WO2014001027A1 - Ultraschall-durchflussmessgerät - Google Patents

Ultraschall-durchflussmessgerät Download PDF

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WO2014001027A1
WO2014001027A1 PCT/EP2013/061420 EP2013061420W WO2014001027A1 WO 2014001027 A1 WO2014001027 A1 WO 2014001027A1 EP 2013061420 W EP2013061420 W EP 2013061420W WO 2014001027 A1 WO2014001027 A1 WO 2014001027A1
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ultrasonic
signal
circuit
phase
transducer
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PCT/EP2013/061420
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French (fr)
Inventor
Pierre Ueberschlag
Oliver Brumberg
Marco Anklin
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring 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
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring 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
    • G01F1/662—Constructional details

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic I-flow meter according to the preamble of claim 1.
  • Ultrasonic flowmeters are widely used in process and process
  • the medium may be a gaseous, vaporous or liquid medium
  • the essential component of an ultrasonic transducer is a piezoelectric element.
  • the essential component of a piezoelectric element is a piezoceramic layer metallized in at least one partial area.
  • the piezoceramic layer is a foil or a foil
  • Piezoceramic layer vibrated and radiates via an injection element an ultrasonic measurement signal with a defined waveform at a Einstrahlwinkel in the pipeline.
  • the reception of the ultrasonic measuring signal after passing through the pipeline takes place in the reverse manner.
  • the problem is that after the transmission and / or after receiving the ultrasonic measurement signal a
  • the invention solves this problem by an ultrasonic flowmeter with the features of claim 1 and by a method with the features of
  • the aforementioned circuit has at least one connection to at least one of the connections of a
  • Ultrasonic transducer with which at least one of the at least two
  • both connections can be switched to ground, ie with a common potential, or that the two connections are short-circuitable or at least one of the connections with an impedance smaller than that of the piezocrystal of the ultrasonic transducer, preferably with an impedance up to 1000 Ohm, for example, a coil is connected.
  • a short circuit in the sense of the present application is generated by the impedance.
  • the circuit has at least two connections, in particular ground connections, with which at least the first and the second of the at least two ultrasonic transducers can be short-circuited. This can improve the signal to noise ratio as the transmitter and receiver fade faster due to the artificially introduced attenuation.
  • the number of connections in particular the ground connections, the number of ultrasonic transducers corresponds, such that each ultrasonic transducer is short-circuited with one connection.
  • a connection may include a switch, in particular a
  • the circuit may be designed such that at least one of two lines connected in parallel in each case has one of the two ultrasonic transducers, wherein in each case at least two analog switches are arranged along each of the parallel-connected lines, between which the respective ultrasound transducer is arranged.
  • the ultrasonic flowmeter can in particular for determining the flow rate of gases and / or gas mixtures, in particular for
  • an ultrasonic flowmeter for determining the flow rate and / or the volume flow rate of a medium flowing through the measuring tube uses a method for determining the propagation velocity of ultrasonic waves in a medium, in particular with an ultrasonic flowmeter, by means of at least two ultrasonic transducers which are connected in a circuit to one another in parallel, the method comprising the steps of: a) receiving an excitation signal A from an excitation element and emitting an ultrasound signal US into a medium through the first ultrasound transducer during a transmit phase (SP); and b) receiving the ultrasonic signal US and transmitting a
  • Receive signal E to an evaluation by the second of the at least two ultrasonic transducers during a reception phase, wherein during the transmission phase of the second ultrasonic transducer and / or during the reception phase of the first ultrasonic transducer is short-circuited.
  • a flow meter that can perform a corresponding method, allows suppressing a noise, which is caused by the crosstalk of an ultrasonic transducer, or the piezoelectric element provided therein. This method can be used as part of the transit time difference method to determine the determination of the flow rate of a medium in a pipe.
  • Fig. 1 is a schematic circuit diagram of a circuit which in a
  • Fig. 2 is a schematic circuit diagram of the circuit which is in a receiving phase
  • Fig.3-5 are schematic circuit diagrams of a circuit of an ultrasonic flowmeter according to the prior art.
  • Fig. 3-5 show an already known circuit of ultrasonic transducers in a flow meter, which operates according to the known transit time differential method.
  • Fig. 3 shows a conventional signal transmission of an ultrasonic signal.
  • the simplified illustrated circuit 21 of FIG. 3 has at least four analog switches and two mutually parallel ultrasonic transducers. Two analog switches each are arranged along the line in front of and behind each ultrasonic transducer. Behind the circuit, an evaluation device is connected, which is shown here only by a receiver stage 28.
  • Excitation signal in particular a push-pull stage, passed in a first operating state to the circuit 1, there passes a first closed analog switch 22 and excites a first ultrasonic transducer 23 for emitting an ultrasonic signal US.
  • the first ultrasonic transducer 23 thus acts as a transmitter in the first operating state.
  • the ultrasonic signal US is passed into the medium to be determined and by the second ultrasonic transducer 25th receive.
  • Ultrasonic transducer 25 as a transmitter. Of course, all analog switches are switched.
  • the receiver is also affected and reverberated by the non-ideal isolation of the switches from the excitation signal. Again, a noise is generated, which overlaps with the useful signal and the detection of the
  • FIGS. 1 and 2 show a device according to the invention
  • Flow meter realized electrical circuit by which a generated by ringing of the transmitter or excitation of the receiver noise is reduced or ideally completely suppressed.
  • the first operating state with the first ultrasonic transducer as the transmitter and the second ultrasonic transducer as a receiver in two sub-operating states, a transmission phase SP and a
  • Ultrasonic transducer 3 to vibrate, so that it emits the ultrasonic signal US in a medium to be measured.
  • Ultrasonic transducer 5 shorted to send the ultrasonic signal US.
  • the transmitter or the first signal After the transmission of the ultrasonic signal, the transmitter or the first
  • Ultrasonic transducer shorted to a ringing of the transmitter too suppress and the short circuit of the receiver will be resolved until after receiving the signal.
  • the first ground switch 12 is switched on or
  • the second ground switch 1 1 is closed and the first ground switch 12 is opened. This short circuits the transmitter. Consequently, the mechanical ringing of the transmitter can cause no interference signal.
  • FIGS. 3-5 results, in particular, in determining the flow velocity of gases or gas mixtures and is lower in the measurement of liquids. This is u.a. because the ratio between the excitation signal / useful signal amplitude is about 60-80 dB. This value is comparable to the separation of analogue logic switches, which can typically be 80-90db. In this respect, the noise, which by the mechanical
  • Ringing is caused, especially in the measurement of gases in the weight.
  • a possible regulation of the switching over of the connections for a short circuit can take place on the basis of a previously determined signal propagation time TOF of the ultrasound signal from the transmitter to the receiver. Including this signal delay can For example, the ground switches 1 1 and 12 are switched in the specific case. This signal propagation time can be in the direction of flow or against
  • Flow direction are determined or represent an average of the two aforementioned signal propagation times.

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  • Fluid Mechanics (AREA)
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Abstract

Ein Ultraschall-Durchflussmessgerät mit einem Messrohr und zumindest zwei Ultraschallwandlern (3, 5) mit jeweils zwei elektrischen Anschlüssen, wobei die Ultraschallwandler (3, 5) im oder am Messrohr angeordnet sind, zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit und/oder des Volumendurchflusses eines durch das Messrohr fließenden Mediums anhand der Laufzeit-Differenzmethode, wobei das Durchflussmessgerät eine elektrische Schaltung (1) zum Betreiben der Ultraschallwandler (3, 5) aufweist, wobei ein erster Ultraschallwandler (3) der zwei Ultraschallwandler (3, 5) derart schaltbar ist, dass er bei Eintreffen eines Anregungssignal (A) ein Ultraschallsignal (US) in das Medium aussendet und ein zweiter Ultraschallwandler (5) der zwei Ultraschallwandler (3, 5) derart schaltbar ist, dass er bei Eintreffen des Ultraschallsignals (US) ein Empfangssignal (E) aussendet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zumindest eine Verbindung (9, 10) zu einem der Anschlüsse eines der beiden Ultraschallwandler aufweist, mit welcher der Ultraschallwandler zur Vermeidung eines Störsignals kurzschließbar ist.

Description

Ultraschall-Durchflussmessgerät
Die Erfindung betrifft ein Ultraschal I-Durchflussmessgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ultraschall-Durchflussmessgeräte werden vielfach in der Prozess- und
Automatisierungstechnik zur Detektion des Volumen- und/oder Massedurchflusses eines Mediums durch eine Rohrleitung eingesetzt. Dabei kann die Ermittlung anhand der an sich bekannten Laufzeitdifferenzmethode erfolgen. Bei dem Medium kann es sich um ein gasförmiges, dampfförmiges oder um ein flüssiges Medium handeln
Die wesentliche Komponente eines Ultraschallwandlers ist ein piezoelektrisches Element. Die wesentliche Komponente eines piezoelektrischen Elements ist eine piezokeramische, in zumindest einem Teilbereich metallisierte Schicht. Insbesondere handelt es sich bei der piezokeramischen Schicht um eine Folie oder um eine
Membran. Durch Anlegen eines elektrischen Anregungssignals wird die
piezokeramische Schicht in Schwingung versetzt und strahlt über ein Einkoppelelement ein Ultraschall-Messsignal mit einer definierten Signalform unter einem Einstrahlwinkel in die Rohrleitung. Das Empfangen des Ultraschall-Messsignals nach Durchlaufen der Rohrleitung erfolgt in umgekehrter Art und Weise. Problematisch ist, dass nach dem Aussenden und/oder nach dem Empfangen des Ultraschall-Messsignals ein
Nachschwingen eines piezoelektrischen Elements bzw. des Ultraschallwandlers insgesamt erfolgt. Dies führt bei Überlagerung mit dem Ultraschall-Messsignal bzw. dem eigentlichen Nutzsignal und führt zu einen Rauschen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ultraschall-Durchflussmessgerät zu schaffen und ein Verfahren zur Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in einem Medium bereitzustellen, bei denen Messwerte ein
verringertes Rauschen durch Nachschwingen von Ultraschallwandler aufweisen. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Ultraschall-Durchflussmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruchs 12.
Dabei weist ein Ultraschal I-Durchflussmessgerät ein Messrohr und zumindest zwei Ultraschallwandler mit jeweils zumindest zwei Anschlüssen auf, welche im oder am Messrohr angeordnet sind, um eine Bestimmung der Fließgeschwindigkeit eines durch das Messrohr fließenden Mediums anhand der Laufzeit-Differenzmethode zu ermöglichen, wobei die Ultraschallwandler in einer elektrischen Schaltung angeordnet sind, wobei ein erster Ultraschallwandler der zumindest zwei Ultraschallwandler derart schaltbar ist, dass er bei Eintreffen eines Anregungssignal ein Ultraschallsignal in das Medium auszusendet und wobei ein zweiter Ultraschallwandler der zumindest zwei Ultraschallwandler derart schaltbar ist, dass er bei Eintreffen des Ultraschallsignals ein Empfangssignal aussendet. Erfindungsgemäß weist die vorgenannte Schaltung zumindest eine Verbindung an zumindest einem der Anschlüsse eines
Ultraschallwandlers auf, mit welcher zumindest einer der zumindest zwei
Ultraschallwandler zur Vermeidung eines Nachschwingens des Ultraschallwandlers kurzschließbar ist.
Dies kann vorzugsweise dadurch erfolgen, dass beide Anschlüsse gegen Masse, also mit einem gemeinsamen Potential, schaltbar sind oder dass die beiden Anschlüsse gegeneinander kurzschließbar sind oder zumindest einer der Anschlüsse mit einer Impedanz kleiner der des Piezokristalls des Ultraschallwandlers ist, vorzugsweise mit einer Impedanz bis 1000 Ohm, beispielsweise einer Spule, verbunden wird. In diesem Fall wird durch die Impedanz ein Kurzschluss im Sinne der vorliegenden Anmeldung erzeugt.
Durch das Kurzschließen eines Ultraschallwandlers kann Rauschen, welches durch ein Nachschwingen des Ultraschallwandlers hervorgerufen wird, vorteilhaft verringert oder unterbunden werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Es ist von Vorteil, wenn die Schaltung zumindest zwei Verbindungen, insbesondere Masseverbindungen, aufweist, mit welchen zumindest der erste und der zweite der zumindest zwei Ultraschallwandler kurzschließbar sind. Dadurch kann das Signal zu Rauschen Verhältnis verbessert werden, da der Sender und der Empfänger durch den künstlich eingeführte Dämpfung schneller ausklingen.
Um eine weitere Verminderung von Störsignalen durch Nachschwingungen zu erreichen ist es von Vorteil, wenn die Anzahl der Verbindungen, insbesondere der Masseverbindungen, der Anzahl an Ultraschallwandlern entspricht, derart, dass jeder Ultraschallwandler mit jeweils einer Verbindung kurzschließbar ist.
Praktischerweise kann eine Verbindung einen Schalter, insbesondere einen
Masseschalter aufweisen, mit welchem die Verbindung zu- oder abschaltbar ist. Durch diesen schaltungstechnisch einfachen Aufbau lässt sich der Vorgang des
Kurzschließens gut steuern.
Die Schaltung kann derart ausgebildet sein, dass zumindest je eine von zwei parallelgeschaltete Leitungen jeweils einen der beiden Ultraschallwandler aufweist, wobei entlang jeder der parallelgeschalteten Leitungen jeweils zumindest zwei Analogschalter angeordnet sind, zwischen welchen der jeweilige Ultraschallwandler angeordnet ist.
Das Ultraschall-Durchflussmessgerät kann insbesondere zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit von Gasen und/oder Gasgemischen, insbesondere zur
Bestimmung der Fließgeschwindigkeit und der Zusammensetzung von Biogas eingesetzt werden, da bei dieser Anwendung das Anregungs- und das Nutzsignal um mehr als 100dB voneinander abweichen können, so dass sich ein Rauschen ohne Ausschluss des Kurzschlusses besonders negativ in diesem Anwendungsbereich auswirken würde. Erfindungsgemäß wendet ein Ultraschall-Durchflussmessgerät zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit und/oder des Volumendurchflusses eines durch das Messrohr fließenden Mediums ein Verfahren zur Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in einem Medium, insbesondere mit einem Ultraschall- Durchflussmessgerät, mittels zumindest zwei Ultraschallwandlern, welche in einer Schaltung zueinander parallelgeschalten sind an, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Empfangen eines Anregungssignals A von einem Anregungselement und Aussenden eines Ultraschallsignals US in ein Medium durch den ersten Ultraschallwandler während einer Sendephase (SP); und b) Empfangen des Ultraschallsignals US und Aussenden eines
Empfangssignals E zu einer Auswerteeinheit durch den zweiten der zumindest zwei Ultraschallwandler während einer Empfangsphase, wobei während der Sendephase der zweite Ultraschallwandler und/oder während der Empfangsphase der erste Ultraschallwandler kurzgeschlossen wird.
Ein Durchflussmessgerät, welches ein entsprechendes Verfahren ausführen kann, ermöglicht ein Unterdrücken eines Rauschens, welches durch das Übersprechen eines Ultraschallwandlers, bzw. dem darin vorgesehenen Piezoelement, hervorgerufen wird. Dieses Verfahren kann im Rahmen der Laufzeitdifferenzmethode eingesetzt werden, um die Bestimmung der Fließgeschwindigkeit eines Mediums in einem Rohr zu ermitteln.
Die Erfindung wird nachfolgend durch mehrere Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Schaltung, welche in einem
erfindungsgemäßen Ultraschall-Durchflussmessgerät angeordnet ist und welche sich in einer Sendephase befindet; Fig.2 ein schematisches Schaltbild der Schaltung, welche sich in einer Empfangsphase befindet; und
Fig.3-5 schematische Schaltbilder einer Schaltung eines Ultraschall- Durchflussmessgerätes nach dem Stand der Technik.
Fig. 3-5 zeigen eine bereits bekannte Schaltung von Ultraschallwandlern in einem Durchflussmessgerät, welches nach der an sich bekannten Laufzeit-Differenzmethode arbeitet.
Anhand der Fig. 3 soll die zugrundeliegende Aufgabenstellung im Stand der Technik näher beschrieben werden.
Fig. 3 zeigt eine übliche Signalübertragung eines Ultraschallsignals. Die vereinfachtdargestellte Schaltung 21 der Fig. 3 weist zumindest vier Analogschalter und zwei zueinander parallelgeschaltete Ultraschallwandler auf. Jeweils zwei Analogschalter sind entlang der Leitung vor und hinter jedem Ultraschallwandler angeordnet. Hinter der Schaltung ist eine Auswerteeinrichtung angeschlossen, welche hier lediglich durch eine Empfängerstufe 28 dargestellt ist.
Ausgehend von einem nicht näher dargestellten Anregungselement wird ein
Anregungssignal, insbesondere einer Push-Pull Stufe, in einem ersten Betriebszustand zur Schaltung 1 geleitet, passiert dort einen ersten geschlossenen Analogschalter 22 und regt einen ersten Ultraschallwandler 23 zum Aussenden eines Ultraschallsignals US an. Dabei ist ein zweiter Analogschalter 24, welcher entlang der Leitung hinter dem ersten Ultraschallwandler 23 angeordnet ist, geöffnet, so dass das Anregungssignal nicht zur Auswerteeinrichtung gelangen kann. Der erste Ultraschallwandler 23 fungiert somit im ersten Betriebszustand als Sender. Das Ultraschallsignal US wird in das zu bestimmende Medium geleitet und durch den zweiten Ultraschallwandler 25 empfangen. Dieser ist im ersten Betriebszustand als Empfänger geschaltet, das heißt, dass der zwischen dem Anregungselement und dem zweiten Ultraschallwandler 25 befindliche dritte Analogschalter 26 geöffnet ist, so dass der zweite Ultraschallwandler kein Anregungssignal empfangen kann. Gleichzeitig ist der zwischen dem zweiten Ultraschallwandler 25 und der Auswerteeinrichtung angeordnete vierte Analogschalter 27 geschlossen, so dass der zweite Ultraschallwandler 25 das empfangene
Ultraschallsignal US in ein Empfangssignal E umwandelt und dieses an die
Auswerteeinrichtung weiterleiten kann.
Im Anschluss kann ein Umschalten in einen zweiten Betriebszustand erfolgen, in welchem der erste Ultraschallwandler 23 als Empfänger fungiert und der zweite
Ultraschallwandler 25 als Sender. Selbstverständlich werden auch alle Analogschalter umgeschalten.
Die in Fig. 3 abgebildete Schaltung hat sich insgesamt unter idealen Bedingungen als praktikabel erwiesen.
Problematisch ist allerdings, dass das Piezokristall des ersten Ultraschallwandlers 23, bzw. des Senders, nach dem Anregen noch nachschwingt. Dieses Nachschwingen wird bei nicht idealen Schaltungen, welche im Realfall oft vorliegen, als Rauschen bzw. Störsignal detektiert. Dabei ist der Umfang des Störsignals abhängig von der Frequenz, da die Analogschalter mehr oder weniger gut isolierend wirken, wobei ein
Analogschalter bei 50dB eher eine schlechtere Isolationswirkung gegenüber 100 dB aufweist Dieses Rauschen überlagert das Nutzsignal. Dieser Effekt ist in Fig. 5-4 schematisch dargestellt.
Darüber hinaus wird auch der Empfänger durch die nicht ideale Isolation der Schaltern von dem Anregungssignal betroffen und nachschwingen. Auch hier wird ein Rauschen generiert, welches sich mit dem Nutzsignal überlagert und die Detektion des
Nutzsignals erschwert. Dieser Effekt ist in Fig. 4 dargestellt. Davon ausgehend zeigen Fig. 1 und 2 ein in einem erfindungsgemäßen
Durchflussmessgerät verwirklichte elektrische Schaltung, durch welche ein durch Nachschwingen des Senders bzw. Anregung des Empfängers erzeugtes Rauschen vermindert oder idealerweise völlig unterdrückt wird.
Hierbei wurde die Schaltung der Fig. 3-5 vor den Analogschaltern 2 bzw. 22 und 5 bzw. 25 um eine erste Masseverbindung 9 mit einem ersten Masseschalter 1 1 und hinter den Analogschaltern 4 und 7 um eine zweite Masseverbindung 10 mit einem zweiten Masseschalter 12 ergänzt. Durch die Schaltung der Masseschalter 11 und 12 kann jeweils der erste Ultraschallwandler 3, also der Sender, oder der zweite
Ultraschallwandler 5, also der Empfänger, kurzgeschlossen werden.
Nachfolgend soll die Arbeitsweise der erfindungsgemäß modifizierten Schaltung näher erläutert werden. Hierfür wird zur besseren Erläuterung der erste Betriebszustand, mit dem ersten Ultraschallwandler als Sender und dem zweiten Ultraschallwandler als Empfänger in zwei Unterbetriebszustände, einer Sendephase SP und einer
Empfangsphase EP unterteilt.
Die Schaltung während der Sendephase S ist in Fig. 2 wiedergegeben und die
Empfangsphase in Fig. 1.
Zunächst regt ein Anregungssignal bei geschlossenem Analogschalter 2 den
Ultraschallwandler 3 zum Schwingen an, so dass dieser das Ultraschallsignal US in ein zu-messendes Medium aussendet. Dabei ist der Empfänger bzw. der zweite
Ultraschallwandler 5 bis zum Aussenden des Ultraschallsignals US kurzgeschlossen.
Nach dem Aussenden des Ultraschallsignals wird der Sender bzw. der erste
Ultraschallwandler kurzgeschlossen, um ein Nachschwingen des Senders zu unterdrücken und der Kurzschluss des Empfängers wird gelöst, bis nach dem Empfang des Signals.
Während der Sendephase S wird der erste Masseschalter 12 zugeschaltet bzw.
geschlossen und damit eine Masseverbindung 10 hergestellt. Gleichzeitig bleibt der zweite Masseschalter 11 geöffnet. Dadurch wird der Empfänger während der
Sendephase kurzgeschlossen. Die elektrische Anregung des Empfängers wird dadurch verhindert. Somit wird der Empfänger kein mechanisches Nachschwingen und während der Empfangsphase kein Störsignal erzeugen.
Währen der Empfangsphase E wird der zweite Masseschalter 1 1 geschlossen und der erste Masseschalter 12 geöffnet. Dadurch wird der Sender kurzgeschlossen. Folglich kann das mechanische Nachschwingen des Senders kein Störsignal hervorrufen.
Vör den den Masseschaltern 1 1 und 12 sind Widerstände angeordnet zur Verringerung von Störungen.
Das in Fig. 3-5 dargestellte Problem ergibt sich insbesondere bei der Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Gasgemischen und fällt bei der Messung von Flüssigkeiten geringer aus. Dies liegt u.a. daran, dass das Verhältnis zwischen der Anregungssignal-/Nutzsignal-Amplitude etwa 60-80 dB beträgt. Dieser Wert ist mit der Trennung von Anallogschaltern zu vergleichen, welcher typischerweise 80-90db betragen kann. Insofern fällt das Rauschen, welches durch das mechanische
Nachschwingen hervorgerufen wird, insbesondere bei der Messung von Gasen ins Gewicht.
Eine mögliche Regelung des Umschaltens der Verbindungen für einen Kurzschluss kann anhand einer zuvor ermittelten Signallaufzeit TOF des Ultraschallsignals vom Sender zum Empfänger erfolgen. Unter Einbeziehung dieser Signallaufzeit können beispielsweise die Masseschalter 1 1 und 12 im konkreten Fall umgeschalten werden. Diese Signallaufzeit kann sowohl in Strömungsrichtung oder entgegen der
Strömungsrichtung ermittelt werden oder ein Mittelwert der beiden vorgenannten Signallaufzeiten darstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschall-Durchflussmessgerät mit einem Messrohr und zumindest zwei
Ultraschallwandlern (3, 5) mit jeweils zwei elektrischen Anschlüssen, wobei die Ultraschallwandler (3, 5) im oder am Messrohr angeordnet sind, zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit und/oder des Volumendurchflusses eines durch das Messrohr fließenden Mediums anhand der Laufzeit-Differenzmethode, wobei das Durchflussmessgerät eine elektrische Schaltung (1 ) zum Betreiben der
Ultraschallwandler (3, 5) aufweist, wobei ein erster Ultraschallwandler (3) der zwei Ultraschallwandler (3, 5) derart schaltbar ist, dass er bei Eintreffen eines Anregungssignal (A) ein
Ultraschallsignal (US) in das Medium aussendet und ein zweiter Ultraschallwandler (5) der zwei Ultraschallwandler (3, 5) derart schaltbar ist, dass er bei Eintreffen des Ultraschallsignals (US) ein
Empfangssignal (E) aussendet, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zumindest eine Verbindung (9, 10) zu einem der Anschlüsse eines der beiden Ultraschallwandler aufweist, mit welcher der Ultraschallwandler zur Vermeidung eines Störsignals kurzschließbar ist.
2. Ultraschall-Durchflussmessgerät gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (9, 10) eine Masseverbindung (9, 10) ist.
3. Ultraschall-Durchflussmessgerät gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verbindung (9, 10) durch die beiden Anschlüsse gegeneinander kurzschließbar ist oder die Verbindung mit einer Impedanz kleiner der des Piezokristalls des Ultraschallwandlers kurzschließbar ist.
4. Ultraschall-Durchflussmessgerät gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schaltung zumindest Verbindungen (9, 10) aufweist, mit welchen zumindest der erste und der zweite der zumindest zwei
Ultraschallwandler (3, 5) kurzschließbar sind.
5. Ultraschall-Durchflussmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Verbindung (9, 10) einen Schalter ( 1 1 , 12) aufweist, mit welcher die Verbindung zu- oder abschaltbar ist.
6. Ultraschall- Durchflussmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (1 ) derart ausgestaltet ist, dass sie eine Sendephase (SP), in welcher das Ultraschallsignal ausgesandt wird, und eine Empfangsphase (EP), in welcher das Ultraschallsignal empfangen wird, ermöglicht, wobei der erste Ultraschallwandler, der als Sender (3) wirkt, in der Empfangsphase (EP) kurzgeschlossen ist.
7. Ultraschall-Durchflussmessgerät, nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (1 ) derart ausgestaltet ist, dass sie eine Sendephase (SP), in welcher das Ultraschall ausgesandt wird, und eine Empfangsphase (EP), in welcher das Ultraschallsignal empfangen wird, ermöglicht, wobei der zweite Ultraschallwandler, der als Empfänger (5), wirkt in der Sendephase (SP) kurzgeschlossen ist.
8. Ultraschall-Durchflussmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (1 ) zumindest zwei
parallelgeschaltete Leitungen (13, 14) mit jeweils einem der beiden
Ultraschallwandler (3, 5) aufweist, wobei entlang jeder der parallelgeschalteten Leitungen jeweils zumindest zwei Analogschalter angeordnet sind, zwischen welchen der jeweilige Ultraschallwandler angeordnet ist.
9. Ultraschall-Durchflussmessgerät nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in der Empfangsphase und in der Sendephase zumindest jeweils ein Analogschalter entlang einer parallelgeschalteten Leitung und zumindest ein Masseschalter der Schaltung geöffnet sind.
10. Verwendung eines Ultraschall-Durchflussmessgerätes, gemäß Anspruch 1 , zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit und/oder des Volumendurchflusses von Gasen und/oder Gasgemischen, insbesondere zur Bestimmung der
Fließgeschwindigkeit und/oder der Zusammensetzung von Biogas.
1 1. Verwendung eines Ultraschall-Durchflussmessgerätes, gemäß Anspruch 1 , zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit und/oder des Volumendurchflusses eines Mediums, wobei das Ultraschall-Durchflussmessgerät als Clamp-On-Gerät ausgebildet ist.
12. Ultraschall-Durchflussmessgerät zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeit
und/oder des Volumendurchflusses eines durch das Messrohr fließenden Mediums, das dazu ausgestaltet, ist ein Verfahren zur Bestimmung der
Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in einem mittels zumindest zwei Ultraschallwandlern, welche in einer Schaltung zueinander
parallelgeschalten sind, mit den folgenden Schritte: a) Empfangen eines Anregungssignals A von einem Anregungselement und Aussenden eines Ultraschallsignals US in ein Medium durch den ersten Ultraschallwandler während einer Sendephase (SP); und b) Empfangen des Ultraschallsignals US und Aussenden eines
Empfangssignals E zu einer Auswerteeinheit durch den zweiten der zumindest zwei Ultraschallwandler während einer Empfangsphase (EP), wobei während der Sendephase der zweite Ultraschallwandler und/oder während der Empfangsphase der erste Ultraschallwandler kurzgeschlossen wird, durchzuführen.
13. Ultraschall-Durchflussmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzschließen der Verbindung (9, 10) in Abhängigkeit von einer ermittelten gemittelten Signallaufzeit (TOF) erfolgt.
PCT/EP2013/061420 2012-06-28 2013-06-04 Ultraschall-durchflussmessgerät WO2014001027A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13726529.4A EP2867630A1 (de) 2012-06-28 2013-06-04 Ultraschall-durchflussmessgerät
US14/410,758 US20150323359A1 (en) 2012-06-28 2013-06-04 Ultrasonic, Flow Measuring Device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012105719.2 2012-06-28
DE102012105719.2A DE102012105719A1 (de) 2012-06-28 2012-06-28 Ultraschall-Durchflussmessgerät

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Country Status (4)

Country Link
US (1) US20150323359A1 (de)
EP (1) EP2867630A1 (de)
DE (1) DE102012105719A1 (de)
WO (1) WO2014001027A1 (de)

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