[发明专利]超声波流量计

说明书

本发明涉及一种超声波流量计(1)，该超声波流量计(1)包括：测量管(2)，该测量管(2)具有测量管壁(11)和直测量管轴线(M)，该测量管壁(11)至少在一些部分中具有带旋转对称的截面或多边形的截面的基本形状；发送器(15)，该发送器(15)用于在第一信号路径(8)上传输声信号；和接收器(16)，该接收器(16)用于接收第一信号路径(8)上的声信号；其中，测量管(2)具有多个反射表面(6.1‑6.5)，第一信号路径(8)上的声信号通过所述多个反射表面(6.1‑6.5)被反射多次，并且其中，反射表面(6.1‑6.5)由测量管壁(11)一体地形成，用于反射声信号的反射表面(6.1‑6.5)被设计以使得，反射表面(6.1‑6.5)中的一个或多个至少部分地突出到测量管(2)的基本形状中，并且反射表面(6.1‑6.5)中的一个或多个至少从测量管(2)的基本形状向外突出。

技术领域

本发明涉及一种超声波流量计。

背景技术

常常在过程和自动化技术中使用超声波流量计。它们允许以简单的方式确定管线中的体积流量和/或质量流量。

已知的超声波流量计常常根据运行时差原理工作。在时差原理中，相对于液体的流动方向来评估超声波(尤其是超声波脉冲，所谓的浪涌)的不同的运行时间。为此，超声波脉冲以与管轴线呈某一角度在流动方向上和与流动方向相反的方向上被传输。如果已知管线段的直径，则使用运行时间差可以确定流量并且因此可以确定体积流量。

借助于所谓的超声换能器产生或接收超声波。为了这个目的，将超声换能器牢固地附接到相关管线段的管壁。超声换能器也可用作为夹装超声波流量测量系统。在这些系统中，从测量管的外侧抵靠管壁挤压超声换能器。夹装超声波流量测量系统的大的优点在于，它们不接触测量介质并且安装在现有管线上。

超声换能器通常由机电换能器元件(例如，压电元件)和耦合层组成。在机电换能器元件中，超声波作为可听信号产生并且经由耦合层被引导至管壁，并且从管壁被引入液体中(在夹装系统的情况下)，或在内联系统的情况下，超声波经由耦合层被耦合到测量介质。另外，耦合层也很少被称为膜。

附加耦合层，所谓的适应层可以被布置在压电元件与耦合层之间。适应层承担超声波信号的传输并且同时减少由在两种材料之间的边界层处的不同的声阻抗引起的反射的功能。

在夹装系统以及内联系统(inline system)两者中，超声换能器被布置在测量管上的公共平面内，在测量管的相对的两侧中的任一侧上(在这种情况下，声信号沿着被投射到管截面上的割线横穿测量管一次)或在测量管的相同侧上(在这种情况下，声信号在测量管的相对侧处被反射，因而声信号沿着被投射到测量管上的割线横穿测量管两次)。US 4103 551和US 4 610 167示出具有在被设置在测量管中的反射表面处的反射的超声波流量计。到如今如下多路径系统也变得已知：多路径系统包括多对超声换能器，超声换能器中的每一个形成信号路径，声信号沿着所述信号路径经过测量管。相应的信号路径和相关联的超声换能器处于相互平行的平面中，所述相互平行的平面也平行于测量管轴线。US 4 024760或US 7 706 986是这样的多路径系统的示例。多路径系统的优点在于，它们在几个点处测量测量管中的测量介质的流动轮廓，因此能够提供关于流量的高度精确的读数。这尤其通过如下事实实现：沿着不同信号路径的单独的运行时间被不同地加权。然而，多路径系统的缺点在于，由于多个超声换能器的安装以及在适当的情况下的复杂评估电子设备，它们的制造成本高。

存在用于对信号路径加权的各种论文。由T.Tresch、T.Staubli和P.Gruber在2006年7月30日至8月1日在美国奥勒冈州波特兰市召开的关于水力效率测量的改革的第六次国际会议的补充公布中发表的论文“Comparison of integration methods for multipathacoustic discharge measurements(用于多路径声排放的积分方法的对比)”将用于对沿着不同的信号路径的运行时间加权以计算流量的当前方法进行比较。