DE20121677U1

DE20121677U1 - Fluid flow speed sensor has several ultrasonic paths in one plane

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Publication number: DE20121677U1
Application number: DE20121677U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2011-12-04

Abstract

A fluid flow speed sensor has a number of pairs of ultrasonic transducers (20, 22) defining measurement paths (32) in a single plane at an acute angle to the tube (60).

Description

RAUCH 7/01 05.12.02SMOKE 7/01 05.12.02

SICKAG
Sebastian-Kneipp-Straße 1, 79183 WaldkirchSICKAG
Sebastian-Kneipp-Strasse 1, 79183 Waldkirch

Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder desDevice for measuring the flow velocity and/or

Durchflusses eines FluidsFlow of a fluid

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Durchflusses eines Fluids gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for measuring the flow velocity and/or the flow rate of a fluid according to the preamble of claim 1.

In der Prozessdurchflussmesstechnik sind verschiedene Messverfahren und Messvorrichtungen bekannt.
20 Various measuring methods and measuring devices are known in process flow measurement technology.
20

Häufig werden mechanische Turbinenradzähler eingesetzt, mit denen relativ genau der Durchfluss gemessen werden kann.Mechanical turbine meters are often used, which can measure the flow relatively accurately.

Zunehmend werden für die Durchflussmessung auch Ultraschallzähler eingesetzt.Ultrasonic meters are increasingly being used for flow measurement.

Ein solcher ist aus der EP 0 125 845 B1 bekannt und weist paarweise angeordnete Ultraschallwandler auf, wobei jedes Paar einen Messpfad definiert, der in einem nicht senkrechten Winkel zur Längsachse liegt, so dass die gesendeten und empfangenen Ultraschallsignale in einem bestimmten Winkel ungleich 90° zur Strömungsrichtung wandern. Das Messprinzip besteht in einer Bestimmung einer Laufzeitdifferenz zweier Ultraschallsignale, die einmal eine Komponente in Strömungsrichtung und einmal eine Komponente entgegen der Strömungsrichtung aufweisen. Aus der gemessenen Laufzeitdifferenz lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit berechnen. Um den Durchfluss präzise bestimmen undOne such device is known from EP 0 125 845 B1 and has ultrasonic transducers arranged in pairs, with each pair defining a measuring path that is at a non-perpendicular angle to the longitudinal axis, so that the transmitted and received ultrasonic signals travel at a certain angle other than 90° to the flow direction. The measuring principle consists in determining a transit time difference between two ultrasonic signals, one of which has a component in the flow direction and the other a component against the flow direction. The flow velocity can be calculated from the measured transit time difference. In order to determine the flow precisely and

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Geschwindigkeitsvariationen über den Querschnitt berücksichtigen zu können, wird durch Integration über mehrere Messpfade eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit bestimmt.In order to take into account velocity variations across the cross-section, an average flow velocity is determined by integration over several measuring paths.

Auch bei Integration über mehrere Messpfade wird nach dem Stand der Technik nur dann eine hohe Genauigkeit erreicht, wenn das Strömungsprofil im Rohr nur axiale Komponenten besitzt, was sich nur dann einstellt, wenn eine genügend lange Einlaufstrecke zur Verfügung steht, in der sich das ungestörte Strömungsprofil ausbilden kann. Die Installation von Durchflussmessgeräten, z.B. in Verdichterstationen zur Erdgasversorgung, lässt solche Einlaufstrecken nicht zu. Durch Rohrkrümmer, T-Stücke oder dergleichen werden ausgeprägte Störungen des Strömungsprofils verursacht. Die nicht-axialen Komponenten solcher Störungen führen zu erheblichen Fehlern in der Messung. Zur Reduzierung der Fehler schlägt die EP 0 125 845 B1 vor, die Messpfade gekreuzt anzuordnen und so zu zwei Messpfaden in einer Hälfte der Rohrleitung, korrespondierende Messpfade in der anderen Hälfte in einem entgegengesetzten Winkel anzuordnen.Even with integration over several measuring paths, a high level of accuracy is only achieved according to the state of the art if the flow profile in the pipe only has axial components, which only occurs if a sufficiently long inlet section is available in which the undisturbed flow profile can develop. The installation of flow meters, e.g. in compressor stations for natural gas supplies, does not allow such inlet sections. Pipe bends, T-pieces or the like cause pronounced disturbances in the flow profile. The non-axial components of such disturbances lead to considerable errors in the measurement. To reduce the errors, EP 0 125 845 B1 proposes arranging the measuring paths crossed and thus arranging two measuring paths in one half of the pipeline and corresponding measuring paths in the other half at an opposite angle.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, die strömungsunempfindlicher ist und mit der durch Strömungsstörungen bedingte Messfehler weiter reduziert werden können.Based on this prior art, it is the object of the invention to provide an improved device which is less sensitive to flow and with which measurement errors caused by flow disturbances can be further reduced.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by a device having the features of claim 1.

Nach der Erfindung sind in einer ersten Ausführungsform sämtliche Messpfade in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Dies führt dazu, dass die Ergebnisse der Messung für den Durchfluss erheblich geringere Abweichungen von dem tatsächlichen Wert haben, als bei bekannten Messpfadanordnungen. Dies haben Untersuchungen der Anmelderin ergeben. Nach den Untersuchungen der Anmelderin zu urteilen, werden durch die Anordnung mehrerer Messpfade in einer Ebene, die nicht-axialen Strömungskomponenten derart berücksichtigt, dass nach Integration über die Messpfade die störenden nicht-axialen StrömungskomponentenAccording to the invention, in a first embodiment, all measuring paths are arranged in a common plane. This means that the results of the flow measurement have significantly smaller deviations from the actual value than with known measuring path arrangements. This has been shown by the applicant's investigations. Judging by the applicant's investigations, the arrangement of several measuring paths in one plane takes into account the non-axial flow components in such a way that after integration over the measuring paths, the disturbing non-axial flow components

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ganz oder zumindest teilweise kompensiert werden. Wie die Untersuchungen ergeben haben gilt dies insbesondere für Strömungsstörungen, wie Drallstörungen (im Englischen und in der Fachsprache auch &ldquor;swirl" genannt). Diese Störungen haben den großen Nachteil, das sie &ldquor;langlebig" sind, sich also über eine größere Strecke der Rohrleitung erstrecken und nur langsam abklingen im Gegensatz zu kleineren, lokalen Störungen, die in Strömungsrichtung schnell abklingen.be compensated for completely or at least partially. As the investigations have shown, this applies in particular to flow disturbances such as swirl disturbances. These disturbances have the major disadvantage that they are "long-lasting", i.e. they extend over a larger section of the pipeline and only subside slowly, in contrast to smaller, local disturbances that subside quickly in the direction of flow.

Gleiches gilt für eine alternative Ausführungsform, in der sämtliche Messpfade parallel aber in Strömungsrichtung versetzt zueinander verlaufen, wobei die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn die parallel verlaufenden Messpfade auch in einer gemeinsamen Ebene liegen.The same applies to an alternative embodiment in which all measuring paths run parallel but offset from each other in the direction of flow, whereby the best results are obtained when the parallel measuring paths also lie in a common plane.

Weitere Verbesserungen ergeben sich, wenn die Messpfade in einer Richtung senkrecht zur Längsachse geeignet angeordnet sind, wenn eine gerade Anzahl von Messpfaden vorgesehen sind, wenn zumindest 4 Messpfade realisiert werden und/oder wenn die Messpfade symmetrisch zu einer Rohrmittelebene angeordnet sind, da mit diesen Bedingungen der gesamte Rohrquerschnitt besser erfasst wird.Further improvements are achieved if the measuring paths are suitably arranged in a direction perpendicular to the longitudinal axis, if an even number of measuring paths are provided, if at least 4 measuring paths are realized and/or if the measuring paths are arranged symmetrically to a pipe center plane, since under these conditions the entire pipe cross-section is better captured.

In einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung der Erfindung sind die Messkörper in auf zwei gemeinsamen, diametral gegenüberliegenden Aufnahmeflächen vorgesehenen Aufnahmen festlegbar.In a structurally simple embodiment of the invention, the measuring bodies can be fixed in receptacles provided on two common, diametrically opposed receiving surfaces.

In einfachster Weise wird eine präzise Ausrichtung der Messkörper erreicht, wenn die Messrichtung der Messkörper senkrecht zur jeweiligen Aufnahmefläche ist, weshalb vorteilhafterweise die Aufnahmeflächen-Normalen parallel zur Messpfad richtung liegen. In dieser Ausbildung der Erfindung können gerade abstrahlende Ultraschallsonden eingesetzt werden, wobei in einfachster Weise durch die in einem Winkel zur Messaufnehmerachse angeordneten ebenen Aufnahmeflächen die exakte Abstrahl- bzw. Empfangsrichtung der Ultraschallsignale gewährleistet ist.Precise alignment of the measuring bodies is achieved in the simplest way if the measuring direction of the measuring bodies is perpendicular to the respective receiving surface, which is why the receiving surface normals are advantageously parallel to the measuring path direction. In this embodiment of the invention, straight-radiating ultrasound probes can be used, whereby the exact radiation or reception direction of the ultrasound signals is ensured in the simplest way by the flat receiving surfaces arranged at an angle to the sensor axis.

Die Sondenaufnahmen sind in einfachster Weise realisierbar, indem in die Aufnahmeflächen lediglich die entsprechenden, die Aufnahmen bildendenThe probe recordings can be realized in a very simple way by simply inserting the corresponding

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Bohrungen eingebracht werden können. Aufwendiges Schweißen, das einen thermischen Verzug bewirkenden kann und ein aufwendiges Prüfverfahren nach sich zieht, kann entfallen. Dadurch können die Sonden in einfachster Weise in den Messaufnehmer eingebracht werden und sind in einfachster Weise hochpräzise positionierbar.holes can be made. Complex welding, which can cause thermal distortion and requires a complex testing procedure, can be omitted. This means that the probes can be inserted into the measuring sensor in the simplest way and can be positioned with high precision in the simplest way.

Um gänzlich auf ein Schweißen verzichten zu können, ist das Rohrleitungsstück mit den Anschlussflanschen einstückig ausgebildet und vorzugsweise in einem Gießverfahren vorgefertigt. Ein derart monolithisch ausgebildeter Messaufnehmer muss dann lediglich durch mechanische Nachbearbeitung in die gewünschte Form gebracht werden, wobei die Nachbearbeitung an den Stellen des Messaufnehmers vorgenommen wird, an denen eine hohe Präzision und/oder eine Oberfläche mit definierter Rauheit erforderlich ist, wie beispielsweise die Aufnahmeflächen mit den Messkörperaufnahmen.In order to avoid welding altogether, the pipe section is made in one piece with the connection flanges and is preferably prefabricated using a casting process. A sensor formed monolithically in this way then only needs to be brought into the desired shape by mechanical post-processing, with the post-processing being carried out at those points on the sensor where high precision and/or a surface with a defined roughness is required, such as the mounting surfaces with the measuring body mounts.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Aufnahmeflächen ist an einer aufnahmeflächenfreien Seite des Rohrleitungsstücks ausreichend Platz gehalten für die Anordnung einer Signalauswerteeinheit. Es ist dann keine separate Halterung notwendig. Die Signalauswerteeinheit kann direkt an das Rohrleitungsstück des Messaufnehmers befestigt, beispielsweise geschraubt, werden.The arrangement of the receiving surfaces according to the invention ensures that there is sufficient space on a side of the pipe section that does not have a receiving surface for the arrangement of a signal evaluation unit. A separate holder is then not necessary. The signal evaluation unit can be attached, for example screwed, directly to the pipe section of the measuring sensor.

Um die Messaufnehmer schützen zu können, sind diese mit wenigstens einer Kappe abdeckbar, wobei die Kappe vorzugsweise auch jeweils die zum Messkörper zugehörige Verbindung zumindest auf einem Teil ihrer Länge abdeckt. Vorteilhaft einfach ist es, wenn die Kappe die gesamte Aufnahmefläche zusammen mit den Messkörpern und den Verbindungskabeln abdeckt. Eine solche Abdeckung bietet einen guten Schutz gegen Umwelteinflüsse und Beschädigungen, so dass eine derart ausgebildete Vorrichtung im Feld besser handhabbar ist.In order to protect the measuring sensors, they can be covered with at least one cap, whereby the cap preferably also covers the connection associated with the measuring body over at least part of its length. It is advantageously simple if the cap covers the entire receiving surface together with the measuring bodies and the connecting cables. Such a cover offers good protection against environmental influences and damage, so that a device designed in this way is easier to handle in the field.

Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung als Gaszähler eingesetzt.The device according to the invention is preferably used as a gas meter.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is explained in detail below using an embodiment with reference to the drawing. In the drawing:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen VorrichtungFig. 1 is a perspective view of a device according to the invention

ohne eingesetzte Messkörper;without measuring bodies inserted;

Fig. 2 und 3 Querschnitte entlang der Linien M-Il und Ill-Ill aus Fig. 1;Fig. 2 and 3 cross sections along the lines M-Il and III-Ill of Fig. 1;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der entlang der Linie S aus Fig. 1Fig. 4 is a perspective view of the line S of Fig. 1

geschnittenen Vorrichtung;cut device;

Fig. 5Fig.5

eine Ansicht einer Kappe;a view of a cap;

Fig. 6Fig.6

einen Querschnitt der Kappe aus Fig. 5;a cross-section of the cap from Fig. 5;

Fig. 7 und 8 Messergebnisse der erfindungsgemäßen Vorrichtung und von Vorrichtungen nach dem Stand der Technik.Fig. 7 and 8 Measurement results of the device according to the invention and of devices according to the prior art.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 weist einen Messaufnehmer 12 auf, der aus einem zwischen Anschlussflanschen 14 und 16 angeordnetem Rohrleitungsstück 13 besteht. Das Rohrleitungsstück 13 ist in seinem Inneren vorzugsweise kreisrund mit einer Nennweite D ausgebildet entsprechend einer an die Anschlussflansche 14 und 16 anzuschließenden, nicht näher dargestellten Rohrleitung für ein Fluid. Des weiteren weist die Vorrichtung 10 in einer Rohrwandung 18 jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnete Messkörper 20,22,24,26, auf, von denen in der Zeichnung (Fig. 2 und 3) nur einige dargestellt sind. Die Messkörper, die beispielsweise Ultraschallwandler sein können und im Folgenden kurz Sonden genannt werden, definieren Messpfade 30, 32, 34, 36 wie weiter unten beschrieben wird (Fig. 4). Zur Signalauswertung weist die Vorrichtung 10 eine Auswerteeinheit 72, die in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, auf.A device 10 according to the invention has a measuring sensor 12 which consists of a pipe section 13 arranged between connection flanges 14 and 16. The pipe section 13 is preferably circular in its interior with a nominal width D corresponding to a pipe for a fluid (not shown in detail) to be connected to the connection flanges 14 and 16. Furthermore, the device 10 has measuring bodies 20, 22, 24, 26 arranged in pairs opposite one another in a pipe wall 18, only a few of which are shown in the drawing (Figs. 2 and 3). The measuring bodies, which can be ultrasonic transducers for example and are referred to as probes in the following, define measuring paths 30, 32, 34, 36 as described below (Fig. 4). For signal evaluation, the device 10 has an evaluation unit 72, which is shown schematically in Fig. 1.

Die Sonden 20,22,24,26 sind gehalten in Sondenaufnahmen 40,42,44,46,48,50,52,54, die als Bohrungen in zwei ebenen Aufnahmeflächen 56 und 58 der Rohrwandung 18 ausgebildet sind. Die Aufnahmeflächen 56 und 58 verlaufen parallel zueinander und sind in einem Winkel zur Längsachse 60 desThe probes 20,22,24,26 are held in probe holders 40,42,44,46,48,50,52,54, which are designed as holes in two flat receiving surfaces 56 and 58 of the pipe wall 18. The receiving surfaces 56 and 58 run parallel to each other and are at an angle to the longitudinal axis 60 of the

• &bgr;•&bgr;

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Rohrleitungsstücks 13, die auch die Messaufnehmer- und Strömungsachse bildet, angeordnet (Fig. 2 und 3).Pipe section 13, which also forms the sensor and flow axis, is arranged (Fig. 2 and 3).

Jeweils gegenüberliegende Sondenaufnahmen 40-48, 42-50, 44-52, 46-54 fluchten exakt miteinander, so dass die in die Sondenaufnahmen eingesetzten Sonden 20,22,24,26 zueinander ausgerichtet sind und die Messpfade 30,32,34,36 definieren (Fig. 4). Dabei senden und empfangen die Sonden den Ultraschall geradlinig in ihrer Längsrichtung entlang des jeweiligen Messpfades 30,32,34,36.Opposite probe holders 40-48, 42-50, 44-52, 46-54 are aligned exactly with each other so that the probes 20, 22, 24, 26 inserted into the probe holders are aligned with each other and define the measuring paths 30, 32, 34, 36 (Fig. 4). The probes send and receive the ultrasound in a straight line in their longitudinal direction along the respective measuring path 30, 32, 34, 36.

Damit verlaufen sämtliche Messpfade dieses Ausführungsbeispiels parallel zueinander und liegen in einer gemeinsamen Ebene S (Fig. 4). Jeder Messpfad liegt in einem Winkel &agr; zu einer Ebene E, die sich senkrecht zur Längsachse 60 erstreckt.Thus, all measuring paths of this embodiment run parallel to one another and lie in a common plane S (Fig. 4). Each measuring path lies at an angle α to a plane E which extends perpendicular to the longitudinal axis 60.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel zwischen einer Flächennormalen der Aufnahmeflächen 56, 58 und der Längsachse 60 ca. 60° (Fig. 2 und 3). Andere Winkel sind möglich.In the embodiment shown, the angle between a surface normal of the receiving surfaces 56, 58 and the longitudinal axis 60 is approximately 60° (Fig. 2 and 3). Other angles are possible.

Die spezielle Anordnung der Messpfade 30,32,34,36 ist ein wesentliches Element der Erfindung. Wie bereits erläutert liegen die Messpfade 30,32,34,36 in der gemeinsamen Ebene S und/oder verlaufen alle parallel zueinander. In Richtung senkrecht zur Längsachse 60 sollten die Messpfade 30,32,34,36 vorzugsweise derart angeordnet sein, das nach dem Stand der Technik bekannte numerische Integrationsverfahren angewendet werden können, wie dies Fig. 4 zeigt.The special arrangement of the measuring paths 30, 32, 34, 36 is an essential element of the invention. As already explained, the measuring paths 30, 32, 34, 36 lie in the common plane S and/or all run parallel to one another. In the direction perpendicular to the longitudinal axis 60, the measuring paths 30, 32, 34, 36 should preferably be arranged in such a way that numerical integration methods known from the prior art can be applied, as shown in Fig. 4.

An seiner Oberseite 70 ist der Messaufnehmer 12 abgeflacht ausgebildet, so dass dort die Auswerteeinheit 72 über einen Befestigungsflansch 74 befestigbar ist. Über geeignete Kabelverbindungen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, sind die Sonden mit der Auswerteeinheit 72 verbindbar. Die Kabel können durch eine Bohrung 76 geführt werden (Fig. 1).The measuring sensor 12 is flattened on its upper side 70 so that the evaluation unit 72 can be attached there via a fastening flange 74. The probes can be connected to the evaluation unit 72 via suitable cable connections, which are not shown in the drawing. The cables can be guided through a hole 76 (Fig. 1).

Weiter ist für jede Aufnahmefläche 56,58 eine Kappe 80, wie sie beispielsweise in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, vorgesehen, mit dem die Sonden und auch die Kabel abdeckbar sind. Die Kappen 80 können in geeigneter Weise, beispielsweiseFurthermore, a cap 80, as shown for example in Fig. 5 and 6, is provided for each receiving surface 56, 58, with which the probes and also the cables can be covered. The caps 80 can be made in a suitable manner, for example

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durch jeweils vier Schrauben, an das Rohrleitungsstück 12 festlegbar sein. Die Kappen 80 sind vorzugsweise derart dimensioniert, dass ihre Außenränder 82 entlang der Ränder der jeweiligen Aufnahmeflächen verlaufen und somit durch die Kappen 80 jeweils die gesamte Aufnahmefläche abdeckbar ist.
5 by means of four screws each, to the pipe section 12. The caps 80 are preferably dimensioned such that their outer edges 82 run along the edges of the respective receiving surfaces and thus the entire receiving surface can be covered by the caps 80.
5

Der Messaufnehmer 12 ist einstückig ausgebildet, d.h. das Rohrleitungsstück 13 mit den Anschlussflanschen 14 und 16 und den Sondenaufnahmen 40,42,44,46,48,50,52,54 sind aus einem Stück Material gebildet und nicht durch Schweißen oder dergleichen Verbindung aus Einzelteilen zusammengesetzt. Bevorzugt wird der Messaufnehmer 12 in einem Gießverfahren vorgefertigt und anschließend werden die Bereiche, die präzise gefertigt sein müssen, wie z.B. die Aufnahmeflächen 56,58 mit den Sondenaufnahmen 40,42,44,46,48,50,52,54 durch mechanische Bearbeitung präzise geformt.The measuring sensor 12 is formed in one piece, i.e. the pipe section 13 with the connection flanges 14 and 16 and the probe holders 40,42,44,46,48,50,52,54 are made from one piece of material and are not assembled from individual parts by welding or similar connection. The measuring sensor 12 is preferably prefabricated in a casting process and then the areas that have to be manufactured precisely, such as the receiving surfaces 56,58 with the probe holders 40,42,44,46,48,50,52,54, are precisely formed by mechanical processing.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Durchflusses eines Fluids wird bevorzugt als Gaszähler eingesetzt.The device according to the invention for measuring the flow velocity and/or the flow rate of a fluid is preferably used as a gas meter.

Der durch das Innere des Messaufnehmers 12 strömende Fluiddurchfluss wird bestimmt, indem die Laufzeitdifferenz der Ultraschallsignale in und entgegen der Strömungsrichtung gemessen wird und aus dieser Differenz die Strömungsgeschwindigkeit und damit der Durchfluss ausgerechnet wird. Die Ultraschallsonden dienen dabei sowohl als Sender wie auch als Empfänger, so dass jeder Messpfad von den Ultraschallsignalen in beiden Richtungen genutzt wird.The fluid flow through the interior of the sensor 12 is determined by measuring the transit time difference of the ultrasonic signals in and against the flow direction and using this difference to calculate the flow velocity and thus the flow. The ultrasonic probes serve as both transmitters and receivers, so that each measuring path is used by the ultrasonic signals in both directions.

Damit Inhomogenitäten im Strömungsprofil über den Querschnitt nicht das Ergebnis verfälschen, sind mehrere Messpfade vorgesehen, die das Strömungsprofil an unterschiedlichen Stellen, also mit unterschiedlichem Abstand zur Messaufnehmerachse 60 abtasten. Aus den Einzelergebnissen für die Messpfade ergibt sich durch geeignete Integrationsverfahren der Durchfluss.To ensure that inhomogeneities in the flow profile across the cross section do not distort the result, several measuring paths are provided which scan the flow profile at different points, i.e. at different distances from the sensor axis 60. The flow is determined from the individual results for the measuring paths using suitable integration methods.

Die oben beschriebene erfindungsgemäße Anordnung der Messpfade 30,32,34,36 wurde in Versuchsmessungen getestet. In den Messergebnissen zeigen sich dieThe arrangement of the measuring paths 30,32,34,36 described above was tested in experimental measurements. The measurement results show the

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besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Die Versuchsmessungen werden im Folgenden erläutert:special advantages of the device 10 according to the invention. The test measurements are explained below:

Es wurde in einer Rohrleitung mit einem Drallblech eine &ldquor;langlebige" Strömungsstörung erzeugt, wie sie typischerweise in Rohrleitungen, z.B. nach einer Krümmung oder einem T-Stück auftritt. Das Drallblech verursacht einen Drall (Wirbel) in der Strömung und damit nicht-axiale Strömungskomponenten, die sich über den gesamten Rohrdurchmesser erstreckten.A "long-lasting" flow disturbance was created in a pipeline with a swirl plate, as typically occurs in pipelines, e.g. after a bend or a T-piece. The swirl plate causes a swirl (vortex) in the flow and thus non-axial flow components that extended over the entire pipe diameter.

Dann wurde bei verschiedenen eingestellten Durchflüssen jeweils der Durchfluss von drei verschiedenen Messpfadanordnungen mit einer Referenzmessung verglichen.Then, at different set flow rates, the flow of three different measuring path arrangements was compared with a reference measurement.

Die erste Anordnung entsprach dem Stand der Technik, nämlich der aus der EP 0 125 845 B1 bekannten Anordnung, in der nämlich vier Messpfade vorgesehen sind, wobei jeweils zwei parallel verlaufend in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und diese Ebenen sich kreuzen und wobei jeweils benachbarte (in Richtung der Schnittlinie der Ebenen benachbarte) Messpfade nicht in derselben Ebene liegen.
20The first arrangement corresponded to the prior art, namely the arrangement known from EP 0 125 845 B1, in which four measuring paths are provided, two of which are arranged parallel in a common plane and these planes intersect each other and adjacent measuring paths (adjacent in the direction of the intersection line of the planes) are not located in the same plane.
20

Die zweite Anordnung war ähnlich wie die erste aufgebaut, jedoch lagen die beiden inneren Messpfade in einer Ebene und die beiden äußeren in einer anderen Ebene.The second arrangement was constructed similarly to the first, but the two inner measuring paths were in one plane and the two outer ones in another plane.

Die dritte Anordnung entsprach der Erfindung entsprechend der Zeichnung.The third arrangement corresponded to the invention according to the drawing.

In den Fig. 7 und 8 sind die Ergebnisse der Messungen dargestellt, wobei jeweils die prozentuale Abweichung der Messergebnisse der ersten, zweiten und dritten Anordnung von den Referenzmesswerten, gegen den Referenzdurchfluss aufgetragen sind. Die Kurven 90 entsprechen der ersten Anordnung, die Kurven 92 der zweiten Anordnung und die Kurven 94 der erfindungsgemäßen Anordnung. Den Messergebnissen aus Fig. 7 lag eine Strömung zugrunde, die mit einem Drallblech gestört wurde, das um einen Winkel von nur 5° verdreht war. Entsprechendes gilt für Fig. 8 mit einem Drallblech, das um einen Winkel von 10° verdreht war. DenThe results of the measurements are shown in Fig. 7 and 8, with the percentage deviation of the measurement results of the first, second and third arrangement from the reference measurement values plotted against the reference flow. Curves 90 correspond to the first arrangement, curves 92 to the second arrangement and curves 94 to the arrangement according to the invention. The measurement results from Fig. 7 were based on a flow that was disturbed by a swirl plate that was rotated by an angle of only 5°. The same applies to Fig. 8 with a swirl plate that was rotated by an angle of 10°.

• * · &diams; · &diams;• * · &diams; · &diams;

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Messergebnissen der Fig. 7 und 8 lagen also verschieden starke Störungen zugrunde.The measurement results in Fig. 7 and 8 were therefore based on disturbances of varying degrees.

Wie die Messergebnisse eindrucksvoll zeigen, weisen die Messergebnisse, die mit der erfindungsgemäßen Anordnung erzielt wurden, eine erheblich kleinere Abweichung von den Referenzwerten auf, als die Messergebnisse nach dem Stand der Technik. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist damit störungsunempfindlicher und kann exaktere Durchflussmessergebnisse liefern oder anders ausgedrückt, benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung kleinere Einlaufstrecken und ist damit vielseitiger einsetzbar.As the measurement results clearly show, the measurement results achieved with the arrangement according to the invention show a significantly smaller deviation from the reference values than the measurement results according to the prior art. The device according to the invention is therefore less susceptible to interference and can provide more precise flow measurement results or, in other words, the device according to the invention requires smaller inlet sections and is therefore more versatile.

Claims

1. Device for measuring the flow velocity and/or the flow rate of a fluid through a pipeline ( 13 ), with measuring bodies ( 20 , 22 , 24 , 26 ), which are each arranged in pairs in a pipe wall ( 18 ), each pair defining a measuring path ( 30 , 32 , 34 , 36 ), which in each case lies at an angle (α) not equal to 0° to a plane (E) which extends perpendicular to the longitudinal axis ( 60 ) of the pipeline ( 13 ), characterized in that all measuring paths ( 30 , 32 , 34 , 36 ) are arranged in a common plane (S).

2. Device for measuring the flow velocity and/or the flow of a fluid through a pipeline ( 13 ), with measuring bodies ( 20 , 22 , 24 , 26 ), which are each arranged in pairs in a pipe wall ( 18 ), each pair defining a measuring path ( 30 , 32 , 34 , 36 ), which in each case lies at an angle (α) not equal to 0° to a plane (E) which extends perpendicular to the longitudinal axis ( 60 ) of the pipeline ( 13 ), in particular according to claim 1, characterized in that all measuring paths ( 30 , 32 , 34 , 36 ) are arranged to run parallel to one another.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring paths ( 30 , 32 , 34 , 36 ) are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal axis ( 60 ) such that numerical integration methods can be applied.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an even number of measuring paths ( 30 , 32 , 34 , 36 ), preferably four, is provided.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring paths ( 30 , 32 , 34 , 36 ) are arranged symmetrically to a pipe center plane ().

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring bodies ( 20 , 22 , 24 , 26 ) can be fixed in receptacles ( 40 , 42 , 44 , 46 , 48 , 50 , 52 , 54 ) provided on two receiving surfaces ( 56 , 58 ).

7. Device according to claim 6, characterized in that the receiving surface normals (N) are parallel to the measuring path direction.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pipeline ( 13 ) having the measuring bodies ( 20 , 22 , 24 , 26 ) together with connecting flanges ( 14 and 16 ) forms a measuring sensor ( 12 ) which is designed in one piece.

9. Device according to claim 8, characterized in that the measuring sensor ( 12 ) is prefabricated in a casting process.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a signal evaluation unit ( 72 ) can be arranged on a side (70) of the pipeline ( 13 ) which is free of receiving surfaces.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring bodies can be covered with at least one cap ( 80 ), wherein the cap ( 80 ) preferably covers all measuring bodies on a receiving surface ( 56 or 58 ) together.