CN110506198A - 超声波流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流量测量装置（20），带有至少两个彼此间隔开布置的传感器（12、14；12a、14a），否则所述流量测量装置不包括经常必需的测量管，其中，传感器分别处在从规定用于安装在管区段的法兰面上的环形的承载件（24）出发的突出部（30、32；30a、32a）的自由的端部上。所述流量测量装置能借助环形的承载件安放在管路（10）的两个管段（26、28）之间。突出部垂直于或至少基本上垂直于由承载件限定的平面取向。各两个传感器限定了信号路径（34、34a）并且该信号路径包括垂直于由承载件限定的平面的分量（38）。在正好四个传感器和相应地四个突出部的情况下，各两个传感器形成了一个传感器对并且承载这些传感器的突出部形成了突出部对，并且在每个突出部对中，在每个突出部对中，要么每个突出部从所述承载件出发沿另一个方向指向，要么在沿同一方向指向的突出部中，所述突出部不一样长。

Description

超声波流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种流量测量装置，即一种规定用于输出对流过管路的介质的流速编码的测量值的流量测量装置。

背景技术

这种流量测量装置本身公知。例如两个沿测量管的轴向间隔开的超声波传感器处在一测量管中。在流过测量管的介质中，由两个超声波传感器之一朝着另一个超声波传感器的方向发出的超声波信号至少部分沿介质的流动方向传播，并且沿相反方向发出的超声波信号相应地至少部分逆着介质的流动方向传播。通过求出在沿介质的流动方向传播的超声波信号和逆着介质的流动方向传播的超声波信号之间的传播时间差，可以以公知的方式求出介质的流速并且用该流速和公知的测量管的横截面积求出通过测量管的体积流量。

不过这种测量管不轻便，提高了流量测量装置的价格并且提高了运输和仓储成本。

由WO 2010/002432 A1已知一种超声波流量测量计，其被导入到管中，流体在管内压下流过该超声波流量测量计。所述流量测量计包含信号处理单元和管状的测量体，该测量体承受管内压并且基本上没有从管的内侧到外侧的压差。所述管具有钻孔，流体流过该钻孔。所述流量测量计还包括在流动上游和流动下游对置的声学的变换器，所述声学的变换器布置在测量体中，测量体承受管内压并且没有管的内侧到外侧的任何压差以及形成了在流动流上的至少一条声路并且与信号处理单元处于连接。最后，所述流量测量计包括用于在管中安装计数器本体的机构，该机构承受管的内侧到外侧的压差。

由CN204718761U已知一种传感器装置，在该传感器装置中，流量传感器借助密封装置联接到管路上，即联接在管路的两个管路元件的连接部位上。在密封装置中有一孔，通往传感器的管路连接到该孔上。借助所述传感器应当识别可能的泄漏。所述传感器不适合用于确定在管路中流动的介质的流动速度。

DE 1 915 324 A1说明了一种磁感应的流动传感器，其插入到管路的区段中。所述流动传感器具有空心柱体的形状并且贴靠在管路的内壁上。沿空心柱体的纵向延伸的导体或线圈处在空心柱体的内部。流动传感器在管路中的固定借助成形的并且向外取向的法兰完成，所述法兰在管路的两个管路元件的连接部位上夹紧在管路元件的两个在那里彼此面对面的法兰之间。

发明内容

本发明的任务是，说明开头所述类型的流量测量装置，该流量测量装置不需要测量管并且尽管如此仍能简单地使用。

按照本发明，该任务借助一种有权利要求1的特征的流量测量装置解决。

因此在带有至少两个彼此间隔开布置的传感器的流量测量装置中规定，该流量测量装置能借助环形的承载件安放在管路的两个管段之间。环形的承载件规定或构造用于安装在管路的管区段的法兰面上。传感器分别处在以环形的承载件为出发点的突出部的自由端部上。所述突出部垂直于或至少基本上垂直于由承载件限定的平面取向。各两个传感器限定了一条信号路径并且该信号路径包括垂直于由承载件限定的平面的分量。

所述流量测量装置为此规定，用它的承载件如何在两个在此处和下文中概括性地称为管段的管-或软管段的端部之间安装密封装置。在已安装的状态下，所述突出部伸入到所述管段中的至少一个管段内。在从承载件朝着同一方向指向的突出部中，这些突出部伸入管段之一。在从承载件沿不同的方向指向的突出部中，至少一个突出部伸入管段之一并且至少另一个突出部伸入另一个管段。基于突出部的方向和/或长度确保了在两个传感器或各两个传感器之间的信号路径，包括垂直于由承载件限定的平面的分量。这个分量平行于流过相应的管段的介质的流动方向延伸。因此可以通过上述对声信号、特别是超声波信号的传播时间差的观察确定介质的流速。

本发明的优点在于，流量测量装置不需要和包括测量管。在安装流量测量装置时，该流量测量装置的突出部导入到管段中，承载件安装在所述管段上。流量测量装置因此比公知的包括测量管的流量测量装置更小和更轻。承载件具有一厚度，该厚度按数量级对应密封装置的厚度。流量测量装置因此可以方便地插入到现有的管路系统或软管系统中，而不必为此调整现有的管路的长度。

在此所建议的流量测量装置的有利的设计方案是从属权利要求的主题。在此所使用的在权利要求内的回引（Rückbeziehung）表明了通过相应的独立权利要求的特征进一步构造参考权利要求的主题。所述回引并不理解为是放弃对独立权利要求的特征或特征组合的独立的具体的保护的取得。此外，鉴于权利要求和说明书的解释说明在进一步具体化在独立权利要求中的特征时以此为出发点，即，在相应之前的权利要求中以及具体的流量测量装置的一种普遍的实施形式中不存在这种限制。在说明书中对独立权利要求的若干方面的参考因此在没有特殊提示的情况下也明确理解为是对可选的特征的说明。

在流量测量装置的一种实施方式中，在正好两个传感器和相应地两个突出部的情况下，每个突出部从承载件起朝着另一个方向指向，而在两个从承载件出发朝着同一方向指向的突出部中，所述突出部则不一样长。在正好四个传感器和相应地四个突出部的情况下，各两个传感器形成了一个传感器对并且承载这些传感器的突出部形成了突出部对。然后在每个突出部对中，要么每个突出部从承载件起朝另一个方向指向，要么突出部在沿同一方向指向的突出部中不一样长。在所有这些实施方式中，确保了在两个传感器或各两个传感器之间的信号路径包括垂直于由承载件限定的平面的分量，因而如上文所说明那样能求出传播时间差。

在流量测量装置的一种特殊的实施方式中，突出部一体地成形到承载件上。所述承载件然后例如由塑料制成并且可以在一道工序中制造。

在流量测量装置的另一种特殊的实施方式中，每个传感器在相应的突出部的端部上埋入到突出部的材料中。传感器在那里被保护在流量测量装置运输时不受损以及被保护不会由于相应的介质而受损。

在再另一种实施方式中，流量测量装置在突出部的端部上具有超声波传感器作为传感器。流量测量装置然后作为超声波流量测量装置起作用。

接下来借助附图详细阐释本发明的实施例。彼此对应的主题或元件在所有附图中均设有相同的附图标记。

所述或每个实施例不得理解为是对本发明的限制。更确切地说，在当前公开的范畴内补充方案和修正方案也完全可能的，特别是这种补充方案和修正方案也完全可能的，其例如通过单独结合普通或特殊的说明书部分说明以及在权利要求和/或附图中包含的特征的组合或变型使技术人员鉴于解决任务而能想到并且通过能组合的特征导致一个新的主题或新的方法步骤。

附图说明

图中：

图1、图2和图3示出了用超声波测量流过管路的介质的流动速度的基本原理；

图4是在此所建议的流量测量装置的一种实施方式；并且

图5是在此所建议的流量测量装置的另一种实施方式。

具体实施方式

借助超声波测量在管路10中的介质的流动速度本身已知。图1、图2和图3的图示示意性简化示出了不同的配置。然后为管路10配设一传感器对，介质流过所述管路，应当求出介质的流动速度。所述传感器对包括第一超声波传感器12和第二超声波传感器14。两个在下文中有时也仅单个简称为传感器12、14和一起称为传感器12、14的超声波传感器12、14作为超声波发送器和超声波接收器工作。传感器12、14沿流过管路10的介质的流动方向、即沿管路10的轴向彼此间隔开地布置。

两个传感器12、14一起作为流量测量装置20起作用（fungieren）。传感器12、14的传感器信号借助属于流量测量装置20的评估装置22（在图1至图3中未示出；参看图4）评估，用于获得针对流动速度的测量值或相应的介质的体积流量（Volumenstrom）。

流量测量装置20的传感器12、14经常集成在管路10的区段的壁中或者贯穿这种区段的管壁。管路区段然后同样属于流量测量装置20并且通常称为测量管。这种测量管在两侧分别具有法兰并且为了安装流量测量装置20而将该流量测量装置的测量管插入到相应的管路10中。在流量测量装置20的一种没有测量管的实施方式中，传感器12、14单独（einzeln）套装在管路10的外表面上。

两个传感器12、14要么作为超声波信号的发送器，要么作为接收器起作用。为此，每个传感器12、14例如以原则上公知的方式包括压电的晶体（Kristall）。借助该压电的晶体的主动激发，相应的传感器12、14就产生了超声波信号，另一个传感器12、14基于被动地激发其压电的晶体而接收所述超声波信号。

为了求出相应的介质的流动速度，以本身公知的方式评估由传感器12、14之一（第一传感器12）发送给相应另一个传感器12、14（第二传感器14）的超声波信号的传播时间差（Laufzeitunterschiede）。具体来说，考虑到了在随介质的流动方向从第一传感器12发出给第二传感器14的超声波信号和逆着介质的流动方向从第二传感器14发出给第一传感器12的超声波信号之间的传播时间差。流动速度越高，逆着介质的流动方向发出的超声波信号的传播时间就越长并且随着介质的流动方向发出的超声波信号的传播时间就越短。

为了测量这种传播时间差，需要一个测量段，即在至少两个传感器12、14之间的间距。由传感器12、14的相应的间距产生的测量段在图1至图3的图示中针对在那里示出的不同的配置用d标注。这种测量段使带有测量管的流量测量装置20基于空间需求首先就变得不轻便（unhandlich）。在没有测量管的流量测量装置20中，每个传感器12、14必须单独安放，必须极为精确地测量相应的间距并且评估装置22根据所测得的间距进行参数化。

图4的图示示出了在此所建议的流量测量装置20的一种实施方式。这个流量测量装置能借助法兰状的、环形的承载件24安放在管路10的两个管段26、28之间并且在所示的配置中以这种形式安放。RE指的是相应的管端部或管段端部。附图标记A指的是管轴线或管路轴线。它也能视作是典型地旋转对称的管或管段26、28的对称轴线。至少两个指状的突出部30、32垂直于由承载件24限定的平面地突出于承载件24。这样限定的平面的表面法线典型地平行于管轴线A延伸。突出部30、32延伸进入管路26、28之一，更确切地说，要么每个突出部30、32延伸进入管段26、28之一，要么两个突出部30、32延伸进入同一个管段26、28。传感器12、14，特别是超声波传感器12、14处在每个突出部30、32的自由的端部上。

以如下方式得出了流量测量装置20的功能所需的在传感器12、14之间的间距，即，指状的突出部30、32要么沿不同的方向指向，要么在沿同一方向指向的突出部30、32中不一样长。下列内容用于具体化措辞“不同的方向”和“同一方向”：在两个沿同一方向指向的突出部30、32中，两个分别从承载件24延伸至突出部30、32的端部上的传感器12、14的假想的矢量平行于彼此或至少基本上平行于彼此并且无论如何仅夹成一个小的角（＜10°）。在两个沿不同的方向指向的突出部30、32中，两个分别从承载件24延伸至在突出部30、32的端部上的传感器12、14的假想的矢量是彼此反平行的或至少基本上彼此反平行的并且无论如何仅夹成一个小的角（＜10°）。当突出部30、32之一或两个突出部30、32应当伸入到非笔直的管段26、28中时，突出部30、32的不是正好平行的或反平行的取向可能是合理的。

通过使突出部30、32不一样长和/或沿不同的方向指向，产生了传播时间测量所需的在下文单独为了区分而称为第一传感器12和第二传感器14的传感器12、14之间的间距。在此所建议的流量测量装置20一方面不需要测量管，并且另一方面也不需要耗费的参数化，因为在传感器12、14之间的相应的间距是已知的。

在图4的图示中示出了流量测量装置20的一种实施方式，带有两个沿同一方向指向的并且不一样长的、垂直于或至少基本上垂直于由承载件24限定的平面取向的突出部30、32。流量测量装置20的两个传感器12、13优选涉及超声波传感器并且基于这种实施方式（不过没有放弃广泛的普遍性）继续以下的说明。还是在每一次提到超声波传感器12、14时也涵盖了在不同于超声波的频率范围内工作的传感器。

传感器12、14在突出部30、32的端部上的位置限定了一条信号路径（Signalweg）34。这个信号路径在流量测量装置20的图示下方再一次单独示出。由此可知，信号路径34包括平行于承载件24的平面的分量36（平行的分量36）和垂直于承载件24的平面的分量38（垂直的分量38）。重要的是，分量38垂直于由承载件24限定的平面。在在此建议类型的安装在管段26、28上的流量测量装置20中，这个分量38沿流过管段26、28的介质的流动方向指向。这个分量38因此限定了在说明图1至图3的图示中提到的测量段d并且该测量段d也相应地在图4中绘出。

在流量测量装置20的带有从承载件24起沿不同的方向指向的突出部30、32的一种未示出的实施方式中明显的是，基于然后所产生的信号路径34同样得出了横向于承载件24的平面并且沿相应的介质的流动方向的确定了测量段d的分量38。

图5中的图示示出了按图4的流量测量装置20的一种特殊的实施方式。这个流量测量装置20不需要测量管并且不需要耗费的参数化。与按图4的包括两个突出部30、32即一对突出部30、32的流量测量装置20不同的是，按图5的流量测量装置20包括两对突出部30、32；30a、32a。各有一个传感器12、14处在每个突出部30、32；30a、32a的端部上。按图5的流量测量装置20因此除了两对突出部30、32；30a、32a外也具有两对配套的传感器12、14；12a、14a。超声波在传感器12、14；12a、14a之间的走向分别用双箭头示出（第一信号路径34；第二信号路径34a）。

在沿同一方向指向的突出部30、32；30a、32a中，超声波至少在特定的时间点上在两个传感器对之一中从处在长的突出部30的端部上的第一传感器12出发并且由处在相关的短的突出部32的端部上的第二传感器14接收。在另一个传感器对中，超声波相应地从处在短的突出部32a的端部上的第二传感器14a出发并且由处在相关的长的突出部30a的端部上的第一传感器12a接收。在沿不同的方向指向的突出部30、32；30a、32a中相应地也是这样。取代长的和短的突出部30、32；30a、32a的是分别出现了沿同一方向指向的突出部对30、32；30a、32a。两个突出部对30、32；30a、32a沿相反的方向指向。

按图5的实施方式的优点在于，同时借助传感器对12、14随相应的介质的流动方向发出超声波并且借助另一个传感器对12a、14a逆着介质的流动方向发出超声波。在按图4的实施方式中，用仅一个传感器对12、14交替地先由第一传感器12发出超声波，该超声波被第二传感器14接收，并且紧接着由之前接收的第二传感器14发出超声波，该超声波然后由之前发送的第一传感器12接收。分别产生的超声波也然后一次随流动的介质的流动方向发出并且一次逆着流动的介质的流动方向发出。在带有仅一个传感器对12、14的流量测量装置20中（图4），必须为了获得一流动测量值而等待一个完全的循环（用第一传感器12发送，用第二传感器14接收；用第二传感器14发送，用第一传感器12接收）。在带有两对分别成对配套的传感器12、14；12a、14a的流量测量装置20中，一旦两个作为接收器起作用的传感器12、14；12a、14a接收相应发出的超声波，就已经能求出流动测量值。

在按图5的实施方式中，分别发出的超声波的方向也不需要持久地恒定，通过在带有两个传感器对12、14；12a、14a的实施方式中，将分别发出的超声波的方向也随预先给定的或能预先给定的周期性切换，可以避免或至少减少由于在流动的介质中的涡流或类似物引起的测量误差。

也可以考虑的是带有至少一个传感器12、14的流量测量装置20，所述至少一个传感器同时或交替地沿两个方向发射并且从两个方向接收，因而可以取代带有总共四个传感器12、14；12a、14a的两个传感器对地也建造一种带有三个传感器的流量测量装置20，三个传感器中有一个是这种传感器。但这种传感器最终仅是两个分别沿一个方向发出的并且从这个方向接收的传感器的组合，因而这种传感器也被理解为是处在这个部位上的两个单独的传感器12、14；12a、14a。

尽管通过实施例详细地说明和描述了本发明，但本发明并不受到一个或多个所公开的示例的限制并且可以由本领域技术人员由此推导出其它的变型方案，而不会脱离本发明的保护范围。

在此提出的说明书的一些很重要的方面由此可以简短地概括如下：在此所提出的创新是一种带有至少两个彼此间隔开布置的传感器12、14；12a、14a的流量测量装置20，否则其不包括经常必需的测量管。所述流量测量装置20的传感器12、14；12a、14a分别处在从规定用于安装在管区段的法兰面上的环形的承载件24出发的突出部30、32；30a、32a的自由的端部上。传感器12、14；12a、14a优选涉及超声波传感器12、14；12a、14a。突出部30、32；30a、32a垂直于或至少基本上垂直于由承载件24限定的平面取向。各两个传感器12、14；12a、14a即第一传感器12、12a、第二传感器14、14a限定了用于由第一传感器12、12a发出的并且由第二传感器14、14a接收的信号（或者反过来）、特别是超声波信号的信号路径34、34a。所述信号路径34、34a包括垂直于由承载件24限定的平面的分量38。在安装在管段26、28上的状态中，这个分量38平行于流过管段26、28的介质的流动方向，因而借助流量测量装置20能求出借助至少两个传感器12、14；12a、14a逆着流动方向并且随流动方向发出的信号的传播时间差，用于确定介质的流动速度。

附图标记列表

10 管路

12、12a 传感器

14、14a 传感器

20 流量测量装置

22 评估装置

24 承载件

26 管段

28 管段

30、30a 突出部

32、32a 突出部

34、34a 信号路径

36 平行的分量

38 垂直的分量

A 管轴线、管路轴线、对称轴线

d 测量段

RE 管端部

Claims (6)

1.流量测量装置（20），带有至少两个彼此间隔开布置的传感器（12、14；12a、14a），其中，流量测量装置（20）能借助环形的承载件（24）安放在管路（10）的两个管段（26、28）之间，其中，环形的承载件（24）规定用于安装在管路（10）的管区段的法兰面上，

- 其中，传感器（12、14；12a、14a）分别处在从环形的承载件（24）出发的突出部（30、32；30a、32a）的自由的端部上，

- 其中，突出部（30、32；30a、32a）垂直于或至少基本上垂直于由承载件（24）限定的平面取向，并且

- 其中，各两个传感器（12、14；12a、14a）限定了信号路径（34、34a）并且所述信号路径（34、34a）包括垂直于由承载件（24）限定的平面的分量（38）。

2.按照权利要求1所述的流量测量装置（20），

- 其中在正好两个传感器（12、14；12a、14a）和相应地两个突出部（30、32；30a、32a）的情况下，每个突出部（30、32；30a、32a）从所述承载件（24）出发沿另一个方向指向，或者

- 其中在两个从所述承载件（24）出发沿同一方向指向的突出部（30、32；30a、32a）中，所述突出部（30、32；30a、32a）不一样长。

3.按照权利要求1所述的流量测量装置（20），

- 其中在正好四个传感器（12、14；12a、14a）和相应地四个突出部（30、32；30a、32a）的情况下，各两个传感器（12、14；12a、14a）形成了传感器对并且承载所述传感器的突出部（30、32；30a、32a）形成了突出部对，并且

- 其中在每个突出部对中，要么每个突出部（30、32；30a、32a）从所述承载件（24）出发沿另一个方向指向，要么在沿同一方向指向的突出部（30、32；30a、32a）中，所述突出部（30、32；30a、32a）不一样长。

4.按照前述权利要求中任一项所述的流量测量装置（20），其中，所述突出部（30、32；30a、32a）与所述承载件（24）一体地连接。

5.按照前述权利要求中任一项所述的流量测量装置（20），其中，每个传感器（12、14；12a、14a）在相应的突出部（30、32；30a、32a）的端部上埋入到所述突出部（30、32；30a、32a）的材料中。

6.按照前述权利要求中任一项所述的流量测量装置（20），带有在所述突出部（30、32；30a、32a）的端部上的超声波传感器（12、14；12a、14a）。