[发明专利]超声流量计

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声流量测量装置，其包括具有直测量管轴线的测量管、用于在第一信号路径上发射声信号的发射器、用于在第一信号路径上接收声信号的接收器和至少一个第一反射面，在每种情况中，在第一信号路径上声信号在第一反射面被反射至少一次，其中入射到第一反射面的声信号和在第一反射面被反射的声信号沿着第一信号路径的直分段行进。

背景技术

超声流量测量装置广泛应用于过程和自动化技术中。它们可以容易地确定管道中的体积流量和/或质量流量。

已知的超声流量测量装置通常根据行程时间差原理进行工作。在行程时间差原理中，超声波的不同行程时间，尤其是超声脉冲，即所谓突发的不同行程时间，根据流动液体中波行进的方向加以评估。为此，按照与管轴线和流体这两者成特定角度方向，也可以是相反方向，超声脉冲被发送。根据行程时间差，流速，并且随后在知道管道截面的直径的情况下，就能够确定体积流量。

超声波利用所谓超声换能器生成，并被相应地接收。为此，超声换能器被牢固设置在相关管道段的管壁中。也有夹持式的超声流量测量系统。在这种情况下，超声换能器被压在测量管管壁的外面。夹持式超声流量测量系统的一个最大好处是，超声流量测量系统不与被测介质接触，并且能够被设置在已有的管道上。

超声换能器通常由机电换能器元件，例如压电元件，以及耦合层组成。在机电换能器元件中，超声波作为声信号被生成，并且通过耦合层被引导到达管壁，在夹持式系统的情况下从管壁进入液体，并且在线上系统中通过耦合层进入到被测介质。在这种情况下，该耦合层有时也被称作薄膜。

在压电元件与耦合层之间，还可以设置另一个耦合层，被称作适配层，或者匹配层。在此情况下，适配层或者匹配层，起到传递超声信号的作用，同时起到减少在两种材料之间的界面处由不同声阻抗引起的反射的作用。

不管在夹持式系统的情况中还是在线上系统的情况中，超声换能器在共享平面中被设置在测量管上，相对地位于测量管的两侧，在此情况下超声信号被投射到管横截面上，沿着通过测量管的割线而经过一次，或者设置在测量管的相同侧，在此情况下声信号在测量管的相对侧上反射，因此，声信号沿着投影到穿过测量管的横截面上的割线两次横穿过测量管。US4,103,551和US4,610,167示出了在测量管中提供的具有在反射面上反射的超声流量测量装置。多路径系统也是公知的，其具有多个超声换能器对，在每种情况中，它们可形成信号路径，超声信号可沿着该路径而经过测量管。在此情况下，各个信号路径和相关的超声换能器位于与测量管轴线平行的互相平行的平面内。US4,024,760和US7,706,986以示例的形式示出了这种多路径系统。多路径系统的优点是它们能够在多个位置测量在测量管中被测介质的流量概况，并因此能够提供对于流量的高精度的测量值。除其它之外，这可以基于每个沿着不同的信号路径的个体行程时间的权重不同的事实而得到。然而，在多路径系统情况中不利的是它们的制造成本，由于需要使用多个超声换能器，以及在特定的情况下需要使用复杂的评估电子设备。

这里有不同的为信号路径加权的方式。由T.Tresch，T.Staubli以及P.Gruber在2006年7月30日到8月1日在美国俄勒冈州波特兰市举行的第六届关于水利效率测量创新国际会议的讲义中的论文“对于多路径声流量测量的综合方法的比较”(“Comparsion of integration methods for multipath accoustic discharge measurements”)中，对比了已确定的用于计算流量的沿着不同信号路径的行程时间的加权方法。

DE19861073A1和DE29719730U1公开了一种具有第一声音路径的流量测量系统，其在测量管中被多次反射。

US7,845,240和EP2282178A1公开了一种流量测量装置，其从发射器发射第一信号路径，其通过双折射引导信号到达接收器。然后接收器承担发射器的作用，并且在第二信号路径上通过双反射或者多次反射的形式将超声信号发射回到原始发射器，其接着承担接收器的作用。这种测量装置包括信号的评估，考虑第一信号和第二信号路径的值。这里的缺点是，在第一和第二信号路径的行程期间，流体的性质已经发生了变化，由此，比如测量管道中介质的旋转没有被考虑进去，因为它只在一个方向上，而不是在相对的方向上被探测。

EP0715155A1公开了一种包括多次折射的测量装置，其中信号路径的分段只形成一个平面，其平行于测量管轴线延伸。在这种情况中，例如，管中介质的旋转不能得到补偿。