DE29719677U1 - Durchflußmeßgerät - Google Patents

Description

GR 97 G 4454 DE

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Beschreibung
Durchflußmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein Durchflußmeßgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 43 36 370 Cl ist eine Vorrichtung zur Durchflußmessung bekannt, bei welcher auf einer Seite eines Meßrohres zwei Ultraschallwandler angebracht sind, die alternierend im Sende-/Empfangsbetrieb arbeiten. Auf der den Ultraschallwandlern gegenüberliegenden Seite des Meßrohres sind zwei Reflektoren befestigt, deren Geometrie so ausgelegt ist, daß ein vom aktuellen Sendewandler erzeugtes Ultraschallsignal spiralförmig durch das Meßrohr geführt wird. Dadurch wird eine weitgehend vom vorherrschenden Strömungsprofil unabhängige Durchflußmessung erreicht. Zur spiralförmigen Schallführung werden beispielsweise bei einem viereckigen Meßrohr Sende- und Empfangswandler an der Oberseite in axialem Abstand zueinander angeordnet. Jeweils an der den Wandlern gegenüberliegenden Unterseite des Meßrohrs befindet sich ein Reflektor, dessen Flächennormale drei Komponenten in einem rechtwinkligen Koordinatensystem aufweist, dessen eine Achse parallel zur Strömungsrichtung orientiert ist. Durch den ersten Reflektor im Weg des Schallsignals wird dieses derart abgelenkt, daß es nacheinander an einer Seitenwand, an der Oberseite, an der anderen Seitenwand und schließlich am zweiten Reflektor wieder zur Oberseite hin reflektiert wird, an der sich der Empfangswandler befindet. Bezüglich weiterer konstruktiver Einzelheiten der Schallführung wird auf die DE 43 36 370 Cl verwiesen.

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Bei nicht oder nur langsam fließenden Medien, in denen ein gewisser Anteil an Feststoffpartikeln oder Gasblasen vorhanden ist, können Probleme auftreten, wenn sich Ablagerungen am Meßrohrboden oder Gasblasen an der Meßrohrdecke sammeln. Derartige Inhomogenitäten im Schallweg verfälschen das Schallsignal und damit das Meßergebnis. Das Problem tritt vor allem dann auf, wenn das Meßrohr in eine Rohrleitung einer prozeßtechnischen Anlage waagerecht oder nur wenig geneigt eingebaut ist. Solange davon ausgegangen werden kann, daß durch das strömende Medium Ablagerungen oder Gasblasen im Meßrohr vermieden werden, sind keine besonderen Maßnahmen erforderlich. Andernfalls kann auch durch einen senkrechten Einbau des Meßrohrs abgeholfen werden, wenn die Gegebenheiten der prozeßtechnischen Anlage dies zulassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Durchflußmeßgerät mit einer größeren Meßgenauigkeit auch bei im wesentlichen waagerechtem Einbau des Meßrohrs zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Durchflußmeßgerät der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch eine einfache konstruktive Maßnahme, die keinerlei zusätzliche Kosten verursacht, eine wesentliche Verbesserung des Meßergebnisses erreicht werden kann. Bei waagerechtem oder nur leicht geneigtem Einbau des Meßrohrs wird bereits durch eine kleine Drehung des Meßrohrs um die Meßrohrachse erreicht, daß der Weg des Schallsignals nicht durch den oberen oder den unteren Wandungsbereich des Meßrohrquerschnitts verläuft, an welchem sich vorzugsweise Gasblasen oder Ablagerungen ansammeln. Auch

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wenn die Gegebenheiten am Einbauort einen senkrechten Einbau des Meßrohrs in eine Rohrleitung nicht zulassen, kann mit dem neuen Durchflußmeßgerät eine gute Meßgenauigkeit erreicht werden. Da Schallwandler und Reflexionsstellen an den oberen und unteren Seitenwänden des Meßrohrs angebracht werden, aber nicht im obersten oder untersten Wandungsbereich des Meßrohrquerschnitts, sind keinerlei Grenzflächen im Weg des Schallsignals, beispielsweise am Übergang von Gasblasen zum flüssigen Meßmedium oder am Übergang zwischen flüssigem Meßmedium und festen Ablagerungen, zu erwarten, die zu unerwünschten Streureflexionen oder einer Unterbrechung des Schallwegs führen könnten. In einfacher Weise ist die Erfindung auch bei dem bekannten spiralförmigen Schallweg im Meßrohr anwendbar, der durch einen ersten Reflektor erreicht wird, dessen Flächennormale drei Komponenten in einem rechtwinkligen Koordinatensystem mit einer parallel zur Strömungsrichtung orientierten Achse aufweist. Dazu wird das Meßrohr um einen kleinen Winkel axial gedreht. Ein Meßrohr mit vieleckigem Querschnitt hat dabei den Vorteil, daß für Zwischenreflexionen nach der Reflexion an dem in der beschriebenen Weise geneigten ersten Reflektor und vor dem letzten Reflektor keine besonderen Reflektoren erforderlich sind, da die Wände des Meßrohrs bereits ebene Reflektorflächen bilden. Ein größter oberer Bereich im Meßrohrquerschnitt, der nicht im Weg des Schallsignals liegt und somit ohne Störung des Schallsignals beispielsweise von einer Gasblase eingenommen werden kann, wird bei gleicher, vom Schallsignal durchdrungener Querschnittsfläche des Meßrohrs erzielt, indem die an beiden Seiten des Meßrohrs im Meßrohrquerschnitt am höchsten angeordneten Schallwandler und/oder Reflexionsstellen auf gleicher Höhe angeordnet werden. In entsprechender Weise ergibt sich der größte untere Bereich des Meßrohrquerschnitts bei einer Anordnung der untersten Schallwandler und/oder Re-

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flexionssteilen auf gleicher Höhe. Prinzipiell ist die Erfindung unabhängig vom Meßrohrquerschnitt sowohl bei vieleckigen als auch runden Meßrohren anwendbar, da sich mögliche Ablagerungen oder Gasblasenansammlungen in jedem Fall außerhalb der Schallsignalführung befinden und somit nicht zu einer Meßwertverfälschung führen können.

Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt eines quadratischen Meßrohrs und Figur 2 einen Querschnitt eines runden Meßrohrs mit jeweils angedeutetem spiralförmigem Verlauf des Schallsignals.

Ein quadratisches Meßrohr 1 wird gemäß Figur 1 derart in eine Rohrleitung einer prozeßtechnischen Anlage eingebaut, daß seine vier Seitenflächen um 45° gegenüber der Horizontalen geneigt sind. Die Achse des Meßrohrs 1, die senkrecht zur Zeichnungsebene in der Mitte des Meßrohrs 1 verläuft, ist gleichzeitig die Strömungsrichtung eines Mediums, dessen Strömungsgeschwindigkeit im Meßrohr 1 mit dem Durchflußmeßgerät ermittelt werden soll. Entsprechend einem Pfeil 5 wird ein Schallsignal von einem Schallwandler 6 auf einen diesem gegenüberliegenden ersten Reflektor 7 gesendet, der das Schallsignal gemäß einem Pfeil 8 derart ablenkt, daß es mit mehreren Reflexionen an den Wänden des Meßrohrs 1 spiralförmig umlaufend zu einem zweiten, in Figur 1 nicht dargestellten Reflektor gelangt, der es entsprechend einem Pfeil 9 zu einem ebenfalls in Figur 1 nicht sichtbaren Schallwandler lenkt. Dieser Schallwandler ist in axialer Richtung zum

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Schallwandler 6 nach hinten versetzt und durch diesen verdeckt.

Obwohl dies bei der Darstellung eines Meßrohrquerschnitts gemäß den Figuren 1 und 2, bei denen der spiralförmige Verlauf des Schallwegs in die Zeichnungsebene projiziert wurde, nicht deutlich wird, hat der Weg des Schallsignals im spiralförmigen Bereich selbstverständlich eine senkrecht zur Zeichnungsebene gerichtete Komponente, damit aus den Differenzen gemessener Laufzeiten des Schallsignals stromauf und stromab auf die Strömungsgeschwindigkeit geschlossen werden kann.

Zur weiteren Verdeutlichung der Einbaulage des Meßrohrs 1 ist eine Senkrechte 2 in Figur 1 eingezeichnet, die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eines quadratischen Meßrohrquerschnitts auf der oberen und unteren Ecke des Meßrohrs 1 zu liegen kommt. Somit befindet sich sowohl am obersten als auch am untersten Wandungsbereich des Meßrohrquerschnitts jeweils eine Ecke. Bei in der Einbaulage waagerechter oder leicht geneigter Achse des Meßrohrs 1 und geringer Medienströmung können sich in einem flüssigen Medium vorhandene Gasblasen 3 oder mitgeführte Feststoffpartikel 4 im obersten bzw. untersten Bereich des Meßrohrquerschnitts ansammeln. Da an diesen Stellen weder Schallwandler noch Reflektoren plaziert sind, liegen die Gasblasen 3 und die Ablagerungen 4 nicht im Weg des Schallsignals und stören somit die Messung nicht. Der Schallwandler 6, eine dahinterliegende Reflexionsstelle 10, der ebenfalls dahinterliegende, verdeckte Schallwandler und eine Reflexionsstelle 11 sind im Meßrohrquerschnitt die am höchsten angeordneten Komponenten im Weg des Schallsignals. Da diese sich auf gleicher Höhe befinden, verläuft ein sie verbindender Weg des Schallsignals im Meßrohrquerschnitt ebenfalls auf gleicher Höhe und es wird so

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der größte Bereich gebildet, der Gasblasen aufnehmen kann und nicht im Weg des Schallsignals liegt. Da sich auch der erste Reflektor I₁ eine Reflexionsstelle 12 und der nicht dargestellte zweite Reflektor auf gleicher Höhe befinden, wird bei dieser Anordnung des quadratischen Meßrohrs 1 auch der größtmögliche Raum für Ablagerungen 4 vom Weg des Schallsignals ausgespart.

Die anhand Figur 1 beschriebenen Vorteile können ebenso mit einem Meßrohr erreicht werden, das gegenüber dem in Figur 1 gezeigten um 90° axial gedreht ist.

Würde dagegen das Meßrohr 1 in der Einbaulage lediglich um 45° nach rechts gedreht, so würden sich die Gasblasen unterhalb der Schallwandler und die Ablagerungen auf den Reflektoren sammeln und die Übertragung des Schallsignals empfindlich stören.

In Figur 2 ist ein rundes Meßrohr 13 dargestellt. Eine Senkrechte 14 markiert die Orientierung des Meßrohrs 13 in Einbaulage. Auch hier wird von einem Schallwandler 15 ein Schallsignal entsprechend einem Pfeil 16 zu einem ersten Reflektor 17 gesendet, der gegenüber dem Schallwandler 15 angeordnet ist. Durch die Neigung des Schallwandlers 17 wird ein spiralförmiger Lauf des Schallsignals im Meßrohr 13 erzeugt. Wiederum ist der oberste und unterste Bereich des Meßrohrs frei von Schallwandlern oder Reflexionsstellen, so daß sich hier Gasblasen 18 und Ablagerungen 19 sammeln können, ohne die Übertragung des Schallsignals zu stören. 30

Claims (5)

GR 97 G 4454 DE Schutzansprüche

1. Durchflußmeßgerät mit einem von einem Medium durchströmten Meßrohr (1, 13), einem Schallwandler (6, 15) zum Senden eines Schallsignals in das Medium und einem in Strömungsrichtung von diesem beabstandeten Schallwandler zum Empfangen des durch das Medium übertragenen Schallsignals, das zumindest eine Reflexion an einer Wandung des Meßrohrs (1, 13) erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß der oberste und/oder unterste Bereich des Meßrohrquerschnitts außerhalb des Schallsignalwegs liegt.

2. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Reflektor (7, 17) im .Meßrohr (1, 13) angebracht ist, dessen Flächennormale drei Komponenten in einem rechtwinkligen Koordinatensystem aufweist, dessen eine Achse parallel zur Strömungsrichtung orientiert ist.

3. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Meßrohr (1) einen vieleckigen Querschnitt aufweist,

- daß Schallwandler (6) und Reflexionsstellen (7, 10, 11, 12) an ebenen Seiten des Meßrohrs (1) angeordnet sind und - daß das Meßrohr (1) derart um seine Längsachse gedreht ist, daß eine Ecke im Meßrohrquerschnitt nach oben und/oder nach unten weist.

4. Durchflußmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an beiden Seiten des Meßrohrs (1) im Meßrohrquerschnitt am höchsten angeordneten Schallwandler (6) und/oder Reflexionsstellen (10, 11) auf gleicher Höhe angeordnet sind.

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5. Durchflußmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an beiden Seiten des Meßrohrs (1) im Meßrohrquerschnitt am niedrigsten angeordneten Schallwandler und/oder Reflexionsstellen (7, 12) auf gleicher Höhe angeordnet sind.