CH636701A5 - Messwertgeber zur bestimmung der durchflussmenge einer stroemenden fluessigkeit mit ultraschall. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE aus zwei von Anschlussnippeln (14,15) ausgehenden sich konti-

1. Messwertgeber zur Bestimmung der Durchflussmenge ei- nuierlich erweiternden 90°-Rohrbogen (21,22) bestehen, deren ner durch ein Rohrsystem strömenden Flüssigkeit durch Mes- erweiterte Enden (23,24) die Messwandler (9 bzw. 10) tragen, sung der Laufzeiten von Ultraschall innerhalb der Flüssigkeit wobei die Achse durch die Anschlussnippel (14,15) mit der und längs einer von der Flüssigkeit durchflossenen und als Rohr 5 Messachse einen rechten Winkel bilden.

ausgebildeten Messstrecke, die Anschlussköpfe für einen Zu- 10. Messwertgeber nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch und einen Wegfluss der Flüssigkeit aufweist, und mit je einem, gekennzeichnet, dass das die Messstrecke bildende Rohr (25) gegenüber den beiden Enden der Messstrecke in den Anschluss- U-förmig gebogen ist und mit seinen Schenkeln (26,27) je eine köpfen angeordneten, mit der Flüssigkeit in unmittelbarer Be- Seitenwand (28 bzw. 29) der Verteilkammern (1 bzw. 2) durch-

rührung stehenden Messwandler, bei dem an den zwei Enden 10 stösst, in die Verteilkammern (1 bzw. 2) eindringt und mit den der Messstrecke deren dortige Achse je ein Lot durch das Zen- Stirnseiten seiner Schenkel (26 bzw. 27) gegen die an den ge-

trum seiner aktiven Obertragungsfläche bildet, dadurch gekenn- genüberliegenden Wänden angeordneten Messwandler (9 bzw.

zeichnet, dass je ein Ende (5,6) des Rohres (4,25) die Wan- 10) gerichtet ist.

düngen (3; 28,29) der als grossräumige Verteilkammern (1,2)

ausgebildeten Anschlussköpfe durchstösst und so weit in das 15

Innere der Verteilkammern (1,2) eindringt, dass jede Verteilkammer (1,2) das zugehörige Ende (5, bzw. 6) des Rohres (4; Die Erfindung bezieht sich auf einen Messwertgeber nach 25) wenigstens auf einer Länge, die grösser ist als der lichte dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Durchmesser des Rohres (4), allseitig umschliesst, und dass der Zur Bestimmung der Durchflussmenge einer Flüssigkeit von der Flüssigkeit zu durchfliessende Querschnitt der Verteil- 20 durch ein Rohrsystem ist es bekannt, die fliessende Flüssigkeit kammern (1,2) ein Mehrfaches des lichten Querschnittes des mit Ultraschallimpulsen zu beaufschlagen, um aus der Laufzeit Rohres (4; 25) beträgt, und dass ausserdem die Übertragungs- der Impulse auf die mittlere Fliessgeschwindigkeit der Flüssigflächen (11,12) der Messwandler (9,10) in einem den nötigen keit und damit auf deren Durchtrittsmenge pro Zeiteinheit Durchflussquerschnitt offen lassenden Abstand E von den schliessen zu können. Dabei erwies sich eine Messung der Lauf-Stirnseiten des Rohres (4; 25) entfernt angeordnet sind. 25 zeiten der Impulse längs eines von der Flüssigkeit durchflosse-

2. Messwertgeber nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- nen Rohrstückes als am zweckmässigsten. Eine solche Anord-zeichnet, dass der Abstand E annähernd die Hälfte des Innen- nung ist in der DE-OS 2 339 631 beschrieben, doch weist diese durchmessen des Rohres (4) beträgt. noch verschiedene Mängel auf: Bei Einbau der Messwandler

3. Messwertgeber nach Patentanspruch 2, dadurch gekenn- direkt in den Flüssigkeitsstrom des Rohrsystems sind die Messzeichnet, dass die Verteilkammern (1,2) aus zwei quaderförmi- 30 wandler von aussen nicht zugänglich, es entstehen Strömungswi-gen Hohlkörpern mit einer gemeinsamen vom Rohr (4) durch- derstände und der Aufwand für die dichte Zuleitung der elektri-drungenen Wand (3) bestehen. sehen Anschlüsse ist gross. Bei der Verwendung zweier T-Stük-

4.Messwertgeber nach Patentanspruch 2, dadurch gekenn- ke, deren in einer Achse liegende Anschlüsse auf einer Seite zeichnet, dass zur Messbereichserweiterung ausser dem die durch ein gerades Rohr verbunden und auf der anderen Seite je Messstrecke bildenden Rohr (4) wenigstens noch ein weiteres 35 durch einen Messwandler verschlossen sind, entstehen durch die und symmetrisch angeordnetes Rohr (13) die beiden Verteil- Strömungsumlenkung unmittelbar bei den Messstellen ein zu kammern (1,2) miteinander verbindet, wobei jedes weitere grosser Durckabfall. Ausserdem ist die Einbaulänge zu gross. Rohr (13) bezüglich des Abstandes E sowie des Zuflusses (7) Für den Einbau von Durchflusszählern in Brauchwasserlei-und des Wegflusses (8) in beiden Verteilkammern (1,2) räum- tungen bestehen Normen über den Abstand zweier Leitungsen-lich gleich angeordnet ist wie das die Messstrecke bildende Rohr 40 den, zwischen die der Durchflusszähler eingebaut werden muss. (4). Die relativ kleinen Abstände erlauben beim Stand der Technik

5. Messwertgeber nach Patentanspruch 2, dadurch gekenn- den Einbau nur sehr kurzer und damit ungenauer Schallmess-zeichnet, dass die die beiden Enden (5,6) des Rohres (4) um- strecken.

schliessenden Teile der Verteilkammern (1 bzw. 2) je einen mit Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Messwert-

der Rohrachse konzentrischen Ringkanal (16, bzw. 17) bilden, 45 geber so auszugestalten, dass er zwischen realtiv kleine Abstän-

durch die die Flüssigkeit in einer der Fliessrichtung im Rohr (4) de zweier Rohrenden eingebaut werden kann und trotzdem die entgegengesetzten Richtung dem einen Ende (5) zufliesst, bzw. zur Erreichung der nötigen Messgenauigkeit erforderliche Län-

vom anderen Ende (6) wegfliesst. ge der Messstrecke aufweist. Darüber hinaus soll der Messwert-

6. Messwertgeber nach Patentanspruch 5, dadurch gekenn- geber einen möglichst kleinen Strömungswiderstand aufweisen zeichnet, dass die beiden Verteilkammern (1,2) aus zwei von je 50 und leicht herstellbar sein.

einem Anschlussnippel (14,15) ausgehenden, sich kontinu- Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet,

ierlich erweiternden und in die beiden Ringkanäle (16,17) Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfin-

übergehenden 180°-Rohrbogen (18,19) bestehen, die vom dung an Hand der Zeichnungen näher erläutert:

Rohr (4) durchdrungen und zusammen mit Verbindungsele- Es zeigen:

menten (20) in ihrer gegenseitigen Lage gehalten sind und an 55 Fig. 1 und 2 je eine schematische Darstellung eines Mess-

ihren erweiterten Enden die Messwandler (9,10) tragen. wertgebers und die

7. Messwertgeber nach einem der vorangehenden Patentan- Fig. 3 bis 6 je einen Schnitt durch vier konstruktiv verschie-sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Rohres den gestaltete Messwertgeber.

(4) eine Gerade ist, die mit der gemeinsamen Achse zweier den In den nachfolgend beschriebenen Figuren sind für gleiche

Zufluss (7) bzw. den Abfluss (8) des Messwertgebers bildenden 60 Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Anschlussnippeln (14,15) parallel liegt. Zwei grossräumige, quaderförmige Hohlkörper bildende

8. Messwertgeber nach einem der Patentansprüche 1,2,3,5 Verteilkammern 1 und 2 sind durch wenigstens eine Wand 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Rohres (4) voneinander getrennt. Ein als Messstrecke dienendes Rohr 4 eine Gerade ist, die mit der gemeinsamen Achse zweier den durchstösst die Wand 3 und dringt mit seinen Enden 5 und 6 in Zufluss (7) bzw. den Abfluss (8) des Messwertgebers bildenden 65 das Innere der beiden Verteilkammern 1 und 2 so weit vor, dass Anschlussnippeln (14,15) einen beliebigen Winkel bildet. jede Verteilkammer 1,2 das entsprechende Ende 5 bzw. 6 des

9. Messwertgeber nach einem der Patentansprüche 1,2,5 Rohres 4 wenigstens auf einer Länge allseitig umschliesst, die oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilkammern (1,2) grösser ist als der lichte Durchmesser des Rohres 4.

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Die Verteilkammern 1 und 2 weisen einen Zufluss 7 bzw. einen Wegfluss 8 auf, die in den Figuren je durch einen Pfeil angedeutet und in den Verteilkammern 1 und 2 entfernt von den Enden 5 und 6 des Rohres 4 angeordnet sind. Die Anschlüsse für den Zufluss 7 und den Wegfluss 8 liegen vorteilhaft in einer gemeinsamen Achse. Die zu messende Flüssigkeit durchströmt vom Zufluss 7 her die erste Verteilkammer 1 und dringt an der einen Stirnseite des Endes 5 in das Rohr 4 ein, verlässt dieses an seinem anderen Ende 6, durchströmt die zweite Verteilkammer 2 und gelangt zum Wegfluss 8. Die Achse des Rohres 4 bildet ein Lot durch die Zentren der Übertragungsflächen 11 und 12 je eines Messwandlers 9 bzw. 10. Die Übertragungsflächen 11 und 12 sind direkt der Flüssigkeit ausgesetzt und weisen je einen Abstand E von der Stirnseite der Rohrenden 5 bzw. 6 auf. Die Abstände E sind so gewählt, dass sich für den Durchfluss der Flüssigkeit einerseits zwei möglichst grosse Durchflussquerschnitte an den Stirnseiten des Rohres 4 ergeben.

Für die Genauigkeit bei der Messung der Laufzeiten ist es andererseits erwünscht, die Abstände E möglichst klein zu halten. Gute Ergebnisse liegen dann vor, wenn die Abstände E annähernd die Hälfte des Innendurchmessers des Rohres 4 betragen.

Die Fig. 2 zeigt schematisch, wie eine Vergrösserung des Messbereiches eines Messwertgebers durch Teilung des Gesamtflusses in zwei Teilströme erreicht werden kann. Durch symmetrische Anordnung beider Teilströme wird eine durchflussunabhängige Aufteilung erreicht. Auch mehr als zwei Teilströme sind realisierbar. Ausser dem die Messstrecke bildenden Rohr 4 ist wenigstens noch ein weiteres und gleiches, die beiden Verteilkammern 1 und 2 miteinander verbindendes Rohr 13 vorhanden. Dazu ist jedes weitere Rohr 13 bezüglich der Grösse des Abstandes E sowie des Zuflusses 7 und des Wegflusses 8 in beiden Verteilkammern 1 und 2 räumlich gleich angeordnet wie das Rohr 4.

Auch im Beispiel der Fig. 3 bestehen die Verteilkammern 1 und 2 aus quaderförmigen Hohlkörpern mit je einer eigenen Trennwand 3. Sie sind mit ihren Trennwänden 3 aneinanderliegend fest miteinander verbunden. Je ein in der Fig. 3 an den unteren Enden der Verteilkammern 1 und 2 angeordnete Anschlussnippel 14 und 15 dienen für den Zufluss 7 bzw. für den Wegfluss 8 der Flüssigkeit. Der Abstand A der Stirnseiten beider Anschlussnippel 14,15 beträgt im vorliegenden Beispiel 190 mm und entspricht einem Normabstand für den Einbau von Wasserzählern.

Das Rohr 4 ist in der Fig. 3 in der Nähe des oberen Randes der Verteükammern 1 und 2 angeordnet. Es durchdringt an seiner Mantelfläche dichtend die beiden Trennwände 3. Zwischen den Anschlussnippeln 14 und 15 und dem Rohr 4 besteht so je ein Raum, den die Flüssigkeit durchströmen muss. Die Verwendung grossräumiger Verteilkammern erlaubt es, den von der Flüssigkeit zu durchfliessenden Raum der Verteilkammern 1,2 im Querschnitt um ein Mehrfaches grösser zu wählen als der lichte Querschnitt des Rohres 4. Die Strömungsgeschwindigkeit in den Verteilkammern 1 und 2 wird dadurch klein, was eine Wirbelbildung und damit Druckverlust und Kavitationserscheinungen verhindert und eine gleichmässige Zu-bzw. Wegleitung der Flüssigkeit über den ganzen Umfang der Stirnseiten des Rohres 4 gewährleistet.

Um die Messstrecke zur Erhöhung der Messgenauigkeit bei einem gegebenen Abstand A der Anschlussnippel möglichst lang machen zu können, ist es zweckmässig, die Verteilkammern nach der Fig. 3 im Bereiche der Enden 5 und 6 des Rohres 4 zusätzlich zu verlängern, und zwar so, dass die die beiden Enden 5,6 umschliessenden Teile der Verteilkammern 1 bzw. 2 je einen mit der Achse des Rohres 4 konzentrischen Ringkanal 16 bzw. 17 bilden, durch die die Flüssigkeit in einer der Fliessrichtung im Rohr 4 entgegengesetzten Richtung dem einen Ende 5 zufliesst bzw. vom anderen Ende 6 wegfliesst.

Im Beispiel der Fig. 4 bestehen die beiden Verteilkammern 1,2 aus zwei von den beiden Anschlussnippeln 14,15 ausgehen-5 den, sich kontinuierlich erweiternden und in die beiden Ringkanäle 16,17 übergehenden 180°-Rohrbogen 18,19, die vom Rohr 4 durchdrungen und zusammen mit wenigstens einer Rippe 20 in ihrer gegenseitigen Lage gehalten sind. An den erweiterten Enden tragen die Rohrbogen 18,19 die Messwandler 9 io und 10.

In den bisher beschriebenen Beispielen wird als Messstrecke ein Rohr 4 verwendet, dessen Achse eine Gerade ist, die mit der von den zwei Anschlussnippeln 14,15 gebildeten Achse parallel 15 liegt. Es ergibt dies einen zweckmässigen Aufbau und eine günstige Anordnung für die Bearbeitung, wobei das die Verteilkammern 1 und 2 bildende Gehäuse gegossen, gepresst, ein-oder zweiteilig, verschraubt oder auch verlötet sein kann. Das Rohr 4 besteht vorteilhafterweise aus gezogenem Material. Das 20 Rohr 4 kann eingegossen, eingepresst, gelötet oder in irgend einer Art dichtend gehalten sein.

Beim Herstellen durch Giessen ist es sinnvoll, das Rohr 4 zur Verkleinerung des Strömungswiderstandes auf seiner Innenfläche zu bearbeiten.

25 Zur Verkleinerung der Strömungsverluste durch die Umlen-kung des Flüssigkeitsstromes sind auch Anordnungen möglich, bei denen die Achse des Rohres 4, die eine Gerade ist, mit der von den beiden Anschlussnippeln 14,15 gebildeten Achse einen beliebigen Winkel bildet.

30 Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem sich die Achsen in einem Punkt schneiden und zueinander einen rechten Winkel bilden.

Dies wird erreicht, indem die Verteilkammern 1 und 2 aus zwei von den beiden Anschlussnippeln 14,15 ausgehenden, sich 35 kontinuierlich erweiternden 90°-Rohrbogen 21, 22 bestehen, deren erweiterte Enden 23,24 die Messwandler 9,10 tragen.

Bei entsprechender Formgebung der als Verteilkammern 1 und 2 dienenden Rohrbogen 18 und 19 nach der Fig. 4 wären noch weitere strömungsmässig günstige Varianten möglich: So 40 könnte bezogen auf die Fig. 4 der links unten liegende Zufluss 7 zum Ende 6 des Rohres 4 rechts oben geführt sein, während die am Ende 5 austretende Flüssigkeit zum Abfluss 8 zu leiten wäre.

Die 180°-Umlenkung der Rohrbogen 18 und 19 in der Fig. 45 4 entfällt dann, dafür müssen die Rohrbogen in Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene etwas verschränkt und das Rohr 4 mit seiner Achse in einer Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene leicht geschwenkt werden.

Beim Messwertgeber nach der Fig. 6 bestehen die beiden so Verteilkammern 1 und 2 aus zwei quaderförmigen Hohlkörpern mit einer gemeinsamen Wand 3. Ein die Messstrecke bildendes Rohr 25 ist U-förmig gebogen, durchstösst mit seinen Schenkeln 26 und 27 je eine Seitenwand 28 bzw. 29 derVerteilkam-mern 1 bzw. 2 und dringt in je eine der Verteilkammern 1 bzw. 55 2 ein. Die Stirnseiten der Schenkel 26 und 27 sind gegen die an den gegenüberliegenden Wänden angeordneten Messwandler 9 bzw. 10 gerichtet und von deren Übertragungsflächen 11 bzw. 12 ebenfalls um den Abstand E entfernt gehalten. Durch die Grösse der Verteilkammern 1 und 2 ist auch im vorliegenden 60 Beispiel der freie Zufluss bzw. Wegfluss der Flüssigkeit an den Rohrenden 5 und 6 längs des ganzen Umfanges der beiden Schenkel 26 bzw. 27 gewährleistet. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass die beiden Messwandler nahe beisammen liegen und durch ein gemeinsames Gehäuse 30, das in der Fig. 6 65 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, abgedeckt werden können. Das Gehäuse 30 umschliesst auch die für die Auswertung der Messwerte nötige elektronische Schaltung. Offen zugängliche elektrische Zuleitungen zu den Meswandlern 9 und 10

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fallen weg, und damit sind die Möglichkeiten für betrügerische die Anwendung in einem Wärmezähler, wozu neben der Durch-Eingriffe reduziert. flussmenge auch die Temperaturdifferenz zwischen einem Vor-

Die beschriebenen Messwertgeber eignen sich besonders für und einem Rücklauf erfasst wird.

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2 Blatt Zeichnungen