handelt. Bevorzugt ist die Materialaussparung mit einem schalldämpfenden Material ausgefüllt bzw. abgedichtet.
Desweiteren ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Grundplatte zwei akustisch voneinander entkoppelte Bereiche aufweist, wobei der stationäre Ultraschallsensor in dem ersten Bereich angeordnet ist und wobei der bewegbare Ultraschallsensor in dem zweiten Bereich angeordnet ist.
Eine weitere Alternative sieht vor, dass die Grundplatte aus einem stabilen Rahmenteil besteht, das im Bereich zwischen den Ultraschallsensoren und der Rohrleitung mit einer Membran bespannt ist. Über die Membran werden die Ultraschall-Messsignale in die Rohrleitung ein- bzw. aus der Rohrleitung ausgekoppelt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1: eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flowbox mit abgehobener Abdeckung,
1a: eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A aus 1,
2: eine perspektivische Darstellung eines Ultraschallsensors,
2a: eine Draufsicht auf den Ultraschallsensor gemäß der Kennzeichnung A in 2,
3: eine erste Ausführungsform der Grundplatte der Flowbox,
4: eine zweite Ausführungsform der Grundplatte der Flowbox und
5: eine zweite Ausgestaltung eines Ultraschallsensors in perspektivischer Ansicht,
5a: eine Vorderansicht eines Ultraschallsensors, der den getrennten Sende- und Empfangspiezo des Diagnosesensors zeigt, und
6: eine perspektivische Darstellung einer an einer Rohrleitung befestigten Flowbox.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flowbox 1 mit abgehobenem Abdeckelement 3. Die beiden Ultraschallsensoren 4, 5 werden über zwei Niederhalter 6a, 6b an die Grundplatte 2 angedrückt. Die beiden Niederhalter 6a, 6b sind jeweils zweiteilig und flächig ausgebildet und im gezeigten Fall über Schrauben 7 mit Federelementen 8 an der Grundplatte 2 federnd befestigt. Alternativ können die Niederhalter 6a, 6b selbst aus einem federnden Material gefertigt sein. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Ultraschallsensoren 4, 5 unabhängig von der Temperatur stets mit konstanter Anpresskraft bzw. mit konstanter Einkoppelkraft mit der Rohrleitung 23 verbunden sind. Die Flowbox 1 wird beispielsweise über Bänder 22, die in 1 nicht gesondert dargestellt sind, an der Rohrleitung 23 festgeschnallt. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auf die US-PS 5,463,905 . Die Grundplatte kann auch zwei Laschen mit Löchern haben, welche dann zur Befestigung der Flowbox mit zwei Rohrschellen dient.
Die Grundplatte ist – wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt – so ausgestaltet, dass eine direkte Übertragung von Ultraschall-Messsignalen von einem Ultraschallsensor 4; 5 zum anderen Ultraschallsensor 5; 4 effektiv verhindert wird. Hierzu sind in der Grundplatte 2 in geeigneten Bereichen Materialaussparungen 24 vorgesehen, die ggf. mit einer akustisch optimierten Platte 25 verschlossen sind und mit schalldämpfenden oder schlecht schallleitenden Material 26 ausgefüllt sind. Auch die Niederhalter 6a, 6b sind aus einem Material gefertigt, das den Schall schlecht oder überhaupt nicht leitet. Verwendet wird beispielsweise Platinenmaterial, welches auch zur Herstellung von Leiterplatten verwendet wird. Insbesondere wird der Schall durch Glasfasern, die in das Material eingebettet sind, gedämpft.
In die Abdeckung 3 sind ein Display 20 und entsprechende Bedienelemente 19, z. B. zumindest ein Druckknopf, integriert. Über das Display 20 werden Messparameter oder Messwerte angezeigt. Mit dem zumindest einen Bedienelement 19 kann die Flowbox 1 programmiert werden. Diese Anzeigeelemente 19 und das Display 20 sind vor allem dann vorteilhaft, wenn es sich bei der Flowbox 1 um ein autarkes Gerät handelt, das über eine Batterie betrieben wird. In diesem Fall werden die Ultraschall-Messsignale von der in die Flowbox 1 integrierten Regel-/Auswerteeinheit 21 ausgewertet. Dem Anwender wird dann z. B. ein 4–20 mA Ausgangssignal zur Verfügung gestellt, das die Information über den Volumendurchfluss in der Rohrleitung beinhaltet.
Der Ultraschallsensor 5 ist unbeweglich in einer fixen Position arretiert, während der Ultraschallsensor 4 bewegbar montiert ist. Durch Verschieben des bewegbaren Ultraschallsensors 4 kann der Relativabstand zwischen den beiden Ultraschallsensoren 4, 5 auf einfache Art und Weise beliebig variiert werden. Der Verfahrweg des Ultraschallsensors 4 ist durch die Länge der Niederhalter 6a, 6b vorgegeben. Aufgrund des verschiebbar angeordneten Ultraschallsensors 4 ist es möglich, die beiden Ultraschallsensoren 4, 5 optimal zueinander zu positionieren, so dass stets die maximale Energieübertragung von einem Ultraschallsensor 4; 5 zu dem anderen Ultraschallsensor 5; 4 sichergestellt ist.
Der Verschiebemechanismus des bewegbaren Ultraschallsensors 4 ist einfach ausgestaltet: An dem Podest 12a, 12b, das so ausgestaltet ist, dass es im unteren, mit der Grundplatte 2 in Kontakt kommenden Bereich eine ebene Gleitfläche aufweist, sind in den beiden gegenüberliegenden unteren Seitenbereichen entweder Vorsprünge bzw. Schultern 15a, 15b vorgesehen, die im montierten Zustand unter die Seitenkanten der Niederhalter 6a, 6b greifen. Alternativ sind in den beiden gegenüberliegenden unteren Seitenbereichen Führungsschlitze 14a, 14b vorgesehen, in die die Seitenkanten der Niederhalter 6a, b eingreifen. Die Verschiebung selbst erfolgt entweder von Hand über eine Spindel, oder sie erfolgt elektrisch mit einem Schrittmotor oder mit einen Piezo-Antrieb.
Der Ultraschallsensor 4; 5 ist in dem in 1a gezeigten Ausschnitt der 1 vergrößert dargestellt. Im Detail ist der Ultraschallsensor 4; 5 auch in den Figuren 2 und 2a zu sehen. Die beiden für die Durchflussmessung vorgesehen piezo-elektrischen Elemente 10a, 10b sind auf schräg stehenden Flächen des podestartigen Vorlaufkörpers 12a, 12b angeordnet. Der Vorlaufkörper ist bevorzugt aus Kunststoff gefertigt. Zwischen dem piezoelektrischen Element 10a, 10b und dem Podest 12a, 12b ist jeweils eine Anpassschicht 11a, 11b vorgesehen. Die Winkelstellung der schräg stehenden Flächen definiert den Einfall- bzw. Ausfallwinkel der Ultraschall-Messsignale.
Im oberen Bereich des Podests 12a, 12b sind zwei weitere piezoelektrische Elemente 9a, 9b vorgesehen, die dazu dient, Diagnosedaten bezüglich des Sensors oder des Prozesses zur Verfügung zu stellen. Im Prinzip genügt eine Diagnosesensor. Der Diagnosesensor 9a, 9b strahlt und empfängt Ultraschall-Messsignale, die die Wandung der Rohrleitung 23 im wesentlich senkrecht zur Längsachse der Rohrleitung durchdringen. Die Information, die die Diagnosesensoren 9a, 9b zur Verfügung stellen, werden für die Messung der Schallgeschwindigkeit des Mediums, für die Leerrohrdetektion, für die Ermittelung der Temperatur des Vorlaufkörpers bzw. des Podests 12a, 12b, der Umgebung oder des Mediums verwendet; darüber hinaus liefern sie Information über die Dicke der Wandung der Rohrleitung 23, über eventuelle Ablagerungen oder korrosive Veränderungen an der Wandung der Rohrleitung 23, über mögliche Liner-Ablösungen oder aber auch über den Zustand des Ultraschallsensors 4, 5.
Die Diagnose wird im wesentlichen durch einen Vergleich der aktuellen Ultraschall-Messsignale mit zuvor in einem Sollzustand ermittelten und abgespeicherten Solldaten gewonnen. Insbesondere erfolgt die Analyse der Diagnosedaten vor der Installation, nach der Montage der Flowbox 1 auf der Rohrleitung 21 und während des laufenden Betriebs. Ein für Diagnosezwecke bestens geeignetes Verfahren ist konkret in der WO 2004/046657 A1 beschrieben. Aufgrund der teilweise geringen Laufzeiten der Ultraschall-Messsignale bis zu den ersten beiden Reflexionsstelle, hier beispielsweise am Außen- und Innendurchmesser der Rohrleitung, wird es als vorteilhaft erachtet, getrennte Sende- und Empfangspiezos 9.1 und 9.2 an dem Podest 12a, 12b vorzusehen. Eine entsprechende Ausgestaltung der Diagnosesensoren 9a, 9b ist in 5 zu sehen.
Die Figuren 5 und 5a zeigen eine zweite Ausgestaltung eines Ultraschallsensors 4, 5 in perspektivischer Ansicht bzw. in Draufsicht (5a). Der wesentliche Unterschied zu der in den Figuren 2 und 2a ist darin zu sehen, dass hier die Diagnosesensoren 9a, 9b im vorderen Bereich des Podests 12a, 12b angeordnet sind, während die elektrischen Kontakte 13 im hinteren Bereich des Ultraschallsensors 4, 5 positioniert sind. Obwohl die Ausgestaltung auf zwei Diagnosesensoren 9a, 9b Bezug nimmt, ist wiederum auch bereits ein Diagnosesensor ausreichend. Im Falle von zwei Diagnosesensoren 9a, 9b ist zwischen den beiden ein schalldämmendes Material 26 angeordnet.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung einer an einer Rohrleitung 23 befestigten Flowbox 1. Bevorzugt wird zur Befestigung der Flowbox 1 eine Befestigung gewählt, wie sie aus der gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin im Detail und in unterschiedlichen Ausgestaltungen beschrieben ist. Der Inhalt der gleichzeitig eingereichten Anmeldung ist explizit dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung beizufügen.

1: Flowbox
2: Grundplatte
3: Abdeckung
4: Ultraschallsensor
5: Ultraschallsensor
6a: Niederhalter
6b: Niederhalter
7: Schraube
8: Federelement
9a: Diagnosesensor (9.1)
9b: Diagnosesensor (9.2)
10a: Piezoelektrisches Element
10b: Piezoelektrisches Element
11a: Anpassschicht
11b: Anpassschicht
12a: Podest/Vorlaufkörper
12b: Podest/Vorlaufkörper
13: elektrischer Anschluss
14a: Schlitz
14b: Schlitz
15a: Schulter
15b: Schulter
16: Anpassung
17a: Auflageelement/Membran
17b: Auflageelement/Membran
18: Koppelelement
19: Bedienelement
20: Display
21: Regel-/Auswerteeinheit
22: Befestigungsmittel
23: Rohrleitung
24: Materialaussparung
25: akustisch optimierte Platte
26: schalldämmendes Material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0686255 B1 [0002]
- US 4484478 [0002]
- US 4598593 [0002]
- EP 0974815 A1 [0006]
- US 5463905 [0034]
- WO 2004/046657 A1 [0041]

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder Massedurchflusses eines Mediums, das eine Rohrleitung (23) in Richtung der Längsachse der Rohrleitung (23) durchströmt, mit zumindest zwei Ultraschallsensoren (4, 5), die Ultraschall-Messsignale aussenden und/oder empfangen, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit (21), die den Volumen- und/oder den Massedurchfluss des Mediums anhand der Laufzeitdifferenz der Ultraschall-Messsignale, die die Rohrleitung (23) in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung des Mediums durchlaufen, bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ultraschallsensoren (4, 5) an einer Grundplatte (2) montiert sind, dass zumindest einer der Ultraschallsensoren (4) relativ zu dem zweiten Ultraschallsensor (5) entlang einer Verbindungslinie bewegbar ist, und dass Befestigungsmittel (22) vorgesehen sind, über die die an der Grundplatte (2) befestigten Ultraschallsensoren (4, 5) an der Rohrleitung (23) so positionierbar sind, dass die Verbindungslinie zwischen den beiden Ultraschallsensoren (4, 5) im wesentlichen parallel zu der Längsachse der Rohrleitung (23) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Grundplatte (2) Führungselemente (6a, 6b) angeordnet sind, zwischen denen die Ultraschallsensoren (4, 5) geführt werden bzw. befestigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Führungselementen um Niederhalter (6a, 6b) handelt, die die Ultraschallsensoren (4, 5) federnd an der Grundplatte (2) befestigen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung der Niederhalter (6a, 6b) an der Grundplatte (2) Schrauben (7) mit Federelementen (8) vorgesehen sind oder dass die Niederhalter (6a, 6b) aus einem federnden Material gefertigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ultraschallsensor (4; 5) aus einem Vorlaufkörper (12a, 12b) besteht, an dem ein erstes piezoelektrisches Element (10a, 10b) derart befestigt ist, dass die Ultraschall-Messsignale bezüglich der Senkrechten zur Längsachse der Rohrleitung (23) unter einem von Null verschiedenen Winkel in die Rohrleitung (23) eingestrahlt bzw. aus der Rohrleitung (23) empfangen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Vorlaufkörper (12a, 12b) ein zweites piezoelektrisches Element (9a, 9b) vorgesehen ist, das Ultraschall-Messsignale senkrecht zur Längsachse der Rohrleitung (23) aussendet bzw. empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über das zweite piezoelektrische Element (9a, 9b) Diagnosedaten im Hinblick auf den Ultraschallsensor (4, 5), das Medium oder die Beschaffenheit der Rohrleitung (23) bereitgestellt werden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ultraschallsensor (5) stationär und dass der zweite Ultraschallsensor (4) beweglich zur Grundplatte (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den beiden gegenüberliegenden Seitenbereichen des Vorlaufkörpers (12a, 12b) des stationären und/oder des bewegbaren Ultraschallsensors (4, 5) Längsschlitze (14a, 14b) vorgesehen sind, die im montierten Fall mit den Seitenkanten der angrenzenden Niederhalter (6a, 6b) in Eingriff sind.
Vorrichtung nach Anspruch einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden gegenüberliegenden Seitenbereichen des Vorlaufkörpers (12a, 12b) des bewegbaren und des stationären Ultraschallsensors (4, 5) Schultern (15a, 15b) vorgesehen sind, die im montierten Fall des Ultraschallsensors (4, 5) zwischen der Grundplatte (2) und den entsprechenden Seitenbereichen der Niederhalter (6a, 6b) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Vorlaufkörper (12a, 12b) ein elektrischer Kontakt für die Kontaktierung des Ultraschallsensors (4, 5) mit der Regel-/Auswerteeinheit (21) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abdeckelement (3) vorgesehen ist, das im montierten Fall zusammen mit der Grundplatte (2) ein Gehäuse, eine sog. Flowbox (1), bildet, in dem bzw. in der die beiden Ultraschallsensoren (4, 5) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Flowbox (1) eine Anzeigeeinheit (20) und/oder zumindest ein Bedienelement (19) zu sehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalter (6a, 6b) aus einem Material gefertigt sind, das den Schall nicht leitet oder das den Schall stark dämpft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Grundplatte (2) zumindest eine Materialaussparung (24) vorgesehen ist, die die Schallleitung zwischen den beiden Ultraschallsensoren (4, 5) unterbricht.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Materialaussparung (24) um eine schlitzförmige oder H-förmige Aussparung handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparung (24) mit einem schalldämpfenden Material (17a, 17b) abgedichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (2) zwei akustisch voneinander entkoppelte Bereiche (17a, 17b) aufweist, wobei der stationäre Ultraschallsensor (5) in dem ersten Bereich (17a) angeordnet ist und wobei der bewegbare Ultraschallsensor (4) in dem zweiten Bereich (17b) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (2) aus einem stabilen Rahmenteil besteht, der im Bereich zwischen den Ultraschallsensoren (4, 5) und der Rohrleitung (23) mit einer Membran (17a, 17b) bespannt ist.