CN105264339B

CN105264339B - 超声波流量计

Info

Publication number: CN105264339B
Application number: CN201480032185.2A
Authority: CN
Inventors: 比特·基斯林; 奎林·穆勒; 萨沙·格伦瓦尔德; 法比安·斯坦纳; 沃尔夫冈·布罗拜尔
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2034-05-19
Also published as: US20160116316A1; US9689727B2; CN105264339A; EP3004812B1; EP3004812A1; WO2014195118A1; DE102013105922A1

Abstract

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。

Description

超声波流量计

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。

EP 0 715 155A1包括利用多次折射的测量布置，其中，信号路径的分段仅构成平行于测量管轴线的平面。在EP 0 715 155A1中示出作为被附接到管内部的平坦模制品的反射表面，信号路径的第一分段在该反射表面上终止并且信号路径的第二分段连接在该反射表面上。虽然在理论上可以从测量管的端面引入反射表面然后将它们焊接在测量管的内壁上适当的位置，这样的生产对于具有小公称直径的较小的测量管而言很快地到达其极限，因为使用焊接设备会花巨大的代价且在小公称直径的情况下会损失在对反射模制品的定位方面的精度。因此，EP 0 715 155A1的理论适用于具有大公称直径的测量管。

DE 10 2008 055 030A1描述在超声波流量计中的通过液压成型模制的连接器。超声换能器被插入在该连接器中。信号沿着直信号路径传输，且在管壁处无信号反射。在这种情况下，流量计的测量管具有平坦形状，使得在该管的流动轮廓中可能经湍流产生更少的流动，不像圆截面。

DE 102 49 542A1描述用于将来自超声换能器的超声波信号耦合到测量管的耦合表面，其中形成自测量管的耦合表面具有倾斜形状。测量管也具有模制件10，该模制件10提供反射表面。

EP 0 303 255A1描述了超声波流量计的测量管，在该测量管中，反射表面与测量管一体化地形成。在宽范围内，这导致测量管的平均膨胀，这对于精确确定测量数据是不利的。

相反，DE 10 2012 013 916A1以及本申请的图6和图7示出具有螺纹装配的反射表面的超声波流量计的测量管。首先，形成设置有螺纹的连接器，随后可以将反射器插入连接器中。原则上，这种产品形式已经针对所有测量管证明自身，无论它们的公称直径如何。然而，产品需要与指定的钻孔模式严格相符，并且每个连接器在插入反射器之前必须独立地被机加工。

替代已知变型是铸造管并且在测量管上焊接喷嘴并且随后旋紧或焊接在反射表面上。

发明内容

本发明的目的是提供在测量管中具有几个反射表面的超声波流量计，其中，能以缩短的生产时间来制造测量管。

该目的由本申请的超声波流量计来实现。

对应的超声波流量计具有带测量管壁的测量管，至少部分地具有旋转对称或多边形截面以及直测量管轴线的基本形状。测量管可以被划分为单独的测量管段或子区域，这些单独的测量管段或子区域被焊接在一起或相互无缝地连接，即，无任何焊接。后者是优选的，因为测量管段或子区域的无缝过渡的制作是特别符合成本效益且省时的。此外，能节省附加生产步骤和附加部件。基本形式可以仅以段形成，尤其是仅形成在一个测量管段或测量管的分段上，或在测量管的整个线路上延伸。在管结构的区域中具有旋转对称或多边形截面的已知基本形式为例如常常在气体管线中使用的圆筒形状或具有长方体夹套(jackets)的管。当然，本发明的主题也覆盖其它或不同寻常的管几何形状，例如具有棱柱形夹套的管。

超声波流量计也具有用于将声信号传输至第一信号路径的发送器和用于在第一信号路径处接收声信号的接收器。在本发明的背景下，应在考虑发送器和接收器可以由同一超声换能器提供的事实的情况下理解术语发送器和接收器。在这种情况下，相应的超声换能器具有用于传输模式的操作模式并且在该操作模式下充当发送器。它也具有用于接收模式的操作模式并且在该模式下充当接收器。在传输超声波信号之后，超声换能器可以从传输模式切换至接收模式，而超声波信号经过测量管中的信号路径。在其行程期间，超声波信号可以垂直于反射表面被引导并且沿着已经横穿的信号路径返回至超声换能器。如果超声波信号返回至超声换能器，则超声换能器位于该接收模式下，并且充当接收器。在该背景下，发送器和接收器在同一超声换能器中通过两个电路布置(一个电路用于传输模式，并且一个电路用于接收模式)实施。然而，本发明的主题更加频繁且主要考虑充当发送器和接收器的至少两个超声换能器(各自均可在传输模式与接收模式之间切换)的布置。借助于本身已知的时差方法来实现用于确定流量或体积流量的测量。

测量基于测量管中的超声波信号的多次反射。优选地，超声波信号在轴向方向上传播经过测量管，但是不显示到测量管轴线的平行线路。多次反射的目的是补偿尤其是由流动的旋转引起的测量缺陷。

测量管具有多个反射表面，声信号在所述多个反射表面上在第一信号路径上被反射若干次以便实施多次反射。虽然在测量管壁处实现单次反射的多个测量装置，所谓的双横梁布置，是已知的，但是在这种情况下，该应用把多次反射作为目标，其中超声波信号在测量管中沿着部分信号路径相继被反射。

反射表面被形成为测量管壁的一体化部分。在该背景下，一体化地形成意味着反射表面不作为独立部件焊接在测量管上或测量管中，而是由测量管壁提供。在反射表面区域，测量管壁由其在该区域中的基本形状形成。从DE 198 61 073A1或从US 5 090 252获知一体化地形成的反射表面。然而，这些反射表面导致测量管截面的窄化或加宽，并且因此将流动轮廓改变到相当大的程度。上述公布文献中的反射表面在某些方向上也是对齐的。因此，可以仅实现某些信号路径；不是例如在DE 10 2012 013 916A1中所示的信号路径。

相反，反射表面以这样的方式对齐以便反射声信号，即反射表面至少部分地突出到测量管的基本形状中并且多个反射表面至少从测量管的基本形状向外突出。通过反射表面的此相当大的可变的对准，复杂的信号路径图案也是可能的，不会因测量管收缩导致更大的流动扰动。

本发明的有利实施例是本申请的超声波流量计。

如果测量管包括至少一个连接器和/或至少一个平面功能表面，则对于布置而言是特别有利的，并且如果必要，则对于确定测量管上或测量管中的发送器和/或接收器是特别有利的，其中，(一个或多个)连接器和/或(一个或多个)平面功能表面形成测量管壁的一体化部分。因此，测量管不具有任何焊接或螺栓连接的部件而是具有一体地形成的元件，诸如反射表面和连接器和/或功能表面。功能表面例如在夹装流量计中对于实现传感器或接收器与测量管之间的最大无空气过渡是有利的。在此处可以有利地省略附加制造步骤，因为反射表面和连接器和/或功能表面可以通过同一成型工艺来实现。

另一个发明超声波流量计包括具有测量管壁和直测量管轴线的测量管。测量管还具有用于将声信号传输至第一信号路径的发送器和用于在第一信号路径处接收声信号的接收器。另外，在这种情况下，发送器和接收器可以在单一超声换能器中被实现。测量管具有多个反射表面，声信号在所述多个反射表面处在第一信号路径上被反射若干次。并且，测量管包括至少一个连接器和/或至少一个平面功能表面，所述至少一个连接器和/或至少一个平面功能表面用于布置并且如果必要则用于对于确定测量管上或测量管中的发送器和/或接收器。该发明超声波流量计的特征在于，反射表面和(一个或多个)连接器和/或(一个或多个)平面功能表面被形成为测量管壁的一体化部分。已知具有一体地形成的功能表面但是具有布置在目标测量管中的独立反射元件的测量管。反之，这同样适用于具有一体化成形反射表面但是具有独立安装的焊接连接器的流量计。本发明的测量管尤其具有这样的优点：其生产特别省时。

本发明的有利实施例是本申请的超声波流量计。

如果反射表面以如下方式对齐以便反射声信号，即多个反射表面至少部分地突出到测量管的基本形状中并且多个反射表面至少从测量管的基本形状向外突出，则是有利的。使用该布置，可以容易地实施被优化的信号路径轮廓。

反射表面形成在测量管壁中，使得在测量管中发生多次反射，其中，信号路径至少在三个轴向依次布置的反射表面处被反射。归因于依次布置的反射表面，在由信号路径限定的测量范围内研发的流动轮廓的改变可以至少部分地被确定并且被补偿。

在特定简单的版本中，反射表面可以具有平面形状。

在快速急流的情况下，超声波信号可以从相应的反射表面上的理想的入射点偏离。这种偏离在随后的反射表面处继续并且在最糟的情况下可能因多次反射导致信号损耗。本发明的背景下，该误差被定义为漂移。为了避免这些漂移，如果反射表面或多个反射表面形成有凸反射表面弯曲部，则是有利的。尽管筒状管的管壁也具有凸形状，但是本反射表面中的反射表面弯曲部的轮廓不同于测量管壁的弯曲部。这种差别尤其是由于在具有顶点但是不位于测量管轴线上的恒定圆周角或中心角处不同的弧长导致的。

通过内高压成型工艺，该至少一个平面功能表面有利地由测量管形成。内高压成型工艺是也称为液压成型。在这种情况下，外轮廓通过内部压力成形。测量管元件之间的柔和圆滑过渡是该技术的必要特征。该技术是特别优选的，因为测量管的内部空间不具有任何抑制流动的锋利边缘。此外，在该成型技术中，测量管的生产时间尤其短。

借助于流钻工艺，可以从平面功能表面形成连接器。结果，连接器通过材料移位形成为测量管壁的一体化部分。因此，连接器的独立部件不必在独立的生产步骤中制造和焊接，这意味着节省成本和时间。在该连接器中形成螺纹是特别优选的。

如果测量管包括具有比测量管的第一子区域更大的测量管截面的一个或多个附加测量管段或测量管的子区域，则是有利的，其中，借助于测量管的内高压成型工艺来实现这些测量管段的扩大。测量效果上的增加通过具有较小测量管截面的第一子区域来实现。这通过增加流量并且因而根据时差方法使测量中的Δt更大来实现。

测量管可以有利地由金属片材制成，由于稳定性和可锻性，特别优选由具有在1mm-5mm之间的壁厚的金属板材制成。这比更加常用的铸铁管更加可锻。此外，当使金属板材成形时，几乎不产生裂纹或材料缺陷。因此，其常常被提及为具有高抗拉强度。

反射表面尤其是以这样的方式形成为测量管，即信号路径的偏转被执行使得信号路径的至少三个连续的子路径中的每一个不与测量管轴线相交。通过该布置，在不同的平面处确定流动轮廓。可以更佳地确定在流动轮廓中对称的和不对称的湍流。

如果第一信号路径(8)由线性分段构成，则是特别有利的，其中，

a)至少三个分段的最小距离中的每一个具有离测量管轴线0.4-0.6r的距离，其中，r是测量管的内半径；

b)其中，第一分段包括直接对应的第二分段，第一分段限定平行于轴线的第一平面，第二分段限定平行于轴线的第二平面，其中，两个平面都经过第一反射表面，并且法向矢量包括小于10°的角度，

c)其中，第三分段包括直接对应的第四分段，第三分段限定平行于轴线的第三平面，第四分段限定平行于轴线的第四平面，其中，两个平面都经过第二反射表面，并且法向矢量包括小于10°的角度。

在这种情况下，信号路径的线路可以描述多边形，在轴向平面视图中，该多边形的横向交叉点位于测量管内、测量管上或测量管的外部。信号路径的该线路尤其允许测量设备考虑测量中的旋转流的旋转并且对其进行补偿。

当第三和第四反射表面平行于测量管轴线依次布置在测量管上或测量管中时是特别有利的。

并且，第五反射表面；和

以下三项中的任意一个

i发送器，或

ii接收器，或

iii第六反射表面

平行于测量管轴线被依次布置在测量管上或测量管中，其中，信号路径由六个或更少的线性子路径构成。

超声波流量计考虑了循环流的旋转平衡。

附图说明

将参照下列附图更详细地解释本发明的优选实施例。示出的是：

图1：发明的超声波流量计的轴向平面视图；

图2：超声波流量计的分段透视图；

图3：根据本发明的超声波流量计的切割子区域的透视图；

图4：超声波流量计的基体的侧视图；

图5：具有切割子区域的第二超声波流量计的侧视图；

图6：现有技术的超声波流量计的部分透明透视图；

图7：图6的超声波流量计的测量管壁中的反射器的定位的视图；以及

图8：具有连接器的图1-图5的测量管的截面切口，连接器一体化在测量管中用于保持发送器和/或接收器。

具体实施方式

图6示出超声波流量计的布局，如已经从DE 10 2012 013 916A1获知的，在本发明的背景下整体引用该申请。如从图6看到的，反射表面103被固定在该超声波流量计101的测量管102中。这一点通过将反射表面103旋紧在所提供的连接器中来实现。这些被旋紧的反射表面103在图7中再次被详细地示出。

在图6的透示图中，还示出两个超声换能器，这两个超声换能器形成为发送器115和接收器116。测量信号的评估和传递在发送器113中被执行，发送器113在本示例中经由连接器114被固定到测量管上。

包括发送器、接收器、发送器13和连接器14的该布置同样地适用于下列图1-图5。

图1-图5示出根据本发明的超声波流量计1的测量管2的布局，并且具体地，图5，作为具有第一信号路径8的优选信号路径线路，第一信号路径8大致对应于图6的信号路径线路。

在目前的情况下，第一信号路径8由六个线性分段8.1至8.6构成。测量管2可以经由法兰3被连接在管的各个管分段的端部处。

在法兰3的区域中，测量管包括具有测量管内径d₁的第二测量管段或分段——即，第二子区域5、和第三测量管段或分段——即，第三子区域12，内径d₁随着内径d₂朝测量管的中央减小至第一测量管段或分段——即，第一子区域4。

沿着该第一子区域4，在图1-图5的具体实施例中，两个平面功能表面7和9被布置在测量管2中。在这些功能区域处，能够连接夹装传感器，夹装传感器引导超声波信号穿过测量管壁11直接进入测量管2中。替代地，连接器也可以由一体化在测量管壁中的平面功能表面7和9形成。这可以特别优选地通过流钻方法来执行。

此外，五个反射表面6.1至6.5形成在测量管中，或由测量管壁形成用于在测量管中引导信号路径。关于本发明，术语“由…形成”包括将反射表面向内压入到管壁中以及将反射表面从管壁向外压出。在将反射表面压入到测量管壁中的同时，可以将反射表面相对于剩余测量管壁布置，使得它略突出到测量管中。执行从测量管壁压出，使得反射表面从剩余的外周测量管段突出。

在根据本发明的具体实施例中，一方面，一个或多个反射表面至少部分地从外周突出。另一方面，一个或多个附加或尤其是也相同的反射面突出到测量管中。通过反射表面的该布置，实现了各个反射表面的更加个性化对准，从而允许实施更加复杂的信号路径线路。

替代地，能布置允许信号沿着第二信号路径返回的附加第六反射器替代接收器。在这种情况下，取决于操作模式，超声换能器充当发送器和接收器两者。

替代地，能将超声换能器作为所谓的夹装超声换能器仅布置在测量管上，并且优选地经由功能表面联接至测量管，如在DE 102 49 542A1中所示。

在反射表面6.1至6.5的构造中，优选地，具有凹表面的区域是有利的，因为这些区域在较大流量下抵抗超声波信号的漂移。当然，各个圆管具有凹表面，但是这本身通过管形状给出并且不是被特别地模制在测量管中。反射表面的轮廓因此借助于模制从测量管壁的轮廓突出。

通过从具有较大直径d₁的第二子区域5到具有较小直径d₂的第一子区域4的过渡部10来实现流动轮廓的平坦化。过渡部10相对于直管壁的接触角α优选小于15°，优选小于10°，特别是6°至8°。这是有利的，例如当将被测量的介质已经横穿例如弯曲部分的缺陷时。在这种情况下，由于介质的惯性，更大质量的介质作用在测量管2的壁部分上，比作用在与该壁区域相对的这部分更强烈。均流器通常用于补偿。不过，测量装置可能已经导致流动轮廓平坦化，无需上游均流器。当在管线中使用超声波流量计时，这导致更宽范围的应用以及更小的占用空间。除了弯曲之外，相关缺陷也可能是管线中(例如，在采样点处)的沉积物或其它物体，这些缺陷可以以同样的方式被补偿，二无需附加部件。在此处，流动的基本特性被维持。

除了由介质的不均匀的质量分布引起的缺陷的发生之外，湍流和旋转运动也频繁地发生。

这些通过来自信号路径的至少两个线性分段8.1和8.4的双反射来补偿。下面更详细地描述图1-图3的实施例的实际信号线路。

超声波信号从被布置在平面功能表面7上的超声换能器(即，发送器)开始被传输至测量管。穿过被布置在平面功能表面7上的超声换能器(如果其充当发送器)与被布置在平面功能表面9上的超声换能器(如果其充当接收器)之间的测量管的信号线路特征在于第一信号路径。

第二信号路径描述从作为发送器的、被布置在平面功能表面9上的超声换能器到作为接收器的、被布置在平面功能表面7上的超声换能器的信号线路，并且在下文中将不详细考虑第二信号路径。

该超声波信号沿着第一信号路径8横穿第一线性分段8.1，在反射表面6.1上被反射，然后沿着第一信号路径8横穿第二线性分段8.2。

在这种情况下，第一分段离测量管轴线具有0.4r至0.6r的距离，其中r是测量管的内径。在图1所示的最佳情况下，其中，信号路径的线路描绘等边三角形，该等边三角形的顶点在反射表面上，离测量管轴线的距离为0.5r。

然而，该距离可以更大或更小，使得三角形或其顶点位于测量管的内侧或外侧。

第一线性分段8.1和第二线性分段8.2理想地位于平行于轴线的同一平面上，如也在图1中所示的。

在不太理想的情况下，第一线性分段8.1横跨平行于轴线的第一平面。直接对应于第一线性分段的第二线性分段横跨平行于轴线的第二平面。

在此处，信号路径沿着轴向方向延续。两个平面都经过第一反射表面6.1。从反射表面开始，平面仅以小于10°的小角度打开，使得平面或多或少相互平行，除了这种小偏差之外。

第一线性分段8.1和第二线性分段8.2的发明的波束路径因此描述在几乎相同平面内的第一线性分段8.1的背射，作为这种情况的结果，旋转流可以通过测量检测到和/或在第一旋转方向上被补偿。

在图2中，第三线性分段8.4在反射表面6.3与6.4之间的第一信号路径8上横穿。这在第二反射表面6.4上被反射并且横穿第一信号路径8上的第四线性分段8.5直至第四反射表面6.5。

第三线性分段离测量管轴线也具有0.4r至0.6r的距离，其中r是测量管的内半径，并且距离在这种情况下是0.5r。

在目前的情况下也发生背射，如已经针对第一线性分段8.1描述的。

第三线性分段8.4和第四线性分段8.5的发明的波束路径描述在几乎相同平面内的第三线性分段8.4的背射，作为这种情况的结果，旋转流可以通过测量检测到和/或在第二旋转方向上被补偿。

该第二旋转方向优选与第一旋转方向相反，使得可以执行流动的旋转部件的完整补偿。

流动的位置的对称检测和对称湍流的检测需要像多边形的信号路径的线路的表征，多边形的横向交叉点在轴向平面视图中位于测量管内、位于测量管上或位于测量管外部。应理解，多边形不是必须通过连续分段形成，而是两个连续的分段也能在多边形的一侧上延续。

该多边形最佳为三角形，但是由于平面的相互偏离，也可以形成为多边形。

这种偏离可以例如在与生产相关的偏差中产生。

基于上述背射，图2首先示出发自被布置在平面功能表面7上的发送器并且从第一线性分段8.1反射回至第二线性分段8.2的超声波信号。然后，已发出的超声波信号经过第五线性分段8.3。最终，超声波信号再次从第三线性分段8.4返射回至第四线性分段8.5。通过另一次反射，超声波信号最终被传输至被布置在平面功能表面9上的接收器。整体上，超声波信号横穿六个线性分段，因此有助于超声波流量计的特别紧凑的构造。也能够允许在宽流量系数范围内的校正。

因此，具有湍流的旋转流可以可靠地被封闭信号路径线路结合双重背射检测到，如它们可以稍后例如在管中的缺陷(例如，管弯曲，90°弯曲等)处产生。对旋转电流的该检测本身与通过窄化测量管内的测量管壁的内径的先前描述的流动补偿完美地互补，以补偿测量中的缺陷。

在根据本发明的流量计的第二简述实施例中，流量计可以包括非对称的结构，且信号线路基本与图1至图4中相同，其中，前部或子区域是具有恒定管直径d₁的管分段，超声换能器和反射表被布置在流动的第一相同的方向并且在测量管的后部或子区域中。信号路径的这种紧凑设计允许在作为进口路径的前子区域处使用现有管宽度以最小化流动湍流。从管分段(即，测量管的前测量管段)起，导致与具有窄化内直径d₂的第一子区域成10°的角度的过渡部被布置在流动方向。

图1至图5中所示的反射表面和相关联的信号线路的布置也基本从DE10 2012 013916A1获知并且在多次反射的情况下构成超声波信号的信号通路的特别有利的版本。

如图6示出，反射器被旋入到测量管中。由于信号的入射和反射的不同角度，首先将倾斜孔引入到测量管中，并且在测量管壁中在孔中切割螺纹。然后，将反射器旋入到测量管中。在测量管中反射表面的对准在具有通过多次反射实施的信号路径线路的测量管的设计中是重要的。为了这个目的，在生产期间必须被非常精确地遵守的钻孔图案(drillingpattern)在图6中所示的实施例中是必须的。

与此相反，测量管的反射表面和连接器两者都是测量管的一体化部分。它们不是已经被焊接而是由测量管制材料形成。

在测量管与连接器之间以及在测量管与反射表面之间不存在诸如焊缝或螺纹连接的连接点。因此，在这些位置无泄漏发生，并且可以以成本有效的方式生产连接器。

图1至图5中所描述的第一测量管段在其整个线路上大致具有这种恒定的内侧直径d₂。由于生产原因，来自恒定内侧直径d₂的微小偏差仅在反射表面的区域中发生。

测量管段的基本形状在图1至图5中是筒状，但是它也可以具有不同的形状。例如，方形管形状等也是已知的。基本形状基本上在测量管段的整个线路上延伸。特别地，测量管段在其整个线路上具有基本上恒定的测量管横截面。

在该背景下，它基本上意味着，测量管壁在反射表面的区域中偏离该基本形状，因为反射表面从测量管段的基本形状一体地形成或通过成型工艺形成在测量管段的基本形状中。因此，测量管壁的轮廓在反射表面的区域中偏离其基本形状。

对反射表面的模制尤其借助于内高压成型工艺来实现。

图1至图5中所示的第二和/或第三测量管段是漏斗形状，其横截面增加至测量管的端段。具有上文描述的漏斗形状轮廓的第二和/或第三测量管段连同第一测量管段由测量管壁形成，作为其一体化部分，如在图1至图5中看到的。为此，内高压成型工艺是特别优选的。

因此，图1至图5中所示的测量管可以在同一成型工艺中生产。随后，可以通过另一种成型工艺特别是流钻工艺从功能区域生产连接器。

下文将更详细地解释图1至图5中所示的测量管的制造方法。

测量管首先经历所谓的液压成型或内高压成型工艺。其特征在于提供测量管壁被挤压到的外轮廓。这样产生测量管的相对于测量管的内壁和外壁两者而言的轮廓。

具有高抗拉强度的所有可锻材料(包括铸造测量管)在一定程度上适合于内高压成型工艺，正如它们主要被用在超声波流量计的构建中那样。然而，已经被发现由金属板材制成的测量管为用于成型工艺的更加理想的材料。

可以根据壁厚来改变用于模制测量管的压力。通常，借助于内高压成型工艺，仅可以从测量管的基本形状向外推动表面。然而，图1至图5的测量管也示出似乎被部分地压入到测量管中的反射表面。这可以通过使用具有比测量管的目标公称直径略小的公称直径的测量管来实现。目标公称直径可以例如为DN-30的公称直径。测量管在其成型之后具有该公称直径，不论反射表面的面积如何。相反，在其成型之前测量管的公称直径可以仅为DN-28。在施加压力之后，DN-28的测量管的公称直径增加到公称直径DN-30。结果，反射表面不仅可以从测量管壁部分地向外突出而且从测量管壁部分地突出到测量管中。这特别适用于图1至图5的具有筒状基本形状的第一测量管段，并且相反，反射表面被形成为测量管壁的一体化部分。

借助于上述工艺，与纯压入过程相比，反射表面的更加个性化的对准是可能的，而不需要在测量管截面上有太多与生产相关的减小。

继用于“成型(forming out)”的上述工艺以及在测量管上定义反射表面之后，将连接器形成到测量管中。这尤其优选借助于所谓的流钻工艺来实现。在这种情况下，将流钻放置在平面功能表面上，并且通过在高速下施加轴向力，功能表面的金属材料在优选600-800℃的温度下被部分地熔化并且移位至外部。移位的材料延伸形成连接器。通过螺纹成型机在该连接器中形成螺纹。也可以使用螺纹车刀，但是推荐螺纹成型机以防止毛刺以及避免因材料移除而导致连接器的材料弱化的任意风险。产生的连接器具有封闭的工具轮廓，无自由夹紧表面。不像切削螺纹，由于接头中的材料压缩，连接器具有较高的螺纹材料强度，这在高压超声波应用中是尤其有益的。

图8示出两个这样的一体化模制的连接器17，其中发送器15或接收器16位于两个连接器中的一个内。该连接器17在平行于测量管轴线M的测量管壁11与垂直于测量管壁并且形成连接器17的测量管壁11之间具有无缝材料过渡部。该连接器由测量管2的平面功能表面7或9中的一个形成。

因为钻孔等操作将不利地削弱测量管壁，所以在接收器与连接器之间设置有盘形板18，该盘形板18具有用于地下电缆的接头。

附图标记列表

1、101 超声波流量计

2、102 测量管

3 法兰

4 第一子区域

5 第二子区域

6.1 第一反射表面

6.2 第五反射表面

6.3 第三反射表面

6.4 第二反射表面

6.5 第四反射表面

7 平面功能表面

8 第一信号路径

8.1 第一线性分段

8.2 第二线性分段

8.3 第五线性分段

8.4 第三线性分段

8.5 第四线性分段

8.6 第六线性分段

9 平面功能表面

10 过渡部

11 测量管壁

12 第三子区域

13、113 发送器

14、114 连接器

103 反射表面

15、115 发送器

16、116 接收器

17 连接器

18 盘形板

Claims

1.一种超声波流量计(1)，具有：

测量管(2)，所述测量管(2)包括测量管壁(11)和线性测量管轴线(M)，所述测量管壁(11)至少局部地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)，所述发送器(15)用于将声信号传输至第一信号路径(8)；以及

接收器(16)，所述接收器(16)用于接收所述第一信号路径(8)上的所述声信号，

其中，所述测量管(2)包括多个反射表面(6.1-6.5)，所述第一信号路径(8)上的所述声信号在所述多个反射表面(6.1-6.5)处被反射若干次，

并且其中，所述反射表面(6.1-6.5)形成所述测量管壁(11)的一体化部分，

其特征在于，

所述反射表面(6.1-6.5)被以如下方式对齐以反射所述声信号，所述反射表面(6.1-6.5)中的一个或多个至少部分地突出到所述测量管(2)的基本形状中，并且所述反射表面(6.1-6.5)中的一个或多个至少从所述测量管(2)的基本形状向外突出，

以及通过内高压成型工艺，由所述测量管(2)形成所述反射表面，

其中，至少部分地突出到所述测量管(2)的基本形状中的所述反射表面(6.1-6.5)通过将所述反射表面(6.1-6.5)压入到所述测量管壁而形成，

其中，至少从所述测量管(2)的基本形状向外突出的所述反射表面(6.1-6.5)通过将所述反射表面(6.1-6.5)从所述测量管壁压出而形成。

2.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述测量管(2)包括至少一个连接器(17)和/或至少一个平面功能表面(7、9)，用于布置以及用于确定所述测量管(2)上或所述测量管(2)中的所述发送器(15)和/或所述接收器(16)，其中，一个或多个所述连接器(17)和/或一个或多个所述平面功能表面(7、9)形成所述测量管壁(11)的一体化部分。

3.一种超声波流量计，具有：

测量管(2、102)，所述测量管(2、102)包括测量管壁(11)和线性测量管轴线(M)；

其中，所述测量管(2、102)包括：

多个反射表面(6.1-6.5)，所述第一信号路径(8)上的所述声信号在所述多个反射表面(6.1-6.5)处被反射若干次，以及

至少一个连接器(17)和/或至少一个平面功能表面(7、9)，所述至少一个连接器(17)和/或至少一个平面功能表面(7、9)用于布置以及用于确定在所述测量管(2、102)上或在所述测量管(2、102)中的所述发送器(15)和/或所述接收器(16)，

其特征在于，

所述反射表面(6.1-6.5)和所述至少一个连接器(17)和/或一个或多个所述平面功能表面(7、9)形成所述测量管壁(11)的一体化部分，

以及通过内高压成型工艺，由所述测量管(2、102)形成所述反射表面和/或所述连接器和/或所述平面功能表面，

其中，至少部分地突出到所述测量管(2、102)的基本形状中的所述反射表面(6.1-6.5)通过将所述反射表面(6.1-6.5)压入到所述测量管壁而形成，

其中，至少从所述测量管(2、102)的基本形状向外突出的所述反射表面(6.1-6.5)通过将所述反射表面(6.1-6.5)从所述测量管壁压出而形成。

4.根据权利要求3所述的超声波流量计，

其特征在于，

所述反射表面(6.1-6.5)被以如下方式对齐以反射所述声信号，多个所述反射表面(6.1-6.5)至少部分地突出到所述测量管(2、102)的基本形状中，并且多个所述反射表面(6.1-6.5)至少从所述测量管(2、102)的基本形状向外突出。

5.根据权利要求2或3所述的超声波流量计，

其特征在于，

所述反射表面(6.1-6.5)被形成在所述测量管壁(11)中，使得在所述测量管(2)中发生多次反射，其中，所述第一信号路径(8)至少在三个轴向依次布置的反射表面(6.1-6.5)处被反射。

6.根据权利要求1或3所述的超声波流量计，

其特征在于，

所述反射表面或多个所述反射表面(6.1-6.5)是平面的或以所述反射表面的弯曲部中凸地形成，其中，所述反射表面的弯曲部的轮廓不同于所述测量管壁(11)的弯曲部。

7.根据权利要求6所述的超声波流量计，

其特征在于，

所述反射表面的弯曲部的轮廓不同于所述测量管壁(11)的弯曲部是指：在以恒定弧角的不同弧长或具有不在线性测量管轴线上的顶点的中心角方面不同。

8.根据权利要求5所述的超声波流量计，其特征在于，所述平面功能表面(7、9)被设置用于耦合夹装超声换能器。

9.根据权利要求2或3所述的超声波流量计，其特征在于，借助于流钻工艺，由所述平面功能表面(7、9)形成所述连接器(17)。

10.根据权利要求1或3所述的超声波流量计，其特征在于，所述测量管(2)包括第一子区域(4)和第二子区域(5)、第三子区域(12)，所述第二子区域(5)、所述第三子区域(12)具有比所述第一子区域(4)更大的测量管截面，其中，借助所述测量管(2)的内高压成型工艺产生所述第二子区域(5)、所述第三子区域(12)的所述测量管截面的扩大。

11.根据权利要求1或3所述的超声波流量计，其特征在于，所述测量管(2)包括第一子区域(4)，所述反射表面(6.1-6.5)被布置在所述第一子区域(4)中，所述第一子区域(4)具有带旋转对称的截面或多边形的截面的基本形状，其中，所述基本形状沿着所述第一子区域(4)的整个线路延伸，并且其中，所述测量管壁(11)在所述反射表面(6.1-6.5)的区域中偏离其基本形状。

12.根据权利要求11所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一子区域(4)具有筒状的基本形状。

13.根据权利要求1或3所述的超声波流量计，其特征在于，所述测量管壁(11)由金属板材制成。

14.根据权利要求13所述的超声波流量计，其特征在于，所述测量管壁(11)由具有1mm-5mm板材厚度的金属板材制成。

15.根据权利要求1或3所述的超声波流量计，其特征在于，所述反射表面(6.1-6.5)被形成在所述测量管(2)中，以使得执行所述第一信号路径(8)的偏转使得所述第一信号路径(8)的至少三个线性分段(8.1-8.6)中的每一个不与所述线性测量管轴线(M)相交。

16.根据权利要求1或3所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一信号路径(8)由线性分段(8.1-8.6)构成，

其特征在于，

a)至少三个线性分段(8.1、8.3、8.4)的最小距离中的每一个具有离所述线性测量管轴线(M)0.4r-0.6r的距离，其中r是所述测量管(2)的内半径；

b)其中，第一线性分段(8.1)包括直接对应的第二线性分段(8.2)，所述第一线性分段(8.1)限定平行于所述线性测量管轴线的第一平面，所述第二线性分段(8.2)限定平行于所述线性测量管轴线的第二平面，其中，两个平面都经过第一反射表面(6.1)并且法向矢量包括小于10°的角度，

c)其中，第三线性分段(8.4)包括直接对应的第四线性分段(8.5)，所述第三线性分段(8.4)限定平行于所述线性测量管轴线的第三平面，所述第四线性分段(8.5)限定平行于所述线性测量管轴线的第四平面，其中，两个平面都经过第二反射表面(6.4)并且法向矢量包括小于10°的角度。

17.根据权利要求1或3所述的超声波流量计，其特征在于，在轴向平面视图中，所述第一信号路径(8)的线路描绘多边形，所述多边形的横向交叉点位于所述测量管(2)内、所述测量管(2)上或所述测量管(2)外部。

18.根据权利要求16所述的超声波流量计，

其特征在于，

第三反射表面和第四反射表面(6.3、6.5)被依次布置在所述测量管(2)上或所述测量管(2)中，平行于所述线性测量管轴线(M)，并且

第五反射表面(6.2)和

以下项中的任一项

i所述发送器(15)或

ii所述接收器(16)或

iii第六反射表面

被依次布置在所述测量管(2)上或所述测量管中，平行于线性测量管轴线(M)，其中，所述信号路径(8)由六个或更少的线性分段(8.1-8.6)构成。

19.根据权利要求17所述的超声波流量计，

其特征在于，

第五反射表面(6.2)和

以下项中的任一项

i所述发送器(15)或

ii所述接收器(16)或

iii第六反射表面

20.根据权利要求1或3所述的超声波流量计，

其特征在于，

所述超声波流量计考虑了循环流的旋转平衡。