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Technisches Gebiet
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Ultraschall-Durchflussmesser werden im Automobilbereich, insbesondere im Ansaugtrakt von Verbrennungsmotoren, zur Volumenstrom- oder Massenstrommessung eingesetzt. Dabei werden typischerweise Ultraschallwandler eingesetzt, welche sowohl Ultraschallwellen in ein fluides Medium (Fluid) emittieren können als auch Ultraschallwellen empfangen können. Dabei wird die Laufzeit von Ultraschallsignalen, welche von einem Emitter zu einem Empfänger übermittelt werden, durch die Strömung des Fluids beeinflusst. Aus dem Grad der Beeinflussung der Laufzeit lässt sich auf die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids schließen.
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Stand der Technik
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Aus der
GB 2 101 318 A ist ein Ultraschall-Durchflussmesser bekannt, bei welchem zwei Ultraschallwandler auf gegenüberliegenden Seiten eines von einem Fluid durchströmten Rohres angebracht sind. Dabei sind die Wandler leicht versetzt zueinander angeordnet, so dass Ultraschallwellen, welche von einem Wandler emittiert und von dem zweiten Wandler empfangen werden, sich unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Strömungsrichtung des Fluids ausbreiten.
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Neben der in der
GB 2 101 318 A beschriebenen Anordnung sind auch Ultraschall-Durchflussmesser bekannt, bei welchen Ultraschallwellen, welche von einem Ultraschallwandler emittiert werden, zunächst ein- oder mehrfach reflektiert werden, bevor sie von einem zweiten Ultraschallwandler, welcher auf der selben Seite des durchströmten Rohres angeordnet ist wie der erste Ultraschallwandler, empfangen werden. Derartige Anordnungen sind beispielsweise in der
EP 0 477 418 A1 , in der
GB 1 541 419 A und in der
JP 59100820 A beschrieben. In der
EP 0 477 418 A1 ist dabei eine aus zwei Ultraschallwandlern und einer Reflektoranordnung bestehende Einheit in eine zusammenhängende Einbaueinheit integriert, welche in ein Messrohr eingebaut werden kann.
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Das Funktionsprinzip dieser dem Stand der Technik entsprechenden Messanordnungen ist in 1 dargestellt. Dabei wird ein Strömungsrohr 110 von einem Fluid 112, beispielsweise Luft, im Wesentlichen laminar mit einer Strömungsgeschwindigkeit v →FL 114 durchströmt.
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Zwei Ultraschallwandler 116 und 118 sind derart auf gegenüberliegenden Seiten des Strömungsrohrs 110 angeordnet, dass der erste Ultraschallwandler 116 Ultraschallwellen emittieren kann, welche vom zweiten Ultraschallwandler 118 empfangen werden können, wobei diese Ultraschallwellen sich mit einer Geschwindigkeit v →UL 120 unter einem von 90° verschiedenen Winkel α zur Strömungsgeschwindigkeit 114 ausbreiten. In der dargestellten Anordnung breiten sich die Ultraschallwellen vom Ultraschallwandler 116 zum Ultraschallwandler 118 aufgrund der Bewegung des Fluids 112 mit der Geschwindigkeit 114 mit einer gegenüber einem unbewegten Fluid 112 erhöhten Geschwindigkeit vUL,1 aus: vUL,1 = vUL + vFL·cosα (1)
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Dabei bezeichnet vUL die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen in einem unbewegten Fluid. Werden hingegen Ultraschallwellen vom Ultraschallwandler 118 emittiert und vom Ultraschallwandler 116 empfangen, so breiten sich diese Wellen mit einer gegenüber der Ausbreitungsgeschwindigkeit vUL im unbewegten Fluid 112 verringerten Geschwindigkeit vUL,2 aus: vUL,2 = vUL – vFL·cosα (2)
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Vergleicht man eine Laufzeit t
1, welche ein Signal vom Ultraschallwandler
116 zum Ultraschallwandler
118 benötigt mit einer Laufzeit t
2, welche ein Ultraschallsignal vom Ultraschallwandler
118 zum Ultraschallwandler
116 benötigt, so lässt sich daraus die Strömungsgeschwindigkeit v
FL 114 des Fluids bestimmen:
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Eine analoge Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit v
FL lässt sich auch für Reflexionsanordnungen, wie sie beispielsweise in der
EP 0 477 418 A1 beschrieben sind, durchführen.
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Die im Stand der Technik beschriebenen Anordnungen weisen jedoch alle das Problem auf, dass der Winkel α in 1 für eine erfolgreiche Strömungsmessung genügend klein, zumindest aber wesentlich kleiner als 90° sein muss. Daraus ergibt sich das Problem, dass die Oberflächen der Ultraschallwandler 116, 118 sich nicht wandbündig in die Innenfläche des Strömungsrohres 110 einpassen lassen. Es ergeben sich also Ausbuchtungen 122 des Strömungsrohrs 110 im Bereich der Ultraschallwandler 116, 118, welche Turbulenzen und Strömungsablösungen zur Folge haben. Diese Turbulenzen bewirken Druckschwankungen und können zu störenden Signalbeiträgen führen, die den eigentlichen Ultraschallsignalen als Rauschen überlagert sind.
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Ein weiterer Nachteil dieser Turbulenzen und Strömungsablösungen besteht darin, dass sich in den Turbulenzbereichen in dem strömenden Medium enthaltene Verschmutzungen oder Partikel, wie zum Beispiel Staub, Öl- oder Wassertröpfchen, bevorzugt niederschlagen. Eine mögliche Abhilfemöglichkeit liegt darin, keilförmige Anpassungskörper einzusetzen, welche die Ausbuchtungen 122 des Strömungsrohrs 110 ausfüllen, aber durchlässig sind für Ultraschallwellen. Nachteilig ist hierbei allerdings, dass die Schichtdicke der keilförmigen Anpassungskörper über den Querschnitt eines emittierten Ultraschallbündels variiert. Dadurch wird eine Resonanzanpassung zur effizienten Ultraschalleinkopplung in das strömende Medium erschwert. Weiterhin reagiert ein solcher Aufbau empfindlich auf Körperschalleinkopplungen im Strömungsrohr 110.
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Aus der
US 6,748,811 B1 ist ein Ultraschalldurchflussmesser mit zwei Ultraschallwandlern bekannt, die in einem Winkel zur Hauptströmungsrichtung angeordnet sind. Strömungsregulierende Bauteile sind stromaufwärts der Ultraschallwandler angeordnet.
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Aus der
US 6,189,389 B1 ist ein Ultraschalldurchflussmesser mit zwei Ultraschallwandlern bekannt, die in einem Winkel zur Hauptströmungsrichtung angeordnet sind.
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Darstellung der Erfindung
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Die Erfindung schlägt daher einen Ultraschall-Durchflussmesser zur Messung des Volumenstroms und/oder des Massenstroms eines Fluids vor, welcher insbesondere im Ansaugtrakt eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors eingesetzt werden kann.
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Die Erfindung basiert auf einem dem Stand der Technik entsprechenden Ultraschall-Durchflussmesser zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit eines mit einer Hauptströmungsrichtung im Wesentlichen laminar strömenden Fluids. Dabei werden mindestens zwei Ultraschallwandler eingesetzt, wobei die Ultraschallwandler unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Hauptströmungsrichtung Ultraschallwellen in das strömende Fluid emittieren bzw. Ultraschallwellen empfangen können. Mindestens ein Turbulator wird in Hauptströmungsrichtung vor mindestens einem der Ultraschallwandler angeordnet, wobei dieser Turbulator in mindestens einem an den mindestens einen Ultraschallwandler angrenzenden Bereich des Fluids Längswirbel erzeugt, wobei der mindestens eine Bereich des Fluids, in dem der mindestens eine Turbolator Längswirbel erzeugt, mindestens eine Ausbuchtung eines Strömungsrohrs ganz oder teilweise umfasst, wobei die mindestens eine Ausbuchtung des Strömungsrohrs eine abgerundete Kante aufweist.
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Bei diesen Turbulatoren kann es sich beispielsweise um Strömungsrillen, Keile und/oder Stufungen, sowie um Kombinationen dieser Elemente handeln. Vorteilhafterweise sind diese Elemente quer zur Hauptströmungsrichtung ein- oder mehrfach unterbrochen.
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Der erfindungsgemäße Einsatz der Turbulatoren in der Umgebung der Ultraschallwandler bewirkt eine Bildung von Wirbeln, welche Ablösezonen in den konstruktionsbedingten Rohrausbuchtungen nahe der Ultraschallwandler verkleinern oder stabilisieren. Die lokale Erzeugung von Turbulenzen bewirkt dabei, dass sich die Strömung insgesamt besser an die Konturen des Ultraschall-Durchflussmessers anpasst, wodurch aerodynamisch verursachte Störsignale reduziert werden. Das Strömungsmesssignal wird dadurch wesentlich genauer. Dieser Effekt kann zusätzlich noch durch eine geeignete Ausformung der Ausbuchtungen, insbesondere durch Ausbildung abgerundeter Kanten an den Ausbuchtungen, verstärkt werden.
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Die Erfindung lässt sich sowohl auf lineare Anordnungen, wie sie beispielsweise in der
GB 2 101 318 A beschrieben sind, als auch auf Reflexionsanordnungen, wie beispielsweise in der
EP 0 477 418 A1 dargestellt, anwenden. Auch eine vollständige oder teilweise Integration der Anordnung in einen Steckfühler, welcher in ein Strömungsrohr einsetzbar ist, ist möglich und erleichtert die praktische Einsetzbarkeit und Austauschbarkeit des Ultraschall-Durchflussmessers. Insbesondere kann auch eine elektronische Steuervorrichtung zum Ansteuern und/oder Auslesen mindestens eines Ultraschallwandlers in den Steckfühler integriert werden. Die elektronische Steuervorrichtung zum Auslesen mindestens eines Ultraschallwandlers kann beispielsweise eine Elektronik zum Vorverarbeiten empfangener Signale beinhalten. Auch entsprechende elektronische Steckverbindungen zum Kontaktieren des Steckfühlers können integriert sein. Weiterhin kann mindestens ein eine Reflexionsfläche aufweisender Reflexionskörper in den Steckfühler integriert sein, wodurch sich beispielsweise eine der oben beschriebenen Reflexionsanordnungen verwirklichen lässt. Vorteilhafterweise wird dabei der mindestens eine Reflexionskörper derart in das Strömungsrohr eingesteckt, dass Fluid auf beiden Seiten der Reflexionsfläche an dem Reflexionskörper entlang strömen kann. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass, wenn der Reflexionskörper nicht an der Wand des Strömungsrohrs anliegt, in der Strömung eventuell enthaltene Wassertröpfchen sich vor dem Durchströmen des Steckfühlers als Wandfilm am Strömungsrohr niederschlagen, wobei der Wandfilm dann durch das Strömungsrohr fließen kann, ohne die Reflexionsfläche zu benetzen bzw. zu verschmutzen und somit die Reflexion zu stören.
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Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 einen schematischen Aufbau einer Anordnung zur Ultraschall-Durchflussmessung;
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2 eine Schnittdarstellung eines Teils einer Ausführungsform einer Anordnung zur Ultraschall-Durchflussmessung mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung;
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3 eine Ansicht der Anordnung gemäß 2 von unten;
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4 eine zur Anordnung gemäß 2 analoge, dem Stand der Technik entsprechende Anordnung ohne Turbulatoren;
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5 eine Darstellung der Wirbelbildung in der Anordnung gemäß den 2 und 3 in Seitenansicht;
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6 eine Darstellung der Wirbelbildung gemäß 5 in Ansicht von unten;
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7 ein zur Anordnung gemäß 2 alternatives Ausführungsbeispiel mit unterschiedlich angeordneten Turbulatoren und umgekehrter Hauptströmungsrichtung in Schnittdarstellung mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung;
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8 eine Ansicht der Anordnung gemäß 7 von unten;
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9 eine Ausführungsform eines mit Turbulatoren ausgestatteten, in einen Steckfühler integrierten Ultraschall-Durchflussmessers in Schnittdarstellung mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung;
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10 einen Teil einer zu 2 alternativen Ausgestaltung eines Ultraschall-Durchflussmessers mit Strömungsrillen in Schnittdarstellung mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung;
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11 eine Ansicht der Anordnung gemäß 10 von unten; und
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12 eine zu 10 alternative Ausführungsform mit einer abgerundeten Kante.
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Ausführungsvarianten
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Das Prinzip der Ultraschall-Durchflussmessung wurde bereits oben anhand der 1 erläutert. Dabei können beispielsweise lineare Anordnungen (wie in 1) oder auch Reflexionsanordnungen zum Einsatz kommen. In den 2 und 3 ist ein Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Ultraschall-Durchflussmessers dargestellt. Der Ausschnitt umfasst nur einen Bereich um einen Ultraschallsensor 116, welcher in eine Wand eines Strömungsrohrs 110 eingelassen ist. Das Strömungsrohr 110 wird von einem Fluid 112 mit einer Hauptströmungsrichtung 210, welche parallel zur Strömungsgeschwindigkeit 114 verläuft, durchströmt. Wie bereits anhand von 1 erläutert, bildet sich vor dem Ultraschallsensor 116 eine Ausbuchtung 122, innerhalb derer Ablösegebiete der Strömung des Fluids 112 auftreten.
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Wie in der Schnittdarstellung mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung 210 in 2 und in der Ansicht von unten gemäß 3 dargestellt, sind bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform Turbulatoren 212 in Strömungsrichtung vor der Ausbuchtung 122 an der Wand des Strömungsrohrs 110 angeordnet. In diesem Fall weisen die Turbulatoren 212 fünf ebene Blättchen mit keilförmigem Querschnitt auf, welche äquidistant an der Wand des Strömungsrohrs 110 angeordnet sind und in die Strömung des Fluids 112 hineinragen. Dabei ist jeweils die Spitze des keilförmigen Querschnitts vom Ultraschallwandler 116 abgewandt, wohingegen die breitere Seite jedes Turbulators 212 den Ultraschallwandler 116 zugewandt ist.
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Die Wirkungsweise der Turbulatoren 212 soll anhand der 4 bis 6 erläutert werden. Dabei entspricht die 5 der 2 und die 6 der 3. 4 zeigt eine zu 5 analoge Schnittdarstellung mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung 210, wobei jedoch, entsprechend dem Stand der Technik, keine Turbulatoren 212 eingesetzt werden.
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Wie in 4 dargestellt, bilden sich im Bereich der Ausbuchtung 122 des Strömungsrohrs 110 bei einer Ausführung ohne Turbulatoren 212 jeweils relativ große Wirbelbereiche 410 aus, welche wiederum im Bereich der Ausbuchtungen 122 zu großen Ablösegebieten 412 der Strömung des Fluids 112 führen. Diese Ablösegebiete 412 können äußerst instabil sein und ständig ihre Ausdehnung quer zur Hauptströmungsrichtung 210 ändern. Dies führt zu starken lokalen Druckschwankungen, welche vom Ultraschallwandler 116 als störender Signaluntergrund detektiert werden.
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Bei Verwendung von Turbulatoren 212 hingegen, wie in den 5 und 6 dargestellt, bilden sich aufgrund der quer zur Hauptströmungsrichtung 210 verlaufenden Unterbrechungen durch die Turbulatoren 212 Längswirbel 510 aus. Diese Längswirbel 510 bewirken einen stärkeren Impulsaustausch zwischen dem Ablösegebiet 412 und der restlichen Strömung des Fluids 112. Dadurch wird das Ablösegebiet 412 in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 5 und 6 stark verkleinert. Weiterhin wird das Ablösegebiet 412 in seiner Ausdehnung quer zur Hauptströmungsrichtung 210 stabilisiert, so dass der störende Signaluntergrund aufgrund der lokalen Druckschwankungen vor dem Ultraschallwandler 116 verringert wird. Gleichzeitig legt sich die Strömung (in 5 symbolisch dargestellt durch die Strömungslinie 512) besser an die Wand des Strömungsrohrs 110 und an die Wand der Ausbuchtung 122 an. Dadurch wird die Amplitude der Druckschwankungen vor dem Ultraschallwandler 116 und damit verbundene Störsignale erheblich reduziert und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Ultraschalldurchflussmessung erheblich verbessert.
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In den 2, 3, 5 und 6 sind die Turbulatoren 212 keilförmig (d. h. als ebene Blättchen mit keilförmigem Querschnitt) ausgebildet. Es sind jedoch auch weitere Ausgestaltungen der Turbulatoren 212 denkbar. So lassen sich beispielsweise auch rechteckige, vieleckige oder gerundete Querschnittsgeometrien der Turbulatoren 212 einsetzen. Weiterhin lassen sich anstelle von ebenen Blättchen auch nicht-ebene Geometrien einsetzen (z. B. Pyramiden oder ähnliche dreidimensionale Gebilde). Vorteilhaft ist dabei jedoch, wenn die Turbulatoren 212, wie im Ausführungsbeispiel gemäß den 2, 3, 5 und 6, eine möglichst periodische Strukturierung senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 210 des Fluids 112 aufweisen. Hierdurch werden bevorzugt stabile Längswirbel 510 erzeugt. Darüber hinaus können alternativ oder zusätzlich auch Teile der Turbulatoren 212 als Lamellen oder Leitschaufeln bzw. Leitflügel in Hauptströmungsrichtung 210 ausgebildet sein.
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Die 7 und 8 zeigen eine Schnittdarstellung mit Schnittebene parallel zur Hauptströmungsrichtung 210 bzw. eine Ansicht von unten einer weiteren Ausführungsform eines Teils eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflussmessers. Grundsätzlich entspricht die Anordnung gemäß den 7 und 8 der Anordnung beispielsweise gemäß 5, jedoch wird in diesem Fall die Anordnung vom Fluid 112 in entgegengesetzter Richtung durchströmt, so dass die Hauptströmungsrichtung 210 in diesem Ausführungsbeispiel von rechts nach links verläuft. Somit entspricht dieser Ausschnitt beispielsweise einem Ausschnitt um den Ultraschallsensor 118 in 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist also, im Vergleich zum Ausführungsbeispiel zum Beispiel gemäß 5, eine Mehrzahl von Turbulatoren 212 auf der entgegengesetzten Seite des Ultraschallsensors 118 an der Wand des Strömungsrohrs 110 angebracht. Die Turbulatoren 212 haben dabei ebenfalls keilförmige Gestalt, sind periodisch angeordnet und weisen mit ihrer Spitze entgegen der Hauptströmungsrichtung 210. Wiederum sind, analog zum oben genannten Ausführungsbeispiel, wiederum andere Ausführungsformen der Turbulatoren 212 denkbar.
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Die Wirkungsweise der Turbulatoren 212 ist analog zur Wirkungsweise gemäß dem oben genannten Ausführungsbeispiel. Wiederum bilden sich Längswirbel 510 aus, welche das Ablösegebiet 412 innerhalb der Ausbuchtung 122 vor dem Ultraschallwandler 118 verringern. Weiterhin legt sich die Strömung des Fluids 112, wiederum symbolisiert durch die Strömungslinie 512 in 7, besser an die Wand des Strömungsrohrs 110 und der Ausbuchtung 122 an.
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In einem Ultraschall-Durchflussmesser lassen sich sowohl Anordnungen gemäß dem in den 2, 3, 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel einsetzen als auch Anordnungen gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 und 8. So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, Turbulatoren 212 in Hauptströmungsrichtung 210 jeweils vor und hinter einer Ausbuchtung 122 eines Ultraschallwandlers 118 anzuordnen. Auf diese Weise kann beispielsweise auch auf eine Umkehr der Hauptströmungsrichtung 210 reagiert werden, wodurch beispielsweise auch Massen- bzw. Volumenströme von Rückströmungen eines Verbrennungsmotors mit ein- und derselben Anordnung gemessen werden können.
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In 9 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Ultraschall-Durchflussmessers 910 dargestellt. Hierbei wird keine diagonale Messanordnung wie beispielsweise gemäß 1 eingesetzt, sondern eine Reflexionsanordnung. Dabei werden Ultraschallwellen 912 zwischen zwei Ultraschallwandlern 116 und 118 ausgetauscht, welche in diesem Beispiel an einer Reflexionsfläche 914 reflektiert werden. In Verallgemeinerung dieses Prinzips können auch mehrere Reflexionsflächen 914 und entsprechend eine Mehrfachreflexion eingesetzt werden.
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Auch im Fall einer derartigen Reflexionsanordnung ergeben sich Ausbuchtungen 122 vor den Ultraschallwandlern 116 und 118. In dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Ausbuchtungen 122 zu einer einzigen Ausbuchtung verschmolzen. Auch in diesem Beispiel können Turbulatoren 212 vorteilhaft eingesetzt werden.
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In dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Komponenten des Ultraschall-Durchflussmessers 910 in einen Steckfühler 916 integriert. Der Steckfühler 916 umfasst die beiden Ultraschallwandler 116 und 118, einen zwischen diesen Ultraschallwandlern 116, 118 liegenden Bauraum 918, sowie einen Reflexionskörper 920, welcher mit der Reflexionsfläche 914 versehen ist. Der Bauraum 918 kann beispielsweise für die Integration einer elektronischen Anschlussvorrichtung und/oder einer elektronischen Steuervorrichtung des Ultraschall-Durchflussmessers 910 genutzt werden. Dadurch werden die elektronische Anschluss- und die elektronische Steuervorrichtung Bestandteile des Steckfühlers 916. Somit kann beispielsweise eine Signalverarbeitung der Signale des Ultraschall-Durchflussmessers 910 bereits ganz oder teilweise im Steckfühler 916 erfolgen.
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Weiterhin weist der Steckfühler 916 eine Halterung 922 auf, welche die einzelnen Komponenten miteinander verbindet und zueinander ausgerichtet hält. auch die Turbulatoren 212 werden in diesem Ausführungsbeispiel durch die Halterung 922 des Steckfühlers 916 fixiert und bilden somit einen integralen Bestandteil des Steckfühlers 916.
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Der Reflexionskörper 920 ist derart im Strömungsrohr 110 angeordnet, dass er von der Wand des Strömungsrohrs 110 beabstandet ist und somit auf beiden Seiten von Fluid 112 umströmt werden kann. Diese Beabstandung zwischen Strömungsrohr 110 und dem Reflexionskörper 920 lässt es zu, dass in der Strömung eventuell enthaltene Wasserströpfchen oder andere Verunreinigungen sich vor dem Durchströmen des Ultraschall-Durchflussmessers 910 als Wandfilm 924 an der Wand des Strömungsrohrs 110 niederschlagen können. Dieser Wandfilm 924, bzw. die darin enthaltene Flüssigkeit, kann durch das Strömungsrohr 110 fließen, ohne die Reflexionsfläche 914 zu benetzen und die Reflexion der Ultraschallwellen 912 zu stören. Die beschriebene Vorrichtung mit dem Steckfühler 916 hat also gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen bezüglich der Störanfälligkeit durch Flüssigkeiten und Verunreinigungen erhebliche Vorteile.
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Die Halterung 922 des Steckfühlers 916 kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass sie der Strömung des Fluids 112 möglichst wenig Strömungswiderstand bietet. Weiterhin kann die Halterung 922 derart ausgestaltet sein, dass der Reflexionskörper 920 gemeinsam mit der Halterung 922 eine wannenartig geformte Einheit bildet. Diese Einheit kann beispielsweise zusätzlich mehrere Öffnungen aufweisen, über welche Fluid 112 außerhalb des Steckfühlers 916 mit Fluid 112 innerhalb des Steckfühlers 916 in Verbindung steht. Der Reflexionskörper 920 kann dabei eben oder auch gekrümmt ausgestaltet sein, beispielsweise um eine Bündelung der Ultraschallwellen 912 zu bewirken.
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Analog zu den oben genannten Ausführungsbeispielen können auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 alternative Arten von Turbulatoren 212 eingesetzt werden. Auch zusätzliche Turbulatoren 212 lassen sich an verschiedenen Stellen des Steckfühlers 916 anbringen, beispielsweise (zum Beispiel über eine zusätzliche Halterung) zwischen den Ultraschallwandlern 116 und 118.
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Statt der in den oben gezeigten Ausführungsbeispielen eingesetzten Turbulatoren 212, welche in die Strömung des Fluids 112 hineinragen, können beispielsweise auch Strömungsrillen in Hauptströmungsrichtung 210 des Fluids 112 eingesetzt werden. Derartige Ausführungsbeispiele sind in den 10, 11 und 12 dargestellt. Dabei zeigen wiederum die 10 und 12 Schnittdarstellungen eines Bereichs der Ausführungsbeispiele mit Schnittebenen parallel zur Hauptströmungsrichtung 210. 11 hingegen zeigt eine Ansicht des in 10 dargestellten Bereiches von unten.
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In diesen Ausführungsbeispielen sind in Hauptströmungsrichtung 210 vor den Ultraschallwandlern 116 in die Wand des Strömungsrohrs 110 Strömungsrillen 1010 eingelassen. Bei diesen Strömungsrillen 1010 handelt es sich um Vertiefungen in der Wand des Strömungsrohrs 110, welche sowohl in der Zeichenebene gemäß den 10 und 12 als auch in der Zeichenebene senkrecht dazu gemäß 11 keilförmige Gestalt aufweisen. Wiederum sind diese Strömungsrillen 1010 senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 210 des Fluids 112 periodisch angeordnet, wobei jeweils die Spitze der keilförmigen Strömungsrillen 1010 der Hauptströmungsrichtung 210 entgegenweist. Der periodische Verlauf der Strömungsrillen 1010 bewirkt, analog zu den oben dargestellten Ausführungsbeispielen, wieder eine Ausbildung von Längswirbeln 510 in der Ausbuchtung 122 vor dem Ultraschallwandler 116 (siehe z. B. 5). Wiederum wird, analog zu den oben dargestellten Ausführungsbeispielen, hierdurch die Messgenauigkeit stark verbessert.
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Auch alternative Ausgestaltungen von Strömungsrillen sind möglich, beispielsweise Strömungsrillen mit abgerundeten Wänden, solange diese Strömungsrillen ebenfalls den Effekt einer Ausbildung von Längswirbeln haben. Auch eine Kombination von Strömungsrillen mit in die Strömung des Fluids 112 hineinragenden Turbulatoren 212, beispielsweise gemäß einem der oben genannten Ausführungsbeispiele, sind denkbar.
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Weiterhin ist, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 12 dargestellt, auch die Kombination von Strömungsrillen 1010 (bzw. auch in die Strömung hineinragenden Turbulatoren 212) mit speziell ausgestalteten Ausbuchtungen 122 möglich. In diesem Ausführungsbeispiel verfügt die Wand des Strömungsrohrs 110 im Bereich der Ausbuchtung 122 über eine abgerundete Kante 1210. Diese abgerundete Kante 1210 bewirkt einen gleichmäßigeren Strömungsverlauf im Bereich der Ausbuchtung 122 und somit eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit des Ultraschall-Durchflussmessers 910. Auch andere Ausgestaltungen der Wandform des Strömungsrohrs 110 im Bereich der Ausbuchtungen 122 sind denkbar, beispielsweise eine Verlängerung der Ausbuchtung 122 über die Ausdehnung des Ultraschallwandlers 116 hinaus. Vorteilhaft ist dabei jedoch jeweils die Einbeziehung mindestens einer abgerundeten Kante 1210, welche einen gleichmäßigeren Strömungsverlauf bewirkt.
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Bezugszeichenliste
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- 110
- Strömungsrohr
- 112
- Fluid
- 114
- Strömungsgeschwindigkeit
- 116
- erster Ultraschallwandler
- 118
- zweiter Ultraschallwandler
- 120
- Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwandler
- 122
- Ausbuchtung
- 210
- Hauptströmungsrichtung
- 212
- Turbulatoren
- 410
- Wirbelbereich
- 412
- Ablösegebiete
- 510
- Längswirbel
- 512
- Strömungslinie
- 910
- Ultraschall-Durchflussmesser
- 912
- Ultraschallwellen
- 914
- Reflexionsfläche
- 916
- Steckfühler
- 918
- Bauraum für elektronische Anschlussvorrichtung
- 920
- Reflexionskörper
- 922
- Halterung
- 924
- Wandfilm
- 1010
- Strömungsrillen
- 1210
- abgerundete Kante