DE69505000T2

DE69505000T2 - Ultraschalldurchflussmesser zur messung einer flüssigkeitsvolumenmenge mit verbesserten akustischen eigenschaften

Info

Publication number: DE69505000T2
Application number: DE69505000T
Authority: DE
Inventors: Bao Tuan F-92160 Antony Huang; Gabriel F-78640 Villiers-Saint-Frederic Marquette
Original assignee: Schlumberger SA
Current assignee: Schlumberger SA
Priority date: 1994-08-23
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2015-08-05
Also published as: ATE171541T1; EP0777852A1; US5907099A; FR2724016B1; EP0777852B1; AU3168295A; WO1996006333A1; DE69505000D1; FR2724016A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ultraschallmessung einer volumenbezogenen Menge eines Fluids, die es ermöglicht, die Anzahl von sich ausbreitender Akustikmoden zu begrenzen und die Linearität der Kalibrierungskurve der Vorrichtung zu verbessern.
Die Verwendung von Ultraschallwandlern zum Messen einer volumenbezogenen Menge eines in eine Leitung strömenden Fluids ist wohlbekannt.
Herkömmlicherweise sind die Ultraschallwandler in der Fluidströmung voneinander entfernt, wobei sie untereinander eine Ultraschallmeßstrecke bilden, und sie sind beispielsweise gegenüber angeordnet und nach der Längsrichtung der Strömung ausgerichtet oder auch in einer der Wände der Leitung angebracht. Die Wandler senden und empfangen abwechselnd Ultraschallsignale, die sich in der Fluidströmung ausbreiten, und elektronische Mittel sind vorgesehen, um die volumenbezogene Fluidmenge zu bestimmen, die in die Leitung strömt, und zwar ausgehend von Messungen wenigstens einer die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallsignale in der Fluidströmung charakterisierenden physikalischen Größe.
Eine solche physikalische Größe ist beispielsweise die Ausbreitungszeit der Ultraschallsignale oder die Phase dieser Signale. Ebenso ist bekannt, daß die Vorrichtungen, die diesen Typ von Messungen durchführen, Meßfehlern unterliegen, die sich in mangelnder Meßgenauigkeit und in der Nichtlinearität der Kalibrierungskurve dieser Vorrichtungen bemerkbar machen.
Diese Fehler sind zum großen Teil der Ausbreitung der Ultraschallwellen in der Fluidströmung nach zahlreichen anderen Akustikmoden als dem flachen Modus zuzuschreiben, die parasitäre Phasenverschiebungen einführen.
Die internationale Anmeldung WO93/00570 schlägt ein Verfahren vor, um diese Fehler zu reduzieren, und basiert auf einer Über tragungstechnik für Wellenpakete, nach der alle vier Wellenpakete bezüglich der vorhergehenden Pakete umgekehrt sind, um die Ausbreitungswirkungen der höheren Moden in der Leitung aufzuheben.
Dieses Verfahren ist zwar wirkungsvoll, es weist aber nichtsdestoweniger den Nachteil auf, daß es unter dem Gesichtspunkt der Signalverarbeitung und der zugehörigen Elektronik kompliziert zu verwalten ist und einen nicht zu vernachlässigenden Energieverbrauch erfordert.
Die internationale Anmeldung WO94/09342 beschreibt eine Vorrichtung zur Ultraschallmessung, bei der zwei Ultraschallwandler in Richtung der Fluidströmung vom Eingang bis zum Ausgang der Vorrichtung voneinander entfernt sind und die Mittel aufweist, um die Ausbreitungszeit von Ultraschallsignalen zwischen den beiden Wandlern zu messen. Diese Vorrichtung definiert mehrere, zueinander parallele Durchgänge für die Fluidströmung, wobei jeder Durchgang derart dimensioniert ist, daß er eine Grenzfrequenz aufweist, die für die Ausbreitung der Welle nach dem flachen Modus charakteristisch ist, die über der Ultraschallübertragungsfrequenz liegt, und damit nur die Ausbreitung der Wellen nach dem flachen Modus in dem Durchgang zuläßt.
Eine solche Vorrichtung verbraucht nicht zusätzliche Energie, bringt aber aufgrund der Tatsache, daß mehrere Durchgänge vorgesehen sind, noch parasitäre Phasenverschiebungen ein, und diese parasitäre Phasenverschiebungen beeinflussen die Linearität der Kalibrierungskurve.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, den Nachteilen des Stands der Technik abzuhelfen, indem sie eine Vorrichtung zur Ultraschallmessung einer volumenbezogenen Menge eines Fluids vorschlägt, die einfach ist, außer der Ultraschallmessung zugeordneten keine zusätzliche Signalverarbeitung erfordert und keine parasitäre Phasenverschiebung einbringt, die zu Meßfehlern führen kann, die für ins Auge gefaßte Anwendungen wie die Gaszählung unannehmbar sind.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung liegt also in einer Vorrichtung zur Ultraschallmessung einer volumenbezogenen Menge eines Fluids, das von einer ersten Zone der Vorrichtung zu einer zweiten Zone der Vorrichtung strömt, mit wenigstens zwei Ultraschallwandlern, die Ultraschallsignale senden und empfangen können und jeweils in einer der Zonen der Vorrichtung angeordnet sind, wobei sie eine zwischen ihnen in dem Fluid liegende Ultraschallmeßstrecke definieren, und Mitteln, die die volumenbezogene Menge des Fluids ausgehend von Messungen wenigstens einer die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallsignale in dem Fluid charakterisierenden physikalischen Größe bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Ultraschallmessung zum einen in wenigstens einem Teil der Ultraschallmeßstrecke zwei zu einer Längsachse konzentrisch angeordnete Leitungen umfaßt, wobei die eine außen liegt und die andere innen liegt und sie zwischen ihrer inneren bzw. äußeren Oberfläche einen sich in Längsrichtung erstreckenden Raum definieren, und zum anderen Mittel umfaßt, die die Ultraschallmessung allein in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum ermöglichen.
Dieses Merkmal ermöglicht es auf einfache Weise die Anzahl von Ausbreitungsmoden zu begrenzen und die parasitären Phasenverschiebungen deutlich zu reduzieren.
Die innere Leitung ist in ihrem zentralen Teil vorteilhaft von einem zentralen Element blockiert, das das Innere der Leitung in zwei innere Kammern teilt, wodurch das Fluid gezwungen wird, den sich in Längsrichtung erstreckenden Raum zu nehmen, um von der ersten Zone zu der zweiten Zone zu gelangen.
Bei der Aussendung der Ultraschallsignale durch einen der Ultraschallwandler wird sich also der größere Teil dieser Signale in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum ausbreiten, wenn die Wandler geeignet ausgewählt sind, während sich ein geringer Teil der ausgesendeten Signale, sogenannte parasitäre Signale, in der inneren Kammer ausbreitet, die an der Seite liegt, wo sich der Sender befindet. Dieser geringe Teil der Utraschallsignale, der sich in der inneren Kammer ausbreitet, trifft auf das zentrale Element, wird daran reflektiert und breite sich in der inneren Kammer in Richtung des Senders aus.
Wenn dieser geringe Teil der Ultraschallsignale den Sender erreicht, dann wurde der größere Teil der Ultraschallsignale, die den sich in Längsrichtung erstreckenden Raum nahmen, von dem anderen Wandler empfangen, und es es ist dann nicht so wichtig, daß der Sender reflektierte Signale empfängt.
Es kann vorgesehen sein, daß das zentrale Element in Richtung auf jede innere Kammer eine konkave oder konvexe Oberfläche aufweist, um die Ultraschallsignale, die sich in der inneren Kammer ausbreiten, zur Reflexion an den inneren Wänden der inneren Kammer zu zwingen, wodurch ihre Durchlaufzeit erhöht und damit die Ankunft von reflektierten parasitären Signalen am Sender verzögert wird.
Damit wird es möglich, das Senden und/oder den Empfang der Ultraschallsignale zu verlängern, ohne daß die ausgesendeten Signale gestört werden.
Ebenso ist es möglich, die Ausbreitung der Ultraschallsignale in der inneren Kammer der inneren Leitung zu dämpfen, indem auf wenigstens einem Teil der Länge der inneren Kammer eine Auskleidung vorgesehen wird, die aus einem Ultraschall absorbierenden Material hergestellt ist.
Die sich in der inneren Kammer ausbreitenden Ultraschallsignale finden sich also gewissermaßen in dieser Kammer gefangen, so daß das Senden von Ultraschallsignalen durch den Sendewandler verlängert werden kann, ohne daß die Furcht vor einer Störung durch reflektierte parasitäre Signale besteht.
Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist das zentrale Element, das das Innere der inneren Leitung in zwei innere Kammern teilt, beispielsweise ein Trennwand, die mit der inneren Leitung fest verbunden ist.
Die innere Leitung mit ihren beiden inneren Kammern und das zentrale Element können also einfach und gleichzeitig aus einem einzigen Teil hergestellt werden.
Da ferner der Abstand zwischen jedem Ultraschallwandler und der mit der inneren Leitung fest verbunden Trennwand bekannt ist, läßt sich mit Hilfe eines einzigen Wandlers eine Messung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls zwischen zwei Ultraschallmessungen durchführen, um die Veränderungen der Eigen schaften des Fluids zu berücksichtigen und so spätere Ultraschallmessungen zu korrigieren.
Dazu müssen die Ultraschallwandler stark gedämpft sein, um den Sender vor der Ankunft des ersten Echos in einen Empfänger umzuschalten.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist das zentrale Element beispielsweise ein Füllelement, das aus einem Ultraschall absorbierenden Material hergestellt ist. So kann die Reflexion der Ultraschallsignale in den inneren Kammern der inneren Leitung direkt gedämpft werden, ohne daß die innere Oberfläche jeder Kammer mit einer Auskleidung ausgestattet werden muß, die aus einem Ultraschall absorbierenden Material hergestellt ist.
Das Füllelement kann auch eine Oberfläche mit konkaver oder konvexer Oberfläche in Richtung auf jede innere Kammer besitzen, um zu erreichen, daß die parasitären Signale an den Wänden der inneren Kammer reflektiert werden und damit die Ausbreitungszeit der Ultraschallsignale erhöht wird, wobei sie gleichzeitig gedämpft werden.
Weist ferner die innere Leitung in Längsrichtung eine größere Abmessung als die äußere Leitung auf und ist sie bezüglich der äußeren Leitung symmetrisch angeordnet, dann bewirkt die Fluidströmung am Ausgang des sich in Längsrichtung erstreckenden Raums eine weniger starke Rezirkulation der Strömung und demnach eine schwächere Störung, wodurch die Qualität der Messungen über den gesamten Durchsatzbereich sehr deutlich verbessert wird.
Die Ultraschallwandler sind vorzugsweise nach der Längsrichtung der Längsachse XX' derart ausgerichtet, daß sie den Enden der konzentrischen Leitungen gegenüberliegen.
Ebenso kann ins Auge gefaßt werden, daß die Wandler an ein und derselben Wand der Vorrichtung vorgesehen sind, wobei sie derart zueinander geneigt sind, daß sie eine V-förmige Ultra schallstrecke bilden, und daß die Leitungen parallel zu der V- förmigen Strecke angeordnet sind.
Wenn die Wandler nach der Längsrichtung der Achse XX' ausgerichtet sind, dann liegt nach einem Merkmal der Erfindung der Abstand e zwischen jedem Wandler und dem entsprechenden Ende der inneren Leitung in Längsrichtung zwischen 0,1 l und 0,9 l, wobei l der Abstand zwischen jedem Wandler und dem entsprechenden Ende der äußeren Leitung in Längsrichtung ist, und der Abstand l liegt zwischen 0,3 D und 3 D, wobei D der Innendurchmesser der äußeren Leitung ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt der sich in Längsrichtung erstreckende Raum einen Durchflußquerschnitt, dessen größte Ausdehnung in radialer Richtung dem Durchflußquerschnitt eine den Ausbreitungsmodus (0,2) kennzeichnende Grenzfrequenz verleiht, die größer als die Frequenz der von den Wandlern ausgesendeten Ultraschallsignale ist.
Die Anmelderin stellt völlig unerwartet fest, daß sich mit diesem letzten Merkmal sehr präzise Messungen sowie eine Kalibrierungskurve erhalten lassen, deren Linearität verbessert ist und die in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Fluids (beispielsweise für verschiedene Gastypen) wenig variiert.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann es auch interessant sein, daß der Durchflußquerschnitt des sich in Längsrichtung erstreckenden Raums eine den Ausbreitungsmodues (0,1) kennzeichnende Grenzfrequenz verleiht, die größer als die Frequenz der von den Wandlern ausgesendeten Ultraschallsignale ist, womit sich nur der flache Modus in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum ausbreiten kann.
Falls die innere Leitung nicht blockiert ist, kann man vorteilhaft die Verwendung von Ultraschallwandlern ins Auge fassen, deren empfindlicher Teil eine Form hat, die an den Durchflußquerschnitt des sich in Längsrichtung erstreckenden Raums angepaßt ist. Dazu sind beispielsweise Wandler des piezoelek trischen Typs aus einem Polymeren (Polyvinylfluorid) oder Wandler des Typs perfekt geeignet, der in der französischen Patentanmeldung Nr. 9407488 beschrieben ist.
Indem also diese Ultraschallwandler nach der Längsrichtung der Längsachse ausgerichtet und nahe genug an den Enden der inneren Leitung angeordnet werden, beispielsweise in einem Abstand e gleich 0,1 l, ist es möglich, den größeren Teil der Ultraschallenergie nur in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum zu übertragen, wo diese Messungen durchgeführt werden, da die empfindlichen Teile gegenüber dem sich in Längsrichtung erstrekkenden Raum angeordnet sind, und man befreit sich damit von parasitären Signalen, die in der inneren Leitung reflektiert und zu den Ultraschallwandlern zurückgeschickt werden.
Folglich nimmt bei dieser Ausgestaltung das Fluid auch den im Inneren der inneren Leitung gelegenen Längsdurchgang, um von der ersten Zone zur zweiten Zone zu gelangen, wodurch ein höherer Lastverlust als bei Anwesenheit einer blockierten inneren Leitung zugelassen wird.
Es ist auch durchaus möglich, den Abstand e zwischen den Wandlern und den Enden der inneren Leitung zu reduzieren, damit das Fluid nur in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum strömt.
Je nach den ins Auge gefaßten Anwendungen kann der Durchflußquerschnitt des sich in Längsrichtung erstreckenden Raums derart bemessen sein, daß ihm eine den Ausbreitungsmodus (0,2) oder (0,1) kennzeichnende Grenzfrequenz verliehen wird, die größer als die Frequenz der von den Wandlern ausgesendeten Ultraschallsignale ist.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die konzentrischen Leitungen Rohre, die demnach dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum einen ringförmigen Durchflußquerschnitt verleihen.
Nach einer Ausführungsvariante der konzentrischen Leitungen ist die äußere Leitung ein Rohr und die innere Leitung weist einen elliptischen Querschnitt auf.
Nach einer anderen Ausführungsvariante der konzentrischen Leitungen ist die äußere Leitung ein Rohr und die innere Leitung weist einen quadratischen Querschnitt auf.
Nach noch einer Ausführungsvariante der konzentrischen Leitungen weisen alle beiden konzentrischen Leitungen einen elliptischen Querschnitt auf.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich im Verlauf der folgenden, als veranschaulichendes Beispiel gegebenen und nicht einschränkenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen; darin zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Längsansicht einer Vorrichtung zur Ultraschallmesung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zur Ultraschallmessung nach AA;
- Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht der in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung zur Ultraschallmessung nach BB;
- Fig. 4 eine schematische Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zur Ultraschallmessung teilweise im Längsschnitt nach CC;
- Fig. 5 bis 8 mehrere Ausführungsvarianten der inneren Leitung 28 der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung zur Ultraschallmessung;
- Fig. 9 eine schematische Ansicht einer in Fig. 4 dargestellten, zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zur Ultraschallmessung im Längsschnitt;
- Fig. 10 bis 12 mehrere Ausführungsvarianten der inneren Leitung 28 der in Fig. 9 dargestellten Vorrichtung zur Ultraschallmessung;
- Fig. 13 eine schematische, vergrößerte Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsvariante der konzentrischen Leitungen der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtung nach BB;
- Fig. 14 eine schematische, vergrößerte Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsvariante der konzentrischen Leitungen der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtung nach BB;
- Fig. 15 eine schematische, vergrößerte Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsvariante der konzentrischen Leitungen der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtung nach BB; und
- Fig. 16 einen Graph, der mehrere Kalibrierungskurven darstellt, die mit der in Fig. 10 dargestellten Vorrichtung zur Ultraschallmessung für verschiedene Gase erhalten wurden. In Fig. 1 bis 4 ist eine Vorrichtung zur Ultraschallmessung einer volumenbezogenen Menge eines Gases wie des Durchsatzes dargestellt.
In Fig. 1 ist dargestellt, daß die Meßvorrichtung 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung einen Gaseingang 10 aufweist, der in eine Kammer 12 mit großem Querschnitt gegenüber dem Querschnitt des Gaseingangs mündet.
Diese Kammer 12 besitzt zwei seitliche Öffnungen 14, 16 (Fig. 2), die in die gleiche, sogenannte Meßkammer 18 münden, die unter der Kammer 12 liegt und in der ein Ultraschallwandler 20 aufgenommen ist. Die Meßkammer 18 entspricht einer ersten Zone der Vorrichtung.
Die Meßvorrichtung 1 weist auch eine weitere Meßkammer 22 auf, in der ein weiterer Ultraschallwandler 24 aufgenommen ist und die einer zweiten Zone der Vorrichtung entspricht, wobei das Gas von der ersten Zone zu der zweiten Zone strömt. Die beiden Wandler 20, 24 liegen also einander gegenüber und sind nach einer Achsenlängsrichtung XX' ausgerichtet, die der Längsströmungsrichtung des Gases zwischen den Wandlern entspricht. Die Wandler liegen einander gegenüber und bilden dazwischen eine Ultraschallmeßstrecke in dem Gas, die später im einzelnen beschrieben wird. Die Meßkammer 22 weist zwei seitliche Öffnungen 23, 25 auf (von denen nur eine einzige 25 in Fig. 1 dargestellt ist), die in ihrer oberen Wand 22a vorgesehen sind. Die beiden seitlichen Öffnungen 23, 25 münden in eine Kammer 27, die bezüglich der Ebene P zu der Kammer 12 symmetrisch ist, wobei die Kammer mit einem Gasausgang 29 verbunden ist.
Die Gasströmung wird also durch den Eingang 10 nach dem Pfeil (Fig. 1) in die Meßvorrichtung eingebracht, einer starken Druckänderung in der Kammer 12 unterzogen, ihre Geschwindigkeit wird stark reduziert, dann teilt sie sich bezüglich der Ebene P1 (Fig. 2) in zwei symmetrische Anteile, die jeweils eine seitliche Öffnung 14 bzw. 16 nehmen und dann in die Meßkammer 18 beiderseits des Wandlers 20 (Fig. 1) münden.
Dort verbinden sich die Strömungsanteile, um nur Eine einzige Strömung auf der obengenannten Ultraschallmeßstrecke zwischen den beiden Wandlern 20, 24 zu bilden.
Die Gasströmung mündet dann in die Meßkammer 22, tritt davon aus, wobei sie sich erneut in zwei gleiche Anteile teilt, die jeweils ein der seitlichen Öffnungen 23 bzw. 25 nehmen und in der Kammer 27 wieder eine einheitliche Strömung bilden, ehe sie in den Gasausgang 29 gelangen.
Jeder Wandler ist abwechselnd Sender und Empfänger und mit einem in den Figuren nicht dargestellten Meßelektronikblock verbunden.
Der Meßelektronikblock steuert auf herkömmliche Weise die Aussendung von Ultraschallsignalen ausgehend von einem der Wandler 20, den Empfang dieser Signale von dem anderen Wandler 24 und die Messung einer die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale in der Gasströmung kennzeichnenden physikalischen Größe, z. B. der Ausbreitungsgeschwindigkeit t1.
Umgekehrt steuert der Meßelektronikblock die Aussendung von Ultraschallsignalen von dem Wandler 24, den Empfang dieser Signale durch den Wandler 20 und die Messung der entsprechenden Ausbreitungszeit t2.
Bei Kenntnis der beiden Messungen t1 und t2, der Pbmessungen des Durchflußquerschnitts S des Gases zwischen den beiden Wandlern und ihrem Abstand L leitet der Meßelektronikblock daraus den Gasdurchsatz ab:
Ebenso ist es möglich, eine Messung der Ausbreitungszeit und dann eine Messung der Phasenverschiebung durchzuführen, die durch die Ausbreitung des Ultraschallsignals eingebracht wird, um die Durchsatzmessung zu verfeinern, wie dies in der europäischen Patentschrift Nr. 0 347 096 beschrieben ist.
Nun wird die Ultraschallmeßstrecke zwischen den beiden Wandlern im einzelnen beschrieben.
Erfindungsgemäß weist die Meßvorrichtung wenigstens an einem Teil der Ultraschallmeßstrecke zwei konzentrische Leitungen mit der Achse XX' auf, wobei die eine äußere Leitung 26 und die andere innere Leitung 28 heißt.
Die beiden Leitungen bilden dazwischen, d. h. wischen der inneren Oberfläche der äußeren Leitung 26 und der äußeren Oberfläche der inneren Leitung 28 einen sich in Längsrichtung erstrekkenden Raum 30 für den Durchfluß von Gas von der ersten Zone 18 zu der zweiten Zone 22.
Die Vorrichtung nach der Erfindung weist Mittel auf, die dazu bestimmt sind, den Durchfluß von Gas von der ersten Zone 18 zu der zweiten Zone 22 und die Ultraschallmessung nur in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum 30 zuzulassen.
Diese Mittel sind vorteilhaft durch ein zentrales Element gebildet, das die innere Leitung 28 in ihrem zentralen Teil blokkiert und ihr Inneres in zwei innere Kammern 31 und 33 teilt. In Fig. 1 und 4 ist dargestellt, daß dieses zentrale Element eine Trennwand 32 ist, die mit der inneren Leitung 28 fest verbunden ist, und bei der Herstellung der beiden inneren Kammern 31 und 33 gebildet wird.
Diese Ausgestaltung ermöglicht, daß ein Teil der von einem der Wandler 20, 24 ausgesendeten Ultraschallsignale, der nicht in den sich in Längsrichtung erstreckenden Raum 30 übertragen wird, sich in der diesem Wandler gegenüberliegenden inneren Kammer ausbreitet, und daß damit eine unmittelbare parasitäre Reflexion vermieden wird, die entstehen würde, wenn zwischen den beiden Ultraschallwandlern ein Hindernis läge.
Dieser Teil der Ultraschallsignale wird also an dem zentralen Element reflektiert, geht wieder in Richtung des Sendewandlers ab und erreicht diesen, wenn die in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum übertragenen Signale von dem anderen Wandler empfangen sind. In diesem Fall werden keine Signale mehr ausgesendet, aber Ultraschallsignale können noch während einer Zeit empfangen werden, die der Ausbreitungszeit entspricht, die der Ultraschall braucht, um den sich in Längsrichtung erstreckenden Raum 30 zu durchqueren.
Bei der in Fig. 1 und 4 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung ist die äußere Leitung 26 ausgehend von Wänden der Meßvorrichtung gebildet, die zur Bildung der Meßkammern 18, 22 dienen, und die äußere Leitung mündet also nicht in die Meßkammern.
Die innere Leitung 28 ist an der äußeren Leitung 26 mittels eines Trägers befestigt, der im zentralen Teil der beiden Leitungen liegt. Dieser in den Figuren nicht dargestellte Träger ist beispielsweise aus zwei diametral gegenüberliegenden Rippen hergestellt, die in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum 30 liegen und ausreichend bemessen sind, um die innere Leitung 28 starr im Inneren der äußeren Leitung 26 zu halten, ohne die Gasströmung und die Ultraschallausbreitung zu stark zu stören.
Die konzentrischen Leitungen 26, 28 sind beispielsweise Rohre mit einem konstanten Durchmesser, die dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum einen konstanten, ringförmigen Durchflußquerschnitt verleihen (Fig. 3). Ebenso kann ins Auge gefaßt werden, daß der Durchflußquerschnitt nicht notwendigerweise über die gesamte Länge der Leitungen konstant ist.
Die Ausgestaltung der Vorrichtung 1 zur Ultraschallmessung nach der Erfindung begrenzt die Anzahl von Ausbreitungsmoden und reduziert beträchtlich die parasitären Phasenverschiebungen gegenüber einer Struktur aus mehreren, zueinander parallelen Rohren, wie sie in der internationalen Anmeldung WO94/09342 beschrieben ist. So erhält man gute Messungen über den gesamten Durchsatzbereich. Die Anmelderin konnte ferner eine Verbesserung der Ergebnisse feststellen, wenn eine äußere Leitung 28 verwendet wird, die länger als die äußere Leitung 26 und symmetrisch zur äußeren Leitung angeordnet ist.
Das Gas wird nämlich in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum 30 am Eingangsende 30a des sich in Längsrichtung erstrekkenden Raums 30 besser kanalisiert, und das Rezirkulationsphänomen, das am Ausgangsende 30b des sich in Längsrichtung er streckenden Raums auftrat, wenn die beiden Leitungen die gleiche Länge hatten, ist nicht mehr vorhanden.
Wird der Abstand zwischen jedem Wandler 20, 24 und der inneren und äußeren Leitung 28 bzw. 26 für ein gegebenes Fluid geeignet gewählt, dann kann der Anteil der Ultraschallsignale reduziert werden, der in die innere Kammer gegenüber dem Wandler übertragen wird, der sendet. Ist also der Abstand zwischen dem Wandler 20 (bzw. 24) und dem Ende 28a (bzw. 28b) der inneren Leitung 28 gegenüber dem Wandler mit e bezeichnet, mit l der Abstand zwischen dem Wandler 20 (bzw. 24) und dem Ende 26a (bzw. 26b) der äußeren Leitung 26 gegenüber dem Wandler und mit D der Innendurchmesser der äußeren Leitung 26, dann müssen die Abstände e und 1 den folgenden Beziehungen genügen:
0,1 l ≤ e ≤ 0,9 l
0,3 D ≤ l ≤ 3 D,
um einerseits eine ausreichende Ultraschallenergiemenge in den sich in Längsrichtung erstreckenden Raum 30 zu übertragen und andererseits zu vermeiden, daß ein Phänomen einer Gasrezirkulation entsteht, das eine parasitäre Phasenverschiebung in die Ultraschallmessungen einführt.
Für Ultraschallwandler des axialsymmetrischen Typs ist der Abstand e beispielsweise gleich 1/2 und der Abstand l beispielsweise gleich 0,9 D.
Je nach der gewünschten Meßgenauigkeit kann für bestimmte Anwendungen vorgesehen sein, daß die größte Abmessung h in radialer Richtung (Fig. 3) des Durchflußquerschnitts des sich in Längsrichtung erstreckenden Raums 30 dem Querschnitt eine den Ausbreitungsmodus (0,2) kennzeichnende Grenzfrequenz f&sub0;&sub2; verleiht, die größer als die Frequenz der von den Wandlern ausgesendeten Ultraschallsignale ist.
So schreibt sich die Grenzfrequenz für den Modus (m, n) in einem ringförmigen Raum wie folgt:
worin c die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls in dem betrachteten Gas ist,
wobei a&sub1; der Außenradius des inneren Rohrs, a&sub2; der Innenradius des äußeren Rohrs ist,
h = a&sub2; - a&sub1;, n den Index der axialsymmetrischen Moden, m den Index der asymmetrischen Moden darstellt. In Luft breiten sich nur die axialsymmetrischen Moden (0, 0), (0, 1) in dem so definiert, sich in Längsrichtung erstreckenden Raum aus.
Die entsprechenden Grenzfrequenzen dieser Moden sind wie folgt:
f&sub0;&sub0; = 0
f&sub0;&sub1; = c/2h
f&sub0;&sub2; = c/h
Wählt man beispielsweise die folgenden numerischen Werte für ein Gas wie Luft:
a&sub1; = 3,5 mm
a&sub2; = 8 mm
c = 340 m/s,
dann erhält man die den Moden (0,1) und (0,2) entsprechenden Grenzfrequenzen:
f&sub0;&sub1; = 37,78 kHz
f&sub0;&sub2; = 75,55 kHz
Bei dem gewählten Beispiel liegt die Frequenz der von den Wandlern ausgesendeten Ultraschallsignale bei 40 kHz und damit gut unter der den Ausbreitungsmodus (0,2) kennzeichnenden Frequenz, und nur die Moden (0,0) und (0,1) breiten sich aus.
Für andere Anwendungen, wo die zugelassenen Lastverluste höher sind, kann es vorteilhaft sein, nur den flachen Modus in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum 32 ausbreiten zu lassen, und man wählt also die größte radiale Abmessung h des Durchflußquerschnitts des sich in Längsrichtung erstreckenden Raum derart, daß sie dem Querschnitt eine den Ausbreitungsmodus (0,1) kennzeichnende Grenzfrequenz verleiht, die größer als die Frequenz der von den Wandlern ausgesendeten Ultraschallsignale ist.
Nach der unter Bezug auf Fig. 1 und 4 beschriebenen Ausführungsform sind in Fig. 5 bis 8 mehrere Ausführungsvarianten der inneren Leitung 28 dargestellt.
Fig. 5 stellt eine Trennwand 32 dar, die die innere Leitung 28 blockiert und in Richtung auf jede innere Kammer 31, 33 eine konvexe Oberfläche 32a bzw. 32b mit beispielsweise konischer Form aufweist. Die von dem sendenden Ultraschallwandler 20 oder 24 ausgesendeten Signale, die sich in der inneren Kammer 31 oder 33 gegenüber dem Sendewandler ausbreiten, werden an der entsprechenden konvexen Oberfläche 32c oder 32d in Richtung der inneren Wände der inneren Kammer reflektiert, wodurch ihre Laufzeit in der inneren Kammer verlängert und demnach der Zeitpunkt verzögert wird, zu dem sie den Sendewandler erreichen. Die Phase des Aussendens der Ultraschallsignale kann also verlängert werden, ohne daß die Gefahr einer Störung der Ultraschallmessungen besteht, ebenso wie die Phase des Empfangs dieser Signale durch den anderen Wandler.
Fig. 6 stellt eine Trennwand 32 dar, die in Richtung auf jede innere Kammer eine konkave Oberfläche 32c bzw. 32d mit beispielsweise konischer Form aufweist. Auf analoge Weise, wie dies unter Bezug auf Fig. 5 eben beschrieben wurde, unterliegen die Ultraschallsignale, die sich in den inneren Kammern 31, 33 abwechselnd in Abhängigkeit von dem sendenden Wandler ausbreiten, Mehrfachreflexionen an den inneren Wänden der entsprechenden inneren Kammer 31 oder 33, die den Zeitpunkt verzögern, zu dem die Signale den Sendewandler erreichen.
Fig. 7 und 8, in denen nur die innere Leitung 28 dargestellt wurde, beschreiben eine Trennwand 32, die die innere Leitung blockiert und in Richtung auf jede innere Kammer 31 (bzw. 33) eine konvexe Oberfläche 32a (bzw. 32b) in Fig. 7 und eine konkave Oberfläche 32c (bzw. 32d) in Fig. 8 aufweist.
Jede der inneren Kammern 31, 33 ist über ihre gesamte Längsausdehnung oder Länge mit einer Auskleidung 36 ausgestattet, die aus einem Ultraschall absorbierenden Material hergestellt ist, wodurch es möglich wird, die in den inneren Kammern vorliegenden und von den konvexen Oberflächen 32a, 32b oder den konkaven Oberflächen 32c, 32d reflektierten Ultraschallsignale zu dämpfen oder sogar verschwinden zu lassen.
Auf diese Weise können die Ultraschallwandler weiter Ultraschallsignale aussenden, ohne daß sie durch die parasitären Signale gestört werden, die sich in der gegenüberliegenden inneren Kammer ausbreiten und an der Trennwand 32 reflektiert werden.
Man kann auch ins Auge fassen, daß jede innere Kammer 31, 33 bei dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Auskleidung 36 ausgestattet wird, die aus einem Ultraschall absorbierenden Material hergestellt ist, um die Ausbreitung der Ultraschallsignale in den inneren Kammern zu dämpfen. Das Element 32 kann auch eine flache, reflektierende Oberfläche aufweisen, so daß die von einem Wandler 20 oder 24 ausgesendeten Ultraschallwellen an dieser Wand reflektiert werden und beim Rückweg von diesem Wandler erfaßt werden können. So kann die Geschwindigkeit der Ultraschallwelle in dem sich in Ruhe befindenden Fluid unabhängig gemessen werden (da das Fluid nicht im Inneren des Rohrs 28 zirkuliert). Mit dieser Messung können Veränderungen der Eigenschaften des Fluids wie seiner Dichte berücksichtigt werden. Bei einer solchen Messung ist zu bemerken, daß ein Interesse daran besteht, die Strecke der Welle im Inneren des Rohrs zu erhöhen, um die Meßgenauigkeit zu verbessern. Dazu wird das Element 32 dann so weit wie möglich von dem Wandler angeordnet, der die Welle sendet und empfängt, beispielsweise an dem diesem Wandler gegenüberliegenden Ende des Rohrs 28. Die andere (nicht reflektierende) Seite des Elements 32 kann dann die Ultraschallwellen diffundieren oder absorbieren oder aber wie bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel reflektieren.
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht analog zu Fig. 4, die eine zweite Ausführungsform der Meßvorrichtung nach der Erfindung darstellt.
In Fig. 9 sind zwei Ultraschallwandler 20, 24 dargestellt, die nach der Längsrichtung XX' ausgerichtet und in zwei Meßkammern 18 bzw. 22 aufgenommen sind, wobei eine Wand 19 die Meßkammern teilt.
Zwei konzentrische Rohre mit der Achse XX' durchsetzen die Wand 19 und verbinden jede der Meßkammern 18, 22, wobei eine Wand 19 die Meßkammern teilt.
Die Ausgestaltung des sich in Längsrichtung erstreckenden Raums 30, der inneren und der äußeren Leitung 28 bzw. 26 und des zentralen Elements 32 ist mit der unter Bezug auf Fig. 1 bis 4 beschriebenen identisch.
Nach einer in Fig. 9 dargestellten Variante der Ausführungsform der Erfindung ist das zentrale Element ein Füllelement 34, das aus einem Ultraschall absorbierenden Material hergestellt ist, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Die sich in den inneren Kammern ausbreitenden Ultraschallsignale werden also gedämpft oder sogar unterdrückt, sobald sie das Füllelement 34 erreichen, und die Gefahren einer Störung der Ultraschallmessungen in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum 30 sind deutlich reduziert. Nach einer weiteren, in Fig. 11 dargestellten Variante kann das aus einem Ultraschall absorbierenden Material hergestellte Füllelement auch gegenüber jeder inneren Kammer 31, 33 eine konvexe, z. B. konische Oberfläche 34a, 34b oder eine konkave, z. B. konische Oberfläche 34c, 34d aufweisen, wie es in Fig. 12 dargesellt ist (in diesen zwei Figuren wurde nur die innere Leitung 28 dargestellt).
Auf diese Weise können die Ausbreitung der Ultraschallsignale in den inneren Kammern 31, 33 je nach ihrer Absorbierung durch das das Füllelement 34 bildende Material und ihrer Mehrfachreflexionen an den Innenwänden der Kammern 31, 33 gedämpft werden, die durch die konvexe oder konkave Form der Oberflächen des Füllelements 34 bedingt sind.
Jede innere Kammer 31, 33 kann auch mit einem Ultraschall absorbierenden Material ausgekleidet sein, um die Ultraschallsignale vollständig einzufangen, die sich in den inneren Kammern ausbreiten.
Geeigneterweise sei bemerkt, daß die in Fig. 1, 3 und 4 dargestellte Trennwand 32 durch das unter Bezug auf Fig. 10 bis 12 beschriebene Füllelement 34 ersetzt sein kann.
Damit die Vorrichtung nach der Erfindung wirksam ist und die Anzahl der Ausbreitungsmoden in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum 30 begrenzt, darf die innere Oberfläche der äußeren Leitung 26 keine gegenüberliegenden Teile aufweisen, die zueinander parallel liegen.
Fig. 13 stellt eine schematische, vergrößerte Querschnittsansicht einer Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung nach BB dar. In dieser Figur hat die äußere Leitung 36 die Form eines Rohrs, und die innere Leitung 38 hat einen Elliptischen Querschnitt. Der Querschnitt des sich in Längsrichtung erstrekkenden Raums 40 hat eine mit h bezeichnete größte Abmessung, die geeigneterweise derart dimensioniert ist, daß bestimmte Ausbreitungsmoden gefiltert werden.
Wie dies oben für die beiden konzentrischen Rohre beschrieben wurde, kann dies Abmessung gewählt werden, damit nur der flache Modus erscheint.
Die innere Leitung 38 ist in ihrem zentralen Teil durch eine Trennwand 42 blockiert, damit der Durchfluß des Gases und die Ultraschallmessungen nur in dem sich in Längsrichtung erstrekkenden Raum 40 zugelassen ist.
Fig. 14 stellt eine schematische, vergrößerte Querschnittsansicht einer weiteren Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung nach BB dar.
In dieser Figur hat die äußere Leitung 46 noch die Form eines Rohrs, während die innere Leitung 48 einen quadratischen Querschnitt hat. Der Querschnitt des sich in Längsrichtung erstrekkenden Raums 50 hat eine größte Abmessung in radialer Richtung, die mit h bezeichnet ist.
Die innere Leitung 48 ist in ihrem zentralen Teil durch eine Trennwand 52 blockiert.
Fig. 15 stellt eine schematische, vergrößerte Querschnittsansicht einer weiteren Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung nach BB dar.
In dieser Figur haben die beiden äußeren und inneren Leitungen 56 bzw. 58 eine elliptischen Querschnitt, der also dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum 60 die Form eines elliptischen Kranzes verleiht.
Der Querschnitt des sich in Längsrichtung erstreckenden Raums 62 hat eine größte radiale Abmessung, die mit h bezeichnet ist. Die innere Leitung 58 ist in ihrem zentralen Teil durch eine Trennwand 62 blockiert.
Es können auch weitere Ausgestaltungen der Meßvorrichtung nach der Erfindung mit einer unterschiedlichen Anordnung der Ultraschallsignale (nicht notwendig nach der Längsachse XX' der Leitungen) ins Auge gefaßt werden, wobei andere Leitungsformen und ein sich in Längsrichtung erstreckende Raum verwendet werden, dessen Querschnitt geändert sein kann.
Fig. 16 stellt verschiedene Kalibrierungskurven dar, die mit der in Fig. 10 dargestellten Ultraschallmeßvorrichtung nach der Erfindung für verschiedene Gase (Kohlendioxid und Stickstoff: Kurve A, Stickstoff: Kurve B, Stickstoff und Methan: Kurve C, Methan: Kurve D) erhalten wurden, und bei der die größte Abmessung in radialer Richtung des Durchflußquerschnitrts des sich in Längsrichtung erstreckenden Raums 30 dem Durchflußquerschnitt eine den Ausbreitungsmodus (0,2) kennzeichnende Grenzfrequenz fc verleiht, die größer als die Frequenz der von den Wandlern ausgesendeten Ultraschallsignale ist. Die Ultraschallwandler 20, 24 sind vom axialsymmetrischen Typ, sie senden mit einer Ultraschallfrequenz von 40 kHz, und liegen in einem Abstand von den entsprechenden Enden 28a, 28b der inneren Leitung 28 von gleich 0,5 l und l = 0,9 D.
Die Länge der äußeren Leitung 26 beträgt 100 mm.
Die oben definierten Radien a&sub1; und a&sub2; betragen 3,5 mm bzw. 8 mm. Dieser Graph, der die Relativänderungen des Faktors K (K ist gleich dem Produkt aus der Reynoldsschen Zahl und dem Durchmesser geteilt durch die kinematische Viskosität) in Abhängigkeit von dem Gasdurchsatz darstellt, verdeutlicht die Tatsache, daß die Vorrichtung der Erfindung zum einen die Linearität der Kalibrierungskurven verbessert und zum anderen praktisch nicht von den Eigenschaften des verwendeten Gases abhängt.

Claims

1. Vorrichtung (1) zur Ultraschallmessung einer volumenbezogenen Menge eines Fluids, das von einer ersten Zone (18) der Vorrichtung zu einer zweiten Zone (22) der Vorrichtung strömt, mit wenigstens zwei Ultraschallwandlern (20, 24), die Ultraschallsignale senden und empfangen können und jeweils in einer der Zonen der Vorrichtung angeordnet sind, wobei sie eine zwischen ihnen in dem Fluid liegende Ultraschallmeßstrecke definieren, und Mitteln, die die volumenbezogene Menge des Fluids ausgehend von Messungen wenigstens einer die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallsignale in dem Fluid charakterisierenden physikalischen Größe bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) zur Ultraschallmessung zum einen in wenigstens einem Teil der Ultraschallmeßstrecke zwei zu einer Längsachse (XX') konzentrisch angeordnete Leitungen (26, 28) umfaßt, wobei die eine (26) außen liegt und die andere (28) innen liegt und sie zwischen ihrer inneren bzw. äußeren Oberfläche einen sich in Längsrichtung erstreckenden Raum (30) definieren, und zum anderen Mittel (32, 34) umfaßt, die die Ultraschallmessung allein in dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum (30) ermöglichen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Leitung (28) durch ein zentrales Element (32, 34) blokkiert wird, das das Innere der Leitung in zwei innere Kammern (31, 33) teilt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Element (32, 34) in Richtung auf jede innere Kammer (31, 33) eine konkave Oberfläche (32c, 32d, 34c, 34d) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Element (32, 34) in Richtung auf jede innere Kammer (31, 33) eine konvexe Oberfläche (32a, 32b, 34a, 34b) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Element eine Trennwand (32) ist, wobei die Trennwand und die innere Leitung (28) aus einem Stück gebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Element ein Füllelement (34) ist, das aus einem Ultraschall absorbierenden Material hergestellt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede innere Kammer (31, 33) auf wenigstens einem Teil ihrer Länge mit einer Auskleidung (35) ausgestattet ist, die aus einem Ultraschall absorbierenden Material hergestellt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der sich in Längsrichtung erstreckende Raum (30) über die gesamte Länge des sich in Längsrichtung erstrekkenden Raums einen konstanten Durchflußquerschnitt besitzt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Leitung (28) eine Länge aufweist, die größer ist als diejenige der äußeren Leitung (26) und daß sie symmetrisch zur äußeren Leitung (26) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Wandler (20, 24) nach der Längsrichtung der Achse (XX') ausgerichtet sind.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitung (26) und die innere Leitung (28) jeweils zwei Enden (26a, 26b bzw. 28a, 28b) in Längsrichtung aufweisen, die den Wandlern (20, 24) gegenüberliegen und jeweils in einem Abstand 1 bzw. e zu den Wandlern angeordnet sind, wobei e zwischen 0,1 · 1 und 0,9 · 1 und 1 zwischen 0,3 · D und 3 · D liegt und D der Innendurchmesser der äußeren Leitung (26) ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der sich in Längsrichtung erstreckende Raum (30) einen Durchflußquerschnitt besitzt, dessen größte Abmessung in radialer Richtung dem Durchflußquerschnitt, eine den Ausbreitungsmodus (0,2) kennzeichnende Grenzfrequenz verleiht, die größer als die Frequenz der von den Wandlern (20, 24) ausgesendeten Ultraschallsignale ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der sich in Längsrichtung erstreckende (30) einen Durchflußquerschnitt besitzt, dessen größte Abmessung in radialer Richtung dem Durchflußquerschnitt eine den Ausbreitungsmodus (0,1) kennzeichnende Grenzfrequenz verleiht, die größer als die Frequenz der von den Wandlern (20, 24) ausgesendeten Ultraschallsignale ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Leitungen Rohre (26, 28) sind, die dem sich in Längsrichtung erstreckenden Raum (30) einen ringförmigen Durchflußquerschnitt verleihen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitung ein Rohr (36) ist und die innere Leitung (38) einen elliptischen Querschnitt aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Leitung ein Rohr (46) ist und die innere Leitung (48) einen quadratischen Querschnitt aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Leitungen (56, 58) beide einen elliptischen Querschnitt aufweisen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Element (32, 34) eine reflektierende Seite umfaßt, die die Messung der Geschwindigkeit der Ultraschallwellen in dem sich in Ruhe befindenden Fluid ermöglicht.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Element (32, 34) in dem in der Mitte gelegenen Teil der inneren Leitung (28) angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Element (32, 34) in der inneren Leitung (28) an ihrem äußeren Ende angeordnet ist, das dem Wandler gegenüberliegt, der die durch das zentrale Element reflektierten Ultraschallwellen aussendet.