[发明专利]用于确定管路中流动的流体的流动速度的测量装置和方法

说明书

本发明涉及用于确定管路中流动的流体的流动速度的测量装置和方法。用于确定管路(14)中流动的流体(12)的流动速度的测量装置(10)具有至少一个超声波换能器(18a‑b)，该超声波换能器从外部安装到管路壁(22)上并具有振荡体(34)，该振荡体耦合在管路壁(22)的部分区域(32)上，该部分区域作为超声波换能器(18a‑b)的可振荡的膜片起作用，其特征在于，联接件(36)被布置在膜片(32)与振荡体(34)之间，该联接件的横截面小于振荡体(34)的横截面。

技术领域

本发明涉及一种用于确定管路中流动的流体的流动速度的测量装置和方法。

背景技术

已知各种测量原理用于基于超声来确定流动速度或流量。在多普勒法中，对反射到流动的流体上的超声波信号的根据流动速度而产生的不同的频率偏移进行评估。在传播时差法中，一对超声波换能器以在纵向方向上的相互偏移被安装在管道的外周上，这一对超声波换能器横向于流动沿着建立在超声波换能器之间的测量路径交替地发送和记录超声波信号。穿过流体输送的超声波信号根据传播方向通过流动来加速或减速。得到的传播时间差值借助几何参数计算出流体的平均流动速度。由此借助横截面积得出体积流量或流量。为了进行更精确的测量也可以设置多个测量路径，每个测量路径具有一对超声波换能器，以便检测在多于一个点上的流动截面。

用于产生超声波而设置的超声波换能器具有振荡体，常见的为陶瓷。借助该振荡体例如基于压电效应将电信号转换成超声波且反之亦然。根据用途，超声波换能器用作声源、声探测器或两者兼而有之。在此，必须确保流体与超声波换能器之间的耦合。常见的解决方案是使超声波换能器伸进管路中与流体直接接触。这种侵入式探针可能会因流动的干扰而给精确测量造成困难。反之，浸入式超声波换能器暴露于流体以及流体的压力和温度下，并因此可能会损坏或由于沉积物而失去其功能。

原则上也已知这些技术，在这些技术中内壁保持完全闭合。实例为例如根据US 4467 659的所谓的夹合式安装(Clamp-On-Montage)，通过该夹合式安装将超声波换能器从外部固定在管路上。但是如此一来仅可以实现通过管轴线的径向相对的测量路径，由此在非轴向对称的流动剖面上产生额外的误差。

EP 1 378 272 B1提出将产生超声波的元件安装在壁的外侧上。与夹合式技术不同，可以说在此将超声波换能器集成到壁中。凹部(Tasche)被成型在超声波换能器的区域中，该凹部具有比其余壁小得多的壁厚，并且该留存的壁厚构成超声波换能器的膜片(Membran)。也称之为夹紧式(Clamp-In)的安装在一定程度上是夹合式安装和管路的内部空间中的固定式安装的中间形式。但为此使用相对复杂的多部分的换能器结构。尽管如此，当频率较高时，用于宽广的发射(Abstrahlung)的发射面依然过大。

JP 2000 337 940 A示出了另一种流量测量设备，在该流量测量设备中压电元件接触管路中的孔的底部的管路壁。不过足够宽广的发射和简单的换能器结构的这些问题在此同样没有得到解决。

在DE 102 48 542 A1中提出将超声波换能器直接施加到与介质接触的功能表面上。通过对功能表面进行倒角并从而对管路进行倒角来实现具有流动方向上分量的路径取向(Pfadausrichtung)。由此排除平坦的、连续的管内壁。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种经过改进的用于借助超声波测量流动速度的换能器方案。