[发明专利]超声波流量测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波流量测量仪，带有一个可由一种介质流过的测量管，该测量管在横截面看具有两个二分之一圆周，其中设置两个超声波换能器对，为它们分别配设了一个超声波反射器，每一个超声波换能器对的超声波换能器在测量管的纵向方向彼此位错地布置在一个共用的二分之一圆周上，配属于各超声波换能器对的超声波反射器在测量管纵向方向看是在两个超声波换能器之间布置在另外的二分之一圆周上，致使从一个超声波换能器对的一个超声波换能器发射的超声波信号沿着一个V-形信号路径经过配属于超声波换能器对的超声波反射器达到超声波换能器对的另一个超声波换能器。

背景技术

如果通过测量管流动的介质具有流动干扰并因此偏离一种完全发展出的层流的或紊流的流动模式，超声波流量测量仪一般显示一个变坏的测量精度。这些干扰可以例如通过管子的横截面变化或弯曲造成，介质流过这些管子。在这些干扰中，一般区分为三种类型，即轴向干扰，切向干扰，如涡流，和径向干扰。切向和径向干扰对于实际容积流量的变化没有影响。但是它们如在下面进行的说明那样影响超声波测量。

在超声波流量测量仪中，一般设置至少两个超声波换能器，它们共同形成一个超声波换能器对，并且此外在流动方向上彼此位错地布置。超声波换能器之一发射一个超声波信号，该信号经过流动的介质并由另外的超声波换能器接收。此时一般这样进行，即也可以由另外的超声波换能器发射一个超声波信号，该信号由第一超声波换能器接收。以这种方式，超声波信号交替地顺着或逆着流动方向通过流动的介质。基于在流动的介质中的引动效应，在流动方向或在流动方向相反的方向得出不同的传输时间。如果声音路径的长度和声音路径相对于流动方向的角度是已知的，则为此可以借助于在流动方向或在流动方向相反的方向的传输时间反推出介质的流动速度。

如果一个管路例如具有一个向上或向下的弯曲和随后有个向右或向左的弯曲，则可以预料在流动模式中有轴向及切向的干扰。其中，切向干扰导致沿着通过声音路径给出的测量路径的附加速度分量，从而导致对整个已有流动速度决定性的传输时间的失真。

为了解决这个问题，迄今是这样作的，即在一个共用的平面中应用至少两个交叉的测量路径。如果两个测量路径相对于流动方向的角度总是大小相等，那么如果将为两个路径分别确定的速度取中数，则将不受欢迎的切向和径向速度分量消除。

此时有个缺点在于，至少要求双倍数量的超声波换能器。如果必须在测量管中设置更多的超声波换能器，则一般也必须为这些超声波换能器在测量管的壁中提供附加的换能器槽(Wandlertaschen)，这导致对流动的附加干扰。

为解决上述问题的另一个方案在于应用V-形信号路径。此时这样进行，将一个超声波换能器对的两个超声波换能器设置在测量管的一个共用侧面上，其中在测量管的对置的侧面上准备一个超声波反射器。视在各自平面中测量管的曲率而定，独自通过测量管的内壁就已经可以形成这样一种超声波反射器，然而也可以设置一个单独的超声波反射器，例如以一个平板形式。这适用于现有技术，也适用于下面阐述的本发明。

从一个超声波换能器发射的超声波信号沿着一个V-形信号路径经过超声波反射器向超声波换能器对的另外的超声波换能器运行。同样也可以将超声波信号向其它的方向发射。如以前说明的那样，以此基本上也实现一种布置，在该布置时可以通过取平均值达到消除切向和径向部分。此时一个重要的优点在于，不要求附加的超声波换能器。

从US 2004/0011141 A1公知一种开始时所阐述类型的超声波流量测量仪。在这种仪器中设置多个V-形信号路径，这些信号路径分布在彼此平行的平面中。超声波换能器对和超声波反射器，分别设置在超声波流量测量仪测量管的单独的侧面上。这在可以至少将最上面的和最下面的V-形信号路径以到测量管内壁微小的最大间隔布置时是有利的。也就是证实了，到测量管内壁的较小的间隔导致测量精确度改善，因为在这样一种信号路径时尤其可以用高精确度确定出和因而消除轴向干扰。此外，通过仅仅将超声波换能器共同布置在测量管一侧使维修变得容易，尤其是当测量管很难和有时只从一侧才可接触时更是如此。

事实表明，如前面所述，应用大量在彼此平行平面中的V-形信号路径，可以比在上面所述传统的信号路径布置情况时明显更好地消除流动的径向和切向干扰。然而，试验得出，始终还出现约0.15％的误差。

发明内容

因此本发明的任务是，给出这样一种超声波流量测量仪，它可以在确定流动速度时几乎完全消除切向和径向的干扰。