[发明专利]用于外夹式超声波流量测量的方法和布置系统以及用于控制外夹式超声波流量测量的电路布置系统

说明书

本发明涉及根据传播时间法的用于外夹式超声波流量测量的方法以及布置系统。本发明的目的在于，创造一种用于外夹式流量测量的测量布置系统，其仅以两对声音换能器就提供了既在反射式布置中也在X式布置中进行测量的可能性，而无需于在布置系统之间切换的过程中改变声音换能器位置。对于根据本发明的方法，在测量管上布置有至少四个声音换能器，以这种方式对所述声音换能器进行操控，使得交替地依次在X式布置和反射式布置中完成流量测量。为此，分别有两个声音换能器连接成各一个用于在X式布置中进行的流量测量的发射接收对，和/或各两个声音换能器连接成各一个用于两个反射式布置的发射接收对。

技术领域

本发明涉及根据传播时间法的用于外夹式超声波流量测量的方法和布置系统。

背景技术

外夹式流量测量仪广泛应用于许多工业领域。这种测量仪的一个显著优点在于，无接触地进行流量测量。对于根据传播时间法的外夹式流量测量仪，测量两个顺流和/或逆流传播的声音信号之间的传播时间差并且由此计算体积流量。为此，在管壁上固定了两个声音换能器，这两个声音换能器都可以作为发射器并且作为接收器来工作。声音换能器由例如压电陶瓷等有源元件构成，其布置在所谓的声音换能器前导部分(Schallwandlervorlauf)上，使得以入射角alpha完成声音传播。用于声音换能器的激励脉冲的生成以及声音换能器的接收信号的评估在测量变换器中完成。该测量变换器为每个声音换能器提供测量通道。传播时间差dt取决于声音路径上的平均流动速度Vl、传感器常数Ka以及流体中的声音传播时间t_fl。通过下面的公式描述其相互关系：

Vl＝Ka*(dt/2t_fl) 等式(1)

在此，Ka是传感器常数，其确定流体中的入射角：

Ka＝c_alpha/sin(alpha) 等式(2)

在此，alpha和c_alpha是声音换能器前导部分中的入射角及声速。为了计算体积流量，还必须已知流体机械学的校准因数KF，其表示流动速度的面平均数VA相对于声音路径上的平均流动速度Vl的比值：

KF＝VA/Vl 等式(3)

然后，通过管的横截面积A，得出体积流量Q，其中：

Q＝KF*A*Ka*(dt/2t_fl) 等式(4)

对于外夹式流量测量，使用径向的声音路径，即，对于生成声音路径必要的两个声音换能器布置在管上，使得声音路径与管的轴线相交。为此，声音换能器可以布置在管的相对侧上。因此，指的是所谓的直接布置。如果布置两个直接布置，使得声音路径彼此交叉，则说的是X式布置(DE 102011005170 B4、DE 102005047790 A1)。可替换地，可能是反射式布置，其中声音换能器布置在测量管的同一侧上，并且声音信号在相对的管内侧上反射一次。(DE 102008029772 A1)在图1和图2中示出了X式布置和反射式布置。

接下来会把从管内壁到相对的管内壁的一次传播称为声音路径。因此，以直接布置实现单独的声音路径，并且以反射式布置实现两个声音路径。在这两种布置系统中，可以通过在管内壁上的多重反射，提高声音路径的数量。由此，在反射式布置中，可能有偶数个声音路径，而在直接布置中，可能有奇数个声音路径。声音换能器对的两个声音换能器之间的所有声音路径的总和可以被称为声音路程。提高声音路径数的优点在于，延长小管的声音路程。由X式布置或者说反射式布置的两个声音路径所形成的平面被称为测量平面。