CN118339435A - 用于操作超声波测量设备的方法和超声波测量设备 - Google Patents

用于操作超声波测量设备的方法和超声波测量设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种操作用于测量介质的至少一个特性的超声波测量设备（1）的方法（100），包括：至少两对超声波换能器（20）的布置（10）以用于在每种情况下通过流体的信号路径（30）来发射和接收超声波信号；保持装置（50），其具有与介质接触的壁（51）并且具有用于保持超声波换能器的至少一个平坦壁区段（51.1）；电子测量/操作电路（40），其用于操作超声波换能器并且用于提供特性的测量值，其中，超声波换能器在相应的相关联的壁中形成兰姆振荡，其特征在于：至少两对超声波换能器中的至少两对各自激发和捕获不同模式的兰姆振荡，其中，在第一方法步骤（101）中以群组激发不同模式，其中，超声波信号的时间上相邻的发射之间的时间延迟短于相关联的超声波换能器之间的超声波信号的最短传播时间。

Description

用于操作超声波测量设备的方法和超声波测量设备
技术领域
本申请涉及一种用于操作超声波测量设备的方法，该超声波测量设备用于检测流体的测量变量，诸如流率或阻尼特性。本申请还涉及一种用于实现该方法的超声波测量设备。
背景技术
诸如DE102018133066 A1中的那些超声波测量设备的超声波测量设备是本领域的现有技术。测量变量的准确确定可能需要介质特性的精确知识。然而，介质特性能够随时间动态地改变，例如，在过程中，使得可能需要不时地或定期地检查现有技术的测量设备。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种操作超声波测量设备的方法以及能够检查介质特性的这种超声波测量设备。
通过根据独立权利要求1的方法和根据独立权利要求9的超声波测量设备来实现该目的。
在根据本发明的一种操作用于测量介质的至少一个特性的超声波测量设备的方法中，所述超声波测量设备包括：
至少两对超声波换能器的布置，用于在每种情况下沿着通过流体的相关联的信号路径来发射和接收超声波信号；
保持装置，其具有与介质接触的壁，并且具有用于保持超声波换能器的平坦壁区段或若干平坦壁区段，超声波换能器布置在所述壁区段上，其中，信号路径的区段延伸穿过壁；
电子测量/操作电路，用于操作超声波换能器并且用于提供特性的测量值，
其中，超声波换能器在相应的相关联壁中形成时间限制的兰姆振荡，
至少两对超声波换能器中的至少两对各自选择性地激发和捕获一种模式的兰姆振荡，其中，至少两对的选择性激发的模式各自不同，
其中，在第一方法步骤中以群组激发不同模式，其中，超声波信号的时间上相邻的发射之间的时间延迟短于相关联的超声波换能器之间的超声波信号的最短传播时间。
以这种方式，不同模式的超声波信号能够沿着其区段中的信号路径同时延伸，而不会引起用于接收超声波换能器的干扰相互作用。
时间限制意味着超声波信号遵循脉冲形状或突发形状作为超声波信号曲线。例如，能够通过与诸如矩形或高斯函数的时间限制函数卷积的连续振荡来描述或近似超声波信号曲线。
当在壁中生成兰姆波时，超声波信号不仅被发射到介质中，而且部分地在壁内延伸。根据布置和测量设置，如果需要，两个部分都可以用于测量。
在一个实施例中，不同模式的超声波信号的接收具有大于超声波信号的平均持续时间的时间延迟。
为此目的，发生不同模式的超声波信号的激励，使得不同模式的超声波信号的接收具有大于超声波信号的平均持续时间的时间延迟。
在一个实施例中，超声波换能器对各自布置在具有一个或两个壁区段的不同群组的平坦壁区段上。
在一个实施例中，相邻的平坦壁区段彼此成角度。
通过在不同的壁区段上布置超声波换能器对，其中相邻的壁区段各自彼此成角度，可以实现不同模式的兰姆振荡的更好的时间分离。
在一个实施例中，至少两条信号路径中的至少两条具有不同长度的信号传播时间。
在一个实施例中，壁具有若干壁区段，其在通过壁的横截面中限定诸如矩形或十字形的偶数多边形。
在一个实施例中，电子测量/操作电路在第二方法步骤中检测不同模式的超声波信号的强度；以及
在第三方法步骤中，根据所测量的强度来确定流体的至少一个物理特性。
在一个实施例中，雷诺数在第四方法步骤中确定并且用于计算介质的特性。
根据本发明的超声波测量设备被配置为实现根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：
超声波换能器的布置，用于沿着通过流体的至少两条信号路径来发射和接收超声波信号，
其中，所述布置由具有至少一个壁的保持装置保持，其中，信号路径的区段延伸通过至少一个壁中的至少一个，
其特征在于：
至少两对超声波换能器中的至少两对被配置为各自激发和捕获不同模式的兰姆振荡，
其中，超声波测量设备的电子测量/操作电路被配置为在第一方法步骤中以群组激发不同模式，其中，超声波信号的时间上相邻的发射之间的时间延迟短于相关联的超声波换能器之间的超声波信号的最短传播时间。
在一个实施例中，保持装置是测量管，该测量管引导流过管线的流体，其中，超声波换能器布置在测量管的外表面上，
或者其中，将具有保持装置的布置浸入位于例如容器中的流体。
现在将参考示例性实施例来示出本发明。
附图说明
图1概述了具有测量管的示例性超声波测量设备的结构；
图2概述了示例性潜水式超声波测量设备；
图3a）示出了根据本发明的示例性布置的在保持装置上的超声波换能器的顶视图，并且图3b）和图3c）示出了根据本发明的示例性布置的在保持装置上的超声波换能器的每种情况下的前视图；
图4概述了根据本发明的示例性方法的序列。
具体实施方式
图1概述了具有超声波换能器20的布置10的示例性超声波测量设备1的结构，该超声波换能器20布置在集成到管线60中的测量管52的外表面52.1上。测量管用作超声波换能器20的保持装置50。两个超声波换能器20之间的信号路径30能够是没有反射的单遍历路径，或者如虚线所示，具有至少一个反射的多遍历路径。在每种情况下，流体中的信号路径具有在每种情况下具有一个长度的信号路径区段31。
布置的超声波换能器由电子测量/操作电路40操作，该电子测量/操作电路40还被配置为检测来自超声波换能器的测量信号并且提供测量变量的测量值。
超声波换能器是兰姆波超声波换能器。超声波测量设备具有兰姆波装置21，该兰姆波装置21被配置为生成或形成和引导兰姆波。兰姆波装置能够由测量管的壁51提供。超声波测量设备能够例如是渡越时间或渡越时间差流量计。超声波测量设备还能够被配置为确定流体的阻尼。
图2概述了浸入容器70的流体中的示例性超声波测量设备1。根据图1所示的设计，超声波测量设备具有布置在具有壁51的保持装置50上的超声波换能器20的布置10。如图1所示，两个超声波换能器20之间的信号路径30能够是没有反射的单遍历路径或具有至少一个反射的多遍历路径。信号路径具有在流体中具有一个长度的信号路径区段31。布置的超声波换能器由电子测量/操作电路40（这里为了清楚起见未示出）操作，该电子测量/操作电路还被配置为检测来自超声波换能器的测量信号并且提供测量变量的测量值。超声波换能器是兰姆波超声波换能器；超声波测量设备具有兰姆波装置21，该兰姆波装置21被配置为生成兰姆波或形成和引导兰姆波。如本文所示，布置/超声波测量设备能够插入容器的开口中。根据本发明的布置/超声波测量设备也能够与独立式流体一起使用。
图3a）示出了根据本发明的示例性布置的在保持装置上的超声波换能器的顶视图，并且图3b）和图3c）示出了根据本发明的示例性布置的在保持装置上的超声波换能器的各自的前视图，在该布置中能够实现根据本发明的方法。根据本发明，提供了至少两对超声波换能器，其被配置为在保持装置的壁51中激发兰姆波，其中，至少两对超声波换能器中的至少两对各自被配置为激发不同的模式。
如图3a）的示意性顶视图所示，超声波换能器对能够布置在壁51的公共平坦壁区段51.1上，其中，该超声波换能器对能够彼此相邻布置，如这里通过示例所示。可替选地，例如，该超声波换能器对也能够一个在另一个后面的布置，或者以嵌套在彼此内的方式布置。以这种方式，能够配置紧凑的超声波测量设备。
能够如图3b）所示，保持装置50/测量管52能够例如具有矩形形状，使得属于一起的两个超声波换能器处于彼此不同的距离处。如图3c所示，也能够使用其他横截面形状，例如作为示例示出的十字形。也能够配置多于两个的信号路径，其中，如这里所示，流体中的多个信号路径能够例如具有相同长度的信号路径区段。保持装置的横截面通常能够遵循偶数编号的多边形形状。通过在不同的壁区段51上布置超声波换能器对20，其中相邻的壁区段各自彼此成角度，可以实现不同模式的兰姆振荡的更好的时间分离。
图4概述了根据本发明的示例性方法100的序列，
其中，在第一方法步骤101中，由不同的超声波换能器对以群组选择性地激发不同的、选择性激发的模式，其中，时间受限的超声波信号的时间上相邻的发射之间的时间延迟短于相关联的超声波换能器之间的超声波信号的最短传播时间。
以这种方式，不同模式的超声波信号能够沿着其区段中的信号路径同时延伸，而不会引起用于接收超声波换能器的干扰相互作用。为此目的，特别地，能够发生不同模式的超声波信号的激励，使得不同模式的超声波信号的接收具有大于超声波信号的平均持续时间的时间延迟。
时间限制意味着超声波信号遵循脉冲形状或突发形状作为超声波信号曲线。例如，能够通过与诸如矩形或高斯函数的时间限制函数卷积的连续振荡来描述或近似超声波信号曲线。
当在壁中生成兰姆波时，超声波信号不仅被发射到介质中，而且部分地在壁内延伸。根据布置和测量设置，如果需要，两个部分都可以用于测量。
在一个实施例中，在第二方法步骤102中，超声波测量设备的电子测量/操作电路40能够比较沿着流体中具有不同长度的信号路径区段的信号路径的超声波信号的强度，并且在第三方法步骤103中，由此确定流体的阻尼特性和/或壁与流体之间的声学耦合特性。
在一个实施例中，雷诺数在第四方法步骤中确定并且用于计算介质的特性。
在一个实施例中，信号路径以最大的两次反射、并且特别地以最大的一次反射穿过流体。
以这种方式，能够避免超声波信号和壁中的超声波的干扰相互作用。
通常，本发明不限于这里示出的示例性实施例；相反，本领域技术人员能够将发明构思适配于其要求。
附图标记列表
1 超声波测量设备
10 超声波换能器的布置
20 超声波换能器
21 兰姆波装置
30 信号路径
31 流体中的信号路径区段
40 电子测量/操作电路
50 保持装置
51 壁
51.1 平坦壁区段
52 测量管
52.1 外表面
53 兰姆波板
60 管线
70 容器
100 方法
101 第一方法步骤
102 第二方法步骤
103 第三方法步骤
104 第四方法步骤

Claims (11)

1.一种操作用于测量介质的至少一个特性的超声波测量设备（1）的方法（100），包括：
至少两对超声波换能器（20）的布置（10），用于在每种情况下沿着通过流体的信号路径（30）来发射和接收超声波信号；
保持装置（50），所述保持装置（50）具有与所述介质接触的壁（51），并且具有用于保持所述超声波换能器的平坦壁区段或若干平坦壁区段（51.1），所述超声波换能器布置在所述平坦壁区段上，其中，所述信号路径的区段延伸通过所述壁；
电子测量/操作电路（40），用于操作所述超声波换能器并且用于提供所述特性的测量值，
其中，所述超声波换能器在相应的相关联壁中形成时间限制的兰姆振荡，
其特征在于：
所述至少两对超声波换能器中的至少两对各自选择性地激发和捕获一种模式的兰姆振荡，其中，所述至少两对的选择性激发的模式各自不同，
其中，在第一方法步骤（101）中以群组激发不同模式，其中，超声波信号的时间上相邻的发射之间的时间延迟短于相关联超声波换能器之间的超声波信号的最短传播时间。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，不同模式的所述超声波信号的接收具有大于所述超声波信号的平均持续时间的时间延迟。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，超声波换能器对（20）各自布置在具有一个或两个壁区段的不同群组的平坦壁区段上。
4.根据权利要求3所述的方法，
其中，相邻的平坦壁区段彼此成角度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，至少两条信号路径（30）中的至少两条具有不同长度的信号传播时间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述壁（51）具有若干壁区段（51.1），所述若干壁区段在通过所述壁的横截面中限定诸如矩形或十字形的偶数多边形。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述电子测量/操作电路（40）在第二方法步骤（102）中检测不同模式的超声波信号的强度，以及
在第三方法步骤（103）中，根据所测量的强度来确定所述流体的至少一个物理特性。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中，在第四方法步骤（104）中雷诺数被确定并且被用于计算所述介质的特性。
9.一种超声波测量设备（1），所述超声波测量设备（1）被配置为实现根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：
超声波换能器（20）的布置（10），用于沿着通过流体的至少两条信号路径（30）来发射和接收超声波信号，
其中，所述布置由具有至少一个壁（51）的保持装置（50）保持，其中，所述信号路径的区段延伸通过所述至少一个壁中的至少一个，
其特征在于：
所述至少两对超声波换能器中的至少两对被配置为各自激发和捕获不同模式的兰姆振荡，
其中，所述超声波测量设备的电子测量/操作电路（40）被配置为在第一方法步骤（101）中以群组激发不同模式，其中，超声波信号的时间上相邻的发射之间的时间延迟短于相关联的超声波换能器之间的超声波信号的最短传播时间。
10.根据权利要求9所述的超声波测量设备（1），
其中，所述保持装置（50）是测量管（52），所述测量管引导流过管线（60）的流体，其中，所述超声波换能器布置在所述测量管的外表面（52.1）上，
或者其中，将具有所述保持装置（50）的所述布置（10）浸入位于例如容器（70）中的流体。
11.根据权利要求10所述的超声波测量设备（1），
其中，在发射超声波信号时，所述超声波换能器（20）在为该目的提供的兰姆波装置（21）中生成超声兰姆波，
其中，所述兰姆波装置是所述保持装置（50）的所述测量管壁（51）或兰姆波板（53）。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1585944B1 (en) * 2003-01-13 2010-09-08 Expro Meters, Inc. Apparatus and method using an array of ultrasonic sensors for determining the velocity of a fluid within a pipe
EP2338047B1 (en) 2008-09-26 2019-03-27 Diehl Metering GmbH Method and device for determining characteristics of a medium
DE102013101950A1 (de) * 2012-05-03 2013-11-07 Technische Universität Dresden Anordnung und Verfahren zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit fluider Medien
GB2521661A (en) 2013-12-27 2015-07-01 Xsens As Apparatus and method for measuring flow
DK3256862T3 (da) 2016-01-18 2021-05-25 Gwf Messsysteme Ag Forbedret stråleformende akustisk signalgennemløbstidsstrømningsmåler
DE102018008393A1 (de) * 2018-10-24 2020-04-30 Diehl Metering Gmbh Verfahren und Messeinrichtung zur Ermittlung einer Fluidgröße
DE102018133066A1 (de) 2018-12-20 2020-06-25 Endress+Hauser Flowtec Ag Ultraschall-Messgerät

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