DE20108000U1 - Messvorrichtung zur elektrischen Erkennung von Fließgeschwindigkeiten flüssiger Medien in Hohlkörpern aller Art - Google Patents

Description

Beschreibung

Bei allen Prozessabläufen, die fließfähige Medien verarbeiten und die automatisch gesteuert werden, ist die Überwachung von Fließgeschwindigkeiten notwendig, beispielsweise um einen Trockenlaufschutz für im Prozess installierte Pumpen zu gewährleisten.

Der Stand der Technik zur elektrischen Erfassung von Strömungsgeschwindigkeiten flüssiger Medien ist folgender: Basierend auf dem sogenannten kalorimetrischen Messprinzip wird die Temperaturabführung aufgrund des Vorhandenseins einer Fließgeschwindigkeit ausgewertet, die um so größer ist, je schneller ein Medium fließt.

Die Mängel dieser kalorimetrischen Strömungssensoren liegen hauptsächlich in der langen Ansprechzeit der Messgeräte, die im Bereich mehrerer Sekunden liegen kann, sowie der direkte Einfluss von Temperaturänderungen innerhalb des fließenden Mediums auf das Messergebnis. Darüber hinaus ist eine Anpassung der Messgeräte auf das jeweilige Medium notwendig, das sogenannte Teach-In. Ungünstig ist hierbei außerdem der Zwang, Amplituden bzw. Verhältnisse von Amplituden auswerten zu müssen. Dies führt bei kleinen elektrischen Signalen, die bei geringen Fließgeschwindigkeiten auftreten, zu unsicheren Messergebnissen. Die geometrische Ausgestaltung des Strömungssensors muss insbesondere bei Einsätzen in der Lebensmittel- und der pharmazeutischen Industrie so ausgelegt sein, dass bei der Installation eine spalt-und totraumfreie prozessseitige Abdichtung gewährleistet ist.

Der im Schutzanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Strömungssensor zu schaffen, der die oben angeführten Mängel nicht aufweist.

Diese Aufgabenstellung wird mit den in den Schutzansprüchen 1 bis 5 aufgeführten Merkmalen erfüllt.

Der in dem Schutzanspruch 1 dargestellte Strömungssensor arbeitet unabhängig von der Erfassung von Temperaturen und weist somit die beschriebenen Mängel dieser Sensoren a priori nicht auf. Die Temperaturabhängigkeit der Ausbreitung von Ultraschallwellen ist im interessierenden Temperaturbereich von vernachlässigbarer Größe. Somit bleibt das Messergebnis dieses Sensors von Temperaturänderungen im Medium bei gleichbleibender Fließgeschwindigkeit unberührt. Aus diesem Grund kann auch auf eine Einstellung des Gerätes auf das Messmedium verzichtet werden.

Mit Hilfe einer geeigneten Auswerteelektronik können auch kleine Änderungen der Fließgeschwindigkeit messtechnisch erfasst werden, da Frequenzverschiebungen ejektrojechoisch. zuverlässig ausgewertet

werden können. Die Registrierung von Amplituden, die nur geringfügig aus dem immer vorhandenen Rauschuntergrund hervortreten, ist dagegen problematisch oder kann nur mit großem Aufwand aufbereitet werden.

Eine geeignete Erzeugung des Messwertes ist im Schutzanspruch 2 beschrieben.

Die Anwendung des Ultraschall-Doppler- Verfahrens in einem Aufnahmekörper für den Ultraschallsender, der bei allen Anwendungen in der Lebensmittel- und pharmazeutischen Industrie unbedenklich ist, liefert fließgeschwindigkeitsabhängige Frequenzverschiebungen gegenüber einer bekannten Sendefrequenz. Diese Frequenzverschiebungen treten in der Praxis ohne messbare zeitliche Verzögerungen auf und sind darüber hinaus unabhängig von der Art des Mediums. Somit kann sowohl auf eine Empfindlichkeitseinstellung als auch auf einen Abgleich auf das zu überwachende Medium verzichtet werden.

Eine hilfreiche Maßnahme zur Erzeugung eines zuverlässigen Messwertes ist im Schutzanspruch 3 wiedergegeben.

Zur sicheren Ausblendung von Undefinierten Störreflexionen ist es zweckmäßig, sich auf ein zeitliches Messfenster zu beschränken, das günstigerweise so gelegt wird, dass nur in diesem Zeitfenster plausible, in der Praxis tatsächlich vorkommende Signale empfangen werden. Alle anderen Signale werden verworfen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 4 dargestellt.

Der Strömungssensor mit dem als Dichtkonus (2) ausgebildeten Sensorkörper (3) wird in eine Muffe, die im Hohlkörper befestigt ist, eingeschraubt. Diese Muffe verfügt über eine Schneidkante (6). Die Einschraubtiefe ist so bemessen, dass bei vollständigem Einschrauben eine Abdichtung zum Prozess in der Art erfolgt, dass die Schneidkante (6) elastisch verformt wird. Dadurch wird eine totraumfreie, spaltfreie Abdichtung zum Messmedium erreicht.

Eine weitere Aufgabenstellung wird mit dem Schutzanspruch 5 erfüllt.

Beim Eindrehen in die Muffe kommt der Sensor aufgrund der gewählten Geometrie über den Anschlag des Dichtkonus (2) in der Muffe in einer festgelegten beziehungsweise festlegbaren Position zum Stehen, so dass zwei Ziele gleichzeitig erreicht werden. Zuerst wird eine seitlich angebrachte Kabelzuführung (5) zum Sensor reproduzierbar ausgerichtet. Ausserdem kann es je nach Ausgestaltung des Sensors

notwendig sein, den Ultraschall-Sender (1) zur Fließrichtung des Messmediums ausrichten. Diese
Ausrichtung kann mit dieser Gestaltung erreicht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung Fig 1 und Fig 2 erläutert.

Die Zeichnung Fig 1 veranschaulicht eine mögliche Ausführung des Strömungssensors mit
Aufnahmekörper (3) für den Ultraschall-Sender und Ultraschall-Empfänger (1). Der Aufiiahmekörper (3) ist als Konus (2) ausgestaltet. Der zylinderförmige Kopf (4) beinhaltet die komplette Auswerteelektronik.

Die Zeichnung Fig 2 zeigt eine geeignete Muffe zum Einbau des Sensors. An der unteren Seite ist die
Schneidkante (6) dargestellt, die beim Eindrehen des Sensors durch den Konus (2) elastisch verformt wird und auf diese Weise eine spaltfreie Abdichtung bildet.

Claims (5)

1. Messvorrichtung zur elektrischen Erkennung von Fließgeschwindigkeiten flüssiger Medien in Hohlkörpern aller Art, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung der Fließgeschwindigkeit ohne Temperaturmessungen, sondern mit Ultraschall erfolgt, wobei der Ultraschallsender in einen Körper eingebettet ist, der bei allen Anwendungen in der Lebensmittel- und pharmazeutischen Industrie unbedenklich ist.

2. Messvorrichtung zur elektrischen Erkennung von Fließgeschwindigkeiten flüssiger Medien in Hohlkörpern aller Art nach Schutzanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die elektrische Auswertung nicht über Amplituden von Signalen, sondern auf der Basis des Ultraschall-Doppler-Verfahrens über Frequenzverschiebungen bezüglich einer Referenzfrequenz, beispielsweise der Sendefrequenz. Diese Frequenzverschiebung tritt abhängig von der Fließgeschwindigkeit des Mediums auf. Hierbei ist weder eine Einstellung der Empfindlichkeit notwendig noch ist ein Abgleich auf das Medium erforderlich.

3. Messvorrichtung zur elektrischen Erkennung von Fließgeschwindigkeiten flüssiger Medien in Hohlkörpern aller Art nach Schutzanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass eine wirkungsvolle Unterdrückung von Störungen durch Definition eines plausiblen zeitlichen Echo- Empfangsfensters erfolgt.

4. Messvorrichtung zur elektrischen Erkennung von Fließgeschwindigkeiten flüssiger Medien in Hohlkörpern aller Art nach Schutzanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Ultraschall-Sende- und Empfängereinheit in einem Körper integriert ist, der gleichzeitig als Dichtkonus für eine elastische Dichtung mit einer Schneidkante dient. Daraus resultiert eine totraumfreie, spaltfreie Abdichtung des Sensors zum Prozess hin.

5. Messvorrichtung zur elektrischen Erkennung von Fließgeschwindigkeiten flüssiger Medien in Hohlkörpern aller Art nach Schutzanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Ausrichtung des kompletten Strömungssensors und folglich auch eine eventuell notwendige Ausrichtung des Ultraschall-Senders beziehungsweise des Ultraschall-Empfängers zur Fließrichtung des Mediums über den Anschlag des Dichtkonus in der Einbaumuffe definiert ist. Mit Hilfe dieses Merkmals kann ebenfalls die Position einer seitlich am Strömungssensor angebrachten Kabelzuführung festgelegt werden.