CN109211338B - 用于确定流体量的方法和测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于通过测量装置来确定与流体和/或流体的流体流相关的流体量的方法，包括以下步骤：通过第一和/或第二振荡换能器通过波分量来激励传导通过测量管的壁的相应总波；由相应总波来激励流体的压缩振荡；记录与通过相应的另外振荡换能器来产生的压缩振荡相关的测量数据；根据测量数据来确定流体量。本申请还公开了一种用于确定与流体和/或流体流有关的流体量的测量装置，所述测量装置包括：控制装置；测量管，测量管接收流体和/或流体流过所述测量管；以及第一和/或第二振荡换能器，其彼此间隔一定距离地布置在测量管上，其中，控制装置设置成驱动第一和/或第二振荡换能器，以便通过波分量来激励相应总波。

Description

用于确定流体量的方法和测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于通过测量装置来确定流体量的方法，该流体量与流体和/或流体的流体流量相关，该测量装置包括：测量管，该测量管接收流体和/或流体流过该测量管；以及第一和第二振荡换能器，该第一和第二振荡换能器在测量管上布置成相互间隔开一定距离。本发明还涉及一种测量装置。

背景技术

用于测量通过测量管的流量的一种可能涉及超声波测量仪。其中，使用至少一个超声波换能器，以便将超声波引入流过该测量管的流体中，该波在直通路上传导，或者在壁或特殊反射元件处多次反射之后传导至第二超声波换能器。经过测量管的流量能够由超声波在超声波换能器之间行进(flight)的时间来确定，或者通过在发射器和接收器互换的情况下的行进时间差来确定。

从G.Lindner的文章“基于沿固-液界面传播的表面声波的传感器和促动器(Sensors and actuators based on surface acoustic waves propagating alongsolid-liquid interfaces)”(J.Phys.D：Appl.Phys.41(2008)123002)中可知，为了激励传导波，使用所谓的叉指式换能器，其中使用了压电元件，该压电元件有以梳子方式相互接合的控制线，以便实现传导波的特定激励模式的激励。因为压电元件的剪切模式必须激励，因此通常不会实现高效率的激励。而且，为了以足够的精确度来施加所需的电极结构，需要相对精细的高精度光刻，不过通常不能实现激励的足够模式纯度。

不过，纯模式传导波的激励与在超声波测量仪中的使用非常相关，因为将压缩振荡发射至流体中的角度取决于传导波的相速度，通常对于相同的激励频率，该相速度在不同的激励模式中不同。当激励多种模式时，这导致压缩振荡在流体中的多种传播通路，这能够通过精细信号评估而最佳地补偿。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种使用传导波来用于测量的测量方法，意图是获得较低的安装空间需求以及使用简单结构的测量装置，优选是获得传导波的最大纯模式激励。

根据本发明，该目的通过在引言中所述类型的方法来实现，该方法包括以下步骤：

-通过第一和/或第二振荡换能器通过波分量来激励传导通过测量管的壁的相应总波(total wave)，该波分量分别在壁中传导，通过在多个相互分开的激励区域中的相应振荡换能器来激励，这些波分量进行叠加，以便形成相应的总波，在激励区域的中心之间的距离和激励频率选择为使得要衰减的振荡模式通过至少沿一个传播方向的波分量的相消干涉而至少部分减弱(quenched)；

-由相应总波来激励流体的压缩振荡；

-记录与通过相应的另外振荡换能器来产生压缩振荡相关的测量数据；

-根据测量数据来确定流体量。

根据本发明，提出了在多个相互分开的激励区域中激励测量管的壁。通过叠加产生的波分量而产生总波，该总波随后用于激励在流体中的压缩振荡。在这种情况下，激励区域和激励频率彼此匹配，以使得要衰减的振荡模式至少在一个传播方向上通过相消干涉来衰减。这样，可以通过特意衰减不希望的振荡模式来提高激励的模式纯度。另外或者也可选择，如后面更详细所述，可以执行振荡模式的方向相关衰减，从而例如当激励基本平面波时，平面波的发射可以完全沿一个方向进行，或基本上沿一个方向进行。

在测量管有多个壁的情况下，振荡换能器可以布置在测量管的相同壁上或不同壁上。在这种情况下，总波的激励特别在布置相应振荡换能器的壁中进行。特别是，总波和/或波分量是兰姆波(Lamb wave)。当壁厚与固体中的横波的波长相当时，将产生兰姆波激励。兰姆波是组合的压力和剪切波，因此，壁的内表面沿流体方向或远离流体的偏转也导致在测量管的壁的外侧激励的情况。通过这些偏转，又在流体中开始压缩波。因此，传导波在壁上传播的整个区域可以用作用于流体的压缩振荡的激励表面。

相反，在壁的延伸区域中的流体压缩振荡又可以激励传导波，该传导波能够由相应的接收振荡换能器来记录。在这种情况下，通过激励区域的选定间隔以及可选地通过在记录于各个激励区域中的测量信号叠加时符号或相位的选择，可以实现测量的波长的选择性。

借助于用于多个激励区域的振荡元件，可以在各个激励区域中引入波分量，该元件只在相应激励区域中直接或间接地与测量管连接。不过优选是，单独的振荡元件用于各区域。振荡元件可以与测量管的壁直接连接，例如粘接在测量管上，或者连接元件可以布置在振荡元件和壁之间。

振荡元件可以通过粘性层而与测量管或另一连接元件连接。该层可有小于10⁸mPas(毫帕-秒)的粘度，特别是在0.6mPas和10⁶mPas之间的粘度。例如，硅油可以用作粘性连接层，该硅油的性质可以通过添加剂来进一步调整，添加剂例如引入颗粒。连接层的层厚可以在10μm和100μm之间。

与刚性连接(例如粘接)相比，获得的优点是在温度变化的情况下能够避免在振荡元件和壁之间的应力。测量管例如可以由金属或塑料来形成，振荡元件例如可以是具有施加电极的压电陶瓷。由于这些材料有不同的热膨胀系数，因此有利的是通过粘性层来补偿产生的不同膨胀。

粘性层可以电绝缘，例如以便使振荡元件的电极与导电测量管绝缘。也可选择，粘性层能够导电，例如以便能够通过导电层来接触电极。粘性层可以包含颗粒，特别是金属颗粒。这一方面可以用于实现粘性层的导电性，另一方面可以通过添加颗粒来根据需要调整粘性层的粘度。

作为通过粘性层来连接的替代方案，还能够使得振荡元件直接与壁连接，以便能够更高效地将振荡引入壁中。例如，在测量装置的操作过程中当并不期望过大的温度变化时能够这样。

激励区域可以基本为矩形，例如以便激励基本平面波分量。不过，它们也可以弯曲，以便例如发射聚焦波分量或者将波分量散布至孔径角中。

如前面所述，在根据本发明的方法中，当在激励区域中激励平面波分量时，可以实现要衰减的振荡模式的几乎完全减弱。下面将解释能够用于此的多种方法。

具有选择激励频率的、要衰减振荡模式的半波长或半波长的奇数倍可以选择为在两个激励区域的中心之间的距离，激励在两个激励区域以相同的相位角来进行，特别是有相同的激励型面(excitation profile)。这导致至少在要衰减的振荡模式的传播方向上的相消干涉，该传播方向平行于连接所述中心的直线。

当激励基本平面波分量，特别是通过使用矩形激励区域来激励时，要衰减的振荡模式可以基本完全减弱。对于给定的激励频率，激励的振荡模式的波长由测量管的壁或传导波的壁部分的散射关系来决定。所述处理过程也可以用于在超过两个激励区域中的激励。优选是，在这种情况下，对于多对激励区域，它们的中心的间距对应于要衰减的振荡模式的半波长或者半波长的奇数倍。

激励型面可以将型面介绍为由激励或施加的力引起的壁变形的时间的函数。当相同的振荡元件在不同的激励区域中用于进行激励时，特别是相同的激励信号可以用于多个振荡元件，以便实现相同的激励型面。

作为可选方案，具有选择激励频率的、要衰减的振荡模式的波长或波长的倍数选择为在两个激励区域的中心之间的距离，激励在激励区域之间有180°的相位偏移或有相反的激励型面的情况下进行。这也导致要衰减的振荡模式的相消干涉。

例如，可以通过分配了相应振荡元件的各激励区域来实现相反的激励型面，一个激励信号输送至一个振荡元件，相反的激励信号输送至另一个振荡元件，或者对于不同激励区域，通过振荡元件的连接极性或振荡元件相对于壁的方位反向而实现相反的激励型面。

当使用多个激励区域时也可以使用这种类型的激励，激励区域优选是线性地一个位于另一个后面和有相反的激励型面或者相位偏移180°，优选是在各种情况下用于连续的激励区域。

激励频率可以选择为使得总波的另外激励振荡模式具有要衰减的振荡模式的波长的两倍或一半。该另外振荡模式可以通过叠加波分量来放大。当要衰减的振荡模式的半波长或它的奇数倍选择为在激励区域的中心之间的距离，且激励同相地进行或者有相同的激励型面时，放大具有半波长的另外振荡模式。不过，当要衰减的振荡模式的波长或它的奇数倍选择为在激励区域的中心之间的距离，且激励在具有180°的相位偏移或者有彼此相反的激励型面的情况下进行时，放大具有两倍波长的另外振荡模式。激励频率(要衰减的振荡模式和具有两倍或一半波长的振荡模式能够以相同的激励频率来激励)可以由测量管的壁或壁部分的散射关系来确定，波分量在该壁或壁部分中激励。

激励频率可以选择为使得只有要衰减的振荡模式和/或另外的振荡模式进行激励。相应频率可以通过壁或壁部分的散射关系来确定。特别是，在相对较低的激励频率和/或壁厚度的情况下，例如对于兰姆波，只产生散射关系的两个分支，特别是所谓的A₀和S₀分支，它们对应于不对称和对称的兰姆波的基本模式。

为了确定流体量或另外流体量，可以记录另外测量数据，在两个激励区域中激励，以便记录以相同相位和相同激励型面进行的测量数据，并记录以180°相位偏移或相反激励型面进行的另外测量数据，或者反之亦然。当使用超过两个激励区域时，对于激励区域的一部分还能够进行相应的相位偏移或相应的反向激励型面。例如可以通过使得用于激励区域的振荡元件的电极的相互连接反向或使得驱动信号反向来实现相反的激励型面。

通过所述处理过程能够实现的效果是，为了记录测量数据，第一振荡模式进行衰减，且第二振荡模式进行放大，为了记录另外测量数据，第一振荡模式进行放大，且第二振荡模式进行衰减。这能够对两种不同振荡模式进行模式选择激励。如在引言中所述，由于在流体中的激励压缩振荡的不同传播通路导致兰姆波的不同振荡模式，所以可以通过很少的技术费用来实现关于不同传播通路的流体量测量。

另外或者也可选择，激励区域的中心之间的距离和激励频率的所述匹配可以用于影响总波的传播方向，或者用于衰减总波沿一个方向的传播。因此，特别是当激励基本平面波时，中心的间距和激励的相位角可以选择为使得波分量的振荡模式基本沿一个方向减弱和沿另一方向放大。

具有选择激励频率的、要衰减的振荡模式的四分之一波长或四分之一波长的奇数倍可以选择为在两个激励区域之间的距离，在激励区域之间有90°的相位偏移的情况下进行激励。当激励平面波时，通常激励沿相反传播方向行进的两个平面波。上述叠加导致对于一个传播方向的相长干涉和对于另一传播方向的相消干涉。

这将在后面参考实例来表示，在该实例中，间距是要衰减的振荡模式的波长的四分之一，并使用+90°的相位偏移。在第一激励区域中，激励下面的传导波：

这里，λ是波长，x是离激励位置的距离，t是时间，ω是2π和传导波的频率的乘积。由于相位偏移以及在区域之间的距离，沿两个方向行进的下面传导波在第二区域中激励：

叠加(即两个波的总和)可以通过三角重排来计算，获得以下结果：

因此，两个传导波的叠加导致只沿一个传播方向传播的传导波，因为对于该传播方向导致相长干涉，并对于相反传播方向导致相消干涉。

从上面的计算可以很容易看出，将整个波长添加至要衰减的振荡模式中并不会改变结果。添加一半波长(即距离例如是该距离的0.75倍、1.75倍或2.75倍)或者-90°的相位偏移将导致剩余传播方向的反向。通过选择在激励区域之间的相位偏移，例如通过分开提供用于分配给各激励区域的振荡元件的激励信号，因此介绍的处理过程也能够选择性地指定用于总波的两个可能传播方向中的一个。

用于抑制振荡模式和用于抑制传播方向的上述方法可以进行组合。因此，激励频率可以选择成使得要衰减的振荡模式通过沿传播方向的波分量的相消干涉而至少部分减弱，而沿另外传播方向(该另外传播方向与该传播方向相反)的、要衰减的另外振荡模式通过沿该另外传播方向的波分量的相消干涉而至少部分减弱。特别是，波分量可以以这样的方式叠加，使得要衰减的振荡模式沿另外传播方向通过相长干扰而放大，且要衰减的另外振荡模式沿传播方向放大。特别是，要衰减的振荡模式可以基本只沿另外传播方向发射，而要衰减的另外振荡模式可以基本只沿传播方向发射。因此，不同的振荡模式沿不同的传播方向发射。

这可以通过这样选择激励频率来实现，即使得要衰减的振荡模式的波长λ₀与要衰减的另外振荡模式的波长λ₁之间的比率为：

其中，m和p分别为零或正整数。如后面所述，m为在激励区域的中心之间的距离以及相位差的符号。该关系可以导出如下：

当具有波长λ₀的振荡模式将定向发射时，如上所述，距离Δx可以是要衰减的振荡模式的波长的四分之一或波长的四分之一的奇数倍：

其中m是零或整数。然后，相位偏移

可以选择如下：

当要衰减的另外振荡模式将沿要衰减的振荡模式进行放大的那个方向减弱时，要衰减的另外振荡模式必须相消干涉，即具有180°或π或它的奇数倍的相位偏移：

其中p等于零或整数。Δx和

的替换以及重新布置导致对于波长比率的上述条件。当壁的散射关系为已知时，可以特意选择满足该条件的激励频率。优选是，在这种情况下，激励频率选择为使得可以激励恰好2个振荡模式的兰姆波，它的波长具有所述比率。优选是，p和/或m各自小于或等于5或者小于或等于3。

第一和/或第二振荡换能器可以分别包括多个振荡元件，一个波分量通过该振荡元件来分别激励。当希望有同相激励或相同的激励型面时，可以由用于振荡元件的控制装置来提供公共控制信号。180°的相位偏移或激励型面的反向可以例如通过使驱动信号反向、将相应振荡元件以反向方式布置在壁上、或者改变振荡元件与控制装置的连接极性而实现。

振荡元件可以是压电振荡元件。它们可以布置在壁上或连接元件上，该连接元件布置在壁和振荡元件之间。优选是使用相对简单的电极结构。例如，可以只提供两个相对的电极，在这种情况下，这些电极中的一个还可以局部布线在振荡元件周围，用于更容易与作为板电极的振荡元件接触和/或从该振荡元件凸出。优选是，振荡元件的厚度振荡将垂直于测量管的壁来激励。

相应振荡元件的尺寸可以选择为使得选择的激励频率是振荡元件的谐振频率，特别是厚度振荡的谐振频率。振荡元件可以基本在测量管的宽度上延伸。不过，还能够在激励区域中提供多个振荡元件，特别是共同控制的振荡元件。例如，可以使用例如圆形振荡元件的线性直线形或曲线形布置，以便在相应激励区域中基本激励平面波。振荡元件沿管的纵向方向或者沿在激励区域的中心之间的直线连接线的方向的延伸范围可以例如等于或小于要衰减的振荡模式的波长的一半。

还能够使用非常薄的振荡元件。在这种情况下，振荡元件能够在激励频率的区域中没有自然模式，从而使得宽带激励成为可能。还能够使用所谓的“压电晶片有源传感器”作为振荡元件。

通过根据本发明的方法，可以对流过测量管的流体流进行测量，但也可以对在测量管中静止的流体进行测量。使用振荡输送来用于记录流体特性在原则上为现有技术中已知。例如，在超声波测量计中，通常情况是记录振荡在第一和第二超声波换能器以及相反方向之间的行进时间的行进时间差，并能够由此确定流体速度。不过，还能够评估其它测量数据，以便确定流体性质。例如，在接收振荡换能器处的信号振幅可以进行评估，以便记录振荡在通过流体传输的过程中的衰减。也可以根据频率来评估振幅，并可以评估特殊频谱范围的绝对或相对振幅，以便记录在流体中频谱差异衰减性能。也可以评估不同频带的相位角，以便例如获得关于测量部分的散射性能的信息。优选是，可以确定关于流体中的压力波的散射性能和/或关于兰姆波在壁中的性能的信息。也可选择或者另外，例如在测量脉冲内也可以评估作为时间的函数的频谱组成或振幅的变化。

通过评估这些量，例如可以将流体的流速和/或流量和/或密度、温度和/或粘度确定为流体量。另外或者也可选择，例如可以确定流体中的声速和/或流体的组分，例如不同成分的混合比例。用于从上述测量的量中获得这些流体量的多种方法在现有技术中已知，因此不再详细介绍。例如，在一个或多个测量的量和流体量之间的关系可以根据经验来确定，且例如可以使用查找表或相应公式来确定流体量。

除了根据本发明的方法之外，本发明还涉及一种测量装置，用于确定与流体和/或流体流量有关的流体量，该测量装置包括：控制装置；测量管，该测量管接收流体和/或流体流过该测量管；以及第一和第二振荡换能器，该第一和第二振荡换能器彼此间隔一定距离地布置在测量管上，其中，控制装置设置成驱动第一和/或第二振荡换能器，以便通过波分量来激励相应总波，该总波通过测量管的壁来传导，该波分量分别在壁中传导，由在多个相互分开的激励区域中的相应振荡换能器来激励，这些波分量叠加，以便形成相应的总波，其中，在激励区域的中心之间的距离和激励频率选择为使得波分量要衰减的振荡模式通过至少沿一个传播方向的波分量的相消干涉而至少部分减弱，流体的压缩振荡能够由相应的总波来激励，这些压缩振荡能够通过流体而传导至相应的另外振荡换能器，并在那里由控制装置记录，以便确定测量数据，该流体量能够由控制装置根据测量数据来确定。

测量装置特别设置成用于执行根据本发明的方法，并可以利用关于根据本发明的方法所公开的特征来改进。根据本发明的方法同样可以利用关于测量装置所介绍的特征来改进。激励频率可以以固定方式来确定，例如通过控制装置的相应编程或相应结构。

第一和/或第二振荡换能器可以分别包括多个振荡元件，在各激励区域中的至少一个相应振荡元件直接或通过至少一个连接元件而与测量管连接。例如，粘性层和/或承载振荡元件的元件可以用作连接元件。振荡元件例如可以是压电振荡元件、电磁振荡元件、电容微机械超声换能器或电活性聚合物。

控制装置可以对于相应振荡换能器的振荡元件提供共同驱动信号，该驱动信号直接传送到至少一个振荡元件，并有与至少一个振荡元件反向的极性，因此，产生振荡元件的彼此相反的激励型面，或者驱动信号直接传送到所有振荡元件。这样共同提供驱动信号在技术上特别简单地实现。例如，极性的反向可以通过反向连接振荡元件的电极或通过逆变电路来实现。测量装置还能够设置成使得对于一些振荡元件能够在直接传送驱动信号和电极反向地传送之间进行转换，例如以便在要衰减或放大的不同振荡模式之间转换，如关于根据本发明的方法所介绍。

作为替代方案，控制装置可以设置成对于至少两个振荡元件提供驱动信号，该驱动信号彼此相位偏移或者有相反的信号型面。例如，驱动信号可以通过一个或多个数字/模拟转换器的不同频道来提供。

附图说明

本发明的其它优点和细节可以从下面的示例实施例和相关附图中找到，附图中：

图1-3表示了根据本发明的测量装置的一个示例实施例的多种视图，通过该测量装置可以执行根据本发明的方法的一个示例实施例；以及

图4表示了根据本发明的测量装置的还一示例实施例的详细视图，通过该测量装置可以执行根据本发明的方法的还一示例实施例。

具体实施方式

图1表示了用于确定关于流体和/或流体流的流体量的测量装置1。在本例中，流体沿着箭头7所示的方向引导通过测量管3的内部4。为了确定流体量，特别是流量，在从第一振荡换能器5至第二振荡换能器6的行进时间以及相反方向的行进时间之间的行进时间差可以由控制装置2来确定。在本例中，利用这样的情况，即该行进时间取决于与通过流体的超声波射线8的传播方向平行的流体速度分量。因此，由该行进时间能够确定沿相应超声波射线8的方向在相应超声波射线8的通路上平均的流速，并因此近似确定在超声波射线8通过的容积中的平均流速。

一方面为了能够将振动换能器5、6布置在测量管3的外部，另一方面为了降低对于在流动型面的不同位置处的不同流速的敏感性，超声波射线8(即压力波)并不直接在流体中由第一振荡换能器5引起。相反，传导波通过振荡换能器5而在测量管3的侧壁9中激励。激励以这样的频率来进行，该频率选择为使得在侧壁9中激励兰姆波。当侧壁9的厚度10与固体中的横波的波长相当时能够激励这种波，这是由横波在固体中的声速与激励频率的比率来给出的。

由振荡换能器5在侧壁9中激励的传导波由箭头11示意表示。通过传导波，激励流体的压缩振荡，该压缩振荡在传导波的整个传播通路中发射至流体中。这由沿流动方向彼此相对偏移的超声波射线8来示意表示。发射的超声波射线8在相对侧壁12处反射，并通过流体而传导回侧壁9。在那里，入射的超声波射线8再次在侧壁9中激励传导波，该波由箭头13示意表示，并能够由振荡换能器6记录，以便确定行进时间。也可选择或者另外，能够通过布置在侧壁12上的超声换能器15来记录发射的超声波。在所示实例中，超声波射线8在通向超声波换能器6、15的通路上的侧壁9、12处并不反射，或者只反射一次。当然，能够使用更长的测量部分，在这种情况下，超声波射线8在侧壁9、12处反射多次。

在所述处理过程中，有问题的是对于在侧壁9中的兰姆波的散射关系有多个分支。因此，在具有由控制装置2确定的特殊频率激励的过程中，具有不同相速度的不同振荡模式能够激励兰姆波。这样的效果是压缩波根据这些相速度以不同的瑞利角(Rayleigh angle)14来发射。这导致不同的通路，这些通路通常有不同的行进时间，用于将超声波从振荡换能器5传导至振荡换能器6以及相反。因此，用于这些不同传播通路的接收信号需要通过由控制装置2处理的精细信号来分离，以便能够确定流体量。这一方面需要精细的控制装置，另一方面不太可能用于所有应用中。因此，在振荡换能器5中执行传导波的最大纯模式激励。

图2表示了振荡换能器5的结构，通过该振荡换能器5，能够进行在壁9中传导的总波的纯模式激励。振荡转换器5包括两个相互分开的激励区域16、17，其中，分别在壁9中传导的波分量通过相应的振荡元件18、19来激励，这些分量进行叠加，以便形成总波。兰姆波作为波分量来激励。因为振荡元件18、19基本为矩形，并在整个激励区域16、17中与壁连接，因此，沿传播方向23、24通过壁9传导的基本平面波激励为波分量。

为了实现纯模式激励，在激励区域16、17的中心21、22之间的距离20和由控制装置2确定的激励频率选择为使得波分量的要衰减的振荡模式通过沿传播方向23、24的相消干涉而基本减弱。为此，根据壁9在选择激励频率中的散射关系，激励频率选择为使得要衰减的振荡模式的波长25为在激励区域16、17的中心21、22之间的距离的两倍。因为振荡元件19基本以相同的方式构成，并通过控制装置2而由公共驱动信号来驱动，因此波分量的相消干涉导致要衰减的振荡模式基本完全抑制。

当激励频率随后选择为使得只激励要衰减的振荡模式和单个另外振荡模式(这通过壁9的已知散射关系而很容易实现)时，能够执行该另外振荡模式的基本纯模式激励。

在所示的示例实施例中，激励频率选择为使得另外激励振荡模式的波长26恰好是要衰减的振荡模式的波长25的一半。这样的优点是，在激励区域16、17中激励的波分量与该另外振荡模式相长干涉，从而使得该振荡模式有更大的振幅。

由控制装置2提供的控制信号也可以在它传送至振荡元件19之前通过逆变电路27而反转。图3中表示了这样的一种可能方式。振荡元件19包括压电块30，例如压电陶瓷块或压电复合陶瓷块30，两个平电极28、29布置在该压电块30上。振荡元件19有在连接元件31上的一个电极29，该连接元件31即在激励区域17中使得振荡元件19与壁9连接的粘性连接层。粘性层例如可以包括金属粒子，以便根据需要来调整它的粘度。它优选是不导电，以便使得电极29与壁9绝缘(当壁9导电时)。代替通过连接元件31进行连接，振荡元件19也可以直接连接至到壁9上，例如粘接连接。电极29主要布置在振荡元件19的、朝向测量管的一侧，但是局部覆盖块30，以便能够更容易接触。

在如图所示的逆变电路27的状态下，电极29与基准电势32连接，电极28供给有控制装置2的驱动信号。通过转换开关33、34，将信号分配给电极28、29能够反向，从而在激励区域17中的反向激励型面由相同的驱动信号产生。

因此，逆变电路27的转换导致在激励区域16、17中执行具有彼此相反的激励型面的激励，即在以谐波振荡来激励的情况下，激励在相位偏移为180°的情况下进行。这导致具有波长26的另外振荡模式在这时衰减，而先前衰减的、具有波长25的振荡模式进行放大。当这两种振荡模式(如上所述)是仅有的两种可激励振荡模式时，能够在测量设备1中执行模式选择振荡激励，它能够在两种振荡模式之间转换。这样特别有利，因为瑞利角14取决于相速度，因此取决于被激励的振荡模式的波长，压缩波通过该瑞利角14而发射至流体中，并因此发射至压缩波的传播通路中。因此，通过所述处理过程，能够在用于压缩波的两个确定传播通路之间进行转换，从而能够提高流体量的确定，或者能够第一时间确定一些流体量。

图3中所示的测量管3的正方形横截面只是示例性。也可选择，例如还能够使用圆形的测量管，或者该测量管基本为圆形，只在振荡换能器5、6、15的布置表面处为扁平。

图2另外表示了激励区域49的还一实例，该激励区域49可以用于代替激励区域17或者附加该激励区域。激励区域49的中心布置成离开激励区域16的中心21的距离为要衰减的振荡模式的波长25的1.5倍，因此，用于要衰减的振荡模式的相消干涉也是由在激励区域49中的、具有与在激励区域16中相同的激励型面的激励来产生。

另外或者作为上述模式选择激励的可选方式，激励也可以这样执行，使得多个传播方向中的一个可以指定用于总波。这样的实例在图4中表示。振荡换能器35的结构基本对应于上面所述的振荡换能器5的结构，除了以下情况：在激励区域36、37的中心43、44之间的距离45以与上述不同的方式来选择，且分开的驱动信号(该驱动信号相互相位偏移+90°或-90°)由用于布置在激励区域36、37中的振荡元件41、42的控制装置38来提供。在本例中，距离45选择为使得它是将沿传播方向39、40中的一个进行抑制的该振动模式的波长46的四分之一。选择该距离以及相位偏移为90°的效果是使得要衰减的振荡模式只沿传播方向39或只沿传播方向40发射(根据相位偏移的符号)，且沿另一传播方向的发射通过相消干涉来抑制。

当在激励区域47中或在激励区域48中执行激励(另外或者作为在激励区域37中的激励的可选方式)时，也可以获得这样的效果，该激励区域47的中心与激励区域36的中心43分开波长46的四分之三，该激励区域48的中心与激励区域36的中心43分开波长46的四分之五。

当在相同相位偏移的情况下在激励区域47中(代替在激励区域37中)执行激励时，振荡模式的剩余传播方向变化。例如，当先前只沿传播方向39执行振荡模式的发射时，在激励区域从激励区域37变化至激励区域47的情况下，振荡模式的发射沿传播方向40执行。通过使相位偏移从+90°变化至-90°或者相反，传播方向可以再次反向。

用于抑制振荡模式和用于抑制传播方向的上述方法可以进行组合。为此，可以这样选择激励频率，使得基本只沿第一传播方向发射第一振荡模式，且第二振荡模式基本只沿相反的第二传播方向来发射。因此，不同的振荡模式将沿不同的传播方向发射。

这可以通过以这样的方式来实现，即选择激励频率，使得第一振荡模式的波长λ₀与第二振荡模式的波长λ₁的比率为：

其中，m和p分别是零或正整数。激励区域的间距45是四分之一波长的2m+1倍。因此在图4所示的例子中，m等于零。当使用由虚线表示的激励区域47或48时，m将等于1或等于2。P可以自由地选择。

参考标号列表

1 测量装置

2 控制装置

3 测量管

4 内部

5 振荡换能器

6 振荡换能器

7 箭头

8 超声波射线

9 壁

10 厚度

11 箭头

12 壁

13 箭头

14 瑞利角

15 振荡换能器

16 激励区域

17 激励区域

18 振荡元件

19 振荡元件

20 距离

21 中心

22 中心

23 传播方向

24 传播方向

25 波长

26 波长

27 逆变电路

28 电极

29 电极

30 块

31 连接元件

32 基准电势

33 开关

34 开关

35 振荡换能器

36 激励区域

37 激励区域

38 控制装置

39 传播方向

40 传播方向

41 振荡元件

42 振荡元件

43 中心

44 中心

45 距离

46 波长

47 激励区域

48 激励区域

49 激励区域

Claims (15)

1.一种用于通过测量装置(1)来确定与流体和/或流体的流体流相关的流体量的方法，所述测量装置(1)包括：测量管(3)，所述测量管(3)接收流体和/或流体流过所述测量管(3)；以及第一振荡换能器和第二振荡换能器(5、6、15、35)，所述第一振荡换能器和第二振荡换能器(5、6、15、35)在测量管(3)上布置成相互间隔开一距离，所述方法包括以下步骤：

-通过第一振荡换能器和/或第二振荡换能器(5、6、15、35)通过波分量来激励传导通过测量管(3)的壁(9)的相应总波，所述波分量分别在壁(9)中传导，通过在多个相互分开的激励区域(16、17、36、37)中的相应振荡换能器(5、6、15、35)来激励，这些波分量进行叠加，以便形成相应的总波，在激励区域(16、17、36、37)的中心(21、22、43、44)之间的距离(20、45)和激励频率选择为使得要衰减的振荡模式通过至少沿一个传播方向(23、24、39、40)的波分量的相消干涉而至少部分减弱；

-由相应总波来激励流体的压缩振荡；

-记录与通过相应的另外振荡换能器(5、6、15、35)来产生的压缩振荡相关的测量数据；

-根据测量数据来确定流体量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：具有选择激励频率的要衰减的振荡模式的半波长(25)或半波长(25)的奇数倍选择为在两个激励区域(16、17)的中心(21、22)之间的距离(20)，激励在两个激励区域(16、17)中以相同的相位角来进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：具有选择激励频率的要衰减的振荡模式的波长(26)或波长(26)的多倍选择为在两个激励区域(16、17)的中心(21、22)之间的距离(20)，激励以在两个激励区域(16、17)之间具有180°的相位偏移或者具有彼此相反的激励型面的情况下执行。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于：激励频率选择为使得总波的另外激励振荡模式具有要衰减的振荡模式的波长(25、26)的两倍或一半。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于：激励频率选择为只激励要衰减的振荡模式以及另外振荡模式或另一振荡模式。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于：记录另外测量数据，以便确定流体量或另外流体量，在相同相位和相同激励型面的情况下执行在两个激励区域(16、17)中的激励，以便记录测量数据；以及在相位偏移180°或相反激励型面的情况下执行在两个激励区域(16、17)中的激励，以便记录另外测量数据，或者相反。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于：具有选择激励频率的、要衰减的振荡模式的四分之一波长(46)或四分之一波长(46)的奇数倍选择为在两个激励区域(36、37)的中心(43、44)之间的距离(45)，激励在激励区域(36、37)之间的相位偏移为90°的情况下执行。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：激励频率选择为使得要衰减的振荡模式通过沿传播方向(23、24、39、40)的波分量的相消干涉而至少部分减弱，沿与所述传播方向相反的另外传播方向(23、24、39、40)的、要衰减的另外振荡模式通过沿另外传播方向的波分量的相消干涉而至少部分减弱。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：激励频率选择为使得要衰减的振荡模式的波长λ₀与要衰减的另外振荡模式的波长λ₁的比率为：

其中，m和p分别为零或正整数。

10.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于：第一振荡换能器和/或第二振荡换能器(5、6、15、35)分别包括多个振荡元件(18、19、41、42)，通过所述振荡元件(18、19、41、42)而分别激励波分量中的一个。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：振荡元件(18、19、41、42)是压电振荡元件。

12.一种用于确定与流体和/或流体的流体流有关的流体量的测量装置，所述测量装置包括：控制装置(2、38)；测量管(3)，所述测量管(3)接收流体和/或流体流过所述测量管(3)；以及第一振荡换能器和/或第二振荡换能器(5、6、15、35)，所述第一振荡换能器和第二振荡换能器(5、6、15、35)彼此间隔一距离地布置在测量管(3)上，其中，控制装置(2、38)设置成驱动第一振荡换能器和/或第二振荡换能器(5、6、15、35)，以便通过波分量来激励相应总波，所述总波通过测量管(3)的壁(9)来传导，所述波分量分别在壁(9)中传导，由在多个相互分开的激励区域(16、17、36、37)中的相应振荡换能器(5、6、15、35)来激励，这些波分量叠加，以便形成相应的总波，其中，在激励区域(16、17、36、37)的中心(21、22、43、44)之间的距离(20、45)和激励频率选择为使得要衰减的振荡模式通过至少沿一个传播方向(23、24、39、40)的波分量的相消干涉而至少部分减弱，流体的压缩振荡能够由相应的总波来激励，这些压缩振荡能够通过流体而传导至相应的另外振荡换能器(5、6、15、35)，并在所述另外振荡换能器处由控制装置(2、38)记录，以便确定测量数据，所述流体量能够由控制装置(2、38)根据测量数据来确定。

13.根据权利要求12所述的测量装置，其特征在于：第一振荡换能器和/或第二振荡换能器(5、6、15、35)分别包括多个振荡元件(18、19、41、42)，在各激励区域(16、17、36、37)中的至少一个相应振荡元件(18、19、41、42)直接或通过至少一个连接元件(31)而与测量管(3)连接。

14.根据权利要求13所述的测量装置，其特征在于：控制装置(2)对于相应振荡换能器(5、6、15)的振荡元件(16、17)提供共同的驱动信号，所述驱动信号直接传送到至少一个振荡元件(16)，并具有与至少一个振荡元件(17)反向的极性，因此，产生振荡元件(16、17)的彼此相反的激励型面，或者激励信号直接传送到所有的振荡元件(16、17)。

15.根据权利要求13所述的测量装置，其特征在于：控制装置(38)设置成对于至少两个振荡元件(41、42)提供驱动信号，所述驱动信号彼此相位偏移或者具有相反的信号型面。

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