CN110398269A - 用于确定测量信息的方法和测量装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于确定测量信息的方法，其中，第一和第二波通过第一振荡换能器(5、6)而在时间上连续地激励，并传导至第二振荡换能器(15、16)或返回至第一振荡换能器(5、6)，并在这里记录，以便确定第一和第二测量数据，测量信息根据第一和第二测量数据确定，或者第一测量数据用于确定第二波的激励参数，其中，操作全部第一振荡换能器以便激励第二波，或者彼此不同地操作第一振荡换能器的子组，以便激励第一和第二波；和/或第一或第二振荡换能器的第一和第二子组(35、36)用于记录，或者第一和第二子组的测量信号加在一起而记录第一测量数据，以及只考虑第二子组的测量信号来记录第二测量数据。本申请还公开了一种测量装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过测量装置来确定测量信息的方法，特别是通过流量计确定，该测量装置有测量管，该测量管接收流体和/或流体流过该测量管。本发明还涉及一种测量装置。
背景技术
用于通过测量管来测量流量的一种可能方法涉及超声波测量仪。在这些超声波测量仪中，使用至少一个超声波换能器，以便将超声波引入流过测量管的流体中，该波在直通路上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。通过测量管的流速能够由超声波在超声波换能器之间的飞行时间来确定，或者由在发射器和接收器交换事件中的飞行时间差来确定。
由G.Lindner的文章“Sensors and actuator based on surface acousticwaves propagating along solid-liquid interfaces”(J.Phys.D：Appl.Phys.41(2008)123002)中已知，为了激励传导波，使用所谓的叉指式换能器，其中使用压电元件，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殊激励模式的激励。当兰姆波(Lamb wave)通过这种方法在测量管的侧壁中激励时，它们再在测量管中传送的流体中激励压缩波。相反，通过流体传导的压缩波可以再在侧壁中激励传导波，该传导波能够由相应的传感器接收，例如同样为叉指式换能器。由此，能够执行基于超声波的流量测量，其中，超声波换能器可以布置在测量管外部。
在对流体测量的情况下，通常希望获得关于流体或测量条件的附加信息。这些附加信息可以单独考虑，尽管也可以根据这些数量来改变测量设备的参数，或者在确定测量信息时考虑这些数量，以便获得更高的测量精度。例如，在测量管中的压力和流体的温度和/或测量装置的环境可能影响测量。不过同时，为了记录这些附加信息所需要的附加传感器增加了测量装置的复杂性，这例如可能需要更高的成本和/或更大的安装空间需求。
发明内容
因此，本发明的目的是在测量装置中(特别是在流量计中)确定关于测量装置或传送流体的环境条件的附加信息和/或关于环境条件对测量的影响的附加信息，且技术费用低。
根据本发明，该目的通过在引言中所述类型的方法来实现，其中，在测量管的侧壁中传导的第一和第二波通过布置在测量管的侧壁上的第一振荡换能器而在时间上连续地进行激励，并在侧壁中直接地或者通过流体间接地传导至布置在测量管的侧壁或还一侧壁上的第二振荡换能器，或者沿传播通路返回至第一振荡换能器，并在这里记录，以便确定用于第一波的第一测量数据和用于第二波的第二测量数据，测量信息根据第一和第二测量数据确定，或者第一测量数据用于确定第二波的激励参数，且测量信息根据第二测量数据确定，
其中，一方面操作全部第一振荡换能器，以便激励第二波，且极性与用于激励第一波的极性相反，或者彼此不同地操作第一振荡换能器的子组，以便激励第一和第二波；和/或
另一方面，第一或第二振荡换能器的第一和第二子组用于记录，以便只考虑第一子组的测量信号来记录第一测量数据，或者第一和第二子组的测量信号加在一起而记录第一测量数据，以及只考虑第二子组的测量信号来记录第二测量数据，或者第一和第二子组的测量信号彼此相减而记录第二测量数据，反之亦然。
如下面将更深入地解释，使用多个振荡换能器使得能够执行传导波的纯模式激励，或者能够只记录特殊模式的信号。通过在第一和第二测量数据的记录之间的激励和接收条件的所述变化(如下面将更详细所述)，将确定关于在测量管的该侧壁或还一侧壁中的相和组速度的信息以及测量管的温度的信息。该信息又可以用于改进测量装置的测量操作，或者在进一步测量的范围内处理测量数据。第一和第二子组可以分别包括一个或多个振荡换能器。同样，第一振荡换能器的、用于激励第一和第二波的不同子组可以分别包括恰好一个振荡换能器或多个振荡换能器。例如，可以操作恰好一个第一振荡换能器，以便激励第一波，并可以操作恰好另一个振荡换能器，以便激励第二波。
特别是，使用多个振荡换能器来发射和接收传导波，以便实现激励的纯模式，并分别在接收时滤波成相关模式。当使用兰姆波作为传导波时，例如通过给定频率的激励，可以激励具有不同波长的多种模式。通过足够低的激励频率，能够只激励两种振荡模式，即不对称A0模式和对称S0模式。
通过相应布置激励区域和相应选择激励频率，要衰减的振荡模式可以通过至少沿一个传播方向的相消干涉来衰减，或者要放大的模式可以通过相长干涉来放大。通过了解侧壁或还一侧壁的散射关系，用于控制振荡换能器的激励信号的激励频率可以选择成使得要放大的振荡模式具有两倍或一半要衰减的振荡模式的波长。然后，振荡换能器的间距或它们的激励区域的间距可以选择为使得它们的间距等于两个波长中较短波长的奇数倍。当振荡换能器再通过相同的激励信号和相同的极性来操作时，这导致对于较长波长模式的相消干涉和对于较短波长模式的相长干涉。不过，在操作具有180o相移或相反极性的相邻振荡换能器的情况下，较长波长模式将放大，而较短波长模式将衰减。在传导波的接收过程中也是这样，也就是说当记录第一和第二测量数据时也是这样。当为此使用间距等于较短波长模式的波长的奇数倍的振荡换能器时，添加该振荡换能器的测量信号将导致由较长波长模式的多个振荡换能器产生的信号相互抵消，从而从测量信号的总和中除去或滤除该模式的贡献。不过，当具有该间距的相邻振荡换能器的测量信号彼此相减时(这例如可以通过连接相反极性来实现)，可以滤除较短波长模式的贡献，从而只保留较长波长模式的贡献。
振荡换能器的所述布置可以通过以上述间距连续地线性布置多个振荡换能器来产生，特别是沿测量管的流动方向连续地布置。不过，也能够沿曲线布置振荡换能器，例如，布置为具有所述间距的同心圆。除了上述使用振荡换能器来用于实现模式选择之外，还可以使用具有相应选择的间距和激励频率的振荡换能器，以便指定发射几何形状，例如只沿一个方向发射传导波，沿不同方向以不同模式发射等。在这种情况下，还可以使用根据本发明提出的分别进行测量，以便确定第一和第二测量数据，其中发射和接收振荡换能器的极性改变。
在这种情况下，振荡换能器可以分别设置为压电振荡元件。在这种情况下，特别是由压电陶瓷或另外压电材料制成的元件可以包括在面向测量管的一侧上的一个电极以及在背离测量管的一侧上的一个电极。在面向测量管的一侧上的电极也可以从压电元件凸出或者局部围绕它，以便允许更简单的接触。振荡换能器可以是超声波换能器。
当流速将通过测量装置来测量或者传导波将沿测量管传导时(例如为了记录由于流体压力而引起的测量管变形)，通常使用单独的振荡换能器，以便发射和接收传导波，相应的测量通常随后通过反转的作用来重复。不过，在一些情况下，还可以有利的是通过与用于发射传导波相同的振荡换能器来记录发射的传导波。例如，传导波可以沿传播通路绕测量管一次或多次来传导，或者在沿测量管传播之后在反射元件处反射，使得传导波传导回与用于发射该波相同的振荡换能器。在这两种情况下都可以使用用于发射第一波或第二波以及用于记录第一和第二测量数据的振荡换能器的本发明操作变化。
第一和/或第二波的相速度和/或组速度(特别是在侧壁中)和/或测量管和/或流体的温度和/或驱动信号的设定点频率可以确定为测量信息，该驱动信号用于在确定流体信息(与流体或流体流量相关)的范围内操作第一振荡换能器。
为了确定相和/或组速度，优选以相同的方式激励第一和第二波，且第一测量数据的记录只通过第一子组的第一或第二振荡换能器来进行，第二测量数据的记录只通过第二子组的第一或第二振荡换能器来进行。如所述，第一和第二子组也可以分别只包括一个振荡换能器。当这些子组再与第一振荡换能器间隔开不同距离时，或者它们位于传播通路的不同位置时(传导波在该传播通路上传导回到第一振荡换能器)，该传导波首先通过第一子组，然后通过第二子组。通过比较第一和第二测量数据，能够确定这些测量数据之间的相位差。当已知第一和第二组的相对位置时，能够由此确定相速度。另外或者也可选择，可以确定第一和第二测量数据的包络，传导波的组速度可以借助于包络的相对移动和振荡换能器的组间距来确定。
另外或者也可选择，传播通路的上述长度变化也可以通过驱动不同子组的第一振荡换能器(以便激励第一和第二波)来产生。例如，第一波和第二波可以分别恰好由一个第一振荡换能器来激励，特别是，用于激励第一和第二波的振荡换能器具有离第二振荡换能器的不同距离，或者不同的子组(该子组分别包括多个第一振荡换能器)可以与第二振荡换能器分开不同距离。
在多个第一振荡换能器之间或在多个第二振荡换能器之间的振荡传递基本上只通过侧壁自身来进行。因此，该信息例如可以用于校正流量测量，该流量测量取决于在流体中的压缩波的相或组速度以及侧壁或还一侧壁中的传导波的相或组速度。
另外或者也可选择，所确定的相或组速度也可以用于例如检测由于流体压力引起的测量管的弹性变形，特别是用于确定流体压力。原则上，所述测量也可以通过总体只激励一个传导波以及通过由单独的记录通道来记录第一和第二测量数据而执行。不过，这将增加用于实施测量装置的技术费用。例如，需要附加的模拟/数字转换器或多路复用，以便基本同时地记录第一和/或第二测量数据。不过，第一和第二测量数据的顺序记录可以非常简单地实现，因为只需要转换分别与记录的数据分离的子组。
已经介绍的、用于传导波的纯模式激励或模式选择记录的方法对散射关系或测量几何形状的变化很敏感，这可能例如由测量管的温度变化而引起。测量管的温度又取决于流体和环境的温度。因此，一方面可以使用根据本发明的方法来改变用于随后操作的驱动信号的设定点频率，以便提高模式纯度(mode purity)。另一方面，可以例如通过查找表来估计与预期测量值的偏差，以便确定测量管或流体的温度。下面将详细介绍用于它的多种方法。
测量信息可以根据记录成第一和第二测量数据的相应信号分布图(signalprofile)的相对相位角或者在第一和第二波之间的飞行时间差(借助于这些信号分布图的包络来确定)确定。如上所述，这可以用于确定传导波的相和/或组速度。不过，为了确定温度或者为了确定设定点频率，优选使用替代方法，其中，改变激励类型而不是接收位置。当在极性相对于用于激励第一波的极性相反的情况下操作所有第一振荡换能器以便激励第二波时，且当两个测量数据的记录相同时，在已经说明的、用于相位选择激励的方法中，要衰减的模式在两种情况下都将完全衰减，而要放大的模式将以反转形式接收，也就是说具有180o的相移。当第一振荡换能器的间距再相对于要衰减或要放大的模式的波长而变化时，这一方面导致要衰减的振荡模式并不完全衰减。另一方面，要放大的模式在通常较小相移的情况下叠加，这样的效果是，该模式一方面在整个波中有稍微更低的幅值，另一方面相对于最佳同相叠加有相移。不过，在第一和第二测量数据之间的相移可以高精度地确定，例如通过测量数据的相关性。通常，这种相位误差主要由测量管或流体的温度引起。因此，温度可以至少近似地由所确定的相位差来确定，例如借助于查找表，该查找表例如可以通过初步测试来填写。相同方法也可以用来确定要用于其它测量的激励频率。
设定点频率也可以通过改变驱动信号的频率通过最小化相对相位角与设定点值(特别是180°)的偏差来确定，该驱动信号用于操作第一振荡换能器，以便激励第一波和第二波。如上所述，当记录以相同的方式进行，且用于激励第二波的第一振荡换能器相对于用于激励第一波的极性以相反极性来操作时，最佳激励几何形状以及(因此在预期最佳模式选择激励情况下)在第一测量信号和第二测量信号之间的相位角应当为恰好180°。因此，第一和第二波的激励以及第一和第二测量数据的记录可以重复进行，并改变驱动信号的频率。驱动信号的频率可以以预定图形来变化。不过优选是，频率根据与设定点值的相对相位角偏差而变化。因此，相对相位角最终可以通过使得驱动信号的频率适应设定点值而进行调节，设定点值特别是180°。
在上述实施例的变化形式中，优选是相同的驱动信号(特别是相同的频率)用于第一波和第二波的激励。尽管激励可以通过使极性反向来反转，如上所述，不过在其它方面，第一和第二波优选是以相同的方式激励。
不过，作为替代方案，第一测量数据能够用于确定激励信号的激励频率作为激励参数，该激励信号用于激励第二波的第一振荡换能器。特别地，这可以用于借助第一测量数据来确定使得模式选择性尽可能大的激励频率，因此，第二测量数据能够以高模式选择性来记录。当测量信息(例如流体信息)只根据第二测量数据来确定时，这特别有利。
激励频率尤其可以通过使得信号分布图(该信号分布图由第一或第二振荡换能器记录为第一测量数据)的幅值最小化来确定，该最小化通过改变驱动信号的频率来实现，该驱动信号用于操作第一振荡换能器以便激励第一波。当第一或第二振荡换能器的子组的测量信号进行叠加以便记录第一测量数据时，以使得特殊振荡模式完全相消干扰的方式，信号分布图的幅值在第一波几乎只包括该模式时最小，即当该振荡模式的最大纯模式激励由第一振荡换能器来执行时。
原则上，第一波只激励一次，且预期的理想激励频率可以直接由记录的测量数据来确定。为此，例如可以使用查找表。优选是，在这种情况下可以执行频率选择考虑，从而不考虑具有明显不同频率的噪声分量和其它振荡。不过优选是，激励多个第一波和记录多个第一测量数据，驱动信号的频率变化。该变化可以根据预定图形来执行，尽管变化优选是取决于信号分布图的幅值。总之，信号分布图的幅值因此通过改变驱动信号的频率而调节到最小。为了记录第二测量数据，在找到该最小值之后，例如能够从增加子组的测量信号转变成减小测量信号，或者相反，使得在记录第二测量数据时，第二振荡换能器优选是模式选择地包括该振荡模式，这时该振荡模式由第一振荡换能器模式选择地最佳激励。
在根据本发明的方法中，全部第一振荡换能器优选是通过公共驱动信号来操作，传递给相应振荡换能器的驱动信号的极性可通过用于至少一些第一振荡换能器的开关装置来转换。这使得能够至少近似模式选择地激励多种振荡模式。
第一振荡换能器可以分别包括两个电极，通过这两个电极的通电来起动相应振荡换能器的振荡，电极通过开关装置可以分别选择地与第一电势和第二电势连接，该第一电势特别由驱动信号来确定，该第二电势特别为恒定。通过所述处理过程而以很少技术费用来实现的效果是能够转换这些振荡换能器的极性。特别是，恒定电势可以是地电势。
另外，振荡换能器的各个电极也可以通过开关装置而与两个电势分离。开关装置还可以设置成使得第一和第二电势能够短路，和/或两个电极能够彼此短路。因此，用于振荡激励的第一振荡换能器的数量可以变化，例如以便产生不同的激励模式。
第一和第二测量数据可以由记录装置通过两个测量端子来记录，第一或第二振荡换能器中的至少一个包括两个电极，这两个电极能够通过该开关装置或另外的开关装置而选择地与测量端子连接。特别是，一个测量端子处于地电势，第二测量端子用于信号记录，特别是通过模拟/数字转换器。不过，记录装置也能够记录和转换在测量端子处的信号差异。另外，至少一些电极能够与两个测量端子分离。这样，例如在很少技术费用的情况下，能够只考虑第一和第二子组的测量信号。
除了根据本发明的方法之外，本发明还涉及一种测量装置，该测量装置有：测量管，该测量管接收流体和/或流体流过该测量管；第一振荡换能器，该第一振荡换能器布置在测量管的侧壁上；以及记录装置，其中，该记录装置设置成这样执行根据本发明的方法，即通过驱动第一振荡换能器来激励第一和第二波、通过测量装置的第一振荡换能器或第二振荡换能器来记录第一和第二测量数据、以及确定测量信息。特别是，测量装置可以包括第一和/或第二开关装置，如上所述。记录装置可以控制该开关装置和/或另外的开关装置，特别是为了在记录第一测量数据和记录第二测量数据之间转换第一和/或第二振荡换能器的连接。
附图说明
通过下面的示例实施例以及附图，可以发现本发明的其它优点和细节，附图中示意性地：
图1-3表示了根据本发明的测量装置的示例性实施例的多种视图，通过该测量装置能够执行根据本发明的方法的示例实施例；
图4表示了在根据图1-3的示例性实施例中第一或第二振荡换能器与记录装置的连接的电路图；以及
图5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。
具体实施方式
图1表示了用于确定测量信息的测量装置1，即流量计，该测量装置1有测量管3，流体能够接收在测量管3的内部4中，或者流体可以流过它的内部4。两个第一振荡换能器5、6彼此成一定距离地布置在测量管3的侧壁9上，在侧壁9中传导的波能够通过这两个第一振荡换能器5、6来激励，这些波由箭头11示意表示。在本例中，激励频率选择为使得激励兰姆波，从而侧壁9的、面向内部4的面也振荡，并因此激励流体中的压缩振荡，该压缩振荡由箭头8示意表示。当侧壁9的厚度10与横波在固体中的波长相当时，能够激励兰姆波，该波长由横波在固体中的声速比以及振荡换能器5、6振荡的激励频率而给出。
压缩波在还一侧壁12处反射，且当它们再次撞击侧壁9时激励传导波13，该传导波13传导至振荡换能器15、16，并在这里记录。例如，当要记录流体沿箭头7方向流动的流体速度，全部压缩振荡应当优选是以相同的瑞利角(Rayleigh angle)14来发射。瑞利角14取决于传导波的相速度和流体的声速。因为在兰姆波的情况下，多个振荡模式在给定频率下激励，例如具有相对低的激励频率，确切地说一个不对称模式和一个对称模式，传导波将执行模式选择激励和记录。
这在测量装置1中实现，其中，对于传导波的发射和接收，分别使用多个振荡换能器5、6和15、16。记录装置2通过公共驱动信号来控制振荡换能器5、6，并记录振荡换能器15、16的公共输出信号。通过能够由记录装置2来控制的开关装置17、18，能够规定振荡换能器5、6、15、16与记录装置2连接的方式，以便例如使得各个振荡换能器5、6、15、16与记录装置2分离，或者使它们在相反极性下与记录装置2连接。这将在下面参考图2和3详细介绍。在本例中的示例假设使用恰好两个第一振荡换能器5、6和两个第二振荡换能器15、16。不过，也能够使用超过两个的第一和第二振荡换能器5、6、15、16。不过在这种情况下，第一或第二振荡换能器优选是分别细分成两组，该组的成员分别以相同的方式与记录装置2连接，或者可选地不连接。例如，驱动信号可以传送至第一组，且反向的驱动信号可以传送至第二组，或者第一或第二组可以与记录装置2分离。
图2和图3表示了第二振荡换能器15与记录装置2的连接以及振荡换能器15在侧壁9上的布置。如图2中所示，参考振荡换能器15的示例，振荡换能器5、6、15、16分别包括压电元件19，电极20、21分别布置该压电元件19的、朝向和远离侧壁9的一侧。在本例中，电极21围绕压电元件19，以便能够更容易地接触电极21。通过在电极20、21之间施加电压，压电元件19垂直于侧壁9的程度可以变化，以使得振荡能够耦合至侧壁9中。相反，侧壁9的振荡导致压电元件19变形，并因此导致在电极20、21之间的电压降。振荡换能器15通过粘性中间层22而连接至侧壁9上。作为替代方案。例如它可以粘接至侧壁上。
电极20、21与记录装置2的两个测量端子23、24连接，电极21通过测量端子24而与地电势连接，电极20通过测量端子23而与测量电路连接，其中特别是进行模拟/数字转换。通过转换该开关装置18，能够改变电极20、21与测量端子23、24的连接，使得测量信号传送给测量端子23的极性能够通过转换开关装置来反转。如下面参考图4更详细地所述，对于振荡换能器15、16的各电极20、21，通过开关装置18的相应电路，能够确定它与哪个测量端子23、24连接。当例如两个振荡换能器15、16的、背离侧壁的电极20与测量端子23连接，且两个振荡换能器15、16的、面向侧壁的电极21与测量端子24连接时，在相应电极20、21处的电压降将在压电元件19同相变形时相长相加，即特别是在振荡换能器15、16的间距等于在侧壁9中传导的入射波的波长的整数倍时。不过，当开关装置18转换成使得测量端子23与振荡换能器15的、背离侧壁的电极20以及振荡换能器16的、面向侧壁的电极21连接或者相反，且测量端子24与剩余电极连接时，在所述情况下，这将导致相消干涉。当波长是振荡换能器15、16的间距的整数因子的传导波到达时，因此基本不会记录测量信号。相反，当在振荡换能器15、16之间的距离是入射传导波的波长一半的奇数倍时，将记录特别强的测量信号。如参考图3所述，这可以用于执行传导波的模式选择记录，能够通过开关装置18的电路来确定记录的传导波的模式。在这种情况下，为了清楚，在图3中只表示了振荡换能器15、16的、背离侧壁的电极20的接触。
传导波由振荡换能器5、6激励的激励频率可以选择为使得恰好只能够激励两个振荡模式，这些振荡模式的较长波长具有波长25。然后，如图3中所示，当振荡换能器15、16布置成使得在它们的中心27、28之间的距离26等于该波长25的一半时，通过选择振荡换能器15、16分别与记录装置2连接的极性，即通过转换开关装置18，能够选择测量信号相消干涉的振荡模式，从而抑制这些振荡模式的记录。例如，当增加振荡换能器15、16的测量信号时，通过以相同极性与记录装置2连接，这导致对波长25的振荡模式的相消干涉。因此基本上只记录具有较短波长的振荡模式。在通过使得振荡换能器15、16以相反极性与记录装置2连接而减去测量信号的情况下，情况相反。
这种可转换模式选择性可以用于“调整”激励信号。尽管在构造测量装置时已经能够保证振荡换能器5、6的间距和预定的激励频率相互匹配，以使得在较宽工作范围内获得良好的模式纯度，但是在一些操作情况下，根据当前操作情况来改变激励频率可以很有利。
为了使这成为可能，振荡换能器5、6可以通过开关装置17来连接，并与记录装置2连接，使得通过特殊的激励频率，将激励所希望的振荡模式，且至少在特定操作条件下也激励不希望的振荡模式。当振荡换能器15、16再通过开关装置18而与记录装置2连接，以使得基本上只模式选择地记录不希望的振荡模式时，可以改变激励频率，直到实现接收幅值的最小值。一旦找到该激励频率，就可以改变振荡换能器15、16通过开关装置18的连接，使得记录装置2这时基本上只测量所希望的振荡模式的信号。换句话说，首先重复激励第一波，并通过振荡换能器15、16来记录与它相关的第一测量数据，振荡换能器15、16,5以特定极性彼此连接，以使得测量信号相加或相减。随后通过改变激励频率来使得记录为第一测量数据的信号分布图的幅值最小，以便找到预期激励的最佳模式纯度具有的激励频率。随后，可以通过转换开关装置18来改变至少一个振荡换能器15的极性，以使得这时测量信号相减(当它们先前是相加时)，或者相反，使得振荡换能器15、16对于所希望模式的灵敏性最大。通过这种连接，然后能够激励第二波，并能够记录第二测量数据，例如以便记录在测量管3中的流体的流速或另一流体参数。
而且，开关装置18可以设置成使得各个振荡换能器15、16完全与记录装置2或测量端子23、24完全分开。因此，可以只通过振荡换能器15或只通过振荡换能器16来执行测量数据的记录。这可以用于确定在侧壁9中的传导波的相和/或组速度。为此，首先通过振荡换能器5、6来激励第一传导波，特别是有模式纯度，并只使用振荡换能器15来记录与该波有关的第一测量数据。随后，同样地重复激励，以便激励第二传导波，与该波有关的第二测量数据只通过振荡换能器16来记录。通过比较由第一和第二测量数据形成的信号分布图的相位，能够确定振荡模式从振荡换能器15至振荡换能器16的飞行时间。然后，在振荡换能器15、16之间的已知距离26可以除以该时间，以便确定相速度。
作为替代方案，测量数据的记录可以通过两个波的两个振荡换能器来执行，但是，激励可以对于第一波只通过振荡换能器15来执行，且对于第二波只通过振荡换能器16来执行。这两种方法还可以组合，以便实现传播通路长度的更大变化。
因为第一和第二波以确定的脉冲形状来激励，因此第一和第二测量数据还可以用于确定组速度。为此，首先确定第一和第二测量数据的信号分布图的包络，并通过比较这些包络来确定包络的时间滞后。当距离26除以该时间滞后时，可以计算组速度。例如，相和组速度可以用于校正已经确定的流量。特别是，流量的确定可以使用第三飞行时间，在该第三飞行时间中，振荡换能器5、6和振荡换能器15、16以相同方式连接，使得对于相同模式进行模式选择激励和模式选择记录。
振荡换能器5、6以与振荡换能器15、16连接测量端子23、24的相同方式而与记录装置2的控制端子连接。以与测量端子24类似的方式，一个控制端子也可以处于地电势。第二控制端子与由驱动信号确定的电势连接。特别是，正弦振荡电势施加至与该端子连接的电极，同时将进行传导波的激励。因此通过开关装置18，能够指定振荡元件5、6是同相振荡还是以180o的相移来振荡。这可以用于在两种模式之间转换，在这两种模式中选择性激励不同的振荡模式，如上所述。例如，这可以用于在流量测量范围内测量分别用于不同传播部分的流速，因此例如可以获得关于流动型面的信息。
通过由转换装置17来进行振荡换能器5、6与记录装置2的所述连接，各振荡换能器5、6的振荡极性能够同时反转。因此，由各个振荡换能器5、6激励的分量振荡(partialoscillation)将相位偏移180o。如上所述，当恰好激励两个振荡模式，其中一个的波长是另一个的两倍，且振荡换能器5、6的间距等于这些模式中的更短一个的波长时，传导波完全模式选择性地进行选择，且当转换振荡换能器5、6的极性时通过振荡换能器15、16来记录的信号因此偏移180o。不过，当在侧壁中的散射关系或在振荡换能器5、6之间的距离例如由于温度变化或由于测量管中的压力变化和测量管3由此产生的弹性变形而改变时，对于基本上相长叠加的该振荡模式，不再发生同相叠加，而是两个叠加的波相对于彼此稍微相移。这也具有以下结果，在振荡换能器5和振荡换能器6的极性反转的情况下，测量信号的相移将通过与180o稍微不同的相位角来产生。
一方面，这可以用于“调整”测量设备1。在这种情况下，激励频率可以变化，对于各激励频率，第一和第二波可以由振荡换能器5、6连续地激励，并传导至振荡换能器15、16和在这里记录，以便确定用于第一波的第一测量数据和用于第二波的第二测量数据。为了激励第二波，振荡换能器5、6可以以相对于用于激励第一波的极性相反的极性来操作。如上所述，在完全模式选择激励的情况下，在这种情况下预计恰好180°的相移。因此，相移与180o的偏差可以通过改变激励频率来最小化，以便获得最佳的可能模式选择激励。
在一些测量情况下，通过理论初步考虑或初步测试可以发现，在反转振荡换能器5、6的操作极性的情况下，观察到的、与180°相移的偏差基本由测量装置1的一个特殊操作参数来决定。例如，偏差可以基本上只取决于测量管的温度(因此特别取决于流过测量管的流体的温度)和/或环境温度。在这种情况下，可以指定查找表或者在操作参数和在极性反转情况下与180°相移的偏差程度之间的数学关系，并可以使用如上所述的测量装置的操作来用于确定操作参数。
为了更好地理解开关装置18或相同构造的开关装置17的功能，这将在图4中更详细地表示。开关装置17、18分别包括两个端子，这两个端子分别与记录装置2的测量或控制端子23、24连接。它们还分别包括四个端子，这四个端子与震荡换能器15、16和5、6的各个电极20、21连接。与电极20、21连接的各端子可以通过开关31而选择地与控制装置2的一个端子连接。这样，各个振荡换能器15、16和5、6能够分别以选择极性来操作或者甚至完全与记录装置2分开。开关31能够由记录装置2来控制。通过所示连接，记录装置2的测量端子23、24或控制端子还可以通过开关31的相应转换而短路。原则上，还能够这样改变开关配置，以使得各个振荡换能器5、6、15、16的电极20、21能够短路，而不会使得测量端子23、24或控制端子短路。
如图3和图4中所示，在测量装置中也可以使用超过两个的第一和第二振荡换能器。例如，还一振荡换能器29可以与振荡换能器15并联连接，以便形成振荡换能器15、16、29、30的共同驱动的第一子组35，且还一振荡换能器30可以与振荡换能器16并联连接，以便形成振荡换能器15、16、29、30的共同控制的第二子组36。优选是，在这种情况下，振荡换能器15、29和16、30分别并联连接，该振荡换能器15、29和16、30的间距等于可激励振荡模式的两个波长中的较长波长25的整数倍。
到目前为止的解释假设振荡换能器5、6和振荡换能器15、16分别线性地连续布置。振荡换能器当然也可能有其它布置。一个示例如图5中所示。两个振荡换能器32、33是圆形振荡换能器，它们同心地布置。在这种情况下，振荡换能器32、33的间距34优选是等于两个可激励振荡模式的较短波长的波长，如参考图3所述。显然，可以设想很多其它变化形式。图5中的各个圆可以分别由多个振荡换能器来形成，这些振荡换能器优选是一起驱动。代替圆形形状，例如，可以使用椭圆形等，或者可以使用非同心圆、椭圆等，以便实现传导波的各向异性发射。
参考标号列表
1 测量装置
2 记录装置
3 测量管
4 内部
5 振荡换能器
6 振荡换能器
7 箭头
8 箭头
9 侧壁
10 厚度
11 箭头
12 侧壁
13 波
14 瑞利角
15 振荡换能器
16 振荡换能器
17 开关装置
18 开关装置
19 压电元件
20 电极
21 电极
22 中间层
23 测量端子
24 测量端子
25 波长
26 间距
27 中心
28 中心
29 振荡换能器
30 振荡换能器
31 开关
32 振荡换能器
33 振荡换能器
34 间距
35 子组
36 子组
Claims (10)
1.用于通过测量装置(1)确定测量信息的方法，所述测量装置(1)特别是流量计，所述测量装置(1)具有测量管(3)，所述测量管(3)接收流体和/或流体流过所述测量管(3)，其特征在于，在测量管(3)的侧壁(9)中传导的第一波和第二波通过布置在测量管(3)的侧壁(9)上的第一振荡换能器(5、6)而在时间上连续地被激励，并在侧壁(9)中直接地或者通过流体间接地传导至布置在测量管(3)的所述侧壁或另一侧壁(12)上的第二振荡换能器(15、16)，或者沿传播通路返回至第一振荡换能器(5、6)，并在这里记录，以便确定用于第一波的第一测量数据和用于第二波的第二测量数据，测量信息根据第一测量数据和第二测量数据确定，或者第一测量数据用于确定第二波的激励参数，且测量信息根据第二测量数据确定，
-其中，一方面操作全部第一振荡换能器(5、6)，以便激励第二波，且极性与用于激励第一波的极性相反，或者彼此不同地操作第一振荡换能器(5、6)的子组，以便激励第一波和第二波；和/或
-另一方面，第一振荡换能器和第二振荡换能器(5、6)的第一子组和第二子组(35、36)用于记录，以便只考虑第一子组(35)的测量信号来记录第一测量数据，或者第一子组和第二子组(35、36)的测量信号加在一起而记录第一测量数据，以及只考虑第二子组(36)的测量信号来记录第二测量数据，或者第一子组和第二子组(35、36)的测量信号彼此相减而记录第二测量数据，反之亦然。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：特别是在侧壁(9)中的第一波和/或第二波的相速度和/或组速度、和/或测量管(3)的温度和/或流体的温度、和/或驱动信号的设定点频率确定为测量信息，所述驱动信号用于在确定与流体或流体流量相关的流体信息的范围内操作第一振荡换能器(5、6)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：测量信息根据记录为第一测量数据和第二测量数据的相应信号分布图的相对相位角或者在第一波和第二波之间的飞行时间差来确定，所述飞行时间差借助于这些信号分布图的包络来确定。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：通过改变驱动信号的频率使得相对相位角与设定点值的偏差最小化来确定设定点频率，所述设定点值特别是180o，所述驱动信号用于操作第一振荡换能器(5、6)，以便激励第一波和第二波。
5.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：第一测量数据用于确定用于第一振荡换能器(5、6)的激励信号的激励频率，以便激励第二波作为激励参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：通过改变驱动信号的频率使得信号分布图的幅值最小化来确定激励频率，所述驱动信号用于操作第一振荡换能器(5、6)，以便激励第一波，所述信号分布图的幅值由第一振荡换能器或第二振荡换能器(15、16)记录为第一测量数据。
7.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：全部第一振荡换能器(5、6)通过公共驱动信号来操作，所述驱动信号传送至相应振荡换能器(5、6)的极性可通过用于至少一些第一振荡换能器(5、6)的开关装置(17)来转换。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：第一振荡换能器(5、6)分别包括两个电极(20、21)，通过使得这两个电极(20、21)通电来开始相应振荡换能器(5、6)的振荡，电极(20、21)可分别通过开关装置(17)来选择地与第一电势和第二电势连接，所述第一电势特别是由驱动信号来确定，所述第二电势特别为恒定的。
9.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：第一测量数据和第二测量数据由记录装置(2)通过两个测量端子(23、24)来记录，第一振荡换能器或第二振荡换能器(5、6、15、16)中的至少一个包括两个电极(20、21)，这两个电极(20、21)能够通过所述开关装置或另一开关装置(18)而选择地与测量端子(23、24)连接。
10.一种测量装置，具有：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)；第一振荡换能器(5、6)，所述第一振荡换能器布置在测量管(3)的侧壁(9)上；以及记录装置(2)，其特征在于，所述记录装置(2)设置成这样执行根据前述任意一项权利要求所述的方法，即通过驱动第一振荡换能器(5、6)来激励第一波和第二波、通过测量装置的第一振荡换能器(5、6)或第二振荡换能器(15、16)来记录第一测量数据和第二测量数据、以及确定测量信息。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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