DE2812464B2 - Ultraschall-Durchflußmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Durchflußmesser zum Messen der Menge eines eine Leitung durchströmenden Mediums, mit wenigstens zwei außerhalb der Strömungsbahn des Mediums auf einer zur Leitungsachse geneigten Linie angeordneten akustischen Sonden, deren aktive Enden in einen Hohlraum eintauchen, der von dem zu messenden Strömungsmedium im wesentlichen ohne Zirkulation erreichbar und von einer Unstetigkeitsstelle der Leitungsinnenwand in der Meßzone gebildet ist, und mit von dem Strömungsmedium durchströmbaren Mitteln, die in der Meßzone zur Verlängerung der Innenwand und damit zur Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Strömung vorgesehen sind.

Bei bekannten Ultraschall-Durchflußmessern werden die beiden auf einer zur Leitungsachse geneigten Linie angeordneten akustischen Sonden nacheinander als Sender und Empfänger betrieben. Die Sonden haben in der Regel zylindrische Form und ihre aktiven Enden befinden sich in unmittelbarem Kontakt mit dem den Strömungsweg eingetaucht, oder sie befinden sich gegenüber der inneren Oberfläche der Leitung in etwas zurückgesetzter Anordnung. Bei direktem Eintauchen des aktiven Endes der Sonden in den Strömungsweg des Strcmungsmediums besteht die Gefahr einer Sondenbeschädigung durch einen im Strömungsmedium mitgerissenen festen Körper. Außerdem kann das Ende der Sonde zu Wirbeln in der Meßzone führen und Kavitation hervorrufen, wobei im Bereich des aktiven Endes eine für die akustische Übertragung ungünstige Gasblase auftreten kann.

In dem obengenannten zweiten Fall, von dem auch die Erfindung Gebrauch macht, ist eine bessere Gewähr für die ungestörte und wirbelfreie Führung des

Strömungsmediums in der Meßzone gegeben, da die aktiven Enden der Sonden gegenüber der Innenfläche der Leitung zurückgezogen sind. Es besteht dabei jedoch die Gefahr der Bildung einer Gasblase vor dem Sondenende, die eine ordnungsgemäße akustische Übertragung verhindert. Bei Ausführung der Messung an einer Tiefsttemperaturflüssigkeit kann ein eventueller Temperaturgradient an der Leitungswand eine Flüssigkeitsverdampfung hervorrufen, bei der eine ordnungsgemäße akustische Übertragung und damit annehmbare Meßergebnisse unmöglich werden.

Aus der US-PS 26 69 121 ist ein Ultraschall-Durchflußmesser mit zwei Paaren von zur Leitungsachse geneigt angeordneten akustischen Sonden bekannt, die paarweise in Wechselwirkung stehen. Die Sonden sind in Leitungsauswölbungen außerhalb des direkten Strömungsweges des Strömungsmediums angeordnet. Im Bereich der die Sonden aufnehmenden Auswölbungen ist der Leitungsquerschnitt jedoch erweitert, so daß selbst bei extrem genauer und damit aufwendiger

Ausbildung der ausgewölbten Abschnitte eine Wirbelbildung allenfalls reduziert, nicht aber eine ungestörte Strömung des Mediums in der Meßzone erreicht werden kann.
Aus der US-PS 39 06 791 ist ferner ein Ultraschall-Durchflußmesser der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die beiden Sonden in zwei die Leitungswand durchsetzenden Bohrungen angeordnet sind. An den Mündungsstellen der beiden Bohrungen in die Leitung sind jeweils engmaschige Netze angeordnet, welche eine kontinuierliche Strömung des Strömungsmediums in der Meßzone gewährleisten und die das Meßergebnis beeinträchtigenden Wirbeleffekte verringern sollen. Auch mit dieser bekannten Ausführung eines Ultraschall-Durchflußmessers gelingt es nicht, den Tempera-

5» turgradienten an der Leitungswand bei störungsfreiem Durchfluß des Strömungsmediums zum Verschwinden zu bringen. Außerdem ist die bekannte Ausführung relativ aufwendig herzustellen, da zusätzlich zu der Ausbildung der Bohrungen in der Leitungswand auch

^Γ)Γ> eine geeignete Befestigungsmöglichkeit für die Maschennetze bzw. Schirme geschaffen werden muß, damit sich diese möglichst übergangslos in die Leitungswand einordnen lassen.

Erst durch die Erfindung gelingt es, einen Ultraschall-Durchflußmesser geringen baulichen Aufwands zur Verfügung zu stellen, bei dem alle zuvor erläuterten Nachteile bekannter Ausführungen ausgeräumt sind. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Ultraschall-Durchflußmesser der eingangs genannten

μ Art so auszubilden, daß bei völlig störungsfreier Strömung des Strömungsmittels Temperaturgradienten an den Leitungswänden vollständig unterdrückt sind

Strömungsmedium. Dabei sind sie entweder direkt in und bei Tiefsttempcraturflüssigkeiten als Strömungsme-

dien eventuelle Verdampfungsphanomene allenfalls auf Bereiche außerhalb der Meßzone der Sonden beschränkt sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Ultraschall-Durchflußmesser der eingangs genannten Art eriindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Unstetigkeitsstelle der Innenwand der Leitung als zumindest die aktiven Enden beider Sonden aufnehmende, ringförmige Auswölbvng ausgebildet ist und daß die Verlängerungsmittel eine zylindrische Ausbildung haben und mit der Auswölbung eine Ringkammer bilden.

Da alle Sonden bzw. deren aktiven Enden bei der erfindungsgemäßen Ausbildung in einer einzigen Ringkammer aufgenommen sind, läßt sich die Auswölbung ohne maschinelle bzw. spanabhebende Bearbeitung der Leitung herstellen, wodurch der Herstellungsaufwand des Durchflußmessers im Vergleich zu bekannten Durchflußmessern gleicher oder ähnlicher Gattung wesentlich verringert ist Das Strömungsmedium kann aufgrund der zylindrischen Ausbildung der Verlängerungsmittel den Durchflußmesser ohne Richtungsänderung ungestört durchströmen. Trotzdem ist ein Temperaturgradient an einer Leitungswand in der Meßzone dadurch unterdrückt, daß beide Seiten der zylindrischen Verlängerungsmittel in dasselbe Strömungsmedium eingetaucht sind. Die ringförmige Auswölbung kann ohne zusätzliche Bearbeitung der . eitung beispielsweise durch Gießen ohne Vergütung bei niedrigen Kosten hergestellt werden.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verlängerungsmittel aus einer Hülse bestehen, die an den den Sondenenden benachbarten Stellen eine reduzierte Wandstärke hat und mit öffnungen zum Durchtritt des Strömungsmediums in die Ringkammer versehen ist

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert Die Zeichnung zeigt einen Axialschnitt durch das Ausführungsbeispiel des Durchflußmessers.

Der in der Zeichnung dargestellte Durchflußmesser weist eine zylindrische Leitung 1 auf, in welcher ein Strömungsmedium, dessen Durchflußmenge gemessen werden soll, strömt. Das zylindrische Rohr 1 wird durch zwei Leitungsabschnitte la und Ic gebildet welche der Abschnitt Ic in den Abschnitt Xa eingreift Der Abschnitt la der Leitung weist an einem Anr.chlußende mit dem Abschnitt Iceine Unstetigkeitsstelle in Form einer im wesentlichen zylindrischen Auswölbung Ib auf, die koaxial zum Abschnitt lader Leitung 1 verläuft und deren Durchmesser merklich größer als derjenige des Abschnitts lader Leitung 1 ist

Eine zylindrische Hülse 2, deren Innendurchmesser gleich demjenigen der anschließenden Abschnitte la und leder Leitung ist, ist im Bereich der Auswölbung IZj im Innenraum der Leitung 1 koaxial zu den Leitungsabschnitten la und Ic derart angeordnet, daß ihre Innenfläche die Innenfläche der Leitung 1 verlängert und dadurch eine kontinuierliche Strömung im Bereich der Auswölbung Xbgewährleistet

Der Hohlraum zwischen der Innenfläche der Auswölbung 1 b und der Außenfläche der Hülse 2 ist eine Ringkammer 4.

!0 Zwei herkömmliche akustische Sonden A und 5 sind in der Auswölbung Xb derart angebracht, daß ihre aktiven Enden A\ und B\ im Innenraum der Ringkammer 4, d. h. außerhalb der normalen Strömungsbahn des Strömungsmediums auf einer gegenüber der Achse 10 der Leitung 1 um einen Winkel θ geneigte Linie liegen.

Die Hülse 2 weist gegenüber den beiden aktiven Enden A\ und B\ der beiden Sonden A und ßzwei Zonen 2b auf, in denen die Wandstärke geringer als im restlichen Teil der Hülse 2 ist um die akustische Übertragung zwischen den beiden Sonden zu erleichtern. Außerdem sind öffnungen bzw. Löcher 2c in der Hülsenwand ausgebildet durch die das in der Regel flüssige Strömungsmedium in die Ringkammer 4 eindringen kann, so daß der Ringraum und insbesondere die Umgebung der aktiven Enden Ai und B\ der beiden Sonden von dem Strömungsmedium umgeben sind. Zu beachten ist, daß das Strömungsmedium zwar in die Ringkammer 4 eindringen kann, dort jedoch nicht zirkulieren kann. Die öffnungen 2c in der Hülse 2 sind

3n außerhalb des bei der akustischen Übertragung beteiligten Bereichs Zb-Id angeordnet, damit die in Höhe der öffnungen auftretenden Mikrostörungen die Meßergebnisse nicht beeinträchtigen können.

Die Hülse 2 kann vorzugsweise aus einem mit zwei Öffnungen 2c versehenen Stahlzylinder bestehen, der beispielsweise durch Elektroformierung mit einer die beiden Zonen 2b überziehenden Nickelhaut ausgekleidet ist. Die Nickelhaut bildet dabei dünne Membranen in den verdünnten Zonen 2b. Die Dicke der Nickelhaut hängt von der Wellenlänge der verwendeten akustischen Signale ab, die wiederum von der Natur des den Durchflußmesser durchströmenden Strömungsmediums abhängig ist.

Ein an sich bekanntes, in der Zeichnung nicht dargestelltes Belüftungs- bzw. Ablaßventil kommuniziert mit dem oberen Teil der Ringkammer 4 und dient dem Zweck, daß bei Inbetriebnahme der Hydraulikleitung eine das Volumen der Ringkammer vor dem Eintreten der Flüssigkeit besetzende Luftblase abziehen kann.

Die Funktionsweise des beschriebenen Flüssigkeitsmessers unterscheidet sich nicht von derjenigen herkömmlicher und bekannter Flüssigkeitsmesser und braucht daher hier nicht beschrieben zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Durchflußmesser zum Messen der Menge eines eine Leitung durchströmenden Mediums, mit wenigstens zwei außerhalb der Strömungsbahn des Mediums auf einer zur Leitungsachse geneigten Linie angeordneten akustischen Sonden, deren aktive Enden in einen Hohlraum eintauchen, der von dem zu messenden Strömungsmedium im wesentlichen ohne Zirkulation erreichbar und von einer Unstetigkeitsstelle der Leitungsinnenwand in der Meßzone gebildet ist, und mit von dem Strömungsmedium durchströmbaren Mitteln, die in der Meßzone zur Verlängerung der Innenwand und damit zur Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Strömung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die UnstetigKeitsstelle der Innenwand der Leitung (1) als wenigstens die aktiven Enden (A,, B,) beider Sonden (A, B) aufnehmende, ringförmige Auswölbung (lo/ausgebildet ist und daß die Verlängerungsmittel (2) eine zylindrische Ausbildung haben und mit der Auswölbung (ib) eine Ringkammer (4) bilden.

2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsmittel aus einer Hülse (2) bestehen, die an den den Sondenenden (A\, B\) benachbarten Steilen (2b) eine reduzierte Wandstärke hat und mit öffnungen (2c) zum Durchtritt des Strömungsmediums in die Ringkammer (4) versehen ist

3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) eine mit einer Nickelhaut belegte Stahlhülss ist, wobei die Nickelhaut eine in den dünnwandigen Zonen (2c) angeordnete Membran bildet.

4. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (1) aus einem ersten Formteil (la, i.b)und einem zweiten Teil (Ic) besteht, die miteinander durch Verschraubung (id) verbunden sind, und daß an dem ersten Formteil (la, ib) nahe dessen mit dem zweiten Teil (ic) verschraubten Ende die ringförmige Auswölbung(li>Jausgebildet ist