CN101365927B - 超声波测量段及其制造方法和利用其测量流体 流量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塑料制的超声波测量段(1)，用于测量流体的流量。它包括两个沿流体的流动方向隔开距离的超声波发送和接收转换器(2、3)，其特征在于，声波在发送和接收转换器(2、3)之间可通过至少两个反射器(4)呈Z字形地被导引。本发明还介绍了一种相应的测量方法和一种通过压铸整体式制造这种测量段(1)的方法。

Description

超声波测量段及其制造方法和利用其测量流体 流量的方法
技术领域
本发明涉及一种塑料制的超声波测量段及其制造方法和一种用于超声波测量的测量方法。
背景技术
发展了渡越时间差法作为工业应用中确定流量最重要的方法。这种渡越时间差法利用了下列事实：超声波信号的传播速度与该超声波在其中传播的那种介质的流动速度有关。相应地，超声波信号逆流动方向比沿流动方向运动得慢。通过使用两个超声波转换器或传感器用尽可能一致的传递函数实施技术转换。为了确定渡越时间差，一个超声波脉冲通过介质沿流动方向发送，第二个脉冲沿反方向发送。在这里两个传感器作为发送器和接收器轮流工作。
由现有技术、由一些专利和专利申请已知许多以上述原理工作的实施方案。
用塑料制的许多已知的测量器具采用测量所需的超声波转换器的一种所谓共线的布局，也就是说这些超声波转换器彼此直接对置。其结果是，流动导引不可能是直线，而例如必须在具有共线布局的测量室内U形地耦合，以及由此不可能制成可脱模的压铸模。确切地说它必须由两个或多个部分组成并焊接在一起。例如WO-A1-94/21989建议了这种方案，其中测量段设计成U形。其缺点在于必须将多个部分焊接在一起，从而必然导致在测量段内有一些焊缝。它形成一些不希望的微粒截留部位。
由DE-A1-3941544已知一种超声波测量器具，其中超声波在两个信号转换器之间通过“W”形射线路径。声波首先在管子下壁上反射，然后在上壁上，以及最后重新在管子下壁上反射。部分声波通过一个只在管子下壁上单次反射的路径。这些声波被安置在下壁上的阻尼器减弱。
EP-B1-0521855介绍了一种类似的流量计，然而反射面是弯曲的，所以声波聚焦。管子下壁有一个在聚焦面之间的散焦反射面。在这里部分按“V”形路径通过测量管的声波被阻尼。但采取这些措施的同时也使声信号被流量计强烈阻尼，以及接收信号转换器获得的是一个弱的信号，它被按“V”形路径通过管的声波叠加。若信号转换器接收一个弱的信号，则它对干扰敏感。这里不仅是指机械噪声而且是指电磁噪声。
在EP-A1-0538930中表示了一种测量管，它的壁在横截面内成椭圆形。在椭圆的焦点上设超声波发送器和超声波接收器。在测量管中心沿纵向延伸一个构成障碍的插件，它有一种型面，这种型面或同样设计为椭圆，或有一个朝流动方向变尖的椭圆形。借助此插件应防止超声波从发送器直接到达接收器，没有在测量管的壁上反射。超声波发送器和超声波接收器设在测量管的轴向中心线上。
这些已知的为了能倾斜或V形地通过测量段测量的结构，由于塑料特性和所要求的测量精度，因而不能使用。
所述传统结构的另一个缺点是，倾向于截留泡沫和微粒。尤其在前言列举的一些文件中存在一些陷窝或角落，在那里可能聚集泡沫和微粒并因而使测量出错。与此同时，许多对流动技术不利的有角的入口由于污染倾向于堵塞。
发明内容
本发明的目的是创造一种超声波测量段和一种测量流量的方法，它能避免以上列举的缺点，以及在超声波测量段内没有会使流量测量出错的截留泡沫或微粒的坑窝。
本发明的目的是创造一种超声波测量段和一种测量流量的方法，其中排除测量信号中的干扰。
本发明另一个目的是创造一种超声波测量段的制造方法，采用这种方法可以用一种塑料通过压铸一体地制成整体式的超声波测量段，没有内部焊缝或其它截留泡沫或微粒的坑窝。
上述目的首先通过一种塑料制的超声波测量段达到，它使用于测量流体的流量，其中，它有两个沿流体的流动方向隔开距离的超声波发送和接收转换器，以及其中，声波在发送和接收转换器之间可通过至少两个反射器呈Z字形地被导引；所述测量段由塑料一体地制成以及所述反射器处于所述通道壁的斜面上，其中，所述测量段设计成阶梯状的通道形式并且所述超声波测量段的安设有反射器的壁具有一个半径。
按照本发明的超声波测量段可有利地用聚四氟乙烯制造，或用压铸法制造。按照一种有利的设计，所述反射器由金属、空气或塑料组成。所述反射器可处于测量段内侧或外侧，或压铸在测量段的壁内。在所述测量段上优选安置一个温度测量传感器。
本发明的上述目的尤其还通过一种用按本发明的超声波测量段测量流量的方法达到，其中，声波在发送和接收转换器之间通过至少两个反射器呈Z字形地被导引，按照本发明，所述流体通过一整体的塑料制件的通道导引，该通道设计成阶梯状；以及，声波在该通道壁的斜面上被反射，其中，所述超声波测量段的安设有反射器的壁具有一个半径。
在按照本发明的测量流量的方法中，声波可通过阶梯状的测量段被导引，并优选通过由金属、空气或塑料组成的反射器被导引。
按照本发明的测量流量的方法可用于测量气体或液体的流量，并优选除测量流量外还测量流体的温度。
按照本发明测量流量的方法的一种扩展设计，声波在反射器上被导引，该反射器设在测量段内部或外部，或压铸在测量段的壁内。
本发明的另一目的还通过一种按本发明的超声波测量段的制造方法达到，包括下列工艺步骤：
(a)将两个逐渐扩宽的、共同构成一个阶梯形轮廓形状的滑块相互叠靠在一起，
(b)通过围绕滑块压铸制成所述测量段，以及
(c)在测量段不同侧拔出这两个滑块。
按照本发明的超声波测量段的制造方法优选包括另一工艺步骤，即，随后将发送和接收转换器安置在所述测量段外部。
所述测量段的一个优点在于，测量段可通过压铸一体地制成，因为通过使用两个滑块允许工件脱模。不存在焊缝，亦即不存在潜在的微粒截留。此外在液体内的空气或气体泡沫难以固着并能快速通过测量段，从而基本上避免测量出错。
有利地，测量段设计为阶梯形，并且根据所采用塑料的性能，由外壁(在围绕测量段的空气上反射)、内壁(在测量段的塑料上反射)作为反射器，或者采用一个由恰当材料例如金属制的反射器安置在外壁上或作为嵌入件压铸在塑料内用于所需的反射。若塑料壁必然被穿透，则要穿透的塑料壁在反射器的整个区域内有利地厚度相同。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明，附图中：
图1表示按本发明的超声波测量段，包括超声波发送和接收转换器及反射器；
图2a表示按本发明的超声波测量段和声波所经路径的剖面图；
图2b表示图2a的侧视图，由此可以清楚看出按本发明的超声波测量段阶梯形的实施形式；
图3表示借助两个滑块制造期间通过按本发明的超声波测量段的剖面图；
图4表示用于制造按本发明的超声波测量段的两个滑块的视图；
图5a-5d表示在测量段上安设一个反射器的四种不同方式；以及
图6a-6d与图5a-5d相应，但在每一种实施形式中在反射器所在位置附加地设计有一个曲率半径。
具体实施方式
图1表示按本发明的超声波测量段1，包括两个沿流体流动方向隔开距离的超声波发送和接收转换器2、3。由发送转换器2、3发射的声波，在其被第二个发送转换器3、2接收前，借助两个反射器4通过测量段1导引。为了确定渡越时间差并因而流动速度，沿流动方向发送一个超声波脉冲通过介质，并沿反方向发送第二个超声波脉冲。这两个传感器2、3在这里轮流作为发送器和接收器工作。超声波测量段1在两端有两个连接部分51、52，在图示的实施例中它们设计为圆形。测量段在连接部分51、52与图中未表示的导引流体通过测量段1的外部设备连接。超声波测量段1采用压铸法被一体地制成。它可例如用高纯度的聚四氟乙烯制造。通过超声波测量段1可例如测量气体或液体的流量。与测量段1连接的电子计算装置与现有技术已知的没有差别。
图2a表示通过按本发明的超声波测量段1的剖面图，它包括上述元件超声波发送和接收转换器2、3及反射器4。超声波在测量段1内的路径用附图标记6表示。测量段1按本发明设计为呈阶梯形布设的通道形式。图2b表示图2a的侧视图，由图可以看出按本发明的超声波测量段阶梯形的结构形状。至少两个反射器4处于通道的斜面上，它们反射和继续导引来自超声波发送和接收转换器2、3的声波。按本发明的测量段1由单个压铸件组成以及有一个用于流体的直通道。因此在测量段1的通道内不存在截留泡沫或微粒的坑窝，这种截留坑窝会使流量的测量出错。由此可以排除测量信号被干扰的可能性。由图2a可以清楚看出，声波在发送和接收转换器2、3之间借助两个反射器4呈Z字形地通过阶梯形通道/测量段1导引。与此同时可以在测量段1的壁内设一个温度测量传感器7，它允许在评估测量数据时可以将温度的因素考虑在内。
图3和4示意表示按本发明的测量段1的制造方法。第一步叠置两个逐渐扩宽的滑块8、9。这两个滑块8、9共同构成测量段1阶梯形的轮廓形状。通过围绕滑块8、9压铸制成测量段1。之后，可以分别在测量段1的不同侧拔出这两个滑块8、9。图3表示借助两个滑块8、9制造期间通过按本发明的超声波测量段1的剖面图。所有必须安置在测量段1外部的元件，可以在下一个步骤中安置：超声波发送和接收转换器2，3、温度测量传感器7和可能要从外部安置的反射器4。
按本发明，根据所采用塑料的性能，可由外壁(图5a，在围绕测量段的空气上反射)、内壁(图5b，在测量段的塑料上反射)、一种由恰当材料例如金属制的安置在外壁上的反射器(图5c)或作为嵌入件压铸在塑料内的发射器(图5d)完成所需的反射。所述恰当的材料当然必须与具体采用的塑料的声学特性逐个匹配。因此本发明不使用接触介质的金属制反射器。若塑料壁必定被超声波穿透，则要穿透的塑料壁在反射器的整个区域内有利地厚度相同。
为了补偿加工误差和测量段1因温度引起的长度变化，反射器可以有一个曲率半径，然而这导致弱化接收信号。半径的大小取决于具体所用的材料。图6a-6d的实施形式与图5a-5d的实施形式相对应，但其中每种对应的实施形式附加地设计有一个曲率半径。
附图标记列表
1超声波测量段
2、3超声波发送和接收转换器
4反射器
51、52左和右连接部分
6超声波路径，测量段路径
7温度测量传感器
8右滑块
9左滑块

Claims (17)

1.一种用于测量流体流量的超声波测量段(1)，包括一个流过流体的通道和两个沿流体的流动方向隔开距离的超声波发送和接收转换器(2、3)，其中，声波在所述发送和接收转换器(2、3)之间可通过至少两个反射器(4)呈Z字形地被导引；所述测量段(1)由塑料一体地制成以及所述反射器(4)处于所述通道壁的斜面上，其中，所述测量段(1)设计成阶梯状的通道形式并且所述超声波测量段(1)的安设有反射器(4)的壁具有一个半径。
2.按照权利要求1所述的超声波测量段(1)，其特征为，所述测量段(1)用聚四氟乙烯制造。
3.按照权利要求1所述的超声波测量段(1)，其特征为，所述测量段(1)用压铸法制造。
4.按照权利要求1所述的超声波测量段(1)，其特征为，所述反射器(4)由金属、空气或塑料组成。
5.按照权利要求1所述的超声波测量段(1)，其特征为，所述反射器(4)处于测量段(1)内侧或外侧，或压铸在测量段(1)的壁内。
6.按照权利要求1所述的超声波测量段(1)，其特征为，在所述测量段(1)上安置一个温度测量传感器(7)。
7.一种用按照权利要求1至6之一所述的超声波测量段(1)测量流体流量的方法，其中，声波在发送和接收转换器(2、3)之间通过至少两个反射器(4)呈Z字形地被导引，其特征为：所述流体通过一整体的塑料制件的通道导引，该通道设计成阶梯状；以及，声波在该通道壁的斜面上被反射，其中，所述超声波测量段(1)的安设有反射器(4)的壁具有一个半径。
8.按照权利要求7所述的测量流量的方法，其特征为，声波通过阶梯状的测量段(1)被导引。
9.按照权利要求7或8所述的测量流量的方法，其特征为，声波通过由金属、空气或塑料组成的反射器(4)被导引。
10.按照权利要求7或8所述测量流量的方法，其特征为，测量气体或液体的流量。
11.按照权利要求7或8所述的测量流量的方法，其特征为，除测量流量外还测量流体的温度。
12.按照权利要求7或8所述的测量流量的方法，其特征为，声波在反射器(4)上被导引，该反射器设在测量段(1)内部或外部，或压铸在测量段的壁内。
13.一种按照权利要求1至6之一所述超声波测量段(1)的制造方法，包括下列工艺步骤：
(a)将两个逐渐扩展的、共同构成阶梯形轮廓形状的滑块(8、9)叠置靠放在一起，
(b)通过围绕滑块(8、9)压铸制成测量段(1)，以及
(c)在测量段(1)不同侧拔出这两个滑块(8、9)。
14.按照权利要求13所述的超声波测量段(1)的制造方法，其特征为，然后将发送和接收转换器(2、3)安置在所述测量段(1)外部。
15.按照权利要求13或14所述的超声波测量段(1)的制造方法，其特征为，将反射器(4)安置在测量段(1)外部或内部，或压铸在测量段(1)的壁内。
16.按照权利要求13或14所述的超声波测量段(1)的制造方法，其特征为，所述测量段(1)用聚四氟乙烯制造。
17.按照权利要求13或14所述的超声波测量段(1)的制造方法，其特征为，在所述测量段(1)上安置一个温度传感器(6)。
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