Ultraschallzähler

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallzähler zur Erfassung einer Durchflussmenge bzw. eines -Volumens, umfassend einen Fluideinlaß, einen Fluidauslaß und einen zwischen dem Fluideinlaß und dem Fluidauslaß angeordneten Strömungskanal, zwei Ultraschallwandler sowie mindestens einen Reflektor für Ultraschallsignale.

Aus der EP 1 798 528 A1 ist eine Durchflußmengenmeßeinrichtung für fluide Medien bekannt, die aus einem Gehäuse besteht, dessen Inneres durch eine

Gehäuseinnenwand begrenzt ist, deinem innerhalb des Gehäuses angeordneten Meßrohr, das eine Meßstrecke für eine Laufzeitmessung bestimmt und einer Ultraschallmeßeinrichtung, umfassend mindestens einen Ultraschallwandler zur Abstrahlung von Ultraschallwellen in das Gehäuseinnere, mindestens einem

Umlenkspiegel an der Meßstrecke mit einer Vorderseite, mittels dem die

Ulraschallwellen in die Meßstrecke umgelenkt werden, und einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite, wobei der Umlenkspiegel einen Tragearm aufweist, der zwischen der Gehäuseinnenwand und dem Meßrohr gehaltert ist. Bei dieser Vorrichtung ist der Umlenkspiegel in der Strömung angeordnet, was das

Meßergebnis verfälscht.

Aus der EP 2 270 439 A1 ist ein Ultraschalldurchflußmesser, umfassend ein

Gehäuse, ein Meßrohr, eine Reflektoreinheit, umfassend einen Reflektor, der ausgebildet ist, Ultraschallsignale zu reflektieren und einen Reflektorhalter, der von einer Öffnung in dem Gehäuse in das Gehäuse eingesetzt ist sowie einen ersten und einen zweiten Ultraschallwandler, die so in Bezug auf die Reflektoreinheit und in Bezug auf das Meßrohr befestigt sind, daß der Reflektor Ultraschallsignale zwischen dem ersten und dem zweiten Ultraschallwandler zu reflektieren, wobei die

Reflektoreinheit in einem einzelnen Ausformungsprozeß als ein einzelnes

monolithisches Polymerelement ausgebildet ist. Auch hier ist die Reflektoreinheit innerhalb der Strömung angeordnet, was zu einer Verfälschung der Meßergebnisse führt. Die EP 1 967828 A1 beschreibt einen Fluidzähler mit einem Meßrohrgehäuse, einer im Meßrohrgehäuse befindlichen Meßstrecke, einer Ultraschallwandleranordnung aus mindestens einem Ultraschallwandler zum Erzeugen eines Ultraschallsignals und/oder zur Umwandlung eines die Meßstrecke durchlaufenden Ultraschallsignals in ein elektrisches Signal und einer Umlenkeinrichtung zur Umlenkung des

Ultraschallsignals, wobei das Ultraschallsignal in Einbaulage des Fluidzählers nicht von oben auf die Umlenkeinrichtung auftrifft. Dies dient dazu, die Ansammlung von Bläschen im Bereich der Umlenkeinrichtung zu vermeiden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Ultraschallzähler gemäß dem Oberbegriff zu schaffen, bei dem ein möglichst ungestörter

Fluiddurchgang durch den Strömungskanal vorliegt, um ein unverfälschtes

Meßergebnis zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Ultraschallzähler gemäß dem Oberbegriff dadurch erreicht, daß die Ultraschallwandler außerhalb des

Strömungskanals angeordnet sind, wobei zwischen den Ultraschallwandlern und dem Strömungskanal jeweils eine schräg zur Längsachse des Strömungskanals verlaufende Eintritts- bzw. Austrittsöffnung für Ultraschallsignale vorgesehen ist und daß an der der Eintritts- bzw. Austrittsöffnung gegenüberliegenden Wandung des Strömungskanals der Reflektor so angeordnet ist, daß der Ultraschallsignale der Ultraschallwandler reflektiert.

Im Gegensatz zu Ultraschallzählern gemäß dem Stand der Technik tritt das

Ultraschallsignal schräg, vorzugsweise in einem Winkel von 45° in den

Strömungskanal ein und auch schräg Wieder aus diesem aus. Durch die Anbringung der Ultraschallwandler außerhalb des Strömungskanals und der Anordnung des Reflektors im Bereich der Wandung des Strömungskanals wird erreicht, daß der Flüssigkeitsdurchgang durch den Strömungskanal nicht durch diese Elemente gestört wird. Eine Verfälschung des Meßergebnisses wird hierdurch vermieden.

Durch diese Anordnung wird zudem eine direkte Anströmung bzw. Umströmung der Reflektorelemente bzw. der Ultraschallwandler vermieden, wodurch die Gefahr der Abnutzung bzw. Beschädigung, beispielsweise durch die Strömungskräfte bzw. durch vorhandene Partikel in der Strömung, vermieden wird. Durch die seitliche Anordnung der Ultraschallwandler und der Reflektoren wird zudem eine nachteilige Blasenbildung am höchsten Punkt der Messanordnung, beispielsweise vor den Ultraschallwandlern, vermieden.

Das Ultraschallsignal läuft von einem ersten Ultraschallwandler über die

Eintrittsöffnung in den Strömungskanal, durchquert diesen, wird an dem Reflektor reflektiert, durchquert nochmals den Strömungskanal, läuft durch eine

Austrittsöffnung zu dem zweiten Ultraschallwandler und dann wieder zurück bis zum ersten Ultraschallwandler, wonach über die Laufzeit des Signals der Volumenstrom des Fluids in dem Strömungskanal ermittelt wird.

Weiterhin ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß der Strömungskanal einen im Wesentlichen rechteckigen, vorzugsweise im Wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweist.

Hierbei können die Ecken des Rechtecks bzw. des Quadrats gerundet sein. Die Ausführung des Strömungskanals in Rechteckform, ermöglicht es über den seitlich angeordneten Reflektor den durchströmten Bereich (fast) komplett abzudecken.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, daß der Strömungskanal geneigt zum Zählwerksgehäuse angeordnet ist.

Dies ermöglicht die Positionierung einer Batterieeinheit oberhalb der Rohrachse, wodurch sowohl horizontal als auch vertikal zur Rohrachse der geringstmögliche Platzbedarf gegeben ist.

Um eine hohe Messgenauigkeit über den gesamten Temperaturbereich zu erzielen kann ein Temperaturfühler eingesetzt werden, der im Strömungskanal mit Fluid umspülbar ist. Dieser Temperaturfühler kann in vorteilhafter Weise zur axialen und radialen

Fixierung des Strömungskanals gegenüber dem Zählergehäuse verwendet werden.

Es ist vorteilhaft, daß eine Zählwerkseinheit vorgesehen ist, welche mit einem fluidundurchlässigen Material vergossen ist.

Durch das Vergießen mit einem fluidundurchlässigem Material wird die

Zählwerkseinheit zuverlässig vor Fluiden geschützt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß eine austauschbare Batterieeinheit zum Versorgen der Zählwerkseinheit vorgesehen ist, wobei eine Batterie in der Batterieeinheit mit einem fluidundurchlässigen Material vergossen ist.

Die Batterieeinheit besteht vorzugsweise aus einer Batterie, die in dem Gehäuse der Batterieeinheit vollständig vergossen ist und die mittels einer Steckverbindung zur Zählwerkseinheit, die durch ein oder mehrere Dichtelemente abgedichtet ist, ohne Hilfsmittel oder mit einfachen Hilfsmitteln ausgetauscht werden kann. Dabei bleibt die Dichtheit (gemäß der Schutzklasse IP68) sowohl des Batterieelementes als auch des kompletten Zählwerkes vollständig erhalten. Geeignete Vergußmassen für derartige Bauelemente sind bekannt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen

Ultraschallzählers,

Fig. 2a eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Zählwerkseinheit mit einem gerade zum Zählwerksgehäuse angeordneten Strömungskanal,

Fig. 2b eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Zählwerkseinheit mit einem geneigt zum Zählwerksgehäuse angeordneten Strömungskanal, Fig. 3 die Steckverbindung zwischen der Batterieeinheit und der

Zählwerkseinheit.

Fig. 4 die Fixierung des Messkanals mit Hilfe eines Temperaturfühlers.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfaßt der erfindungsgemäße Ultraschallzähler (1 ) einem Fluideinlaß (2) und einem Fluidauslaß (3) sowie einen, den Fluideinlaß (2) mit dem Fluidauslaß (3) verbindendem Strömungskanal (4).

Der Strömungskanal (4) bildet einen Messbereich, der sich geradlinig in eine Strömungsrichtung erstreckt.

Am Ein- und Ausgang des Strömungskanals (4) ist jeweils seitlich ein

Ultraschallwandler (5a, 5b) angebracht, der das Ultraschallsignal über einen ebenfalls seitlich angebrachten Reflektor (6) an den zweiten Ultraschallwandler (5b, 5a) sendet bzw. es von diesem empfängt.

Die Ultraschallwandler (5a, 5b) und der Reflektor sind so angeordnet, dass das Fluid ungestört durch einen„offenen Querschnitt“ fließen kann, d.h. dass die Strömung nicht durch diese Elemente beeinflusst wird. Der Reflektor (6) ist an der Innenwand des Strömungskanals (4) angeordnet.

Durch diese Anordnung wird eine direkte Anströmung bzw. Umströmung des Reflektors (6) bzw. der Ultraschallwandler (5a, 5b) vermieden, wodurch die Gefahr der Abnutzung bzw. Beschädigung, die ggf. durch die Strömungskräfte bzw. durch vorhandene Partikel in der Strömung, vermieden wird.

Zwischen den Ultraschallwandlern (5a, 5b) und dem Strömungskanal (4) ist jeweils eine schräg (bevorzugt in einem Winkel von 45°) zur Längsachse des

Strömungskanals (4) verlaufende Eintritts- bzw. Austrittsöffnung (7) für das

Ultraschallsignal vorgesehen.

Durch die seitliche Anordnung der Ultraschallwandler (5a, 5b) und des Reflektors kann eine nachteilige Blasenbildung am höchsten Punkt der Messanordnung, beispielsweise vor den Ultraschallwandlern (5a, 5b) vermieden werden. Die Ausführung des Strömungskanals (4) in Rechteckform ist in den Fig. 2a und 2b zu erkennen. Sie ermöglicht es, über den seitlich angeordneten Reflektor (6) den durchströmten Bereich (fast) komplett abzudecken.

In der Ausgestaltung gemäß Fig. 2b ist der Strömungskanal (4) geneigt zum

Zählwerksgehäuse angeordnet, um die Positionierung einer Batterieeinheit oberhalb der Rohrachse zu ermöglichen und somit sowohl horizontal als auch vertikal zur Rohrachse den geringstmöglichen Platzbedarf zu haben.

Die Ultraschallsignale werden von den Ultraschallwandlern an eine Zählwerkseinheit (8) weitergeleitet, die mit einem fluidundurchlässigen Material vollständig vergossen ist und mittels einer Batterieeinheit (9) mit Spannung versorgt wird.

Die Batterieeinheit (9) besteht aus einer Batterie (oder mehreren Batterien), die in einem Gehäuse mit fluidundurchlässigem Material vollständig vergossen ist, wobei die Batterieeinheit (9) - wie in Fig. 3 dargestellt - mittels einer Steckverbindung zur Zählwerkseinheit (8), die durch ein oder mehrere Dichtelemente abgedichtet ist, ohne Hilfsmittel oder unter Zuhilfenahme einfacher Hilfsmittel ausgetauscht werden kann. Dabei bleibt die Dichtheit sowohl der Batterieeinheit (9) als auch der kompletten Zählwerkseinheit (8) vollständig erhalten.

Wie in Fig. 4 dargestellt, ist zur Erhöhung der Meßgenauigkeit vorzugsweise ein Temperaturfühler 10 vorgesehen, der im Strömungskanal 4 von Fluid umspült wird.

In vorteilhafter Weise kann die axiale und radiale Fixierung des Strömungskanals 4 gegenüber dem Zählergehäuse 11 mittels des Temperaturfühlers 10 erfolgen, der - wie aus Fig. 4 ersichtlich - eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Zählergehäuse 11 und dem Strömungskanal 10 herstellt.