DE9420760U1

DE9420760U1 - Durchflussmesser

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Publication number: DE9420760U1
Application number: DE9420760U
Authority: DE
Original assignee: Kamstrup AS
Current assignee: Kamstrup AS
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2004-12-28
Also published as: PL57043Y1; DK9400174Y6

Description

DURCHFLUSSMESSER

Die Neuerung bezieht sich auf einen Durchflußmesser zum Messen eines Mediumdurchflusses durch einen Durchflußkanal, mit außerhalb des Mediumdurchflusses an je einem Ende einer Meßstrecke angeordneten Ultraschallwandlern, die je zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallsignalen vorgesehen sind, und mit im Mediumdurchfluß an je einem Ende der Meßstrecke angeordneten ultraschallreflektierenden Flächen, die je so ausgebildet und angeordnet sind, daß Ultraschallsignale von dem zugehörigen Ultraschallwandler reflektiert werden und den Signalen eine im wesentlichen in Achsrichtung des Durchflußkanals verlaufende Bewegungsrichtung verliehen wird, und daß Ultraschallsignale, die im wesentlichen in Achsrichtung des Durchflußkanals verlaufen und die reflektierende Fläche beaufschlagen, reflektiert werden und den Signalen eine Bewegungsrichtung entgegen dem zugehörigen Ultraschall verliehen wird.

Ein Durchflußmesser dieser Art ist aus der US Patentschrift Nr. 4.610.167 bekannt. Diese Patentschrift beschreibt die Messung der Durchflußgeschwindigkeit von Wasser in einem ringförmigen Kanal eines nuklearen Dampfgenerators. Die Messung erfolgt durch ein paar Ultraschallwandler, die in Durchflußrichtung des Wassers mit gegenseitigem Abstand an der Außenseite eines den ringförmigen Durchflußkanal nach außen abgrenzenden Stahlmantels angeordnet sind. Die Ultraschallwandler wirken mit den innen im ringförmigen Kanal angeordneten ultraschallreflektierenden Flächen zusammen.

Der neuerungsgemäße Durchflußmesser ist dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußkanal als Meßrohr ausgebildet ist, dessen Enden entsprechend in einer Einlaufkammer und einer Auslaufkammer münden, die je einen wesentlich größeren Durchflußquerschnitt aufweisen als das Meßrohr, und daß die ultraschallreflektierenden Flächen vor den Enden des Meßrohrs in der Einlauf- bzw. der Auslaufkammer angeordnet sind.

Durchflußmesser mit einem solchen Meßrohr, dessen Enden entsprechend in einer Einlaufkammer und einer Auslaufkammer münden, sind bekannt. Bei diesen bekannten Durchflußmessern sind Ultraschallwandler derart in diesen Kammern angeordnet, daß sie in den Mediumdurchfluß hineinragen und sich axial zu und gegenüber den Enden der Achse des Meßrohrs befinden und somit Turbulenz ergeben oder auf andere Weise den zu messenden Flüssigkeitsdurchfluß stören können. Weiterhin wird ein Teil der gegen die offenen Enden des Meßrohrs gerichteten Ultraschallsignale andere Wandteile beaufschlagen und somit von diesen reflektiert werden. Die auf diese Weise entstehenden Echos können die Messung erschweren .

Bei dem neuerungsgemäßen Durchflußmesser, in dem die Ultraschallwandler außerhalb des Mediumdurchflusses oder der Durchflußbahn angeordnet sind, und in dem nur die ultraschallreflektierenden Flächen in diesem angeordnet sind, wird der Mediumdurchfluß weit weniger gestört. Ferner können die ultraschallreflektierenden Flächen derart bezüglich Größe und/oder Gestalt ausgebildet werden, daß sich im wesentlichen alle die von dem zugehörigen Ultraschallwandler ausgehenden und die reflektierende Fläche beaufschlagenden Ultraschallwellen nach der Reflektion durch das Medium im Meßrohr bewegen werden. Weit die meisten der die reflektierenden Flächen nicht beaufschlagenden Ultraschallwellen werden eine von der Achsrichtung des Meßrohrs wesentlich abweichende Richtung aufweisen. Diese Ultraschallwellen werden infolge einer Dämpfungswirkung bei Reflektion von den die Ein- und Auslaufkammern abgrenzenden Wänden schnell ausgelöscht, ohne an den zweiten Wandler zu gelangen und somit das Meßresultat stören zu können. Die reflektierenden Flächen können demnach als eine Art Blende dienen, die sichert, daß nur das Bündel der die reflektierende Fläche beaufschlagenden Ultraschallwellen durch das Meßrohr an den zweiten Wandler weitergeschickt werden.

• · · ··· III

Die Einlauf- und Auslaufkammern können entsprechend mit einem etwa in Richtung quer auf die Längsachsen des Meßrohrs verlaufenden Mediumzufluß und Mediumabfluß verbunden sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform verläuft der Zufluß und der Abfluß jedoch im wesentlichen koaxial zu dem Meßrohr, wodurch die Durchflußverhältnisse durch den Durchflußmesser noch verbessert werden. Eine solche Anordnung des Zuflußrohrs und des Abflußrohrs wird von den außerhalb der von dem An- und Ablauf und des Meßrohrs definierten Durchflußbahn angeordneten Ultraschallwandlern nicht behindert.

Das Meßrohr kann als separates Rohr ausgebildet sein, das in einem mit Einlauf- und Auslaufkammern sowie Mediumzufluß und Abfluß versehenen Gehäuse montiert ist, und der Mediumzufluß und/oder -Abfluß kann eine die Querschnittsfläche des Meßrohrs übersteigende Querschnittfläche haben, so daß das Meßrohr durch den Zufluß und/oder Abfluß eingesetzt und herausgenommen werden kann. Das separate Meßrohr kann dabei aus einem anderen Material als das Gehäuse selbst hergestellt werden, und das Meßrohr läßt sich leicht im Gehäuse in seiner Stellung montieren, da es durch den Zufluß oder den Abfluß eingesetzt werden kann, bevor die reflektierenden Flächen in den Einlauf- und Auslaufkammern angebracht werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen sowohl die Einlaufais auch die Auslaufkammer eine mittels eines abnehmbaren, undurchlässigen Abschlusses geschlossene Eintrittsöffnung auf, durch die ein mit der reflektierenden Fläche ausgebildeter Einsatz eingesetzt und herausgenommen werden kann. Damit wird erreicht, daß die mit den reflektierenden Flächen ausgebildeten Einsätze auch auf einfache Weise montiert und demontiert werden können, wenn das Meßrohr erst in seiner Stellung angebracht worden ist. Die Einsätze sind dabei vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie in montiertem Zustand zum Eingriff mit entgegenstehenden Enden des Meßrohrs vorgesehen sind, um somit das

Meßrohr im Gehäuse zu positionieren. Wenn die Einsätze in das Gehäuse in Richtung quer auf die Längsachse des Meßrohrs eingesetzt werden, können die mit den reflektierenden Flächen versehenen Einsätze somit als eine Art Verschlußorgane für das Meßrohr dienen, und der die zugehörige Einlauf- oder Auslaufkammer undurchlässig abschließende Abschluß kann dann dazu dienen, den Einsatz in der betreffenden Kammer in seiner Stellung zu halten.

Die Ultraschallwandler sind vorteilhaft in der Eintrittsöffnung jeder ihrer Kammern angeordnet, und sie können gegebenenfalls einen Teil des Abschlusses bilden, der zum undurchlässigen Abschließen der betreffenden Kammer vorgesehen ist.

Die Ultraschallwandler können grundsätzlich in beliebiger Weise im Verhältnis zur Achse des Meßrohrs angeordnet sein, wenn nur die axiale Richtung der Wandler oder die Richtung, in die sie Schallwellen aussenden, sich quer auf die Längsachse des Meßrohrs erstreckt. Der Winkel, den die reflektierenden Flächen mit der Längsachse des Meßrohrs bilden, muß dann lediglich derart angepaßt werden, daß die reflektierenden Ultraschallwellen durch das Meßrohr durchgehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ultraschallwandler im wesentlichen mit parallelen Achsen angeordnet, die im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Achse des Meßrohrs und im wesentlichen senkrecht auf dessen Achse verlaufen, und die im wesentlichen ebenen ultraschallreflektierenden Flächen bilden dann mit der Achse des Meßrohrs und den Achsen der Wandler einen Winkel von etwa 45 °.

Das Gehäuse, das Meßrohr und die Einsätze können grundsätzlich aus jedem beliebigen, die erforderliche Stabilität und Stärke besitzenden Material ausgebildet sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist sowohl das Gehäuse als auch das Meßrohr vorzugsweise aus Metall hergestellt. Beispielsweise kann das Gehäuse aus Messing hergestellt sein, und das Meßrohr kann aus

rostfreiem Stahl hergestellt sein. Auch die Einsätze können aus Metall hergestellt sein, aber bei der bevorzugten Aus führungs form sind sie aus Kunststoff hergestellt, wobei die reflektierenden Flächen jedoch aus einer glänzenden Metalloberfläche gebildet sind, z.B. einer glänzenden Oberfläche aus rostfreiem Stahl.

Die Neuerung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Der in der Zeichnung dargestellte Durchflußmesser weist ein Gehäuse 10 auf, das vorzugsweise aus Metall, z.B. Messing, hergestellt ist, und das an seinen entgegenstehenden Enden einen Zuflußstutzen 11 und einen Abflußstutzen 12 aufweist. In dem Gehäuse 10 sind eine Einlaufkammer 13 und eine Auslaufkammer 14 ausgebildet, deren Achsen 15 sich im wesentlichen senkrecht zu den Achsen 16 der Eintritts- und Austrittsstutzen erstrecken. Jede der Kammern 13 und 14 ist an ihrem einen Ende mittels eines Ultraschallwandlers 17 geschlossen, welcher koaxial in der zugehörigen Kammer 13 und 14 angeordnet und im Gehäuse fest verschraubt ist.

Ein separates, vorzugsweise zylindrisches Meßrohr 18 ist in einer axialen Bohrung des Gehäuses so eingeschoben und festgehalten, daß sich das Meßrohr 18 im wesentlichen koaxial mit dem Zuflußstutzen 11 und dem Abflußstutzen 12 erstreckt. Das Meßrohr 18 wird mittels eines in jeder der Kammern 13 und 14 angeordneten Einsatzes 19 in seiner Stellung gehalten, welcher aus Metall hergestellt sein kann, jedoch bevorzugt aus Kunststoff hergestellt ist. Jeder der Einsätze 19 ist in die zugehörige Kammer 13 und 14 längs ihrer Achse einschiebbar ausgebildet und weist in seiner eingeschobenen Stellung eine gegen die angrenzende Endfläche des Meßrohrs 18 anliegende Fläche 20 und eine gegen die äußere periphere Fläche des Meßrohrs 18 anliegende Fläche 21 auf.

• ·

Die Einsätze 19 dienen somit teils dazu, das Meßrohr 18 im Gehäuse in seiner Stellung zu halten, und teils dazu, das Meßrohr 18 und die Einsätze 19 gegenseitig zu positionieren.

An jedem der Einsätze ist ein reflektierendes Teil angeordnet, das vorzugsweise aus Metall, wie rostfreiem Stahl, hergestellt ist und das eine im wesentlichen ebene, ultraschallreflektierende Fläche 22 bildet. Diese Fläche bildet mit den Achsen 15 und 16 einen Winkel von etwa 45 °. In einer ringförmigen um das eine Ende des Meßrohrs 18 ausgebildeten Ausnehmung bzw. Tasche 23 ist ein Temperatursensor 24 angeordnet, und an dem Gehäuse 10 ist ein zweites Gehäuse 25 befestigt, welches eine Elektronikeinheit enthält, die Meßsignale vom Temperatursensor 23 empfängt, und die dazu vorgesehen ist, die Funktion der Wandler 17 und die Funktion des Durchflußmessers im übrigen zu regeln.

Wenn ein Medium von der Einlaufkammer 13 durch das Meßrohr 18 in die Auslaufkammer 14 fließt, kann die Geschwindigkeit des Mediumdurchflusses und somit die Menge des Mediumdurchflusses gemessen werden. Wenn eine solche Durchflußmessung vorgenommen wird, werden von den beiden Wandlern 17 gleichzeitig eine Folge von Ultraschallimpulsen in entgegengesetzten Richtungen ausgesandt, was bedeutet, daß eine Pulsfolge sowohl gegen die Durchflußrichtung als auch in der Durchflußrichtung des durch das Meßrohr fließenden Mediums ausgesandt wird. Nach Aussendung einer Pulsfolge, und bevor die Pulse den gegenüberliegenden Wandler erreichen, wird die Funktionsweise beider Wandler von einem Sendezustand in einen Detektierzustand geändert, so daß jeder der Wandler 17 die von dem gegenüberliegenden Wandler ausgesandten Pulse detektieren kann. Die von dem in der Einlauf kammer 13 angeordneten Ultraschallwandler 17 ausgesandten Ultraschallpulse, die gegen die Durchflußrichtung des durch das Meßrohr 18 fließenden Mediums gewandert sind, werden verglichen mit den aus dem zweiten Wandler ausgesandten und in Richtung des Mediumdurchflusses wandernden Pulsen verzögert. Diese zeitliche Verzögerung kann zur

Bestimmung der Geschwindigkeit des Mediumdurchflusses durch das Meßrohr 18 und damit zur Bestimmung des Volumendurchflusses bzw. Volumenstroms durch dieses Meßrohr angewandt werden.

Die durch das Meßrohr 18 fließende Menge an Flüssigkeit oder an Fluid kann auf eine eingehend in der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 94/04890 des Anmelders dargestellte Weise bestimmt werden. Auch die in dem Gehäuse 24 angeordnete elektronische Einheit kann wie in dieser internationalen Anmeldung dargestellt und beschrieben ausgebildet sein.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Durchflußmesser zum Messen eines Mediumdurchflusses durch einen Durchflußkanal (18), mit außerhalb des Mediumdurchflusses an je einem Ende einer Meßstrecke angeordneten Ultraschallwandlern (17), die je zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallsignalen vorgesehen sind, und mit im Mediumdurchfluß an je einem Ende der Meßstrecke angeordneten ultraschallreflektierenden Flächen (22), die je so ausgebildet und angeordnet sind, daß Ultraschallsignale von dem zugehörigen Ultraschallwandler (17) reflektierbar sind und die Signale in eine im wesentlichen in Achsrichtung (16) des Durchflußkanals (18) verlaufende Bewegungsrichtung bringbar sind, und daß Ultraschallsignale, die im wesentlichen in Achsrichtung des Durchflußkanals verlaufen und die reflektierende Fläche (22) beaufschlagen, reflektierbar sind, und die Signale in eine Bewegungsrichtung entgegen dem zugehörigen Ultraschallwandler (17) bringbar sind,

dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußkanal als Meßrohr (18) ausgebildet ist, dessen Enden entsprechend in einer Einlaufkammer (13 ) und einer Auslaufkammer (14) münden, die je einen wesentlich größeren Durchflußquerschnitt aufweisen als das Meßrohr (18), und daß die ultraschallreflektierenden Flächen (22) vor den Enden des Meßrohrs in der Einlauf- beziehungsweise der Auslaufkammer (13, 14) angeordnet sind.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einlauf- und Auslaufkammern (13, 14) entsprechend mit einem im wesentlichen koaxial mit dem Meßrohr (18) verlaufenden Mediumzufluß (11) und einem Mediumabfluß (12) verbunden sind.

3. Durchflußmesser nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr als separates Rohr (18) ausgebildet ist, das in einem mit Einlauf- und Auslaufkammer&eegr; (13, 14) sowie Mediumzufluß und -Abfluß (11, 12) versehenen Gehäuse (10) montiert ist, und daß der Mediumzufluß (11) und/oder -abfluß (12) für das Einsetzen und Entnehmen des Meßrohres durch den Zufluß und/oder Abfluß eine die Querschnittsfläche des Meßrohrs (18) übersteigende Querschnittfläche aufweist.

4. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Einlauf- als auch die Auslaufkammer (13, 14) eine mittels eines abnehmbaren, undurchlässigen Abschlusses (17) geschlossene Eintrittsöffnung aufweisen, durch die ein mit der reflektierenden Fläche (22) ausgebildeter Einsatz (19) einsetzbar und entnehmbar ist.

5. Durchflußmesser nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (19) derart ausgebildet sind, daß sie zum Positionieren des Meßrohrs (18) im Gehäuse (10) im montierten Zustand zum Eingriff mit entgegenstehenden Enden des Meßrohrs (18) vorgesehen sind.

6. Durchflußmesser nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler (17) in der Eintrittsöffnung jeder ihrer Kammern (13, 14) angeordnet sind und gegebenenfalls einen Teil des Abschlusses bilden.

7. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler (17) im wesentlichen mit parallelen Achsen (15) angeordnet sind, die im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Achse (16) des Meßrohrs (18) und im wesentlichen senkrecht auf dessen Achse (16) verlaufen, wobei die im

wesentlichen ebenen ultraschallreflektierenden Flächen (22) mit der Achse (16) des Meßrohrs (18) und den Achsen (15) der Wandler einen Winkel von etwa 45° bilden.

8. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) aus Metall, z.B. aus Messing, besteht.

9. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (18) aus rostfreiem Stahl besteht.

10. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (19) aus Kunststoff hergestellt sind, und daß deren reflektierenden Flächen (22) aus Metall, z.B. rostfreiem Stahl, bestehen.