DK172321B1 - Ultralyds-gennemstrømningsmåleindretning - Google Patents

Description

- 1 - DK 172321 B1

Opfindelsen angår en ultralydsgennemstrømningsmåleindretning ifølge indledningen til krav 1.

En sådan fra FR-offentliggørelsesskrift 2 568 013 kendt ultralydsgennemstrømningsmåleindretning tjener til lede den fra en første ultralydsomformer s udsendte ultralydsstråle med flerfoldige refleksioner i på indervæggene af må lerøret hørende ultralydsreflektorer efter flerfoldigt gennemløb gennem det strømmende medium til en anden, modtagende ultralydsomformer. Gennem -strømningshastigheden af det i målerøret strømmende medium bestemmes i princippet ved, at man måler forskellene i løbetiderne af ultralydbølgerne i og io modsat strømningsretningen. Af forskellen mellem de to løbetider bestemmes gennemstrømningshastigheden i målerøret.

Ulempen ved denne kendte indretning består først og fremmest i, at den over for ultralydsomformerne liggende målerørsvæg er forsynet med en ultralydsreflekterende komponent med to i retning mod hinanden rettede reflek -is sionsflader, som afbøjer ultralyden i den ønskede retning. Strømningen af det flydende medium danner hvirvler som følge af den i målerørets indre tværsnit indragende komponent, således at der i randområderne mellem målerørsvæggen og det reflekterende element opstår zoner med dårligere strømning, i hvilke der, som det fx. sker i levnedsmiddelindustrien, kan aflejres partikler, som 20 kan føre til kimdannelse således, at en sådan måleindretning er uegnet til den ne brug.

For at undgå en sådan yderligere ultralydsreflekterende komponent er det også fra DE-offentliggørelsesskrift 35 39 948 allerede kendt at benytte en såkaldt interdigitalomformer, som er nærmere beskrevet i DE-offentliggørelsesskrift 25 30 20 282, og som har en i forhold til overfladen skråt liggende udstrålings- el ler modtageretning. Ved anvendelse af sådanne interdigitalomformere kan den over for omformerne liggende målerørsvæg selv benyttes som reflektor, således at en yderligere indbygning af et reflektionselement er overflødigt. Ulem -pen ved anvendelsen af interdigitalomformere består imidlertid i, at disse er 3o relativt dyre komponenter. I sammenligning med vinkelret udstrålende ultra lydsomformere udstråler de desuden med lille energi og stor spredningsvinkel. Dermed er det nødvendigt at fore indersiden af målerørsvæggen omkring reflektorerne med et materiale, som reflekterer ultralydsstrålen så tabsfrit som muligt, og de tilstødende områder med et ultralydsabsorberende materiale for at 35 undgå multiple reflektioner som følge af vagabonderende ultralydsstråler og deraf fremkaldte måleværdiforfalskninger.

-2 - DK 172321 B1

Fra DE-offentliggørelsesskrift 28 28 937 kendes en ultralydsgennemstrøm -ningsmåleindretning, hvor retlinet udstrålende ultralydsomformere er anbragt forskudt i strømningsretningen og skråt i forhold til målerørsvæggen i overfor hinanden liggende målerørsvægge i målerøret og med retning mod hinanden, s Her er de parvist mod hinanden vendende ultralydsomformere udformet som kombinerede sende- og modtageomformere. Ultralydsomformerne drives skifte -vis som sendeomformere og som modtageomformere. Derved sendes ultralydbølger i og mod strømningsretningen og uden mellemkobling af reflektorer direkte til den overfor liggende ultralydsomformer. Den derved opstående løbe-io tidsforskel tjener som mål for gennemstrømningshastigheden af det i målerø - ret strømmende medium. På grund af den i forhold til overfladen på målerøret skråt anbragte ultralydsomformer opstår der strømningsturbulenser ved indbygningsstedet for ultralydsomformerne enten ved, at ultralydsomformerne i den ene side rager ind i målerøret og dermed ind i strømningen, eller ved at de is er anbragt undersænket i forhold til målerørsvæggen og dermed danner ni cher, som kan føre til de allerede beskrevne partikelaflejringer og den dermed forbundne kimdannelse. Desuden skal der til hver gennemstrålingsstrækning for ultralydsstrålen gennem mediet anvendes to omskiftelige ultralydsomfor -mere, hvilket forårsager et væsentligt opbud.

20 Til grund for opfindelsen ligger den opgave at udforme en ultralydsgen - nemstrømningsmåleindretning af den indledningsvis beskrevne art således, at indersiderne af målerørsvæggen er fri for kanter og nicher, som påvirker mediets strømning, ved anvendelse af ultralydsomformere, som stråler vinkelret på mediets gennemstrømningsretning.

2s Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at målerøret har et firkantet indertværsnit, og den overfor den lige første målerørsvæg liggende anden målerørsvæg er dannet af tre plane, i forhold til hinanden skrå flader, af hvilke de ultralydsreflekterende fladedele, som ligger overfor de to ultralydsom -formere, vender mod hinanden i en sådan spids vinkel i forhold til strømnings-3o retningen for mediet og er forbundet ved hjælp af et i forhold til strømnings- retningen for mediet parallelt, retliniet fladestykke, at det ultralydsstrålebundt, som rammer den ene skråflade i den anden målerørsvæg, og som udgår fra den sendende ultralydsomformer, reflekteres i retning af den ultralydsreflekteren -de inderflade på den første målerørsvæg mellem de to ultralydsomformere, der -35 fra til den anden skråflade i den anden målerørsvæg og fra denne ind i den på gældende modtagende ultralydsomformer, og at ultralydsomformerne er fastgjort i den første målerørsvæg således, at deres inderste overflade omkring det -3 - DK 172321 B1 ud- eller indtrædende ultralydsstrålebundt er plan. Derved opnås det, at måle-indretningen også er egnet til anvendelse i levnedsmiddelindustrien. Strømningen påvirkes intetsteds af turbulens, i hvilke områder der befinder sig ni -cher, som begunstiger en aflejring af kimdannende partikler.

5 På hensigtsmæssig måde er vægtykkelsen d, i målerøret i det reflekteren - de område valgt således, at ultralydsrefleksionen er maksimal ifølge formlen d, = (2η-1)·λ/4 med n = 1,2,3..., λ = lydbølgelængden i husvæggen. Derved sikres en mest muligt tabsfri ultralydledning.

Det er hensigtsmæssigt, hvis hver ultralydsomformer er påsat på ydersi -io den af en målerørsvæg, således at ultralyden sendes eller modtages gennem målerørsvæggen, og at vægtykkelsen d2 i målerøret omkring ultralydsomformerne vælges således, at ultralydsgennemledningen er maksimal ifølge formlen d2 = η·λ/2 med n = 1,2,3..., ). λ = lydbølgelængden i husvæggen. Herved muliggøres en tabsfri ultralydsind- og udkobling gennem målerørsvæggen. i5 En hensigtsmæssig videreudformning består i, at ultralydsomformerne hver er forsynet med en rustfri stålbund, at der i målerørsvæggen er anbragt en flange for hver ultralydsomformer, i hvilken ultralydsomformeren kan skrues ind formtilpasset med indervæggen af målerøret. Derved er ultralydsom -formerne let udskiftelige og som følge af den rustfrie stålbund resistent overfor 2o kemisk aggressive medier.

Udførelseseksempler for opfindelsen beskrives i det følgende ved hjælp af fig. 1 og 2. På tegningen viser: fig. 1 et ultralydsmålerør i længdesnit, hvor ultralydsomfor- 23 meme er anbragt i en målerørs væg, og fig. 2 et ultralydsmålerør i længdesnit, i hvis ene måle rørsvæg der er anbragt en flange for hver ultralydsomformer.

3o Ifølge fig. 1 og 2 er ultralydsomformerne anbragt forskudt i strømnings retningen i en første målerørsvæg la i målerøret 1 med i det væsentlige firkantformet indertværsnit. Det direkte overfor ultralydsomformerne 2, 3 liggende område af den anden målerørs væg lb i målerøret 1 er hver udformet som en skråflade 4, 6. Uden for disse områder forløber målerørsvæggene la, lb indbyr-35 des parallelt. Ultralydsomformerne 2, 3 er udformet som kombinerede sende- og modtageomformere, der har en vinkelret på deres overflade liggende sende- og modtageretning. Med et styre kredsløb styres ultralydsomformerne 2, 3 således, DK 172321 B1 -4 - at der indstiller sig en skiftevis sende- og modtagetilstand. Ved passende styring sender en første ultralydsomformer 2, 3 ultralyd vinkelret på strømningsretningen mod en første skråflade 4 eller 6 på den anden målerørsvæg lb. Derfra reflekteres ultralyden via et område 5 på den første målerørsvæg la mellem s ultralydsomformerne 2, 3 til en anden skråflade 4 eller 6 på den anden måle rørsvæg lb, der reflekterer ultralyden til ultralydsomformeren 2, 3, som er koblet som modtager. Afhængigt af den skiftevise sende- og modtagetilstand af ultralydsomformerne 2, 3 sendes den fra ultralydssenderne udsendte ultralyd skiftevis i og mod strømningsretningen v.

io De resulterende løbetidsforskelle for ultralyden kan udnyttes ifølge den såkaldte løbetidsdifferensmåling med fasedifferensmålingen eller som direkte løbetidsmåling med sing-around-metoden. Ved løbetidsmåling indstilles frekvensen af ultralydsomformerne, som sender i og modsat strømningsretningen, hver således, at antallet af ultralydbølgelængder langs målestrækningen er is konstant. Begge fremgangsmåder beskrives udførligt i DE-offentliggørelses- skrift 28 28 937.

For at opnå den bedst mulige refleksion af ultralydbølgerne fra indervæg -gen i målerøret 1 vælges vægtykkelsen d, i målerøret i det mindste i det reflek -terende område ifølge formlen d, = (2η-1)·λ/4 med n = 1,2,3..., λ = lydbølgelæng -20 den i husvæggen.

Herunder skal vægtykkelsen d2 i målerøret omkring ultralydsomformerne vælges ifølge formlen d2 = η·λ/2 med n = 1,2,3..., λ = lydbølgelængden i husvæg-gen, for dermed at opnå en god ultralydsgennemledning.

Til tilslutning af målerøret 1 til et eksisterende rørledningssystem, som 25 fører det strømmende medium, kan der ifølge fig. 1 til hver anvendes en tilslutningsstuds 8. Denne tilslutningsstuds 8 er på den mod målerøret vendende side udformet således, at den strømningsgunstigste overgang fra et firkantfor -met rørtværsnit til et rundt rørtværsnit eller omvendt bliver mulig.

Ved et udførelseseksempel ifølge fig. 2 er målerøret i begge ender forbun -3o det med hver en tilslutningsflange 9. Det med y kendetegnede område er ligeledes udformet således, at en overgang fra et firkantformet rørtværsnit til et rundt rørtværsnit bliver muligt.

Ved hjælp af tilslutningsflangen 9 kan målerøret indskydes i et rørsystem, som fører det til måling bestemte medium.

35

Claims (5)

1. Ultralydsgennemstrømningsmåleindretning, som virker efter løbetidsmetoden, med et af et medium gennemstrømmet målerør (1) med to i mediets s strømningsretning, i den samme målerørsvæg anbragte, som kombinerede sende- og modtageomformere udformede ultralydsomformere (2, 3) med vinkelret på deres overflade rettet sende- og modtagestråling, hvor ultralydsomformerne er anbragt i en i strømningsretningen (v) retliniet målerørsvæg (la) i målerøret (1) således, at ultralydsstrålebundtet fra den sendende ultralydsomformer io træder ind i mediet vinkelret på målerørets strømningsretning (v) og efter flerfoldigt gennemløb gennem mediet træder ud vinkelret på målerørets strømningsretning (v) og ind i den modtagende ultralydsomformer, kendetegnet ved, at målerøret har et firkantet indertværsnit, og den overfor den lige første målerørsvæg (la) liggende anden målerørsvæg (lb) er dannet af tre is plane, i forhold til hinanden skråflader, af hvilke de ultralydsreflekterende fladedele (4, 6), som ligger overfor de to ultralydsomformere (2, 3), vender mod hinanden i en sådan spids vinkel i forhold til strømningsretningen (v) for mediet og er forbundet ved hjælp af et i forhold til strømningsretningen (v) for mediet parallelt, retliniet fladestykke, at det ultralydsstrålebundt, som rammer 2o den ene skråflade (4) i den anden målerørs væg (lb), og som udgår fra den sen -dende ultralydsomformer (2), reflekteres i retning af den ultralydsreflekterende inderflade (5) på den første målerørsvæg (la) mellem de to ultralydsomformere (2, 3), derfra til den anden skråflade (6) i den anden målerørsvæg (lb) og fra denne ind i den pågældende modtagende ultralydsomformer (3), og at ul-25 tralydsomformerne (2, 3) er fastgjort i den første målerørsvæg (la) således, at deres inderste overflade omkring det ud- eller indtrædende ultralydsstrålebundt er plan.

2. Ultralydsgennemstrømningsmåleindretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at vægtykkelsen (d,) i målerøret (1) i de reflekterende områder (4, 5, 6) er % valgt således, at ultralydsrefleksionen er maksimal ifølge formlen: d, = (2η-1)·λ/4 med n = 1,2,3..., λ = lydbølgelængden i husvæggen.

3. Ultralydsgennemstrømningsmåleindretning ifølge krav 1 og 2, kendetegnet ved, at hver ultralydsomformer (2, 3) er påsat på ydersiden af en målerørsvæg (la), således at ultralyden sendes eller modtages gennem måle- , 35 rørsvæggen (la), og at vægtykkelsen (d2) i målerøret (1) omkring ultralydsom formerne (2, 3) vælges således, at ultralydsgennemledningen er maksimal ifølge formlen: - 6 - DK 172321 B1 d2 = η·λ/2 med n = 1,2,3.... λ = lydbølgelængden i husvæggen.

4. Ultralydsgennemstrømningsmåleindretning ifølge krav 1 og 2, kendetegnet ved, at ultralydsomformerne (2, 3) hver er forsynet med en rustfri stålbund, at der i målerørsvæggen (la) er anbragt en flange (7) for hver ul- 5 tralydsomformer (2, 3), i hvilken ultralydsomformeren (2, 3) kan skrues ind formtilpasset med indervæggen af målerøret (1)

5. Ultralydsgennemstrømningsmåleindretning ifølge ethvert af kravene 1 -4, kendetegnet ved, at målerøret (1) er fremstillet af et mod kemisk aggressive medier resistent materiale. 10