DE19812458A1 - Sende- und/oder Empfangskopf eines Ultraschall-Durchflußmeßgerätes - Google Patents
Sende- und/oder Empfangskopf eines Ultraschall-DurchflußmeßgerätesInfo
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Abstract
Dargestellt und beschrieben ist ein Sende- und/oder Empfangskopf (1) eines Ultraschall-Durchflußmeßgerätes für strömende Medien (2), das nach dem Laufzeit-Verfahren arbeitet, mit einem Gehäuse (4), mit einem Ultraschallsignale in das strömende Medium (2) aussendenden und/oder aus dem strömenden Medium (2) empfangenden Ultraschalltransducer (5) und mit einem Ultraschallwellenleiter, wobei die Ultraschallsignale über den Ultraschallwellenleiter in das strömende Medium (2) eingekoppelt und/oder aus dem strömenden Medium (2) ausgekoppelt werden. DOLLAR A Der erfindungsgemäße Sende- und/oder Empfangskopf (1) ist in einem Ultraschall-Durchflußmeßgerät auch für sehr heiße strömende Medien (2), insbesondere auch für heiße strömende Gase, dadurch besonders gut einsetzbar, daß als Ultraschallwellenleiter ein länglicher Schalltrichter (6) mit einem großen Wärmeleitwiderstand verwendet wird.
Description
Die Erfindung betrifft einen Sende- und/oder Empfangskopf eines Ultraschall-Durch
flußmeßgerätes für strömende Medien, das nach dem Laufzeit-Verfahren arbeitet, mit
einem Gehäuse, mit einem Ultraschallsignale in das strömende Medium aussendenden
und/oder aus dem strömenden Medium empfangenden Ultraschalltransducer und mit
einem Ultraschallwellenleiter, wobei die Ultraschallsignale über den Ultraschallwellen
leiter in das strömende Medium eingekoppelt und/oder aus dem strömenden Medium
ausgekoppelt werden.
Der Einsatz von Ultraschall-Durchflußmeßgeräten hat in zunehmendem Maße bei der
betrieblichen Durchflußmessung von strömenden Medien, d. h. von Flüssigkeiten
und Gasen, an Bedeutung gewonnen. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß - wie auch
beispielsweise bei magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten - die Durchflußmes
sung "berührungslos", d. h. ohne störende Einbauten in der Strömung, erfolgen kann.
Bei Ultraschall-Durchflußmeßgeräten unterscheidet man hinsichtlich des Meßverfah
rens vor allem zwischen dem Laufzeit-Verfahren und dem Doppler-Verfahren. Dabei
ist die zu erreichende Genauigkeit beim Laufzeit-Verfahren wesentlich größer als
beim Doppler-Verfahren. Aus diesem Grund werden bevorzugt Ultraschall-Durch
flußmeßgeräte, die nach dem Laufzeit-Verfahren, und zwar insbesondere nach dem
Laufzeit-Differenz-Verfahren arbeiten, eingesetzt.
Die Laufzeit eines Ultraschallsignals auf dem Meßpfand von dem sendenden Ultra
schalltransducer zu dem empfangenden Ultraschalltransducer in einer Flüssigkeit er
gibt sich aus der Schallgeschwindigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit der
Flüssigkeit bzw. des Gases (Mitführung). Daraus ist das in Rede stehende Prinzip der
Ultraschall-Durchflußmessung nach dem Laufzeit-Verfahren abgeleitet. Beim Lauf
zeit-Differenz-Verfahren werden in der Flüssigkeit bzw. in dem Gas Ultraschallsignale
wechselweise oder gleichzeitig stromaufwärts und stromabwärts gesendet. Wegen
der unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten erreichen die Signale bei
gleich langem geometrischen Meßpfad stromaufwärts und stromabwärts die als Emp
fänger arbeitenden Ultraschalltransducer nach unterschiedlichen Laufzeiten. Die
Laufzeit-Differenz der beiden Schallwellen ist direkt proportional zur Durchflußge
schwindigkeit des strömenden Mediums.
Zur Ultraschall-Durchflußmessung eines strömenden Mediums benötigt man funkti
onsnotwendig ein das strömende Medium führendes Meßrohr und mindestens einen
Ultraschalltransducer, vorzugsweise zwei in Strömungsrichtung gegeneinander ver
setzt angeordnete Ultraschalltransducer sowie eine Steuer- und Auswerteschaltung
zur Bestimmung der Laufzeit der Ultraschallsignale. Die Steuer- und Auswerteschal
tung kann darüber hinaus aus der Laufzeit die Strömungsgeschwindigkeit und das
Durchflußvolumen oder auch andere Parameter des strömenden Mediums berechnen.
Da sich der Einsatz von Ultraschall-Durchflußmeßgeräten aufgrund ihrer hohen Ge
nauigkeit und Betriebssicherheit äußerst bewährt hat, erschließen sich diesen Durch
flußmeßgeräten in neuerer Zeit vielfach weitere Einsatzfelder. Dabei spielen insbe
sondere Einsatzfelder eine Rolle, in welchen das strömende Medium deutlich erhöhte
Temperaturen aufweist. Hier sei nur beispielhaft der Einsatz im Bereich der Erdöl- und
Erdgasförderung erwähnt.
Hohe Temperaturen stellen jedoch ein erhebliches Problem bei der Anwendung von
Ultraschall-Durchflußmeßgeräten dar. In der Regel werden Piezokristalle als grundle
gendes Bauteil der Ultraschalltransducer eingesetzt, wodurch sich jedoch die Ein
satzmöglichkeiten der bekannten Durchflußmeßgeräte auf einen Temperaturbereich
bis maximal 150°C beschränken. Bei höheren Temperaturen werden die verwende
ten Piezokristalle störanfällig bzw. gänzlich funktionsuntauglich.
Aus der JP 61-93 914 A, von der die Erfindung ausgeht, ist ein Ultraschall-Durch
flußmeßgerät bekannt, bei dem der Ultraschalltransducer die Ultraschallsignale über
einen Ultraschallwellenleiter in das strömende Medium eingekoppelt. Bei diesem be
kannten Ultraschall-Durchflußmeßgerät wird versucht, die maximal zulässige Tempe
ratur des strömenden Mediums dadurch zu erhöhen, daß der Ultraschalltransducer
nicht direkt mit dem strömenden Medium in Kontakt tritt, sondern ein Ultraschallwel
lenleiter zwischen dem strömenden Medium und dem Ultraschalltransducer angeord
net ist. Nachteilig bei einer solchen Konstruktion ist jedoch zum einen die sehr große
Abklingzeit der Ultraschallsignale, bedingt durch die starken Reflexionen der Ultra
schallsignale an den Grenzflächen des Ultraschallwellenleiters, und zum anderen die
große Gefahr eines Übersprechens des Ultraschallsignals vom Ultraschallwellenleiter
zum Meßrohr und zum Gehäuse. Darüber hinaus wird ein großer Teil der akustischen
Energie des von dem Ultraschalltransducer abgestrahlten Ultraschallsignals am Über
gang des Ultraschallwellenleiters zum strömenden Medium in den Ultraschallwellen
leiter zurück reflektiert. Der durch die unterschiedlichen Impedanzen von Ultra
schallwellenleiter und strömenden Medium bedingte sehr geringe Transmissionsgrad
des Ultraschallsignals verhält sich proportional zur Impedanz und umgekehrt propor
tional zur Temperatur des strömenden Mediums. Soll also beispielsweise der Durch
fluß eines heißen strömenden Gases bestimmt werden, so ist bei den bekannten Ultra
schall-Durchflußmeßgeräten die in das Gas eingekoppelte akustische Leistung zu ge
ring, um von dem zweiten Ultraschalltransducer empfangen werden zu können, - da
die Impedanz des heißen Gases sehr gering ist.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die bekannten Ultraschall-Durch
flußmeßgeräte derart auszugestalten und weiterzubilden, daß die genannten Nachteile
vermieden werden und auch bei hoher Temperatur eines strömenden Mediums, insbe
sondere eines strömenden Gases, der Durchfluß zuverlässig und genau gemessen
werden kann.
Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen be
sonders ausgebildeten Sende- und/oder Empfangskopf gelöst, der zunächst und im
wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß als Ultraschallwellenleiter ein längli
cher Schalltrichter mit einem großen Wärmeleitwiderstand vorgesehen ist. Durch die
Verwendung eines Schalltrichters wird zum einen die akustische Energie gebündelt,
so daß - auf eine bestimmte Querschnittsfläche bezogen - ein größeres akustisches Si
gnal in das strömende Medium eingekoppelt werden kann. Darüber hinaus wird
durch geeignete Dimensionierung des Schalltrichters auch erreicht, daß die Tempera
tur am Ultraschalltransducer im Vergleich zu der Temperatur des Mediums hinrei
chend weit abgeklungen ist. Für den Wärmeleitwiderstand des Schalltrichters gilt da
bei folgende Gleichung:
wobei A die Querschnittsfläche, L die Länge und λ die Wärmeleitfähigkeit des Schall
trichters ist. Durch geeignete Wahl der Querschnittsfläche A, der Länge L und der
Wärmeleitfähigkeit λ kann somit ein Schalltrichter mit einem ausreichend großen
Wärmeleitwiderstand R realisiert werden, so daß die maximal zulässige Temperatur am
Ultraschalltransducer nicht überschritten wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sende- und/oder
Empfangskopfes ist dem Schalltrichter zumindest teilweise ein vorzugsweise kreiszy
lindrischer Trichtermantel zugeordnet. Im übrigen empfiehlt es sich, den Schalltrichter
an dem dem strömenden Medium zugewandten Ende mit einem Fenster abzu
schließen und die Ultraschallsignale durch das Fenster in das Medium einzukoppeln
und/oder aus dem Medium auszukoppeln. Ist dem Schalltrichter ein Trichtermantel
zugeordnet, so sind zweckmäßigerweise der Schalltrichter und der Trichtermantel mit
einem Fenster abgeschlossen. Um ein optimales Einkoppeln der Ultraschallsignale in
das Medium bzw. Auskoppeln der Ultraschallsignale aus dem Medium zu gewährlei
sten, ist vorzugsweise das Ende des Schalltrichters in der Mitte des Fensters ange
ordnet und sind der Durchmesser und die Dicke des Fensters so dimensioniert, daß
eine möglichst große Schwingungsamplitude des Fensters erreichbar ist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Sende- und/oder Empfangskopfes ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß im Trichtermantel
eine Dämpfung vorgesehen ist, wodurch eine Dissipation der reflektierten Ultra
schallwellen im Trichtermantel erreicht wird. Diese Überführung der akustischen
Energie in Verlustwärme wird noch weiter dadurch erhöht, wenn der Dämpfung fen
sterseitig eine Impedanzanpassung vorgeschaltet ist. Durch diese Impedanzanpas
sung werden die unerwünschten Schallreflexionen im Trichtermantel in die Dämp
fung eingekoppelt. Durch die Verwendung einer solchen Impedanzanpassung kann
die Effektivität der Dämpfung in etwa um den Faktor 2 erhöht werden. Insgesamt
wird insbesondere durch die Kombination von Dämpfung und Impedanzanpassung
sowohl die Abklingzeit des Ultraschallsignals verkürzt als auch das Übersprechen
von Ultraschallsignalen vom Trichtermantel auf das Gehäuse verringert.
Der erfindungsgemäße Sende- und/oder Empfangskopf läßt sich vorteilhafterweise in
einem Ultraschall-Durchflußmeßgerät einsetzen, das zwei solcher Sende- und/oder
Empfangsköpfe und eine Steuer- und Auswerteschaltung aufweist, wobei die Steuer- und
Auswerteschaltung die Laufzeit der Ultraschallsignale zur Bestimmung des Vo
lumendurchflusses mißt. Vorzugsweise wird dabei durch die Steuer- und Auswerte
schaltung anhand der Differenz zwischen der Gesamtlaufzeit der Ultraschallsignale
zwischen den Ultraschalltransducern und der Summe der Laufzeiten der Ultraschall
signale in den Schalltrichtern der Volumendurchfluß bestimmt.
Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen
Sende- und/oder Empfangskopf eines Ultraschall-Durchflußmeßgerätes auszugestal
ten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1
nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung eines bevorzug
ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sende- und Emp
fangskopfes eines Ultraschall-Durchflußmeßgerätes und
Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 vergrößerter Darstellung das dem strömenden
Medium zugewandte Ende des in der Fig. 1 dargestellten erfindungsge
mäßen Sende- und/oder Empfangskopfes.
In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Sende- und/oder Empfangskopfes 1 eines nach dem Laufzeit-Verfahren arbeitendenden Ul
traschall-Durchflußmeßgerätes dargestellt. Das strömende Medium 2, dessen Durch
fluß gemessen werden soll, fließt durch ein in Fig. 1 nur angedeutetes Meßrohr 3. Da
Ultraschall-Durchflußmeßgeräte der hier in Rede stehenden Art, also solche, die nach
dem Laufzeit-Verfahren arbeiten, vielfach bekannt sind, ist in der Fig. 1 außer dem er
findungsgemäßen Sende- und/oder Empfangskopf 1 von dem Ultraschall-Durchfluß
meßgerät nur das Meßrohr 3 angedeutet. Im übrigen wird zur Vermeidung von Wie
derholungen in bezug auf Ultraschall-Durchflußmeßgeräte der in Rede stehenden Art
auf die deutschen Offenlegungsschriften 195 30 807, 196 33 558 und 196 48 784
verwiesen. Der Offenbarungsgehalt dieser vorveröffentlichten Druckschriften wird
hiermit ausdrücklich auch hier zum Offenbarungsgehalt gemacht. Das gilt auch und
insbesondere in bezug auf die Steuer- und Auswerteschaltung, wie sie in der deut
schen Offenlegungsschrift 195 30 807 beschrieben ist.
Zu dem erfindungsgemäßen, in Fig. 1 dargestellten Sende- und/oder Empfangskopf 1
eines Ultraschall-Durchflußmeßgerätes gehören ein Gehäuse 4, das im dargestellten
Ausführungsbeispiel mit dem nur angedeuteten Meßrohr 3 verschweißt ist, ein Ultra
schallsignale in das strömende Medium 2 aussendender und/oder aus dem strömen
den Medium 2 empfangender Ultraschalltransducer 5 und ein Ultraschallwellenleiter,
wobei die Ultraschallsignale über den Ultraschallwellenleiter in das strömende Medi
um 2 eingekoppelt und/oder aus dem strömenden Medium 2 ausgekoppelt werden.
Die Formulierungen "Sende- und/oder Empfangskopf 1", "in das strömende Medium 2
aussendenden und/oder aus dem strömenden Medium 2 empfangenden" sowie "in
das strömende Medium 2 eingekoppelt und/oder aus dem strömenden Medium 2
ausgekoppelt" sind verwendet worden und werden verwendet, weil es nach dem
Laufzeit-Verfahren arbeitende Ultraschall-Durchflußmeßgeräte unterschiedlicher Art
gibt, und zwar sowohl solche, die nur einen Ultraschalltransducer aufweisen, als auch
solche, die zwei oder mehr Ultraschalltransducer aufweisen.
Bei Ultraschall-Durchflußmeßgeräten mit nur einem Ultraschalltransducer arbeitet die
ser sowohl sendend als auch empfangend. Für ein solches Ultraschall-Durchflußmeß
gerät geht es dann erfindungsgemäß um einen Sende- und Empfangskopf, zu dem - ne
ben einem Gehäuse - ein Ultraschallsignale in das strömende Medium aussenden
der und aus dem strömenden Medium empfangender Ultraschalltransducer und ein
Ultraschallwellenleiter gehören, wobei die Ultraschallsignale über den Ultraschallwel
lenleiter in das strömende Medium eingekoppelt und aus dem strömenden Medium
ausgekoppelt werden.
Bei Ultraschall-Durchflußmeßgeräten, die mindestens zwei Ultraschalltransducer auf
weisen, unterscheidet man zwischen solchen, bei denen die Ultraschalltransducer
sowohl senden als auch empfangen, und solchen, bei denen mindestens ein Ultra
schalltransducer nur sendet und mindestens ein Ultraschalltransducer nur empfängt.
Für die Ausführungsform, bei der die Ultraschalltransducer sowohl senden als auch
empfangen, gilt das, was zuvor für Ultraschall-Durchflußmeßgeräte gesagt worden ist,
die überhaupt nur einen Ultraschalltransducer aufweisen. Für die Ausführungsform,
bei der mindestens ein Ultraschalltransducer nur sendet und mindestens ein Ultra
schalltransducer nur empfängt, geht es dann erfindungsgemäß um einen Sende- oder
Empfangskopf, zu dem - neben dem Gehäuse - ein Ultraschallsignale in das strömende
Medium aussendender oder aus dem strömenden Medium empfangender Ultraschall
transducer und ein Ultraschallwellenleiter gehören, wobei die Ultraschallsignale über
den Ultraschallwellenleiter in das strömende Medium eingekoppelt oder aus dem
strömenden Medium ausgekoppelt werden.
Für die Lehre der Erfindung ist es ohne Bedeutung, ob es im Sinne der zuvor gege
benen Erläuterung um einen "Sende- und Empfangskopf" oder um einen
"Sende- oder Empfangskopf" geht.
Für den erfindungsgemäßen, in Fig. 1 dargestellten Sende- und/oder Empfangskopf 1
gilt nun zunächst, daß als Ultraschallwellenleiter ein länglicher Schalltrichter 6 mit ei
nem großen Wärmeleitwiderstand vorgesehen ist. Das, was damit erreicht ist, ist be
reits weiter oben beschrieben worden, so daß zur Vermeidung von Wiederholungen
darauf verwiesen werden darf.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sende- und/
oder Empfangskopfes 1 ist, wie den Figuren, insbesondere der Fig. 2, entnommen
werden kann, dem Schalltrichter 6 teilweise ein kreiszylindrischer Trichtermantel 7
zugeordnet. Der Schalltrichter 6 und der Trichtermantel 7 sind an dem dem strömen
den Medium 2 zugewandten Ende mit einem Fenster 8 abgeschlossen. Die Ultra
schallsignale werden also entweder von dem Ultraschalltransducer 5 über den Schall
trichter 6 und das Fester 8 in das strömende Medium 2 eingekoppelt oder aus dem
strömenden Medium 2 ausgekoppelt, nämlich über das Fenster 8 und den Schalltrich
ter 6 dem Ultraschalltransducer 5 zugeführt. Wie insbesondere die Fig. 2 zeigt, ist das
Ende des Schalltrichters 6 in der Mitte des Fensters 8 angeordnet. Im übrigen sind der
Durchmesser und die Dicke des Fensters 8 so dimensioniert, daß eine möglichst große
Schwingungsamplitude des Fensters 8 erreichbar ist. Im übrigen sei noch darauf hin
gewiesen, daß das Fenster 8 mit dem Trichtermantel 7 verschweißt sein kann.
In Fig. 1 ist nur angedeutet, daß zu dem Sende- und/oder Empfangskopf 1 noch ein
weiteres, das obere Ende des Schalltrichters 6 und den Ultraschalltransducer 5 um
schließendes Gehäuse 9 gehört.
Das in Fig. 1 im einzelnen dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Sende- und/oder Empfangskopfes 1 ist auch insoweit ein bevorzugtes, und zwar ein
besonders bevorzugtes, als im Trichtermantel 7 eine Dämpfung 10 vorgesehen ist, die
sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Trichtermantels 7 erstreckt und mit
dem Trichtermantel 7 verbunden ist. In der Nähe des Fensters 8 ist der Dämpfung 10
noch eine Impedanzanpassung 11 vorgeschaltet. Durch die Impedanzanpassung 11
werden die unerwünschten Schallreflexionen am Fenster 8 besonders effektiv in die
Dämpfung 10 eingekoppelt. Vorzugsweise besteht die Impedanzanpassung 11 aus
demselben Material wie die Dämpfung 10, so daß an dem Übergang von der Impe
danzanpassung 11 zur Dämpfung 10 keine Reflexionen auftreten.
Für die Dämpfung 10 und/oder die Impedanzanpassung 11 wird bevorzugt gesinter
tes oder poröses Material mit großer Körnung verwendet, da die Effektivität der
Schalldämpfung abhängig ist vom Verhältnis der Korngröße zur Wellenlänge. Für die
Dämpfung 10 und/oder die Impedanzanpassung 11 kann insbesondere Bronzesand
oder Sinterbronze mit einer Korngröße von 10 µm bis 10 mm verwendet werden.
Wie auch im Stand der Technik bekannt, weist bei dem erfindungsgemäßen
Sende- und/oder Empfangskopf 1 der Ultraschalltransducer 5 einen Piezokristall 12 auf; die
zugeordnete Querschnittsfläche des Schalltrichters 6 entspricht der Querschnittsflä
che des Piezokristalls 12.
Die Länge des Schalltrichters 6 richtet sich insbesondere nach dem erforderlichen
Wärmeleitwiderstand, wozu auf die weiter oben angegebene Gleichung (1) hingewie
sen werden darf; sie ist also abhängig von der maximalen Temperatur des in dem
Meßrohr 3 strömenden Mediums 2, liegt jedoch typischerweise in der Größenord
nung von 50 mm.
Vorzugsweise haben der Piezokristall 12 und der Schalltrichter 6 an dem dem Piezo
kristall 12 zugewandten Ende einen Durchmesser von etwa 15 bis 20 mm, während
der Schalltrichter 6 an seinem fensterseitigen Ende vorzugsweise einen Durchmesser
von etwa 5 mm hat.
Für das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sende- und/oder
Empfangskopfes 1 gilt weiter, wie Fig. 1 zeigt, daß am oberen Ende des Gehäuses 4
ein Flansch 13 und am unteren Ende des Gehäuses 9 ein Flansch 14 ausgebildet sind.
Das Gehäuse 9 wird also über seinen Flansch 14, Schrauben 15 und den Flansch 13
des Gehäuses 4 mit dem Gehäuse 4 verbunden. Zwischen den Flanschen 13 und 14
ist eine Dichtung 16 vorgesehen.
Wie die Fig. 1 zeigt, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Innendurchmesser
des Gehäuses 4 wesentlich größer als der Innendurchmesser des Gehäuses 9 im Be
reich seines Flansches 14. Der Trichtermantel 7 stößt an seinem oberen Ende gegen
das dem Gehäuse 4 zugewandte Ende des oberen Gehäuses 9. Der hier vorhandene
Impedanzsprung führt nun dazu, daß zusätzlich reflektierte Schallsignale in die
Dämpfung 10 eingekoppelt werden.
Durch die aus der Dämpfung 10 und der Impedanzanpassung 11 bestehende gute
Dämpfung der Ultraschallsignale im Trichtermantel 7 ist die Gefahr des Übersprechens
von Ultraschallsignalen vom Trichtermantel 7 auf das Gehäuse 4 stark verringert. Ins
gesamt können für den erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangskopf 1 Stan
dardmaterialien verwendet werden, was zu einer kostengünstigen Herstellung eines
mit dem erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangskopfes 1 ausgeführten Ultra
schall-Durchflußmeßgerätes führt.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des dem strömenden Medium 2 zugewand
ten Endes des Schalltrichters 6 und des Trichtermantels 7. Durch die zentrale Anord
nung des Schalltrichters 6 bezüglich des Fensters 8 wird eine maximale Schwin
gungsamplitude des Fensters 8 erreicht, da die abgestrahlte akustische Energie Πac
proportional zum Quadrat der Schwingungsamplitude u(s) ist, gemäß folgender Glei
chung:
wobei Rr(S) der Abstrahlwiderstand der Fläche S und u(s) die Schwingungsamplitude
ist; folglich wird auch ein Maximum der in das strömende Medium 2 eingekoppelten
akustischen Energie erreicht.
Das Fenster 8, welches mit dem Trichtermantel 7 verschweißt ist, besteht in der Regel
aus demselben Material wie der Trichtermantel 7. Sowohl für den Trichtermantel 7 als
auch für das Fenster 8 wird beispielsweise Stahl, vorzugsweise Edelstahl verwendet.
Auch für den Schalltrichter 6 wird Stahl, vorzugsweise Edelstahl verwendet, so daß
es am Übergang vom Schalltrichter 6 zum Fenster 8 nur zu geringen oder zu keinen
Schallreflexionen kommt.
Claims (15)
1. Sende- und/oder Empfangskopf eines Ultraschall-Durchflußmeßgerätes für strö
mende Medien (2), das nach dem Laufzeit-Verfahren arbeitet, mit einem Gehäuse (4),
mit einem Ultraschallsignale in das strömende Medium (2) aussendenden und/oder
aus dem strömenden Medium (2) empfangenden Ultraschalltransducer (5) und mit ei
nem Ultraschallwellenleiter, wobei die Ultraschallsignale über den Ultraschallwellen
leiter in das strömende Medium (2) eingekoppelt und/oder aus dem strömenden Me
dium ausgekoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Ultraschallwellenleiter
ein länglicher Schalltrichter (6) mit einem großen Wärmeleitwiderstand vorgesehen
ist.
2. Sende- und/oder Empfangskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Schalltrichter (6) zumindest teilweise ein vorzugsweise kreiszylindrischer Trich
termantel (7) zugeordnet ist.
3. Sende- und/oder Empfangskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schalltrichter (6) und vorzugsweise auch der Trichtermantel (7) an dem dem
strömenden Medium (2) zugewandten Ende mit einem Fenster (8) abgeschlossen ist
bzw. sind.
4. Sende- und/oder Empfangskopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Ende des Schalltrichters (6) in der Mitte des Fensters (8) angeordnet ist und der
Durchmesser und die Dicke des Fensters (8) so dimensioniert sind, daß eine möglichst
große Schwingungsamplitude des Fensters (8) erreichbar ist.
5. Sende- und/oder Empfangskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Schalltrichter (6) eine sehr geringe Oberflächenrauhigkeit auf
weist.
6. Sende- und/oder Empfangskopf nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß im Trichtermantel (7) eine Dämpfung (10) vorgesehen ist.
7. Sende- und/oder Empfangskopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Dämpfung (10) zumindest im wesentlichen über die gesamte Länge des Trich
termantels (7) erstreckt und vorzugsweise mit dem Trichtermantel (7) verbunden ist.
8. Sende- und/oder Empfangskopf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dämpfung (10) fensterseitig eine Impedanzanpassung (11) vorgeschaltet ist.
9. Sende- und/oder Empfangskopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Impedanzanpassung (11) aus demselben Material wie die Dämpfung (10) besteht.
10. Sende- und/oder Empfangskopf nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Dämpfung (10) und/oder als Impedanzanpassung (11) gesinter
tes oder poröses Material mit großer Körnung vorgesehen ist.
11. Sende- und/oder Empfangskopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
als Dämpfung (10) und/oder als Impedanzanpassung (11) Bronzesand oder Sinter
bronze mit einer Korngröße von 10 µm bis 10 mm vorgesehen ist.
12. Sende- und/oder Empfangskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Ultraschalltransducer (5) einen Piezokristall (12) aufweist und
die zugeordnete Querschnittsfläche des Schalltrichters (6) der Querschnittsfläche des
Piezokristalls (12) entspricht.
13. Sende- und/oder Empfangskopf nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Ultraschalltransducer (5) von dem Trichtermantel (7) akustisch
entkoppelt ist.
14. Sende- und/oder Empfangskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Ultraschalltransducer (5) so dimensioniert ist, daß Kühlrippen
nicht erforderlich sind.
15. Ultraschall-Durchflußmeßgerät mit zwei Sende- und/oder Empfangsköpfen (1)
nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und mit einer Steuer- und Auswerteschaltung, die
die Laufzeit der Ultraschallsignale zur Bestimmung des Volumendurchflusses mißt,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuer- und Auswerteschaltung anhand der
Differenz zwischen der Gesamtlaufzeit der Ultraschallsignale zwischen den Ultra
schalltransducern und der Summe der Laufzeiten der Ultraschallsignale in den Schall
trichtern der Volumendurchfluß bestimmt wird.
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---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19812458A1 true DE19812458A1 (de) | 1999-10-07 |
DE19812458C2 DE19812458C2 (de) | 2000-05-31 |
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ID=7861807
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19812458C2 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1316780A2 (de) * | 2001-11-28 | 2003-06-04 | Krohne AG | Ultraschall-Durchflussmessgerät |
EP2759810A1 (de) | 2013-01-28 | 2014-07-30 | Krohne AG | Baueinheit aus einem Ultraschallwandler und einem Wandlerhalter |
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Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10205545B4 (de) * | 2001-11-28 | 2005-09-15 | Krohne Ag | Durchflußmeßgerät |
DE102005035265A1 (de) * | 2005-07-25 | 2007-02-01 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Durchflusses eines Mediums durch eine Rohrleitung |
DE102007027362B3 (de) * | 2007-06-11 | 2008-12-04 | Schott Ag | Verfahren und Verwendung einer Messanordnung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit in einer zur Glas- oder Floatglasherstellung verwendeten Glas- oder Metallschmelze |
DE102007027392B3 (de) * | 2007-06-11 | 2009-01-15 | Forschungszentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Verfahren zur Messung von lokalen Strömungsgeschwindigkeiten in flüssigen Schmelzen |
DE102007027391B3 (de) * | 2007-06-11 | 2009-01-08 | Forschungszentrum Dresden - Rossendorf E.V. | Ultraschallsensor zur Messung von lokalen Strömungsgeschwindigkeiten in flüssigen Schmelzen |
DE102007037512B4 (de) * | 2007-08-08 | 2009-06-10 | Continental Automotive Gmbh | Luftmassensensor |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2950732C2 (de) * | 1978-12-18 | 1985-12-12 | The Foxboro Co., Foxboro, Mass. | Ultraschall-Strömungsmesser und Verfahren zur Strömungsmessung |
EP0249689A1 (de) * | 1986-06-17 | 1987-12-23 | Landis & Gyr Betriebs AG | Messwertgeber zur Bestimmung der Durchflussmenge einer strömenden Flüssigkeit |
DE19530807A1 (de) * | 1995-08-22 | 1997-02-27 | Krohne Messtechnik Kg | Volumendurchflußmeßgerät |
DE19648784A1 (de) * | 1996-05-28 | 1997-12-04 | Krohne Ag | Ultraschall-Durchflußmesser |
DE19633558A1 (de) * | 1996-08-21 | 1998-02-26 | Krohne Messtechnik Kg | Ultraschall-Durchflußmeßverfahren |
-
1998
- 1998-03-23 DE DE1998112458 patent/DE19812458C2/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2950732C2 (de) * | 1978-12-18 | 1985-12-12 | The Foxboro Co., Foxboro, Mass. | Ultraschall-Strömungsmesser und Verfahren zur Strömungsmessung |
EP0249689A1 (de) * | 1986-06-17 | 1987-12-23 | Landis & Gyr Betriebs AG | Messwertgeber zur Bestimmung der Durchflussmenge einer strömenden Flüssigkeit |
DE19530807A1 (de) * | 1995-08-22 | 1997-02-27 | Krohne Messtechnik Kg | Volumendurchflußmeßgerät |
DE19648784A1 (de) * | 1996-05-28 | 1997-12-04 | Krohne Ag | Ultraschall-Durchflußmesser |
DE19633558A1 (de) * | 1996-08-21 | 1998-02-26 | Krohne Messtechnik Kg | Ultraschall-Durchflußmeßverfahren |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JP 61-93914 A, In: Pat. Abstr. of jP, P-497 Sept. 16, 1986 Vol. 10/No. 271 * |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1316780A2 (de) * | 2001-11-28 | 2003-06-04 | Krohne AG | Ultraschall-Durchflussmessgerät |
EP1316780A3 (de) * | 2001-11-28 | 2003-11-05 | Krohne AG | Ultraschall-Durchflussmessgerät |
US6799475B2 (en) | 2001-11-28 | 2004-10-05 | Krohne A.G. | Flowmeter |
EP2759810A1 (de) | 2013-01-28 | 2014-07-30 | Krohne AG | Baueinheit aus einem Ultraschallwandler und einem Wandlerhalter |
EP2759809A1 (de) | 2013-01-28 | 2014-07-30 | Krohne AG | Ultraschallwandler |
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US20140217854A1 (en) * | 2013-01-28 | 2014-08-07 | Krohne Ag | Ultrasonic transducer |
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RU2566535C2 (ru) * | 2013-01-28 | 2015-10-27 | Кроне Аг | Блок из ультразвукового преобразователя и держателя преобразователя |
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