CN116735704A - 用于确立测量参量的测量装置和测量方法 - Google Patents

用于确立测量参量的测量装置和测量方法 Download PDF

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CN116735704A CN202310225714.1A CN202310225714A CN116735704A CN 116735704 A CN116735704 A CN 116735704A CN 202310225714 A CN202310225714 A CN 202310225714A CN 116735704 A CN116735704 A CN 116735704A
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Abstract

本申请提出一种用于确立测量参量的测量装置，所述测量装置具有第一超声换能器和第二超声换能器以及控制装置，控制装置适于控制第一超声换能器以使其激发具有预定振荡频率f的导波，控制装置适于根据第二超声换能器的接收信号确立测量参量，该接收信号取决于第二超声换能器的由导波直接和/或间接引起的振荡，其中，波导的后表面面向测量装置的反射面并且通过中间空间与反射面隔开，测量装置被配置成，使得流体层或固体填充在波导和反射面之间的中间空间，在流体层或固体的厚度D具有以下关系：其中，振荡频率f、声速cf和相速度cph、配置变量n为正整数，并且偏差Δ等于零或者为正且小于0.7或小于0.5。

Description

用于确立测量参量的测量装置和测量方法
技术领域
本发明涉及用于确立测量参量的测量装置，所述测量装置具有第一超声换能器和第二超声换能器以及控制装置，该控制装置适于控制第一超声换能器以使第一超声换能器在测量装置的与第一超声换能器振荡耦合的波导中激发具有预定振荡频率f的导波，使得导波在波导中平行于波导的后表面传播，控制装置适于根据第二超声换能器的接收信号确立测量参量，该接收信号取决于第二超声换能器的由导波直接和/或间接引起的振荡。本发明还涉及一种用于确立测量参量的方法。
背景技术
超声波流量计是测量流经测量管的流量的一种可行方式。其中，使用超声换能器以便将压力波耦入到流经测量管的流体中，该波在直线路径上或在多次反射之后被引导至第二超声换能器。根据超声波的渡越时间或在互换发射器和接收器时的渡越时间差，可以确定流体的流速，并且因此在已知测量通道几何形状的情况下，可以确定流量体积。基于接收到的超声波，也可以确立流体的其他参数，例如流体成分或温度。所述基本原理，即，将超声波发射到介质中并对通过介质后的超声波进行评估例如也可用于材料测试或类似目的。
在一些应用情况下，可能有利的是不将超声波直接耦入到流体或另一介质中以记录测量参量，而是通过在波导中引导的兰姆波(Lamb wave)激发流体中的压力波。兰姆波例如可以由布置在波导的后侧或端侧的超声换能器激发。
例如，从文献DE102020002834A1中已知该原理在测量囊式计量器中的使用。在该文献中，背向流体体积(fluid volume)的波导的后表面要么自由放置，要么直接由外壳壁支撑。然而，在由外壳壁支撑的情况下，可用的外壳材料受到很大限制，这是因为，特别是在使用具有高声阻抗率的材料时，即例如金属或纤维增强塑料时，可能导致兰姆波的强烈扰动，并且因此例如接收信号的幅度大大降低。然而，将波导的后表面自由放置也可能有问题，因为例如，该后表面上的液体冷凝可能会干扰测量，因此有必要采取潜在的复杂措施来保护后表面免受环境影响。此外，由于波导通常由薄金属片制造，在这种情况下，在测量段中仅可使用相对低的压力。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于超声测量的测量装置，在所述测量装置中通过波导对波进行引导，但避免或至少减少上述缺点。特别地，该测量装置还旨在适用于波导的前表面上的高压和/或具有高声阻抗率的外壳材料，例如金属外壳也旨在是可用的。
根据本发明，该目的通过介绍中提到的类型的测量装置来实现，其中波导的后表面至少在波导的波导区段中面向测量装置的反射面并且通过中间空间与反射面分开，测量装置被配置成使得至少在确立测量参量期间，使流体层或固体至少在波导的波导区段中填充波导和反射面之间的中间空间，其中后表面和反射面之间的距离以及因此流体层或固体的厚度D至少在波导区段中具有以下关系：
其中，振荡频率f、流体层或固体中的声速cf和波导中的相速度cph、配置变量n为正整数，偏差Δ一方面等于零或另一方面为正且小于0.7或小于0.5。
在本发明的范围内，已经通过大量的模拟和试验发现，特别是通过选择合适的流体层或固体和反射面在确定的流体层或固体的距离或厚度，特别是在上面的公式中偏差Δ近似为零的情况下，波导中的兰姆波基本上保持未受扰动。通过使用具有低压缩率的流体层，或具有低压缩率的固体，或通过在波导的前后表面上设置相似的压力，因此可以实现波导在反射面上的稳固支撑。在这种情况下，特别地，可以使用由具有高声阻抗率的材料构成的反射面，例如由金属或填充塑料构成，使得可以避免上面解释的关于波导的支撑面的材料选择的问题。
另一方面，如果上式中的偏差Δ约为1，则流体层或固体的最终厚度将对引导的兰姆波产生强烈影响，这通常会导致第二超声换能器的接收幅度显著降低。取决于反射面材料的特性阻抗，在这种情况下，在模拟中大约有以4到8倍的降低。然而，由于对每个正整数n，接收幅度对厚度D的相关性具有在偏差Δ＝0附近的宽最大值，在偏差Δ小于0.7时通常至少达到最大接收幅度的50％，最大接收振幅在偏差Δ为零时出现。因此，在测量装置的生产中可以允许相对大的公差，或者可以例如使用指定的厚度范围以进行压力测量，这将在下面更详细地解释。然而，特别有利地，偏差Δ被选择为小于0.5或小于0.3或小于0.2，以便实现高接收幅度并因此实现良好的信噪比。厚度D或反射面与后表面之间的距离尤其可以为至少0.2mm或至少0.3mm。
反射面和后表面可以至少近似地彼此平行延伸，或者在组成部分或制造公差的范围内彼此平行延伸，使得反射面和后表面之间的距离基本上恒定，并且因此在整个波导区段中获得基本上恒定的厚度D。然而，该距离以及因此流体层或固体的厚度也可以在上述厚度D的界限内变化，在这种情况下，可以特别地限制所述变化以使得配置变量n保持恒定，且只有偏差Δ可以在上述界限内变化。具体地，波导区段内的反射面和后表面之间的距离的变化可以小于或等于0.1mm或0.2mm。
波导区段原则上可以在波导的整个长度上延伸，或者在第一超声换能器和第二超声换能器之间的整个路径上延伸。然而，通常使用仅在波导的一部分上延伸的波导区段，例如以便以流体密封的方式将超声换能器封装在波导区段外部和/或以便支撑波导。例如，导波的传播路径的一部分可以位于波导区段之外。由于希望导波在尽可能长的传播路径的部分上的小影响，并且这特别是在波导区段中实现，将波导长度的至少20％或至少40％配置为波导区段可以是有利的，也就是说，提供如上所述配置的接纳流体层或固体的中间空间。
导波尤其可以至少近似地以纯模式方式或以模式选择的方式被激发。例如，期望的振荡模式的幅度，例如兰姆波的S0或A0模式可以比所有其他激发模式的幅度至少以3倍或10倍增大。相速度cph特别地可以是期望的振荡模式的相速度。例如，在已经引用的文献DE102020002834A1中可以找到用于模式选择式激励的各种可用方法。
如已经提到的，测量参量可以涉及接触波导的背离后表面的前表面的流体或另一系统。然而，附加地或替代地，也可以确立与流体层或固体相关的测量参量。例如，已经发现流体层或固体的温度和密度分别影响接收信号的幅度、渡越时间和相位角，因此例如可以在了解其他相应参数的情况下由提及的参量之一确立流体层或固体的温度和密度。
在用于指定厚度D的公式中，可以假定波导的前表面和后表面上的温度为20℃且压力相等。但是，如果测量装置设计用于不同的预期温度或不同的预期压力条件，则可以采用预期温度下的声速或相速度和/或可以为预期压力条件指定厚度。
波导和反射面之间至少在波导区段中的中间空间的填充在当前情况下被视为基本上无间隙或基本上完全填充，在例如由于存在公差的情况下，可以填充波导区段中的中间空间的体积的仅至少95％或至少99％。相应的公差可能例如由于不能完全避免在流体层中存在气泡这一事实而产生。在固体的情况下，除了固体之外，特别地可以提供连接流体，例如凝胶，以便将固体表面宽耦合到波导的后表面或反射面，尽管由于公差可能会出现不规则情况。尤其是，中间空间可以完全由固体和连接流体一起填充。连接流体可以布置在固体和后表面之间和/或固体和反射面之间。
波导可以由金属构成，例如铝、钢或Cuphin。Cuphin是一种无铅合金，特别用于卫生领域，其合金分子式为CuZn21Si3P。波导特别地可以由相应材料的片材组成，并且特别地可以由金属片材冲压而成。备选地，波导可以由陶瓷或玻璃组成。波导可以由板形成，特别是方体板，其沿着后表面是直的或弯曲的。波导尤其可以至少在波导区段中具有垂直于后表面的恒定厚度。
反射面或形成反射面的部件可以由与为波导指定的材料相同的材料形成，但也可以例如由塑料形成。特别地，可以使用填充有添加剂的塑料，也就是说例如填充有玻璃、陶瓷和/或碳纤维的塑料。至少在反射面的区域中，优选地实现高声阻抗率以便获得基本上完全的声音反射。
反射面可以由测量装置的外壳形成，所述外壳例如在流量计中也可以限定流体的测量体积。外壳可以是多部分的，或者反射面可以设置为与外壳分开形成的反射器。例如，测量通道的侧壁可以由塑料形成并且反射面可以由金属片件或模制塑料件形成，该塑料件由具有比侧壁的塑料更高的声阻抗率的塑料组成，例如填充塑料。
第一超声换能器并且优选地还有第二超声换能器可以耦合到波导。备选地，第二超声换能器也可以耦合到第二波导，或者例如可以直接耦合到在流量计的测量体积中引导的流体。第一或第二超声换能器可以特别地耦合到波导的后表面或相应波导的后表面，特别是在波导区段的外部。备选地，第一或第二超声换能器也可以耦合到波导的端面，该端面与后表面成一定角度，特别是垂直于后表面。
控制装置可以特别地适于反转测量方向，也就是说使用第二超声换能器用于发射并且使用第一超声换能器用于接收。这例如可以用于确定两个测量方向的渡越时间差，例如用于实现流量计。在这种情况下，测量参量可以取决于两个测量方向的接收信号，例如取决于接收信号之间的相位偏移或渡越时间差。
测量装置可用于测量流体的特性或流体的流动的特性，波导布置在接纳或引导流体的测量体积中，使得与波导的后表面相对的前表面接触测量区域中的测量体积中的流体，以便将压力波耦入到流体中，和/或所述前表面形成测量体积的侧壁。测量体积例如可以是测量管或通常是测量通道，其将测量装置的流体供给部连接到测量装置的流体排出部。如果在这种测量装置中波导和反射面之间的中间空间使用固体，该固体优选地由具有可忽略的流体吸收的材料构成，以避免在流体接触时影响固体的特性。然而，附加地或替代地，固体或波导区段中的波导和反射面之间的整个中间空间也可以以流体密封的方式与测量体积分离。
在波导和反射面之间的中间空间可以流体耦合到测量体积，使得引入测量体积和/或位于测量体积中的流体可以进入中间空间以形成流体层。流体层在这种情况下由待测量的流体形成。以这种方式一方面可以特别容易地实现流体层，并且特别是可以在波导的前表面和后表面之间实现压力平衡。另一方面，在这种情况下，流体层的参数的确定，例如其密度或温度的确定也可以作为流体的特性并且因此作为测量参量或另一测量参量来执行。流体层的参数的确定将在下文更详细地解释。
测量体积的至少一部分可以由测量通道形成，除了通道流入端和通道流出端之外，测量通道以流体密封的方式封闭，测量通道的侧壁至少局部地由波导的前表面形成，测量通道仅通过通道流入端和/或通道流出端而流体耦合到在波导的后表面与反射面之间的中间空间。在后表面和反射面之间的中间空间在这种情况下尤其可以形成旁路通道，该旁路通道仅在测量区段的上游和下游连接到测量通道。由于在流量计中例如提供至少一个旁路通道无论如何可以是有利的，因此中间空间提供了附加功能。
取决于流体引导的具体构造，波导后表面上的旁路通道中的流体可以具有与波导前表面上的测量体积中的相同的流方向。然而，正如下面还将解释的，该旁路通道中的流也可以与测量通道中的流成一定角度延伸，特别是基本上垂直于测量通道中的流，使得旁路流对测量的影响在某些情况下可能会进一步减少。
为了避免旁路通道中的流体层的厚度因由沉积物变窄而发生变化，在通道流入端上游或通道流入端本身处布置屏蔽结构等可能是有利的。附加地或备选地，可以通过合适的流引导或调节来避免外来物质在旁路通道中的沉积。特别地，通过初步试验或模拟，流引导可以构造为使得在中间空间的整个长度上或至少在进入中间空间的流入区域中没有如下流体空间，在该流体空间中在波导的后表面不发生再循环流或仅发生较小的再循环流。当具有足够的流速，通过适当配置该流入区域，能够实现将沉积在波导上或旁路通道中的材料冲洗出去的效果。
测量通道可以环形地环绕测量装置的流体出口，流体可从测量装置的流体供给部经由斜坡传送到通道流入端，该流体供给部特别是在测量装置的安装状态下位于测量通道下方，通道流出端通向流体出口，中间空间在波导和反射面之间形成旁路通道，该旁路通道至少局部地环状地包围测量通道并且将流体供给部连接到通向流体出口的连接体积，该连接体积特别是在测量装置的安装状态下布置在测量通道上方。这样的构造可以例如在测量囊式计量器中实现。
在所解释的配置中，测量通道内的流动或导波在波导中的传播方向可以基本上水平地延伸。流体中的压力波或中间空间中的流体层也可以基本上水平地传播。另一方面，旁路通道或中间空间中的流体基本上竖直/垂直流动。在由于在旁路通道中激发的压力波而接收的接收信号的情况下，旁路通道中的流因此基本上不会由于该流而导致夹带效应(Mitnahmeeffekt、entrainment effect)，因此，例如，如果流体的密度或温度要基于这种压力波的渡越时间测量来确定，那么原则上仅评估一个传播方向的接收信号可能就足够了。
连接体积可以通过一个或多个节流通道连接到流体出口，该节流通道的流动横截面或这些节流通道的流动横截面之和小于由中间空间形成的旁路通道的流动横截面或小于该旁路通道和将流体供给部连接到连接体积的至少一个另外的旁路通道的流动横截面的总和。通过一个或多个节流通道的适当尺寸设计，可以确定从流体供给部引导至流体出口的流体的哪一部分被引导经过测量通道。这可用于将测量装置的灵敏度或分辨率最大值转移到通常预期的流量范围内。
在根据本发明的测量装置中，可选地，波导的波导区段或波导区段的子区段也可以自由地位于测量体积中并且流体因此可以围绕其流动。这可以允许测量装置具有简单构造。
在波导和反射面之间的中间空间至少在波导的波导区段中可以由固体填充，和/或中间空间可以以流体密封的方式相对于测量装置的环境封闭，且特别是与测量体积封闭，使得固体或流体层的厚度D取决于波导的背离后表面的前表面处的压力，该压力被确定为测量参量。在这种情况下，固体或流体层可以由可压缩材料、例如弹性体形成，以便在反射面的方向上压力升高的情况下允许波导的受控的弯曲或变形。备选地，例如可以使用由几乎不可压缩的流体组成的流体层，中间空间连接到填充有例如气体的另一流体的平衡体积。在波导的前表面的压力增加的情况下，则形成流体层的流体会因此部分地从中间空间移位到平衡体积内，位于该平衡体积内的另一流体或固体被压缩。
对于许多可压缩材料，在压缩不是很强的情况下，恢复力与应变近似成比例。此外，如果厚度D与上式中Δ＝0时产生的厚度相比变化不大，则根据在本发明的范围内进行的模拟，相速度的变化至少近似与厚度D的变化成比例。因此可以假设相速度和测量体积中的压力之间存在线性关系。然而，备选地，为了提高准确性，例如还可以使用查找表、通过回归确定的函数等，以便指定这样的关系。
控制装置可以适于按时间顺序连续记录第二超声换能器的第一接收信号和第二接收信号，以使得第一接收信号取决于第二超声换能器的振荡且该振荡通过由导波在流体层中或固体中所激发的压力波直接或间接激发、或通过导波在波导中直接激发，并且使得第二接收信号取决于第二超声换能器的振荡且该振荡通过由导波在测量体积中的流体中所激发的压力波直接或间接地激发，从而一方面根据第一接收信号和第二接收信号确立测量参量(或者说确立与第一接收信号和第二接收信号相关的测量参量)，并且另一方面根据第一接收信号确立测量参量和根据第二接收信号确立另一测量参量(或者说确立与第一接收信号相关的测量参量和与第二接收信号相关的另一测量参量)，该测量参量特别是测量体积中的压力和/或流体层的或固体的温度和/或密度，并且该另一测量参量特别是流体的流速或体积流量。
一方面在波导的后表面与反射面之间的距离，以及另一方面在波导的前表面与测量体积侧上的反射器或测量体积的相对壁之间的距离，通常彼此非常不同，使得根据传播路径、也就是说将压力波引导通过中间空间或通过测量体积，因此对于这些传播路径产生信号从第一超声换能器到第二超声换能器的明显不同的渡越时间。将导波直接在波导内从第一超声换能器引导到第二超声换能器通常还具有与提到的其他两个渡越时间显著不同的渡越时间。这使得可以从导波的激发开始，以不同的时间间隔记录针对第一接收信号和第二接收信号的测量数据，或者使得可以在连续采集测量数据的情况下分离分配给不同接收信号的测量数据。
考虑第一接收信号和第二接收信号可以例如用于针对这些接收信号中的每一个确立相对于传输信号的相位角。在基于相位确定渡越时间的情况下，已知可能导致歧义。然而，由于中间空间中的流速通常小于测量体积中的流速，并且因此也导致较小的相移，所以当考虑具有已知流动几何形状的两个接收信号时，可以解决这种模糊性。
在确定两个测量参量即所述测量参量和所述另一测量参量的情况下，例如可以使用这样的事实，即取决于具体使用的测量几何结构，中间空间中的流体层的流速或至少该流速的平行于导波传播方向的速度分量可能明显小于测量体积中流体的流速，例如因为使用了相对狭窄的中间空间和/或因为中间空间中的流基本上垂直于导波的传播方向延伸。在这种情况下，第一接收信号可以基本上对应于用于对静止流体进行测量的接收信号，因此压力、温度或密度的确立可例如已经通过仅在一个传播方向上的测量来执行。如果需要，可以补偿流体流动的剩余影响，例如，通过两个传播方向上的测量和渡越时间的平均或求和。
在波导和反射面之间的中间空间可以以流体密封的方式相对于测量装置的环境和/或相对于测量体积封闭，特别是通过测量装置的外壳来封闭。测量体积的封闭可以特别地用于保持所使用的固体干燥或将流体层与测量体积分开。当流体层由与存在于测量体积中的流体相同的流体组成时，这也可能是有利的。例如，以此方式可以确保流体层是静止的，使得例如可以增加通过确定流体中的声速来进行的温度测量的稳健性。
然而，当流体层的流体不同于测量体积中的流体时，中间空间与测量体积的分离是特别有利的。流体层可以例如由水、油或凝胶形成。当流体层旨在具有特定的特性例如特定的可压缩性时，或者当例如在测量体积中引导的流体的成分未知或者可以随时间变化时，在流体层中使用不同的流体尤其是有利的，并且旨在避免对流体层的影响。
使中间空间流体密封地相对于测量装置的环境封闭例如在测量体积流体耦合到中间空间时可以是有利的，以避免流体损失，或者在用于压力测量的限定恢复力旨在由流体层或固体提供时可以是有利的。然而，当中间空间流体耦合到环境时也可以是有利的。例如，在这种情况下，流体层可以由冷凝水、冷却剂或其他环境水分提供。
测量装置可以配置成使得至少在确立测量参量期间，所述流体层或另一流体层或者所述固体或另一固体填充在波导的后表面的另一波导区段与另一反射面之间的另一中间空间，波导由测量装置的部件支撑在波导的位于波导的波导区段和另一波导区段之间的中间区段内，特别是形成反射面的部件，所述部件具有比所述流体层和/或所述另一流体层或者所述固体和/或所述另一固体更高的声阻抗率。
使用由中间区段隔开的两个中间空间使得可以在波导区段和所述另一波导区段中基本上不受干扰地引导被引导的兰姆波，而一方面支撑中间区段的部件至少基本上反射在相应的流体层或相应的固体中引导的压力波，并且还在中间区段的区域中至少基本上反射导波。因此，基本上抑制了对于不是由传播路径引起的接收信号的贡献，在所述传播路径中压力波通过波导的前表面发射到接触流体或通过正在研究的另一系统发射，这在某些情况下可以促进信号评估。
固体或流体层和/或流体可以具有比波导和/或测量装置的形成反射面的部件更低的声阻抗率。对于如上所解释的厚度D的选择，这导致接收信号的特别高的幅度并且因此导致能进行特别稳健的测量。
附加地或替代地，固体或流体层可具有至少105Ns/m3或至少106Ns/m3的声阻抗率。特别地，流体层可以由液体形成。当兰姆波的振荡能量的不可忽略的部分耦入到流体层或固体中时，该厚度的所解释的选择是特别有利的，由于这个原因，波导的声阻抗率和固体或流体层的声阻抗率之间的差异不应该太大。
配置变量n可以是至少二和/或至多五，特别是等于二或等于三。备选地或附加地，流体层或固体的厚度D可以是至少0.4mm或至少1.0mm和/或至多5mm或至多3.5mm。为了降低中间空间被异物堵塞的风险、降低测量装置的流动阻力和/或增加与扰动影响例如流体中夹带的气泡相关的稳健性，配置变量n或厚度D的下限可以是有利的。为了实现高安装空间效率、避免过大的旁路通道和/或为了实现在中间空间中的整个流上由壁相互作用支配的流动行为，上述上限是有利的。
在本发明的开发范围内，为各种示例性测量装置确立了优化厚度D，始终假定振荡频率f为1MHz，流体层中的声速为1500m/s。如果使用由厚度为1.5mm的铝构成的波导，则兰姆波的A0模式的相速度约为2500m/s。当n等于1或2或3时，因此找到的优化厚度分别为0.47mm、1.41mm和2.34mm。对于由Cuphin组成的1mm厚波导，相速度约为1800m/s，因此对于上述n值，优化厚度为0.68mm、2.04mm和3.39mm。对于由钢组成的1.5mm厚的波导，相速度为2500m/s，因此对于以示例方式考虑的合金的上述n值，优化厚度为0.47mm、1.41mm和2.34mm。由所示公式确立的优化厚度与实验结果对应良好。
控制装置可以适于根据下列数据确立所述测量参量或所述另一测量参量：第二超声换能器的上述接收信号或相应接收信号的振幅和/或相位角和/或过零的位置和/或频谱、或从第一超声换能器到第二超声换能器的激发的渡越时间，所述渡越时间被确立为与所述接收信号或相应接收信号相关。可以为一条或多条路径确立渡越时间或相位角。在这种情况下，具体地，可以将通过测量体积中的流体进行的引导、通过中间空间中的流体层或固体进行的引导以及直接通过波导进行的引导设想为路径。
作为上述测量参量或另一测量参量，例如可以确立：测量体积中的流速和/或通过测量体积的体积流量和/或波导的远离后表面的前表面上的压力，和/或流体层或固体的温度和/或密度和/或成分和/或中间空间中的沉积物的存在。
除了根据本发明的测量装置之外，本发明还涉及一种用于确立测量参量的方法，其中，使用包括第一超声换能器和第二超声换能器以及波导的测量装置，特别是根据本发明的测量装置，第一超声换能器由测量装置的控制装置控制以使第一超声换能器在波导中激发具有预定振荡频率f的导波，使得导波在波导中平行于波导的后表面传播，控制装置根据第二超声换能器的接收信号确立测量参量，该接收信号取决于第二超声换能器的由导波直接和/或间接引起的振荡，其中，波导的后表面至少在波导的波导区段中面向测量装置的反射面并且通过中间空间与反射面隔开，其中，至少在确立测量参量期间，流体层或固体至少在波导的波导区段中填充波导和反射面之间的中间空间，其中，后表面和反射面之间的距离以及因此流体层或固体的厚度D至少在波导区段中具有以下关系：
其中，振荡频率f、流体层或固体中的声速cf和波导中的相速度cph、配置变量n为正整数，偏差Δ一方面等于零或另一方面为正且小于0.7或小于0.5。
根据本发明的方法可以用已经关于根据本发明的测量装置解释的特征来开发，并具有在此提到的优点，或者反之亦然。根据本发明的测量装置可以特别地适于执行根据本发明的方法。
附图说明
在以下示例性实施例和相关附图中可以找到本发明的更多优点和细节，其中示意性地：
图1示出了根据本发明的用于确立测量参量的测量装置的示例性实施例，在测量装置的操作期间执行根据本发明的用于确立测量参量的方法的示例性实施例；
图2示出了在根据图1的示例性实施例中超声换能器的对于波导和反射面之间的各种距离的接收信号；
图3-6示出了根据本发明的测量装置的进一步示例性实施例的详细截面图；
图7示出了波导中的相速度与相邻流体层的厚度之间的相关关系图；
图8和图9示出了在与波导相邻的流体层中的声速与可以由接收信号确立的各种值之间的关系图；以及
图10示出了根据本发明的测量装置的另一示例性实施例。
具体实施方式
图1示出了用于确立测量参量的测量装置1，所述测量装置在示例中是流量计，旨在通过该流量计来确定在测量体积28中引导的流体27的特性或其流量的特性。举例来说，首先假定旨要确定流速或流量，这在流量计中是常见的。如将在下面参考图8和9解释的，流体27的其他特性、例如其温度、密度或成分也可以作为备选或补充被确定。
测量装置1包括第一超声换能器2和第二超声换能器3，在示例中它们都耦联到波导6。由控制装置4控制第一超声换能器，使得在波导6中激发具有预定振荡频率f的导波5，特别是以模式选择的方式，使得导波5最初平行于波导的后表面7传播。在这种情况下，首先假设部件17不存在，因此在示例中波导6的后表面7在波导的整个波导区段8上平行于测量装置1的反射面9延伸。如在概括部分中已经讨论的，在后表面7和反射面9之间的距离也可以在一定界限内变化，特别是在值Δ的指定界限内变化，使得这些表面可以特别地例如由于组成部分的公差和/或制造公差而仅大致平行于彼此延伸。如果在测量体积28中有流体27，或者如果通过流体供给部22供应并通过流体出口23排出的流体流过测量装置1，则流体也进入波导6和反射面9之间的中间空间15，使得流体27的流体层13填充该中间空间15。
为了测量流速或流量体积，如在流量计中常见的那样，为激发的波的相反的传播方向确立渡越时间差，也就是说，一方面从超声换能器2到超声换能器3并且另一方面在相反的方向上确立渡越时间差，基于渡越时间差可以确立流速。这本身是众所周知的，将不再详细解释。
为了确立这样的渡越时间差，必须考虑用于激发的传播路径，该传播路径包括行进通过测量体积28中的流体27的压力波25。在这种情况下，在该示例中，导波5最初由超声换能器2激发，由导波通过波导6的前表面29的振荡将压力波25发射到测量体积28中的流体27中，压力波25在外壳18的部件21处被反射，在入射到波导6上时进而激发导波26，并且该波被超声换能器3记录。原则上，例如也可以直接由超声换能器3记录压力波25，或者对发送和接收超声换能器2、3使用单独的波导6。尽管上面的解释可以相应地应用于反向测量方向，但没有表示出反向测量方向。
在所示的示例中，外壳18是多部分的，形成反射面9或分别反射压力波25的部件20、21由具有比流体27高得多的声阻抗率的材料形成。例如，这些部件20、21可以由金属或填充塑料形成。部件19不影响测量，或仅非实质性地影响测量，因此可以由任何期望的材料制成，例如由不同的塑料制成。波导6同样具有比流体27更高的声阻抗率，并且例如可以由金属板冲压而成或由陶瓷制成。
正如在说明书的概括部分中已经详细解释的那样，在波导6和反射面9之间的距离16(所述距离定义了流体层13的厚度D)在这种情况下对振荡换能器3处的接收信号的幅度有很大影响。针对三个不同的距离16并且因此流体层13的厚度D的示例性接收信号10、11、12表示在图2中。在这种情况下，X轴33以微秒为单位示出时间，并且Y轴34以伏特为单位示出相应接收信号10、11、12的幅度。在这种情况下，通过将超声波换能器2布置在波导6的端侧以及选择合适的激发频率和用作超声波换能器2的压电元件的极化，将兰姆波的A0模式的基本上纯模式激发实现作为导波5。在图2的情况下，波导6由钢构成，且在图1的高度方向上的厚度为1.5mm。
接收信号10针对1.4mm的流体层13的厚度D而产生，接收信号11针对1.5mm的厚度D而产生，并且接收信号12针对0.9mm的厚度D而产生。如在概括部分中已经解释的，在1MHz的激发频率f和流体27中的1500m/s的声速cf下在配置参数n被选择为1或2或3时，分别获得0.47mm或1.41mm或2.34mm的优化厚度或者说偏差Δ＝0的厚度。
接收信号10因此产生近似优化厚度D，或者偏差Δ的值大约为0.02，并且因此如预期的那样具有最大幅度。
在接收信号11的情况下，存在与优化厚度的较大偏差，即0.19的Δ值，使得幅度如预期的那样减小，尽管只是轻微减小。
在接收信号12的情况下，配置参数n的值为2时的Δ值为1.09，或者配置参数n的值为1时的Δ值为0.9。因此，厚度D或偏差Δ明显位于概括部分中讨论的有利范围之外。与接收信号10、11相比，接收信号12的最大幅度因此显著减小，并且对明显的最大值的检测和因此对渡越时间的确立并非稳健地可行。
在波导6和反射面9之间的中间空间15原则上可以在波导6的整个长度上以流体密封的方式相对于测量体积28封闭，使得流体的供给或排放仅在波导6的端部区域或超声换能器2、3的端部区域中可行。在这种情况下，中间空间15形成旁路通道24，一部分流体可以通过旁路通道24被引导经过测量体积28。
在一些应用情况下，例如当打算通过将压力波耦入到中间空间15中来在基本静止的流体中进行测量时，或者当通过使用部件17使得通过中间空间15的流被阻挡时，如果波导的波导区段8或波导区段8的至少一部分自由地位于测量体积中并且流体27因此可以绕流，则这无论如何可以是有利的。例如，这可以通过使波导6不完全延伸到测量体积28的分别位于图平面的前面和后面的侧壁来实现，在这种情况下，波导3可以例如仅在超声换能器2、3的区域中连接到外壳18。
与上述评论相反，如果使用了测量装置1的如图1所示的部件17，其中部件17例如也可以由部件20的突起形成，并且如果部件17或该突起具有比流体层13更高的声阻抗率，则一方面，在中间空间15中引导的压力波在部件17处基本上被完全反射，另一方面，对导波5的通过波导6中间区段32的引导被阻碍以使得导波5也至少基本上在中间区段32的边界处被反射。因此，这导致波导6中的两个分开的波导区段30、31，至少基本上抑制了导波在这些分开的波导区段30、31之间的直接引导。因此，通过使用部件17可以实现如下效果，即，超声波换能器3处的接收信号基本上完全地或者说单独地由将作为压力波25的激发引导通过测量体积28而产生。例如，如果渡越时间或者相位偏移要专门为该传播路径而确定，则可以通过部件17抑制其他传播路径来有助于对接收信号的评估。
图3示出了测量装置1的稍微修改的配置的垂直于流动方向的截面图。测量装置的外壳18在这种情况下由具有高声阻抗率的外壳部件20以及另一外壳部件19形成，外壳部件20例如由金属形成，外壳部件19的声阻抗率相当低并且例如由塑料形成。波导6由外壳部件19保持并且与外壳部件19和外壳部件20一起以流体密封的方式将在波导6和由外壳部件20形成的反射面9之间的中间空间15相对于引导流体27的测量体积28封闭。例如，当流体层13要由与流体27不同的流体(例如凝胶)组成时，这可能是有利的。
中间空间15可以与至少一个平衡体积(未示出)流体连通，使得可以补偿中间空间15和流体层13的热膨胀差异。如果流体层13或平衡体积的填充物是可压缩的或者如果使用可压缩固体代替流体层13，则作为与通过测量体积28的波传播相关的接收信号的补充或替代，可以记录涉及将导波在波导6内从超声换能器2直接引导到超声换能器3的接收信号。该接收信号的渡越时间或相位角通过波导6中导波的相速度或激发振荡模式而预先确定，这进而相关于在波导6和反射面9之间的流体层13或用来代替流体层13的固体的厚度D。
这种关系在图7中表示，X轴45表示流体层13或代替流体层使用的固体的单位为mm的厚度D，并且Y轴46表示波导6中针对兰姆波的A0模式的单位为m/s的相速度。图中绘制的点是通过模拟计算的。从最佳拟合线47可以很好地看出，至少对于在概括部分中解释的公式中的偏差Δ的值接近0时的厚度，可以以良好的准确度使用线性最佳拟合线47以表示相速度cph与厚度D之间的关系。因为，与参考图2所讨论的图相反，假定波导的厚度为1mm，对于配置变量n的值为2且偏差Δ为0的情况，结果是厚度D约为1.38mm，这在图7中用垂直虚线表示。
由于对于作为压力波的波被引导通过超声换能器2、3之间的测量体积28以及对于在超声换能器2、3之间的波导6中的直接引导通常会产生显著的渡越时间差异，因此除了流速或流量的测量之外，还可以进行这样的压力测量。
在图3中所示配置的变型中，中间空间15也可以仅朝向测量体积28封闭，并允许与测量装置1的环境进行流体交换。例如，这可以使得流体层13可由位于测量装置的环境中的冷凝或冷却流体等形成。
图4示出了测量装置1的另一变型，其中外壳包括作为外壳部件20的管，该管接收保持其他部件的外壳部件19。为了在测量体积28中反射压力波，使用位于波导6对面的具有高声阻抗率的外壳部件21，例如金属片。外壳部件19保持由具有相当低的声阻抗率的材料构成的固体14，例如未填充的塑料，所述固体支撑波导6和形成反射面9的部件55。
在固体14和反射面9或波导6的后表面7之间，可以布置接触凝胶等，以补偿上述部件的微小公差相关的不规则性。由于固体14的声阻抗率相对较低，其以与前面的示例性实施例中使用的流体层13类似的方式起作用，因此如应用于其它示例性实施例中的流体层13的相同的规则或公式可以用于确定在波导6和反射面9之间的区域中的固体14的厚度D。
测量装置1的另一种可行的配置在图5和6中表示，其示出了在不同的单独截面平面中的通过测量囊式计量器的截面。在这种情况下，测量体积28由测量通道35形成，所述测量通道除了通道流入端36和通道流出端37之外以流体密封的方式封闭并且环形地环绕测量装置1的流体出口23。流体27通过斜坡39从在测量装置安装状态下位于测量通道35下方并连接到连接线(未示出)的流体供给部22供应到通道流入端36。在测量通道35中，例如，可以执行渡越时间测量或针对两个传播方向的渡越时间差的测量以用于确定流量。流量计的这种基本构造本身是已知的，并且完全是例如测量囊式计的惯例。
虽然在传统的测量囊式计中，压力波直接在测量通道35中的流体27中由超声换能器激发，如图5所示，与前面的示例性实施例一样，替代地使用如下方法，在所述方法中，超声换能器2最初在波导6中激发导波，使该导波直接地在波导内部引导至超声换能器3、和/或通过将压力波发射到测量体积35中的流体27中而间接地引导至超声换能器3、和/或通过将压力波发射到中间空间15中的流体层13中而间接地引导至超声换能器3，以便在此接收相应的接收信号。如上所述，所描述的传播路径可具有明显不同的渡越时间，使得这些不同传播路径的接收信号可以在时间上很好地分离。
波导6形成测量通道35的侧壁38并且因此首先以流体密封的方式将测量通道35相对于中间空间15封闭。因此，测量通道35和中间空间15之间的流体交换仅可通过通道流入端36或通道流出端37进行。因此，波导6与测量通道35的底部(位于图5中的图平面下方)齐平且流体密封，所述波导将测量通道与流体供给部22隔开，并且盖板44位于图5中的图平面上方并在图6中示出。中间空间15因此形成将流体供给部22通过位于盖板44上方的连接体积40而连接到流体出口23的旁路通道24。因此，通过流体供给部22供应的流体的一部分可以通过旁路24被引导绕过测量通道35到达流体出口23。
在图5和6所示的示例中，额外使用了另一旁路通道43，其通过盖板44具有凹部的事实而形成，使得流体可以直接从流体供给部22流入连接体积40。同时，连接体积40通过由中间壁42界定的节流通道41连接到流体出口23，节流通道41的流动横截面的总和小于旁路通道24和43的流动横截面的总和。
因此，供应到测量装置的流体27的被引导通过旁路通道24、43的那部分主要受到节流通道41的流动横截面及节流通道数量的限制。因此，可以使用旁路通道24和43的流动横截面的比率来调节旁路通道24中的流速并因此调节中间空间15中的流速。例如，这可以用于调整经过中间空间15的流以使得避免沉积并且同时不会出现可能导致流体层中的湍流并因此导致测量操作的扰动的过高流速。
如果流体供给部22也在旁路通道24下方的区域中延伸，则旁路通道24中或中间空间15中的流动方向基本上是竖直的，而测量体积35中的流体流和导波的传播方向或由此引发的压力波的传播方向基本上是水平的。如果因此确立了包括中间空间15中的压力波的传播路径的渡越时间，则这些渡越时间可以被认为近似独立于测量体积35中的流体的流速或经过测量装置1的流的流速。这尤其可以使得即使在一个传播方向上进行的测量也可以估计流体层13中的声速，也就是说，基于例如在接收超声换能器3处的单个渡越时间或单个相移，基于该测量可以例如确定温度或流体成分。
正如在概括部分中已经讨论过的，或者如流体层的厚度D的配置规则所揭示的，在波导6和反射面9之间的中间空间15中的流体层13中的声速cf的变化还影响导波在波导6本身中的引导。因此，基于与接收超声换能器2、3的振荡相关的接收信号确立形成流体层13的流体的特性可能是有利的，该接收信号由另一个相应的超声换能器2、3在波导6中激发的导波直接引发。在这种情况下，例如，图8中的曲线50显示在流体层13中的声速cf(以m/s为单位绘制在X轴48上)与在测量装置模拟期间获得的接收信号的最大振幅(以V为单位，绘制在Y轴49上)之间的关系。由于所示的单调关系，流体中的声速cf，以及因此例如流体成分或温度可以直接从接收信号的幅度中推导出来。对于流体层13的密度和接收信号的幅度最大值也产生类似的关系。
在流量计的构造中，实现高时间分辨率通常比实现高电压分辨率更简单。由于流体层13影响波导6内部的导波的相速度，流体层13中的声速cf、其密度或上述其他参数也可以从相位角或特定的过零位置推导出来。在这种情况下，图9中的曲线53以示例的方式示出了在模拟范围内获得的流体层13中的以m/s为单位的声速cf(绘制在X轴51上)与以ms为单位的接收信号的特定过零时刻(绘制在Y轴52上)之间的关系。由于单调关系，声速cf可以直接从过零时刻推导出来。
图10示出了测量装置1的另一种可行的配置，其与上述配置的不同之处在于外壳18包括一个部件但具有相对较薄的侧壁，所述侧壁在图10中测量体积28的由外壳18界定的上端和下端处形成相应的波导6。在这些波导6的外表面上，接纳流体层13并形成反射面的中间空间15可以由配备的盖54界定。也可以使用固体代替流体层13。
通过使用盖54和中间空间15中的流体层13或固体，相应波导的远离测量体积28的后表面被保护免受可能干扰测量的环境影响。通过适当地选择流体层13的厚度，如上所述，可以实现相应波导6中的导波基本上保持不受扰动的效果。
除了保护免受环境影响之外，盖54和流体层13还可用于在测量体积28中的压力相对较大的情况下支撑波导6，使得即使在高压力下波导也基本上不发生变形。备选地，如上所述，可以使用弹性的流体层13或固体，以便例如基于波导6的变形获得压力信息。
附图标记列表
1测量装置
2超声换能器
3超声换能器
4控制装置
5导波
6波导
7后表面
8波导区段
9反射面
10 接收信号
11 接收信号
12 接收信号
13 流体层
14 固体
15 中间空间
16 距离
17 部件
18 外壳
19 部件
20 部件
21 部件
22 流体供给部
23 流体出口
24 旁路通道
25 压力波
26 导波
27 流体
28 测量体积
29 前表面
30 波导区段
31 波导区段
32 中间区段
33 X轴
34 Y轴
35 测量通道
36 通道流入端
37 通道流出端
38 侧壁
39 斜坡
40 连接体积
41 节流通道
42 中间壁
43 旁路通道
44 盖板
45 X轴
46 Y轴
47 最佳拟合线
48 X轴
49 Y轴
50 曲线
51 X轴
52 Y轴
53 曲线
54 盖
55 部件

Claims (14)

1.一种用于确立测量参量的测量装置(1)，所述测量装置具有第一超声换能器(2)和第二超声换能器(3)以及控制装置(4)，控制装置(4)适于控制第一超声换能器(2)以使第一超声换能器(2)在测量装置(1)的与第一超声换能器(2)振荡耦合的波导(6)中激发具有预定振荡频率f的导波(5)，使得导波(5)在波导(6)中平行于波导(6)的后表面(7)传播，控制装置(4)适于根据第二超声换能器(3)的接收信号(10、11、12)确立测量参量，该接收信号(10、11、12)取决于第二超声换能器(3)的由导波(5)直接和/或间接引起的振荡，
其特征在于，波导(6)的后表面(7)至少在波导(6)的波导区段(8、30、31)中面向测量装置(1)的反射面(9)并且通过中间空间(15)与反射面隔开，测量装置(1)被配置成，使得至少在确立测量参量期间，流体层(13)或固体(14)至少在波导(6)的波导区段(8、30、31)中填充在波导(6)和反射面(9)之间的中间空间(15)，在后表面(7)和反射面(9)之间的距离(16)以及因此流体层(13)或固体(14)的厚度D至少在波导区段(8、30、31)中具有以下关系：
其中，振荡频率f、流体层(13)或固体(14)中的声速cf和波导(6)中的相速度cph、配置变量n为正整数、并且偏差Δ一方面等于零或者另一方面为正且小于0.7或小于0.5。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，该测量装置用于测量流体(27)的性质或流体(27)的流动的性质，波导(6)布置在接纳或引导流体(27)的测量体积(28)中，以使得在测量操作期间波导(6)的与后表面(7)相反的前表面(29)接触测量体积(28)中的流体(27)以便将压力波(25)耦入到流体(27)中，和/或所述前表面(29)形成测量体积(28)的侧壁(38)。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，在波导(6)和反射面(9)之间的中间空间(15)流体耦合到测量体积(28)，使得引入测量体积(28)和/或位于测量体积中的流体(27)能够进入中间空间(15)，以便形成流体层(13)。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，测量体积(28)的至少一部分由测量通道(35)形成，该测量通道(35)除了通道流入端(36)和通道流出端(37)之外以流体密封的方式封闭，测量通道(35)的侧壁(38)至少局部地由波导(6)的前表面(29)形成，测量通道(35)仅通过通道流入端(36)和/或通道流出端(37)而流体耦合至在波导(6)的后表面(7)和反射面(9)之间的中间空间(15)。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，测量通道(35)环状地环绕测量装置(1)的流体出口(23)，经由斜坡(39)能将流体(27)从测量装置(1)的流体供给部(22)传送至通道流入端(36)，该流体供给部特别是在测量装置(1)的安装状态下位于测量通道(35)下方，通道流出端(37)通向流体出口(23)，中间空间(15)在波导(6)和反射面(9)之间形成旁路通道(24)，该旁路通道至少局部地环状地包围测量通道(35)并且将流体供给部(22)连接到通向流体出口(23)的连接体积(40)，该连接体积特别是在测量装置(1)的安装状态下布置在测量通道(35)上方。
6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，连接体积(40)通过一个节流通道(41)或多个节流通道(41)连接到流体出口(23)，该节流通道(41)的流动横截面或这些节流通道(41)的流动横截面之和小于由中间空间(15)形成的旁路通道(24)的流动横截面或小于该旁路通道(24)和将流体供给部(22)连接到连接体积(40)的至少一个另外的旁路通道(43)的流动横截面的总和。
7.根据权利要求2或3所述的测量装置，其特征在于，波导(6)的波导区段(8、30、31)或波导区段(8、30、31)的子区段自由地位于测量体积(28)中且流体(27)因此能围绕所述波导区段或波导区段的子区段流动。
8.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，在波导(6)和反射面(9)之间的中间空间(15)至少在波导(6)的波导区段(8、30、31)中由固体(14)填充，和/或中间空间(15)以流体密封的方式相对于测量装置(1)的环境封闭，且特别是相对于测量体积(28)封闭，使得固体(14)或流体层(13)的厚度D取决于在波导的背离后表面(7)的前表面(29)处的压力，该压力被确立为所述测量参量。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的测量装置，其特征在于，控制装置(4)适于按时间顺序连续记录第二超声换能器(3)的第一接收信号和第二接收信号(10、11、12)，以使得第一接收信号(10、11、12)取决于第二超声换能器(3)的振荡且所述振荡通过由导波(5)在流体层(13)中或固体(14)中所激发的压力波直接或间接地激发、或所述振荡通过导波(5)在波导(6)中直接激发，并且使得第二接收信号(10、11、12)取决于第二超声换能器(3)的振荡且所述振荡通过由导波(5)在测量体积(28)中的流体(27)中所激发的压力波(25)直接或间接地激发，从而一方面确立与第一接收信号和第二接收信号(10、11、12)相关的测量参量、或者另一方面确立与第一接收信号(10、11、12)相关的测量参量和与第二接收信号(10、11、12)相关的另一测量参量，该测量参量特别是测量体积(28)中的压力和/或流体层(13)的或固体(14)的温度和/或密度，并且该另一测量参量特别是流体(27)的流速或体积流量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，在波导(6)和反射面(9)之间的中间空间(15)以流体密封的方式相对于测量装置(1)的环境封闭和/或相对于测量体积(28)封闭，特别是通过测量装置(1)的外壳(18)来封闭。
11.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，测量装置(1)配置成使得至少在确立测量参量期间，所述流体层(13)或另一流体层或者所述固体(14)或另一固体填充在波导(6)的后表面(7)的另一波导区段(31)与另一反射面之间的另一中间空间，波导(6)由测量装置(1)的部件(17)支撑在波导(6)的位于波导(6)的波导区段和所述另一波导区段(30、31)之间的中间区(32)内，所述部件(17)特别是形成反射面(9)的部件(20)，所述部件具有比所述流体层和/或所述另一流体层(13)或者所述固体和/或所述另一固体(14)更高的声阻抗率。
12.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，固体(14)或流体层(13)和/或流体(27)具有比波导(6)和/或测量装置(1)的形成反射面(9)的部件(20)更低的声阻抗率，和/或，固体(14)或流体层(13)具有至少105Ns/m3或至少106Ns/m3的声阻抗率。
13.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，一方面，配置变量n为至少2和/或为至多5、特别是等于2或等于3，和/或另一方面，流体层(13)或固体(14)的厚度D为至少0.4mm或至少1.0mm和/或至多5mm或至多3.5mm。
14.一种用于确立测量参量的方法，其中，使用包括第一超声换能器(2)和第二超声换能器(3)以及波导(6)的测量装置(1)、特别是根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置(1)，第一超声换能器(2)由测量装置(1)的控制装置(4)控制以使第一超声换能器在波导(6)中激发具有预定振荡频率f的导波(5)，使得导波(5)在波导(6)中平行于波导(6)的后表面(7)传播，控制装置(4)根据第二超声换能器(3)的接收信号(10、11、12)确立测量参量，所述接收信号(10、11、12)取决于第二超声换能器(3)的由导波(5)直接和/或间接引起的振荡，
其特征在于，波导(6)的后表面(7)至少在波导(6)的波导区段(8、30、31)中面向测量装置(1)的反射面(9)并且通过中间空间(15)与反射面隔开，至少在确立测量参量期间，流体层(13)或固体(14)至少在波导(6)的波导区段(8、30、31)中填充在波导(6)和反射面(9)之间的中间空间(15)，在后表面(7)和反射面(9)之间的距离(16)、以及因此流体层(13)或固体(14)的厚度D至少在波导区段(8、30、31)中具有以下关系：
其中，振荡频率f、流体层(13)或固体(14)中的声速cf和波导中的相速度cph、配置变量n为正整数，并且偏差Δ一方面等于零或者另一方面为正且小于0.7或小于0.5。
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