用於流量計的測量配件的製作方法

2023-05-31 04:01:21 2

本發明涉及一種用於流量計的測量配件，所述測量配件用於基於聲波檢測液態或氣態介質的流量。

背景技術：

基於(超)聲波測量技術的流量計是已知的。脈衝狀(超)聲波信號藉助於(超)聲波變換器產生以及沿流動方向和逆著流動方向通過介質傳輸。分析處理聲波信號沿兩個傳輸方向的傳輸時間之差以用於確定介質的流量。這種基於超聲波的流量計根據傳輸時間差原理工作。

存在不同的設計方案。一方面已知了作為真正意義上的流量計且僅僅確定介質流量的裝置。另一方面，也存在例如形式為熱量計和冷量計的能量計算器，其中將根據上述原理確定的流量與至少一個額外的溫度測量值結合起來，以便由此確定通過介質輸入的(熱或冷)能量。這種能量計算器在此也可以理解為專用設計的流量計。

聲波信號可以在不同的傳輸路徑上通過待檢測的介質傳輸。在一些設計方案中，聲波信號傾斜地穿過介質，然而也可以穿過那些其中存在用於聲波信號的偏轉或反射位置的介質，從而整體上得到例如U形或W形的聲波信號傳輸路徑。然而也已知了具有較複雜的聲波信號－傳輸路徑的設計方案。例如在EP 1 337 810 B1中描述了一種流量計，其中給出一種通過待檢測的介質的、聲波信號的大致螺旋狀的傳輸路徑，以便儘可能地得到介質的完整的流量輪廓。

還已知超聲波流量計的其它設計方案，其具有能更換的測量插件。在EP 0 890 826 B1中描述了一種塑料制的盆狀的測量插件，具有插入在特殊袋部中的反射片。此外，在EP 1 978 337 B1和在EP 2 278 281 A1中描述了超聲波流量計，所述超聲波流量計包含具有測量管和兩個反射器支架的測量插件，其中尤其是由塑料製成的測量插件被軸向地推入相應的超聲波流量計的分開的殼體中。

雖然已經已知了多個基於超聲波的流量計，然而仍存在在這種設備的使用性、操縱－/運行安全性、測量精度和/或製造成本方面對改進的解決方案的需求。

技術實現要素：

本發明的任務在於，給出一種用於前述類型的流量計的測量配件，所述測量配件相對於已知的設計方案得到進一步改進。

為了完成該任務，給出一種對應於權利要求1所述特徵的測量配件。根據本發明的測量配件包括設計為塑料部件的基本上為管狀的主部件，所述主部件具有：與介質的流動方向基本上平行的中心縱軸；設計為管狀主部件的一體的/構成整體的組成部分的且布置在內部的真正的測量段；以及用於兩個聲波變換器的、存在於主部件的外側上的兩個變換器接觸面，其中沿流動方向觀察，兩個變換器接觸面中的一個布置在兩個變換器接觸面中的另一個之前，測量段至少部分地在位於中心縱軸上的兩個變換器投影位置之間延伸，所述變換器投影位置分別通過兩個相關變換器接觸面在中心縱軸上的豎直投影得到。此外，根據本發明的測量配件還包括從外部插入管狀主部件的兩個支架接納開口中的、伸入到管狀主部件的內部的且分別設計為塑料部件的兩個反射器支架，其中支架接納開口中的每個分別配屬於變換器接觸面中的一個。反射器支架中的每個分別包括具有上部件外周的支架上部件以及一支架下部件，該支架下部件的形式為伸出上部件外周的且在安裝狀態中貼靠在包圍相關的支架接納開口的開口邊緣上的安裝凸緣。在管狀主部件的壁部的外側上存在兩個分別包圍支架接納開口的安裝底座，其中在相應的安裝底座的區域中包圍相應的支架接納開口的開口邊緣具有基本上平坦的邊緣面，反射器支架之一的安裝凸緣尤其是貼靠在該邊緣面上。相應的反射器支架的安裝凸緣設有朝向支架上部件的方向突出的安裝接片，開口邊緣在相應的安裝底座的區域中設有包圍相應的支架接納開口的且與安裝接片對應的安裝槽。

已經已知，如此設計的測量配件能特別價廉地製造，其中同時得到高的耐壓性。在此，測量配件尤其可以由塑料注塑分部件組成。測量段一件式在內部形成在管狀主部件上或者設計為管狀主部件的一體的組成部分。由此減少了單個組件的數量，這對製造成本是有利的。管狀主部件尤其也可以理解為流量計的殼體。其在運行狀態中插入待檢測的介質流經其中的管道中。為了連接至管道，管狀主部件尤其還具有入口管接頭和出口管接頭，其中兩個管接頭優選分別配設有螺紋。

兩個變換器接觸面的投影分別垂直於中心縱軸，即尤其沿相對於中心縱軸的徑向，通過變換器接觸面得到兩個位於中心縱軸上的變換器投影位置。變換器接觸面尤其設計為用於相應一個(超)聲波變換器的接觸面，其中管狀主部件的壁部在變換器接觸面的區域中尤其是不開口的，即例如不具有用於插入(超)聲波變換器的穿通開口。管狀主部件的壁部至少在變換器接觸面的區域中優選是能透過聲音的或者聲音可透過的。該壁部區域優選設計用於，傳輸來自和到達位於變換器接觸面上的(超)聲波變換器的聲波信號，或者使所述聲波信號通過。

兩個反射器支架插入其中的支架接納開口尤其是完全穿過管狀主部件的管壁部的開口，即尤其是穿通開口。

具有突出的安裝凸緣的反射器支架的結構有利於把反射器支架安裝到管狀主部件上且隨後有助於在這些組件之間的長期良好的且尤其是緊密的結合。

相對於具有安裝底座(該安裝底座具有基本上平坦的邊緣面)的管狀主部件的結構來說，邊緣面的平坦的面幾何形狀尤其可以通過安裝槽中斷，然而這在此也仍然應該屬於概念「基本上平坦的邊緣面」的範圍內，恰恰與此外給出的管狀主部件的尤其是圓柱形的外部幾何形狀不同。平坦的邊緣面也便於把反射器支架安裝到管狀主部件上以及有助於在這些組件之間的長期良好的且尤其是緊密的結合。

一方面通過在相應的安裝凸緣上的安裝接片以及在相應的安裝底座上的與此對應的安裝槽得到了插入的反射器支架在管狀主部件中的良好的固定。另一方面，安裝槽阻止了，在固定兩個組件時在必要時使用的粘合劑或者在固定兩個組件時藉助於焊接工藝在必要時熔融的材料與在運行期間在管狀主部件內部被引導的介質接觸。粘合劑或熔融材料可以被收集在安裝槽中，從而阻止了介質可能被汙染的情況。尤其當介質是水、尤其是飲用水，而測量配件應用在其中的流量計是水量計時，這是重要的。

根據本發明的流量計的有利的設計方案由權利要求1的從屬權利要求所述的特徵得到。

在一有利的設計方案中，反射器支架牢固地且尤其是不可拆卸地與管狀主部件連接。反射器支架優選還相對於介質通過支架接納開口的流出而與管狀主部件緊密地連接。這有利於測量配件的高的耐壓性。此外，這在測量配件的作用良好性以及操縱可靠性方面是有利的。

根據另一個有利的設計方案，反射器支架和管狀主部件被彼此焊接或粘合。由此實現了反射器支架特別好地處於支架接納開口中以及也實現了特別持久的牢固且緊密的連接。

根據另一個有利的設計方案，支架接納開口中的每個分別基本上與變換器接觸面之一對置。這種彼此對置的布置尤其涉及中心縱軸或者包含中心縱軸的平面。在此，涉及一種具有尤其也是簡單的聲波路徑的、構造簡單的結構。然而，原則上也可以設想支架接納開口的和所屬的變換器接觸面的其它幾何形狀的布置，例如相對彼此傾斜錯開的布置。

根據另一個有利的設計方案，管狀主部件和反射器支架分別設計為由塑料製成的注塑件。因此，這些組件可以簡單且價廉地製造。此外，管狀主部件(包括內部內置的測量段)可以簡單地脫模/模製，也就是說從注塑模型去除。該隨後才插入的反射器支架並不會表現為在脫模時的阻礙。管狀主部件的幾何形狀、尤其是其內部幾何形狀優選極其好地適合於價廉的注塑製造。這同樣也適用於反射器支架。

根據另一個有利的設計方案，反射器支架中的每個分別具有注入的或——尤其是隨後、例如在完成了反射器支架的製造之後——插入的反射元件或尤其是固有的反射面。由此實現了從聲波變換器發射的聲波信號的偏轉。相應地，反射元件同樣可以稱為偏轉元件以及反射面稱為偏轉面。例如，反射元件可以是金屬反射器或者是陶瓷反射器。固有反射面尤其可以由此實現，即反射器支架連同該反射面由金屬纖維增強的塑料製成，例如噴射而成。根據另一個有利的設計方案，反射器支架中的每個分別可以具有尤其是閉合的、具有另一種聲學特性的區域作為支架材料，另外的反射器支架由該支架材料製成，以便通過這種方式得到期望的反射性能。該具有另一種聲學特性的區域例如可以是閉合的氣泡。

根據另一個有利的設計方案，每個反射器支架設有定位輔助件。該定位輔助件尤其是例如形式為幾何元件、優選形式為安置在相應的反射器支架的安裝凸緣上的定位凸起的機械定位輔助件。在包圍支架接納開口的開口邊緣上尤其存在一對應於定位凸起的定位凹部或定位凹槽。通過定位輔助件可以阻止反射器支架的錯誤安裝。則反射器支架可以有利地僅利用正確的定向插入支架接納開口中。

根據另一個有利的設計方案，測量段至少也由管狀主部件的在內部變窄的分部段形成，其中在變窄的分部段的區域中，在管狀主部件上在外部布置有相對於中心縱軸沿徑向向外延伸的增強肋，以替代封閉壁部形式的圓柱形的外部幾何形狀。由此可以減小壁部所需的材料量。除了節省成本之外還使得重量更輕，同時機械穩定性並未減小或並未顯著減小。

根據另一個有利的設計方案，為了連接至管道系統，在管狀主部件上存在入口管接頭和出口管接頭，所述入口管接頭和出口管接頭分別配設有外螺紋，其中在管狀主部件上在外部僅存在唯一一個工具法蘭，用於在製造與管道系統的入口側和出口側的螺紋連接期間，藉助於工具固定管狀主部件。通過這些措施同樣可以節省材料且得到成本和重量減小。

根據另一個有利的設計方案，支架接納開口分別具有未被佔用的開口面，其面積相對於管狀主部件的額定－管道橫截面處於20％至50％之間的範圍內。管狀主部件的額定－管道橫截面尤其根據在管狀主部件的入口管接頭和/或出口管接頭處得到的管道內直徑確定。額定－管道橫截面尤其等於管道系統的額定－管道橫截面，為了安裝，測量配件在管道系統中被確定且在管道系統中在運行期間引導或運輸液態或氣態介質。在支架接納開口的開口面積的所述大小比例中，一方面支架接納開口可以通過插入的反射器支架氣密地(也就是說，尤其是在運行期間相對於液態或氣態介質的排出密封地)閉合。另一方面，反射器支架以及尤其是其反射元件或反射面大到足夠檢測在運行期間入射的聲波信號的至少一大部分，並且以期望的方式偏轉。對氣密的閉合來說，期望儘可能小的開口面積，而對聲波檢測和偏轉來說，儘可能大的面積是優選的。上述尺寸說明在此表現為這兩個矛盾的布置之間的可看出的良好的妥協。

附圖說明

由如下根據附圖對實施例的描述得到本發明的其它特徵、優點和細節。附圖示出：

圖1以側面視角在縱向剖視圖中示出用於流量計的、具有管狀主部件和兩個插入的反射器支架的測量配件的實施例；

圖2以剖視圖II－II示出根據圖1的測量配件；

圖3以透視圖示出根據圖1和2的測量配件；以及

圖4以透視圖示出根據圖1至3的在安裝至測量配件中之前的反射器支架之一。

具體實施方式

在圖1至4中彼此對應的部件具有相同的附圖標記。在下文中具體闡述的實施例的細節本身也可以表示一發明或者是發明主題的一部分。

圖1至3中示出用於基於(超)聲波的流量計的測量配件1的實施例。測量配件1包括基本上為管狀的主部件2以及兩個反射器支架3和4，所述反射器支架插入管狀主部件2中且與管狀主部件不可拆松地連接。為其設置了測量配件1的流量計用於檢測在運行期間流經管狀主部件2的液態或氣態介質的流量。該介質沿流動方向5經過管狀主部件2，所述流動方向定向為基本上平行於管狀主部件2的中心縱軸6。管狀主部件2包括測量段7作為一體的組成部分，該測量段布置在管狀主部件2的內部作為變窄的分部段。

管狀主部件2在其壁部16的外側上具有兩個變換器接觸面8和9，在按照規定的插入期間在基於聲波的流量計中相應一個在圖1至3中並未一起繪出的(超)聲波變換器貼靠在所述變換器接觸面上。變換器接觸面8和9分別通過密封槽包圍。與變換器接觸面9相鄰地設有穿通開口9a用於接納溫度探測器。沿流動方向5觀察，變換器接觸面8布置在變換器接觸面9之前。此外，測量段7位於兩個變換器投影位置10和11之間，所述變換器投影位置分別通過相應的變換器接觸面8或9在中心縱軸6上的相對於中心縱軸6垂直的投影12或13得到。

相應一個包含在管狀主部件2中的支架接納開口14或15配屬於變換器接觸面8和9中的每個。支架接納開口14和15分別設計為穿通開口，所述穿通開口完全穿過管狀主部件2的壁部16。在這兩個支架接納開口14和15中插入反射器支架3和4。即變換器接觸面8和9同樣分別屬於反射器支架3和4之一。在示出的實施例中，支架接納開口14和15中的一個以及反射器支架3和4中的一個相對於中心縱軸6都與每個變換器接觸面8或9對置。

反射器支架3和4中的每個在安裝狀態中朝向相關的變換器接觸面8或9的正面上具有形式為金屬或陶瓷片的隨後被插入的反射元件17或18。反射元件17和18相對於中心縱軸6傾斜地定向，尤其是傾斜了45度，以便朝向測量段7的方向或者朝向相關的變換器接觸面8或9的方向使聲波信號偏轉。在另一個未示出的實施例中，可以取代分開的反射元件17和18而存在相應一個固有的反射面作為相關的反射器支架3或4的組成部分，以便實現聲波信號的偏轉。

兩個反射器支架3和4結構相同。圖4中以透視圖示例性示出未插入反射元件17的反射器支架3。該反射器支架包括支架上部件19和支架下部件20作為一件式彼此連接的組成部分。支架下部件20設計為安裝凸緣，該安裝凸緣在支架上部件19的外周上側向伸出，且具有朝向支架上部件19的方向伸出以及完全包圍支架上部件19的安裝接片21。此外，在支架下部件20的安裝凸緣上布置了形式為尤其朝向支架上部件19的方向略微伸出的定位凸起22的定位輔助件。支架下部件20的安裝凸緣具有矩形或正方形的外輪廓，相反支架上部件19至少在其正面上具有基本上圓形的外輪廓。像從圖1和3能看出的那樣，支架上部件19設計為空心的。空腔23從在安裝狀態中處於外部的側面(＝在圖4中被遮蓋的底面)朝向支架上部件19的設有反射元件17的正面的方向延伸。空腔23用於節省材料和減小重量。

作為反射器支架3和4的安裝凸緣的對應件，在管狀主部件2的外側上存在安裝底座24和25，所述安裝底座如此包圍支架接納開口14和15，使得相關的支架接納開口14和15的開口邊緣具有平坦的邊緣面。安裝底座24和25具有矩形或正方形的外部輪廓，所述外部輪廓對應於反射器支架3和4的支架下部件20的安裝凸緣的外部輪廓。此外，安裝底座24和25配備了包圍相應的支架接納開口14和15的安裝槽26。存在於兩個支架接納開口14和15處的管狀主部件2上的安裝槽26對應於反射器支架3和4的安裝接片21。在插入狀態中，反射器支架3和4的支架下部件20的安裝凸緣抵靠在包圍具有平坦邊緣面的支架接納開口14和15的安裝底座24和25上。在此，安裝接片21接合在安裝槽26中。定位凸起22同樣接合在存在於安裝底座24和25上的對應的定位凹部27中，由此保證了，相應的反射器支架3或4以正確的安裝位置插入。反射器支架3和4以其相應的支架上部件19伸出至管狀主部件2的內部中。

在該示出的實施例中，管狀主部件2和反射器支架3和4分別是塑料注塑件。例如，使用聚鄰苯二甲醯胺(PPA)、聚苯硫醚(PPS)或者聚芳碸，例如聚亞苯基碸(PPSU)作為塑料材料。可選地，也可以向該塑料材料混入金屬纖維用於增強，尤其在反射器支架3和4中，即用於有利地調節或增強反射性。尤其可以涉及金屬纖維增強的塑料材料。此外，塑料材料尤其可以設計為部分結晶的或無定形的形式。管狀主部件2和反射器支架3和4的幾何形狀極其適合用於注塑製造。這些構件在其注塑製造之後尤其可以容易地且在沒有附加措施的情況下從注塑模具去除或取下。

在其注塑製造之後，將這些組件組合且牢固地彼此連接。在插入的反射器支架3和4和管狀主部件2之間尤其存在焊接連接或粘合連接。這種連接是不可拆松的且相對於在運行期間在測量配件1的內部中被引導的介質的排出是緊密的/密封的。兩個反射器支架3和4的支架下部件20分彆氣密地封閉支架接納開口14和15。支架接納開口14和15分別具有未被佔用的開口面AF，在示出的實施例中，其面積相對於管狀主部件2的額定－管道橫截面AN佔約26％。在此在入口側的區域中基於管狀主部件2的內直徑D1計算出額定－管道橫截面AN。

安裝槽26具有略大於安裝接片21的接片長度的槽深度，從而在插入狀態中保留小的槽空腔28。該槽空腔28用於接納(多餘的)塑料或者用於接納為了建立焊接連接而熔融的材料。由此阻止了，粘合材料或者熔融材料到達管狀主部件2的內部中並在那裡在運行期間會與介質接觸。因此可靠地避免了汙染介質。

管狀主部件2在其外側上在分部段的區域(其在內部變窄且形成測量段7)中不具有封閉壁部形式的圓柱形的外部幾何形狀。相反僅存在個別的增強肋29，所述增強肋徑向向外延伸。與未示出的、其中在該分部段中壁部由實心材料製成的備選實施方案相比，增強肋29保證了在材料消耗和重量較小時類似的機械穩定性。

為了連接至管道系統，管狀主部件2具有入口管接頭30和出口管接頭31，所述管接頭分別具有外螺紋。為了能夠在製造與管道系統的螺紋連接期間把管狀主部件2保持在期望位置中，在管狀主部件2的外側上一件式安置了徑向伸出的工具法蘭32。就工具法蘭32來說僅存在唯一的這種工具法蘭。在示出的實施例中，該工具法蘭布置為與入口管接頭30相鄰。然而備選地，其也可以定位在另外的位置處。放棄在其它情況下在出口管接頭31處常見的第二工具法蘭帶來了材料節省和重量減輕。

總之，測量配件1僅由很少的單個組件組成，該單個組件還可以極好地製造為成本有利的塑料注塑件。此外有利的是，把測量段7內置到管狀主部件2中，由此省去了在其它情況下常見的分開的測量段－構件。測量配件1的特徵還在於小的重量和低的材料消耗。在此，測量配件1是極其價廉物美的構件。