[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测量系统，该超声波流量测量系统包括用于待确定其流速的流体的流动管和至少两个超声换能器电路。至少两个超声换能器电路中的至少一个超声换能器电路包括超声波发射器，超声波发射器被布置成为在发射阶段中发射超声波信号以通过所述流体，并且至少两个超声换能器电路中的至少另一个超声换能器电路包括超声波接收器，用于在接收阶段接收被发射的超声波信号。该系统还包括至少一个接收电路，其被布置成用于在接收阶段读取超声波接收器；以及连接到至少两个超声换能器电路和至少一个接收电路的控制装置。根据本发明，流量测量系统包括设置在流动管的外护套上的超声波阻尼层，其中超声波阻尼层被设置成使得其基本上包围流动管的外护套并且与超声波发射器和超声波接收器接触。声音在流动管的材料中的速度基本上超过声音在超声波阻尼层的材料中的速度。

技术领域

本发明涉及一种超声波流量测量系统，其包括用于流速待确定的流体的流动管；至少两个超声换能器电路，其中，至少两个超声换能器电路中的至少一个包括超声波发射器，该超声波发射器被布置成在发射阶段中发射超声波信号以通过所述流体，并且其中，至少两个超声换能器电路中的至少另一个包括被布置成用于在接收阶段接收发射的超声波信号的超声波接收器。

背景技术

在现有技术的超声波流量计中，使用流动管，该流动管具有被布置在流动管的护套一侧的超声波发射器，并且被布置成以相对于流动管的纵轴一定角度发射超声波。接收器设置在下游并且在用于接收超声波的流动管的相对侧处。超声波通过流动管传播所需要的时间用于确定流动管中的流速。时间差尤其通过流动管的直径、超声波传播的角度和流速来确定。当这些流量计的尺寸缩小时，时间差将变得非常小，即以皮秒(10^-12秒)的量级。为了仍然能够测量这个时间差，需要非常高的频率，即以千兆赫(GHz)的量级。流体经常使这些高频衰减的事实是不利的。

在US 6,055,868中已知一种流量计，其包括流动管，在该流动管上设置有两个环形振荡器。振荡器交替通电以发射超声波，该超声波由另一个非通电的振荡器检测。由此，超声波向上游传播所需的时间以及新的超声波向下游传播所需的时间以及它们之间的时间差用于确定流动管中的流速。这种已知流量计的缺点是：它不太适合用于相对小的流量，自此，信噪比不是最佳的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的超声波流量传感器，其也可用于相对小的流量。

为了实现该目的，本发明提供一种前述类型的超声波流量测量系统，其包括至少一个接收电路，该接收电路被布置成用于在接收阶段读取超声波接收器，以及连接到至少两个超声换能器电路和至少一个接收电路的控制装置。超声换能器电路设置在流动管的外侧。因此，流动管的内部容积不受超声换能器电路的影响。根据本发明，超声波阻尼层被设置在流动管的外护套上，其中，超声波阻尼层被设置成使得其基本上包围流动管的外护套，并且与超声波发射器和超声波接收器接触。超声波阻尼层和流动管的材料被选择并被布置成使得声音在流动管的材料中的速度基本上超过声音在超声波阻尼层的材料中的速度。

已经发现，根据本发明，在接收器的位置处获得提高的信噪比。不希望在理论上受此限制，下面仅以举例的方式给出这种令人惊讶的效果的可能解释。

使用与流动管接触的发射器(例如以环形振荡器的形式)使得超声波平行于流动管的纵轴传播。这种情况下，超声波至少部分地在管-流体之间的表面上传播。因此，发射器和接收器之间的波所行进的距离与管的直径无关。这意味着流量计可以被设计成相对较小的尺寸。通过进一步将发射器和接收器之间的距离设计得足够大，可以获得用于确定流速的可测量的时间。

在根据本发明的流动管中，主要产生Scholte波。这些Scholte波是固体(流动管)和流体(待测流体，可以是液体或气体)界面上的表面波。所述Scholte波受待确定其流量的介质的流量影响。然而，产生的超声波的一部分将不是Scholte波，而是完全在流动管的固体物质中传播。该波干扰接收器位置处的所需信号。另外，这种波的传播速度比与流体相互作用的波的传播速度更快。