DE102008002028A1 - Measuring cell for use in measuring device for ultrasonic pressure flow measuring system, has molded part for adjustment of measuring cell at measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messzelle, welche lösbar an einer dafür vorgesehenen Messvorrichtung anbringbar ist.The The present invention relates to a measuring cell which is detachable attachable to a dedicated measuring device is.
Ultraschall-Durchflussmessgeräte werden vielfach in der Prozess- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie erlauben in einfacher Weise, den Volumendurchfluss und/oder Massendurchfluss in einer Rohrleitung berührungslos zu bestimmen.Ultrasonic flowmeters are widely used in process and automation technology. They allow in a simple way, the volume flow and / or Mass flow in a pipeline contactless to determine.
Die bekannten Ultraschall-Durchflussmessgeräte arbeiten häufig nach dem Doppler- oder nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip.The known ultrasonic flowmeters often work after the Doppler or after the transit time difference principle.
Beim Laufzeitdifferenz-Prinzip werden die unterschiedlichen Laufzeiten von Ultraschallimpulsen relativ zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausgewertet.At the Runtime difference principle, the different maturities of ultrasonic pulses relative to the flow direction of Liquid evaluated.
Hierzu werden Ultraschallimpulse sowohl in wie auch entgegen der Strömung gesendet. Aus der Laufzeitdifferenz lässt sich die Fließgeschwindigkeit und damit bei bekanntem Durchmesser des Rohrleitungsabschnitts der Volumendurchfluss bestimmen.For this Ultrasonic pulses are both in and against the flow Posted. From the transit time difference, the flow rate and so that with known diameter of the pipe section of the volume flow determine.
Beim Doppler-Prinzip werden Ultraschallwellen mit einer bestimmten Frequenz in die Flüssigkeit eingekoppelt und die von der Flüssigkeit reflektierten Ultraschallwellen ausgewertet. Aus der Frequenzverschiebung zwischen den eingekoppelten und reflektierten Wellen lässt sich ebenfalls die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit bestimmen.At the Doppler principle will be ultrasonic waves with a specific frequency coupled into the liquid and that of the liquid Evaluated reflected ultrasonic waves. From the frequency shift between the coupled and reflected waves also the flow rate of the liquid determine.
Reflexionen in der Flüssigkeit treten jedoch nur auf, wenn Luftbläschen oder Verunreinigungen in dieser vorhanden sind, so dass dieses Prinzip hauptsächlich bei verunreinigten Flüssigkeiten Verwendung findet.reflections in the liquid, however, occur only when air bubbles or impurities are present in this, so this principle mainly with contaminated liquids Use finds.
Die
Ultraschallwellen werden mit Hilfe so genannter Ultraschallwandler erzeugt
bzw. empfangen. Hierfür sind Ultraschallwandler an der
Rohrwandung des betreffenden Rohrleitungsabschnitts fest angebracht.
Seit neuerem sind auch Clamp-on-Ultraschall-Durchflussmesssysteme
erhältlich. Bei diesen Systemen werden die Ultraschallwandler
nur noch mit einem Spannverschluss an die Rohrwandung gepresst.
Derartige Systeme sind z. B. aus der
Ein
weiteres Ultraschall-Durchflussmessgerät, das nach dem
Laufzeitdifferenz-Prinzip arbeitet, ist aus der
Die Ultraschallwandler bestehen normalerweise aus einem Piezoelement, auch kurz Piezo genannt, und einem Koppelelement, auch Koppelkeil oder seltener Vorlaufkörper genannt. Im Piezoelement werden die Ultraschallwellen erzeugt und bei einem Clamp-On-System über das Koppelelement zur Rohrwandung geführt und von dort in die Flüssigkeit geleitet. Da die Schallgeschwindigkeiten in Messmedium, Koppelelement und Rohrwandung meist unterschiedlich sind, werden die Ultraschallwellen beim Übergang von einem zum anderen Medium gebrochen. Der Brechungswinkel bestimmt sich in erster Näherung nach dem Snell'schen Gesetz. Der Brechungswinkel ist somit abhängig von dem Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den beiden Medien.The Ultrasonic transducers normally consist of a piezoelement, also called piezo for short, and a coupling element, also coupling wedge or called rare precursor body. Be in the piezo element the ultrasonic waves generated and in a clamp-on system over guided the coupling element to the pipe wall and from there passed into the liquid. Because the speed of sound in measuring medium, coupling element and pipe wall usually different are the ultrasonic waves in the transition from one broken to the other medium. The angle of refraction is determined in the first approximation according to Snell's law. The angle of refraction is thus dependent on the ratio of the propagation velocities in the two media.
Zwischen dem piezoelektrischen Element und dem Koppelelement ist üblicherweise eine Anpassungsschicht angeordnet. Die Anpassungsschicht übernimmt dabei die Funktion der Transmission des Ultraschallsignals und gleichzeitig die Reduktion einer durch unterschiedliche akustische Impedanzen verursachte Reflektion an Grenzschichten zwischen zwei Materialen.Between The piezoelectric element and the coupling element is usually arranged an adaptation layer. The adaptation layer takes over while the function of the transmission of the ultrasonic signal and at the same time the reduction of one caused by different acoustic impedances Reflection on boundary layers between two materials.
Die
Das beschriebene Ultraschalldurchflussmessgerät umfasst eine auf das Messmedium Blut abgestimmte Messkammer, welche in eine Ausnehmung gleicher Form und Größe einer Vorrichtung eingelegt ist. Dadurch ist es nicht möglich, den Durchfluss anderer Messmedien im gleichen Ultraschalldurchflussmessgerät mit ähnlicher Genauigkeit zu messen oder das Ultraschalldurchflussmessgerät für Durchflussbereiche einzusetzen, welche stark von einem bestimmten, vorgesehenen Bereich abweichen.The described ultrasonic flow Measuring device comprises a measuring chamber tuned to the measuring medium, which is inserted into a recess of the same shape and size of a device. As a result, it is not possible to measure the flow of other media in the same ultrasonic flowmeter with similar accuracy or to use the ultrasonic flowmeter for flow ranges that deviate significantly from a specific, intended range.
In
der
Da das Koppelelement nun nicht mittels Klebstoffen an die Kassette angebracht ist, besteht kein Übergang mit anderer akustischer Impedanz zwischen Koppelelement und Messrohr und kein akustischer Spalt, beispielsweise durch Luftblasen im Klebstoff hervorgerufen. Die Anwendung der Kassette ist jedoch sehr beschränkt, insbesondere auf bestimmte Messmedien und bestimmte, enge Durchflussbereiche. Eine Messung einer Laufzeitdifferenz von Ultraschallsignalen auf Signalpfaden senkrecht zur Strömungsrichtung mit einem Ultraschallwandler und einem Reflektor ist dem Fachmann unbekannt und nicht ausführbar. Für eine Messung eines Dopplereffektes wäre der Reflektor überflüssig. Wahrscheinlich handelt es sich hier um eine Messung von Korrelationen, eine Erkennung von Mustern in der Strömung, deren Genauigkeit bezüglich des Durchflusses beschränkt ist.There the coupling element now not by means of adhesives to the cassette is attached, there is no transition with other acoustic Impedance between coupling element and measuring tube and no acoustic Gap, caused for example by air bubbles in the adhesive. However, the use of the cassette is very limited, in particular to certain measuring media and certain, narrow flow ranges. A measurement of a transit time difference of ultrasound signals Signal paths perpendicular to the flow direction with a Ultrasonic transducer and a reflector is unknown in the art and not executable. For a measurement of a Doppler effect the reflector would be superfluous. Probably this is a measurement of correlations, a detection of patterns in the flow, their accuracy regarding the flow is limited.
In
der
Das vorgeschlagene Ultraschall-Messsystem lässt sich auf bestimmte bestehende Rohre aufklemmen. Der Feststellmechanismus ist jedoch aufwendig. Die Form und Größe der Messrohre ist eingeschränkt und auch die konstruktive Ausgestaltung des Messsystems ist von dem Messrohrwerkstoff abhängig.The proposed ultrasonic measuring system can be applied to certain clamp on existing pipes. The locking mechanism is however consuming. The shape and size of the measuring tubes is limited and also the structural design of the Measuring system depends on the measuring tube material.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein hochgenaues Ultraschall-Messsystem mit auswechselbaren, je nach Anwendung verschiedenartigen Messzellen vorzuschlagen.The The object of the invention is a high-precision ultrasonic measuring system with exchangeable measuring cells, depending on the application propose.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Messzelle vorgeschlagen wird, welche lösbar an einer dafür vorgesehenen Messvorrichtung anbringbar ist, wobei die Messzelle mindestens ein erstes Formstück zur Ausrichtung der Messzelle an der dafür vorgesehenen Messvorrichtung aufweist, welches erste Formstück mindestens einen Ultraschallwandler zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Durchflusses eines Messmediums durch die Messzelle und ein erstes Mittel zur Übertragung eines Messsignals und/oder zur Energieversorgung des Ultraschallwandlers aufweist.The The object is achieved by proposing a measuring cell which is detachable on a designated Measuring device is attachable, wherein the measuring cell at least one first fitting for aligning the measuring cell to the one having provided measuring device, which first fitting at least one ultrasonic transducer for determination and / or monitoring a flow of a measuring medium through the measuring cell and a first means for transmitting a measurement signal and / or For supplying energy to the ultrasonic transducer.
Ein Formstück ist ein dreidimensionales Gebilde mit äußerer Gestalt, eine Form. Die Form ist in der Regel einstückig, kann sich aber aus mehreren Formelementen zusammengesetzten. Formelemente sind die kleinsten Einheiten einer Form, in welche diese sich zerlegen lässt. Die Eigenschaften, welche die Formelemente charakterisieren, sind ihre Gestalt, Größe, Position bzw. Lagebeziehung und das Material, aus welchem sie bestehen. Die Eigenschaften aller Formelemente beschreiben die Form und damit hier das Formstück.One Shaped piece is a three-dimensional structure with outer Shape, a shape. The shape is usually one-piece, but can be composed of several features. form elements are the smallest units of a form into which they break up leaves. The properties that characterize the form elements are their shape, size, position or positional relationship and the material of which they are made. The properties of all Form elements describe the shape and thus here the fitting.
Das Formstück ist so ausgestaltet, dass es Formelemente aufweist, die zur Orientierung der Messzelle an einem entsprechend ausgestalteten Gegenstück der Messvorrichtung dienen. Ein Formstück kann auch Teil eines Mechanismus' sein, um die Messzelle an der Messvorrichtung lösbar fest zu machen, wie z. B. ein Teil eines zweiteiligen Bajonettverschlusses. Das Formstück kann dabei einteilig bzw. integraler Bestandteil der Messzelle sein.The shaped piece is designed such that it has shaped elements which serve for orientation of the measuring cell on a correspondingly designed counterpart of the measuring device. A fitting may also be part of a mechanism to releasably secure the measuring cell to the measuring device, such as, e.g. B. a part of a two-part bayonet closure. The fitting can be in one piece or be an integral part of the measuring cell.
Besonders bevorzugt wird die Messzelle in der industriellen Durchflussmesstechnik eingesetzt.Especially the measuring cell is preferred in industrial flow measurement technology used.
Alle Merkmale der nachfolgend beschriebenen Aus- und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösungen sind beliebig untereinander kombinierbar.All Features of the training and further education described below The solutions according to the invention are arbitrary can be combined with each other.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Messzelle sieht vor, dass das Formstück der Messzelle mindestens eine Vertiefung zur Aufnahme einer Erhebung eines Formstücks einer dafür vorgesehenen Messvorrichtung aufweist oder dass das Formstück der Messzelle mindestens eine Erhebung zur Aufnahme einer Vertiefung eines Formstücks einer dafür vorgesehenen Messvorrichtung aufweist. Die Erhebung bzw. Vertiefung kann dabei aber auch am Rand des Formstücks liegen.A particularly advantageous embodiment of the invention Measuring cell provides that the shaped piece of the measuring cell at least a recess for receiving a survey of a fitting has a measuring device provided for this or that the fitting of the measuring cell at least one elevation for receiving a recess of a fitting of a having provided measuring device. The survey or depression but can also be on the edge of the fitting.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Messzelle aus einem sterilisierbarem, insbesondere Gamma-sterilisierbarem Material gefertigt ist.A further advantageous embodiment of the invention Device provides that the measuring cell from a sterilizable, In particular gamma-sterilizable material is made.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Messzelle aus einem kompostierbaren Material gefertigt ist.A further advantageous embodiment of the invention Device provides that the measuring cell from a compostable Material is made.
Die Messzelle ist aus verschiedenen Materialien, wie z. B. Polymeren also Duroplasten, Thermoplasten und auch Elastomeren, Gläsern, Keramiken und auch Metallen, herstellbar. Eine Variante ist, eine Messzelle aus mehreren Materialen herzustellen. Eine andere Variante ist, ein Basismaterial, aus welchem die Messzelle hauptsächlich gefertigt ist, mit diversen Beschichtungen zu versehen, z. B. um Reflektionseigenschaften zu verbessern. Eine besonders bevorzugte Eigenschaft ist die Kompostierbarkeit und/oder die Sterilisierbarkeit mit Gammastrahlung einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messzelle.The Measuring cell is made of different materials, such. B. polymers ie thermosets, thermoplastics and also elastomers, glasses, Ceramics and metals, manufacturable. One variant is a measuring cell made of several materials. Another variant is a base material from which the measuring cell mainly is made to provide with various coatings, for. B. order Reflect reflection properties. A particularly preferred Property is the compostability and / or the sterilizability with gamma radiation of a special embodiment of the measuring cell according to the invention.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Messzelle weist die Messzelle mindestens einen Sensor zur Erfassung mindestens eines weiteren Fluidparameters auf. Die Bestimmung und/oder Überwachung des ersten Fluidparameters, des Durchflusses, wird dadurch nicht wesentlich eingeschränkt. Bei diesem Sensor handelt es sich z. B. um einen Temperaturfühler, um die Temperatur des Messmediums zu bestimmen. Dieser ist bspw. mit elektrischen Anschlüssen auf der Außenseite der Messzelle versehen, um die Signale des Sensors einer Auswerteeinheit zuzuführen. Der Temperaturfühler kann z. B. als Spritzteil in die Messzelle integriert sein. Über metallisierte Kontaktflächen auf einer Außenwand ist das Sensorsignal einer Auswerteeinheit zuführbar.According to one advantageous development of the invention Measuring cell, the measuring cell, at least one sensor for detection at least one further fluid parameter. The determination and / or monitoring of the first fluid parameter, the flow, is not significantly limited. This sensor is z. B. a temperature sensor to the temperature of the medium to be measured. This is, for example, with electrical Provided connections on the outside of the measuring cell, to supply the signals of the sensor to an evaluation unit. The temperature sensor can, for. B. as a molded part in the measuring cell be integrated. Via metallized contact surfaces on an outer wall, the sensor signal of an evaluation unit can be fed.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Messzelle eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens eines weiteren Fluidparameters auf. Eine solche Vorrichtung kann auch z. B. darin begründet sein, dass die Messzelle in einem bestimmten Bereich eine transparente und/oder für die Durchstrahlung mit Infrarotem Licht geeignete Wandung aufweist, also von der Außenseite der Messzelle, welche mit der Umwelt in Kontakt steht, bis zur Innenseite der Messzelle, welche mit dem Messmedium in Berührung steht, ist die Messzelle transparent und/oder für die Durchstrahlung mit Infrarotem Licht geeignet. Damit ist es möglich, mittels eines Infrarotthermometers, welcher nicht Teil der Messzelle ist, die Temperatur des Messmediums in der Messzelle zu bestimmen und/oder zu Überwachen.In a further embodiment of the invention Solution, the measuring cell has a device for detection at least one further fluid parameter. Such a device can also z. B. be justified in that the measuring cell in a transparent and / or for a particular area the radiation with infrared light has a suitable wall, So from the outside of the measuring cell, which is with the environment is in contact, to the inside of the measuring cell, which with the Measuring medium is in contact, the measuring cell is transparent and / or suitable for the transmission of infrared light. This makes it possible, by means of an infrared thermometer, which is not part of the measuring cell, the temperature of the measuring medium in the measuring cell to determine and / or to monitor.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Messzelle besteht darin, dass die Messzelle Mittel zur Identifikation der Messzelle und/oder Mittel zur Erfassung, Speicherung und Übertragung von Daten aufweist.A advantageous development of the invention Measuring cell is that the measuring cell means for identification the measuring cell and / or means for detection, storage and transmission of data.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messzelle wird vorgeschlagen, dass das Mittel zur Datenerfassung, -speicherung und -übertragung ein RFID-Transponder ist.According to one advantageous embodiment of the invention Measuring cell, it is proposed that the means of data collection, storage and transmission is an RFID transponder.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messzelle wird vorgeschlagen, dass das Mittel zur Datenerfassung, -speicherung und -übertragung ein Barcode ist.According to one further advantageous embodiment of the invention Measuring cell is proposed that the means of data acquisition, storage and transfer is a barcode.
Die Messzelle kann somit wichtige Daten, welche z. B. für die Messung relevant sind, mit sich führen. Die Datenspeicherung erfolgt dabei z. B. durch einen Barcode einen RFID-Transponder. Der RFID-Transponder hat den Vorteil, dass er sich bei geändertem Datenbestand einfach aktualisieren lässt, d. h. der Datenbestand geändert werden kann. Somit könnte z. B. auf einer Messzelle nach Ihrem Gebrauch gespeichert werden, dass die Messzelle bereits benutzt ist und sie nun sterilisiert oder entsorgt werden muss. Werden die Daten beim Anbringen der Messzelle an eine dafür vorgesehene Vorrichtung, z. B. von dieser Vorrichtung selbst, ausgelesen, kann eine fehlerhafte Verwendung der Messzelle verhindert werden. Weitere Beispiele für speicherbare Parameter sind Beschädigungen, Größe und Form der Messzelle, insbesondere ihre Nennweite, Anschlussmöglichkeiten, Material der Messzelle, ob die Messzelle steril ist oder nicht, vorhandene integrierte Sensoren und deren Ausgangssignale oder Steuersignale. Wahlweise kann der Zugriff nur nach Eingabe eines Codes erfolgen. Ein schreibgeschützter bzw. einfach beschreibbarer RFID ist ebenso denkbar.The measuring cell can thus important data, which z. B. relevant for the measurement, lead with it. The data storage takes place z. B. by a barcode an RFID transponder. The advantage of the RFID transponder is that it can be easily updated if the database is changed, ie the database can be changed. Thus z. B. stored on a measuring cell after your use, that the measuring cell is already used and it now has to be sterilized or disposed of. If the data when attaching the measuring cell to a dedicated device, eg. B. read by this device itself, a faulty use of the measuring cell can be prevented. Further examples of parameters which can be stored are damage, size and shape of the measuring cell, in particular its nominal size, connection options, material of the measuring cell, whether the measuring cell is sterile or not, existing integrated sensors and their output signals or control signals. Optionally, the access can only be done after entering a code. A read-only or simply writable RFID is as well conceivable.
Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messzelle ist darin zu sehen, dass die Messzelle Mittel zur Strömungskonditionierung aufweist. Alternativ weist die Messzelle eine Gestalt auf, welche eine Strömungskonditionierung ermöglicht, d. h. dass die Messzelle so ausgestaltet ist, dass eine bestimmte Strömung einstellbar ist.A very advantageous embodiment of the invention Measuring cell can be seen in that the measuring cell has means for flow conditioning. Alternatively, the measuring cell has a shape, which is a flow conditioning allows, d. H. that the measuring cell is designed so that a certain flow is adjustable.
Mittels
einer Strömungskonditionierung kann bspw. ein bestimmtes
Strömungsprofil hergestellt werden. Dadurch ist kein langer
Messrohreinlauf nötig. Einer fachlich qualifizierten Person
sind verschiedene Beispiele zur Strömungskonditionierung
bekannt, z. B. aus der
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messzelle ist darin zu sehen, dass die lichte Weite der Messzelle über die Länge der Messzelle, von der Einlassseite bis zur Auslassseite in Größe und Form variieren kann, insbesondere dass die Messzelle eine Querschnittsverengung aufweist. Eine Querschnittsverengung dient z. B. zur Fokussierung des Ultraschallsignals, ähnlich einer Linse.A further advantageous embodiment of the invention Measuring cell can be seen in that the clear width of the measuring cell over the length of the measuring cell, from the inlet side to the outlet side may vary in size and shape, in particular that the measuring cell has a cross-sectional constriction. A cross-sectional constriction serves z. B. for focusing the ultrasonic signal, similar a lens.
Weiterhin kann die Messzelle Anschlussmöglichkeiten zum lösbaren Anschluss der Messzelle an ein Rohrleitungssystem aufweisen. Aus dem Stand der Technik sind viele Ausprägungen von Druck- und Mediumsdichten Anschlüssen bekannt. Hier eignen sich insbesondere schnell zu öffnende und zu schließende Anschlüsse wie Gewinde oder Stecker, wie sie z. B. bei Gartenschläuchen gebräuchlich sind.Farther the measuring cell can connect to the detachable Have connection of the measuring cell to a piping system. Out In the state of the art many forms of printing and medium-tight connections known. Here are suitable especially fast to open and close Connections such as threads or plugs, as z. B. at Garden hoses are in use.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Messzelle schlägt vor, dass die Messzelle ein zweites Formstück zur Ausrichtung der Messzelle an der dafür vorgesehenen Messvorrichtung aufweist, welches dem ersten Formstück gegenüber liegt, wobei mindestens eines der beiden Formstücke mindestens einen Ultraschallwandler zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Durchflusses eines Messmediums durch die Messzelle und ein erstes Mittel zur Übertragung des Messsignals und/oder zur Energieversorgung des Ultraschallwandlers aufweist. Wird in der Messzelle der Durchfluss des Messmediums mittels Laufzeitdifferenzverfahren von Ultraschallsignalen bestimmt, kann die dem Ultraschallwandler gegenüberliegende Seite bzw. Fläche der Messzelle als Reflektionsfläche zur Reflektion des Ultraschallsignals ausgebildet sein.A further advantageous embodiment of the invention Measuring cell suggests that the measuring cell is a second fitting for aligning the measuring cell with the designated one Measuring device which, the first fitting opposite, wherein at least one of the two fittings at least one ultrasonic transducer for determination and / or monitoring a flow of a measuring medium through the measuring cell and a first means for transmitting the measurement signal and / or For supplying energy to the ultrasonic transducer. Is in the flow cell of the measuring medium by means of transit time difference method determined by ultrasonic signals, the ultrasonic transducer opposite side or surface of the measuring cell as a reflection surface for reflection of the ultrasonic signal be educated.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Messzelle wird vorgeschlagen, dass beide Formstücke mindestens einen Ultraschallwandler zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Durchflusses eines Messmediums durch die Messzelle aufweisen. Also sowohl das erste, als auch das zweite Formstück, weist jeweils mindestens einen Ultraschallwandler auf.According to one advantageous development of the invention Measuring cell is proposed that both fittings at least an ultrasonic transducer for determination and / or monitoring having a flow of a measuring medium through the measuring cell. So both the first, as well as the second fitting, points in each case at least one ultrasonic transducer.
Die Messzelle weist auf zwei sich gegenüberliegenden Außenseiten jeweils eine Gestalt auf, die das Übertragen der Messsignale des Ultraschallwandlers und/oder die Energieversorgung des Ultraschallwandlers ermöglicht und an welcher die Position der Messzelle relativ zu einer dafür vorgesehenen Messvorrichtung festlegbar ist. Die Formstücke können dabei unterschiedliche Geometrien aufweisen oder sie sind näherungsweise gleich ausgestaltet.The Measuring cell has two opposite outer sides each have a shape that transmits the measurement signals of the ultrasonic transducer and / or the power supply of the ultrasonic transducer allows and at which the position of the measuring cell relative fixable to a dedicated measuring device is. The fittings can be different Have geometries or they are approximately the same designed.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Messzelle modular aufgebaut mit mindestens einem ersten Modul, welches als Messrohr ausgestaltet ist und mindestens einem zweiten Modul, welches als Formstück zur Ausrichtung der Messzelle ausgestaltet ist. Im Gegensatz zur Messzelle mit einem Formstück als integralem Bestandteil des Messrohrs, also wo die Messzelle mittels eines Gießverfahrens, eines Spritzverfahrens, eines stereolithographischen Verfahrens oder durch spanabhebende Verfahren aus Vollmaterial herstellbar ist, besteht die Messzelle in diesem Beispiel aus mindestens zwei zusammenfügbaren Teilen. Das Formstück ist an das Messrohr anschweißbar oder anklebbar oder aufschrumpfbar ausgestaltet. So sind bei dem Fertigungsverfahren der Messzelle lediglich zwei Werkzeuge notwendig.To According to an advantageous development, the measuring cell has a modular structure with at least one first module, which is designed as a measuring tube is and at least one second module, which as a fitting designed for alignment of the measuring cell. In contrast to Measuring cell with a fitting as an integral part the measuring tube, ie where the measuring cell by means of a casting process, a spraying method, a stereolithographic method or produced by machining of solid material is, the measuring cell in this example consists of at least two joinable parts. The fitting is on the measuring tube weldable or glued or shrinkable configured. So in the manufacturing process of the measuring cell are only two Tools necessary.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Messzelle ist der mindestens eine Ultraschallwandler auswechselbar. Die Messzelle ist so ausgestaltet, dass der Ultraschallwandler schnell und einfach aus der Messzelle zu entfernen und/oder durch einen anderen Ultraschallwandler zu ersetzen ist. Die Ultraschallwandler können sich dabei z. B. in Form und Größe oder in der wandlereigenen Frequenz unterscheiden. Sind die Ultraschallwandler beispielsweise in einem Modul untergebracht, was näherungsweise gleiche geometrische Außenmaße aufweist, so ist eine unterschiedliche Gestaltung der piezoelektrischen Elemente ohne weitere Anpassung an die Messzelle möglich.According to one further advantageous embodiment of the invention Measuring cell, the at least one ultrasonic transducer is interchangeable. The Measuring cell is designed so that the ultrasonic transducer is fast and easy to remove from the measuring cell and / or by one other ultrasonic transducer is to replace. The ultrasonic transducers can itself thereby z. B. in shape and size or in the different from the transducer's own frequency. Are the ultrasonic transducers for example, housed in a module, which is approximately has the same geometric external dimensions, so is a different design of the piezoelectric elements without further adaptation to the measuring cell possible.
Für verschiedene Anwendungen sind unterschiedliche Messzellen, d. h. in Form und Größe unterschiedlich, aber auch in den Eigenschaften die Leitung des Ultraschallsignals betreffend, einsetzbar. Um die Messleistung den geänderten Messbedingungen anzupassen, kann es vorteilhaft sein, dass der Ultraschallwandler austauschbar ausgestaltet ist. Je nach Anwendung kommt somit ein anderer Ultraschallwandler zum Einsatz. In diesem Sinne kann weiterhin von Vorteil sein, dass das piezoelektrische Element des Ultraschallwandlers austauschbar ist. Somit lassen sich Größenverhältnisse besser anpassen und/oder die Frequenzbandbreite der piezoelektrischen Elemente besser nutzen. Sinnvoll ist allerdings der Austausch eines Ultraschallwandler-Moduls, welches das piezoelektrische Element mit einschließt. Der Austausch und die elektrische Kontaktierung sind somit sehr einfach. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Messsystems ist die Messzelle also modular aufgebaut, mit mindestens einem auswechselbaren Ultraschallwandler-Modul.For different applications, different measuring cells, ie different in shape and size, but also in terms of the properties of the line of the ultrasonic signal can be used. In order to adapt the measurement performance to the changed measurement conditions, it may be advantageous for the ultrasonic transducer to be designed to be interchangeable. Depending on the application, another ultrasonic transducer is used. In this sense, it may furthermore be advantageous for the piezoelectric element of the ultrasonic transducer to be exchangeable. Thus, proportions can be better adapted and / or the frequency bandwidth of the piezoelek better use trical elements. It makes sense, however, the replacement of an ultrasonic transducer module, which includes the piezoelectric element. The replacement and the electrical contact are therefore very simple. According to an advantageous development of the measuring system according to the invention, the measuring cell is thus constructed modularly, with at least one replaceable ultrasonic transducer module.
Weiterhin besteht die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe in einem Messsystem zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Durchflusses eines Messmediums durch eine Messzelle, bestehend aus einer Messvorrichtung, welche Messvorrichtung mindestens ein drittes Formstück aufweist, welches dritte Formstück mindestens ein zweites Mittel zur Erfassung eines Messsignals und/oder zur Energieversorgung eines Ultraschallwandlers aufweist, an welchem dritten Formstück eine dafür vorgesehenen Messzelle ausrichtbar ist, und einer Messzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche Messzelle lösbar in der Messvorrichtung anbringbar ist.Farther is the solution of the invention underlying Task in a measuring system for the determination and / or monitoring a flow of a measuring medium through a measuring cell, consisting from a measuring device, which measuring device at least one has third fitting, which third fitting at least one second means for detecting a measurement signal and / or for supplying energy to an ultrasonic transducer, on which third fitting a dedicated measuring cell is alignable, and a measuring cell according to one of the claims 1 to 5, which measuring cell is detachable in the measuring device attachable.
Die Anzahl der Formstücke der Messvorrichtung entspricht vorzugsweise analog der Anzahl der Formstücke der Messzelle. Die geometrische Gestalt der sich gegenüberliegenden Formstücke von Messzelle und Messvorrichtung sind als positiv und negativ oder als sich ergänzend ausgestaltet oder sie sind Teil eines Mechanismus'. Messzelle und Messvorrichtung sind zueinander passend ausgestaltbar.The Number of fittings of the measuring device preferably corresponds analogous to the number of fittings of the measuring cell. The geometric Shape of the opposing fittings from measuring cell and measuring device are considered positive and negative or as complementary or they are part of one Mechanism'. Measuring cell and measuring device are suitable for each other capacities configurable.
Die Messzelle ist mit der Messvorrichtung lösbar verbindbar. Ihre Position relativ zur Messvorrichtung ist im montierten Zustand festlegbar. Sowohl die Montage als auch die Demontage können, z. B. mittels eines Mechanismus', leicht und schnell erfolgen, so z. B. ist die Messzelle anklemmbar oder aufsteckbar ausgestaltet. So ist das Formstück der Messzelle z. B. als Stecker ausgebildet und das Formstück der Messvorrichtung als Kupplung oder auch Kuppler, welche/welcher zum Stecker passt. Sind an diesen Steckverbinder aus Kuppler und Stecker nun jeweils Drähte zur Energieversorgung des Ultraschallwandlers und/oder zur Signalübertragung angeschlossen, fungieren beide Formstücke gleichzeitig als Teil der Mittel zur Signal- und/oder Energieübertragung. Durch den Kontakt der Formstücke, also des Steckers und des Kupplers, welche über eine definierbare Anpresskraft aneinanderpressbar sind, ist die Messzelle an die Messvorrichtung anschließbar.The Measuring cell can be detachably connected to the measuring device. Their position relative to the measuring device is in the assembled state fixable. Both assembly and disassembly can, z. B. by means of a mechanism ', easily and quickly, so z. B. the measuring cell is designed clamped or plugged. So is the fitting of the measuring cell z. B. formed as a plug and the fitting of the measuring device as a clutch or also Coupler which fits to the plug. Are at this connector from coupler and plug now each wires to the power supply the ultrasonic transducer and / or connected to the signal transmission, Both fittings simultaneously function as part of the means for signal and / or energy transmission. Through the contact the fittings, so the plug and the coupler, which over a definable contact force can be pressed against each other, is the measuring cell connectable to the measuring device.
Die definierbare Anpresskraft kann z. B. auch durch das Aufbringen einer bestimmten Haltekraft mittels einer Feder in einem Bajonettverschluss, mittels einer Schraubspannvorrichtung mit Drehmomentgrenze und/oder einer Anzeige der Verschlusskraft oder eines Grenzschalters bzw. einer Grenzstandanzeige (LED) oder einer, einer Fahradnaben-Schnellspannvorrichtung nachempfundenen Mechanik aufgebracht werden. Die Messzelle ist bspw. auch durch ein Band an der Messvorrichtung lösbar anbringbar. Auch hier ist eine bestimmte Kraft, mit welcher die Messzelle an der Messvorrichtung gehalten wird und/oder mit welcher die Formstücke aufeinander pressen aufbringbar. Diese Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollzähligkeit.The definable contact force can z. B. by the application of a certain holding force by means of a spring in a bayonet lock, by means a Schraubspannvorrichtung with torque limit and / or a Display of the closing force or a limit switch or a Limit level indicator (LED) or one, a wheel hub quick release device imitated mechanics are applied. The measuring cell is, for example. also releasably attachable by a tape on the measuring device. Again, there is a certain force with which the measuring cell the measuring device is held and / or with which the fittings on each other can be applied. This list makes no claim on completeness.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Messsystems schlägt vor, dass die Messvorrichtung so ausgestaltet ist, dass Messzellen verschiedener Größen und/oder Formen an der Messvorrichtung anbringbar sind. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Messsystems ist darin zu sehen, dass Messzellen verschiedener Größen und/oder Formen an der Messvorrichtung ausrichtbar und/oder befestigbar sind. Eine Messvorrichtung kann also Messzellen z. B. verschiedener Nennweiten und/oder Längen aufnehmen und damit messen.A advantageous development of the invention Measuring system suggests that the measuring device designed in this way is that measuring cells of different sizes and / or Forms can be attached to the measuring device. The advantage of the invention Measuring system can be seen in the fact that measuring cells of different sizes and / or shapes on the measuring device alignable and / or attachable are. A measuring device can thus measuring cells z. B. different Record nominal diameters and / or lengths and thus measure them.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Messsystems sieht vor, dass die Messvorrichtung ein viertes Formstück zur Ausrichtung der Messzelle aufweist, welches dem dritten Formstück gegenüber liegt, wobei mindestens eines der beiden Formstücke mindestens ein zweites Mittel zur Erfassung eines Messsignals und/oder zur Energieversorgung eines Ultraschallwandlers aufweist.A further advantageous embodiment of the invention Measuring system provides that the measuring device is a fourth fitting for aligning the measuring cell, which the third fitting opposite, wherein at least one of the two fittings at least one second means for detecting a measurement signal and / or for supplying energy to an ultrasonic transducer.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Messsystems wird vorgeschlagen, dass beide Formstücke, also sowohl das dritte Formstück zur Ausrichtung der Messzelle der Messvorrichtung, als auch das diesem gegenüberliegende vierte Formstück zur Ausrichtung der Messzelle der Messvorrichtung, mindestens ein zweites Mittel zur Erfassung eines Messsignals und/oder zur Energieversorgung eines Ultraschallwandlers aufweisen.According to one advantageous development of the invention Measuring system is proposed that both fittings, So both the third fitting for alignment of the measuring cell the measuring device, as well as this opposite fourth Fitting for aligning the measuring cell of the measuring device, at least one second means for detecting a measurement signal and / or for supplying energy to an ultrasonic transducer.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Messsystems besteht darin, dass das Messsystem so ausgestaltet ist, dass das erste Mittel zur Erfassung eines Messsignals und/oder zur Energieversorgung eines Ultraschallwandlers der Messvorrichtung von dem zweiten Mittel zur Übertragung des Messsignals der Messzelle kontaktierbar ist.A advantageous development of the invention Measuring system is that the measuring system is designed so in that the first means for detecting a measurement signal and / or for power supply an ultrasonic transducer of the measuring device of the second means for contacting the measuring signal of the measuring cell is contacted.
Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Messsystems ist darin zu sehen, dass ein von dem mindestens einen Ultraschallwandler erzeugbares Ultraschallsignal einen Signalpfad aufweist, welcher im Wesentlichen axial zur Strömungsrichtung des Messmediums in der Messzelle liegt. Vorteilhaft weitergebildet weist die Messvorrichtung zwei sich gegenüberliegende Ultraschallwandler auf.A very advantageous development of the invention Measuring system can be seen in that one of the at least one Ultrasonic transducer generated ultrasonic signal has a signal path, which is substantially axial to the flow direction of the Measuring medium in the measuring cell is located. Advantageously trained points the measuring device two opposing ultrasonic transducers on.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Messsystems sieht vor, dass das Formstück der Messvorrichtung eine Vertiefung zur Aufnahme einer Erhebung eines Formstücks einer dafür vorgesehenen Messzelle aufweist oder dass das Formstück der Messvorrichtung eine Erhebung zur Aufnahme einer Vertiefung eines Formstücks einer dafür vorgesehenen Messzelle aufweist. Die Erhebung bzw. Vertiefung kann dabei aber auch am Rand des Formstücks liegen.A particularly advantageous development of the invention Measuring system provides that the fitting of the measuring device a recess for receiving a survey of a fitting a designated measuring cell has or that the Form piece of the measuring device, a survey for recording a recess of a fitting of a having provided measuring cell. The survey or depression can but also lie on the edge of the fitting.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems weist die Messvorrichtung mindestens einen Sensor zur Erfassung mindestens eines weiteren Fluidparameters auf. Bei diesem Sensor handelt es sich z. B. um einen Infrarot-Temperaturfühler, um die Temperatur des Messmediums in der Messzelle zu bestimmen.According to one advantageous embodiment of the invention Measuring system, the measuring device, at least one sensor to Detection of at least one further fluid parameter. In this Sensor is z. B. an infrared temperature sensor, to determine the temperature of the measuring medium in the measuring cell.
Weiterhin weist die Messvorrichtung vorteilhaft Mittel zur Identifikation der Messzelle und/oder Mittel zur Erfassung, Speicherung und Übertragung von Daten auf. Die Messvorrichtung kann die Daten, welche die Messzelle mitführt, auslesen, verarbeiten bzw. verwerten. Neue bzw. geänderte Daten der Messzelle können entsprechend übermittelt werden, d. h. das Mittel zur Erfassung, Speicherung und Übertragung von Daten der Messvorrichtung kann das Mittel zur Erfassung, Speicherung und Übertragung von Daten der Messzelle beschreiben, falls die Messzelle ein entsprechendes Mittel aufweist. Damit können ältere Daten sowohl überschrieben werden oder es werden Daten neubeschrieben. Es ist aber auch möglich, z. B. bei einem Barcode auf der Messzelle, die Daten lediglich auszulesen und zu verarbeiten. Aus den Daten sind Messvorrichtungs- und/oder Auswertespezifische Daten ableitbar und/oder einstellbar.Farther the measuring device advantageously has means for identification the measuring cell and / or means for detection, storage and transmission of Data on. The measuring device can be the data which the measuring cell carry, read, process or use. New or changed data of the measuring cell can be transmitted accordingly be, d. H. the means of acquisition, storage and transmission of data from the measuring device, the means for detection, storage and describe transmission of data from the measuring cell, if the measuring cell has a corresponding means. This can be older Data is either overwritten or it becomes data neubeschrieben. But it is also possible, for. B. at a Barcode on the measuring cell, the data only read out and to to process. From the data are measuring device and / or evaluation specific Data derivable and / or adjustable.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben des Messsystems gelöst, wobei ein erstes Formstück zur Ausrichtung an der Messvorrichtung der Messzelle an einem dritten Formstück zur Ausrichtung der Messzelle der Messvorrichtung ausgerichtet wird, wobei das erste Mittel zur Erfassung des Messsignals der Messvorrichtung von dem Mittel zur Übertragung des Messsignals der Messzelle kontaktiert wird. Mindestens das erste Formstück zur Ausrichtung der Messzelle an der Messvorrichtung und das dritte Formstück zur Ausrichtung der Messzelle der Messvorrichtung werden mittels einer bestimmten Kraft zusammengehalten.The The object underlying the invention is further by a Method for operating the measuring system solved, wherein a first fitting for alignment with the measuring device the measuring cell on a third fitting for alignment the measuring cell of the measuring device is aligned, wherein the first Means for detecting the measurement signal of the measuring device of the Means contacted for transmitting the measuring signal of the measuring cell becomes. At least the first fitting for alignment of the measuring cell on the measuring device and the third fitting for alignment the measuring cell of the measuring device by means of a specific Power held together.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Messsystems besteht darin, dass eine Kalibrierung des Messsystems ohne Messmedium erfolgt. Über die Mittel zur Erfassung, Speicherung und Übermittlung von Daten sowohl der Messzelle, als auch der Messvorrichtung können messzellenspezifische bekannte Kalibrierdaten, wie Nennweite und Werkstoff und damit akustische Eigenschaften der Messzelle an die Messvorrichtung übermittelt werden. Durch den Aufbau des Messsystems ist es diesem nun möglich eine Trockenkalibrierung durchzuführen. Auch ohne die automatisierte Übermittlung der Daten von der Messzelle, können die Daten z. B. per Hand eingegeben werden, womit das Messsystem ebenfalls trocken kalibrierbar ist.A Embodiment of the invention Method for operating the measuring system is that a Calibration of the measuring system without measuring medium. about the means of collection, storage and transmission of data of both the measuring cell and the measuring device Measuring cell-specific known calibration data, such as nominal diameter and Material and thus acoustic properties of the measuring cell to the Measuring device are transmitted. By the construction of the measuring system is it now possible for him to perform a dry calibration. Even without the automated transmission of data from the measuring cell, the data z. B. entered by hand with which the measuring system can also be calibrated dry.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
Die
Messzelle
Da
die Formstücke verschiedener Messzellen näherungsweise
gleich ausgestaltet sind und zum Feststellmechanismus des Messsystems
Die
Kuppler
Die
Ultraschallwandler
Die
Mittel zur Identifikation sind vielfältig. Es handelt sich
z. B. um einen Barcode, einen 2D-Code, elektrische Eigenschaften,
einen RFID oder um geometrische Kennungen. Eine geometrische Erkennung
der Messzelle
Über
einen RFID Chip ist die Messvorrichtung
Die
Prozessanschlüsse
Die
Messzelle
- 11
- Messsystemmeasuring system
- 22
- Messzellecell
- 33
- Messvorrichtungmeasuring device
- 44
- Bajonettverschlussbayonet catch
- 55
- Kupplerpimp
- 66
- Steckerplug
- 77
- Fläche zur Ein-/Auskopplung eines Ultraschallsignals der Messzellearea for coupling / decoupling an ultrasonic signal of the measuring cell
- 88th
- Fläche zur Ein-/Auskopplung eines Ultraschallsignals der Messvorrichtungarea for coupling / decoupling an ultrasonic signal of the measuring device
- 99
- Koppelmattecoupling mat
- 1010
- Federfeather
- 1111
- Ultraschallwandlerultrasound transducer
- 1212
- Koppelelement der Messvorrichtungcoupling element the measuring device
- 1313
- Querschnittsverengung der MesszelleCross-sectional narrowing the measuring cell
- 1414
- Prozessanschlussprocess connection
- 1515
- Einkoppelstelle in das Messmediumcoupling point into the measuring medium
- 1616
- Fokussierungfocusing
- 1717
- Ringring
- 1818
- KabeldurchführungGrommet
- 1919
- Gewindestangethreaded rod
- 2020
- Drehreglerknobs
- 2121
- Gekrümmte Einkoppelflächecurved coupling surface
- 2222
- Ringnutring groove
- 2323
- Mittel zur Messsignalübertragung und/oder zur Energieversorgungmedium for measuring signal transmission and / or for power supply
- 2424
- Mittel zur Messsignalerfassung und/oder zur Energieversorgungmedium for measuring signal acquisition and / or energy supply
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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EP2317288B1 (en) | Throughflow volume measuring device with mirror at the measuring tube end |
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