[其他]确定和/或监控穿过测量管的测量介质的流量的测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定和/或监控穿过测量管的测量介质的流量的方法以及一种相应的测量系统，该测量管具有第一超声波传感器和至少一个第二超声波传感器并且具有至少一个调节/评估单元，所述第一超声波传感器具有至少一个电子机械式的超声波换能器元件并且安置在测量管的第一区域中，并且所述第二超声波传感器具有至少两个电子机械式的超声波换能器元件并且以如下方式安置在测量管的第二区域中，即，使由第一超声波传感器穿过测量介质发送的超声波信号由第二超声波传感器接收，并且由第二超声波传感器穿过测量介质发送的超声波信号由第一超声波传感器接收，所述调节/评估单元根据超声波测量信号或者根据从超声波测量信号中推导出的测量数据借助于渡越时差法(Laufzeitdifferenzverfahren)求得在测量管中流动的测量介质的体积流和/或质量流。 

背景技术

超声波流量测量仪器以多种多样的方式用在工艺技术和自动化技术中。它们能够以简单的方式确定管道中的体积流量和/或质量流量。 

公知的超声波流量测量仪器经常根据多普勒原理或者根据渡越时差原理进行工作。 

在渡越时差原理的情况下，评估超声波脉冲相对于液体的流动方向的不同的渡越时间。 

为此，既以顺流的方式又以逆流的方式相对于管轴线以确定的角 度发送超声波脉冲。从渡越时差中可以确定流动速度并且可以由此在管道段的直径已知的情况下确定体积流量。 

在多普勒原理下，将超声波以确定的频率耦合到液体中，并且评估从液体反射出来的超声波。同样，可以从进入和反射的波之间的频移来确定液体的流动速度。 

然而，液体中的反射只在该液体中存在小气泡或者脏物时才会发生，从而该原理主要应用在脏的液体中。 

借助于所谓的超声波换能器来产生或者接收超声波。为此，将超声波换能器固定地安置在相关管道区段的管壁上。近来还有夹式超声波流量测量系统(Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmesssystem)可供使用。在该系统中还只用夹紧扣将所述超声波换能器压到管壁上。这种系统例如由EP 686 255B1、US-A 44 84 478或者US-A 45 98 593公知。 

由US-A 50 52 230公知另一超声波流量测量仪器，该超声波流量测量仪器根据渡越时差原理工作。在这里，借助于短的超声波脉冲来求得渡越时间。 

夹式超声波流量测量系统的大的优点是，它不接触测量介质并且安置在已经存在的管道上。缺点是，在安装这种夹式系统时，为了使各个超声波换能器相互对齐需要很大开支，这取决于许多参数，例如管壁厚度、管直径、测量介质中的声速。 

超声波换能器通常由电子机械式的换能器以及耦合层组成，该换能器在工业的过程测量技术中大多数情况下是压电陶瓷，该耦合层也称为耦合楔或者罕见的前导体 在此，该耦合层大多数情况下由合成材料制成。在电子机械式的换能器元件中产生超声波并且经由耦合层导向管壁并且从那里导入液体中。因为液体和合成材 料中的声速是不同的，所以超声波在从一种介质过渡到另一种介质中时发生折射。根据斯涅尔定律以一次近似法来确定折射角。因此，该折射角取决于介质中的传播速度之比。 

在压电元件与耦合层之间可以布置另一耦合层，即所谓的适应层。在此，该适应层承担传输超声波信号的功能并且同时减少在两种材料之间的边界层上由不同的声学阻抗引起的反射。 

在大量来源中，例如在DE 10 2006 029 199B3中，通过使用穿过测量管中测量介质流的超声波信号来确定测量管中测量介质的流速。 

在WO 2007/039394A2中公开了一种超声波流量测量仪器，该超声波流量测量仪器在测量管的第一区域内具有至少一个超声波换能器并且在第二区域内具有至少两个超声波换能器。基于第二区域中的换能器相对于第一区域中的换能器的不同的间距，得出超声波信号的渡越时差。该渡越时差用于计算流量。缺点是，测量管的第一区域中的超声波换能器必须产生具有很大的信号强度和很宽的信号张角的耗能的信号，由此，所述信号到达测量管的第二区域中的另外两个超声波换能器。