DK1493998T3 - Ultralydsmåler til bestemmelse af gennemstrømningsmængden af et strømmende medium - Google Patents

Description

Beskrivelse

Den foreliggende opfindelse angår en ultralydsmåler til bestemmelse af gennemstrømningsmængden af et strømmende medium, især væske eller gas, med et hus, en inde i huset anbragt målestrækning, langs hvilken en løbetidsmåling, især en differenceløbetidsmåling, kan gennemføres, mindst en ultralydstransducer, mindst et afbøjningsspejl, der ligger opstrøms fra det strømmende medie, og ved hjælp af hvilket ultralydsbølgen fra ultralydstransduceren afbøjes til målerøret. Ved differenceløbetidsmåling sker den modsatrettede måling enten via refleksion af ultralydssignalet fra ultralydstransduceren eller via et af en yderligere ultralydstransducer afsendt ultralydssignal ved den over for liggende ende af målestrækningen. EP-A-0 559 938 A1 beskriver en gennemstrømningsmåleindretning ifølge den indledende del af krav 1. Gennemstrømningsmåleindretningen omfatter et målerør, der er udført som kunststofdel, og hvori reflektorer er indsprøjtet. Set i gennemstrømningsretning er målerøret udformet som en slags stigende rampe, efter hvis toppunkt den respektive reflektor befinder sig i modsat hældning. DE 201 07 894 U1 viser et ultralydsstrømmåleapparat, hvor overkanten af det strømningsbortvendte afbøjningsspejl omstrømmes af mediet, hvorved der dannes en recirkulationszone hhv. zoner med reduceret strømningshastighed i området af det første afbøjningsspejls overflade, som forårsager tilsmudsninger på afbøjningsspejlet. Herved lider langtidsstabiliteten af ultralydsstrømmåleapparatet. DE 199 30 278 A1 beskriver en ultralydsmåler med et første afbøjningsspejl, der indeholder parallelt med strømningsforløbet orienterede boringer, der skal modvirke en tilsmudsning af afbøjningsspejlet. De deri beskrevne afbøjningsspejle er dog meget bekostelige at fremstille, da der skal udformes en flerhed af boringer, der ikke står vinkelret på spejlplanet. EP-A-199 44 411 A1 angår en ultralydsgennemstrømningsmåler, hvor reflektorerne ligeledes er integreret i målerøret. Set i strømningsretning forløber målerørets tværsnit først konstant og udvider sig efterfølgende knækagtigt udad. Reflektoren befinder sig umiddelbart i tilslutning til knækpunktet. EP-A-1 235 057 A2 angår en konstruktion af en ultralydsgennemstrømningsmåler med en fri stråle, der bevæger sig gennem et rum, hvori to reflektorer er positioneret diametralt over for hinanden og lateralt i forhold til den fri stråle. EP-A-0 897 102 A1 beskriver en ultralydsgennemstrømningsmåler med en reflektor under anvendelse af en reflektorholder, der i området af sin tilstrømningsside udviser et fortrængningslegeme til at formindske stagnationstrykket og dermed tryktabet i ultralydsgennemstrømningsmåleren. På oversiden af fortrængningslegemet foreligger der en løsrivningskant. Reflektoren befinder sig i løsrivningskantens strømningsskygge. EP-A-1 065 474 A2 viser en ultralydsmåler med reflektorer, der strækker sig over hele strømningstværsnittet og udviser individuelle gennemgående boringer. Reflektorerne omfatter to forskelligt hældede afsnit, der er underinddelt således, at dellydsløjferne i hvert enkelt tilfælde styres fra et reflektorafsnit til det respektive andet reflektorafsnit. Herved fremkommer den fordel, at lighedsprincippet til lydudbredelsen i og mod strømningsretningen forbedres væsentligt, og der kompenseres for signalforstyrrelser ved inducerede sekundærstrømme i dødvandsområderne. DE-A-100 47 383 C1 viser en ultralydsgennemstrømningsmåler under anvendelse af afbøjningsspejle, der med udgangspunkt i en flad stansedel fremstilles ved af-vinkling, således at afbøjningsspejl, holdebøjle samt holdehoved er tilvejebragt som komponent ud i et. US 5 043 706 viser et måletransducerarrangement til gennemstrømningsmåling, hvor der er indsat to afbøjningsspejle med koniske afbøjningsspejloverflader. Må-letransducerarrangementet har et hus med to udvidede områder. Inde i hvert af de to udvidede områder i husets indre er et afbøjningsspejl fastgjort på huset med holdere.

Formålet med den foreliggende opfindelse består i at stille en ny ultralydsmåler til rådighed, der på den ene side udmærker sig ved langtidsstabilitet og uimodtagelighed over for tilsmudsning, men på den anden side kan fremstilles på enkel måde og billigt.

Det ovennævnte formål opfyldes ved ultralydsmåleren af den på området kendte type med de kendetegnende dele af krav 1. Ved, at spejlholderen er udført i form af en tilstødende spejlholderforlængelse, hvor sidstnævnte i det væsentlige ligger an i niveau mod det første afbøjningsspejls overflade, optages afbøjningsspejlets overflade så at sige ved hjælp af spejlholderforlængelsen og forlænges opad. Dermed opnås det, at recirkulationszonen forskydes fra afbøjningsspejlets overflade ind i området af spejlholderforlængelsen.

En udførelsesform for den foreliggende opfindelse er kendetegnet ved, at afbøjningsspejlholderen på hensigtsmæssig måde består af to halvdele, der kan sættes sammen langs en skillelinje, der forløber i mediets strømningsretning. Dette letter for det første indsættelsen af spejlet samt for det andet fremstillingen af afbøjningsspejlholderen som omstændeligt formet kunststoff ormdel. Der kan også være tilvejebragt identiske halvdele til yderligere afbøjningsspejle i ultralydsmåleren. Denne ide muliggør en optimal fiksering af afbøjningsspejlene, hvilket er en vigtig forudsætning for at sikre ultralydsmålerens langtidsstabilitet. Når afbøjningsspejlholderen udviser organer til fiksering af målerøret, er en bearbejdning af huset med fordel ikke nødvendig.

Endvidere kan de termiske udvidelseskoefficienter for spejlholder, hus og/eller spejl være tilpasset.

Afbøjningsspejlet udviser på hensigtsmæssig måde parallelle holdeflader. Det kan f.eks. være udformet mangekantet, især ottekantet, hvorved der opnås bedre fik-seringsnøjagtigheder ved monteringen. Fikseringen af spejlet sker i denne forbindelse f.eks. formsluttende enten via de fire retvinklede flader eller via de fire diagonale flader.

Endvidere kan spejlene ved hjælp af tilsvarende lommer i holderen holdes formsluttende, hvilket øger langtidsstabiliteten.

Genstanden for krav 5 har den fordel, at en reduceret tolerance for komponenterne bliver mulig - på grund af den særlige fiksering.

En udførelsesform for den foreliggende opfindelse er kendetegnet ved, at afbøjningsspejlholder, afbøjningsspejl samt målerør som enhed kan skydes ud af ultralydsmålerens hus hhv. ind i dette, nemlig især uden demontering af den respektive ultralydstransducer. Vedligeholdelse og service forenkles herved ganske særligt. På hensigtsmæssig måde befinder ultralydstransduceren hhv. ultralydstransducerne sig i ultralydsmålerens hus, eksempelvis forløbende i niveau med målerørets indvendige overflade eller forskudt længere indad i ultralydsmålerens hus.

Afbøjningsspejlholderen er omgivet af mindst en, fortrinsvis to tætningsringe, der for det første bevirker en tætningseffekt af afbøjningsspejlholderen mod ultralydsmålerens hus, for det andet holder enheden bestående af afbøjningsspejlholder, afbøjningsspejl og målerør sammen, således at denne kan håndteres på særlig enkel måde ved indsættelse hhv. udtrækning.

Hensigtsmæssige udformninger af den foreliggende opfindelse forklares efterfølgende nærmere ved hjælp af tegninger.

Her viser: fig. 1 en forenklet snitafbildning af en ultralydsmåler; fig. 2 viser på stærkt forenklet skematisk afbildningsmåde udformningen af en recirkulationszone ved et afbøjningsspejl fra teknikkens stade; fig. 3 viser et afbøjningsspejl samt en afbøjningsspejlholder; fig. 4 viser en yderligere udformning af et afbøjningsspejl samt en afbøjningsspejlholder i en længdesnitafbildning (fig. 4A), en forsideafbildning fra oven af afbøjningsspejlet (fig. 4B) samt en halvdel af afbøjningsspejlholderen på perspektivisk afbildningsmåde (fig. 4C); fig. 5 viser på stærkt forenklet, skematisk afbildningsmåde et afbøjningsspejl samt en afbøjningsspejlholder med en tilbageløbskanal, der er integreret i afbøjningsspejlholderen (fig. 5A), samt med en tilbageløbskanal, der er dannet af spejl holderforlængelsen samt en yderligere del (fig. 5B); fig. 6 et afbøjningsspejl samt en afbøjningsspejlholder ifølge opfindelsen med en forlænget spejlholderforlængelse; fig. 7 en yderligere udformning af ultralydsmåleren ifølge opfindelsen i længdesnit samt perspektivisk afbildning med måleindsats; fig. 8 måleindsatsen i ultralydsmåleren ifølge 7 i afmonteret tilstand samt fig. 9 området af ultralydsmålerens afbøjningsspejl holder ifølge fig. 7 set fra oven fra opstrømssiden.

Udformningerne på fig. 3 til 5 hører ikke til opfindelsen.

Afbildningen på fig. 1 viser en ultralydsmåler af den på området kendte type med et hus 1, en ultralydstransducer 2 samt en yderligere ultralydstransducer 3, der hver især via hertil tilvejebragte husåbninger er indsat i husets 1 sidevæg og holdes i husets 1 væg med tilhørende afdækninger med tætninger.

Et afbøjningsspejl 5 er knyttet til ultralydstransduceren 2, et yderligere afbøjningsspejl 6 er knyttet til den yderligere ultralydstransducer 3. Målestrækningen 4 (dvs. lydsignalernes vej) forløber fra ultralydstransduceren 2 til afbøjningsspejlet 5, fra sidstnævnte til det yderligere afbøjningsspejl 6 og fra dette til den yderligere transducer 3 og fra denne tilbage i modsat retning. Målestrækningen 4 har som følge deraf en U-form. Som et led i opfindelsen kan der imidlertid også forefindes yderligere spejle (ikke vist) og en diagonalt forløbende lydstyring (ikke vist).

Området mellem målestrækningens 4 to afbøjningsspejle 5 hhv. 6 omgives af et målerør 7, der holdes i huset 1 via en målerørholder 9.

Mediet, f.eks. brugsvand, flyder via et ikke vist indløb ind fra venstre på afbildningen på fig. 1, omstrømmer afbøjningsspejlet 5, strømmer langs målestrækningen 4, omstrømmer det yderligere afbøjningsspejl 6 og forlader ultralydsmåleren i området af det (ligeledes ikke viste) udløb. Afbøjningsspejlene 5 hhv. 6 fikseres hvert især af en afbøjningsspejlholder 8, hvoraf udelukkende afbøjningsspejlholderen 8 i området af afbøjningsspejlet 5 er vist på fig. 1.

Ved teknikkens stade opstår der det problem, at der ved omstrømningen af afbøjningsspejlet 5 især i området af dettes overside f.eks. dannes en såkaldt recirkulationszone 16, der med tidens gang kan føre til aflejringer på afbøjningsspejlets overflade og dermed til en indskrænkning i langtidsdriften. Disse aflejringer er vist på fig. 2 (overdrevet) med henvisningstallet 19. Som recirkulationszone betegnes det område, hvor der dannes recirkulationshvirvler 20 langs afbøjningsspejlets 5 overflade.

En udformning af ultralydsmåleren er forklaret nærmere på fig. 3. Ifølge denne befinder der sig i området af afbøjningsspejlholderen 8 en dyse 12 til at frembringe en delstrøm, der i det øvre område af det første afbøjningsspejls 5 overflade er orienteret parallelt med dettes overflade. Denne delstrøm forhindrer dannelsen af recirkulationshvirvler 20 og dermed en recirkulationszone. Denne dyse har et let krummet forløb og forløber hen mod spejloverfladen med et tværsnit, der indsnæv-res kontinuerligt. Dysen 12 er på hensigtsmæssig måde udformet flad, for at delstrømmen kan ramme et bredere overfladeområde af afbøjningsspejlet 5.

Holderen 8 er udformet muffeagtig og indskydes aksialt i ultralydsmålerens hus 1. Derudover udviser holderen 8 på hensigtsmæssig måde - som vist på fig. 3 - på omkredsen anbragte gennembrud med store flader. I området af afbøjningsspejlholderen 8, der ligger over for afbøjningsspejlets 5 holder, befinder der sig en rundtgående fordybning, der tjener som optageorgan 10 til en på fig. 3 ikke vist målerørholder (henvisningstal 9 på fig. 4A).

Afbøjningsspejlet 5 fikseres i et arrangement af en flerhed af over for hinanden liggende holdefremspring 13 på to indbyrdes parallelle flader, hvoraf udelukkende to for overskuelighedens skyld er vist på fig. 3. På grund af udformningen samt placeringen af dysen 12 indføres der med høj hastighed en i sammenligning med hovedstrømmens volumen lille delstrøm parallelt med det første afbøjningsspejls 5 overflade ved dettes ende på oversiden, som dermed har en undgåelse eller i det mindste en betydelig reduktion af dannelsen af recirkulationshvirvler 20 til følge i området af afbøjningsspejlets 5 overflade. Ved, at delstrømmen udelukkende omfatter en brøkdel af den samlede strøm (tværsnitsforholdene ligger ved 2-4 mm2 ved 50 - 400 mm2for hovedstrømmen), eksempelvis 1:100 af den samlede strøm, opstår der som følge af delstrømmen ingen væsentlig forfalskning af hovedstrømmen og dermed ingen negativ påvirkning af ultralydsmålerens måleegenskaber.

Afbøjningsspejlholderen består på hensigtsmæssig måde af et materiale med højt elasticitetsmodul, især af kunststof, f.eks. af fiberforstærkede kunststoffer såsom PES, PSU, PPSU, PPA, PEI, PEEK/PEAK, inklusive disses derivater PPS eller PPE. Især kan varmeudvidelsen ved iblanding af glas eller kulfibre tilpasses til huset (typisk metal).

Holdebroerne 11 i afbøjningsspejlholderen 8 er holdt små i tværsnittet, eksempelvis mindre end 4 mm2 (f.eks. 2x2 mm) for at holde tryktabet ved spejlomstrøm-ningen lavt samt akustisk at kunne ignorere holdebroerne 11. Tværsnitsgeometrien af afbøjningsspejlholderens 8 holdebroer 11 har på hensigtsmæssig måde en form, der begunstiger mediets hvirvelbevægelse, som dette senere også vil blive forklaret nærmere.

Alternativt kan afbøjningsspejlholderens 8 holdebroer 11 - jf. fig. 7 - imidlertid også have en ensrettende effekt på strømmen, især på indløbsstrømmen.

Også større fremmedlegemer, der kunne beskadige ultralydsmåleren, opfanges ved hjælp af afbøjningsspejlholderens 8 holdebroer 11 hhv. disses placering. Holdebroerne 11 kan alternativt også være udført siformet.

Den på fig. 4A viste afbøjningsspejlholder 8 svarer til afbøjningsspejlholderen 8 i udformningen ifølge fig. 3. I stedet for dysen er der ved udformningen ifølge fig. 4A tilvejebragt et arrangement af ledevægge 14. Disse ledevægge 14 sikrer ligeledes dannelsen af en tilsvarende delstrøm, der løber ind ved afbøjningsspejlets 5 øvre ende orienteret parallelt med dettes overflade.

For at sikre en enkel fremstillelighed, især som kunststofformdel, er afbøjnings- spejlholderen 8 i udformningen ifølge fig. 3 samt fig. 4 udført i form af to længde-skårne halvdele, som dette fremgår af fig. 4B. De to halvdele er udformet spejlsymmetrisk i forhold til hinanden. Ledevæggene 14 i hver halvdel af afbøjningsspejlholderen 8 kan være anbragt som yderligere tilvejebragt del eller være integreret i formdelen.

Derudover vil fastgørelsen af målerøret 7 via dettes målerørholder 9 samt optageorganet 10 til målerørholderen 9 kunne ses af fig. 4A. På fig. 4B er identiske kendetegn ved de to halvdele af afbøjningsspejlholderen 8 udelukkende tegnet en gang. På nær den fremhævede forskel gælder alle for udformningen ifølge fig. 3 nævnte kendetegn på samme måde også for udformningen ifølge fig. 4.

Som det endvidere fremgår af fig. 4B samt 4C, er afbøjningsspejlet 5 udformet ottekantet og holdes via tilsvarende holdefremspring 13, der griber fat på diametralt over for hinanden liggende parallelle kanter. Herved sikres en særligt sikker fiksering af afbøjningsspejlet 5.

Det første afbøjningsspejl 5 består på hensigtsmæssig måde af en metalpladedel, der enten er stanset eller vandstråleskåret.

De ovennævnte udredninger vedrørende det første afbøjningsspejl 5 gælder på samme måde for udformningen af ultralydsmåleren ifølge fig. 3 samt for de efterfølgende beskrevne udformninger. I udformningen ifølge fig. 5A, der udelukkende viser afbøjningsspejlet 5 samt den herhenhørende afbøjningsspejlholder 8, frembringes der via en venturieffekt et partielt undertryk til at frembringe en orienteret tilbagestrømning 15 langs et område af afbøjningsspejlets 5 overflade. Til dette er der på spejlholderforlængelsens 18 overside tilvejebragt en hvælvet styreflade sammen med en tilbageløbskanal 17. Tilbageløbskanalen 17 forløber let krummet fra planet for afbøjningsspejlets 5 overflade i retning af strømmen. Den herved frembragte tilbagestrømning 15 sikrer en permanent udsugning af aflejringer i området af spejloverfladen og dermed en selvrensningseffekt.

Det samme gælder for udformningen ifølge fig. 5B. Den eneste forskel består i denne forbindelse i, at tilbageløbskanalen 17 er dannet af spejholderforlængelsen 18 på den ene side samt af en yderligere tilvejebragt næse 21.

Ved udformningen ifølge opfindelsen ifølge fig. 6 er der ligeledes tilvejebragt en spejlholderforlængelse 18, der på dennes overside udviser en hvælvet styreflade. I denne forbindelse er spejlholderforlængelsen 18 langstrakt, for at en forlænget, i det væsentlige plan overflade i niveau støder op til den øvre ende af afbøjningsspejlets 5 overflade. Herved fremkaldes en forskydning af recirkulationszonen 16 i området af spejlholderforlængelsen 18. Samtidig opstår der en i det væsentlige parallelt med det første afbøjningsspejls 5 overflade orienteret strøm, der hindrer aflejringer i dette område.

Fig. 7 viser en yderligere udformning af ultralydsmåleren ifølge opfindelsen i længdesnit. Den strømlinjeformet udførte afbøjningsspejlholder 8 inklusive holdebroerne 11 kan ses særligt godt. Afbøjningsspejlholderen 8 er en individuel formdel og omfatter afbøjningsspejlets 5 optageorgan, holdebroerne 11 samt optageorganet 10 til målerørets 7 målerørholder 9.

Ved udformningen ifølge fig. 7 er afbøjningsspejlholderen 8 udformet ud i et over hele målestrækningens 4 længde, dvs. bærer såvel det ene afbøjningsspejl 5 som det yderligere afbøjningsspejl 6. Derudover holdes afbøjningsspejlholderen 8 i position via et centralt anbragt fikseringselement 22, hvorved komponenterne (på grund af den symmetriske fiksering) kan fremstilles med en reduceret tolerance.

Samtidig optager afbøjningsspejlholderen 8 ud i et målerøret 7. Til dette er afbøjningsspejlholderen 8 - set på tværs af målestrækningen 4 - todelt, således at det respektive afbøjningsspejl 5 hhv. 6 samt målerøret 7 indsættes mellem afbøjningsspejlholderens 8 to skaller, og den herved dannede måleindsats 25, jf. fig. 8, holdes sammen ved hjælp af rundtgående tætningsringe 23, 24. I denne form kan måleindsatsen 25 på enkel måde indskydes i hhv. udtages af ultralydsmålerens hus 1. Tætningsringene 23, 24 tjener derudover til tætning af det område af måleindsatsen 25, hvorpå fikseringselementet 22 griber fat. Afbøjningsspejlholderen 8 besidder ifølge fig. 8 en reces 26, hvori fikseringselementet 22 griber ind i måleindsatsens 25 låste tilstand. Henvisningstallet 27 betegner skillelinjen i afbøjningsspejlholderen 8 i længderetning. Afbøjningsspejlholderen 8 omfatter i området af målerøret 7 en flerhed af åbninger 28.

Ultralydstransduceren 2, 3 er anbragt i ultralydsmålerens hus 1 parallelt med strømningsretningen. Herved kan måleindsatsen 25 skydes ud af huset 1 hhv. skydes ind i samme, uden at ultralydstransducerne 2, 3 skal demonteres.

Fig. 9 viser en afbildning fra oven af afbøjningsspejlholderen 8 set fra opstrømssiden. Afbøjningsspejlholderen 8 omfatter to krydset forløbende holdebroer 11, hvormed der opnås en strømningsensretning. I afbøjningsspejlholderens 8 midterområde er afbøjningsspejlet 5 positioneret.

Forskellige kendetegn ved de ovenfor beskrevne udførelsesformer for ultralydsmåleren ifølge opfindelsen kan på vilkårlig måde skiftes ud indbyrdes.

Med den foreliggende opfindelse stilles en hidtil ukendt ultralydsmåler til rådighed, hvis afbøjningsspejl er fri for aflejringer og dermed udviser en forbedret langtidsstabilitet. Samtidig kan ultralydsmåleren fremstilles på simpel og billig måde. Opfindelsen udgør følgelig et ganske væsentligt bidrag til det pågældende teknikområde.

Claims (6)

1. Ultralydsmåler til bestemmelse af gennemstrømningsmængden af et strømmende medium, især væske eller gas, med et hus (1), en inde i huset (1) anbragt målestrækning (4), langs hvilken en løbetidsmåling, især en differenceløbetidsmåling, kan gennemføres, mindst en ultralydstransducer (2), mindst et afbøjningsspejl (5), ved hjælp af hvilket ultralydsbølgen fra ultralydstransduceren (2) afbøjes, en afbøjningsspejlholder (8) med en langtrukket spejlholderforlængelse (18) med en hvælvet styreflade på dennes overside på siden med mediets indløb, hvor spejlholderforlængelsen (18) på siden med mediets indløb i det væsentlige i niveau fortsætter afbøjningsspejlets (5) overflade og forlænger den hen mod siden med mediets indløb på en sådan måde, at en recirkulationszone (16) for mediet forskydes ind i området af spejlholderforlængelsen (18).

2. Ultralydsmåler ifølge krav 1, kendetegnet ved, at afbøjningsspejlholderen (8) er opbygget af to i mediets strømningsretning adskilte halvdele.

3. Ultralydsmåler ifølge et krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt to afbøjningsspejle (5, 6), området mellem afbøjningsspejlene (5, 6) er omgivet af et målerør (7), og afbøjningsspejlholderen (8) udviser organer til fiksering af målerøret (7).

4. Ultralydsmåler ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at afbøjningsspejlet (5) langs sin omkreds udviser indbyrdes parallelle holdeflader.

5. Ultralydsmåler ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at afbøjningsspejlholderen (8) bærer såvel det ene afbøjningsspejl (5) som det yderligere afbøjningsspejl (6), og afbøjningsspejlholderen (8) holdes i position via et især centralt anbragt fikseringselement (22).

6. Ultralydsmåler ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at afbøjningsspejlholder (8), afbøjningsspejl (5 hhv. 6) og målerør (7) danner en måleindsats (25), der som enhed kan skydes ud af ultralydsmålerens hus (1) hhv. skydes ind i dette.