JPH04231820A - Measured value detector for ultrasonic-wave flow-rate measuring apparatus - Google Patents

Measured value detector for ultrasonic-wave flow-rate measuring apparatus

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JPH04231820A
JPH04231820A JP3112828A JP11282891A JPH04231820A JP H04231820 A JPH04231820 A JP H04231820A JP 3112828 A JP3112828 A JP 3112828A JP 11282891 A JP11282891 A JP 11282891A JP H04231820 A JPH04231820 A JP H04231820A
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ultrasonic
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ウルス ヴュスト
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Abstract

PURPOSE: To provide a measured value detector wherein defect which ultrasonic flow rate measurement principle has is eliminated. CONSTITUTION: This ultrasonic flow rate measured value detector consists of a straight measuring pipe 1 having a pipe wall which is arranged on a pipe line introducing liquid to be measured. On the peripheral surface of the pipe wall, the following are formed and linked at intervals in the flow direction; a first resonance absorber composed of an absorber disk 111, a first converter disk 21 wherein a first ultrasonic converter 31 for driving a radial resonance frequency is fixed on one side surface, a second converter disk 22 wherein the similar second ultrasonic converter 32 is fixed, and a second resonance absorber 12 composed of an absorber disk. The absorber disks are so designed that the respective radial resonance frequencies are equal to the ultrasonic wave driving frequency.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【発明の概要】本発明は、請求項1に記載のように、測
定すべき液体を導くパイプライン内に挿入配置すること
ができかつ自由な流れ横断面および連続した管壁を有す
る真っすぐな測定管から成る、超音波流量測定装置用測
定値検出器であって、前記管壁の周面に、流れの方向に
おいて連続して相互に間隔をおいて、形状連結的に次の
ものが固定されており:少なくとも1つの吸収体ディス
クから成る流入側の、第1の共振吸収体と、一方の側面
において少なくとも1つの、半径方向共振周波数を励振
する第1の超音波変換器が固定されている第1の変換器
ディスクと、一方の側面において少なくとも1つの半径
方向共振周波数を励振する第2の超音波変換器が固定さ
れている第2の変換器ディスクと、少なくとも1つの吸
収体ディスクから成る流出側の、第2の共振吸収体とが
固定されており、前記吸収体ディスクは、それらそれぞ
れの半径方向共振周波数が前記超音波変換器の励振周波
数に等しいように設計されている、超音波流量測定装置
用測定値検出器から成る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a straight measuring device which can be inserted into a pipeline conducting the liquid to be measured and which has a free flow cross section and a continuous tube wall. A measurement value detector for an ultrasonic flow rate measuring device consisting of a tube, in which the following are fixed in a form-connected manner to the circumferential surface of the tube wall, successively spaced apart from each other in the direction of flow: a first resonant absorber on the inlet side consisting of at least one absorber disk and on one side at least one first ultrasonic transducer exciting a radial resonant frequency; consisting of a first transducer disk, a second transducer disk to which a second ultrasonic transducer exciting at least one radial resonant frequency is fixed on one side, and at least one absorber disk. on the outflow side, a second resonant absorber is fixed, said absorber disks being designed such that their respective radial resonance frequency is equal to the excitation frequency of said ultrasonic transducer. Consists of a measurement value detector for a flow rate measuring device.

【0002】本発明によれば、超音波流量測定原理に付
随する欠点を以下に説明する特性および利点によって克
服することが可能になる。測定値検出器は、測定管の極
めて小さい公称直径に対しても設計することができ、そ
の結果小さな流量も、極めて小さな流量も測定可能であ
る。
[0002] According to the invention, the drawbacks associated with the ultrasonic flow measurement principle can be overcome by the characteristics and advantages described below. The measured value detector can be designed even for very small nominal diameters of the measuring tube, so that even small and very small flow rates can be measured.

【0003】測定値検出器は更に、どんな種類の液体に
も適しており、しかも液体中にどんな種類の流れの形式
が形成されるかに無関係である。層流も乱流も測定する
ことができる。しかも層流から乱流への境界における流
れも、または著しく変化するレイノルズ数を有するよう
な流れも、そのまま測定可能である。
The measurement value detector is furthermore suitable for any type of liquid and is independent of what type of flow form is formed in the liquid. Both laminar and turbulent flows can be measured. Furthermore, flows at the boundary between laminar and turbulent flows, or flows with significantly varying Reynolds numbers, can be directly measured.

【0004】また、測定値検出器の材料を、測定すべき
液体にその侵食性を考慮して整合することができる。ま
た、測定値検出器はそのまま食料品に有用である。この
ことはまた、測定管をその不断の内壁に基づいて容易に
清掃することができかつそこに材料が堆積しないように
することでも一層好適化される。金属またはセラミック
測定管では高圧の液体も測定することができる。
[0004] Furthermore, the material of the measurement value detector can be matched to the liquid to be measured taking into account its corrosive properties. Also, the measurement value detector is useful as is for food products. This is also further advantageous in that the measuring tube can be easily cleaned due to its constant inner wall and no materials are deposited there. High-pressure liquids can also be measured with metal or ceramic measuring tubes.

【0005】超音波変換器は変換器ディスクの少なくと
も1つの側面に固定されているので、それは測定値検出
器の解体なしにパイプラインから交換可能であり、すな
わち例えば、流量測定を含むシーケンスを中断する必要
がない。
Since the ultrasonic transducer is fixed on at least one side of the transducer disc, it can be replaced from the pipeline without dismantling the measured value detector, ie interrupting a sequence involving, for example, a flow measurement. There's no need to.

【0006】電子測定回路および作動回路として、殊に
、本出願人の国際公開第WO−90/00723号公報
に記載されているようなものが適している。それによれ
ば、超音波変換器は超音波送波器または超音波受波器と
して交互に作動して、超音波の走行時間を流れの方向に
おいても流れとは反対の方向においても測定することが
できるようにしている。
[0006] Particularly suitable electronic measuring and operating circuits are those described in WO-90/00723 of the applicant. According to it, an ultrasonic transducer can operate alternately as an ultrasonic transmitter or an ultrasonic receiver to measure the transit time of ultrasonic waves both in the flow direction and in the counter-flow direction. I'm trying to make it possible.

【0007】測定値検出器の本発明の構成によって、変
換器ディスク間の距離を、作動中発生する走行時間差を
接続された測定および作動回路によって処理することが
できるように、調整することもできる。
With the inventive configuration of the measurement value detector, it is also possible to adjust the distance between the transducer discs in such a way that the travel time differences that occur during operation can be processed by the connected measurement and activation circuit. .

【0008】超音波変換器は、適当な圧電材料、例えば
圧電セラミックから成るような超音波変換器である。送
波用変換器は、適当な周波数の交流電圧の印加によって
機械的な共振状態に移行し、このことは、電気的な周波
数が機械共振振動の1つと一致し、その結果この(音響
)周波数の超音波信号が、変換器が自由振動するとき、
そこから送出されるとき、最適に実現される。
The ultrasonic transducer is an ultrasonic transducer made of a suitable piezoelectric material, for example a piezoceramic. The transmitting transducer is brought into mechanical resonance by the application of an alternating voltage of a suitable frequency, which means that the electrical frequency coincides with one of the mechanical resonance vibrations, so that this (acoustic) frequency When the ultrasonic signal of the transducer freely oscillates,
It is best realized when transmitted from there.

【0009】本発明においてそれぞれの超音波変換器は
その所属の変換器ディスクに固定されているので、超音
波変換器はこの変換器ディスクを相応に励振する。この
ことはここでも、変換器ディスクの機械共振振動の1つ
が励振されるとき、すなわちこの共振振動が変換器の音
響周波数と一致するとき、最適に行われる。本発明では
、それぞれの変換器ディスクの機械共振周波数はその半
径方向の共振周波数の1つ、例えばモード零の共振周波
数である。すなわち変換器ディスクは半径方向において
振動するので、変換器ディスクが測定管に固定されてい
る個所で、この振動は管壁におよびそこから液体に伝達
される(図4参照)。
According to the invention, each ultrasound transducer is fixed to its associated transducer disc, so that the ultrasound transducer excites this transducer disc accordingly. This is done optimally here too when one of the mechanical resonance vibrations of the transducer disc is excited, ie when this resonance vibration coincides with the acoustic frequency of the transducer. In the present invention, the mechanical resonant frequency of each transducer disk is one of its radial resonant frequencies, for example the mode-zero resonant frequency. The transducer disk therefore vibrates in the radial direction, so that at the point where the transducer disk is fastened to the measuring tube, these vibrations are transmitted to the tube wall and from there to the liquid (see FIG. 4).

【0010】受波用超音波変換器は、変換器ディスクか
らそこに作用する機械的な振動によってそれと同じ周波
数の交流電圧を送出するように励振される。変換器ディ
スクの、その半径方向周波数を有する機械振動は更に、
測定管壁を介して液体中を走行する超音波によって影響
を受ける。
The receiving ultrasonic transducer is excited by the mechanical vibrations acting on it from the transducer disk so as to deliver an alternating voltage of the same frequency. The mechanical vibrations of the transducer disk with its radial frequency are further
Affected by ultrasonic waves traveling through the liquid via the measuring tube wall.

【0011】測定値検出器は本発明の実施例において完
全に金属から、例えば所望の使用目的に適しているステ
ンレス鋼合金から形成することができる。しかし別の実
施例によれば、測定管に対して、変換器ディスクおよび
/または吸収体ディスクに対して異なった金属を使用す
ることもできる。このことは、別の実施例において一方
において変換器ディスクおよび吸収体ディスクが出来る
だけ低い熱弾性係数を有する同じ金属から成りかつ測定
管が耐食性であるか、または他方において変換器ディス
クの機械共振のQが吸収体ディスクの共振のQに比べて
大きいようにすれば、殊に有利である。
[0011] In embodiments of the invention, the measurement value detector can be made entirely of metal, for example of a stainless steel alloy, which is suitable for the desired application. However, according to other embodiments, it is also possible to use different metals for the measuring tube, for the transducer disk and/or for the absorber disk. This means that in another embodiment, on the one hand, the transducer disc and the absorber disc are made of the same metal with the lowest possible thermoelastic coefficient and the measuring tube is corrosion-resistant, or on the other hand, the mechanical resonance of the transducer disc is It is particularly advantageous if the Q is large compared to the Q of the resonance of the absorber disc.

【0012】本発明の実施例によれば、測定管は変換器
ディスクの間のその長さの一部において肉厚にされた壁
を備えている。これにより、管壁中において、変換器デ
ィスクの一方から出発して伝搬する、測定精度に不都合
に作用する音波信号が、それが他方の変換器ディスクに
は達しない程度に減衰される。
According to an embodiment of the invention, the measuring tube has a wall that is thickened in a part of its length between the transducer disks. As a result, acoustic signals propagating in the tube wall starting from one of the transducer discs and having a detrimental effect on the measurement accuracy are attenuated to such an extent that they do not reach the other transducer disc.

【0013】別の実施例において肉厚にされた壁に少な
くとも1つの環状溝を備えることもでき、この環状溝に
は有利には、場合によっては壁の周面を被覆する減衰材
料が充填されている。これによりこれら2つの手段のそ
れぞれによって、機械的な縦波フィルタが実現される。
In a further embodiment, the thickened wall can also be provided with at least one annular groove, which is preferably filled with a damping material that coats the circumferential surface of the wall. ing. A mechanical longitudinal wave filter is thereby realized by each of these two means.

【0014】殊に共振吸収体が1つ以上の吸収体ディス
クを有しているとき、それぞれの共振吸収体が、これら
吸収体ディスク間の中間空間を充填する減衰材料を備え
るようにすることもできる。この場合周面も被覆するこ
とができる。
In particular when the resonant absorber has one or more absorber discs, it is also possible for each resonant absorber to be provided with a damping material filling the intermediate space between these absorber discs. can. In this case, the peripheral surface can also be coated.

【0015】本発明の別の実施例によれば、測定値検出
器は、変換器ディスクそれぞれと隣接する吸収体ディス
クとの間にそれぞれ減結合ディスクを備えるようにする
ことができ、その際これら減結合ディスクの寸法および
/または機械的な特性は吸収体ディスクの寸法および/
または機械的な特性とは異なっている。
According to a further embodiment of the invention, the measurement value detector can be provided with a decoupling disk between each transducer disk and an adjacent absorber disk, in which case these The dimensions and/or mechanical properties of the decoupling disc are similar to the dimensions and/or mechanical properties of the absorber disc.
or have different mechanical properties.

【0016】本発明の別の実施例において、測定値検出
器は変換器ディスクにそれぞれ1つの超音波センサを有
しており、超音波センサは実際値発生器として、変換器
ディスクの共振周波数に制御されて超音波変換器に対す
る励振信号を発生するための電子位相制御ループに挿入
配置されている。
In a further embodiment of the invention, the measured value detectors each have an ultrasonic sensor on the transducer disc, the ultrasonic sensors being actuated as actual value generators at the resonant frequency of the transducer disc. It is inserted into an electronic phase control loop for controlling and generating an excitation signal for the ultrasonic transducer.

【0017】[0017]

【実施例】次に本発明を図示の実施例につき図面を用い
て詳細に説明する。その際図面には、測定値検出器の構
造の断面および測定値検出器のいくつかの部分の構造並
びに作動回路が示されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. The drawings show a section through the structure of the measured value detector and the structure of some parts of the measured value detector as well as the operating circuit.

【0018】図1の断面図には、実施例として測定値検
出器が示されている。それは、適当な材料、有利には、
例えばステンレス鋼のような金属から成っている。セラ
ミック材料またはガラス材料も適している。材料選択は
、例えば測定すべき液体の種類および特性のような、具
体的な用途およびそのパラメータ、圧力領域、温度領域
、周囲条件等に依存している。
The sectional view of FIG. 1 shows a measured value detector as an example. It is suitable material, advantageously,
For example, it is made of metal such as stainless steel. Ceramic or glass materials are also suitable. The material selection depends on the specific application and its parameters, such as the type and properties of the liquid to be measured, pressure range, temperature range, ambient conditions, etc.

【0019】図1において、左側に流入口5がありかつ
右側に流出口6があり、その結果流れの方向は矢印に相
応している測定管1は自由な流れ横断面およびその全長
にわたって断続のない管壁を有している。その周面には
、吸収体ディスク111から成る流入側の、第1の共振
吸収体11が固定されている。この吸収体ディスクに、
流れの方向においてある程度の間隔をおいて第1の変換
器ディスク21が続いており、この変換器ディスクの側
方に第1の超音波変換器31が固定されている。
In FIG. 1, the measuring tube 1 has an inlet 5 on the left and an outlet 6 on the right, so that the direction of flow corresponds to the arrow. It has no tube wall. A first resonant absorber 11 on the inflow side, consisting of an absorber disk 111, is fixed to its circumferential surface. In this absorber disk,
A first transducer disk 21 follows at a certain distance in the flow direction, and a first ultrasonic transducer 31 is fastened to the side of this transducer disk.

【0020】流出側において変換器ディスク21は第2
の変換器ディスク22と対向している。この変換器ディ
スクには第2の超音波変換器32が側方に固定されてい
る。これに流れの方向においてここでも間隔をおいて、
有利には吸収体ディスク111と変換器ディスク21と
の間と同じ間隔をおいて、吸収体ディスク121から成
る第2の共振吸収体12が続いている。
On the outflow side, the transducer disk 21
transducer disk 22 . A second ultrasonic transducer 32 is laterally fixed to this transducer disk. Also spaced apart in the direction of flow,
A second resonant absorber 12 , consisting of an absorber disk 121 , follows preferably at the same spacing as between absorber disk 111 and transducer disk 21 .

【0021】超音波変換器31,32は、変換器ディス
クのお互いの方の向いた側の側面に取り付けることもで
きる。このことは殊に、構造スペースがギリギリである
場合に有利である。更に、例えば対称性の理由から、複
数の超音波変換器、例えば4つの超音波変換器を、図9
から読み取ることができるように、1つの変換器ディス
クに設けても有利である。
The ultrasonic transducers 31, 32 can also be mounted on mutually facing sides of the transducer disk. This is particularly advantageous when construction space is at a premium. Furthermore, for example for reasons of symmetry, a plurality of ultrasound transducers, e.g. four ultrasound transducers, can be used in FIG.
It is also advantageous to provide one transducer disk so that it can be read from.

【0022】測定値検出器はその流入側および流出側に
よって、例えばフランジ等の相応の連結部材によって、
測定すべき液体が流れる図示されていないパイプライン
中に挿入配設されている。
[0022] The measured value detector is connected by its inflow and outflow sides, for example by corresponding coupling elements, such as flanges.
It is inserted into a pipeline (not shown) through which the liquid to be measured flows.

【0023】2つの共振吸収体11,12により、一方
において音響エネルギーが接続されたパイプラインに達
することが妨げられ、他方において、もしそうなってし
まった場合に、そこに生じる反射エネルギーがその“帰
路”において吸収されかつ従って変換器ディスク21,
22に達する可能性がない。
The two resonant absorbers 11, 12 on the one hand prevent acoustic energy from reaching the connected pipeline, and on the other hand, if this happens, the resulting reflected energy is in the return path” and thus the transducer disk 21,
There is no possibility of reaching 22.

【0024】パイプラインから到来する可能性がある(
障害)エネルギーに相応する、例えば雑音の形の周波数
も、勿論吸収される。
may come from the pipeline (
Frequencies corresponding to the energy (interference), for example in the form of noise, are of course also absorbed.

【0025】吸収特性はまず、吸収体ディスクが超音波
周波数において機械共振をし、それ故に励振された際に
音響エネルギーを吸収することに基づいている。吸収体
ディスクの機械共振のQに応じて、吸収体ディスクは超
音波の音場から定常状態においてもエネルギーを取り出
す。このエネルギー取り出しは、相応の材料選択によっ
て制御することができる共振のQに依存している。
The absorption properties are firstly based on the fact that the absorber disc has a mechanical resonance at ultrasonic frequencies and therefore absorbs acoustic energy when excited. Depending on the Q of the mechanical resonance of the absorber disk, the absorber disk extracts energy from the ultrasound field even in the steady state. This energy extraction depends on the resonance Q, which can be controlled by appropriate material selection.

【0026】図2には、測定管1の壁中の2つの変換器
21,22間において、一方の変換器ディスクから出発
して、他方の変換器ディスクに達し、ひいては測定誤差
を惹き起こす可能性がある縦波が伝搬されるのを妨げる
ことができるようにした有利な手段が図示されている。 すなわち測定誤差を回避するために測定管はその長さの
一部に肉厚な壁2を備えている。その他、測定値検出器
の構造は図1に示されたものと同じである。
FIG. 2 shows that, between the two transducers 21, 22 in the wall of the measuring tube 1, starting from one transducer disc, the other transducer disc is reached, which can lead to measurement errors. Advantageous measures are illustrated which make it possible to prevent the propagation of sensitive longitudinal waves. In other words, in order to avoid measurement errors, the measuring tube is provided with a thick wall 2 over part of its length. Otherwise, the structure of the measured value detector is the same as that shown in FIG.

【0027】図3には、図2に示された実施例における
有利な手段の使用が示されており、この手段によって図
2の実施例の減衰特性の改善が計られる。このために、
肉厚にされた壁2に形成された環状溝3が設けられてい
る。有利には環状溝の底部はそれぞれ、そこの壁厚が流
入領域および流出領域における測定管の壁厚に等しいよ
うな深さのことろにある。
FIG. 3 shows the use of advantageous measures in the embodiment shown in FIG. 2, by means of which the damping properties of the embodiment of FIG. 2 are improved. For this,
An annular groove 3 formed in the thickened wall 2 is provided. Advantageously, the bottoms of the annular grooves are each of such depth that the wall thickness there is equal to the wall thickness of the measuring tube in the inflow and outflow regions.

【0028】図3には更に、別の実施例において、環状
溝3に減衰材料4、例えば合成樹脂を充填することがで
きることが示されている。ここではこの減衰材料は肉厚
にされた壁2の周面も被覆しているが、このことは必ず
しも必要でない。しかしこうすれば減衰特性は一層改善
可能である。
FIG. 3 further shows that in a further embodiment the annular groove 3 can be filled with a damping material 4, for example a synthetic resin. The damping material here also covers the circumferential surface of the thickened wall 2, although this is not absolutely necessary. However, by doing so, the damping characteristics can be further improved.

【0029】図3の2つの実施例によって、相互に近接
して位置する変換器ディスクにおいても、測定管壁にお
ける縦波が一方の超音波変換器から他方の超音波変換器
に達することを妨げる機械的な縦波フィルタを実現する
ことができる。
The two embodiments of FIG. 3 prevent longitudinal waves in the measuring tube wall from reaching from one ultrasonic transducer to the other even with transducer disks located close to each other. A mechanical longitudinal wave filter can be realized.

【0030】図4には、変換器ディスクがどのように半
径方向に振動するかが示されている(破線参照)。超音
波変換器31は相応に設計されたディスクである。
FIG. 4 shows how the transducer disc oscillates in the radial direction (see dashed lines). Ultrasonic transducer 31 is a correspondingly designed disk.

【0031】図5には、環状の超音波変換器31′を使
用することもできることが示されている。
FIG. 5 shows that an annular ultrasound transducer 31' can also be used.

【0032】図6には、それぞれ同じ半径方向共振周波
数を有する3つの吸収体ディスク111,112,11
3を有する共振吸収体が示されている。
FIG. 6 shows three absorber disks 111, 112, 11, each having the same radial resonance frequency.
3 is shown.

【0033】図7には、図6の3つの吸収体ディスク1
11,112,113間の中間空間に、場合に応じてそ
の周面も被覆することができる減衰材料4′を充填する
ことができることが示されている。これにより図3の装
置の場合の減衰材料4と同じ作用効果が得られる。
FIG. 7 shows the three absorber disks 1 of FIG.
It has been shown that the intermediate space between 11, 112, 113 can be filled with a damping material 4', which can optionally also cover its circumferential surface. This provides the same effect as the damping material 4 in the device of FIG.

【0034】図8には、本発明の別の実施例が略示され
ている。それぞれの変換器ディスク21,22と隣接す
る吸収体ディスク11,12との間に、減結合ディスク
71,72が挿入配設されている。これらは、変換器デ
ィスクを吸収体ディスクに接続する管部材を介して生じ
る、障害作用する可能性がある、吸収体ディスクに対す
る音響エネルギーの過結合を抑圧するために用いられる
。その際減結合ディスクの寸法および/または機械的な
特性は、吸収体ディスクの寸法および/または機械的な
特性とは異なっている。
Another embodiment of the invention is schematically shown in FIG. A decoupling disk 71, 72 is inserted between each transducer disk 21, 22 and an adjacent absorber disk 11, 12. These are used to suppress potentially harmful overcoupling of acoustic energy to the absorber disk via the tubing connecting the transducer disk to the absorber disk. The dimensions and/or mechanical properties of the decoupling disk differ from those of the absorber disk.

【0035】図1から8までのいずれの実施例において
も、吸収体ディスクおよび変換器ディスクは、例えばプ
レスばめを用いて、測定管1に固定される予め成型され
た部材とすることができる。その際この形式の構造では
、既述のように、測定管およびディスクに対して異なっ
た材料を使用することができる。しかし測定値検出器を
同一の材料から形成することができるとき、他方におい
て、測定値検出器を、例えば精密鋳込みまたは旋削等に
よって一体に製造することもできる。
In any of the embodiments according to FIGS. 1 to 8, the absorber disc and the transducer disc can be preformed parts that are fixed to the measuring tube 1, for example using a press fit. . In this type of construction, as already mentioned, different materials can be used for the measuring tube and disk. However, if the measuring value detector can be made from the same material, on the other hand it is also possible to manufacture the measuring value detector in one piece, for example by precision casting or turning.

【0036】最後に図9に示されているブロック回路図
は、超音波変換器に対する励振信号をどのように、それ
ぞれの送波用変換器が所属の変換器ディスクを常時その
共振周波数によって励振するように発生することができ
るかを説明するものである。このことは位相制御ループ
9を用いて行われる。変換器ディスク21は側面図にて
示されており、その結果−ここでは4つの−並列接続さ
れた超音波変換器31,33,34,35、並びに1つ
の超音波センサ81が略示されているのがわかる。
Finally, the block diagram shown in FIG. 9 shows how the excitation signal for the ultrasonic transducers is determined so that each transmit transducer always excites the associated transducer disk with its resonant frequency. This explains how this can occur. This is done using a phase control loop 9. The transducer disk 21 is shown in side view, so that the ultrasonic transducers 31 , 33 , 34 , 35 connected in parallel - here four - as well as one ultrasonic sensor 81 are schematically shown. I can see that you are there.

【0037】(高周波)正弦波状電圧の形の励振信号は
、変換器31,33,34,35ばかりでなく、電圧増
幅器91の入力側にも供給されている。これに相応する
方法で超音波センサ81は電圧増幅器91′の入力側に
接続されているが、超音波センサには回路零点に接続さ
れているコンデンサCが並列に接続されている。このコ
ンデンサCによって、センサ81の十分大きな時定数が
電圧増幅器91′の入力抵抗とともに実現される。2つ
の電圧増幅器91,91′のそれぞれの出力側は、矩形
波変換器92,92′のそれぞれの入力側に導かれてい
る。これらは例えば、入力側が過制御される増幅器とし
て実現することができる。
An excitation signal in the form of a (high frequency) sinusoidal voltage is supplied not only to the converters 31 , 33 , 34 , 35 but also to the input of the voltage amplifier 91 . In a corresponding manner, the ultrasonic sensor 81 is connected to the input side of the voltage amplifier 91', to which a capacitor C, which is connected to the circuit zero, is connected in parallel. This capacitor C provides a sufficiently large time constant of the sensor 81 together with the input resistance of the voltage amplifier 91'. The respective output sides of the two voltage amplifiers 91, 91' are led to the respective input sides of a square wave converter 92, 92'. These can be realized, for example, as amplifiers whose input side is overcontrolled.

【0038】2つの矩形波変換器92,92′のそれぞ
れの出力側は、ローパスフィルタを有する位相コンパレ
ータ93のそれぞれの入力側に接続されている。ローパ
スフィルタには、励振信号と超音波センサ81の信号と
の間の位相のずれに比例する電圧が現れる。この電圧は
、90°の位相のずれに対する信号“90°”とともに
、制御回路94に供給される。その制御回路の出力側に
は、共振周波数に関する情報を表す電圧が現れる。すな
わちこの電圧は電圧制御発振器97に供給されている。 この発振器の周波数fC は、分周器98を用いて前以
て決められた一定の係数が乗算される前の励振信号の周
波数に相応する。矩形波−正弦波変換器99の入力側は
、分周器98の出力側に接続されている。位相コンパレ
ータ93は簡単には排他的ORゲートによって実現され
る。
The respective outputs of the two square wave converters 92, 92' are connected to the respective inputs of a phase comparator 93 having a low-pass filter. A voltage proportional to the phase shift between the excitation signal and the signal of the ultrasonic sensor 81 appears on the low-pass filter. This voltage is supplied to the control circuit 94 along with the signal "90°" for a 90° phase shift. At the output of the control circuit appears a voltage representing information about the resonant frequency. That is, this voltage is supplied to the voltage controlled oscillator 97. The frequency fC of this oscillator corresponds to the frequency of the excitation signal before being multiplied by a constant predetermined factor using frequency divider 98. The input side of the rectangular wave to sine wave converter 99 is connected to the output side of the frequency divider 98. Phase comparator 93 is simply realized by an exclusive OR gate.

【0039】送波器または受波器として交互に作動する
超音波変換器に対してそれぞれ1つの位相制御ループを
設ける必要がないようにするために、位相制御ループ9
において、制御された状態に達するとすぐに開放される
スイッチ95が設けられている。その際制御された状態
に相応する電圧は、測定サイクル全体の期間(流れの方
向および流れとは反対方向における測定)、保持メモリ
CHに記憶される。新たな測定サイクルの前に、正しい
共振周波数に新たに制御することができる。
In order to avoid having to provide one phase control loop for each ultrasonic transducer that operates alternately as a transmitter or a receiver, a phase control loop 9 is provided.
A switch 95 is provided which opens as soon as the controlled condition is reached. The voltage corresponding to the controlled state is then stored in the storage memory CH during the entire measurement cycle (measurement in the direction of flow and in the direction opposite to flow). Before a new measurement cycle, the correct resonant frequency can be set anew.

【0040】センサ81によって、所属の変換器ディス
クおよびそれらの変換器の正しい機能も監視することが
できる。
[0040] Via the sensor 81, the correct functioning of the associated transducer discs and their transducers can also be monitored.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明の超音波流量測定装置用測定値検
出器は、極めて小さな流量でも測定可能であり、どんな
種類の液体にも適しており、超音波変換器の交換が容易
である等の利点を有している。
[Effects of the Invention] The measurement value detector for an ultrasonic flow rate measuring device of the present invention is capable of measuring even extremely small flow rates, is suitable for any type of liquid, and has features such as easy replacement of the ultrasonic transducer, etc. It has the following advantages.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】図1は、測定値検出器の、測定管の壁厚が同じ
である実施例の断面略図である。
1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a measurement value detector with the same wall thickness of the measuring tubes; FIG.

【図2】  測定値検出器の、変換器ディスク間の壁が
肉厚になっている実施例の断面略図である。
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of the measurement value detector with thickened walls between the transducer disks;

【図3】測定値検出器の、肉厚にされた壁に設けられた
環状溝に減衰材料が充填されている実施例の断面略図で
ある。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a measurement value detector in which an annular groove in the thickened wall is filled with a damping material;

【図4】ディスク形状の超音波変換器ディスクを備えた
変換器ディスクの断面略図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a transducer disc with a disc-shaped ultrasound transducer disc;

【図5】環状の超音波変換器ディスクを備えた変換器デ
ィスクの断面略図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a transducer disc with an annular ultrasound transducer disc;

【図6】3つの吸収体ディスクを備えた共振吸収体の断
面略図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a resonant absorber with three absorber disks;

【図7】減衰材料が取り付けられている、図6の共振吸
収体の断面略図である。
7 is a schematic cross-sectional view of the resonant absorber of FIG. 6 with a damping material attached; FIG.

【図8】減結合ディスクを備えた測定値検出器の断面略
図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a measurement value detector with a decoupling disk;

【図9】超音波変換器に対する励振信号を発生するため
の位相制御ループのブロック回路図である。
FIG. 9 is a block circuit diagram of a phase control loop for generating an excitation signal for an ultrasound transducer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  測定すべき液体を導くパイプライン内
に挿入配置することができかつ自由な流れ横断面および
連続した管壁を有する真っすぐな測定管(1)から成る
、超音波流量測定装置用測定値検出器であって、前記管
壁の周面において流れ方向において連続的に相互に間隔
をおいて、形状連結的に次のものが固定されている:少
なくとも1つの吸収体ディスク(111)から成る流入
側の第1の共振吸収体(11)、一方の側面に少なくと
も1つの半径方向共振周波数を励振する第1の超音波変
換器(31)が固定されている第1の変換器ディスク(
21)、一方の側面に少なくとも1つの半径方向共振周
波数を励振する第2の超音波変換器(32)が固定され
ている第2の変換器ディスク(22)、少なくとも1つ
の吸収体ディスク(121)から成る流出側の第2の共
振吸収体(12)が固定されており、前記吸収体ディス
ク(111,121)は、それらのそれぞれの半径方向
共振周波数が超音波励振周波数に等しいように形成され
ていることを特徴とする超音波流量測定装置用測定値検
出器。
1. For an ultrasonic flow measuring device consisting of a straight measuring tube (1) which can be inserted into a pipeline leading to the liquid to be measured and has a free flow cross section and a continuous tube wall. Measurement value detectors, in which at least one absorber disk (111) is fixed in a form-locking manner on the circumference of the tube wall, continuously spaced from each other in the flow direction. a first resonant absorber (11) on the inflow side consisting of a first transducer disk on one side of which a first ultrasonic transducer (31) exciting at least one radial resonant frequency is fixed; (
21), a second transducer disk (22), on one side of which a second ultrasonic transducer (32) exciting at least one radial resonance frequency is fixed; at least one absorber disk (121); ) is fixed on the outflow side, said absorber disks (111, 121) being shaped in such a way that their respective radial resonance frequency is equal to the ultrasound excitation frequency. A measurement value detector for an ultrasonic flow rate measuring device, characterized in that:
【請求項2】  金属測定管と金属変換器ディスクおよ
び吸収体ディスクとを備えている請求項1記載の超音波
流量測定装置用測定値検出器。
2. The measurement value detector for an ultrasonic flow rate measuring device according to claim 1, comprising a metal measuring tube, a metal transducer disk, and an absorber disk.
【請求項3】  測定管、変換器ディスクおよび/また
は吸収体ディスクに対してそれぞれ異なった金属を用い
る請求項2記載の超音波流量測定装置用測定値検出器。
3. The measurement value detector for an ultrasonic flow rate measuring device according to claim 2, wherein different metals are used for the measuring tube, the transducer disk and/or the absorber disk.
【請求項4】  出来るだけ低い熱弾性係数を有する同
じ金属から成る変換器ディスクおよび吸収体ディスクと
、耐食性の測定管とを備えている超音波流量測定管用測
定値検出器。
4. Measurement detector for an ultrasonic flow measuring tube, comprising a transducer disk and an absorber disk made of the same metal with the lowest possible thermoelastic coefficient and a corrosion-resistant measuring tube.
【請求項5】  機械共振Qが吸収体ディスクの共振Q
に比較して大きい変換器ディスクを備えている請求項3
記載の超音波流量測定装置用測定値検出器。
[Claim 5] The mechanical resonance Q is the resonance Q of the absorber disk.
Claim 3 comprising a transducer disk that is large compared to the transducer disk.
A measured value detector for the ultrasonic flow measuring device described above.
【請求項6】  測定管(1)の壁は変換器ディスク(
21,22)間の長さの一部において肉厚にされている
請求項1記載の超音波流量測定装置用測定値検出器。
6. The wall of the measuring tube (1) has a transducer disk (
21. The measured value detector for an ultrasonic flow rate measuring device according to claim 1, wherein a part of the length between the first and second portions is made thicker.
【請求項7】  肉厚にされた壁(2)に少なくとも1
つの環状溝(3)を備えている請求項6記載の超音波流
量測定装置用測定値検出器。
Claim 7: The thickened wall (2) has at least one
The measurement value detector for an ultrasonic flow rate measuring device according to claim 6, comprising two annular grooves (3).
【請求項8】  減衰材料(4)が充填されている環状
溝(3)および/または前記減衰材料によって被覆され
ている、肉厚にされた壁(2)の周面を備えている請求
項7記載の超音波流量測定装置用測定値検出器。
8. An annular groove (3) filled with a damping material (4) and/or a peripheral surface of a thickened wall (2) covered by said damping material. 7. The measurement value detector for an ultrasonic flow rate measuring device according to 7.
【請求項9】  中間の空間に減衰材料(4)が充填さ
れている、少なくとも2つの吸収体ディスク(111,
112,113)を備えている請求項1記載の超音波流
量測定装置用測定値検出器。
9. At least two absorber discs (111,
112, 113). The measured value detector for an ultrasonic flow rate measuring device according to claim 1.
【請求項10】  吸収体ディスクの周面が減衰材料(
4)によって被覆されている請求項9記載の超音波流量
測定装置用測定値検出器。
10. The circumferential surface of the absorber disk is made of damping material (
10. The measured value detector for an ultrasonic flow rate measuring device according to claim 9, which is coated with 4).
【請求項11】  それぞれの変換器ディスク(21,
22)と隣接する吸収体ディスク(11,12)との間
にそれぞれ1つの減結合ディスク(71,72)を備え
ており、その際前記減結合ディスクの寸法および/また
は機械的な特性は前記吸収体ディスクの寸法および/ま
たは機械的な特性とは異なっている請求項1記載の超音
波流量測定装置用測定値検出器。
11. Each transducer disk (21,
22) and an adjacent absorber disk (11, 12) in each case a decoupling disk (71, 72), the dimensions and/or mechanical properties of said decoupling disk 2. The measurement value detector for an ultrasonic flow measurement device according to claim 1, wherein the absorber disk has different dimensions and/or mechanical properties.
【請求項12】  変換器ディスク(21,22)の一
方に超音波センサ(81)を備えており、該超音波セン
サは実際値発生器として、前記変換器ディスク(21,
22)の共振周波数に制御されて超音波変換器(31,
32)に対する励振信号を発生するための電子位相制御
ループ(9)に挿入接続されている請求項1から11ま
でのいずれか1項記載の超音波流量測定装置用測定値検
出器。
12. One of the transducer discs (21, 22) is provided with an ultrasonic sensor (81), which ultrasonic sensor (81) acts as an actual value generator in the transducer disc (21, 22).
The ultrasonic transducer (31,
12. Measurement value detector for an ultrasonic flow measuring device according to claim 1, wherein the measurement value detector is inserted into an electronic phase control loop (9) for generating an excitation signal for an ultrasonic flowmeter (32).
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