DE3306529C2 - Ultraschallwandler zur Wärmemengenmessung - Google Patents

Ultraschallwandler zur Wärmemengenmessung

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler mit mindestens zwei, einen Wandlerkörper 1 einschließenden Elektroden 2, 3. Erfindungsgemäß ist eine der Elektroden 3 als Temperaturmeßwiderstand mit zwei Anschlüssen 3a, 3b, ausgeführt. Der Temperaturmeßwiderstand weist dabei zweckmäßigerweise eine mäanderförmige Struktur auf. Damit kann die zur Wärmemengenmessung erforderliche Temperaturmessung mit dem Ultraschallwandler ausgeführt werden. Ein gesonderter Temperaturfühler kann entfallen, so daß bei der mit dem Ultraschallwandler durchgeführten Durchflußmessung keine Störung des Strömungsprofils auftritt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler zur Wärmemengenmessung mit mindestens zwei einen Wandlerkörper einschließenden Elektroden.
Aus der DE-OS 30 20 282 ist ein Ultraschallwandler bekannt bei dem auf einem piezokeramischen Wandlerkörper als Ultraschallschwinger zwei Elektroden angeordnet sind. Eine Elektrode weist eine sogenannte Interdigitalstruktur auf. Dabei greifen zwei fingerartige, mit Spannungen entgegengesetzter Polarität beaufschlagte Elektrodenteile kammartig ineinander. Die zweite Elektrode ist als Masseelektrode ausgeführt. Dabei wird Ultraschall nur in einer bestimmten Richtung abgestrahlt, wobei der Abstrahlwinkel vom Verhältnis des Abstandes zwischen den einzelnen Fingern der beiden Elektrodenteile zur Wellenlänge der Ultraschallschwingung abhängt. Diese Abstrahlung in vorgegebener Richtung wird auch erreicht, wenn man eine alternierende Polarisation des piezokeramischen Wandlerkörpers vorsieht. In diesem Fall können vollflächige Elektroden eingesetzt werden. Zwei derartige Ultraschallwandler können zur Durchflußmessung an gegenüberliegenden Innenseiten einer Rohrwandung eingesetzt werden. Dabei wird jeweils einer der Ultraschallwandler als Sender und einer als Empfänger eingesetzt. Aus der unterschiedlichen Laufzeit des Ultraschallsignals in Strömungsrichtung und gegen die Strömungsrichtung kann die Durchflußgeschwindigkeit und daraus wiederum die Durchflußmenge ermittelt werden.
Wenn man in einem Heizungssystem die Duichflußmenge mit der Temperaturdiferenz von Heizungsvorlauf und Heizungsrücklauf multipliziert, so erhält man eine Größe, die der abgegebenen Wärmemenge proportional ist. Dazu muß in die Rohrleitungen zusätzlich zu den Ultraschallwandlern ein Temperatursensor eingefügt werden. Hierfür sind Tauchfühler üblich. Derartige Tauchfühler beeinflussen jedoch das Strömungsprofil und können somit zu Fehlern in der Durchflußmes
sung führen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ultraschallwandler so auszuführen, daß bei der Wärmemengenmessung eine Temperaturmessung ohne Störung des Strömungsprofiis möglich ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß bei einem Ultraschallwandler der eingangs genannten Art eine der Elektroden als Temperaturmeßwiderstand mit zwei Anschlüssen ausgeführt ist
ίο Damit kann also mit dem Ultraschallwandler gleichzeitig die Temperatur des Mediums, dessen Durchflußgeschwindigkeit gemessen wird, erfaßt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung bringt meßtechnische Vorteile, da der Temperaturmeßwiderstand das Strömungsprofil nicht stört. Darüber hinaus bietet die Erfindung auch Montagevorteile, da die Montage eines gesonderten Temperaturmeßfühlers entfällt Durch den Wegfall des Temperaturmeßfühlers wird die Anordnung für die Wärmemengenmessung schließlich auch bedeutend kleiner und billiger.
Die als Temperaturmeßwiderstand dienende Elektrode weist zweckmäßigerweise eine mäanderförmige Struktur auf. Damit können Widerstandswerte erzielt werden, die für die Temperaturmessung besonders günstigshid.
Der Widerstandswert der Elektrode kann mit einem Laser sehr genau abgeglichen werden.
Die als Temperaturmeßwiderstand dienende Elektrode wird zweckmäßigerweise als Platin-Schicht ausgebildet Platin weist einen besonders stabilen Widerstandswert auf. Platin kann z. B. aufgesputtert oder aufgedampft werden.
Die als Temperaturmeßwiderstand dienende Elektrode kann vorteilhafterweise mit einer isolierenden Schutzschicht überzogen sein und damit direkt dem Heizwasser ausgesetzt werden. Als Schutzschicht kann z. B. Glas oder Kunstharz verwendet werden.
Bei einem Ultraschallwandler, bei dem eine Elektrode mit Interdigitalstruktur, die andere Elektrode als Masseelektrode ausgeführt ist, dient vorteilhafterweise die Masseelektrode als Temperaturmeßwiderstand. Die Masseelektrode muß nämlich bei symmetrischem Aufbau der Interdigital-Struktur nicht unbedingt mit der Spannungsquelle verbunden werden und kann praktisch eine beliebige Struktur, die nur annähernd voliflächig sein muß, aufweisen. Sie eignet sich daher besonders gut zur Verwendung als Temperaturmeßwiderstand.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. I und 2 näher erläutert.
F i g. 1 zeigt eine Oberfläche eines Ultraschallwandlers. Auf einem beispielsweise piezokeramischen Wandlerkörper 1 ist eine Elektrode 2 aufgebracht, die eine in der DE-OS 30 20 282 erläuterte Interdigital-Struktur aufweist. Die Elektrode 2 besteht also aus zwei an gesonderte Anschlüsse geführten Elektrodenteilen 2a und 2b. Die Elektrodenteile 2a und 2b weisen einzelne Finger auf, die kammartig ineinander greifen. Durch Beaufschlagung der Elektrodenteile 2a und 26 mit gegenphasigen Spannungen wird eine Abstrahlung des Ultraschalls in einer Richtung schräg zur Wandleroberfläche erreicht. Dabei hängt der Abstrahlwinkel vom Verhältnis des Abstands zwischen den Fingern der Elektrodt-nteile 2a und 2b zur Wellenlänge des Ultraschalls ab.
Der Wandlerkörper I des Ultraschallwandlers kann auch eine periodisch wechselnde Polarisation aufweisen. In diesem Fall muß die Elektrode 2 nicht mil Interdigital-Struktur ausgeführt werden, sondern kann auch vollflächig sein.
F i g. 2 zeigt die rückwärtige Fläche des Ultraschallwandlers. Diese ist bei bekannten Ultraschallwandlern als vollflächige Masseelektrode ausgeführt Bei symmetrischer Interdigitalstruktur mit gegenphasiger Ansteuerung weist sie aufgrund der ICapazitätsverhältnisse seäbsttätig die Spannung Null auf und muß daher nicht mit dem Masseanschluß der Anre^ungs-Spannungsquelle verbunden werdea Gemäß der Erfindung ist die Elektrode 3 als Temperaturmeßwiderstand mit zwei Anschlüssen, 3a, 36, ausgeführt. Dazu weist sie im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 eine mäanderförmige Struktur auf. Zur Herstellung dieser Struktur kann man auf den Wandlerkörper beispielsweise zunächst eine Platinschicht aufsputtern, aus der dann mittels fotolithographischer VerfKhren eine mäanderförmige Struktur herausgeätzt wird. Der gewünschte Widerstandswert kann mit einem Laser genau abgeglichen werden. In einem weiteren Arbeitsgang wird dann eine Schutzschicht, z. B. aus Glas, ausgesputtert Der Ultraschallwandler kann dann direkt dem Heizwasser ausgesetzt werden, dessen Leitfähigkeit auf den Widerstandswert des Temperaturmeßwiderstands keinen Einfluß hat.
An die Anschlüsse 3a und 36 wird ein Auswertegerät angeschlossen, das aus dem Widerstand der Elektrode 3 deren Temperatur bestimmt Auswertegeräte dieser Art, die beispielsweise mit einer Brückenschaltung, in der die Elektrode 3 einen Brückenzweig bildet, arbeiten, sind hinreichend bekannt und werden daher nicht näher dargestellt
Mit dem erfindungsgemäßen Ultraschallwandler ist also eine Temperaturmessung ohne zusätzliche Einbauten im Strömungsweg möglich. Damit bleibt also das Strömungsprofil erhalten, das Wärmemengenmeßgerät kann wesentlich kleiner aufgebaut werden und es entfällt der Montageaufwand für zusätzliche Elemente zur Temperaturmessung.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (5)

Patentansprüche:
1. Ultraschallwandler zur Wärmemengenmessung mit mindestens zwei einen Wandlerkörper einschließenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden (3) als Temperaturmeßwiderstand mit zwei Anschlüssen (3a, 3b) ausgeführt ist
2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Temperaturmeßwiderstand dienende Elektrode (3) eine mäanderförmige Struktur aufweist
3. Ultraschallwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die als Temperaturmeßwiderstand dienende Elektrode (3) als Platin-Schicht ausgebildet ist
1 Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Temperaturmeßwiderstand dienende Elektrode (3) mit einer isolierenden Schutzschicht überzogen ist
5. Ultraschallwandler, bei dem eine Elektrode mit Interdigitalstruktur, die andere Elektrode als Masseelektrode ausgeführt ist nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Masseelektrode (3) als Temperaturmeßwiderstand ausgeführt ist
DE19833306529 1983-02-24 1983-02-24 Ultraschallwandler zur Wärmemengenmessung Expired DE3306529C2 (de)

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