CN112050875B - 超声流量测量仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明描述并且示出一种超声流量测量仪器，具有至少一个测量管，具有至少一个第一超声变换器和第二超声变换器，其中，所述第一超声变换器设计为超声发送器和/或超声接收器并且其中，所述第二超声变换器设计为超声发送器和/或超声接收器，其中，所述超声变换器在流动方向上看错位地如下地布置在所述测量管处，使得所述相应的发送器在运行中沿流动方向或相反于所述流动方向发出超声信号并且所述接收器在至少三次反射之后接收由所述发送器发出的超声信号，其中，存在有至少三个反射面并且其中，所述超声信号在所述超声变换器之间的走向界定信号路径，其中，所述信号路径具有至少一个第一信号路径区段和至少一个第二信号路径区段。

Description

超声流量测量仪器
技术领域
本发明涉及一种超声流量测量仪器，具有至少一个测量管，具有至少一个第一超声变换器和第二超声变换器，其中，第一超声变换器设计为超声发送器和/或为超声接收器并且其中，第二超声变换器设计为超声发送器和/或为超声接收器，其中，超声变换器在流动方向上看错位地如下地布置在测量管处，使得相应的发送器在运行中沿流动方向或相反于流动方向发出超声信号并且接收器在至少三次反射之后接收由发送器发出的超声信号，其中，存在有至少三个反射面并且其中，超声信号在超声变换器之间的走向界定信号路径。
背景技术
从现有技术中已知藉由超声流量测量仪器来测量流动通过测量管的介质的流量。超声流量测量仪器通常具有测量管和至少两个设计为超声发送器和/或超声接收器的超声变换器，所述超声变换器沿流动方向（轴向地关于测量管轴线）彼此间隔开地布置在测量管处。为了测量流量，超声信号沿着在超声变换器之间的信号路径不仅沿流动方向而且相反于流动方向地被发出。由于对流效应（Mitführeffektes）得出信号的不同的运行时间（Laufzeit，有时译为传播时间或行进时间），所述信号沿着信号路径随着流动或相反于流动地进行运动。从运行时间差中确定流动速度并且在考虑测量管横截面的情况下确定体积流量。
同样已知如下超声流量测量仪器，其中，在所述两个超声变换器之间的信号路径通过在相应反射面处的一次或多次反射被延长。
印刷文献DE 10 2013 105 922 A1公开了如下超声流量测量仪器，其中，在所述两个超声变换器之间的信号路径如下地构造，使得所述信号路径在朝测量管横截面的轴向的俯视图中形成闭合的信号路径走向并且其中，信号在测量管之内在两个位置处被反射回到近似相同的平面中。在这个文献的含义上，相关的平面被界定为相对于测量管轴线平行的平面，所述平面通过信号路径的子区段撑开。通过与双重返回反射相组合的闭合的信号路径走向还能够可靠地探测具有涡流的旋转的流动，如所述涡流能够例如紧接着在管中的干扰、例如管弯折部、90°弯曲部等等而出现的那样。
此外，从印刷文献EP 0 639 776 A1中已知如下超声流量测量仪器，其中，多个超声变换器对如下地布置在测量管处，使得至少两个超声信号被发出到测量管中，其中，通过超声信号的相应的走向形成的信号路径关于流动剖面（Strömungsprofils）的对称性在灵敏性方面具有不同的等级并且其中，至少一个声波沿顺时针方向通过测量管并且其中，至少一个声波相反于顺时针方向通过测量管。藉由所述组件例如还能够可靠地测量具有涡流的流动剖面。
原则上，只要在于反射面处具有至少一次反射的信号路径（所谓的多路径系统）的情况下就能够界定旋转方向（相应于顺时针方向或相反于顺时针方向），超声信号以所述旋转方向通过测量管。
发明内容
从所述现有技术出发，本发明的任务是说明一种超声流量测量仪器，所述超声流量测量仪器特别简单地设计并且所述超声流量测量仪器即使在不均匀的、例如具有涡流的流动的情况下也具有特别高的测量精确性。
根据本发明，所述任务通过如下方式来解决，即信号路径具有至少一个第一信号路径区段和至少一个第二信号路径区段，其中，第一信号路径区段具有至少两个子区段，其中，第二信号路径区段具有至少两个子区段并且其中，第一信号路径区段的子区段的数量相应于第二信号路径区段的子区段的数量并且在第一信号路径区段中的信号走向具有第一旋转方向并且在第二信号路径区段中的信号走向具有第二旋转方向，其中，第二旋转方向相反于第一旋转方向。
第一信号路径区段尤其具有直接地彼此相继的子区段并且第二信号路径区段同样具有直接地彼此相继的子区段。
根据本发明，已经看出的是，在多路径系统中能够通过以下方式实现特别高的测量精确性，即超声变换器如下地取向，使得流动剖面的第一扫描在第一信号路径区段中在朝测量管横截面的轴向的俯视图中观察沿旋转方向、例如沿顺时针方向来进行并且在第二信号路径区段中待测量的流动的扫描沿相反的旋转方向、例如相反于顺时针方向来进行。
在此，根据本发明，所述两个信号路径区段具有相同数量的子区段，从而流动以相同的份额沿第一旋转方向并且还沿相反的旋转方向被通过。所述根据本发明的设计方案具有如下优点，即流动的旋转的份额、尤其涡流沿不同的方向被通过，所述涡流在借助于超声信号测量流动的介质时产生虚构的（fiktive）速度分量，由此能够将所述起干扰作用的分量有效地过滤出来。
最后，根据本发明的超声流量测量仪器由此即使在不均匀的流动剖面、尤其包括涡流的流动剖面的情况下也具有特别高的测量精确性。
根据第一设计方案，测量管具有内壁，其中，至少一个反射面通过测量管的内壁构造。优选地，在信号路径区段之内的所有的反射面，也就是说除了布置在第一信号路径区段与第二信号路径区段之间的反射面之外，都通过测量管的内壁构造。每个单个的反射面能够例如通过测量管的平坦的内壁构造或通过测量管的成型部形成，其中，反射面要么伸入到测量管中要么关于内壁向后错位地布置。
根据接下来的有利的设计方案，存在有至少一个反射器元件，其中，所述至少一个反射器元件优选地布置在第一信号路径区段与第二信号路径区段之间。由此特别优选地，在流动方向上看，反射器元件在所述两个超声变换器之间尤其布置在中间。根据一个设计方案，所述两个超声变换器和通过反射器元件构造的反射面在轴向方向上观察布置在测量管周缘的相同的位置处。
具有反射面的反射器元件的存在、尤其在第一信号路径区段与第二信号路径区段之间的存在具有如下优点，即超声信号从第一信号路径区段到第二信号路径区段中的反射关于反射方向能够通过反射面的相应的设计和布置特别灵活地进行设计。
在特别优选的设计方案中，在第一和第二信号路径区段之内的反射面相应地通过测量管的平坦的内壁构造并且在第一与第二信号路径区段之间的反射面通过反射器元件构造。所述设计方案具有如下优点，即其特别简单地构造，因为借助于仅仅一个反射器元件沿两个旋转方向进行流动剖面的完全的扫描。
根据接下来的设计方案，反射器元件或通过反射器元件构造的反射面关于测量管的内壁向后错位地布置。备选地或附加地，至少一个反射器元件或通过反射器元件构造的反射面伸入到测量管中。备选地或附加地，反射器元件或通过反射器元件构造的反射面与测量管的内壁齐平地构造。
尤其为了测量流动的介质的边缘区域，同样能够考虑的是，至少一个超声变换器或所述两个超声变换器关于测量管的内壁向后错位地布置。备选地，至少一个超声变换器或所述两个超声变换器还能够伸入到测量管中。
通过一个或多个反射器元件和/或超声变换器的布置的灵活的可行方案，可行的是，实现不同的信号路径几何形状。
根据接下来的优选的设计方案，所述反射面在第一信号路径区段与第二信号路径区段之间如下地设计和布置，使得反射关于信号走向的旋转促使方向反转。特别优选地，通过如下方式促使方向反转，即超声信号基本上被反射回到入射的（einfallenden）超声信号的平面中。
根据另外的有利的设计方案，第一信号路径区段具有多于两个子区段，其中，第一信号路径区段在朝测量管横截面的轴向的俯视图中基本上圆周形地（zirkulär）通过流动横截面并且第二信号路径区段具有多于两个子区段，其中，第二信号路径区段在朝测量管横截面的轴向的俯视图中基本上圆周形地通过流动横截面。
当说第一信号路径区段或第二信号路径区段基本上圆周形地通过流动横截面时，那么以其是指，第一或第二信号路径区段在轴向的俯视图中分别基本上具有多边形的形状。
在此，根据一个设计方案，所述多边形是闭合的。在这个设计方案中，第一超声变换器和/或第二超声变换器和在第一信号路径区段与第二信号路径区段之间的反射面沿测量管的轴向方向布置在测量管周缘的相同的位置处。
根据另外的设计方案，第一超声变换器和第二超声变换器和/或在第一信号路径区段与第二信号路径区段之间的反射面沿测量管的轴向方向关于测量管周缘稍微错位地进行布置。
根据一个设计方案，信号路径在朝测量管横截面的轴向的俯视图中观察构造为闭合的路径。根据这个设计方案，超声变换器沿测量管的轴向方向布置在测量管周缘的相同的位置处。
这个设计方案具有如下优点，即流动横截面总体来说基本上圆周形地被探测到，这同样提高了测量精确性。
根据另外的有利的设计方案，每个信号路径区段在轴向的俯视图中构造闭合的路径。
特别优选地，第一信号路径区段的信号走向和第二信号路径区段的信号走向在轴向的俯视图中基本上叠合地构造。根据这个设计方案，存在彼此相对应的子区段，所述子区段处于平行于测量管轴线的相同的平面中并且所述子区段在第一信号路径区段中沿第一旋转方向被通过并且所述子区段在第二信号路径区段中沿相反的旋转方向被通过。
根据接下来的设计方案，第一信号区段和第二信号区段分别具有多于两个子区段，其中，信号路径和/或每个信号路径区段在朝测量管横截面的轴向的俯视图中基本上形成多边形、尤其三角形或四边形或五边形。
附图说明
详细地，现在存在有多个可行方案,以对根据本发明的超声流量测量仪器进行设计和改进。对此，不仅参考从属于独立专利权利要求的专利权利要求而且参考结合附图对优选的实施例的随后的描述。在附图中，
图1示出根据本发明的超声流量测量仪器的第一实施例，
图2以另外的视图示出根据本发明的超声流量测量仪器的第一实施例，
图3以朝测量管横截面的轴向的俯视图示出根据本发明的超声流量测量仪器的第一实施例，
图4a至4d以轴向的俯视图示出在超声变换器之间的信号路径走向的不同的几何形状，以及
图5以部分视图示出根据本发明的超声流量测量仪器的另外的实施例。
附图标记列表
1 超声流量测量仪器
2 测量管
3 超声变换器
4 超声变换器
5 信号路径
6 第一信号路径区段
6.1、6.2、6.3 子区段
7 第二信号路径区段
7.1、7.2、7.3 子区段
8 反射器
9 反射面
10 反射面
11 测量管的内壁。
具体实施方式
在图1中示出超声流量测量仪器1的实施例，所述超声流量测量仪器具有测量管2并且具有第一超声变换器3，所述第一超声变换器根据运行模式设计为超声发送器或超声接收器，并且具有第二超声变换器4，所述第二超声变换器同样根据运行模式要么设计为超声发送器要么设计为超声接收器。超声变换器3和4在流动方向上看错位地如下地布置在测量管处，使得相应的发送器在运行中沿流动方向或相反于流动方向发出超声信号并且接收器接收由发送器发出的超声信号。超声信号在超声变换器3、4之间的走向界定信号路径5。
在超声变换器3与4之间构造的信号路径5具有第一信号路径区段6和第二信号区段7，其中，第一信号路径区段6具有三个子区段6.1、6.2、6.3并且其中，第二信号路径区段7同样具有三个子区段7.1、7.2和7.3。在此，子区段6.1和7.3、以及子区段6.2和7.2以及子区段6.3和7.1分别处于平行于测量管轴线的相同的平面中。在第一信号路径区段6与第二信号路径区段7之间布置有具有反射面9的反射器元件8。每个信号路径区段6、7具有两次另外的反射，其中，相应的反射面10通过测量管2的平坦的内壁11构造。
通过信号路径5的走向，流动通过测量管的介质在运行中视流动方向而定首先相反于顺时针方向并且之后沿顺时针方向被扫描或反之。
由此，所示出的超声流量测量仪器具有如下优点，即一方面特别简单地设计所述超声流量测量仪器，并且另一方面即使在具有涡流的流动的情况下也保证特别高的测量精确性。
图2以其它的视图示出超声流量测量仪器1的相同的实施例。示出的是，信号路径5总体来说，而还有每个信号路径区段6和7构造闭合的路径，其中，在轴向方向上观察，不仅超声变换器3和4而且反射面9布置在测量管周缘的相同的位置处。在所示出的实施例中，每个信号路径区段6和7在轴向的俯视图中以三角形的形状进行构造，其中，第一信号路径区段6在测量管的轴向的俯视图中相反于顺时针方向通过并且其中，第二信号路径区段7沿顺时针方向通过测量管，从而通过如下方式特别简单地将可能在流动剖面中存在的涡流过滤出来，即超声信号在相同的平面中不仅沿顺时针方向而且相反于顺时针方向通过涡流。
图3示出朝超声流量测量仪器1的第一实施例的测量管横截面的轴向的俯视图。所述图示示出，在所述视图中，信号路径5或信号路径区段6和7具有三角形的形状。
在图4a至4d中以轴向的俯视图示意性地示出信号路径5的备选的信号路径走向。在最简单的情况中，每个信号路径区段6、7包括仅仅一次反射、例如相对于测量管2的内壁的反射，其中，信号路径5在第一信号路径区段6与第二信号路径区段7之间附加地包括如下反射，所述反射使信号路径5或在运行中被发出的超声信号的旋转方向反转。所述特别简单的设计方案在图4a中示出。
此外，在轴向的俯视图中，信号路径5同样能够具有三角形的形状（图4b）或方形的形状（4c），由此能够探测到流动剖面的进一步处于外部的区域，或还能够具有五边形的形状（图4d），由此还能够探测到流动剖面的边缘区域。
为了灵活地设计信号走向，能够存在有一个或多个反射器元件8，其中，反射器元件8或反射面9关于测量管2的内壁11要么能够向后错位地布置要么还伸入到测量管2中。这在图5中示出。根据反射面9的布置，由此可行的是，测量流动剖面的更确切地说处于边缘区域中的区域或还有处于靠近测量管轴线的区域。此外，超声变换器3、4还能够向后错位地布置或伸入到测量管2中，以便不同地实现信号走向的几何形状。
最后，全部的实施例示出超声流量测量仪器或还有所述超声流量测量仪器的部件，其中，基于有利的信号引导能够保证特别高的测量精确性。

Claims (11)

1.超声流量测量仪器(1)，具有至少一个测量管(2)，具有至少一个第一超声变换器(3)和第二超声变换器(4)，其中，所述第一超声变换器(3)设计为超声发送器和/或为超声接收器并且其中，所述第二超声变换器(4)设计为超声发送器和/或为超声接收器，其中，所述第一超声变换器(3)和所述第二超声变换器(4)在流动方向上看错位地如下地布置在所述测量管(2)处，使得相应的发送器在运行中沿流动方向或相反于所述流动方向发出超声信号并且所述接收器在至少三次反射之后接收由所述发送器发出的超声信号，其中，存在有至少三个反射面(9、10)，并且其中，所述超声信号在所述第一超声变换器(3)和所述第二超声变换器(4)之间的走向界定信号路径(5)，
其特征在于，
所述信号路径(5)具有至少一个第一信号路径区段(6)和至少一个第二信号路径区段(7)，其中，所述第一信号路径区段(6)具有至少两个子区段(6.1、6.2、6.3)，其中，所述第二信号路径区段(7)具有至少两个子区段(7.1、7.2、7.3)并且其中，所述第一信号路径区段(6)的子区段(6.1、6.2、6.3)的数量相应于所述第二信号路径区段(7)的子区段(7.1、7.2、7.3)的数量，并且
在所述第一信号路径区段(6)中的信号走向具有第一旋转方向并且在所述第二信号路径区段(7)中的信号走向具有第二旋转方向，其中，所述第二旋转方向相反于所述第一旋转方向。
2.根据权利要求1所述的超声流量测量仪器(1)，其特征在于，所述测量管(2)具有内壁(11)并且至少一个反射面(10)通过所述测量管(2)的内壁(11)形成。
3.根据权利要求1或2所述的超声流量测量仪器(1)，其特征在于，存在有至少一个反射器元件(8)，其中，所述至少一个反射器元件(8)布置在所述第一信号路径区段(6)与所述第二信号路径区段(7)之间。
4.根据权利要求3所述的超声流量测量仪器(1)，其特征在于，所述至少一个反射器元件(8)或通过所述至少一个反射器元件(8)构造的反射面(9)关于所述测量管(2)的内壁(11)向后错位地布置。
5.根据权利要求1或2所述的超声流量测量仪器(1)，其特征在于，所述反射面(9、10)在所述第一信号路径区段(6)与所述第二信号路径区段(7)之间如下地构造，使得所述反射促使关于所述信号走向的旋转的方向反转。
6.根据权利要求1或2所述的超声流量测量仪器(1)，其特征在于，所述第一信号路径区段(6)具有多于两个子区段(6.1、6.2、6.3)并且所述第一信号路径区段(6)在朝所述测量管横截面的轴向的俯视图中基本上圆周形地通过流动横截面并且所述第二信号路径区段(7)具有多于两个子区段(7.1、7.2、7.3)并且所述第二信号路径区段(7)在朝所述测量管横截面的轴向的俯视图中基本上圆周形地通过流动横截面。
7.根据权利要求1或2所述的超声流量测量仪器(1)，其特征在于，所述信号路径(5)在朝所述测量管横截面的轴向的俯视图中构造为闭合的路径。
8.根据权利要求1或2所述的超声流量测量仪器(1)，其特征在于，每个信号路径区段(6、7)在朝所述测量管横截面的轴向的俯视图中构造闭合的路径。
9.根据权利要求8所述的超声流量测量仪器(1)，其特征在于，所述第一信号路径区段(6)的信号走向和所述第二信号路径区段(7)的信号走向在轴向的俯视图中基本上叠合地构造。
10.根据权利要求1或2所述的超声流量测量仪器(1)，其特征在于，所述第一信号路径区段(6)和所述第二信号路径区段(7)分别具有多于两个子区段并且所述信号路径(5)和/或每个信号路径区段(6、7)在朝所述测量管横截面的轴向的俯视图中构造多边形。
11.根据权利要求10所述的超声流量测量仪器(1)，其特征在于，所述多边形是三角形或四边形或五边形。
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