MEASURING HEAD FOR THE DETERMINATION OF THE AMOUNT OF A FLOWING FLUID

Abstract: 1. A sensor for a device for determining the amount of a fluid flowing through a pipe system, by means of the transit time difference of ultrasonic pulses in and against the direction of flow, comprising two ultrasonic transducers (2, 3) which can be positioned at opposite ends of a measuring pipe portion (1) of the pipe system and which can be respectively operated as a transmitter and as a receiver and which in the transmitting mode induce in the measuring pipe portion (1) oscillation types which respectively contain a fundamental wave (G) with a profile which is substantially flat over the cross-section of the measuring pipe portion (1), and harmonics (O1 , O2 ) with respect to said fundamental waves (G), characterised in that the ultrasonic transducers (2, 3) are of such a design that the harmonics (O1 , O2 ) respectively produced thereby do not have any common orders.

Description: Messwertgeber zur Bestimmung der Durchflussmenge einer strömenden Flüssigkeit Die Erfindung bezieht sich auf einen Messwertgeber zur Bestimmung der Durchflussmenge einer in einem Messrohr eines Rohrsystems strömenden Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Zur Bestimmung der Durchflussmenge einer Flüssigkeit durch ein Rohrsystem ist es aus der DE-AS 29 24 561 bekannt, Ultra- schallwellenzüge von zwei Seiten gleichzeitig stromabwärts und stromaufwärts durch die im Messrohr strömende Flüssigkeit zu senden und zu empfangen, um aus der Laufzeitdifferenz auf die mittlere Strömungsgeschwindigkeit und damit auch die Durchflussmenge schliessen zu können. Das Messverfahren ist unabhängig vom Strömungsprofil der strömenden Flüssigkeit, wenn das Messrohr als Wellenleiter verwendet wird und von den Schallwandlern ausschliesslich die ebene Grundwelle im Messrohr angeregt wird. Ein einzelner Wellentyp kann nur von einer Schallquelle angeregt werden, die eine dem Wellentyp entsprechende Potentialverteilung erzeugt. Eine solche Schallquelle stellt der Kolbenschwinger dar, welcher aber im Frequenzbereich des Ultraschalls allerdings schwer zu verwirklichen ist. Normalerweise erzeugt eine Schallquelle eine Mischwelle, d.h. eine Kombination verschiedener räumlicher Wel lentypen, von denen jede Weile eine eigene, strömungsabhängige Phasengeschwindic keit aufweist. Die Ober-wellen einer solchen Mischelle können vor allem im Bereiche iaminarer Strömungen erhebliche Messfhler verursachen. Es wurde bereits vorgeschlagen, die Strömungsprofile dtr. trortlen- den Flüssigkeit so zu beeinflussen, dass der Messfhltr verndet- lässigbar wird. Zu diesem Zwecke sind die Enden des Messrohres mit Oeffnungen oder Schlitzen oder aussenseitig mit Zapfen versehen. Die Beeinflussung der Strömungsprofile kann auch mit Hilfe eines durch eine Speiche oder durch eine Trennwand gebildeten Steges im Messrohr erfolgen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einfluss der Oberwellen auf die Messgenauigkeit zurückzudämmen oder auszuschalten, ohne die Druckverluste und die Störanfälligkeit grundsätzlich zu erhöhen. Die gestellte Aufgabe ist durch Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Messwertgebers wird anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur einen schematischen Aufbau des Messwertgebers zeigt. Der Messwertgeber gemäss der Fig. 1 weist ein Messrohr 1 mit stirnseitig vorgelagerten Ultraschallwandlern 2, 3 auf. Das Strömungsmittel wird stirnseitig oder seitlich zu- und abgeführt. Der Messbereich umfasst laminare und turbulente Strömungen. Die Ultraschallwandler 2, 3 sind piezo-elektrische Scheibenschwinger mit je einer Vollelektrode 4 bzw. 5 und mit je einer Teilelektrode 6 bzw. 7. Die Teilelektrode 6 des ersten Ultraschallwandlers 2 ist eine scheibenförmige Elektrode, während die Teilelektrode 7 des zweiten Ultraschallwandlers 3 eine ringförmige Elektrode ist. Mit r ist die Durchmesserkoordinate des Messrohres 1 und mit v die Teilchengeschwindigkeit der strömenden Flüs sigkeit bezeichnet. Der Ultrarchallwandler 2 rnit der scheibenförmigen Teilelektrode 6 regt im Messr-otir 1 neben einer ebenen Grundwelle G im wesent lichen die erste Oberwelle 1 an, während der Ultracschallwand- [er 3 mit der ringförmigen Tetlelektrode 7 neben der Grundwelle G im wesentlichen die zweite Oberwelle O2 an regt. Nach dem Rezi prozitätstheorem der Nachrichtentechnik hat ein Wandler im Sendewie im Empfangsbetrieb die gleichen Eigenschaften. Beide Ultraschallwandler 2, 3 entnehmen daher dem ankommenden Wellengemisch im wesentlichen nur die Grundwelle G. Die beiden Ober wellen 1 und 2 werden reflektiert, was zur Folge hat, dass der Einfluss der Oberwellen zurückgedämmt oder sogar ausgeschaltet wird, ohne dass die Druckverluste im Messrohr 1 und die Störanfälligkeit des Messwertgebers erhöht werden. Die Zusammensetzung der von den beiden Ultraschallwandlern 2, 3 erzeugten Oberwellenspektren kann beliebig sein. Die beiden Oberwellenspektren müssen nur annähernd disjunktiv sein, das heisst, sie dürfen keine gemeinsamen Oberwellen aufweisen. Nur in diesem Falle empfangen die Ultraschallwandlers2, 3 im wesentlichen die Grundwelle G. Die oben erwähnten Bedingungen können auch durch Ultraschallwandler mit einer anderen geeigneten Anordnung von Elektroden oder mit anderen Ultraschallwandlern erfüllt werden.

Claims: PATENTANSPRUECHE 1. Messwertgeber zur Bestimmung der Durchflussmenge einer in einem Messrohr eines Rohrsystems strömenden Flüssigkeit durch Messung der Laufzeitdifferenz von mit Hilfe von Ultraschallwand- lern durch das Messrohr stromaufwärts und stromabwärts gesandten Ultraschallsignalen, die aus ebenen Grundwellen und aus Oberwellen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwandler (2, 3) so gestaltet sind, dass im Messrohr (1) annähernd disjunktive räumliche Oberwellenspektren angeregt werden. 2. Messwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Ultraschallwandler (2) im wesentlichen die erste Oberwelle (01) ) und der zweite Ultraschallwandler (3) die zweite Oberwelle (02) im Messrohr (1) anregt. 3. Messwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Ultraschallwandler (2) mit einer scheibenförmigen Teilelektrode (6) und der andere Ultraschallwandler (3) mit einer ringförmigen Teilelektrode (7) versehen ist.

Inventors: LECHNER, HUBERT, STEINLE, BENEDIKT
Applicants: LGZ LANDIS & GYR ZUG AG
Application year: 1982
Main classification: G01F1
IPC codes: G01F1