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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Fachgebiet der Erfindung
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Die vorlegende Erfindung betrifft einen Ultraschall-Durchflussmesser, welcher unter Benutzung von Ultraschallschwingungen den durch ein Rohr tretenden Volumenstrom einer Flüssigkeit misst.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Zum Stand der Technik gehört ein Ultraschall-Durchflussmesser, welcher Ultraschallschwingungen benutzt, um als Durchflussmesser zu wirken, der den durch ein Rohr tretenden Volumenstrom einer Flüssigkeit misst.
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Dieser Ultraschall-Durchflussmesser umfasst zwei je einen Wandler aufweisende Messeinheiten, die sich in der Längsrichtung in einem gewissen Abstand auf einem Messrohr befinden, durch welches die Flüssigkeit strömt. Von einem der Wandler werden Ultraschallschwingungen ausgesendet, die dann von dem anderen Wandler aufgenommen werden. Alternativ werden Ultraschallschwingungen von dem anderen Wandler ausgesendet und dann von dem ersten Wandler aufgenommen. Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Messrohr wird aus dem Unterschied in den Ausbreitungszeiten dieser Ultraschallschwingungen ermittelt, und der Volumenstrom wird dann auf der Grundlage dieser Strömungsgeschwindigkeit bestimmt.
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Wenn jedoch dieser Ultraschall-Durchflussmesser im Bereich zwischen den beiden Messeinheiten Schwingungen von außen ausgesetzt ist, treten jedoch Messfehler auf, die zu Schwankungen in den Kenndaten der Messwerte führen und Probleme dergestalt hervorrufen, dass der Volumenstrom nicht genau gemessen werden kann.
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Da sich die Schallgeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit der Ausbreitung der Ultraschallschwingungen sich mit der Temperatur der Flüssigkeit ändert, ist es für die Messung des Volumenstroms außerdem erforderlich, einen Umrechnungswert zu benutzen, welcher der jeweiligen Temperatur der Flüssigkeit entspricht. Wenn jedoch die Ultraschallschwingungen, die von dem Wandler ausgesendet werden, durch andere Faktoren außer denen der Temperatur der Flüssigkeit beeinflusst werden wie beispielsweise durch die Temperatur der äußeren Umgebung, besteht selbst dann, wenn der Volumenstrom durch Umrechnung gemäß der Temperatur der Flüssigkeit korrigiert worden ist, das Problem, dass die Schallgeschwindigkeit sich auf Grund geringer Temperaturänderungen ändert und folglich der Volumenstrom nicht genau gemessen werden kann.
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Im Folgenden werden die Änderungen der Schallgeschwindigkeit, die durch Änderungen der Temperatur der Flüssigkeit verursacht werden, unter Bezug auf die Abbildungen ausführlich erläutert.
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9 ist eine grafische Darstellung einer Kurve, die die Beziehung zwischen der Temperatur (°C) des Wassers (Flüssigkeit) und der Schallgeschwindigkeit (m/s) aufzeigt. Des Weiteren ist 10A eine graphische Darstellung, welche die Änderung eines Bezugs-Volumenstroms für den zeitlichen Verlauf T im Fall einer Wassertemperatur von 20°C darstellt, während 10B eine grafische Darstellung ist, welche das Ausgangssignal der Wandler relativ zum Bezugs-Volumenstrom von 10A wiedergibt. Darüber hinaus ist 11A eine grafische Darstellung, die die Änderung eines Bezugs-Volumenstroms für den zeitlichen Verlauf T im Fall einer Wassertemperatur von 29°C darstellt, während die 11B eine grafische Darstellung ist, die das Ausgangssignal der Wandler relativ zum Bezugs-Volumenstrom der 11A wiedergibt.
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Darüber hinaus bedeuten die in den 10A und 11A mit Q bezeichneten Größen für den Volumenstrom und den Bezugs-Volumenstrom jeweils das pro Minute hindurchgetretene Volumen pro Minute (ml/min), und der Bezugs-Volumenstrom gibt den Volumenstrom an, das durch das Messrohr des Ultraschall-Durchflussmessers fließt und mit einem geeichten Durchflussmesser erhalten wird.
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Die Umrechnungswerte für den Volumenstrom relativ zum Ausgangssignal der Wandler werden aus den grafischen Darstellungen der 9 bis 11 erhalten.
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Es ist allgemein bekannt, dass sich die Schallgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen, die von den Wandlern abgegeben werden, beträchtlich mit der Temperatur der Flüssigkeit ändert. Dies kann durch die in 9 gezeigte Kurve dargestellt werden, welche die Beziehung zwischen der Temperatur und der Schallgeschwindigkeit wiedergibt. Aus der in 9 dargestellten Kurve ist ersichtlich, dass die Schallgeschwindigkeit mit steigender Temperatur zunimmt.
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In Anbetracht dieser Änderung der Schallgeschwindigkeit mit der Temperatur lässt man wie, dies in der Kurve der 10A dargestellt ist, Wasser bei einer Temperatur von 20°C in zwei Etappen, nämlich einmal mit 1000 ml und einmal mit 500 ml pro Minute von der Zeit 0 an durch das Messrohr des Ultraschall-Durchflussmessers unter Benutzung des Bezugs-Durchflussmessers fließen. Für den Volumenstrom der genannten ersten Etappe lässt man das Wasser während des Zeitintervalls T1, und für das Volumen der letztgenannten zweiten Etappe lässt man Wasser während des Zeitintervalls T2 fließen, so dass sich diese an die erste Etappe anschließt.
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Während, wie in 10B dargestellt ist, das Ausgangssignal der Ultraschallschwingungen, die von den Wandlern bei der Umgebungstemperatur von 24°C abgegeben werden, auf nahezu konstantem Pegel vor dem Zeitpunkt 0, also vor dem Zeitpunkt des Beginns der Wasserströmung blieb (siehe A), ist ersichtlich, dass plötzlich eine Abnahme um den Verschiebungswert D1 (siehe B) erfolgt, die dem Beginn der Wasserströmung (Zeitpunkt 0) ertspricht. Wenn sich der Volumenstrom des Wassers von 1000 ml/min auf 500 ml/min (siehe C) verändert, so ist ersichtlich, dass die Veränderung um den Verschiebungswert D2 nur geringfügig ausfällt.
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Wie aus den Abbildungen hervorgeht, ist der Unterschied im Ausgangssignal zwischen dem Verschiebungswert D1 und dem Verschiebungswert D2 dergestalt, dass D1 >> D2, und die Änderung des Ausgangssignals infolge der Temperaturänderung um den Unterschied von 4°C zwischen der Umgebungstemperatur und der Wassertemperatur kann als größer als die Änderung im Ausgangssignal während der Änderung des Volumenstroms betrachtet werden.
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Als Nächstes sollen im Vergleich mit der Kurve in 10 die Kurven für den Fall erläutert werden, wo man Wasser bei einer Wassertemperatur von 29°C fließen lässt, wie das in 11 dargestellt ist. Wie das in 11A dargestellt ist, lässt man Wasser bei einer Temperatur von 29°C in zwei Etappen von 1000 ml/min und 500 ml/min mit dem Start zum Zeitpunkt 0 durch das Messrohr des Ultraschall-Durchflussmessers unter Benutzung eines Bezugs-Durchflussmessers fließen. Für den Volumenstrom der vorgenannten ersten Etappe lässt man Wasser während des Zeitintervalls T3 fließen, und für den Volumenstrom der letztgenannten Etappe lässt man Wasser während des Zeitintervalls T4 dergestalt fließen, dass sich diese Etappe an die erste Etappe anschließt.
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Während, wie in der Kurve von 11B dargestellt ist, das Ausgangssignal der Ultraschallschwingungen, die von den Wandlern bei einer Umgebungstemperatur von 24°C abgegeben wurden, sich auf demselben Niveau befand und zum Zeitpunkt 0 vor dem Einsetzen der Wasserströmung in derselben Weise wie in 10A nahezu konstant blieb (siehe E), ist ersichtlich, dass es plötzlich um den Verschiebungswert D3 ansteigt (siehe F), der dem Einsetzen des Wasserflusses (Zeitpunkt 0) entspricht. Wenn sich der Volumenstrom des Wassers von 1000 ml/min auf 500 ml/min verändert (siehe G), so ist ersichtlich, dass sich das Ausgangssignal nur geringfügig um den Verschiebungswert D4 ändert.
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Wie aus den Abbildungen hervorgeht, ist der Unterschied im Ausgangssignal zwischen dem Verschiebungswert D3 und dem Verschiebungswert D4 dergestalt, dass D3 >> D4, und die Änderung des Ausgangssignals infolge der Temperaturänderung um den Unterschied von 5°C zwischen der Umgebungstemperatur und der Wassertemperatur kann als größer als die Änderung im Ausgangssignal während der Änderung des Volumenstroms betrachtet werden.
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Auf diese Art und Weise werden in dem Ultraschall-Durchflussmesser Änderungen des Volumenstromes in einem Bereich des Ausgangssignals erfasst, der viel kleiner ist als die Änderung des Ausgangssignals der Wandler, die sich aus einer Änderung der Temperatur der Flüssigkeit ergibt. Es ist also verständlich, dass, je größer der Unterschied zwischen der Umgebungstemperatur und der Flüssigkeitstemperatur ist, um so größer die Änderung des Ausgangssignals der Wandler ist.
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Wenn also die Flüssigkeitstemperatur selbst minimal von der äußeren Umgebungstemperatur beeinflusst wird, ändert sich das Ausgangssignal des Wandlers beträchtlich, und die Messung des Volumenstroms an Hand eines extrem kleinen Verschiebungswerts für dieses Ausgangssignal der Wandler birgt ein hohes Potential für Messfehler.
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Daher gab es beim herkömmlichen Ultraschall-Durchflussmesser Fälle, in denen es schwierig war, den von der Umgebungstemperatur abhängigen Volumenstrom genau zu messen.
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US 4,738,737 A beschreibt einen Ultraschall-Durchflussmesser, der ein von eine Flüssigkeit durchströmtes Messrohr und zwei Messeinheiten aufweist. Dabei ist nur eine einzige Montageeinheit vorgesehen.
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WO 97/37164 A1 beschreibt eine Rohrbefestigung mit einer Ständer, auf welchem ein Paar Montageeinheiten am Rohr angeklemmt sind. Die Druckschrift enthält keine Hinweise auf die Anwendung bei einem Ultraschall-Strömungsmesser. Vielmehr geht er hierbei um eine Anzahl von Möglichkeiten des Montierens von Rohren an einer Tragbasis.
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DE 92 02 970 U1 behandelt das Erfassen eines Durchsatzes mittels eines Durchflussmessers unter Anwendung des Doppler-Prinzips. Dabei wird nur eine einzige Messeinheit zum Erfassen des Durchsatzes verwendet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Anbetracht der obigen Umstände besteht der Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin, einen Ultraschall-Durchflussmesser vorzustellen, der imstande ist, die Messgenauigkeit zu verbessern.
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Um den oben genannten Gegenstand der Erfindung zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung einen Ultraschall-Durchflussmesser vor, der Folgendes umfasst: ein Messrohr, durch welches eine Flüssigkeit strömt, und zwei Messeinheiten, die an dem Messrohr in dessen Längsrichtung in einem gewissen Abstand angebracht sind und die den Volumenstrom durch Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus dem Unterschied in den Ausbreitungszeiten der Ultraschallschwingungen in beiden Richtungen zwischen diesen Messeinheiten messen, wobei das Messrohr auf einem Ständer angebracht ist, auf dem ein Paar von Montageeinheiten auf einer Grundplatte in einem größeren Abstand als dem zwischen den Messeinheiten angeordnet ist, und das Messrohr in den Montageeinheiten gehalten wird, die sich in axialer Richtung jenseits der Messeinheiten des Messrohrs befinden.
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Da das Messrohr in axialer Richtung des Messrohrs durch an der Grundplatte angebrachte Montageeinheiten jenseits der Messeinheiten gehalten und gestützt wird, können auf diese Weise mit den Montageeinheiten äußere Schwingungen abgeblockt werden, wodurch die Möglichkeit geboten wird, die Zuverlässigkeit der Messung zwischen den Messeinheiten, die für die Wirkungen von äußeren Schwingungen anfällig sind, zu erhöhen.
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In dem Ultraschall-Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung haben die Montageeinheiten vorzugsweise ein erstes Montageteil und ein zweites Montageteil, die so befestigt sind, dass sie sich einander gegenüber befinden, und klemmende Einschnitte, die in diesem ersten und zweiten Montageteil ausgebildet sind und die Gestalt eines Kreisbogens aufweisen, die eine Öffnung bilden, welche den äußeren Umfang des Messrohres aufnimmt, wenn sich die Montageteile einander gegenüber befinden.
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Indem das erste und das zweite Montageteil in dem Zustand, in welchem das Messrohr in den klemmenden Einschnitten angeordnet wird, die in dem ersten und zweiten Montageteil ausgebildet sind, sich einander gegenüber befinden, kann auf diese Weise der äußere Umfang des Messrohres äußerst reicht festgeklemmt werden.
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In dem Ultraschall-Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung haben die Montageeinheiten vorzugsweise ein unteres Montageteil und ein oberes Montageteil, die so angeordnet sind, dass sie sich oben und unten einander gegenüber befinden, und weisen vorzugsweise Einschnitte auf, die in diesem ersten und zweiten Montageteil ausgebildet sind und die Gestalt eines Kreisbogens aufweisen, die eine Öffnung bilden, welche den äußeren Umfang des Messrohres aufnimmt, wenn sich die Montageteile einander gegenüber befinden.
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Indem das obere und das untere Montageteil in dem Zustand, in welchem das Messrohr in den klemmenden Einschnitten angeordnet wird, die in dem ersten und zweiten Montageteil ausgebildet sind, sich einander gegenüber befinden, kann auf diese Weise der äußere Umfang des Messrohres äußerst leicht festgeklemmt werden.
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Beim Ultraschall-Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung ist der Innendurchmesser der Öffnung, die durch die klemmenden Einschnitte entsteht, vorzugsweise geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Messrohres.
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Da die Öffnung, die durch die klemmenden Einschnitte entsteht, wenn jedes Montageteil dem anderen gegenüber steht, so ausgebildet ist, dass sie einen Durchmesser aufweist, der geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Messrohres ist, kann das Messrohr zuverlässig von beiden Montageteilen gehalten werden.
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Bei dem Ultraschall-Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung sind die klemmenden Einschnitte vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine nicht glatte Oberfläche aufweisen.
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Da die klemmenden Einschnitte so ausgebildet sind, dass sie eine nicht glatte Oberfläche aufweisen, kann das Messrohr auf diese Weise zuverlässig gehalten werden, und die Einflüsse von äußeren Schwingungen können zudem vermindert werden.
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Bei dem Ultraschall-Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung ist die Oberfläche der klemmenden Einschnitte als Ergebnis der Ausbildung von rastenden Rillen längs der umfänglichen Richtung nicht glatt.
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Da die Oberfläche der klemmenden Einschnitte so ausgebildet ist, dass sie als Ergebnis der Ausbildung von rastenden Rillen längs des Umfangs nicht glatt ist, können auf diese Weise Schwingungen im Messrohr in der axialen Richtung zuverlässig durch die rastenden Rillen abgeblockt werden.
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Bei dem Ultraschall-Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung sind die rastenden Rillen vorzugsweise V-förmige Rillen.
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Da die rastenden Rillen V-förmige Rillen sind, kommt die Oberfläche äußeren Umfangs des Messrohres mit den rastenden Rillen zuverlässig in Kontakt, wodurch auf diese Weise das Messrohr in den Montageteilen zuverlässig festgeklemmt wird.
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Bei dem Ultraschall-Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Anzahl von rastenden Rillen in den klemmenden Einschnitten in Abständen in axialer Richtung des Messrohres, das aufgenommen wird, ausgebildet.
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Da eine Anzahl von rastenden Rillen in axialer Richtung angeordnet ist, können auf diese Weise Schwingungen, die auf das Messrohr übertragen werden, noch zuverlässiger abgeblockt werden.
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Bei dem Ultraschall-Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein Isolationsmittel, welches die Messeinheiten umgibt und das die Übertragung von Wärme von außen unterdrückt, vorhanden.
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Da die Messeinheiten mit dem Isolationsmittel bedeckt sind, ist es schwierig, dass äußere Wärme auf die Messeinheiten übertragen wird, und die Temperatur der Messeinheiten wird dadurch konstant gehalten. Mit anderen Worten, die Temperatur der durch das Messrohr strömenden Flüssigkeit bildet den Haupteffekt auf die Messeinheiten. Daher wird die Temperatur der durch die Messeinheiten strömenden Flüssigkeit nicht länger von der äußeren Umgebungstemperatur beeinflusst, und der Volumenstrom kann auf diese Weise aus Änderungen der Schallgeschwindigkeit der Ultraschallschwingungen gemäß der Flüssigkeitstemperatur genau gemessen werden.
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Ferner besteht bei dem Ultraschall-Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung das Isolationsmittel vorzugsweise aus einem Dämmstoff.
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Da das Isolationsmittel aus einem Dämmstoff besteht, wird die Wärmedämmung effektiver gestaltet, und die Messeinheiten können zum Beispiel entsprechend der Gestalt der Messeinheiten umgeben werden, um die Wärmedämmung auf diese Weise noch wirkungsvoller zu gestalten. Daher ist es möglich, den Volumenstrom genau zu messen, ohne dass die Temperatur der Flüssigkeit durch die Außentemperatur beeinflusst wird.
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Ferner ist bei dem Ultraschall-Durchflussmesser der vorliegenden Erfindung das Isolationsmittel ein Gehäuse, in welchem die Messeinheiten untergebracht sind.
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Auf diese Weise findet kein vom Übergang von Wärme von außen auf die Messeinheiten statt, da diese sich in einem Gehäuse befinden, und daher kann der Volumenstrom durch das Abblocken der Wirkungen der äußeren Umgebungstemperatur genau gemessen werden. Zusätzlich können die Messeinheiten durch das Gehäuse geschützt werden, und die Zuverlässigkeit und die Haltbarkeit des Ultraschall-Durchflussmessers werden erhöht. Für das Gehäuse wird vorzugsweise ein Material eingesetzt, das dämmende Wirkung und einen niedrigen Wärmeübergangskoeffizenten aufweist, und vorzugsweise wird ein solches Material wie SUS eingesetzt.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER ABBILDUNGEN
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1 ist eine Perspektivdarstellung zur Erläuterung des Aufbaus des Ultraschall-Durchflussmessers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Aufbaus des Ultraschall-Durchflussmessers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist ein Schnitt in Explosivdarstellung zur Erläuterung des Aufbaus der Montageeinheit, welche den Ultraschall-Durchflussmesser gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an dem Ständer befestigt.
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4 ist eine Draufsicht zur Erläuterung des Aufbaus des Montageteils der Montageeinheit von 3.
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5 ist ein Teil in Schnittdarstellung zur Erläuterung des Befestigungsbereichs der Montageeinheit von 3.
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6 ist Teil in vergrößerter Schnittdarstellung zur Erläuterung des Aufbaus des Befestigungsbereichs der Montageeinheit von 3.
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7A ist eine Explosivdarstellung zur Erläuterung des Aufbaus des Ultraschall-Durchflussmessers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7B ist eine Schnittdarstellung des Ultraschall-Durchflussmessers der 7A mit Blick auf den Schnitt längs der Achse eines Messrohres.
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8A ist eine Perspektivdarstellung zur Erläuterung des Aufbaus des Ultraschall-Durchflussmessers, die eine Änderung an der zweiten Ausführungsform zeigt.
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8B ist eine Schnittdarstellung des Ultraschall-Durchflussmessers von 8A mit Blick auf den Schnitt H-H längs der Achse des Messrohres.
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9 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Wassertemperatur und der Schallgeschwindigkeit aufzeigt.
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10A ist eine Kurve der experimentellen Daten, die die Änderung des Bezugs-Volumenstroms über die Zeit T bei einer Wassertemperatur von 20°C zeigt.
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10B ist eine Kurve der experimentellen Daten, die die Änderung des Ausgangssignals des Wandlers bezüglich des in 10A dargestellten Bezugs-Volumenstroms zeigt.
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11A ist eine Kurve der experimentellen Daten, die die Änderung des BezugsVolumenstroms über die Zeit T bei einer Wassertemperatur von 29°C zeigt.
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11B ist eine Kurve der experimentellen Daten, die die Änderung des Ausgangssignals des Wandlers bezüglich des in 11A dargestellten Bezugs-Volumenstroms zeigt.
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BESCHREIBUNG DER VORZUGSWEISEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden erfolgt eine Erläuterung des Ultraschall-Durchflussmessers gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildungen.
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[Erste Ausführungsform]
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Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform des Ultraschall-Durchflussmessers gemäß den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung erläutert.
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In den 1 und 2 bezeichnet die Ziffer 1 einen Ultraschall-Durchflussmesser. Dieser Ultraschall-Durchflussmesser 1 ist aus einem Kunstharz mit sehr hoher chemischer Beständigkeit wie beispielsweise Vinylchlorid oder aus Fluoresin gefertigt und hat ein Messrohr 2, durch welches eine Flüssigkeit strömt, und zwei Messeinheiten 3, die sich in einem gewissen Abstand voneinander in Längsrichtung dieses Messrohres 2 befinden.
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Die Messeinheiten 3 benutzen einen Aufbau, bei dem ein Wandler 5 fest an den Außenumfang des Messrohres 2 angekoppelt ist, und sein Außenumfang mit dem Halterohr 6 bedeckt ist. Ferner bezeichnet die Bezugszahl 8 in den Abbildungen die Anschlussdrähte des Wandlers 5.
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Der Ultraschall-Durchflussmesser 1, der in der oben beschriebenen Art und Weise aufgebaut ist, lagert auf einem Ständer 11. Dieser Ständer 11 hat eine Grundplatte 13, die mit nach unten gerichteten Füßen 12 ausgestattet ist, und Montageeinheiten 14, die an der Oberseite der Grundplatte 13 in der Nähe von deren beiden Eden angebracht sind, und der Ultraschall-Durchflussmesser 1 wird von diesen Montageeinheiten 14 an Stellen getragen, die in axialer Richtung des Messrohres 2 jenseits der Messeinheit 3 liegen.
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Wie in 3 dargestellt ist, weist jede Montageeinheit 14 ein unteres Montageteil 14a, welches auf der Grundplatte 13 befestigt ist, und ein oberes Montageteil 14b, das an der Oberseite dieses unteren Montageteils 14a befestigt ist, auf.
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Auf den jeweils gegenüber liegenden Seiten des unteren Montageteils 14a und des oberen Montageteils 14b sind klemmende Einschnitte 21 in Form eines Kreisbogens ausgebildet, und wenn sich das untere Montageteil 14a und das obere Montageteil 14b einander gegenüber befinden, wird durch beide klemmenden Einschnitte 21 eine Öffnung 22 mit einer Kreisform gebildet.
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Ein Paar von Gewindelöchern 23 befindet sich in der Unterseite des unteren Montageteils 14a, und durch das Eindrehen von Schrauben 25, die von der Unterseite der Grundplatte 13 durch Montagelöcher 24, die in der Grundplatte ausgebildet sind, in diese Gewindelöcher 23 eingeführt werden, wird das untere Montageteil 14a an der Grundplatte 13 befestigt.
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Ferner ist an der Oberseite des unterer Montageteils 14a ein Paar von dem Zusammenbau dienenden Gewindelöchern 26 ausgebildet, und im oberen Montageteil 14b sind Durchführungslöcher 27 ausgebildet, die mit den dem Zusammenbau dienenden Gewindelöchem 26 eine Flucht bilden, wenn das obere Montageteil 14b auf der Oberseite des unteren Montageteils 14a angebracht wird.
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Wenn das obere Montageteils 14b auf dem oberen Teil des unteren Montageteils 14a installiert wird, führt man Montageschrauben 28 in die Durchführungslöcher 27 des oberen Montageteils 14b in dem Zustand, in welchem das Messrohr 2 des Ultraschall-Durchflussmessers 1 in der Öffnung 22, die von den klemmenden Einschnitten 21 gebildet wird, angeordnet wird, und schraubt die Montageschrauben 28 in die dem Zusammenbau dienenden Gewindelöcher 26. Auf diese Weise werden das untere Montageteil 14a und das obere Montageteil 14b aneinander befestigt, und dann wird das Messrohr 2 des Ultraschall-Durchflussmessers 1 in der aus den beiden klemmenden Einschnitten 21 gebildeten Öffnung gehalten.
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Hierbei ist der Innendurchmesser der Öffnung 22, die von den klemmenden Einschnitten 21 des unteren Montageteils 14a und des oberen Montageteils 14b gebildet wird, geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Messrohres ausgelegt.
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Darüber hinaus, wie in den 4 und 5 dargestellt, ist eine Anzahl von V-förmigen rastenden Rillen 31 auf dem Umfang in axialer Richtung in gewissen Abständen in den haltenden Einschnitten 21 des unteren Montageteils 14a und des oberen Montageteils 14b ausgebildet.
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Wenn das Messrohr 2 des Ultraschall-Durchtlussmessers 1 durch diese Montageteile 14 infolge der Tatsache, dass der äußere Umfang des Messrohres 2 mit den rastenden Rillen 31 der klemmenden Einschnitte 21 des unteren Montageteils 14a und des oberen Montageteils 14b in rastender Verbindung ist, wie das in 6 dargestellt ist, wird das Messrohr 2 zuverlässig gehalten, und eine Verschiebung des Messrohres 2 in axialer Richtung des Messrohres 2 oder in jeder beliebigen der vier weiteren Richtungen wird zuverlässig vermieden.
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Da das Messrohr 2 von den auf der Grundplatte 13 befindlichen Montageeinheiten 14 an Stellen gehalten und gestützt wird, die in axialer Richtung weiter außen liegen als die in einem gewissen Abstand befindlichen Messeinheiten 3, können bei dem oben erwähnten Ultraschall-Durchflussmesser auf diese Weise mit den Montageteilen 14 äußere Schwingungen abgeblockt werden. Dadurch ist es möglich, die Zuverlässigkeit der Messung zwischen den Messeinheiten 3, die für Wirkungen von äußeren Schwingungen anfällig sind, zu erhöhen.
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Dadurch dass das untere Montageteil 14a und das obere Montageteil 14b einander gegenüber liegen, wenn das Messrohr 2 in den in dem unteren Montageteil 14a und dem oberen Montageteil 14b ausgebildeten klemmenden Einschnitten 21 angeordnet ist, kann der Außenumfang des Messrohres 2 auf äußerst einfache Weise gehalten werden.
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Da die Öffnung 22, die durch die in dem unteren Montageteil 14a und dem oberen Montageteil 14b ausgebildeten klemmenden Einschnitten 21 gebildet wird, so ausgebildet ist, dass sie einen geringfügig kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser des Messrohres hat, kann außerdem das Messrohr 2 von dem unteren Montageteil 14a und dem oberen Montageteil 14b zuverlässig gehalten werden.
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Da die Oberfläche der klemmenden Einschnitte 21 durch eine Anzahl von rastenden Rillen 31, die in axialer Richtung längs ihres Umfangs angeordnet sind, eine nicht glatte Gestalt aufweist, können darüber hinaus Schwingungen in axialer Richtung in dem Messrohr 2 durch die rastenden Rillen 31 zuverlässig abgeblockt werden.
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Da die rastenden Rillen 31 V-förmige Rillen sind, kann die Außenfläche des Messrohres 2 mit den rastenden Rillen 31 eine zuverlässige Kopplung eingehen, wodurch ermöglicht wird, dass das Messrohr noch zuverlässiger in den Montageeinheiten 14 gehalten wird.
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[Zweite Ausführungsform]
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Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform des Ultraschall-Durchflussmessers gemäß den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die 7A und 7B erläutert.
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Die 7A und 7B sind Abbildungen, in denen ein Ultraschall-Durchflussmesser 1a in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt wird, wobei die 7A eine Explosivdarstellung des Ultraschall-Durchflussmesser 1a ist und die 7B eine Schnittdarstellung parallel zur Achse eines Messrohres 2 des Ultraschall-Durchflussmessers 1a ist.
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In der Abbildung bezeichnen die Bezugszahlen 4 ein fest angebrachtes Rohr, 14 eine aus einem unteren Montageteil 14a und einem oberen Montageteil 14b bestehende Montageeinheit, 50 ein Gehäuse (Isoliermittel), welches aus einem unteren Gehäuseteil 51, das als Grundgestell dient, und einem oberen Gehäuseteil 52 besteht, und 53 und 54 jeweilige Isoliermaterialien (Isoliermittel).
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Da die übrigen Bezugszahlen die selben sind, wie in dem Ultraschall-Durchflussmesser, der in der obigen ersten Ausführungsform erläutert wurde, wird hier auf ihre Erklärung verzichtet.
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Das in 7B dargestellte Gehäuse 50 besteht aus dem verbindenden unteren Gehäuseteil 51, welches durch Biegen in Gestalt eines 'U' ausgebildet ist, und dem oberen Gehäuseteil 52, welches in Form einer ebenen Platte ausgebildet ist, damit diese in die Öffnung im oberen Teil des unteren Gehäuseteils 51 passt. Dieses Gehäuse 50 besteht aus SUS-Material (rostfreier Stahl) mit einem vergleichsweise geringen Wert der Wärmeübergangsgeschwindigkeit. und seine Gesamtlänge ist gleich oder größer als der Abstand zwischen den Messeinheiten 3, die in einem vorgeschriebenen Abstand voneinander angeordnet sind.
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Die in etwa der halben Höhe des Gehäuses 50 ausgebildeten unteren Montageteile 14a, sind in der Längsrichtung an beiden Enden des unteren Gehäuseteils 51 so befestigt, dass jedes im unteren Gehäuseteil 51 in derselben Art und Weise untergebracht ist, wie die in der ersten Ausführungsform dargestellte Befestigung an der Grundplatte 13 erfolgt. Die klemmenden Einschnitte 21 in der Gestalt eines Kreisbogens sind in der Oberseite des unteren Montageteils 14a ausgebildet, und da sie den gegenüber liegenden Aufnahmeeinschnitten 21 des oberen Montageteils 14b gegenüber angeordnet sind, werden durch die jeweiligen Aufnahmeeinschnitte 21 Öffnungen gebildet.
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Ein Paar von Schraubenlöchern 27 für Befestigungsschrauben 28, welche die oberen Montageteile 14b an den die unteren Montageteilen 14a befestigen, ist in der Oberseite des oberen Montageteils 146 in derselben Art und Weise ausgebildet wie bei der ersten Ausführungsform, und ein Paar Schraubenlöcher 55a für die Schrauben 55 zur Befestigung des oberen Deckels 52 ist auch in der Oberseite des oberen Montageteils 14b ausgebildet. Außerdem ist ein Paar von Schraubendurchgangslöchern 55b in dem oberen Deckel 52 ausgebildet, um die Schrauben 55 zur Montage des oberen Deckels hindurch zu führen.
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Die Isoliermaterialien 53 und 54, die auf zwei Teile, einen oberen und einen unteren, aufgeteilt sind, bestehen aus Schaumpolystyrol als Material und werden auf eine solche Größe geformt, dass sie in dem Raum im Innern des Gehäuses 50, wenn dieses zusammengesetzt ist, untergebracht werden können. Der Einschnitt 53b in der Gestalt eines Kreisbogens ist in der Oberseite des unteren Isoliermaterials 53 ausgebildet, um die Gestalt des Messrohres 2 aufzunehmen, während die Einschnitte 53a in der Gestalt eines Kreisbogens mit einem großen Radius in dem oberen Teil des unteren Isolationsmaterials 53 ausgebildet sind, um die Anordnungsstellen der beiden Messeinheiten 2 aufzunehmen.
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Zusätzlich sind im oberen Isolierteil 54 Einschnitte ausgebildet, um die Form des Messrohres 2 und die der Messeinheiten 3 auf dieselbe Weise aufzunehmen, wie das beim unteren Isolierteil 53 der Fall ist.
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In der Messeinheit 3, die sich von der in der ersten Ausführungsform dargestellten Messeinheit 3 unterscheidet, ist der Wandler 5 an der Außenseite des Messrohres 2 über das fest angekoppelte Rohr 4 befestigt. In diesem Fall werden die Ultraschallschwingungen, die vom Wandler 5 abgegeben oder aufgenommen werden, durch das fest angekoppelte Rohr, welches an der Außenseite des Messrohres 2 fest angebracht ist, übertragen. Das fest angekoppelte Rohr 4 wird beispielsweise durch einen gelähnlichen Kleber befestigt.
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Der Ultraschall-Durchflussmesser 1a, der so zusammengesetzt ist, wie das die 7B zeigt, ist so ausgeführt, dass er eine äußere Gestalt dergestalt aufweist, dass beide Messeinheiten 3 des Messrohres 2 vom Gehäuse 50 umgeben sind, und ist außerdem so zusammengesetzt, dass beide Messeinheiten 3 und das Messrohr 2 dazwischen sich im Innern des Gehäuses 50 befinden und von den Isoliermaterialien 53 und 54 umgeben sind.
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Im Ergebnis werden das Innere und das Äußere des Ultraschall-Durchflussmessers 1a durch das Gehäuse isoliert, wodurch sie eine Wärmedämmung erhalten, und der Raum zwischen den Messeinheiten 3 wird außerdem durch Isoliermaterial gegen das Äußere isoliert, wodurch diese wärmegedämmt werden.
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Da das Messrohr 2 von den im Innern des Gehäuses 50 befindlichen Montageeinheiten 14 an Stellen gehalten und gestützt wird, die in axialer Richtung weiter außen liegen als die in einem gewissen Abstand befindlichen Messeinheiten 3, können bei dem oben erwähnten Ultraschall-Durchflussmesser auf diese Weise Schwingungen von außen mit den Montageteilen 14 abgeblockt werden, und im Ergebnis kann die Zuverlässigkeit der Messung zwischen den Messeinheiten 3, die für Wirkungen von äußeren Schwingungen anfällig sind, erhöht werden.
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Da im Innern des Messrohres 2 Flüssigkeit strömt, wird durch das Gehäuse 50 und die Isoliermaterialien 53 und 54 das Messrohr 2 nicht länger durch die äußere Umgebungstemperatur beeinflusst, die Temperatur der Flüssigkeit ändert sich nicht mehr in beiden Messeinheiten 3, wodurch es außerdem möglich wird, den Volumenstrom gemäß der Temperatur der Flüssigkeit genau zu messen.
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Obwohl eine Anordnung, in welcher die Isoliermaterialien 53 und 54 sich im Innern des Gehäuses 50 befinden, bei der vorliegenden Ausführungsform erläutert worden ist, darf dies nicht so verstanden werden, als würde dies eine Einschränkung darstellen, sondern das Gehäuse 50 sollte lediglich als ein Isolationsmittel für das Messrohr 2 angesehen werden. Selbst wenn die Dämmwirkungen gegenüber der vorliegenden Ausführungsform abnehmen, wenn die Installation an einer Stelle erfolgt, wo nur eine geringe Änderung der Umgebungstemperatur vorliegt, ist folglich dieser Ultraschall-Durchflussmesser auch imstande, seine Funktion zu erfüllen. Darüber hinaus können, wenn die Isoliermaterialien 53 und 54 nicht eingesetzt werden, die Produktionskosten gesenkt werden.
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Zusätzlich kann ein Ultraschall-Durchflussmesser 1b, wie er in den 8A und 8B dargestellt ist, als eine Abänderung der vorliegenden Ausführungsform benutzt werden. Die 8A und 8B sind Abbildungen, die den Aufbau des Ultraschall-Durchflussmessers 1b erläutern und eine Abänderung der vorliegenden Ausführungsform darstellen, wobei die 8A eine Perspektivdarstellung ist, welche die äußere Form zeigt, und 8B einen Schnitt längs der Achsenrichtung des Messrohres mit der Schnittebene H-H von 8A darstellt.
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Die Bezugszahl 51' bezeichnet ein unteres Gehäuseteil in der Gestalt des Buchstaben 'U' ähnlich der ersten Ausführungsform. Die Zahl 52 bezeichnet einen oberen Deckel in der Gestalt des Buchstaben 'L'. Die 60 bezeichnet einen Schutzdeckel, der so angebracht wird, dass er die Messeinheiten 3 und die äußeren Umfang des Messrohres 2 zwischen den beiden Meseinheiten 3 bedeckt, und die Zahl 61 bezeichnet ein Isoliermaterial (Isoliermittel), das in den unteren Gehäuseteil 51' eingebracht ist. Zusätzlich bezeichnet das Bezugszeichen S einen Raum für die Ausführung der Drahtverbiridungen, der von dem oberen Deckel 52' gebildet wird, und das Bezugszeichen J bezeichnet die Drahtverbindungen zwischen den Anschlussdrähten 8 und den Kabeln 8a.
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Das untere Gehäuseteil 51 hat eine Öffnung (siehe Bezugszeichen K), die auf der rechten Seite so ausgebildet ist, dass sie die Achse des Messrohres 2 in den Abbildungen bedeckt, und eine Wandung 52b', welche zum oberen Deckel 52' gehört, ist so angebracht, dass sie diese Öffnung abdeckt.
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Außerdem sind die Montageeinheiten 14' an beiden Enden des unteren Gehäuseteils 51' vorhanden ähnlich wie beim Ultraschall-Durchflussmesser 1a, der in den 7A und 7B erläutert wird. Wie in 8A gezeigt, sind die Montageeinheiten 14' in zwei Abschnitte unterteilt, um sich der Orientierungsrichtung der Öffnung des unteren Gehäuseteils 51' anzupassen, wobei ein rechtes Montageteil 14b' (zweites Montageteil) auf der Seite der Öffnung des unteren Gehäuseteils 51' und ein linkes Montageteil 14a' (erstens Montageteil) an der Stelle vorhanden ist, die an das rechte Montageteil 14b' anstößt, wobei sich dazwischen das Messrohr 2 befindet. Mit anderen Worten, der Ultraschall-Durchflussmesser 1b, auf den hier Bezug genommen wird, ist fast gleich angeordnet wie in dem Zustand, in welchem der in 7A gezeigte Ultraschall-Durchflussmesser 1a um 90 Grad um die Achse des Messrohres als Rotationsachse gedreht ist und das Messrohr 2 von den Montageeinheiten 14' fest gehalten wird.
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Außerdem sind Durchführungslöcher 51a' für die Anschlussleitungen in einer oberen Wand 51b', die Bestandteil des unteren Gehäuses 51' ist, angeordnet, und zwar jeweils auf beiden Seiten in unmittelbarer Nähe der Messeinheiten 3. Daher werden die Anschlussleitungen 8 des Wandlers 5 durch die Leitungslöcher 51a' aus dem unteren Gehäuse 51' nach außen geführt, und die Enden der Anschlussleitungen 8 sind im Raum S angeordnet, der durch den oberen Deckel 52' zur Ausführung der Drahtverbindungen gebildet wird.
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Der obere Deckel 52' hat einen L-förmigen Querschnitt, der die Achse des Messrohres 2 schneidet, wobei ein Abschnitt aus einer Wand 52b' in Gestalt einer ebenen Platte und der andere Abschnitt aus einer Wand 52c', die zur Wand 52b' rechtwinklig verläuft und die Gestalt eines Troges hat, besteht. Das Gehäuse 50' wird dann zusammen gesetzt aus der plattenförmigen Wand 52b, die am rechten Montageteil 14b' des unteren Gehäuseteils 51' durch eine Anzahl von Schrauben 55' für die Befestigung des oberen Deckels befestigt ist.
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Kabeldurchführungslöcher 52a' sind in der trogförmigen Wand 52c' dergestalt ausgebildet, dass sie sich den im unteren Gehäuseteil 51' ausgebildeten Durchführungslöchern 52c' für die Anschlussleitungen gegenüber befinden. Außerdem wird der Raum S für die Ausführung der Drahtverbindungen im Innern der trogförmigen Wand 52c' im Ergebnis der Verbindung mit dem unteren Gehäuseteil 51' gebildet.
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Der Raum S ist ein leerer Raum, der die Drahtverbindungen J beherbergt, welche bei der Ausführung der Verbindungen mit den Anschlussleitungen 8 entstehen.
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Die Anschlussleitungen 8 haben eine vorgeschriebene Länge vom Wandler 5, und es ist erforderlich, dass sie bei den Arbeiten zum Zusammenbau des Ultraschall-Durchflussmessers 1b verlängert werden. Folglich werden die Anschlussleitungen 8 mit Kabeln 8a verbunden, die imstande sind, auf zuverlässige Weise schwache Signale aufzunehmen und zu einem Messverstärker und dergleichen über die Drahtverbindungen J zu leiten, und werden außerhalb des Gehäuses 50' von den Kabeldurchführungslöchern 52a' ausgehend verlegt, nachdem sie in der Nähe der Durchführungslöcher 51a' für die Anschlussleitungen befestigt worden sind.
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Auf diese Weise befinden sich die Drahtverbindungen J der Anschlussleitungen innerhalb des Raumes S, um die Drahtverbindungen vorzunehmen. Natürlich wird der obere Deckel 52' am unteren Gehäuseteil 51' befestigt, nachdem das Isolationsmaterial 61, das weiter hinten noch beschrieben wird, eingebracht worden ist und die Anschlussverbindungen zwischen den Anschlussleitungen 8 und den Kabeln 8a fertiggestellt worden sind.
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Die vorliegende Modifikation benutzt auch einen Aufbau, bei dem das Isoliermaterial 61 innerhalb des Gehäuses 50' untergebracht ist. Bei dieser Modifikation wird ein Aufbau dargestellt, bei welchem das Isoliermaterial 61 eingebracht wird, nachdem das Messrohr 2 mit den Montageeinheiten 14' in dem unteren Gehäuseteil befestigt worden ist, und teilweise die Messeinheiten 3 und das Messrohr mit dem Schutzdeckel 60 aus Kunststoff bedeckt und so weiter.
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Im Folgenden wir eine ausführliche Erläuterung der Konstitution des Isoliermaterials 61 und des Einfüllvorgangs vorgenommen. Da die Messeinheiten 3 und das Messrohr 2 wichtig für die Messung des Volumenstroms sind, ist es erforderlich, dass sie beim Vorgang des Einbringens des später noch zu beschreibenden Isolationsmaterials 61 geschützt werden. Um diese Bauteile zu schützen, werden die Messeinheiten 3 und das Messrohr 2 mit einem Schutzdeckel 60 abgedeckt, der beispielsweise aus Polypropylenharz besteht. Es kann auch ein ähnliches Harz benutzt werden, um den Bereich um die Anschlussdrähte 8 und die Lücken des Gehäuses 50' abzudecken.
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Nach dem Anbringen der Schutzabdeckung 60 auf den Messeinheiten 3 wird das Isoliermaterial 61 in Form von Schaumpolystyrol und dergl. in das untere Gehäuseteil 51' eingefüllt. Das Ergebnis ist, dass alle Bereiche des unteren Gehäuseteils 51' mit Isoliermaterial 61 ausgefüllt sind und für die Messeinheiten 3 und das Messrohr zwischen den beiden Messeinheiten 3 Wärmedämmung erzielt wird.
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Darüber hinaus kann das Isoliermaterial 61 teilweise in eine Seite des Gehäuses 50' eingefüllt werden, damit es im Voraus der Gestalt des Schutzabdeckung 60 angepasst wird, und dann kann die Schutzabdeckung 60 mit dem restlichen Isoliermaterial 61 in das Innere des Gehäuses 50' eingebracht werden.
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Bei einem derartigen Ultraschall-Durchflussmesser 1b können zusätzlich zur Erhöhung der Steifigkeit des Gehäuses 50' und der Erhöhung seiner Festigkeit auch die Wärmedämmeigenschaften weiterhin verbessert werden. Da das Isoliermaterial 61 leicht innerhalb des Gehäuses 50' untergebracht werden kann, ist es daher nicht notwendig, das Isoliermaterial so zu formen, dass es die Gestalt der Messeinheiten 3 und des Messrohres 2 annimmt, wodurch ermöglicht wird, die Herstellungskosten zu senken. Außerdem befinden sich die Drahtverbindungen J der Anschlussleitungen zwischen der Außenseite des Isoliermaterials 61 und der Innenseite des oberen Deckels 52', wodurch ermöglicht wird, eine Vereinfachung der Ausführung der Anschlüsse und einen Schutz der Drahtverbindungen J zu verwirklichen.
