CN108463694A - 变换器设备以及利用这种变换器设备构成的测量系统 - Google Patents

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Abstract

变换器设备(Tr)包括变形体(111)以及定位在变形体(111)上的和具有背离变形体表面的、材料锁合地与变形体相连的无线传感器(112)。无线传感器(112)用于接收电磁自由空间波并将其转换为沿背离变形体表面传播的声表面波，或者用于将沿表面传播的声表面波转换为电磁自由空间波。此外变形体(111)用于依赖于作用于其上的机械力和/或依赖于温度变化地至少局部变形，使得至少无线传感器(112)的背离变形体(111)的表面承受对沿同一表面传播的声表面波的传播产生影响的外形变化。利用这种变换器设备(Tr)构成的测量系统还包括与同一变换器设备电联接的测量电子器件(μC)，电子器件用于生成至少一个供给和/或驱控变换器设备(Tr)的电驱动信号(s1)并将其耦入变换器设备(Tr)或者接收或评估由变换器设备(Tr)提供的测量信号(e1)。

Description

变换器设备以及利用这种变换器设备构成的测量系统
技术领域
本发明涉及一种变换器设备，其尤其是用于检测在流动的流体中构造的卡门涡街中的压力波动或者利用这种变换器设备构成的测量系统。
背景技术
在过程测量和自动化技术中，针对测量流体测量介质的物理被测量，例如在管路内流动的流体的测量介质的压力和/或流动速度，往往应用服务于将待检测的被测量转换为可电子评估的测量信号的变换器设备，其具有变形体和布置在其上或置于其上的传感器元件，其中，变形体用于依赖于作用于其上的机械力和/或依赖于温度变化地至少局部然而可逆地变形，使得传感器元件也承受至少影响传感器元件的电学量例如欧姆电阻、电容或电感或阻抗的外形变化，并且其中，变形体用于在背离传感器元件的一侧上接触相应测量介质，使得传感器元件的表面的外形变化至少部分通过从流体的测量介质传递至变形体的力和/或通过变形体或者说传感器元件与测量介质之间建立的温差引起。变形体还可以主动或者说致动地激励围绕静态静止位置的机械振动，例如激励与相应测量介质的密度或者粘度有关的共振。作为在工业测量和自动化技术中很长时间以来建立的这种变换器设备或者利用其构成的测量系统的示例，尤其是服务于测量体积流率或流动速度的涡流测量仪、服务于测量质量流率或者密度的电子振动质量流量和/或密度测量仪、服务于测量压力和/或温度的压力或温度测量仪、基于声纳的、评估尤其是由测量介质感生的声音和/或服务于评估多相测量介质(分散)的流量监控系统，例如根据US-A2005/0044966、US-2005/0125170、US-A2005/0155437、US-A2006/0081069、US-A2006/0169058、US-A2006/0230841、US-A2006/0254363、US-A2006/0266127、US-A2007/0000334、US-A2008/0072686、US-A2009/030121、US-A2011/0154913、US-A2011/0247430、US-A2012/0073384、US-A2014/0060154、US-A2015/0268082、US-A6003384、US-A6101885、US-B6223605、US-B6352000、US-B6910387、US-B6938496、WO-A2014/102036、WO-A2014/102037、WO-A2014/198494、WO-A2014/198495或WO-A2015/135738已知，或者也由申请人自己在商品名称“Prowirl D 200”、“Prowirl F200”、“Prowirl O 200”、“Prowirl R 200”、“Promass 84F”、“Promass 80S”、“Promass83X”、“Cerabar PMC71”或“Cerabar PMP51”下提供。
变形体例如可以呈盘状或管状地构造，因而利用圆盘状膜片和/或利用管构成，以及还用于从静态静止位置拱曲和/或膨胀，例如基于改变的力作用和/或基于主动激励的或被迫的机械振动。陶瓷或金属通常作为变形体的材料，例如不锈钢、钛、钽或镍基合金。前述传感器元件例如又可以利用应变仪、检测相对运动的感应线圈或者检测相对运动的电容器构成或者是测量桥电路的组成部分。
同样基于传感器元件与测量介质非常接近或者一方面变形体在大多数时候较高的导热能力以及另一方面常常用于传感器元件或其与变形体连接的材料的有限的耐温性或稳定性，这种类型的变换器设备的应用大多预定给如下这些测量部位：其中，最大测量介质温度规定为最高400℃。然而也还需要将同样也鉴于利用其实现的、尤其可多样化应用的变换器原理或测量原理以及由于借此常常可获得的高测量精度而被证实有利的这种变换器设备也应用于那些测量介质温度规定超过400℃的测量部位中，例如测量承受转变(“裂化”)、因而温度超过450℃的原油的被测量，和/或用于测量高温加热的、例如在前述转变中所用的流体热载体(例如热油或盐溶液)的被测量。
发明内容
从前述现有技术出发，本发明任务在于尽量改进具有服务于力和/或温度转换的变形体的变换器设备的结构，使得它们也可以承受高于400℃的测量介质温度或者说利用其可检测超过400℃的测量介质的被测量。
为了解决该任务，本发明在于一种变换器设备，尤其是用于检测在流动的流体中构成的卡门涡街内的压力波动，所述变换器设备包括：尤其是至少区段式膜片状和/或至少区段式盘状和/或至少区段式管状和/或金属的变形体，以及定位在变形体上的并且例如通过粘接来材料锁合地(stoffschlüssig)与变形体相连的无线传感器，该无线传感器具有背离变形体的表面；
其中，无线传感器用于接收电磁自由空间波并且将电磁自由空间波转换为沿背离变形体的表面传播的声表面波；
其中，无线传感器用于将沿同一表面传播的声表面波转换为电磁自由空间波；
并且其中，变形体用于依赖于作用于变形体上的、尤其是在时间上改变的和/或通过变形体的背离无线传感器的一侧导入的机械力和/或依赖于温度变化至少局部变形，尤其是确切的说从静态静止位置(零位)拱曲和/或膨胀，使得至少无线传感器的、背离变形体的表面承受对沿同一表面传播的声表面波的传播产生影响的、尤其是在时间上变化的和/或可逆的外形变化，例如对沿同一表面传播的声表面波的传播路径和/或持续时间产生影响的外形变化。
此外本发明还在于一种测量系统，其包括：这种变换器设备以及与同一变换器设备、尤其是与变换器设备的天线或者与变换器设备的波导电联接的测量电子器件，其中，测量电子器件用于生成至少一个供给和/或驱控变换器设备的电驱动信号并将其耦入变换器设备，尤其是耦入变换器设备的天线或者变换器设备的波导中，并且其中，测量电子器件用于接收并评估由变换器设备、尤其是由变换器设备的天线或者变换器设备的波导提供的测量信号，尤其是利用测量信号确定量化无线传感器的瞬时外形变化程度的测量值和/或量化无线传感器的周期外形变化频率的测量值。
此外本发明还在于如下的变换器设备或者如下的测量系统，其用于检测例如至少暂时流动的和/或至少暂时具有大于400℃的测量介质温度的流体的测量介质的至少一个物理被测量，例如检测流体的测量介质的温度和/或检测流体的测量介质的密度和/或检测流体的测量介质中的压力和/或检测在管路中引导的流体的测量介质的流动速度和/或检测在流动的流体的测量介质中构造的卡门涡街中的压力波动，并且生成代表同一被测量的、尤其是数字的测量值。
根据本发明变换器设备的第一实施方式还规定，无线传感器用于将所接收到的电磁自由空间波转换为相对该电磁自由空间在时间上延迟、尤其是延迟了至少1μs(微秒)发出的电磁自由空间波。
根据本发明变换器设备的第二实施方式还规定，无线传感器用于反射沿表面传播的声表面波，尤其是使得将从发射和接收区发出的声表面波转换为相对该声表面波在时间上延迟、尤其是延迟了至少1μs(微秒)撞击同一发射和接收区的声表面波。
根据本发明变换器设备的第三实施方式还规定，变形体用于对尤其是至少暂时以周期变化的值和/或至少暂时以周期变化的作用方向作用于变形体上的、在时间上改变的机械力利用在时间上变化的弹性变形做出反应，尤其是也就是说，利用引起无线传感器的表面的在时间上变化的外形变化的、在时间上变化的弹性变形来做出反应。
根据本发明变换器设备的第四实施方式还规定，变形体用于对尤其是至少暂时以周期变化的值和/或至少暂时以周期变化的作用方向作用于变形体上的、在时间上改变的机械力，尤其是通过接触变形体的流体的测量介质引起的机械力，利用围绕静态静止位置的机械振动来做出反应，尤其是利用引起无线传感器的表面的在时间上变化的外形变化的、围绕静态静止位置的机械振动来做出反应。
根据本发明变换器设备的第五实施方式还规定，变形体用于能够以抖动的方式实现引起无线传感器的表面的在时间上变化的外形变化。
根据本发明变换器设备的第六实施方式还规定，变形体在静态静止位置机械预紧，尤其是弹性拉伸。
根据本发明变换器设备的第七实施方式还规定，变形体用于在背离无线传感器的一侧上接触尤其是至少暂时流动的流体的测量介质，尤其是使得无线传感器表面的外形变化至少部分通过从流体的测量介质传递至变形体上的力和/或通过在测量介质与变形体之间建立的热传递来引起。
根据本发明变换器设备的第八实施方式还规定，变形体至少部分由金属，例如不锈钢、钛、钽或镍基合金制成。
根据本发明变换器设备的第九实施方式还规定，变形体至少部分由陶瓷制成。
根据本发明变换器设备的第十实施方式还规定，变形体呈盘状地构造。
根据本发明变换器设备的第十一实施方式还规定，变形体具有例如圆盘状的膜片或者说利用例如圆盘状的膜片构成。本发明该实施方案还进一步规定，无线传感器定位在膜片的一侧上并且与膜片例如通过粘接来材料锁合地相连。
根据本发明变换器设备的第十二实施方式还规定，变形体具有例如圆盘状的膜片或者说利用例如圆盘状膜片构成，并且变形体具有例如桨状和/或至少区段式楔形的和/或至少区段式棒状的传感器凸耳或者说利用例如桨状和/或至少区段式楔形的和/或至少区段式棒状的传感器凸耳构成。无线传感器定位在膜片的一侧上并且与其例如通过粘接来材料锁合地相连，与此同时，传感器凸耳可以定位在膜片的背离无线传感器的一侧上。本发明该实施方案还进一步规定，传感器凸耳用于将作用于其上的力转换为膜片的引起无线传感器表面外形变化的变形，和/或用于插入管的内腔或者被在管的内腔中流动的流体的测量介质围绕流过。传感器凸耳尤其可以用于将作用于传感器凸耳上的、由流体的测量介质、例如通过测量介质内的压力波动带来的力转换为膜片的引起无线传感器表面外形变化的变形。
根据本发明变换器设备的第十三实施方式还规定，变形体呈管状地构造。
根据本发明变换器设备的第十四实施方式还规定，变形体具有尤其是至少区段式弯曲和/或至少区段式笔直的管或者利用尤其是至少区段式弯曲和/或至少区段式笔直的管构成。
根据本发明变换器设备的第十五实施方式还规定，尤其是呈管状地构造的或者说利用管构成的变形体具有由壁、尤其是金属壁包络的内腔，内腔用于引导流体的、尤其是至少暂时流动的测量介质。本发明的该实施方案还进一步规定，无线传感器定位在壁的背离内腔的一侧上和/或无线传感器与壁相连。
根据本发明变换器设备的第十六实施方式还规定，无线传感器具有至少一个例如与至少一个天线电连接的叉指式变换器。
根据本发明变换器设备的第十七实施方式还规定，无线传感器具有至少一个尤其是与至少一个叉指式变换器电连接的天线，用于将利用天线接收的电磁自由空间波转换为导线引导的交流电压和/或将存在的交流电压转换为从无线传感器发出的电磁自由空间波。
根据本发明第一改进方案，变换器设备还包括尤其是定位在变形体上和/或材料锁合地与变形体相连的执行器，该执行器用于使变形体弹性变形，例如使得变形体至少暂时实施围绕静态静止位置的机械振动和/或使得变形体至少暂时从静态静止位置移出。
根据本发明第二改进方案，变换器设备还包括至少一个另一(第二)无线传感器。根据本发明该改进方案的另一实施方案还规定，至少两个无线传感器中的每个无线传感器分别具有预定带宽和预定中间频率，尤其是具有如下这样的中间频率：其与相应另一无线传感器的中间频率的偏差大于这两个无线传感器的带宽总和。
根据本发明第三改进方案，变换器设备还包括：至少一个与无线传感器以一定、例如固定间距定位的、例如具有天线和/或波导的发射和接收装置，该发射和接收装置用于将存在的交流电压转变为朝向无线传感器方向传播的电磁自由空间波，并且该发射和接收装置用于接收从无线传感器发出的电磁自由空间波并将其转变为导线引导的交流电压。
根据本发明该改进方案的一个实施方案还规定，发射和接收装置具有与无线传感器以一定、尤其是固定间距定位的、尤其是利用金属管构成的和/或被构造成空心导管的波导，该波导用于引导电磁行波并且在面对无线传感器的末端将电磁行波转变为朝向同一无线传感器方向传播的电磁自由空间波，并且该波导用于经由同一末端接收从无线传感器发出的电磁自由空间波并将电磁自由空间波转变为在波导中传播的电磁行波。
根据本发明第四改进方案，变换器设备还包括：至少一个与无线传感器以一定、例如固定间距定位的、例如具有天线和/或波导的发射和接收装置以及不仅与变形体而且也与发射和接收装置机械相连的、例如利用接头构成的保持装置，用于固定发射和接收装置相对于处于静态静止位置的变形体或与变形体相连的无线传感器的定位和位置，其中，发射和接收装置用于将存在的交流电压转换为朝向无线传感器方向传播的电磁自由空间波，并且其中，发射和接收装置用于接收从无线传感器发出的电磁自由空间波并将其转换为导线引导的交流电压。
根据本发明测量系统的第一实施方案还规定，变换器设备尤其是定位在过程容器的接头中，例如也就是说，管路或罐中，尤其是使得变形体至少局部地伸入同一过程容器的内腔中，或者使得变形体可以接触在同一过程容器中引导的测量介质。
根据本发明测量系统的第二实施方案还规定，测量电子器件用于检测至少暂时流动的流体的测量介质的至少一个物理被测量，例如用于检测流体的测量介质的温度和/或用于检测流体的测量介质的密度和/或用于检测流体的测量介质中的压力和/或用于检测在管路中引导的流体的测量介质的流动速度和/或用于检测在流动的流体的测量介质中构造的卡门涡街中的压力波动，-基于在测量信号中获得的持续时间信息确定量化无线传感器的周期外形变化频率的测量值和/或基于在测量信号中获得的幅度谱确定量化无线传感器的瞬时外形变化程度的测量值。
附图说明
以下结合在附图中示出的实施例进一步阐述本发明以及本发明的有利实施方案。相同或作用相同或功能相同的部件在所有附图中用同一附图标记表示；如果为清晰起见或者以其它有利的方式呈现，将在以下附图中取消已述附图标记。此外，其它有利实施方案或改进方案，尤其是首先仅单独阐述的本发明部分观点的组合也从附图和/或权利要求本身得到。其中：
图1、图2以示意性剖面图分别示出具有变换器设备的测量系统，以用于测量流体的测量介质；
图3a、图3b、图3c是适用于构成根据图1、图2或图4的变换器设备或测量系统的变形体；
图4以示意性剖面图示出具有变换器设备的测量系统的另一变形方案，以用于测量流体的测量介质；
图5示意性示出适用于构成根据图1、图2或图4的变换器设备或测量系统的无线传感器；并且
图6示意性示出适用于构成根据图1、图2或图4的变换器设备或测量系统的两个无线传感器的配置。
具体实施方式
图1和图2分别示意性示出利用具有尤其是整块的变形体111和与变形体材料锁合地相连的无线传感器112的变换器设备Tr构成的测量系统。除了前述变换器设备Tr之外，测量系统如图1或图2所示还包括与变换器设备Tr电联接的、例如利用微处理器和/或数字信号处理器(DSP)构成的测量电子器件μC。同一个测量电子器件μC不仅用于生成至少一个供给和/或驱控变换器设备Tr的电驱动信号s1并将其耦入变换器设备Tr，而且也用于接收和评估由变换器设备提供的测量信号e1。
变换器设备Tr或由其构成的测量系统尤其设置为或者说用于检测或测量流体的测量介质(例如至少暂时流动的和/或至少暂时具有大于400℃的测量介质温度θ的流体的测量介质)的、至少一个尤其在时间方面有改变的物理被测量x，例如生成至少一个代表被测量x的、尤其是数字的测量值X或者持续确定和输出这种测量值X。这些测量值X例如可以利用设置在测量电子器件μC内的显示装置现场可视化显示和/或经由必要时接连的现场总线有线地和/或通过无线电无线地传输至电子数据处理系统，例如可编程序逻辑控制器(PLC)和/或过程控制台。
变换器设备Tr还可以用于能被定位在过程容器例如罐子或管路的接头内或者如图1示意性示出的那样定位在过程容器的接头内，例如使得变形体至少局部伸入同一过程容器的内腔中，或者使得变形体能够与在同一过程容器中引导的测量介质接触或者与其接触。前述过程容器例如可以构造为供热网或涡轮机回路的设备组件，因此，测量介质例如可以是蒸汽，尤其是饱和蒸汽或过热蒸汽，或者例如也可以是从蒸汽管路排出的冷凝物。然而测量介质例如也可以是热油或者例如盐溶液。特别是，金属例如不锈钢、钛、钽或镍基合金或者高强度技术陶瓷(例如(金属氧化物陶瓷例如氧化铝陶瓷(AI2O3)或氧化锆陶瓷(ZrO2)用作为变形体111的材料。变形体111和无线传感器112的材料锁合连接例如可以是钎焊连接或者例如通过粘接建立的粘附连接。
在利用变换器设备Tr检测被测量时，又例如可以涉及流体的测量介质的压力p、温度θ、粘度和/或密度ρ，或者例如涉及在管路中引导的流体的测量介质的流动速度u，或者例如也涉及在流动的流体的测量介质中构造的卡门涡街中的与流动速度有关的、至少暂时周期性的压力波动p(t)。相应地，测量系统也可以构造为压力或温度测量仪或者例如涡旋流量计、电子振动的密度和/或粘度测量仪或者基于声纳工作的或对由测量介质感生的声音进行评估的流量监控仪或者是利用这种测量或监控仪构成的。相应地，变形体111可以如图1所示例如至少区段式膜片状或盘状构造。备选地，变形体例如也可以呈管状构造，也例如如下这样地构造，即，变形体111如图2所示具有由壁包络的内腔，其用于引导前述的必要时也至少暂时流动的测量介质。因而，变形体111根据本发明另一实施方案具有例如也呈圆盘状的膜片111a或者利用这种膜片111a构成变形体111。根据本发明另一实施方案，变形体111具有管或者利用管构成变形体111。同一管例如可以至少区段式弯曲和/或如图2所示至少区段式笔直。此外，管或利用其构成的变形体也可以用于插入前述管路的走向中，例如利用法兰连接接至同一管路的供应测量介质或者引导测量介质离开的节段。在这种情况下，无线传感器112可以与构成变形体的管的壁相连或者定位在同一壁的背离内腔的一侧上。
针对前述情况，即，变形体利用膜片111a构造或者利用变换器设备Tr构成的测量系统是涡旋流量计，变形体111根据本发明另一实施方案还具有例如桨状和/或至少区段楔形的和/或至少区段棒状的传感器凸耳111a或者利用这种传感器凸耳111b构成变形体111。同一传感器凸耳(如图3a、3b或3c所示或者由图1、3a、3b或3c组合可容易地看出)定位在膜片的背离无线传感器112的一侧上，并且此外用于将作用于其上的力F(例如由于压力波动p(t)在卡门涡街中交替产生的力)变换为膜片的引起无线传感器112表面外形变化的变形ε。相应地，传感器凸耳111a按照另一实施方案用于插入管的内腔或者被在管的内腔中流动的流体的测量介质围绕流过。针对其它提到的情况，即，变形体利用管构成，或者利用变换器设备构成的测量系统是电子振动密度测量仪和/或电子振动粘度测量仪，变形体按照另一实施方案用于能够以抖动的方式实现引起无线传感器表面在时间上变化的外形变化(图2)，或者规定，变换器设备例如还包括直接定位在变形体111上和/或材料锁合地与其相连和/或高温兼容的执行器115，其用于使变形体弹性变形，尤其是使得变形体至少暂时围绕静态静止位置执行机械振动和/或使得变形体至少暂时从静态静止位置移开。同一执行器例如可以利用压电叠堆驱动器或者例如由柱塞衔铁线圈构成。
在本发明变换器设备Tr中，无线传感器112(也如图2所示或者由图1和2组合可容易地看出)定位在变形体111上，使得无线传感器112具有背离变形体的自由表面。无线传感器112还用于接收电磁自由空间波，尤其是具有频率范围在1GHz至10GHz之间的载频的自由空间波，并且对沿背离变形体的表面传播的声表面波进行转换或者说将沿同一表面传播的声表面波转换为电磁自由空间波。无线传感器112例如可以利用至少一个尤其是与至少一个天线电连接的叉指式变换器构成，例如具有由硅酸镓镧(La3Ga5SiO14)构成的载体衬底和布置在其上的白金电极，或者关于原理结构和原理工作方式对应于DE-A 10 2007 021172、DE-A 42 00 076或EP-A 1 752 916所示的无线传感器(SAW)。相应地，无线传感器112根据本发明另一实施方案具有至少一个尤其是与至少一个叉指式变换器、例如与前述叉指式变换器电连接的天线，用于将由此接收的电磁自由空间波转换为导线引导的交流电压和/或将存在的交流电压转换为从无线传感器112发出的电磁自由空间波。前述天线例如可以是线天线、贴片天线或者例如缝隙天线。
为了实现生成或处理变换器设备Tr内传播的电磁自由空间波，变换器设备根据本发明另一实施方案还包括至少一个与无线传感器以一定、尤其是固定间距定位的、例如具有天线和/或波导的发射和接收装置113。同一发射和接收装置113尤其用于将存在的交流电压转变为朝向无线传感器112方向传播的电磁自由空间波，或者用于接收从无线传感器112发出的电磁自由空间波并将其转变为导线引导的交流电压。此外，变换器设备Tr还包括不仅与变形体而且与发射和接收装置113机械相连的例如利用接头构成的保持装置114用于固定发射和接收装置113相对于处于静态静止位置中的变形体111或与其相连的无线传感器112的定位和位置。保持装置114例如可以被构造为容纳前述测量电子器件μC的电子器件壳体的接头，或者用于不仅保持发射和接收装置113而且也保持前述电子器件壳体。
为了避免可能的电磁外加场在变换器装置Tr附近区域或在其之内带来干扰影响，发射和接收装置113根据本发明另一实施方案以及如图4示意性示出具有与无线传感器112以一定间距定位的例如利用金属管构成的和/或被构造为空心导管的波导116，其用于引导电磁行波并且在面对无线传感器112的末端将该电磁行波转变为朝向同一无线传感器112方向传播的电磁自由空间波，并且其用于经由同一末端接收从无线传感器112发出的电磁自由空间波并将其转变为在波导内传播的电磁行波。波导116可以有利方式如下这样定位，即，其面对无线传感器112的近端非常近地接近无线传感器112例如其天线或者与之具有几毫米，例如小于20mm，尤其是小于10mm的仅很小的间距。此外，波导116可以按有利方式如下这样构造，即，另一方面背离无线传感器112的远端相对非常远离无线传感器112地定位，例如保持大于30mm，尤其是大于50mm的间距，因而波导可以具有(对应于测得的作为近端和远端之间的最短间距)大于30mm，尤其是大于50mm的长度。由此以非常简单且效果相同的方式实现，发射和接收装置113的电子部件或组合件与也许特别热的变形体或无线传感器保持相对较大的、然而足以维持发射和接收装置113运行效率的间距，而无需再次提高为了实际的电磁自由空间波传输而在无线传感器和发射和接收装置之间建立的间距，以承担变换器装置对于前述电磁外加场的干扰不敏感性。
根据本发明另一实施方案，无线传感器112如图5示意性示出地尤其用于将接收到的电磁自由空间波转换为相对该电磁自由空间波在时间上延迟发出的、例如在时间上延迟了至少1μs(微秒)发出的电磁自由空间波，或者说，无线传感器112用于例如如下这样反射沿着表面传播的声表面波，即，从发射和接收区112‘发出的声表面波利用背离其的反射区112“转换为相对该声表面波在时间上延迟、例如延迟了至少1μs(微秒)撞击同一发射和接收区112‘的声表面波。根据本发明另一实施方案，测量电子器件相应还用于产生具有时钟电压的驱动信号e1并将其耦入变换器设备Tr。驱动信号相应例如可以具有如下电压，该电压被构造为一组以预定时钟或预定射出率形成脉冲群的、矩形的或正弦的电压脉冲。同一时钟例如也可以是可调节的，因而在运行中是能改变的。此外，测量电子器件也可以用于产生具有至少暂时恒定的时钟或大于8kHz、例如也大于20kHz射出率的前述脉冲群。
变形体111还用于依赖于作用于变形体上的、尤其是时间上改变的机械力和/或依赖于在变换器设备之内温度变化或时间上改变的温度分布地至少局部变形，例如膨胀和/或从静态静止位置或零位拱曲。根据本发明的变换器设备Tr尤其是还如下这样设计，即，如图2示意性示出或者由图1和5或图2和5组合可容易地看出，通过变形体111的前述变形，至少无线传感器112的背离变形体111的表面承受(同样与导入变形体111的力或者与变形体111的温度变化有关地)对沿同一表面传播的声表面波的传播、例如传播方向或者持续时间产生影响的外形变化。根据发明另一实施方案，变形体111和无线传感器112还如下这样设计，即，前述尤其是在时间上变化的变形或外形变化至少在预定的或针对变换器设备特定的力和/或温度变化内是相应可逆的。无线传感器112还具有至少一个主测量方向M1，即，假想的传感器轴线，其相当于最大敏感地或最大灵敏地对沿表面传播的声表面波产生影响的外形变化的取向。
根据本发明另一实施方案，变形体111尤其用于对尤其是至少暂时以周期变化的值和/或至少暂时以周期变化的作用方向作用于其上的、在时间上改变的机械力，例如通过接触变形体的流体的测量介质带来的力，利用在时间上变化的弹性变形做出反应，尤其是利用引起无线传感器表面在时间上变化的外形变化的、在时间上变化的弹性变形来做出反应，和/或利用围绕静态静止位置的机械振动来做出反应，尤其是利用引起无线传感器表面在时间上变化的外形变化的、围绕静态静止位置的机械振动来做出反应。
为了实现产生至少一个测量值X(或多个测量值)的目的，测量电子器件根据本发明另一实施方案用于以如下方式评估测量信号e1，具体而言，测量电子器件结合同一测量信号e1确定量化无线传感器瞬时外形变化程度的测量值Xx和/或量化无线传感器周期外形变化频率的测量值。根据本发明另一实施方案，测量电子器件尤其也用于基于在测量信号e1内获得的持续时间信息确定量化无线传感器周期外形变化频率的测量值和/或基于在测量信号e1内获得的幅度谱确定量化无线传感器瞬时外形变化程度的测量值。为了确定量化无线传感器周期外形变化频率的测量值，例如可以应用或者利用测量电子器件转化已建立的持续时间测量方法。前述在测量信号e1内获得的幅度谱再次例如可以利用在测量电子器件内转化的离散傅立叶变换计算并且在以后相应进行分析，例如关于最大峰值的位置、形状和/或高度进行评估。
无线传感器112的前述外形变化或者由变形体111和无线传感器112产生的力F或温度变化θ可以如所描述那样或者说如在图1和图2相应示出的那样，通过变形体的、背离无线传感器或面对测量介质(或者说所述管路的服务于引导测量介质的内腔)的一侧导入。相应地，变形体111根据本发明另一实施方案还用于在例如背离无线传感器的一侧上接触至少暂时流动的流体的测量介质，尤其是使得无线传感器112的表面的同一外形变化至少部分通过从流体的测量介质传递至变形体上的力和/或通过在测量介质与变形体之间建立的热传递产生。至少为了检测温度变化θ(例如为了检测关于变形体111静态静止位置的负面温度变化)优点或者必要的还在于，变形体111也在静态静止位置机械预紧，例如弹性拉伸。
至少针对上述情况，即，利用变换器设备或利用其构成的测量系统不仅应当承受作用于变形体111的力F而且应当承受同一变形体111的温度变化，变换器设备根据另一实施方案具有至少一个另一第二无线传感器112‘。为了尽量简单分离利用第一无线传感器112或利用无线传感器112‘分别产生的声表面波或者由发射和接收装置113接收的电磁自由空间波的分别与之对应的部分或者测量信号e1内相应对应的信号分量，按照本发明另一实施方案，至少两个无线传感器的每个均具有预定的带宽和预定中间频率，该中间频率与相应另一无线传感器的中间频率的偏差大于这两个无线传感器112、112‘的带宽总和。此外，两个无线传感器可以如图6所示如下这样布置在变形体上，即，使两个无线传感器112、112‘的各自测量方向M1彼此不同，例如彼此正交。备选或补充地，这两个无线传感器可以如下这样布置，即，使各个无线传感器定位在变形体的如下区内，该区关于局部外形变化程度和/或同一局部外形变化的形状和/或关于其对相应待检测的被测量x的反应与相应另一区有所不同，例如也以如下方式(例如由图3a、3b和3c组合也可容易地看出)，即，使无线传感器112对变形体111的由作用的力F和由温度变化θ导致的变形ε‘做出反应，而无线传感器112‘仅对变形体111的由温度变化θ导致的变形ε“做出反应。

Claims (26)

1.变换器设备，尤其是用于检测在流动的流体中构造的卡门涡街中的压力波动，所述变换器设备包括：
-变形体(111)、尤其是至少区段式膜片状和/或至少区段式盘状和/或至少区段式管状和/或金属的变形体(111)，
-以及定位在所述变形体(111)上的并且尤其是通过粘接来材料锁合地与所述变形体相连的无线传感器(112)，所述无线传感器具有背离所述变形体的表面，
-其中，无线传感器(112)用于接收电磁自由空间波并且将电磁自由空间波转换为沿背离所述变形体的表面传播的声表面波；
-其中，所述无线传感器(112)用于将沿同一表面传播的声表面波转换为电磁自由空间波；
-并且其中，所述变形体(111)用于依赖于作用于所述变形体上的、尤其是在时间上改变的和/或通过所述变形体的背离所述无线传感器的一侧导入的机械力和/或依赖于温度变化地至少局部变形，尤其是确切的说，从静态静止位置拱曲和/或膨胀，使得至少所述无线传感器(112)的、背离所述变形体(111)的表面承受对沿同一表面传播的声表面波的传播产生影响的、尤其是在时间上变化的和/或可逆的外形变化，尤其是对沿同一表面传播的声表面波的传播路径和/或持续时间产生影响的外形变化。
2.根据前一权利要求所述的变换器设备，
-其中，所述无线传感器(112)用于将所接收到的电磁自由空间波转换为相对该电磁自由空间波在时间上延迟、尤其是延迟了至少1μs(微秒)发出的电磁自由空间波；和/或
-其中，所述无线传感器(112)用于反射沿表面传播的声表面波，尤其是使得将从发射和接收区发出的声表面波转换为相对该声表面波在时间上延迟、尤其是延迟了至少1μs(微秒)撞击同一发射和接收区的声表面波。
3.根据前述权利要求中任一项所述的变换器设备，
-其中，所述变形体(111)用于对尤其是至少暂时以周期变化的值和/或至少暂时以周期变化的作用方向作用于所述变形体上的、在时间上改变的机械力利用在时间上变化的弹性变形做出反应，尤其是也就是说，利用引起所述无线传感器的表面的在时间上变化的外形变化的、在时间上变化的弹性变形来做出反应；和/或
-其中，所述变形体(111)用于对尤其是至少暂时以周期变化的值和/或至少暂时以周期变化的作用方向作用于所述变形体上的、在时间上改变的机械力，尤其是通过接触所述变形体的流体的测量介质引起的机械力，利用围绕静态静止位置的机械振动来做出反应，尤其是也就是说，利用引起所述无线传感器的表面的在时间上变化的外形变化的、围绕静态静止位置的机械振动来做出反应；和/或
-其中，所述变形体用于能够以抖动的方式实现引起所述无线传感器的表面的在时间上变化的外形变化。
4.根据前述权利要求中任一项所述的变换器设备，还包括：执行器(115)、尤其是定位在所述变形体(111)上的和/或材料锁合地与所述变形体相连的执行器(115)，所述执行器用于使所述变形体弹性变形，尤其是使得所述变形体至少暂时实施围绕静态静止位置的机械振动和/或使得所述变形体至少暂时从静态静止位置移出。
5.根据前述权利要求中任一项所述的变换器设备，
-其中，所述变形体在静态静止位置机械预紧，尤其是也就是说，弹性拉伸；和/或
-其中，所述变形体(111)用于在背离所述无线传感器的一侧上接触尤其是至少暂时流动的流体的测量介质，尤其是使得所述无线传感器(112)的表面的外形变化至少部分通过从流体的测量介质传递至所述变形体上的力和/或通过在测量介质与变形体之间建立的热传递来引起。
6.根据前述权利要求中任一项所述的变换器设备，
-其中，所述变形体(111)至少部分由金属，尤其是不锈钢、钛、钽或镍基合金制成；和/或
-其中，所述变形体(111)至少部分由陶瓷制成；和/或
-其中，所述变形体(111)呈盘状地构造。
7.根据前述权利要求中任一项所述的变换器设备，其中，所述变形体(111)具有尤其是圆盘状的膜片(111a)或者利用尤其是圆盘状的膜片(111a)构成。
8.根据前一权利要求所述的变换器设备，其中，所述无线传感器定位在所述膜片的一侧上并且与所述膜片尤其是通过粘接来材料锁合地相连。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的变换器设备，其中，所述变形体(111)具有尤其是桨状和/或至少区段式楔形的和/或至少区段式棒状的传感器凸耳(111b)或者说利用尤其是桨状和/或至少区段式楔形的和/或至少区段式棒状的传感器凸耳(111b)构成。
10.根据前一权利要求所述的变换器设备，
-其中，所述传感器凸耳定位在所述膜片的背离所述无线传感器的一侧上；和/或
-其中，所述传感器凸耳用于将作用于所述传感器凸耳上的力变换为所述膜片的引起无线传感器(112)表面外形变化的变形；和/或
-其中，所述传感器凸耳用于插入管的内腔或者被在管的内腔中流动的流体的测量介质围绕流过。
11.根据前一权利要求所述的变换器设备，其中，所述传感器凸耳用于将作用于所述传感器凸耳上的、由流体的测量介质、尤其是通过所述测量介质内的压力波动引起的力变换为所述膜片的引起无线传感器(112)表面外形变化的变形。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的变换器设备，其中，所述变形体(111)呈管状地构造。
13.根据前述权利要求中任一项所述的变换器设备，其中，所述变形体(111)具有尤其是至少区段式弯曲和/或至少区段式笔直的管或者利用尤其是至少区段式弯曲和/或至少区段式笔直的管构成。
14.根据前述权利要求中任一项所述的变换器设备，其中，所述尤其是呈管状地构造的或者利用管构成的变形体(111)具有由壁、尤其是金属壁包络的内腔，所述内腔用于引导流体的、尤其是至少暂时流动的测量介质。
15.根据前一权利要求所述的变换器设备，
-其中，所述无线传感器(112)定位在所述壁的背离所述内腔的一侧上；和/或。
-其中，所述无线传感器(112)与所述壁相连。
16.根据前述权利要求中任一项所述的变换器设备，其中，所述无线传感器(112)具有至少一个尤其是与至少一个天线电连接的叉指式变换器。
17.根据前述权利要求中任一项所述的变换器设备，还包括：至少一个另外的无线传感器(112‘)。
18.根据前一权利要求所述的变换器设备，其中，至少两个无线传感器中的每个无线传感器分别具有预定带宽和预定中间频率，尤其是具有如下这样的中间频率：其与相应另一无线传感器的中间频率的偏差大于两个无线传感器的带宽总和。
19.根据前述权利要求中任一项所述的变换器设备，其中，所述无线传感器(112)具有至少一个尤其是与至少一个叉指式变换器电连接的天线，用于将利用天线接收的电磁自由空间波转换为导线引导的交流电压和/或将存在的交流电压转换为从无线传感器(112)发出的电磁自由空间波。
20.根据前述权利要求中任一项所述的变换器设备，还包括：至少一个与无线传感器以一定、尤其是固定间距定位的、尤其是具有天线和/或波导的发射和接收装置(113)，
-所述发射和接收装置用于将存在的交流电压转变为朝向所述无线传感器(112)方向传播的电磁自由空间波，
-并且所述发射和接收装置用于接收从无线传感器(112)发出的电磁自由空间波并将其转变为导线引导的交流电压。
21.根据前一权利要求所述的变换器设备，还包括：不仅与所述变形体而且与所述发射和接收装置(113)机械相连的、尤其是利用接头构成的保持装置，用于固定所述发射和接收装置(113)相对于处于静态静止位置的变形体或与所述变形体相连的无线传感器(112)的定位和位置。
22.根据权利要求20至21中任一项所述的变换器设备，其中，所述发射和接收装置(113)具有与无线传感器以一定、尤其是固定间距定位的、尤其是利用金属管构成的和/或被构造成空心导管的波导，
-所述波导用于引导电磁行波并且在面对所述无线传感器(112)的末端将电磁行波转变为朝向同一无线传感器(112)方向传播的电磁自由空间波，
-并且所述波导用于经由同一末端接收从无线传感器(112)发出的电磁自由空间波并将电磁自由空间波转变为在波导中传播的电磁行波。
23.测量系统，其包括：
-根据前述权利要求中任一项所述的、尤其是定位在过程容器的接头中的变换器设备(Tr)；
-以及与同一变换器设备(Tr)，尤其是与所述变换器设备的天线或者与所述变换器设备的波导电联接的测量电子器件(μC)，
--所述测量电子器件用于生成至少一个供给和/或驱控所述变换器设备的电驱动信号(s1)并将其耦入所述变换器设备(Tr)，尤其是也就是说，耦入所述变换器设备的天线或者所述变换器设备的波导中，
--并且所述测量电子器件用于接收并评估由所述变换器设备、尤其是由所述变换器设备的天线或者所述变换器设备的波导提供的测量信号(e1)，尤其是也就是说，利用所述测量信号确定量化所述无线传感器的瞬时外形变化程度的测量值和/或量化所述无线传感器的周期外形变化频率的测量值。
24.根据前一权利要求所述的测量系统，
-其中，所述测量电子器件用于生成具有时钟电压的驱动信号并将其耦入所述变换器设备，所述时钟电压尤其是被构造为一组以预定和/或可调和/或至少暂时恒定的时钟形成脉冲群的、矩形的或正弦的电压脉冲；和/或
-其中，所述测量电子器件用于基于在测量信号中获得的持续时间信息确定量化所述无线传感器的周期外形变化频率的测量值；和/或
-其中，所述测量电子器件用于基于在测量信号中获得的幅度谱确定量化所述无线传感器的瞬时外形变化程度的测量值。
25.根据权利要求23至24中任一项所述的测量系统，
-其中，所述变换器设备定位在过程容器的接头中，尤其是也就是说，管路或罐中，尤其是使得所述变形体至少局部伸入到同一过程容器的内腔中，或者使得所述变形体能够与在同一过程容器中引导的测量介质接触；和/或
-其中，所述测量电子器件用于检测至少暂时流动的流体的测量介质的至少一个物理被测量，尤其是也就是说，用于检测流体的测量介质的温度和/或用于检测流体的测量介质的密度和/或用于检测流体的测量介质中的压力和/或用于检测在管路中引导的流体的测量介质的流动速度和/或用于检测在流动的流体的测量介质中构造的卡门涡街中的压力波动，
--基于在测量信号中获得的持续时间信息确定量化所述无线传感器的周期外形变化频率的测量值；和/或
--基于在测量信号中获得的幅度谱确定量化所述无线传感器的瞬时外形变化程度的测量值。
26.根据权利要求1至22中任一项所述的变换器设备或根据权利要求23至25中任一项所述的测量系统的用途，用于检测尤其是至少暂时流动的和/或至少暂时具有大于400℃的测量介质温度的流体的测量介质的至少一个物理被测量(x)，尤其是也就是说，用于检测流体的测量介质的温度和/或用于检测流体的测量介质的密度和/或用于检测流体的测量介质中的压力和/或用于检测在管路中引导的流体的测量介质的流动速度和/或用于检测在流动的流体的测量介质中构造的卡门涡街中的压力波动，并且用于生成代表同一被测量(x)的、尤其是数字的测量值(X)。
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