WO2011051006A1 - Ultrasonic flow and particle measuring system - Google Patents

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WO2011051006A1
WO2011051006A1 PCT/EP2010/061950 EP2010061950W WO2011051006A1 WO 2011051006 A1 WO2011051006 A1 WO 2011051006A1 EP 2010061950 W EP2010061950 W EP 2010061950W WO 2011051006 A1 WO2011051006 A1 WO 2011051006A1
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WO
WIPO (PCT)
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ultrasonic
ultrasonic transducer
flow
particle
acoustic
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/061950
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Beat Kissling
Yaoying Lin
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Endress+Hauser Flowtec Ag filed Critical Endress+Hauser Flowtec Ag
Priority to EP10744576A priority Critical patent/EP2494316A1/en
Publication of WO2011051006A1 publication Critical patent/WO2011051006A1/en

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662Constructional details

Definitions

  • Ultrasonic transducer wherein the first ultrasonic transducer at least a first
  • Ultrasonic transducer element and at least a first coupling element, wherein the first ultrasonic transducer element in operation acoustic signals via the first coupling element can be emitted and received, which first and second
  • Ultrasonic transducers are arranged in a measuring tube for determining the flow over a transit time difference principle so that propagate the acoustic signals along at least one signal path in the measuring tube between the first and the second ultrasonic transducer.
  • Ultrasonic flowmeters are widely used in process and process
  • the known ultrasonic flowmeters often work after the Doppler or after the transit time difference principle.
  • running time difference principle the different maturities of ultrasonic pulses are evaluated relative to the flow direction of the liquid.
  • ultrasonic pulses are sent at a certain angle to the pipe axis both with and against the flow.
  • the runtime difference can be used to determine the flow velocity and, with a known diameter of the pipe section, the volume flow rate.
  • ultrasonic waves of a certain frequency are coupled into the liquid and the ultrasonic waves reflected by the liquid are evaluated. From the frequency shift between the coupled and reflected waves can also determine the flow rate of the liquid. Reflections in the liquid occur when air bubbles or
  • Piping be installed. Such systems are for. B. from EP 686 255 B1, US 4,484,478 or US 4,598,593.
  • a ultrasonic flowmeter that operates on the transit time difference principle is known from US 5,052,230.
  • the transit time is determined here by means of short ultrasonic pulses, so-called bursts.
  • a burst signal is a limited number of oscillations of predetermined frequencies, given duration and thus determined bandwidth.
  • the ultrasonic transducers normally consist of an electromechanical transducer element, e.g. a piezoelectric element, also called piezo for short, and a coupling layer, also known as a coupling wedge or a rare lead body.
  • the coupling layer is usually made of plastic, the piezoelectric element is in industrial process measurement usually from a
  • Piezoceramic In the piezoelectric element, the ultrasonic waves are generated and passed over the coupling layer to the pipe wall and passed from there into the liquid. Since the speeds of sound in liquids and plastics are different, the ultrasonic waves are refracted during the transition from one medium to another. The refraction angle is determined to a first approximation according to Snell 's Law. The angle of refraction is thus dependent on the ratio of the propagation velocities in the media. Between the piezoelectric element and the coupling layer, a further coupling layer may be arranged, a so-called adaptation layer.
  • adaptation layer Between the piezoelectric element and the coupling layer, a so-called adaptation layer.
  • Adaptation layer assumes the function of transmission of the
  • a measuring medium which are based on an ultrasonic measuring principle.
  • No. 6,481,268 shows such a measuring device with at least one ultrasonic transducer. The ultrasound signal emitted by the ultrasound transducer is reflected by particles in the measuring medium to the transducer and registered there as an echo.
  • One embodiment shows two
  • Another embodiment shows a single ultrasonic transducer with a coupling element, which is designed as a lens to focus the ultrasonic signal in the measuring tube. A measurement of the flow is not provided in this document.
  • Measuring tube determined with the Doppler measuring principle. Ultrasound signals are emitted in the form of waves, focused by an acoustic lens and reflected by particles in the measuring medium. Reflections are greatest in the immediate vicinity of the focus. From the frequency shift between the coupled and
  • US 5,533,408 discloses an ultrasonic flowmeter having a
  • each configured sensors are provided. Between the sensors of the two measuring principles is switched when exceeding or falling below a predetermined reading.
  • the object of the invention is to provide a simple ultrasonic flow measuring system with which the number of particles per
  • Volume unit and / or the particle size, from a predetermined order of magnitude, of particles in a measuring medium can be determined.
  • the object is achieved by an ultrasonic flow and particle measuring system, with a first ultrasonic transducer and at least one further, second
  • Ultrasonic transducer wherein the first ultrasonic transducer at least a first
  • Ultrasonic transducer element and at least a first coupling element, wherein the first ultrasonic transducer element in operation acoustic signals via the first coupling element can be emitted and received, which first and second
  • Ultrasonic transducers are arranged in a measuring tube for determining the flow over a transit time difference principle that propagate the acoustic signals along at least one signal path in the measuring tube between the first and the second ultrasonic transducer, for example at an angle less than 90 ° to the measuring tube axis, wherein at least the first coupling element is designed as an acoustic lens, and wherein the ultrasonic flow and particle measuring system has an evaluation unit, suitable for amplitude analysis of reflection signals of the reflected from the particles to the first ultrasonic transducer acoustic
  • the evaluation unit the amounts of the amplitudes of the reflection signals received from the first ultrasonic transducer can be determined, and wherein the evaluation unit, the number of amplitudes in a predetermined time interval are counted, which are greater than a predetermined threshold value.
  • the evaluation unit is suitable for detecting and evaluating amplitudes of signals of the acoustic reflection signals received by the first ultrasound transducer element, which reflection signals reflected back from particles in the measurement medium to the first ultrasound transducer, are acoustic signals emitted by the first ultrasound transducer. With the evaluation so the amplitudes of these, received by the first ultrasonic transducer, reflection signals are analyzed, at least their amounts which are greater than a predetermined threshold, can be determined and wherein at least their number in one
  • Threshold the particle sizes of the particles are determined in the medium. This is done via an assignment of the amplitude amounts to particle sizes. Thus, only particles of a given size can be determined. There is both one
  • Minimum size as well as a maximum size of the particles. If the particles are larger than the maximum size, they can no longer be differentiated in size.
  • the maximum size is essentially due to the focusing of the lens. From the number of amplitudes, which amplitudes are greater than a predetermined threshold, of the received reflection signals in a predetermined time interval, the particle concentration of particles of a predetermined
  • At least the first coupling element is designed as an acoustic lens
  • the first coupling element has a first contact surface, which contacts the measuring medium during operation, and at least one further, second contact surface, on which the first ultrasonic transducer element is arranged and fastened.
  • the first contact surface has, for example, a contour with an acoustically effective radius of curvature greater than 5 mm. In particular, this acoustically effective radius of curvature is greater than 10 mm. According to one embodiment, the acoustically effective radius of curvature is at most 150 mm, in particular at most 50 mm. The radius of curvature depends on the measuring tube diameter and / or the
  • Lenses are conventionally limited by at least one ellipsoidal surface or sphere.
  • a sphere has the same curvature everywhere, which is why lenses are definable over the curvature. The same applies to an ellipsoid.
  • Fresnel lenses are divided into a plurality of, for example, annular sections, which can be approximated by prisms in cross section through the Fresnel lens. Ideally, the annular sections of a Fresnel lens form a section of a
  • the acoustically effective radii of curvature and the focal lengths of a lens are linked together via the refractive indices. These in turn depend on the speed of sound in the measuring medium or in the coupling element.
  • Fresnel lens may be the small thickness of the lens compared to conventional lenses.
  • the first coupling element is designed to be very thin, as a result of which it can act as an adaptation layer between the measuring medium and the ultrasound transducer element, by detecting the impedances of both
  • Ultrasonic transducers are aligned with each other, and the lens of the first
  • Ultrasonic transducer is designed so that propagates an acoustic signal between the two ultrasonic transducers on at least a first signal path. Therefore, this inline ultrasonic flow and particle measuring system is suitable, the flow of the medium through the measuring tube by means of a
  • the diameter of the particles is based on a model concept. Actually, the reflective surface is crucial to the reflection signal. However, the particles are assumed to be spheres in the model. The particles are not larger
  • ⁇ ⁇ in particular they have a diameter not greater than 10 ⁇ , and the measuring medium is not cloudier than 100FNU, or the turbidity of the measuring medium is e.g. less than 10FNU. If the measurement signal is very dim, the acoustic signal may be absorbed and flow measurement is no longer possible. Therefore, only measuring media should be measured which are still clear to the human eye. Here is no highly accurate
  • Turbidity measurement needed can provide the already existing ultrasonic flowmeter, if it
  • the inventive method is the retrofitting of an existing ultrasonic flow measuring system with at least one first coupling element, which is designed as a lens.
  • first coupling element which is designed as a lens.
  • Invention is the height of the predetermined threshold in operation adjustable and / or when exceeding the predetermined threshold, an alarm can be output.
  • turbidity measurement system can with an inventive
  • the flow rate is determined by means of a transit time difference method. Since the amplitudes of the reflections on the particles are evaluated for the flow measurement and for the particle measurement, which are simultaneously or temporally offset from one another, without calculating a Doppler shift, the particles are also very slowly flowing, and theoretically also when the medium is stationary still measurable.
  • the particles Due to the focusing by means of the acoustic lens, the particles are determined only in a small volume of the flow of the measuring medium in the measuring tube.
  • This volume depends on the acoustically effective radius of curvature of the lens ROC, the speed of sound in the lens Ci_ens and in the measuring medium CMedium and the wavelength of the acoustic signal A M edium-
  • the volume can be assumed to be cylindrical, for example, and is then referred to as a focal tube.
  • Radius of the focal tube of 0.26 mm results in a volume 0.1 1 mm 3 .
  • Ultrasonic transducer element such as a piezoelectric element limited of course the acoustic signal across its direction of propagation at the moment of transmission.
  • the acoustic signals are reflected on the particles, which could also be referred to as the measurement volume.
  • the measurement volume In this volume, a very large proportion of the energy of the acoustic signal
  • the acoustic impedance of particles and measuring medium or the velocities of sound in their materials play a major role in the reflection. If the measuring medium and the particles have an identical acoustic impedance, no reflection results. The acoustic impedances must therefore be far enough apart that sufficient reflections result. With an increase or decrease of the threshold value, from which the amplitudes of the reflection signals are considered in more detail, it is thus also possible to adjust which type of particles should be taken into account.
  • Particle measuring a control unit such as a microprocessor, suitable for exciting the first ultrasonic transducer element for emitting an acoustic signal of a first form, in particular a first burst signal sequence, and suitable for excitation of the first ultrasonic transducer element for emitting an acoustic signal of a second form, in particular a second Burst signal sequence, which is different from the first form, in particular which first burst signal sequence is thus different from the second burst signal sequence.
  • burst signals are used for measuring transit time.
  • the same signals can be used for both flow and particle measurement, or, with simultaneous flow and particle measurement, the same signal.
  • the signals for flow measurement differ from those for particle measurement.
  • the differences may be in the number of individual bursts in the burst bursts and / or in the spacing of the individual bursts in the burst bursts and / or in the pulse shapes of the burst bursts be based on individual burst signals. With only a few bursts in a burst burst, the signal energy is lower than many bursts.
  • the ultrasonic flow and particle measuring system is further developed in this way.
  • the ratio of focal length of the acoustic lens in aqueous measuring media to a diameter of the measuring tube is at least 0.2. According to one embodiment of the solution, the ratio is between 0.4 and 0.6.
  • Ultrasonic transducers are mounted in the measuring tube. In order not to influence the flow too much, they protrude, if at all, only to a small extent into the flow
  • Measuring tube into it They have a fixed distance to each other, which with the
  • Diameter of the measuring tube correlated. Through the lens and its focus, the first acoustic is bundled; a first signal cone is modeled. In the signal propagation direction after focusing, the acoustic signal is fanned out again, it widens. This creates a second model
  • Focal point of the lens touched - it creates, in the model, a double cone. So that enough signal energy arrives at the second ultrasonic transducer, the ratio of the focal length of the acoustic lens to the distance between the two should
  • Ultrasonic transducers are not less than 0.2, in particular not less than 0.4, wherein the distance between the first and the second ultrasonic transducer is measured in particular between the medium-contacting surfaces.
  • Coupling element of the first ultrasonic transducer which as an acoustic lens
  • Coupling element made of a polymer, e.g. made of PEEK or PVC.
  • Ultrasonic transducer elements consist of e.g. from a piezoceramic.
  • a piezoceramic disk is glued to a first contact surface of the first coupling element as the first ultrasonic transducer element.
  • On a customarily arranged between the coupling element and the ultrasonic transducer element matching layer is omitted.
  • the piezoceramic disk is thus in direct contact with the coupling element, with only an adhesive layer in between.
  • liquid couplings e.g. conceivable with grease or high-viscosity oil instead of the glue.
  • Ultrasonic transducer element with a transmission frequency of at least 5 MHz excitable. Most ultrasonic transducer elements are excited at a certain resonant frequency. They have a relatively narrow usable frequency range. Therefore, the reception frequency is usually in an area around the
  • An advantage of a high transmission frequency are the small wavelengths of the resulting acoustic signal which increases the resolution during the particle measurement - small particles are registered, since these also reflect back an echo.
  • the measuring tube has an approximately circular cross section, with a diameter of at least 20 mm, in particular at least 30 mm. At the most it is
  • Measuring tube diameter for example 150mm or e.g. even only 120mm.
  • Ultrasonic transducers in particular their lenses, are selected accordingly.
  • the object underlying the invention is further achieved by a
  • Ultrasonic transducer and at least one further, second ultrasonic transducer which are arranged in a measuring tube so that the acoustic signals along at least one signal path in the measuring tube between the first
  • acoustic signals from the first ultrasonic transducer both for determining the flow of the measured medium through the measuring tube by means of a transit time difference measurement, as well as for detecting particles in the measuring medium by means of an amplitude analysis of reflection signals of the particles to the first ultrasonic transducer reflected acoustic Signals, ie the reflections of the acoustic signal to the particles, are generated.
  • the acoustic signals generated by the first ultrasonic transducer are focused according to the invention via an acoustic lens.
  • the acoustic lens has at least one focal point, which lies in a volume in the measuring tube. Acoustic signals are modeled along a straight signal path. In reality, their spread depends on many factors and is e.g. lobar.
  • the particle sizes of the particles in the measuring medium at which these reflection signals were reflected are determined from the amplitudes of the received reflection signals, which are greater than a predefined threshold value.
  • the particle size is thus determined by the amount of the received amplitude of the reflection signal, or otherwise called the echo.
  • an alarm is output, when a predetermined threshold value and / or alarm is exceeded when exceeding a predetermined number of particles greater than a predetermined threshold value in a predetermined time interval.
  • the height of the predetermined threshold value is adaptable in operation, e.g. by the user or it is automatically adjusted depending on process parameters such as e.g. the
  • Measuring medium and the particles contained in the medium in particular their acoustic impedance compared to the acoustic impedance of
  • Reflection signals in a given time interval ie from their
  • the particle concentration is determined in the measuring medium.
  • Ultrasonic transducer element provides a voltage signal, which in one
  • the first ultrasonic transducer element also picks up noise which is referred to as noise in the voltage signal. If a threshold value analysis of the signal is now carried out, only those values are processed further and thus recognized as particles which are above this predetermined threshold value. These amplitudes or peaks are counted on the one hand and thus closed on the frequency of particles and on the other hand on the amount determines the particle size.
  • a further development of the invention provides that the first ultrasonic transducer is excited to a first burst signal sequence for transit time difference measurement and is excited to particle measurement to a second burst signal sequence, wherein the first burst signal sequence is different from the second burst signal sequence.
  • Runtime difference measurement and the particle measurement can be used. In principle, both measurements can also be carried out in parallel with the same signal.
  • Ultrasonic transducer excited to a transmission frequency greater than 5 MHz.
  • Transmitting frequency may also be higher than 10 MHz, e.g. also 20 MHz. As for the
  • the invention will be explained in more detail with reference to the following figures, in each of which an embodiment is shown. Identical elements are provided in the figures with the same reference numerals.
  • Fig. 1 shows an inventive ultrasonic flow and particle measuring system
  • Fig. 2 shows an ultrasonic transducer of an ultrasonic flow and particle measuring system according to the invention.
  • Fig. 1 inventive ultrasonic flow and particle measuring system 1 is shown schematically.
  • the central axis through both ultrasonic transducers 2, 3 is intended to model a signal path
  • Both ultrasonic transducers 2, 3 each have an acoustic lens 10 here. By this ultrasonic signals between the two ultrasonic transducers 2, 3 are focused in the measuring tube 8. In the following, only the first ultrasonic transducer 2 will be considered in more detail. In this exemplary embodiment, both ultrasonic transducers 2, 3 are configured identically, so that the statements apply to both ultrasonic transducers 2, 3. However, only the first ultrasonic transducer 2 may be equipped with an acoustic lens 10.
  • the focal point of the acoustic lens 10 of the first ultrasonic transducer 2 is in the volume for particle measurement 11.
  • This volume 1 1 results from the focusing of the lens. It is here drawn in a rotationally symmetrical manner about the signal path 9 and in the illustrated cross-section substantially elliptical. In this
  • Volumes become particles through reflections of the acoustic signal to the
  • Particle measuring system 1 can be used to measure flow in parallel or sequentially and to count particles; united in a measuring device.
  • the structure is not significantly different from a conventional ultrasonic flowmeter. Therefore, it is inexpensive to manufacture. Due to the simple amplitude analysis, the particles can be registered for flow measurement without much extra effort.
  • a proper use of the ultrasonic flow and particle measuring system according to the invention is e.g. in a piping system
  • Fig. 2 illustrates the structure of a first invention
  • Ultrasonic transducer 2 This comprises a first ultrasonic transducer element 4, e.g. a high-frequency piezoceramic.
  • This ultrasonic transducer element 4 can convert both electrical signals into mechanical vibrations and thus into acoustic signals, as well as acoustic signals in electrical. It thus acts as a sensor and as an actuator.
  • the ultrasonic transducer element 4 transmits and receives acoustic signals via a first coupling element, which is designed as an acoustic lens 10.
  • the coupling element or the acoustic lens 10 has a plurality of surfaces, a first contact surface 6, which contacts the measuring medium in the measuring tube during operation and a second contact surface 7, which is in contact with the ultrasound transducer element 4.
  • the ultrasonic transducer element 4 is glued directly to the second contact surface 7 of the acoustic lens 10, without another
  • the ultrasonic transducer element 4 is connected via two cables 13 and a plug-in connection 14 with a transmitter, not shown.
  • a so-called backing may be provided, a vibration damper, which is connected directly to the ultrasonic transducer element 4.
  • the lens 10 is here designed as a plano-concave lens, with a first contact surface 6, which has a predetermined radius of curvature, here for example 14 mm, and a flat second contact surface 7. Similarly, the lens 10 could be considered
  • Fresnel lens be configured with a, having a contour, so a contoured first contact surface 6, which has a similar acoustically effective radius of curvature.
  • a Fresnel lens is in several segments or
  • the step height of a Fresnel lens is given, for example, by ⁇ * ⁇ / 2, where ⁇ is the wavelength of the acoustic signal in the coupling element and n is a natural number.

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Abstract

The invention relates to an ultrasonic flow and particle measuring system (1), comprising a first ultrasonic transducer (2) and at least one further, second ultrasonic transducer (3), wherein the first ultrasonic transducer comprises at least one first ultrasonic transducer element (4) and at least one first coupling element (5), wherein acoustic signals can be emitted and received by the first ultrasonic transducer element (4) during operation via the first coupling element (5). The first and second ultrasonic transducers (2, 3) are arranged in a measuring tube (8) for determining the flow such that the acoustic signals propagate along at least one signal path (9) in the measuring tube (8) between the first and the second ultrasonic transducers (3), wherein at least the first coupling element (5) is designed as an acoustic lens. The ultrasonic flow and particle measuring system (1) comprises an evaluation unit, which is suited to analyze the amplitude of reflection signals of acoustic signals reflected by particles to the first ultrasonic transducer (2), wherein in a predetermined time interval a number of amplitudes of the reflection signals can be counted using the evaluation unit, which are greater than a predetermined threshold value. The invention further relates to a method for determining the flow of a measuring medium through a measuring tube (8) and for detecting particles in the measuring medium using an ultrasonic flow and particle measuring system (1) according to the invention.

Description

Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem  Ultrasonic flow and particle measuring system
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystenn, mit einem ersten Ultraschallwandler und zumindest einem weiteren, zweiten The present invention relates to an ultrasonic flow and Partikelmesssystenn, with a first ultrasonic transducer and at least one further, second
Ultraschallwandler, wobei der erste Ultraschallwandler zumindest ein erstes Ultrasonic transducer, wherein the first ultrasonic transducer at least a first
Ultraschallwandlerelement und zumindest ein erstes Koppelelement aufweist, wobei vom ersten Ultraschallwandlerelement im Betrieb akustische Signale über das erste Koppelelement aussendbar und empfangbar sind, welcher erste und zweite  Ultrasonic transducer element and at least a first coupling element, wherein the first ultrasonic transducer element in operation acoustic signals via the first coupling element can be emitted and received, which first and second
Ultraschallwandler in einem Messrohr zur Ermittlung des Durchflusses über ein Laufzeitdifferenzprinzip so angeordnet sind, dass sich die akustischen Signale entlang zumindest eines Signalpfads im Messrohr zwischen dem ersten und dem zweiten Ultraschallwandler ausbreiten. Ultrasonic transducers are arranged in a measuring tube for determining the flow over a transit time difference principle so that propagate the acoustic signals along at least one signal path in the measuring tube between the first and the second ultrasonic transducer.
Ultraschall-Durchflussmessgeräte werden vielfach in der Prozess- und Ultrasonic flowmeters are widely used in process and process
Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie erlauben in einfacher Weise, den Automation technology used. They allow in a simple way, the
Volumendurchfluss und/oder Massendurchfluss in einer Rohrleitung zu bestimmen.  Determine volume flow and / or mass flow in a pipeline.
Die bekannten Ultraschall-Durchflussmessgeräte arbeiten häufig nach dem Doppleroder nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip. Beim Laufzeitdifferenz-Prinzip werden die unterschiedlichen Laufzeiten von Ultraschallimpulsen relativ zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausgewertet. Hierzu werden Ultraschallimpulse in einem bestimmten Winkel zur Rohrachse sowohl mit als auch entgegen der Strömung gesendet. Aus der Laufzeitdifferenz lässt sich die Fließgeschwindigkeit und damit bei bekanntem Durchmesser des Rohrleitungsabschnitts der Volumendurchfluss bestimmen. The known ultrasonic flowmeters often work after the Doppler or after the transit time difference principle. When running time difference principle, the different maturities of ultrasonic pulses are evaluated relative to the flow direction of the liquid. For this purpose, ultrasonic pulses are sent at a certain angle to the pipe axis both with and against the flow. The runtime difference can be used to determine the flow velocity and, with a known diameter of the pipe section, the volume flow rate.
Beim Doppler-Prinzip werden Ultraschallwellen mit einer bestimmten Frequenz in die Flüssigkeit eingekoppelt und die von der Flüssigkeit reflektierten Ultraschallwellen ausgewertet. Aus der Frequenzverschiebung zwischen den eingekoppelten und reflektierten Wellen lässt sich ebenfalls die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit bestimmen. Reflexionen in der Flüssigkeit treten auf, wenn Luftbläschen oder In the Doppler principle, ultrasonic waves of a certain frequency are coupled into the liquid and the ultrasonic waves reflected by the liquid are evaluated. From the frequency shift between the coupled and reflected waves can also determine the flow rate of the liquid. Reflections in the liquid occur when air bubbles or
Verunreinigungen in dieser vorhanden sind, so dass dieses Prinzip hauptsächlich bei verunreinigten Flüssigkeiten Verwendung findet. Die Ultraschallwellen werden mit Hilfe so genannter Ultraschallwandler erzeugt bzw. empfangen. Hierfür sind Ultraschallwandler in der Rohrwandung des betreffenden Rohrleitungsabschnitts fest angebracht. Seit neuerem sind auch Clamp-on- Ultraschall-Durchflussmesssysteme erhältlich. Bei diesen Systemen werden die Ultraschallwandler nur noch mit einem Spannverschluss an die Rohrwandung gepresst. Ein großer Vorteil von Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmesssystemen ist, dass sie das Messmedium nicht berühren und auf eine bereits bestehende Contaminants are present in this, so this principle is mainly used in contaminated liquids use. The ultrasonic waves are generated or received with the help of so-called ultrasonic transducers. For this purpose, ultrasonic transducers are firmly mounted in the pipe wall of the respective pipe section. More recently, clamp-on ultrasonic flow measurement systems have become available. In these systems, the ultrasonic transducers are pressed against the pipe wall only with a tension lock. A big advantage of clamp-on ultrasonic flow measuring systems is that they do not touch the measuring medium and on an existing one
Rohrleitung angebracht werden. Derartige Systeme sind z. B. aus der EP 686 255 B1 , US 4,484,478 oder US 4,598,593 bekannt. Piping be installed. Such systems are for. B. from EP 686 255 B1, US 4,484,478 or US 4,598,593.
Ein weiteres Ultraschall-Durchflussmessgerät, das nach dem Laufzeitdifferenz- Prinzip arbeitet, ist aus der US 5,052,230 bekannt. Die Laufzeit wird hier mittels kurzen Ultraschallimpulsen, so genannten Bursts, ermittelt. Ein Burst-Signal ist eine begrenzte Anzahl von Schwingungen vorgegebener Frequenzen, vorgegebener Dauer und damit bestimmter Bandbreite. Another ultrasonic flowmeter that operates on the transit time difference principle is known from US 5,052,230. The transit time is determined here by means of short ultrasonic pulses, so-called bursts. A burst signal is a limited number of oscillations of predetermined frequencies, given duration and thus determined bandwidth.
Die Ultraschallwandler bestehen normalerweise aus einem elektromechanischen Wandlerelement, z.B. ein piezoelektrisches Element, auch kurz Piezo genannt, und einer Koppelschicht, auch Koppelkeil oder seltener Vorlaufkörper genannt. Die Koppelschicht ist dabei meist aus Kunststoff gefertigt, das piezoelektrische Element besteht in der industriellen Prozessmesstechnik üblicherweise aus einer The ultrasonic transducers normally consist of an electromechanical transducer element, e.g. a piezoelectric element, also called piezo for short, and a coupling layer, also known as a coupling wedge or a rare lead body. The coupling layer is usually made of plastic, the piezoelectric element is in industrial process measurement usually from a
Piezokeramik. Im piezoelektrischen Element werden die Ultraschallwellen erzeugt und über die Koppelschicht zur Rohrwandung geführt und von dort in die Flüssigkeit geleitet. Da die Schallgeschwindigkeiten in Flüssigkeiten und Kunststoffen unterschiedlich sind, werden die Ultraschallwellen beim Übergang von einem zum anderen Medium gebrochen. Der Brechungswinkel bestimmt sich in erster Näherung nach dem Snell 'sehen Gesetz. Der Brechungswinkel ist somit abhängig von dem Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den Medien. Zwischen dem piezoelektrischen Element und der Koppelschicht kann eine weitere Koppelschicht angeordnet sein, eine so genannte Anpassungsschicht. Die Piezoceramic. In the piezoelectric element, the ultrasonic waves are generated and passed over the coupling layer to the pipe wall and passed from there into the liquid. Since the speeds of sound in liquids and plastics are different, the ultrasonic waves are refracted during the transition from one medium to another. The refraction angle is determined to a first approximation according to Snell 's Law. The angle of refraction is thus dependent on the ratio of the propagation velocities in the media. Between the piezoelectric element and the coupling layer, a further coupling layer may be arranged, a so-called adaptation layer. The
Anpassungsschicht übernimmt dabei die Funktion der Transmission des Adaptation layer assumes the function of transmission of the
Ultraschallsignals und gleichzeitig die Reduktion einer durch unterschiedliche akustische Impedanzen verursachte Reflektion an Grenzschichten zwischen zwei Materialen. Ultrasonic signal and at the same time the reduction of one by different acoustic impedances caused reflection at interfaces between two materials.
Nun sind auch Verfahren und Messgeräte zu Ermittlung von Konzentration und/oder Größe von Partikeln in einem Fluid als Messmedium bekannt geworden, welche auf einem Ultraschall-Messprinzip beruhen. Die US 6,481 ,268 zeigt eben ein solches Messgerät mit zumindest einem Ultraschallwandler. Das vom Ultraschallwandler ausgesandte Ultraschallsignal wird von Partikeln im Messmedium zu dem Wandler reflektiert und dort als Echo registriert. Eine Ausgestaltung zeigt zwei sich Now also methods and measuring devices for determining the concentration and / or size of particles in a fluid have become known as a measuring medium, which are based on an ultrasonic measuring principle. No. 6,481,268 shows such a measuring device with at least one ultrasonic transducer. The ultrasound signal emitted by the ultrasound transducer is reflected by particles in the measuring medium to the transducer and registered there as an echo. One embodiment shows two
gegenüberstehende Ultraschallwandler an einem Messrohr, welche die opposed ultrasonic transducer on a measuring tube, which the
Ultraschallsignale im Wesentlichen senkrecht zur Messrohrachse senden und/oder empfangen. Eine weitere Ausgestaltung zeigt einen einzelnen Ultraschallwandler mit einem Koppelelement, welches als Linse ausgestaltet ist, um das Ultraschallsignal im Messrohr zu fokussieren. Eine Messung des Durchflusses ist in diesem Dokument nicht vorgesehen.  Transmit and / or receive ultrasonic signals substantially perpendicular to the measuring tube axis. Another embodiment shows a single ultrasonic transducer with a coupling element, which is designed as a lens to focus the ultrasonic signal in the measuring tube. A measurement of the flow is not provided in this document.
In einer weiteren Patentschrift des Stands der Technik, der US 5,251 ,490 ist ein Ultraschall-Durchflussmessgerät gezeigt, welches den Durchfluss durch ein In another prior art patent, US 5,251,490, there is shown an ultrasonic flowmeter which monitors flow through a flow meter
Messrohr mit dem Doppler-Messprinzip ermittelt. Ultraschallsignale werden in Form von Wellen ausgesandt, von einer akustischen Linse fokussiert und an Partikeln im Messmedium reflektiert. Die Reflektionen sind am größten im direkten Umfeld des Fokus'. Aus der Frequenzverschiebung zwischen den eingekoppelten und Measuring tube determined with the Doppler measuring principle. Ultrasound signals are emitted in the form of waves, focused by an acoustic lens and reflected by particles in the measuring medium. Reflections are greatest in the immediate vicinity of the focus. From the frequency shift between the coupled and
reflektierten Wellen wird die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit bestimmt. Die US 5,533,408 offenbart ein Ultraschall-Durchflussmessgerät mit einer reflected waves, the flow velocity of the liquid is determined. US 5,533,408 discloses an ultrasonic flowmeter having a
Kombination aus Laufzeitdifferenz-Prinzip und Doppler-Prinzip. Dazu sind jedoch jeweils dafür ausgestaltete Sensoren bereitgestellt. Zwischen den Sensoren der beiden Messprinzipien wird bei über- bzw. unterschreiten eines vorgegebenen Messwerts umgeschaltet.  Combination of transit time difference principle and Doppler principle. For this, however, each configured sensors are provided. Between the sensors of the two measuring principles is switched when exceeding or falling below a predetermined reading.
In der WO 03/102512 A1 wir ein Verfahren vorgeschlagen zur In WO 03/102512 A1 we proposed a method for
Laufzeitdifferenzmessung eines strömenden Fluids, wobei zusätzlich die Reflexionen des Ultraschallsignals an Partikeln im Fluid ermittelt werden, um daraus die Konzentration der Partikel zu ermitteln. Dazu werden zwei Ultraschallwandler in der üblichen Anordnung für eine Laufzeitdifferenzmessung vorgeschlagen, wobei zumindest einer dieser Ultraschallwandler so schnell von einem Sendezustand zu einem Empfangszustand umschaltbar ist, dass er die Reflexionen seines Duration difference measurement of a flowing fluid, wherein additionally the reflections of the ultrasonic signal to particles in the fluid are determined, to derive the Determine the concentration of the particles. For this purpose, two ultrasonic transducers are proposed in the usual arrangement for a transit time difference measurement, wherein at least one of these ultrasonic transducers is so quickly switched from a transmitting state to a receiving state that he knows the reflections of his
ausgesandten Signals an den Partikeln im Fluid empfangen kann oder es sind zusätzliche Ultraschallwandler vorgesehen, welche so angeordnet sind, dass sie die Reflexionen empfangen können. Zur Ermittlung der Konzentration und der Größe der Partikel im Messmedium wird vorgeschlagen, die Doppler-Verschiebung der sich bewegenden Partikel auszuwerten. Eine Messung in stehendem Messmedium ist somit nicht möglich. can receive received signal to the particles in the fluid or additional ultrasonic transducers are provided, which are arranged so that they can receive the reflections. To determine the concentration and the size of the particles in the measurement medium, it is proposed to evaluate the Doppler shift of the moving particles. A measurement in stationary medium is therefore not possible.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches Ultraschall- Durchflussmesssystem bereit zu stellen, mit welchem die Partikelanzahl pro The object of the invention is to provide a simple ultrasonic flow measuring system with which the number of particles per
Volumeneinheit und/oder die Partikelgröße, ab einer vorgegebenen Größenordnung, von Partikeln in einem Messmedium ermittelbar sind. Volume unit and / or the particle size, from a predetermined order of magnitude, of particles in a measuring medium can be determined.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem, mit einem ersten Ultraschallwandler und zumindest einem weiteren, zweiten The object is achieved by an ultrasonic flow and particle measuring system, with a first ultrasonic transducer and at least one further, second
Ultraschallwandler, wobei der erste Ultraschallwandler zumindest ein erstes Ultrasonic transducer, wherein the first ultrasonic transducer at least a first
Ultraschallwandlerelement und zumindest ein erstes Koppelelement aufweist, wobei vom ersten Ultraschallwandlerelement im Betrieb akustische Signale über das erste Koppelelement aussendbar und empfangbar sind, welcher erste und zweite Ultrasonic transducer element and at least a first coupling element, wherein the first ultrasonic transducer element in operation acoustic signals via the first coupling element can be emitted and received, which first and second
Ultraschallwandler in einem Messrohr zur Ermittlung des Durchflusses über ein Laufzeitdifferenzprinzip so angeordnet sind, dass sich die akustischen Signale entlang zumindest eines Signalpfads im Messrohr zwischen dem ersten und dem zweiten Ultraschallwandler ausbreiten, beispielsweise unter einem Winkel kleiner 90° zur Messrohrachse, wobei zumindest das erste Koppelelement als akustische Linse ausgestaltet ist, und wobei das Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem eine Auswerteeinheit aufweist, geeignet zur Amplitudenanalyse von Reflexionssignalen der von den Partikeln zum ersten Ultraschallwandler reflektierten akustischen Ultrasonic transducers are arranged in a measuring tube for determining the flow over a transit time difference principle that propagate the acoustic signals along at least one signal path in the measuring tube between the first and the second ultrasonic transducer, for example at an angle less than 90 ° to the measuring tube axis, wherein at least the first coupling element is designed as an acoustic lens, and wherein the ultrasonic flow and particle measuring system has an evaluation unit, suitable for amplitude analysis of reflection signals of the reflected from the particles to the first ultrasonic transducer acoustic
Signalen, wobei mit der Auswerteeinheit die Beträge der Amplituden der vom ersten Ultraschallwandler empfangenen Reflexionssignale ermittelbar sind und wobei mit der Auswerteinheit die Anzahl der Amplituden in einem vorgegebenen zeitlichen Intervall zählbar sind, welche größer sind als ein vorgegebener Schwellwert. Signals, wherein the evaluation unit, the amounts of the amplitudes of the reflection signals received from the first ultrasonic transducer can be determined, and wherein the evaluation unit, the number of amplitudes in a predetermined time interval are counted, which are greater than a predetermined threshold value.
Die Auswerteeinheit ist geeignet zur Erfassung und zur Auswertung von Amplituden von Signalen der vom ersten Ultraschallwandlerelement empfangenen akustischen Reflexionssignale, welche Reflexionssignale von Partikeln im Messmedium zum ersten Ultraschallwandler zurück reflektierte, vom ersten Ultraschallwandler ausgesandte akustische Signale sind. Mit der Auswerteeinheit werden also die Amplituden dieser, vom ersten Ultraschallwandler empfangenen, Reflexionssignale analysiert, wobei zumindest deren Beträge, welche größer sind als ein vorgegebener Schwellwert, ermittelbar sind und wobei zumindest deren Anzahl in einem The evaluation unit is suitable for detecting and evaluating amplitudes of signals of the acoustic reflection signals received by the first ultrasound transducer element, which reflection signals reflected back from particles in the measurement medium to the first ultrasound transducer, are acoustic signals emitted by the first ultrasound transducer. With the evaluation so the amplitudes of these, received by the first ultrasonic transducer, reflection signals are analyzed, at least their amounts which are greater than a predetermined threshold, can be determined and wherein at least their number in one
vorgegebenen zeitlichen Intervall zählbar sind. Aus den Amplituden der predetermined time interval are counted. From the amplitudes of
empfangenen Reflexionssignale, welche größer sind als ein vorgegebener received reflection signals which are greater than a predetermined
Schwellwert, werden die Partikelgrößen der Partikel im Messmedium ermittelt. Dies erfolgt über eine Zuordnung der Amplitudenbeträge zu Partikelgrößen. Somit sind nur Partikel einer vorgegebenen Größe ermittelbar. Es gibt sowohl eine Threshold, the particle sizes of the particles are determined in the medium. This is done via an assignment of the amplitude amounts to particle sizes. Thus, only particles of a given size can be determined. There is both one
Mindestgröße, als auch eine maximale Größe der Partikel. Sind die Partikel größer als die maximale Größe können diese nicht mehr in ihrer Größe differenziert werden. Die maximale Größe ergibt sich im Wesentlichen durch die Fokussierung der Linse. Aus der Anzahl der Amplituden, welche Amplituden größer sind als ein vorgegebener Schwellwert, der empfangenen Reflexionssignale in einem vorgegebenen zeitlichen Intervall, wird die Partikelkonzentration von Partikeln einer vorgegebenen Minimum size, as well as a maximum size of the particles. If the particles are larger than the maximum size, they can no longer be differentiated in size. The maximum size is essentially due to the focusing of the lens. From the number of amplitudes, which amplitudes are greater than a predetermined threshold, of the received reflection signals in a predetermined time interval, the particle concentration of particles of a predetermined
Mindestgröße in dem Messmedium ermittelt. Zumindest das erste Koppelelement ist als akustische Linse ausgestaltet, Minimum size determined in the measuring medium. At least the first coupling element is designed as an acoustic lens,
beispielsweise als plankonkave akustische Linse oder als akustische Fresnel-Linse. Das erste Koppelelement weist eine erste Kontaktfläche auf, welche im Betrieb das Messmedium kontaktiert, und zumindest eine weitere, zweite Kontaktfläche, auf welcher das erste Ultraschallwandlerelement angeordnet und befestigt ist. Die erste Kontaktfläche weist beispielsweise eine Kontur mit einem akustisch wirksamen Krümmungsradius größer 5 mm auf. Insbesondere ist dieser akustisch wirksame Krümmungsradius größer 10 mm. Gemäß einer Ausführung beträgt der akustisch wirksame Krümmungsradius höchstens 150 mm, insbesondere höchstens 50 mm. Der Krümmungsradius ist abhängig vom Messrohrdurchmesser und/oder dem for example, as a plano-concave acoustic lens or as an acoustic Fresnel lens. The first coupling element has a first contact surface, which contacts the measuring medium during operation, and at least one further, second contact surface, on which the first ultrasonic transducer element is arranged and fastened. The first contact surface has, for example, a contour with an acoustically effective radius of curvature greater than 5 mm. In particular, this acoustically effective radius of curvature is greater than 10 mm. According to one embodiment, the acoustically effective radius of curvature is at most 150 mm, in particular at most 50 mm. The radius of curvature depends on the measuring tube diameter and / or the
Abstand der beiden Ultraschallwandler zueinander und vom Werkstoff des ersten Koppelelements sowie der chemischen Zusammensetzung und den physikalischen Eigenschaften des Messmediums, da insbesondere die Ausbreitungsgeschwindigkeit des akustischen Signals abhängig ist von dem Stoff, in welchem sich das akustische Signal ausbreitet. Distance between the two ultrasonic transducers to each other and the material of the first coupling element and the chemical composition and the physical properties of the measured medium, since in particular the propagation velocity of the acoustic signal is dependent on the substance in which the acoustic signal propagates.
Linsen sind herkömmlicherweise durch mindestens eine ellipsoide Fläche oder eine Kugelfläche begrenzt. Eine Kugel weist überall die gleiche Krümmung auf, weshalb Linsen über die Krümmung definierbar sind. Ähnliches gilt für einen Ellipsoid. Eine Ausnahme bilden beispielsweise die Fresnel-Linsen. Fresnel-Linsen sind in mehrere, beispielsweise ringförmige Abschnitte aufgeteilt, welche im Querschnitt durch die Fresnel-Linse durch Prismen angenähert werden können. Idealerweise bilden die ringförmigen Abschnitte einer Fresnel-Linse einen Ausschnitt aus einer Lenses are conventionally limited by at least one ellipsoidal surface or sphere. A sphere has the same curvature everywhere, which is why lenses are definable over the curvature. The same applies to an ellipsoid. One exception is, for example, the Fresnel lenses. Fresnel lenses are divided into a plurality of, for example, annular sections, which can be approximated by prisms in cross section through the Fresnel lens. Ideally, the annular sections of a Fresnel lens form a section of a
herkömmlichen Linse mit einem vorgegebenen Krümmungsradius. Dieser ist dann vorteilhaft gleich dem akustisch wirksamen Krümmungsradius. conventional lens with a predetermined radius of curvature. This is then advantageously equal to the acoustically effective radius of curvature.
Natürlich sind die akustisch wirksamen Krümmungsradien und die Brennweiten einer Linse über die Brechzahlen miteinander verknüpft. Diese hängen wiederum ab von den Schallgeschwindigkeiten im Messmedium bzw. im Koppelelement. Of course, the acoustically effective radii of curvature and the focal lengths of a lens are linked together via the refractive indices. These in turn depend on the speed of sound in the measuring medium or in the coupling element.
Ein Vorteil einer Fresnel-Linse kann die geringe Dicke der Linse im Vergleich zu herkömmlichen Linsen sein. Dadurch ist das erste Koppelelement sehr dünn auszugestalten, wodurch es als Anpassungsschicht zwischen Messmedium und Ultraschallwandlerelement wirken kann, indem es die Impedanzen beider An advantage of a Fresnel lens may be the small thickness of the lens compared to conventional lenses. As a result, the first coupling element is designed to be very thin, as a result of which it can act as an adaptation layer between the measuring medium and the ultrasound transducer element, by detecting the impedances of both
Kontaktpartner einander anpasst. Ein anderer Vorteil ergibt sich durch eine spezielle Ausgestaltung der Fresnel-Linse. Sie weist einzelne Stufen mit einer jeweiligen Höhe auf, welche jeweils näherungsweise η*λ/2 betragen, mit n einer natürlichen Zahl und λ der Wellenlänge des akustischen Signals in der Linse. Die Linse ist also quasi als λ/2-Anpassungsschicht ausgeführt, was eine verbesserte Transmission des akustischen Signals im Vergleich zu einer herkömmlichen Linse nach sich führt. Sowohl der erste Ultraschallwandler als auch der zweite Ultraschallwandler können in dem Messrohr befestigt sein, wobei die Koppelelemente der Ultraschallwandler dann das Messmedium im Betrieb berühren. Es handelt sich daher um ein so genanntes Inline-Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem. Beide Contact partner adapts each other. Another advantage results from a special embodiment of the Fresnel lens. It has individual steps of a respective height, each approximately η * λ / 2, with n being a natural number and λ being the wavelength of the acoustic signal in the lens. The lens is thus designed as a kind of λ / 2 matching layer, which results in an improved transmission of the acoustic signal compared to a conventional lens. Both the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer can be fixed in the measuring tube, wherein the coupling elements of the ultrasonic transducer then touch the measuring medium during operation. It is therefore a so-called inline ultrasonic flow and particle measuring system. Both
Ultraschallwandler sind so zueinander ausgerichtet, und die Linse des ersten Ultrasonic transducers are aligned with each other, and the lens of the first
Ultraschallwandlers ist so ausgestaltet, dass sich ein akustisches Signal zwischen beiden Ultraschallwandler auf zumindest einem ersten Signalpfad ausbreitet. Daher ist dieses Inline-Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem geeignet, den Durchfluss des Messmediums durch das Messrohr mittels eines Ultrasonic transducer is designed so that propagates an acoustic signal between the two ultrasonic transducers on at least a first signal path. Therefore, this inline ultrasonic flow and particle measuring system is suitable, the flow of the medium through the measuring tube by means of a
Laufzeitdifferenzverfahrens zu ermitteln. Determine transit time difference method.
Verwendet wird ein erfindungsgemäßes Ultraschall-Durchfluss und Used is an inventive ultrasonic flow and
Partikelmesssystem insbesondere in einer Anlage der Prozessindustrie, Particle measuring system, in particular in a plant of the process industry,
insbesondere in einem Rohrleitungssystem hinter einem Partikelfilter, zur in particular in a pipeline system behind a particle filter, for
Überwachung der Funktion des Filters, z.B. zur Diagnose, ob z.B. kleine Lecks vorliegen oder wie hoch die Durchlässigkeit des Filters für Partikel ab einer bestimmten Größe, z.B. ab einem Durchmesser von 1 μηη, ist. Den Durchmesser der Partikel heranzuziehen basiert auf einer Modellvorstellung. Eigentlich ist die reflektierende Fläche für das Reflexionssignal ausschlaggebend. Jedoch werden die Partikel im Modell als Kugeln angenommen. Dabei sind die Partikel nicht größerMonitoring the function of the filter, e.g. for diagnosis, whether e.g. there are small leaks or how high the permeability of the filter is for particles of a certain size, e.g. from a diameter of 1 μηη, is. The diameter of the particles is based on a model concept. Actually, the reflective surface is crucial to the reflection signal. However, the particles are assumed to be spheres in the model. The particles are not larger
Ι ΟΟμηη, insbesondere weisen sie einen Durchmesser nicht größer 10μηη auf, und das Messmedium nicht trüber als 100FNU, oder die Trübung des Messmediums ist z.B. kleiner 10FNU. Bei einem sehr trüben Messsignal würde das akustische Signal möglicherweise absorbiert werden, und eine Durchflussmessung ist nicht mehr möglich. Daher sollten nur Messmedien gemessen werden, welche für das menschliche Auge noch klar erscheinen. Hier wird keine hochgenaue Ι ΟΟμηη, in particular they have a diameter not greater than 10μηη, and the measuring medium is not cloudier than 100FNU, or the turbidity of the measuring medium is e.g. less than 10FNU. If the measurement signal is very dim, the acoustic signal may be absorbed and flow measurement is no longer possible. Therefore, only measuring media should be measured which are still clear to the human eye. Here is no highly accurate
Trübungsmessung benötigt. Einen ersten Hinweis auf eine Fehlfunktion kann das ohnehin vorhandene Ultraschall-Durchflussmesssystem liefern, wenn es Turbidity measurement needed. A first indication of a malfunction can provide the already existing ultrasonic flowmeter, if it
erfindungsgemäß ausgestaltet und/oder nachgerüstet ist. Ein weiteres designed according to the invention and / or retrofitted. Another one
erfindungsgemäßes Verfahren ist die Nachrüstung eines bereits vorhandenen Ultraschall-Durchflussmesssystems mit zumindest einem ersten Koppelelement, welches als Linse ausgestaltet ist. Es kann dabei ein kompletter Ultraschallwandler ohne Linse mit einem erfindungsgemäßen ersten Ultraschallwandler ersetzt werden, oder das Koppelelement wird ausgetauscht. In weiteren Ausgestaltungen der The inventive method is the retrofitting of an existing ultrasonic flow measuring system with at least one first coupling element, which is designed as a lens. In this case, it is possible to replace a complete ultrasound transducer without a lens with a first ultrasound transducer according to the invention, or the coupling element is replaced. In further embodiments of the
Erfindung ist die Höhe des vorgegebenen Schwellwerts im Betrieb anpassbar und/oder bei Überschreiten des vorgegebenen Schwellwerts ist ein Alarm ausgebbar. Im Unterschied zu Trübungsmesssystem kann mit einem erfindungsgemäßen Invention is the height of the predetermined threshold in operation adjustable and / or when exceeding the predetermined threshold, an alarm can be output. In contrast to turbidity measurement system can with an inventive
Ultraschall-Durchfluss und Partikelmesssystem nicht die Trübung des Messmediums nach einem der vorgegebenen Standards zur Trübungsmessung ermittelt werden, sondern lediglich, wie bereits beschrieben, die Häufigkeit von im Messmedium auftretenden Partikeln ab einer bestimmten Größe. Es handelt sich also mehr um einen Partikelzähler als um ein Trübungsmessgerät. Der Durchfluss wird mittels eines Laufzeitdifferenzverfahrens ermittelt. Da für die Durchflussmessung und für die Partikelmessung, welche gleichzeitig oder zeitlich zueinander versetzt durchführbar sind, die Amplituden der Reflexionen an den Partikeln ausgewertet werden, ohne eine Doppler-Verschiebung zu berechnen, sind die Partikel auch bei sehr langsam fließendem, theoretisch auch bei stehendem Medium noch messbar.  Ultrasonic flow and particle measuring not the turbidity of the medium to be determined according to one of the specified standards for turbidity measurement, but only, as already described, the frequency of occurring in the medium from a certain size particles. It is more a particle counter than a turbidimeter. The flow rate is determined by means of a transit time difference method. Since the amplitudes of the reflections on the particles are evaluated for the flow measurement and for the particle measurement, which are simultaneously or temporally offset from one another, without calculating a Doppler shift, the particles are also very slowly flowing, and theoretically also when the medium is stationary still measurable.
Durch die Fokussierung mittels der akustischen Linse werden die Partikel nur in einem kleinen Volumen der Strömung des Messmediums im Messrohr bestimmt. Dieses Volumen ist abhängig vom akustisch wirksamen Krümmungsradius der Linse ROC, den Schallgeschwindigkeiten in der Linse Ci_ens und im Messmedium CMedium und der Wellenlänge des akustischen Signals AMedium- Das Volumen kann dabei z.B. als zylindrisch angenommen werden und wird dann als Fokalschlauch bezeichnet. Der Radius dieses Fokalschlauchs um den Brennpunkt errechnet sich beispielsweise zu r0 =
Figure imgf000010_0001
, mit a dem Radius des Ultraschallwandlerelements und
Due to the focusing by means of the acoustic lens, the particles are determined only in a small volume of the flow of the measuring medium in the measuring tube. This volume depends on the acoustically effective radius of curvature of the lens ROC, the speed of sound in the lens Ci_ens and in the measuring medium CMedium and the wavelength of the acoustic signal A M edium- The volume can be assumed to be cylindrical, for example, and is then referred to as a focal tube. The radius of this focal tube around the focal point is calculated, for example, as r 0 =
Figure imgf000010_0001
, with a the radius of the ultrasonic transducer element and
a /'« Mit
Figure imgf000010_0002
einem ROC von 5 mm einer Länge des Fokalschlauchs von 0,5 mm und einem
a / '«With
Figure imgf000010_0002
a ROC of 5 mm and a length of the focal tube of 0.5 mm and a
Radius des Fokalschlauchs von 0,26 mm ergibt sich ein Volumen 0,1 1 mm3. Radius of the focal tube of 0.26 mm results in a volume 0.1 1 mm 3 .
Angenommen der ROC beträgt 50 mm, Länge und Radius sind 50,1 mm und 2,6 mm beträt das Volumen bereits 1064 mm3. In diesen Beispielen wird das Assuming the ROC is 50 mm, length and radius are 50.1 mm and 2.6 mm, the volume is already 1064 mm 3 . In these examples, the
Ultraschallwandlerelement als kreisförmig angenommen. Der Radius des Ultrasonic transducer element assumed as circular. The radius of the
Ultraschallwandlerelements, beispielsweise ein piezoelektrisches Element, begrenzt natürlich das akustische Signal quer zu seiner Ausbreitungsrichtung im Moment des Aussendens. In diesem Volumen werden die akustischen Signale an den Partikeln reflektiert, womit es auch als Messvolumen bezeichnet werden könnte. In diesem Volumen wird ein sehr großer Anteil der Energie des akustischen Signals Ultrasonic transducer element, such as a piezoelectric element limited of course the acoustic signal across its direction of propagation at the moment of transmission. In this volume, the acoustic signals are reflected on the particles, which could also be referred to as the measurement volume. In this volume, a very large proportion of the energy of the acoustic signal
konzentriert. Es können nur Partikel gemessen werden, an welchen die akustischen Signale ausreichend reflektiert werden. Dies ist beispielsweise an den meisten festen Partikeln der Fall. Für die Reflexion spielt neben dem Einfallswinkel des akustischen Signals auf die Oberfläche eines Partikels, die akustische Impedanz von Partikel und Messmedium bzw. die Schallgeschwindigkeiten in deren Materialen eine große Rolle. Haben Messmedium und Partikel eine identisch akustische Impedanz, ergibt sich keine Reflexion. Die akustischen Impedanzen müssen also soweit auseinander liegen, dass sich ausreichende Reflexionen ergeben. Mit einer Anhebung oder Absenkung des Schwellwerts, ab welchem die Amplituden der Reflexionssignale eingehender betrachtet werden, kann somit auch verstellt werden, welche Art von Partikeln berücksichtigt werden soll. concentrated. Only particles can be measured at which the acoustic signals are sufficiently reflected. This is the case, for example, for most solid particles. In addition to the angle of incidence of the acoustic signal on the surface of a particle, the acoustic impedance of particles and measuring medium or the velocities of sound in their materials play a major role in the reflection. If the measuring medium and the particles have an identical acoustic impedance, no reflection results. The acoustic impedances must therefore be far enough apart that sufficient reflections result. With an increase or decrease of the threshold value, from which the amplitudes of the reflection signals are considered in more detail, it is thus also possible to adjust which type of particles should be taken into account.
Gemäß einer ersten Weiterbildung weist das Ultraschall-Durchfluss- und According to a first development, the ultrasonic flow and
Partikelmesssystem eine Steuereinheit auf, z.B. einen Mikroprozessor, geeignet zur Anregung des ersten Ultraschallwandlerelements zum Aussenden eines akustischen Signals einer ersten Form, insbesondere einer ersten Burst-Signalfolge, und geeignet zur Anregung des ersten Ultraschallwandlerelements zum Aussenden eines akustischen Signals einer zweiten Form, insbesondere einer zweiten Burst- Signalfolge, welche von der ersten Form verschieden ist, insbesondere welche erste Burst-Signalfolge also von der zweiten Burst-Signalfolge verschieden ist. Neben kontinuierlichen Signalen, so genannten continuous waves, werden Burst-Signale zur Laufzeitdifferenzmessung eingesetzt. Hier nun sowohl zur Durchflussmessung mittels einer Laufzeitdifferenzmessung, als auch zur Partikelbestimmung. Dabei können sowohl zur Durchfluss- als auch zur Partikelmessung dieselben Signale eingesetzt werden, oder, bei gleichzeitiger Durchfluss- und Partikelmessung das gleiche Signal. In dieser Weiterbildung jedoch unterscheiden sich die Signale zur Durchflussmessung von jenen zur Partikelmessung. Die Unterschiede können in der Anzahl der einzelnen Bursts in den Burst-Signalfolgen und/oder in den Abständen der einzelnen Bursts in den Burst-Signalfolgen und/oder in den Pulsformen der einzelnen Burst-Signale begündet sein. Bei nur wenigen Bursts in einer Burst- Signalfolge ist die Signal-Energie geringer als bei vielen Bursts. Um eine Particle measuring a control unit, such as a microprocessor, suitable for exciting the first ultrasonic transducer element for emitting an acoustic signal of a first form, in particular a first burst signal sequence, and suitable for excitation of the first ultrasonic transducer element for emitting an acoustic signal of a second form, in particular a second Burst signal sequence, which is different from the first form, in particular which first burst signal sequence is thus different from the second burst signal sequence. In addition to continuous signals, so-called continuous waves, burst signals are used for measuring transit time. Here now both for flow measurement by means of a transit time difference measurement, as well as for particle determination. The same signals can be used for both flow and particle measurement, or, with simultaneous flow and particle measurement, the same signal. In this development, however, the signals for flow measurement differ from those for particle measurement. The differences may be in the number of individual bursts in the burst bursts and / or in the spacing of the individual bursts in the burst bursts and / or in the pulse shapes of the burst bursts be based on individual burst signals. With only a few bursts in a burst burst, the signal energy is lower than many bursts. To one
ausreichende Amplitude der Reflexion zu erhalten, muss entsprechend viel To obtain sufficient amplitude of the reflection must be correspondingly much
Signalenergie in das Messmedium übertragen werden. Werden hingegen sehr viele Bursts schneller Reihenfolge ins Messmedium gesendet, ergibt sich dadurch ein schmalbandiges Signal, ähnlich einem schmalbandigen kontinuierlichen Signal. Signal energy are transmitted to the measuring medium. On the other hand, if very many bursts of fast order are sent to the measurement medium, this results in a narrowband signal, similar to a narrowband continuous signal.
Weitergebildet ist das Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem so The ultrasonic flow and particle measuring system is further developed in this way
ausgestaltet, dass das Verhältnis von Brennweite der akustischen Linse in wässrigen Messmedien zu einem Durchmesser des Messrohrs mindestens 0,2 beträgt. Gemäß einer Ausgestaltung der Lösung liegt das Verhältnis zwischen 0,4 und 0,6. Die configured such that the ratio of focal length of the acoustic lens in aqueous measuring media to a diameter of the measuring tube is at least 0.2. According to one embodiment of the solution, the ratio is between 0.4 and 0.6. The
Ultraschallwandler sind im Messrohr angebracht. Um die Strömung nicht zu sehr zu beeinflussen, ragen sie, wenn überhaupt, nur zu einem geringen Teil in das Ultrasonic transducers are mounted in the measuring tube. In order not to influence the flow too much, they protrude, if at all, only to a small extent into the flow
Messrohr hinein. Sie haben einen festen Abstand zueinander, welcher mit dem Measuring tube into it. They have a fixed distance to each other, which with the
Durchmesser des Messrohrs korreliert. Durch die Linse und deren Fokussierung wird das erste akustische gebündelt; es entsteht modellhaft ein erster Signalkegel. In Signalausbreitungsrichtung nach der Fokussierung wird das akustische Signal wieder aufgefächert, es wird breiter. Somit entsteht modellhaft ein zweiter Diameter of the measuring tube correlated. Through the lens and its focus, the first acoustic is bundled; a first signal cone is modeled. In the signal propagation direction after focusing, the acoustic signal is fanned out again, it widens. This creates a second model
Signalkegel, welcher mit seiner Spitze die Spitze des ersten Signalkegels im Signal cone, which with its tip the tip of the first signal cone in
Brennpunkt der Linse berührt - es entsteht, im Modell, ein Doppelkegel. Damit noch genügend Signalenergie beim zweiten Ultraschallwandler ankommt, sollte die das Verhältnis von Brennweite der akustischen Linse zum Abstand der beiden Focal point of the lens touched - it creates, in the model, a double cone. So that enough signal energy arrives at the second ultrasonic transducer, the ratio of the focal length of the acoustic lens to the distance between the two should
Ultraschallwandler nicht weniger als 0,2 betragen, insbesondere nicht weniger als 0,4, wobei der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Ultraschallwandler insbesondere zwischen deren mediumsberührenden Flächen gemessen wird. Ultrasonic transducers are not less than 0.2, in particular not less than 0.4, wherein the distance between the first and the second ultrasonic transducer is measured in particular between the medium-contacting surfaces.
Mit Krümmungsradien der akustischen Linse des ersten Ultraschallwandler von 5 mm bis 50 mm und Schallgeschwindigkeiten von ca. 2000 m/s bis ca. 3000 m/s in den Koppelelementen der Ultraschallwandler, insbesondere im ersten With radii of curvature of the acoustic lens of the first ultrasonic transducer of 5 mm to 50 mm and sound velocities of about 2000 m / s to about 3000 m / s in the coupling elements of the ultrasonic transducer, in particular in the first
Koppelelement des ersten Ultraschallwandlers, welche als akustische Linse Coupling element of the first ultrasonic transducer, which as an acoustic lens
ausgestaltet ist, ergeben sich Fokuslängen von 15 mm bis 60 mm, bei Messmedien mit Schallgeschwindigkeiten im Messmedium von 1 100 m/s bis 1900 m/s. Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest das erste focal lengths of 15 mm to 60 mm, for measuring media with sound velocities in the measuring medium of 1 100 m / s to 1900 m / s. A further development of the invention provides that at least the first
Koppelelement aus einem Polymer, z.B. aus PEEK oder PVC, gefertigt ist. Coupling element made of a polymer, e.g. made of PEEK or PVC.
Ultraschallwandlerelemente bestehen z.B. aus einer Piezokeramik. Dabei ist gemäß einer Ausgestaltung als erstes Ultraschallwandlerelement eine Piezokeramikscheibe auf eine erste Kontaktfläche des ersten Koppelelements geklebt ist. Auf eine üblicherweise zwischen Koppelelement und Ultraschallwandlerelement angeordnete Anpassungsschicht wird verzichtet. Die Piezokeramikscheibe steht also in direktem Kontakt mit dem Koppelelement, nur mit einer Klebstoffschicht dazwischen. Ultrasonic transducer elements consist of e.g. from a piezoceramic. In this case, according to one embodiment, a piezoceramic disk is glued to a first contact surface of the first coupling element as the first ultrasonic transducer element. On a customarily arranged between the coupling element and the ultrasonic transducer element matching layer is omitted. The piezoceramic disk is thus in direct contact with the coupling element, with only an adhesive layer in between.
Andererseits sind auch Flüssig-Ankopplungen z.B. mit Fett oder hochviskosem Öl anstelle des Klebers denkbar. On the other hand, liquid couplings, e.g. conceivable with grease or high-viscosity oil instead of the glue.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist zumindest das erste According to a further development, at least the first
Ultraschallwandlerelement mit einer Sendefrequenz von mindestens 5 MHz anregbar. Meist werden Ultraschallwandlerelemente bei einer bestimmten Resonanzfrequenz angeregt. Sie besitzen einen relativ schmalen nutzbaren Frequenzbereich. Daher liegt auch die Empfangsfrequenz üblicherweise in einem Bereich um die  Ultrasonic transducer element with a transmission frequency of at least 5 MHz excitable. Most ultrasonic transducer elements are excited at a certain resonant frequency. They have a relatively narrow usable frequency range. Therefore, the reception frequency is usually in an area around the
Sendefrequenz, wodurch beispielsweise beide Ultraschallwandlerelemente Transmitting frequency, whereby, for example, both ultrasonic transducer elements
näherungsweise mit der gleichen Sendefrequenz betrieben werden. Ein Vorteil einer hohen Sendefrequenz sind die kleinen Wellenlängen des resultierenden akustischen Signals wodurch die Auflösung bei der Partikelmessung steigt - es werden kleine Partikel registriert, da auch diese ein Echo zurückreflektieren. be operated approximately at the same transmission frequency. An advantage of a high transmission frequency are the small wavelengths of the resulting acoustic signal which increases the resolution during the particle measurement - small particles are registered, since these also reflect back an echo.
In einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem ist vorgesehen, dass das Messrohr einen näherungsweise kreisrunden Querschnitt aufweist, mit einem Durchmesser von mindestens 20mm, insbesondere mindestens 30mm aufweist. Höchstens beträgt der In a further development of the ultrasonic flow and particle measuring system according to the invention, it is provided that the measuring tube has an approximately circular cross section, with a diameter of at least 20 mm, in particular at least 30 mm. At the most it is
Messrohrdurchmesser beispielsweise 150mm oder z.B. gar nur 120mm. Die Measuring tube diameter, for example 150mm or e.g. even only 120mm. The
Ultraschallwandler, insbesondere deren Linsen, werden entsprechend ausgewählt. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Ultrasonic transducers, in particular their lenses, are selected accordingly. The object underlying the invention is further achieved by a
Verfahren zum Ermitteln des Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr und zur Erfassung von Partikeln in dem Messmedium, mit einem ersten  Method for determining the flow of a measuring medium through a measuring tube and for detecting particles in the measuring medium, with a first
Ultraschallwandler und zumindest einem weiteren, zweiten Ultraschallwandler, welche in einem Messrohr so angeordnet sind, dass sich die akustischen Signale entlang zumindest eines Signalpfads im Messrohr zwischen dem ersten Ultrasonic transducer and at least one further, second ultrasonic transducer, which are arranged in a measuring tube so that the acoustic signals along at least one signal path in the measuring tube between the first
Ultraschallwandler und dem zweiten Ultraschallwandler ausbreiten, wobei akustische Signale vom ersten Ultraschallwandler sowohl zur Ermittlung des Durchflusses des Messmediums durch das Messrohr mittels einer Laufzeitdifferenzmessung, als auch zur Erfassung von Partikeln in dem Messmedium mittels einer Amplitudenanalyse von Reflexionssignalen der von den Partikeln zum ersten Ultraschallwandler reflektierten akustischen Signale, also den Reflexionen des akustischen Signals an den Partikeln, erzeugt werden. Die vom ersten Ultraschallwandler erzeugten akustischen Signale werden erfindungsgemäß über eine akustische Linse fokussiert. Die akustische Linse weist dabei zumindest einen Brennpunkt auf, welcher in einem Volumen im Messrohr liegt. Akustische Signale breiten sich modellhaft entlang eines geraden Signalpfads aus. In der Realität ist deren Ausbreitung abhängig von vielen Faktoren und ist z.B. keulenförmig. Spread ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer, wherein acoustic signals from the first ultrasonic transducer both for determining the flow of the measured medium through the measuring tube by means of a transit time difference measurement, as well as for detecting particles in the measuring medium by means of an amplitude analysis of reflection signals of the particles to the first ultrasonic transducer reflected acoustic Signals, ie the reflections of the acoustic signal to the particles, are generated. The acoustic signals generated by the first ultrasonic transducer are focused according to the invention via an acoustic lens. The acoustic lens has at least one focal point, which lies in a volume in the measuring tube. Acoustic signals are modeled along a straight signal path. In reality, their spread depends on many factors and is e.g. lobar.
Gemäß einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus den Amplituden der empfangenen Reflexionssignale, welche größer sind als ein vorgegebener Schwellwert, die Partikelgrößen der Partikel im Messmedium ermittelt, an welchen diese Reflexionssignale reflektiert wurden. Die Partikelgröße wird somit über den Betrag der empfangenen Amplitude des Reflexionssignals, oder anders genannt, des Echos, ermittelt. According to a first development of the method according to the invention, the particle sizes of the particles in the measuring medium at which these reflection signals were reflected are determined from the amplitudes of the received reflection signals, which are greater than a predefined threshold value. The particle size is thus determined by the amount of the received amplitude of the reflection signal, or otherwise called the echo.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird beispielsweise ein Alarm ausgegeben, bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts und/oder Alarm ausgegeben bei Überschreiten einer vorgegebenen Anzahl von Partikeln größer eines vorgegebenen Schwellwerts in einem vorgegebenem zeitlichen Intervalls. In one embodiment of the invention, for example, an alarm is output, when a predetermined threshold value and / or alarm is exceeded when exceeding a predetermined number of particles greater than a predetermined threshold value in a predetermined time interval.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Höhe des vorgegebenen Schwellwerts im Betrieb anpassbar, z.B. durch den Benutzer, oder sie wird automatisch angepasst abhängig von Prozessparametern wie z.B. dem In a further embodiment of the invention, the height of the predetermined threshold value is adaptable in operation, e.g. by the user or it is automatically adjusted depending on process parameters such as e.g. the
Messmedium und den in dem Messmedium befindlichen Partikeln, insbesondere deren akustische Impedanzen im Vergleich zur akustischen Impedanz des  Measuring medium and the particles contained in the medium, in particular their acoustic impedance compared to the acoustic impedance of
Messmediums. In einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Measuring medium. In a further development of the method according to the invention
vorgeschlagen, dass aus der Anzahl der Amplituden der empfangenen suggested that from the number of amplitudes of the received
Reflexionssignale in einem vorgegebenen zeitlichen Intervall, also aus deren Reflection signals in a given time interval, ie from their
Häufigkeit, welche Amplituden größer sind als ein vorgegebener Schwellwert, die Partikelkonzentration in dem Messmedium ermittelt wird. Das erste Frequency, which amplitudes are greater than a predetermined threshold, the particle concentration is determined in the measuring medium. The first
UltraschaNwandlerelement liefert ein Spannungssignal, welches in einer Ultrasonic transducer element provides a voltage signal, which in one
Auswerteinheit verarbeitet wird. Natürlich nimmt das erste UltraschaNwandlerelement auch Störungen auf, welche in dem Spannungssignal als Rauschen bezeichnet werden. Wird nun eine Schwellwertanalyse des Signals durchgeführt, werden nur diejenigen Werte weiterverarbeitet und somit als Partikel erkannt, welche über diesem vorgegebenen Schwellwert liegen. Diese Amplituden oder Peaks werden einerseits gezählt und damit auf die Partikelhäufigkeit geschlossen und andererseits über deren Betrag die Partikelgröße bestimmt. Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Ultraschallwandler zur Laufzeitdifferenzmessung zu einer ersten Burst-Signalfolge angeregt wird und zur Partikelmessung zu einer zweiten Burst-Signalfolge angeregt wird, wobei die erste Burst-Signalfolge von der zweiten Burst-Signalfolge verschieden ist. So können zwei verschiedene Burst-Signalfolgen für die Durchflussmessung, also die Processing unit is processed. Of course, the first ultrasonic transducer element also picks up noise which is referred to as noise in the voltage signal. If a threshold value analysis of the signal is now carried out, only those values are processed further and thus recognized as particles which are above this predetermined threshold value. These amplitudes or peaks are counted on the one hand and thus closed on the frequency of particles and on the other hand on the amount determines the particle size. A further development of the invention provides that the first ultrasonic transducer is excited to a first burst signal sequence for transit time difference measurement and is excited to particle measurement to a second burst signal sequence, wherein the first burst signal sequence is different from the second burst signal sequence. Thus, two different burst signal sequences for flow measurement, so the
Laufzeitdifferenzmessung, und die Partikelmessung verwendet werden. Prinzipiell sind beide Messungen auch parallel mit dem gleichen Signal durchführbar. Runtime difference measurement, and the particle measurement can be used. In principle, both measurements can also be carried out in parallel with the same signal.
In einer weiteren Verfahrensweiterbildung wird zumindest der erste In a further process development, at least the first
Ultraschallwandler zu einer Sendefrequenz größer 5 MHz angeregt. Die Ultrasonic transducer excited to a transmission frequency greater than 5 MHz. The
Sendefrequenz kann auch höher als 10 MHz sein, z.B. auch 20 MHz. Da für dieTransmitting frequency may also be higher than 10 MHz, e.g. also 20 MHz. As for the
Wellenlänge des akustischen Signals gilt: λ = c/f, mit c der Schallgeschwindigkeit und f der Sendefrequenz, ist die Wellenlänge kleiner bei einer höheren Sendefrequenz und sonst gleichen Bedingungen. Dadurch sind kleinere Partikel detektierbar. Ist die Sendefrequenz viel größer als 20 MHz ist die Absorption des akustischen Signals im Messmedium sehr hoch, auch wenn nur wenige Partikel im Messmedium enthalten sind. Ein ausreichend starkes akustisches Signal zur Durchflussmessung scheint dann nur sehr schwer zu realisieren. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, in denen jeweils ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wavelength of the acoustic signal is: λ = c / f, with c the speed of sound and f the transmission frequency, the wavelength is smaller at a higher transmission frequency and otherwise the same conditions. As a result, smaller particles are detectable. If the transmission frequency is much larger than 20 MHz, the absorption of the acoustic signal in the measuring medium is very high, even if only a few particles are contained in the measuring medium. A sufficiently strong acoustic signal for flow measurement then seems very difficult to realize. The invention will be explained in more detail with reference to the following figures, in each of which an embodiment is shown. Identical elements are provided in the figures with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ultraschall-Durchfluss und Partikelmesssystem, Fig. 2 zeigt einen Ultraschallwandler eines erfindungsgemäßen Ultraschall- Durchfluss und Partikelmesssystems.  Fig. 1 shows an inventive ultrasonic flow and particle measuring system, Fig. 2 shows an ultrasonic transducer of an ultrasonic flow and particle measuring system according to the invention.
In Fig. 1 ist erfindungsgemäßes Ultraschall-Durchfluss und Partikelmesssystem 1 schematisch dargestellt. Zwei Ultraschallwandler 2, 3, welche jeweils über ein Koppelelement akustische Signale aussenden und/oder empfangen, sind unter einem Winkel zur Messrohrachse in einem Messrohr 8 befestigt. Es handelt sich hierbei um ein so genanntes Inline-Messsystem, mit welchem der Durchfluss eines nicht gezeigten Messmediums durch das Messrohr 8 ermittelbar ist. Die Mittelachse durch beide Ultraschallwandler 2, 3 soll hier modellhaft einen Signalpfad In Fig. 1 inventive ultrasonic flow and particle measuring system 1 is shown schematically. Two ultrasonic transducers 2, 3, which each emit and / or receive acoustic signals via a coupling element, are fastened in a measuring tube 8 at an angle to the measuring tube axis. This is a so-called inline measuring system with which the flow of a measuring medium, not shown, through the measuring tube 8 can be determined. The central axis through both ultrasonic transducers 2, 3 is intended to model a signal path
kennzeichnen, entlang welchem sich Ultraschallsignale zwischen beiden indicate along which ultrasonic signals between the two
Ultraschallwandlern 2, 3 ausbreiten. Ultrasonic transducers 2, 3 spread.
Beide Ultraschallwandler 2, 3 weisen hier jeweils eine akustische Linse 10 auf. Durch diese werden Ultraschallsignale zwischen den der beiden Ultraschallwandler 2, 3 im Messrohr 8 fokussiert. Nachfolgend wird nur noch der erste Ultraschallwandler 2 näher betrachtet. In diesem Ausführungsbeispiel sind beide Ultraschallwandler 2, 3 gleich ausgestaltet, wodurch die Aussagen für beide Ultraschallwandler 2, 3 gelten. Jedoch kann auch nur der erste Ultraschallwandler 2 mit einer akustischen Linse 10 ausgestattet sein. Both ultrasonic transducers 2, 3 each have an acoustic lens 10 here. By this ultrasonic signals between the two ultrasonic transducers 2, 3 are focused in the measuring tube 8. In the following, only the first ultrasonic transducer 2 will be considered in more detail. In this exemplary embodiment, both ultrasonic transducers 2, 3 are configured identically, so that the statements apply to both ultrasonic transducers 2, 3. However, only the first ultrasonic transducer 2 may be equipped with an acoustic lens 10.
Der Brennpunkt der akustischen Linse 10 des ersten Ultraschallwandlers 2 liegt in dem Volumen zur Partikelmessung 1 1 . Dieses Volumen 1 1 ergibt sich aus der Fokussierung der Linse. Es ist hier rotationssymmetrisch um den Signalpfad 9 und im dargestellten Querschnitt im Wesentlichen elliptisch gezeichnet. In diesem The focal point of the acoustic lens 10 of the first ultrasonic transducer 2 is in the volume for particle measurement 11. This volume 1 1 results from the focusing of the lens. It is here drawn in a rotationally symmetrical manner about the signal path 9 and in the illustrated cross-section substantially elliptical. In this
Volumen werden Partikel durch Reflexionen des akustischen Signals an den Volumes become particles through reflections of the acoustic signal to the
Partikeln registriert. Mit diesem sehr einfach aufgebauten Ultraschall-Durchfluss- und Particles registered. With this very simply constructed ultrasonic flow and
Partikelmesssystem 1 lassen sich parallel oder sequentiell Durchfluss messen und Partikel zählen; vereint in einem Messgerät. Der Aufbau unterscheidet sich nicht wesentlich von einem herkömmlichen Ultraschall-Durchflussmesssystem. Daher ist es kostengünstig in der Herstellung. Durch die einfache Amplitudenanalyse sind die Partikel ohne großen Mehraufwand zur Durchflussmessung registrierbar. Particle measuring system 1 can be used to measure flow in parallel or sequentially and to count particles; united in a measuring device. The structure is not significantly different from a conventional ultrasonic flowmeter. Therefore, it is inexpensive to manufacture. Due to the simple amplitude analysis, the particles can be registered for flow measurement without much extra effort.
Eine bestimmungsgemäße Verwendung des erfindungsgemäßen Ultraschall- Durchfluss- und Partikelmesssystems ist z.B. in einem Rohrleitungssystem A proper use of the ultrasonic flow and particle measuring system according to the invention is e.g. in a piping system
stromabwärts eines Filters, also in Strömungsrichtung des Messmediums durch das Rohrleitungssystem nach dem Filter, z.B. zur Funktionsüberwachung des Filters. downstream of a filter, ie in the flow direction of the medium to be measured through the piping system after the filter, e.g. to monitor the function of the filter.
Fig. 2 veranschaulicht den Aufbau eines erfindungsgemäßen ersten Fig. 2 illustrates the structure of a first invention
Ultraschallwandlers 2. Dieser weist ein erstes Ultraschallwandlerelement 4 auf, z.B. eine Hochfrequenz-Piezokeramik. Dieses Ultraschallwandlerelement 4 kann sowohl elektrische Signale in mechanische Schwingungen und damit in akustische Signale wandeln, als auch akustische Signale in elektrische. Es fungiert somit als Sensor und als Aktor. Das Ultraschallwandlerelement 4 sendet und empfängt akustische Signale über ein erstes Koppelelement, welches als akustische Linse 10 ausgestaltet ist. Das Koppelelement bzw. die akustische Linse 10 weist mehrere Oberflächen auf, eine erste Kontaktfläche 6, welche im Betrieb das Messmedium im Messrohr berührt und eine zweite Kontaktfläche 7, welche in Kontakt mit dem Ultraschallwandlerelement 4 steht. Das Ultraschallwandlerelement 4 ist beispielsweise direkt auf die zweite Kontaktfläche 7 der akustischen Linse 10 geklebt, ohne eine weitere Ultrasonic transducer 2. This comprises a first ultrasonic transducer element 4, e.g. a high-frequency piezoceramic. This ultrasonic transducer element 4 can convert both electrical signals into mechanical vibrations and thus into acoustic signals, as well as acoustic signals in electrical. It thus acts as a sensor and as an actuator. The ultrasonic transducer element 4 transmits and receives acoustic signals via a first coupling element, which is designed as an acoustic lens 10. The coupling element or the acoustic lens 10 has a plurality of surfaces, a first contact surface 6, which contacts the measuring medium in the measuring tube during operation and a second contact surface 7, which is in contact with the ultrasound transducer element 4. For example, the ultrasonic transducer element 4 is glued directly to the second contact surface 7 of the acoustic lens 10, without another
Anpassungsschicht dazwischen. Dies soll hier jedoch nicht ausgeschlossen werden. Adjustment layer in between. However, this should not be excluded here.
Das Ultraschallwandlerelement 4 ist über zwei Kabel 13 und einen Steckanschluss 14 mit einem nicht dargestellten Messumformer verbunden. In dem Anschlussraum 12 im ersten Ultraschallwandler 2 hinter dem Ultraschallwandlerelement 4 kann ein so genanntes Backing vorgesehen sein, ein Schwingungsdämpfer, welcher direkt mit dem Ultraschallwandlerelement 4 verbunden ist. Die Linse 10 ist hier als plankonkave Linse, mit einer ersten Kontaktfläche 6, welche einen vorgegebenen Krümmungsradius, hier z.B. 14 mm aufweist, und einer ebenen zweiten Kontaktfläche 7 ausgestaltet. Gleichermaßen könnte die Linse 10 als The ultrasonic transducer element 4 is connected via two cables 13 and a plug-in connection 14 with a transmitter, not shown. In the connection space 12 in the first ultrasonic transducer 2 behind the ultrasonic transducer element 4, a so-called backing may be provided, a vibration damper, which is connected directly to the ultrasonic transducer element 4. The lens 10 is here designed as a plano-concave lens, with a first contact surface 6, which has a predetermined radius of curvature, here for example 14 mm, and a flat second contact surface 7. Similarly, the lens 10 could be considered
Fresnel-Linse ausgestaltet sein, mit einer, eine Kontur aufweisende, also einer konturierten ersten Kontaktfläche 6, welche einen gleichartig akustisch wirksamen Krümmungsradius aufweist. Eine Fresnel-Linse ist in mehrere Segmente bzw. Fresnel lens be configured with a, having a contour, so a contoured first contact surface 6, which has a similar acoustically effective radius of curvature. A Fresnel lens is in several segments or
Abschnitte unterteilt, welche zusammen diese Kontur mit dem akustisch wirksamen Krümmungsradius bilden. Die akustisch wirksamen Krümmungsradien und die Brennweiten der Linsen sind über die Brechzahlen miteinander verknüpft, wobei diese von den Divided sections, which together form this contour with the acoustically effective radius of curvature. The acoustically effective radii of curvature and the focal lengths of the lenses are linked to one another via the refractive indices, these being determined by the
Schallgeschwindigkeiten im Messmedium bzw. im Koppelelement abhängen. Die Stufenhöhe einer Fresnel-Linse ist beispielsweise gegeben durch η*λ/2, mit λ der Wellenlänge des akustischen Signals im Koppelelement und n einer natürlichen Zahl. Depending on the speed of sound in the measuring medium or in the coupling element. The step height of a Fresnel lens is given, for example, by η * λ / 2, where λ is the wavelength of the acoustic signal in the coupling element and n is a natural number.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem1 ultrasonic flow and particle measuring system
2 Erster Ultraschallwandler 2 First ultrasonic transducer
3 Zweiter Ultraschallwandler  3 Second ultrasonic transducer
4 Erstes Ultraschallwandlerelement  4 First ultrasonic transducer element
5 Erstes Koppelelement  5 first coupling element
6 Erste Kontaktfläche des ersten Koppelelements 6 First contact surface of the first coupling element
7 Zweite Kontaktfläche des ersten Koppelelements7 second contact surface of the first coupling element
8 Messrohr 8 measuring tube
9 Signalpfad  9 signal path
10 Akustische Linse  10 Acoustic lens
1 1 Volumen zur Partikelmessung  1 1 volume for particle measurement
12 Anschlussraum im ersten Ultraschallwandler 12 connection space in the first ultrasonic transducer
13 Kabel 13 cables
14 Steckanschluss  14 plug connection

Claims

Patentansprüche claims
1 . Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ), mit einem ersten 1 . Ultrasonic flow and particle measuring system (1), with a first
Ultraschallwandler (2) und zumindest einem weiteren, zweiten  Ultrasonic transducer (2) and at least one further, second
Ultraschallwandler (3), wobei der erste Ultraschallwandler zumindest ein erstes Ultraschallwandlerelement (4) und zumindest ein erstes Koppelelement (5) aufweist, wobei vom ersten Ultraschallwandlerelement (4) im Betrieb akustische Signale über das erste Koppelelement (5) aussendbar und empfangbar sind, welcher erste und zweite Ultraschallwandler (2, 3) in einem Ultrasonic transducer (3), wherein the first ultrasonic transducer at least a first ultrasonic transducer element (4) and at least a first coupling element (5), wherein the first ultrasonic transducer element (4) in operation acoustic signals via the first coupling element (5) can be emitted and received, which first and second ultrasonic transducers (2, 3) in one
Messrohr (8) zur Ermittlung des Durchflusses so angeordnet sind, dass sich die akustischen Signale entlang zumindest eines Signalpfads (9) im Messrohr (8) zwischen dem ersten und dem zweiten Ultraschallwandler (3) ausbreiten, dadurch gekennzeichnet, Measuring tube (8) are arranged to determine the flow so that the acoustic signals propagate along at least one signal path (9) in the measuring tube (8) between the first and the second ultrasonic transducer (3), characterized
dass zumindest das erste Koppelelement (5) als akustische Linse ausgestaltet ist, und dass das Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) eine Auswerteeinheit aufweist, geeignet zur Amplitudenanalyse von  that at least the first coupling element (5) is designed as an acoustic lens, and that the ultrasonic flow and particle measuring system (1) has an evaluation unit, suitable for the amplitude analysis of
Reflexionssignalen der von Partikeln zum ersten Ultraschallwandler (2) reflektierten akustischen Signale, wobei mit der Auswerteeinheit eine Anzahl von Amplituden der Reflexionssignale in einem vorgegebenen zeitlichen Reflection signals of the particles to the first ultrasonic transducer (2) reflected acoustic signals, wherein the evaluation unit, a number of amplitudes of the reflection signals in a predetermined temporal
Intervall zählbar sind, welche größer sind, als ein vorgegebener Schwellwert. Interval are counted, which are greater than a predetermined threshold.
2. Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) nach Anspruch 1 , 2. ultrasonic flow and particle measuring system (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) eine  that the ultrasonic flow and particle measuring system (1) a
Steuereinheit aufweist, geeignet zur Anregung des ersten  Control unit, suitable for the excitation of the first
Ultraschallwandlerelements (4) zum Aussenden einer ersten Burst-Signalfolge als akustisches Signal und geeignet zur Anregung des ersten  Ultrasonic transducer element (4) for emitting a first burst signal sequence as an acoustic signal and suitable for exciting the first
Ultraschallwandlerelements (4) zum Aussenden einer zweiten Burst- Signalfolge als akustisches Signal, welche erste Burst-Signalfolge von der zweiten Burst-Signalfolge verschieden ist.  Ultrasonic transducer element (4) for emitting a second burst signal sequence as an acoustic signal, which first burst signal sequence is different from the second burst signal sequence.
3. Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 3. ultrasonic flow and particle measuring system (1) according to claim 1 or 2, characterized,
dass das Ultraschall-Durchfluss- und Parti kelmesssystem (1 ) so ausgestaltet ist, dass das Verhältnis von Brennweite der akustischen Linse in wässrigen Messmedien zu einem Durchmesser des Messrohrs mindestens 0,2 beträgt.  in that the ultrasonic flow and particle measuring system (1) is designed so that the ratio of the focal length of the acoustic lens in aqueous measuring media to a diameter of the measuring tube is at least 0.2.
4. Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) nach einem der 4. Ultrasonic flow and particle measuring system (1) according to one of
Ansprüche 1 bis 3,  Claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest das erste Koppelelement (5) als plankonkave akustische Linse ausgestaltet ist.  that at least the first coupling element (5) is designed as a plano-concave acoustic lens.
Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) nach einem der Ultrasonic flow and particle measuring system (1) according to one of
Ansprüche 1 bis 3,  Claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest das erste Koppelelement (5) als akustische Fresnel-Linse ausgestaltet ist.  that at least the first coupling element (5) is designed as an acoustic Fresnel lens.
Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) nach einem der Ultrasonic flow and particle measuring system (1) according to one of
Ansprüche 1 bis 5,  Claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest das erste Koppelelement (5) aus einem Polymer gefertigt ist.  that at least the first coupling element (5) is made of a polymer.
Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) nach einem der Ultrasonic flow and particle measuring system (1) according to one of
Ansprüche 1 bis 6,  Claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass als erstes Ultraschallwandlerelement (4) eine Piezokeramikscheibe auf eine erste Kontaktfläche (6) des ersten Koppelelements (5) geklebt ist.  in that a piezoceramic disk is adhesively bonded to a first contact surface (6) of the first coupling element (5) as the first ultrasound transducer element (4).
Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) nach einem der Ultrasonic flow and particle measuring system (1) according to one of
Ansprüche 1 bis 7,  Claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest das erste Ultraschallwandlerelement (4) mit einer  that at least the first ultrasonic transducer element (4) with a
Sendefrequenz von mindestens 5 MHz anregbar ist. Transmission frequency of at least 5 MHz can be excited.
9. Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) nach einem der 9. Ultrasonic flow and particle measuring system (1) according to one of
Ansprüche 1 bis 8,  Claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Messrohr (8) einen näherungsweise kreisrunden Querschnitt aufweist, mit einem Durchmesser von mindestens 20mm.  that the measuring tube (8) has an approximately circular cross section, with a diameter of at least 20mm.
10. Verfahren zum Ermitteln des Durchflusses eines Messmediums durch ein Messrohr (8) und zur Erfassung von Partikeln in dem Messmedium, mit einem ersten Ultraschallwandler (2) und zumindest einem weiteren, zweiten 10. A method for determining the flow of a measuring medium through a measuring tube (8) and for detecting particles in the measuring medium, with a first ultrasonic transducer (2) and at least one further, second
Ultraschallwandler (3), welche in einem Messrohr (8) so angeordnet sind, dass sich die akustischen Signale entlang zumindest eines Signalpfads (9) im Messrohr (8) zwischen dem ersten Ultraschallwandler (2) und dem zweiten Ultraschallwandler (3) ausbreiten, wobei akustische Signale vom ersten Ultraschallwandler (2) sowohl zur Ermittlung des Durchflusses des  Ultrasonic transducer (3), which in a measuring tube (8) are arranged so that the acoustic signals propagate along at least one signal path (9) in the measuring tube (8) between the first ultrasonic transducer (2) and the second ultrasonic transducer (3) acoustic signals from the first ultrasonic transducer (2) both for determining the flow of the
Messmediums durch das Messrohr mittels einer Laufzeitdifferenzmessung, als auch zur Erfassung von Partikeln in dem Messmedium mittels einer  Measuring medium through the measuring tube by means of a transit time difference measurement, as well as for the detection of particles in the measuring medium by means of a
Amplitudenanalyse von Reflexionssignalen der von den Partikeln zum ersten Ultraschallwandler reflektierten akustischen Signale erzeugt werden,  Amplitude analysis of reflection signals of the reflected from the particles to the first ultrasonic transducer acoustic signals are generated,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest die vom ersten Ultraschallwandler (2) erzeugten akustischen Signale über eine akustische Linse fokussiert wird.  in that at least the acoustic signals generated by the first ultrasonic transducer (2) are focused via an acoustic lens.
1 1 .Verfahren nach Anspruch 10, 1 1 .Method according to claim 10,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass aus den Amplituden der empfangenen Reflexionssignale, welche größer sind als ein vorgegebener Schwellwert, die Partikelgrößen der Partikel im Messmedium ermittelt werden. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 ,  in that the particle sizes of the particles in the measuring medium are determined from the amplitudes of the received reflection signals, which are greater than a predefined threshold value. 12. The method according to claim 10 or 1 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass aus der Anzahl der Amplituden der empfangenen Reflexionssignale in einem vorgegebenen zeitlichen Intervall, welche Amplituden größer sind als ein vorgegebener Schwellwert, die Parti kelkonzentration in dem Messmedium ermittelt wird. that of the number of amplitudes of the received reflection signals in a predetermined time interval, which amplitudes are greater than a predetermined threshold value, the particle concentration is determined in the measuring medium.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,  13. The method according to any one of claims 10 to 12,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der erste Ultraschallwandler (2) zur Laufzeitdifferenzmessung zu einer ersten Burst-Signalfolge angeregt wird und zur Partikelmessung zu einer zweiten Burst-Signalfolge angeregt wird, wobei die erste Burst-Signalfolge von der zweiten Burst-Signalfolge verschieden ist.  in that the first ultrasound transducer (2) is excited to a first burst signal sequence during transit-time difference measurement and is excited to a second burst signal sequence for particle measurement, the first burst signal sequence being different from the second burst signal sequence.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, 14. The method according to any one of claims 10 to 13,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der erste Ultraschallwandler (2) zu einer Sendefrequenz größer 5 MHz angeregt wird.  that the first ultrasonic transducer (2) is excited to a transmission frequency greater than 5 MHz.
15. Verwendung eines Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 15. Use of an ultrasonic flow and particle measuring system (1) according to one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Ultraschall-Durchfluss- und Partikelmesssystem (1 ) in einem  that the ultrasonic flow and particle measuring system (1) in one
Rohrleitungssystem nach einem Partikelfilter angeordnet ist.  Pipe system is arranged after a particle filter.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012004114A1 (en) 2010-07-08 2012-01-12 Endress+Hauser Flowtec Ag Ultrasonic particle measuring system
WO2012004113A1 (en) * 2010-07-08 2012-01-12 Endress+Hauser Flowtec Ag Ultrasonic particle measuring system
US10036763B2 (en) 2016-01-18 2018-07-31 Gwf Messsysteme Ag Beam shaping acoustic signal travel time flow meter
CN116908055A (en) * 2023-07-13 2023-10-20 大唐环境产业集团股份有限公司 Method and device for measuring particle size of particles in pipe and computer equipment

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012173606A1 (en) 2011-06-15 2012-12-20 Bell Helicopter Textron Inc. System and method for detecting objects in a fluid system
DE102013102810A1 (en) 2012-04-12 2013-10-17 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Method for detecting and / or monitoring the solids content of raw water production from wells
DE102014010375B4 (en) * 2014-07-12 2021-06-17 Diehl Metering Gmbh Ultrasonic transducer arrangement and ultrasonic water meter
DE102014111732A1 (en) 2014-08-18 2016-02-18 Endress + Hauser Flowtec Ag Field device for automation technology

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4484478A (en) 1981-10-19 1984-11-27 Haerkoenen Eino Procedure and means for measuring the flow velocity of a suspension flow, utilizing ultrasonics
FR2562242A1 (en) * 1984-03-27 1985-10-04 Micro Pure Systems Inc Method and device for identifying discontinuities in a flow by an ultrasound technique
US4598593A (en) 1984-05-14 1986-07-08 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Acoustic cross-correlation flowmeter for solid-gas flow
US5052230A (en) 1988-07-08 1991-10-01 Flowtec Ag Method and arrangement for flow rate measurement by means of ultrasonic waves
US5251490A (en) 1992-02-07 1993-10-12 Kronberg James W Ultrasonic fluid flow measurement method and apparatus
US5291773A (en) * 1990-12-28 1994-03-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Apparatus and method for ultrasonic detection of foreign materials in a specimen
US5533408A (en) 1993-12-23 1996-07-09 Endress + Hauser Flowtec Ag Clamp-on ultrasonic volumetric flowmeter
US6481268B1 (en) 1999-10-12 2002-11-19 Baker Hughes, Inc. Particle measurement by acoustic speckle
WO2003102512A1 (en) 2002-05-31 2003-12-11 Systec Controls Mess Und Regeltechnik Gmbh Ultrasonic measurement of the running time and quantity for detecting the concentration of particles in a flowing fluid
DE19861186B4 (en) * 1998-03-02 2005-09-08 Schubert & Salzer Control Systems Gmbh System for through flow measurement
US20060178581A1 (en) * 2004-11-15 2006-08-10 Africk Steven A System and method for ultrasonic measuring of particle properties

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4527420A (en) * 1982-06-11 1985-07-09 Micro Pure Systems, Inc. Ultrasonic particulate sensing
DE58907225D1 (en) * 1988-10-11 1994-04-21 Rieter Ag Maschf Detection of foreign material in textile fibers.
DE19633558C2 (en) * 1996-08-21 1998-07-02 Krohne Messtechnik Kg Ultrasonic flow measurement method
FR2796155B1 (en) * 1999-07-09 2001-09-07 Pechiney Rhenalu IMPROVED METHOD AND DEVICE FOR COUNTING INCLUSIONS IN A LIQUID METAL BATH BY ULTRASOUND

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4484478A (en) 1981-10-19 1984-11-27 Haerkoenen Eino Procedure and means for measuring the flow velocity of a suspension flow, utilizing ultrasonics
FR2562242A1 (en) * 1984-03-27 1985-10-04 Micro Pure Systems Inc Method and device for identifying discontinuities in a flow by an ultrasound technique
US4598593A (en) 1984-05-14 1986-07-08 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Acoustic cross-correlation flowmeter for solid-gas flow
US5052230A (en) 1988-07-08 1991-10-01 Flowtec Ag Method and arrangement for flow rate measurement by means of ultrasonic waves
US5291773A (en) * 1990-12-28 1994-03-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Apparatus and method for ultrasonic detection of foreign materials in a specimen
US5251490A (en) 1992-02-07 1993-10-12 Kronberg James W Ultrasonic fluid flow measurement method and apparatus
US5533408A (en) 1993-12-23 1996-07-09 Endress + Hauser Flowtec Ag Clamp-on ultrasonic volumetric flowmeter
EP0686255B1 (en) 1993-12-23 2000-03-15 Endress + Hauser Flowtec AG Clamp-on ultrasonic volume flow rate measuring device
DE19861186B4 (en) * 1998-03-02 2005-09-08 Schubert & Salzer Control Systems Gmbh System for through flow measurement
US6481268B1 (en) 1999-10-12 2002-11-19 Baker Hughes, Inc. Particle measurement by acoustic speckle
WO2003102512A1 (en) 2002-05-31 2003-12-11 Systec Controls Mess Und Regeltechnik Gmbh Ultrasonic measurement of the running time and quantity for detecting the concentration of particles in a flowing fluid
US20060178581A1 (en) * 2004-11-15 2006-08-10 Africk Steven A System and method for ultrasonic measuring of particle properties

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2494316A1 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012004114A1 (en) 2010-07-08 2012-01-12 Endress+Hauser Flowtec Ag Ultrasonic particle measuring system
WO2012004113A1 (en) * 2010-07-08 2012-01-12 Endress+Hauser Flowtec Ag Ultrasonic particle measuring system
US9170240B2 (en) 2010-07-08 2015-10-27 Endress + Hauser Flowtec Ag Ultrasonic particle measuring system
US10036763B2 (en) 2016-01-18 2018-07-31 Gwf Messsysteme Ag Beam shaping acoustic signal travel time flow meter
US10598684B2 (en) 2016-01-18 2020-03-24 Gwf Messsysteme Ag Beam shaping acoustic signal travel time flow meter
US11333676B2 (en) 2016-01-18 2022-05-17 Gwf Messsysteme Ag Beam shaping acoustic signal travel time flow meter
CN116908055A (en) * 2023-07-13 2023-10-20 大唐环境产业集团股份有限公司 Method and device for measuring particle size of particles in pipe and computer equipment

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Publication number Publication date
DE102009046159A1 (en) 2011-05-05
EP2494316A1 (en) 2012-09-05

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