專利名稱:確定和/或監(jiān)控穿過測量管的測量介質(zhì)的流量的測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定和/或監(jiān)控穿過測量管的測量介質(zhì)的流量的方法以及一種相應(yīng)的測量系統(tǒng)，該測量管具有第一超聲波傳感器和至少一個第二超聲波傳感器并且具有至少一個調(diào)節(jié)/評估單元，所述第一超聲波傳感器具有至少一個電子機械式的超聲波換能器元件并且安置在測量管的第一區(qū)域中，并且所述第二超聲波傳感器具有至少兩個電子機械式的超聲波換能器元件并且以如下方式安置在測量管的第二區(qū)域中，即，使由第一超聲波傳感器穿過測量介質(zhì)發(fā)送的超聲波信號由第二超聲波傳感器接收，并且由第二超聲波傳感器穿過測量介質(zhì)發(fā)送的超聲波信號由第一超聲波傳感器接收，所述調(diào)節(jié)/評估單元根據(jù)超聲波測量信號或者根據(jù)從超聲波測量信號中推導(dǎo)出的測量數(shù)據(jù)借助于渡越時差法 (Laufzeitdifferenzverfahren)求得在測量管中流動的測量介質(zhì)的體積流和/或質(zhì)量流。
背景技術(shù)：
超聲波流量測量儀器以多種多樣的方式用在工藝技術(shù)和自動化技術(shù)中。它們能夠以簡單的方式確定管道中的體積流量和/或質(zhì)量流量。
公知的超聲波流量測量儀器經(jīng)常根據(jù)多普勒原理或者根據(jù)渡越時差原理進行工作。
在渡越時差原理的情況下，評估超聲波脈沖相對于液體的流動方向的不同的渡越時間。
為此，既以順流的方式又以逆流的方式相對于管軸線以確定的角度發(fā)送超聲波脈沖。從渡越時差中可以確定流動速度并且可以由此在管道段的直徑已知的情況下確定體積流量。
在多普勒原理下，將超聲波以確定的頻率耦合到液體中，并且評估從液體反射出來的超聲波。同樣，可以從進入和反射的波之間的頻移來確定液體的流動速度。
然而，液體中的反射只在該液體中存在小氣泡或者臟物時才會發(fā)生，從而該原理主要應(yīng)用在臟的液體中。
借助于所謂的超聲波換能器來產(chǎn)生或者接收超聲波。為此，將超聲波換能器固定地安置在相關(guān)管道區(qū)段的管壁上。近來還有夾式超聲波流量測量系統(tǒng)(Clamp-On-Ultrasch alI-Durchflussmesssystem)可供使用。在該系統(tǒng)中還只用夾緊扣將所述超聲波換能器壓到管壁上。這種系統(tǒng)例如由EP 686 255BUUS-A 44 84 478或者US-A 45 98 593公知。
由US-A 50 52 230公知另一超聲波流量測量儀器，該超聲波流量測量儀器根據(jù)渡越時差原理工作。在這里，借助于短的超聲波脈沖來求得渡越時間。
夾式超聲波流量測量系統(tǒng)的大的優(yōu)點是，它不接觸測量介質(zhì)并且安置在已經(jīng)存在的管道上。缺點是，在安裝這種夾式系統(tǒng)時，為了使各個超聲波換能器相互對齊需要很大開支，這取決于許多參數(shù)，例如管壁厚度、管直徑、測量介質(zhì)中的聲速。
超聲波換能器通常由電子機械式的換能器以及耦合層組成，該換能器在工業(yè)的過程測量技術(shù)中大多數(shù)情況下是壓電陶瓷，該耦合層也稱為耦合楔或者罕見的前導(dǎo)體 (Vorlaufkorper)。在此，該耦合層大多數(shù)情況下由合成材料制成。在電子機械式的換能器元件中產(chǎn)生超聲波并且經(jīng)由耦合層導(dǎo)向管壁并且從那里導(dǎo)入液體中。因為液體和合成材料中的聲速是不同的，所以超聲波在從一種介質(zhì)過渡到另一種介質(zhì)中時發(fā)生折射。根據(jù)斯涅爾定律以一次近似法來確定折射角。因此，該折射角取決于介質(zhì)中的傳播速度之比。
在壓電元件與耦合層之間可以布置另一耦合層，即所謂的適應(yīng)層。在此，該適應(yīng)層承擔(dān)傳輸超聲波信號的功能并且同時減少在兩種材料之間的邊界層上由不同的聲學(xué)阻抗引起的反射。
在大量來源中，例如在DE 10 2006 029 199B3中，通過使用穿過測量管中測量介
質(zhì)流的超聲波信號來確定測量管中測量介質(zhì)的流速。
在WO 2007/039394A2中公開了一種超聲波流量測量儀器，該超聲波流量測量儀器在測量管的第一區(qū)域內(nèi)具有至少一個超聲波換能器并且在第二區(qū)域內(nèi)具有至少兩個超聲波換能器?；诘诙^(qū)域中的換能器相對于第一區(qū)域中的換能器的不同的間距，得出超聲波信號的渡越時差。該渡越時差用于計算流量。缺點是，測量管的第一區(qū)域中的超聲波換能器必須產(chǎn)生具有很大的信號強度和很寬的信號張角的耗能的信號，由此，所述信號到達測量管的第二區(qū)域中的另外兩個超聲波換能器。
DE 102 21 771A1示出了一種用于超聲波流量測量儀器的超聲波傳感器，該超聲波傳感器具有多個壓電元件，所述壓電元件整合成所謂的壓電陣列，能夠時間上錯開地觸發(fā)所述壓電元件。由此可行的是，利用扁平地安置在測量管壁上的超聲波傳感器實現(xiàn)射入測量介質(zhì)中的超聲波信號以波前沿相對于測量管軸線的不同的角度。然而，時間上錯開地觸發(fā)在計算上開支非常大。角度的改變也僅在受限制的區(qū)域內(nèi)有意義。如果超聲波信號非常平地射入，那么可以激勵縱向波，并且減少了穿過管壁的傳輸，并且聲波的主要分量被反射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種方法和一種相應(yīng)的流量測量系統(tǒng)，其傳感器可以安置在管道上并且不需要開支大地相互對齊。
所述任務(wù)通過一種用于確定和/或監(jiān)控穿過測量管的測量介質(zhì)的流量的方法得到解決，該測量管具有第一超聲波傳感器和至少一個第二超聲波傳感器并且具有至少一個調(diào)節(jié)/評估單元，所述第一超聲波傳感器具有至少一個電子機械式的超聲波換能器元件并且安置在測量管的第一區(qū)域中，并且所述第二超聲波傳感器具有至少兩個電子機械式的超聲波換能器元件并且以如下方式安置在測量管的第二區(qū)域中，即，使由第一超聲波傳感器穿過測量介質(zhì)發(fā)送的超聲波信號由第二超聲波傳感器接收，并且由第二超聲波傳感器穿過測量介質(zhì)發(fā)送的超聲波信號由第一超聲波傳感器接收，所述調(diào)節(jié)/評估單元根據(jù)超聲波測量信號或者根據(jù)從超聲波測量信號中推導(dǎo)出的測量數(shù)據(jù)借助于渡越時差法求得在測量管中流動的測量介質(zhì)的體積流和/或質(zhì)量流，其中，在診斷階段期間，將超聲波信號由第一超聲波傳感器穿過測量介質(zhì)發(fā)送給第二超聲波傳感器，并且針對第二超聲波傳感器的每個電子機械式的超聲波換能器元件從所接收的超聲波信號中求得和/或推導(dǎo)出至少一個過程量，并且基于所接收的超聲波信號的過程量來選擇第二超聲波傳感器的在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件。因此，在診斷階段與測量階段之間是不同的。 在診斷階段中確定超聲波換能器元件，這些超聲波換能器元件在測量階段期間為了測量而發(fā)送和/或接收超聲波信號。
通常，所述超聲波傳感器具有耦合元件，該耦合元件引起安置在其上的超聲波換能器元件與測量管中測量介質(zhì)的主要流動方向之間的角度，該流動方向大多數(shù)情況下幾乎軸向于測量管的中軸線地分布。因此，傳感器之間的超聲波信號獲得沿著和/或逆著測量管中測量介質(zhì)的主要流動方向的方向分量。在某些確定形式的受條件限制的流動中，可以垂直于管壁或者管軸線射入超聲波信號，但仍可以借助于渡越時差法來確定流量。
所述傳感器裝配或者安裝在測量管的不同的區(qū)域內(nèi)。在夾式系統(tǒng)中，所述傳感器從外部安置在測量管外壁的對置的側(cè)上或者所述傳感器處于測量管的相同的側(cè)上，并且信號在測量管壁的對置于傳感器的側(cè)上反射，優(yōu)選利用在測量管的內(nèi)側(cè)上的反射器來反射。 在串聯(lián)系統(tǒng)anline-System)中，所述傳感器大多數(shù)情況下在固定的位置上固定地處于測量管壁中或者與測量管壁連接。
在診斷階段期間求得的過程量尤其是所接收的超聲波信號的信號強度、其振幅、 其相位、包絡(luò)線或者傳遞函數(shù)。可推導(dǎo)出的量例如是超聲波信號的強度和渡越時間。
所述電子機械式的超聲波換能器元件優(yōu)選是壓電的元件。然而，電致伸縮和/或磁致伸縮的元件也能夠產(chǎn)生和/或接收合適的超聲波信號。
具有至少一個電子機械式的超聲波換能器元件的第一超聲波傳感器安置在測量管的第一區(qū)域中。相對于該第一超聲波傳感器，第二超聲波傳感器安置在測量管的第二區(qū)域中。在夾式系統(tǒng)中，這兩個傳感器均固定在測量管壁的外部上。所述傳感器粗略地相互對齊，也就是說，其間距根據(jù)確定的規(guī)定，例如以測量管的直徑大小的間距，粗略地或者以粗略的步驟進行調(diào)設(shè)。用于這種布置的開支相對于現(xiàn)有技術(shù)來說非常小。
另外，現(xiàn)在通過改變測量介質(zhì)參數(shù)，例如測量介質(zhì)本身或者其溫度，來改變超聲波信號的折射角。這在現(xiàn)有技術(shù)中會要求所述傳感器相互間重新對齊。作為替代方案，用于確定流量的信號強度會較小并且/或者測量結(jié)果具有較大的誤差。
然而，在這里，為了測量而確定所述傳感器的超聲波換能器元件的最佳組合。即使可以為了測量而使用非最佳的組合，但是該測量具有較大的不可靠性。
在診斷階段期間，正好一個超聲波換能器元件例如交替地發(fā)出超聲波信號。針對所接收的超聲波換能器元件單個地確定從所接收的超聲波信號中求得和/或推導(dǎo)出的參數(shù)。這能夠僅沿一個方向，也就是從第一超聲波傳感器到第二超聲波傳感器地實現(xiàn)。作為替代方案，超聲波信號能夠沿著兩個方向逆流和順流地流入診斷中，這是因為能夠?qū)哂醒刂鴾y量管中測量介質(zhì)的主要流動方向的方向分量的信號與具有逆著測量管中測量介質(zhì)的主要流動方向的方向分量的超聲波信號之間的相移進行評估。
于是，診斷階段在于，求得和/或推導(dǎo)出超聲波換能器元件沿兩個方向的所有可能的組合的過程量。因此，在該階段結(jié)束時存在在診斷階段期間帶有對所有組合的測量結(jié)果進行說明的數(shù)據(jù)記錄?，F(xiàn)在，借助于所希望的過程量來選擇最好的組合并且將過程量作為參考值加以存儲?，F(xiàn)在，始終提供該過程量用于與當(dāng)前的測量進行比較。
只有在確定了為了測量而起作用的傳感器之后才開始真正的測量。診斷階段可以在每次測量的前后，但也可以在測量階段期間選擇在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件。例如可以借助于其它發(fā)送頻率和/或其它脈沖序列來進行該選擇，而不會干擾測量工作。因為利用對各個超聲波組(UltraschalΙ-Paket)的評估來實現(xiàn)流量測量，所以要么可以將所述測量直接與所存儲的參考量進行比較，要么在流量測量的兩個組之間進行一次或者多次用于診斷的測量。
通過這種布置，能夠額外地、簡單地確定測量介質(zhì)中的聲速。因此，在測量介質(zhì)已知的情況下，能夠推測出該測量介質(zhì)的溫度，或者因此在溫度已知的情況下能夠探測出測量介質(zhì)的改變。
此外，其它用于加速診斷的策略在于，不測量超聲波換能器元件的所有組合。在兩個具有非常多的換能器元件的超聲波傳感器中提供的是，選擇垂直于管軸線相互間具有最小間距的組合、垂直于管軸線相互間具有最大間距的組合以及相對來說中間的組合。然后將所述間距向更有利的過程量方面迭代式地二等分。
所述診斷不僅能夠在流動的測量介質(zhì)中進行，而且也能夠在所謂的零流量中也就是在測量管中測量介質(zhì)靜止時進行。有利的是，在所述測量介質(zhì)在測量管中流動時進行診斷，因為在這種情況下能夠更好地區(qū)分干擾信號與有用信號，該干擾信號例如由所謂的管波引起，也就是測量管自身中或者測量管壁中的超聲波信號，所述有用信號也就是用于診斷的超聲波信號。
按本發(fā)明的方法的有利的改進方案設(shè)置在診斷階段期間，根據(jù)所接收的超聲波信號的最大的信號強度來選擇第二超聲波傳感器的在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件。
選擇具有所接收的最大的信號強度的一個超聲波換能器元件或多個超聲波換能器元件。一種變型方案在于，選擇如下超聲波換能器元件，該超聲波換能器元件接收最大的信號強度。然而，因為許多超聲波換能器元件可以聯(lián)接起來用于發(fā)送并且/或者用于接收超聲波信號，所以非常有利的是，聯(lián)合多個超聲波換能器元件，尤其是所選擇的超聲波換能器元件和其直接鄰座(Nachbar)和/或其它進而并排的超聲波換能器元件。
特別有利的是，所述超聲波傳感器在耦合元件與超聲波換能器元件之間分別具有適應(yīng)層，所述適應(yīng)層(如過濾器)以如下方式來設(shè)計，即，使沿超聲波測量信號的入射方向或者出射方向定向的超聲波測量信號分量幾乎無干擾地經(jīng)過所述適應(yīng)層，而橫向于入射方向和/或出射方向定向的超聲波測量信號分量在很大程度上被適應(yīng)層削弱。
按本發(fā)明的解決方案的非常有利的改進方案可以是，所述第一超聲波傳感器具有至少兩個電子機械式的超聲波換能器元件，并且在診斷階段期間選擇第一超聲波傳感器的在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件。
例如基于第一傳感器的由第二超聲波傳感器接收的超聲波信號的信號強度和/ 或由第二超聲波傳感器發(fā)出的、由第一超聲波傳感器接收的超聲波信號的信號強度來進行選擇。
根據(jù)本發(fā)明的有利的設(shè)計方案，在診斷階段期間，根據(jù)所接收的超聲波信號的發(fā)送與接收之間的相移來選擇第二超聲波傳感器的在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利的設(shè)計方案，在診斷階段期間，根據(jù)由第二超聲波傳感器所接收的超聲波信號與由第一超聲波傳感器所接收的超聲波信號之間的最佳相移來選擇第二超聲波傳感器的在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件。在此，由第一超聲波傳感器發(fā)送的并且由第二超聲波傳感器接收的超聲波信號具有至少一個沿著或者逆著測量管中測量介質(zhì)的主要流動方向的方向分量，并且由第二超聲波傳感器發(fā)送的并且由第一超聲波傳感器接收的超聲波信號與之相反。在此，利用的是，通過測量介質(zhì)的流動導(dǎo)致沿著和逆著流動方向在兩個超聲波信號的確定的時間段上產(chǎn)生相移。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利的設(shè)計方案，在診斷階段期間，根據(jù)所接收的超聲波信號的最佳傳遞函數(shù)來選擇所述第二超聲波傳感器的在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件。
根據(jù)按本發(fā)明的解決方案的另一有利的改進方案，同時激活第一超聲波傳感器的多個電子機械式的超聲波換能器元件，并且/或者同時激活第二超聲波傳感器的多個電子機械式的超聲波換能器元件。這在超聲波換能器元件直接并排時特別有利。
根據(jù)按本發(fā)明的方法的另一有利的實施方式，各起作用的電子機械式的超聲波換能器元件由至少一個多路復(fù)用器來切換，其中，多路復(fù)用器由調(diào)節(jié)/評估單元來控制，并且其中，所述第一超聲波傳感器的電子機械式的超聲波換能器元件以及第二超聲波傳感器的電子機械式的超聲波換能器元件與調(diào)節(jié)/評估單元連接。除了公知的用于選擇唯一的信號的選擇組合邏輯電路之外，多路復(fù)用器在此也是由多個可相互獨立地進行控制的單個開關(guān)組成的開關(guān)單元。
按本發(fā)明的方法的有利的實施方式在于，存儲在診斷階段期間獲取的過程量，并且在測量階段期間將所存儲的過程量與當(dāng)前獲取的過程量進行比較，其中，在超過所存儲的過程量與當(dāng)前獲取的過程量之間的確定的偏差時，重新進行診斷階段。能夠與一個和/ 或多個所獲取的過程量進行比較。例如能夠借助于發(fā)送器與接收器之間的相移分別沿著和逆著流量方向來計算流量，而借助于信號強度來確定超聲波換能器元件的最佳組合。如上所述，但也可以利用相移來求得超聲波換能器元件的組合。
此外，基于本發(fā)明的任務(wù)通過一種用于確定和/或監(jiān)控穿過測量管的測量介質(zhì)的流量的測量系統(tǒng)得到解決，該測量管具有第一超聲波傳感器和至少一個第二超聲波傳感器并且具有至少一個調(diào)節(jié)/評估單元，所述第一超聲波傳感器具有至少一個電子機械式的超聲波換能器元件并且能夠安置在測量管的第一區(qū)域中，并且所述第二超聲波傳感器具有至少兩個電子機械式的超聲波換能器元件并且能夠以如下方式安置在測量管的第二區(qū)域中， 即，使能由第一超聲波傳感器穿過測量介質(zhì)發(fā)送的超聲波信號能夠由第二超聲波傳感器接收，并且能由第二超聲波傳感器穿過測量介質(zhì)發(fā)送的超聲波信號能夠由第一超聲波傳感器接收，所述調(diào)節(jié)/評估單元根據(jù)超聲波測量信號或者根據(jù)從超聲波測量信號中推導(dǎo)出的測量數(shù)據(jù)借助于渡越時差法求得在測量管中流動的測量介質(zhì)的體積流和/或質(zhì)量流，其中，在診斷階段期間，能夠?qū)⒊暡ㄐ盘栍傻谝怀暡▊鞲衅鞔┻^測量介質(zhì)發(fā)送給第二超聲波傳感器，并且針對第二超聲波傳感器的每個電子機械式的超聲波換能器元件從能接收的超聲波信號中能夠求得和/或能夠推導(dǎo)出至少一個過程量，并且能夠基于能接收的超聲波信號的過程量來選擇第二超聲波傳感器的在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件。
在此，所述超聲波換能器元件由調(diào)節(jié)/評估單元來觸發(fā)。在超聲波傳感器上的多個超聲波換能器元件中，例如經(jīng)由至少一個多路復(fù)用器來導(dǎo)通信號。所述多路復(fù)用器于是同樣由調(diào)節(jié)/評估單元來控制。
根據(jù)按本發(fā)明的測量系統(tǒng)的有利的改進方案，所述第一超聲波傳感器具有至少兩個電子機械式的超聲波換能器元件，并且能夠在診斷階段期間選擇第一超聲波傳感器的在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件。
按本發(fā)明的測量系統(tǒng)的非常有利的改進方案可以是，可以正好由一個調(diào)節(jié)/評估單元來評估電子機械式的超聲波換能器元件的測量信號或者可從測量信號中推導(dǎo)出的測量數(shù)據(jù)，其中，可以借助于至少一個多路復(fù)用器由調(diào)節(jié)/評估單元來控制所述起作用的電子機械式的超聲波換能器元件。
可以由至少一個多路復(fù)用器來控制起作用的超聲波換能器元件的切換。接收和處理超聲波換能器元件的信號的調(diào)節(jié)/評估單元控制著多路復(fù)用器。根據(jù)所描述的方法來獲得起作用的超聲波換能器元件的組合。各個超聲波換能器元件先后發(fā)出預(yù)先給出的信號。評估所獲取的過程參數(shù)，并且所述調(diào)節(jié)/評估單元基于所確定的標(biāo)準(zhǔn)來決定在測量階段中激活超聲波換能器元件的哪個組合。除了公知的用于選擇唯一的信號的選擇組合邏輯電路之外，多路復(fù)用器在此也是由多個可相互獨立地進行控制的單個開關(guān)組成的開關(guān)單兀。
根據(jù)本發(fā)明的有利的設(shè)計方案，所述第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器能夠經(jīng)由可松開的連接部相互連接。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利的設(shè)計方案，所述第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器具有共同的殼體。由此，僅僅使殼體平行于管軸線并且垂直地在管中心上方對齊。在此，所述殼體可以相應(yīng)于限定的殼體保護類型，例如是防塵的、不透氣的和/或防水的。此外，所述殼體可以不具有處于外部的可運動的部件。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利的設(shè)計方案，所述第二耦合元件是第一耦合元件的集成的組件。因此，兩個超聲波傳感器擁有唯一的、整體的耦合元件。
按本發(fā)明的測量系統(tǒng)的有利的改進方案提出，所述第一超聲波傳感器的電子機械式的超聲波換能器元件各具有一個用于發(fā)送和/或接收超聲波信號的第一表面，所述第一表面具有第一面積，并且所述第二超聲波傳感器的電子機械式的超聲波換能器元件各具有一個用于發(fā)送和/或接收超聲波信號的第二表面，該第二表面具有第二面積，其中，第一面積不等于第二面積。因此，例如第二超聲波傳感器的多個電子機械式的超聲波換能器元件以合并的方式形成第一超聲波傳感器的電子機械式的超聲波換能器元件的表面。所述第一超聲波傳感器的電子機械式的超聲波換能器元件的表面的大小和第二超聲波傳感器的電子機械式的超聲波換能器元件的表面的大小相互之間的比例不等于一。優(yōu)選的比例例如為九到十或者十九到二十等。
按本發(fā)明的測量系統(tǒng)的另一有利的改進方案設(shè)置所述第一超聲波傳感器的電子機械式的超聲波換能器元件具有近似恒定的第一間距，并且第二超聲波傳感器的電子機械式的超聲波換能器元件具有近似恒定的第二間距，其中，第一間距不等于第二間距。
在此，所述間距通常涉及超聲波換能器元件的表面中點。在上下文中，地理學(xué)上的中點或者還有表面的重心被稱為表面中點。重要的是，很少計算像這樣的表面中點，更合適的是，針對超聲波換能器元件以同樣的方式計算表面中點。在此，所述第一超聲波傳感器的電子機械式的超聲波換能器元件的第一間距和第二超聲波傳感器的電子機械式的超聲波換能器元件的第二間距相互之間的比例不等于一。優(yōu)選的比例例如為九到十或者十九到
一 +絕 ~·Τ 寸。[0054]以前面所述的比例來實現(xiàn)根據(jù)游標(biāo)為樣板的劃分。通過起作用的超聲波換能器元件的許多組合可能性可以實現(xiàn)這些超聲波換能器元件之間的多種多樣的間距。因此，也可以不對過程參數(shù)的變化進行補償，所述變化在現(xiàn)有技術(shù)中會導(dǎo)致信號品質(zhì)損失或者需要相互間重新校準(zhǔn)所述傳感器。
在本發(fā)明的非常有利的改進方案中，可以同時激活多個電子機械式的超聲波換能器元件。
于是，可以同時激活多個，尤其是并排的，電子機械式的超聲波換能器元件，也就是說它們已經(jīng)準(zhǔn)備好進行發(fā)送和/或接收了。
根據(jù)按本發(fā)明的測量系統(tǒng)的有利的改進方案提出所述第一超聲波傳感器具有耦合元件，所述耦合元件以如下方式來設(shè)計，即，使由電子機械式的超聲波換能器元件發(fā)送的超聲波信號具有沿著或者逆著測量管中測量介質(zhì)的主要流動方向的方向分量，并且/或者所述第二超聲波傳感器具有耦合元件，所述耦合元件以如下方式來設(shè)計，即，使由電子機械式的超聲波換能器元件發(fā)送的超聲波信號具有沿著或者逆著測量管中測量介質(zhì)的主要流動方向的方向分量。
本發(fā)明的有利的設(shè)計方案設(shè)置可以從外部，也就是由外部的單元，來選擇所述第一超聲波傳感器的和/或第二超聲波傳感器的在測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件，例如可以經(jīng)由相應(yīng)的接口由用戶本身或者由外部的現(xiàn)場設(shè)備，經(jīng)由模擬的頻率輸入端或者電流輸入端，電子機械式地通過開關(guān)或者數(shù)字地通過信號來進行調(diào)節(jié)。


根據(jù)附圖對本發(fā)明進行詳細闡述。
圖1示出具有按本發(fā)明的測量系統(tǒng)的測量管的縱剖面，
圖2示出按本發(fā)明的分配器線路，
圖3示出按本發(fā)明的測量系統(tǒng)的兩個超聲波傳感器的縱剖面，
圖4示出按本發(fā)明的方法的流程圖，
圖5示出另一種按本發(fā)明的分配器線路。
具體實施方式
在圖1中示出具有兩個超聲波傳感器2、3的按本發(fā)明的測量系統(tǒng)1，這兩個超聲波傳感器安置在測量管4上。兩個超聲波傳感器2、3擁有多個超聲波換能器元件6. 1-6. 6、 7. 1-7.6。也就是涉及所謂的換能器陣列，不要與單個傳感器中的陣列混淆。利用可單個地驅(qū)動的超聲波換能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6的唯一的組合能夠進行流量測量。通過大量的組合可能性使傳感器2、3的選擇和定位變得簡單。
所述超聲波傳感器2、3安置在測量管4的相同的外側(cè)上。這些超聲波傳感器的超聲波換能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6以一定角度對置，以致于從其發(fā)射出去的超聲波信號10 穿過測量介質(zhì)5導(dǎo)向相應(yīng)其它的超聲波傳感器2、3。在此，沿著測量管4中的測量介質(zhì)5 的主要流動方向示出超聲波信號10的方向分量。因此可以在相互發(fā)射和接收時測量渡越時差，通過該渡越時差，能夠確定測量管4中的測量介質(zhì)5的流動速度并且由此能夠確定流量。[0067]在此，所述超聲波換能器元件6. 1-6. 6相互間具有間距11。而所述超聲波換能器元件7. 1-7. 6相互間具有間距12。在此，所述間距11、12被認為是近似恒定的，但是不相等。在該實施例中，所述間距11為IOmm而所述間距12為9mm。
在測量系統(tǒng)1的診斷階段之前構(gòu)建所述測量系統(tǒng)1。首先，將夾鉗式超聲波傳感器(Clam-On-Ultraschallsens0r)2、3扣在測量管4的外側(cè)上。隨后接通并且運行測量系統(tǒng)1。
在診斷階段期間，逐一觸發(fā)或者激活所述超聲波換能器元件6. 1-6. 6并且激勵所述超聲波換能器元件用于發(fā)送預(yù)先給定的超聲波信號。在此，為每個超聲波換能器元件 7. 1-7. 6例如單個地測量所接收到的超聲波信號的信號強度。這不僅可以在時間上依次地進行，也就是說通過相繼地進行對所有可能的組合的測量，而且可以同時進行?？梢赃@么說，即，所有超聲波換能器元件7. 1-7. 6進行接收，而確定的超聲波換能器元件6. 1-6. 6進行發(fā)送。然而，利用按本發(fā)明的測量系統(tǒng)1的所示出的實施方案只能相繼地進行測量。
隨后能夠沿著另外的方向重復(fù)相同的過程，也就是說超聲波換能器元件7. 1-7.6 進行發(fā)送而超聲波換能器元件6. 1-6. 6進行接收。為了測量選擇例如確保最大信號強度的最佳的對。存儲所測量的過程參數(shù)。在測量階段期間，僅僅激活所選擇的超聲波換能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6，以便確定流量。同時，例如還能夠利用與測量頻率明顯不同的頻率來激勵另外的超聲波換能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6。由此，能夠在測量階段期間進一步尋找測量條件的變化，這些測量條件的變化會要求改變最佳的超聲波換能器元件對。測量條件的這種變化例如可以通過以下方式來識別，即，所存儲的過程參數(shù)與以一定的方式和方法所測量的過程參數(shù)不同，例如低于或者超過閾值，或者通過以下方式來識別，即，另一對超聲波換能器元件6. 1-6.6,7. 1-7. 6提供了過程參數(shù)，例如更高的信號強度。但是也可以在時間上與測量階段分開地進行診斷。
關(guān)于運行的測量階段和/或診斷階段和/或其結(jié)果或者發(fā)現(xiàn)的信息也可以例如在顯示器上顯示出來或者能夠發(fā)出警報信號，如果測量條件改變的話。
在此，如圖2所示，所述超聲波傳感器2、3與多路復(fù)用器9. 1-9. 4相連接，所述多路復(fù)用器分別將兩個對置的超聲波換能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6切換成起作用。由調(diào)節(jié)/ 評估單元8來控制所述多路復(fù)用器9. 1-9. 4。
在圖2中僅僅示意性地標(biāo)出所述超聲波換能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6。相應(yīng)地分別只激活一個組合，也就是說一對超聲波換能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6，也就是說僅一個超聲波換能器元件6. 1-6. 6進行發(fā)送并且僅一個超聲波換能器元件7. 1-7. 6進行接收并且/ 或者反過來。優(yōu)點在于有待處理的數(shù)據(jù)量很小。所述調(diào)節(jié)/評估單元8必須一直只處理一個信號。所述調(diào)節(jié)/評估單元8同樣承擔(dān)對多路復(fù)用器9. 1-9. 4的控制。然而，通過多路復(fù)用器9. 1-9. 4對各個超聲波換能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6的觸發(fā)非常快速。由此，該系統(tǒng)1非常不容易出錯、成本低但卻高精度并且快速。
為了同時激活多個超聲波換能器元件6. 1-6.6,7. 1_7. 6，必須通過大量可單個地控制的開關(guān)來代替所示的多路復(fù)用器9. 3,9. 4中的至少一個多路復(fù)用器，如圖5中所示的那樣。在這里，通常將由多個可相互獨立地進行控制的單個開關(guān)組成的開關(guān)單元理解為多路復(fù)用器。該線路額外地擁有接口 17。該接口用于與控制單元進行通訊，例如用于連接到總線上，或者涉及人機接口。[0075]圖3公開的是按本發(fā)明的測量系統(tǒng)1，該測量系統(tǒng)具有兩個對置的、固定在測量管4的同一側(cè)上的超聲波傳感器2、3。在這里，耦合元件13、14在超聲波換能器元件6、 7. 7-7. 12與測量管4之間還具有角度，從而在這里為了清晰起見沒有示出的超聲波信號具有沿著測量管4中的測量介質(zhì)的主要流動方向的方向分量。
在診斷階段期間，超聲波換能器2將超聲波信號發(fā)送給超聲波換能器3并且反過來進行。這里由于簡單起見應(yīng)該只考慮第一種情況。將由超聲波換能器元件7. 7-7. 21接收的信號強度和/或其它過程參數(shù)相互進行比較，并且為了測量而選擇最適合于測量的過程參數(shù)所在的超聲波換能器元件7. 7-7. 21，并且由此確定用于測量的信號路徑。但是，也可以設(shè)想聯(lián)接多個并排的元件7. 7-7. 21。
在所示出的測量系統(tǒng)中，所述超聲波換能器2、3擁有不同大小的超聲波換能器元件6、7. 7-7. 21。近似正方形的超聲波換能器元件6測得例如為8 X 8mm，而超聲波換能器元件7. 7-7. 21的大小分別為2X8mm。為了獲得與在超聲波換能器元件6中一樣的表面，將四個并排的超聲波換能器元件7. 7-7. 21 一起切換成起作用。這通常借助具有最合適的過程參數(shù)的超聲波換能器元件7. 7-7. 21的直接鄰座來實現(xiàn)。所述聯(lián)接能夠適用于發(fā)送和/接收，也可以相互分開地進行。聯(lián)接的超聲波換能器元件7. 7-7. 21能夠進行發(fā)送，方法是同時觸發(fā)這些聯(lián)接的超聲波換能器元件。這又通過相應(yīng)地設(shè)計的、在這里沒有示出的多路復(fù)用器9來實現(xiàn)。
圖4示出所描述的方法的流程圖。在開始診斷階段之前，對超聲波傳感器2、3進行安裝以及粗略的定位。類似于圖1，所述第一超聲波傳感器2的換能器元件用6. i表示， 而第二超聲波傳感器的換能器元件用7. j表示。為了簡單起見，這些換能器元件僅僅用i 和j表示。測量類似于圖1(6. i，7. j)的組合(i，j)，也就是說求得和/或推導(dǎo)出過程參數(shù) Pijo隨后，存儲該過程參數(shù)Pijt5這用于i = 1到i = Ifflax并且j = 1到j(luò) = Jfflax的所有組合。比較所有組合的過程參數(shù)Pij來提供超聲波換能器元件的最合適的組合。利用該最合適的組合實施測量。
當(dāng)然也可以設(shè)想如下其它不同于這里所示的流程，其中將當(dāng)前測量到的過程量與保存在存儲器中的、至今為止最合適的過程量進行比較。
于是，能夠間或地，例如以控制時間的方式和/或以控制使用者的方式和/或以控制過程的方式，由診斷階段再次中斷所述測量。作為替代方案，所述診斷能夠在測量階段期間進行并且/或者通過評估測量信號本身來進行。
附圖標(biāo)記列表
1流量測量系統(tǒng)
2第一超聲波傳感器
3第二超聲波傳感器
4測量管
5測量介質(zhì)
6電子機械式的超聲波換能器元件
7電子機械式的超聲波換能器元件
8調(diào)節(jié)/評估單元
9多路復(fù)用器[0091]10超聲波信號路徑
11電子機械式的超聲波換能器元件的間距
12電子機械式的超聲波換能器元件的間距
13耦合元件
14耦合元件
15第一表面
16 第二表面
17 外部的接口。
權(quán)利要求
1.用于確定和/或監(jiān)控穿過測量管的測量介質(zhì)(5)的流量的測量系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述測量系統(tǒng)具有第一超聲波傳感器(2)和至少一個第二超聲波傳感器(3)并且具有至少一個調(diào)節(jié)/評估單元(8)，所述第一超聲波傳感器( 具有至少一個電子機械式的超聲波換能器元件(6)并且能夠安置在所述測量管的第一區(qū)域中，并且所述第二超聲波傳感器(3)具有至少兩個電子機械式的超聲波換能器元件(7)并且能夠以如下方式安置在所述測量管(4)的第二區(qū)域中，即，使能由所述第一超聲波傳感器( 穿過所述測量介質(zhì) (5)發(fā)送的超聲波信號(10)能夠由所述第二超聲波傳感器(3)接收，并且能由所述第二超聲波傳感器C3)穿過所述測量介質(zhì)( 發(fā)送的超聲波信號(10)能夠由所述第一超聲波傳感器( 接收，且在診斷階段期間，使超聲波信號(10)能夠由所述第一超聲波傳感器(2) 穿過所述測量介質(zhì)( 發(fā)送給所述第二超聲波傳感器(3)，所述至少一個調(diào)節(jié)/評估單元根據(jù)超聲波測量信號或者根據(jù)從所述超聲波測量信號中推導(dǎo)出的測量數(shù)據(jù)借助于渡越時差法求得在所述測量管(4)中流動的所述測量介質(zhì)( 的體積流和/或質(zhì)量流，其中，所述調(diào)節(jié)/評估單元在診斷階段期間，能夠從能接收的超聲波信號(10)中為所述第二超聲波傳感器(3)的每個電子機械式的超聲波換能器元件(7)求得和/或推導(dǎo)出至少一個過程量， 并且能夠基于所述能接收的超聲波信號(10)的所述過程量來選擇所述第二超聲波傳感器 (3)的在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件(7)。
2.按權(quán)利要求
1所述的測量系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一超聲波傳感器( 具有至少兩個電子機械式的超聲波換能器元件(6)，并且能夠在所述診斷階段期間選擇所述第一超聲波傳感器O)的在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式的超聲波換能器元件(6)。
3.按權(quán)利要求
1或2所述的測量系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述電子機械式的超聲波換能器元件(6、7)的測量信號或者能從所述測量信號中推導(dǎo)出的測量數(shù)據(jù)能夠由正好一個調(diào)節(jié)/評估單元(8)來評估，其中，所述起作用的電子機械式的超聲波換能器元件(6、7)能夠借助于至少一個多路復(fù)用器(9)由所述調(diào)節(jié)/評估單元 ⑶來控制。
4.按權(quán)利要求
1或2所述的測量系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一超聲波傳感器( 的電子機械式的超聲波換能器元件(6)各具有一個用于發(fā)送和/或接收超聲波信號的第一表面(15)，所述第一表面(1 具有第一面積，并且所述第二超聲波傳感器C3)的電子機械式的超聲波換能器元件(7)各具有一個用于發(fā)送和/或接收超聲波信號的第二表面(16)，所述第二表面(16)具有第二面積，其中，所述第一面積不等于所述第二面積。
5.按權(quán)利要求
2所述的測量系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述第一超聲波傳感器( 的電子機械式的超聲波換能器元件(6)具有近似恒定的第一間距(11)，并且所述第二超聲波傳感器(3)的電子機械式的超聲波換能器元件(7)具有近似恒定的第二間距(12)，其中，所述第一間距(11)不等于所述第二間距(12)。
6.按權(quán)利要求
1或2所述的測量系統(tǒng)(1)， 其特征在于，多個電子機械式的超聲波換能器元件(6、7)能夠同時激活。
7.按權(quán)利要求
1或2所述的測量系統(tǒng)(1)， 其特征在于，所述第一超聲波傳感器(2)具有耦合元件(13)，該耦合元件以如下方式來設(shè)計，S卩，使由所述電子機械式的超聲波換能器元件(6)發(fā)送的超聲波信號(10)具有沿著或者逆著所述測量管中所述測量介質(zhì)(5)的主要流動方向的方向分量，并且/或者所述第二超聲波傳感器C3)具有耦合元件(14)，該耦合元件以如下方式來設(shè)計，S卩，使由所述電子機械式的超聲波換能器元件(7)發(fā)送的超聲波信號(10)具有沿著或者逆著所述測量管中所述測量介質(zhì)(5)的主要流動方向的方向分量。
專利摘要
用于確定和/或監(jiān)控穿過測量管的測量介質(zhì)的流量的測量系統(tǒng)，具有第一超聲波傳感器和至少一個第二超聲波傳感器。能由第一超聲波傳感器穿過測量介質(zhì)發(fā)送的超聲波信號能由第二超聲波傳感器接收，且能由第二超聲波傳感器穿過測量介質(zhì)發(fā)送的超聲波信號能由第一超聲波傳感器接收。至少一個調(diào)節(jié)/評估單元借助渡越時差法求得測量管中測量介質(zhì)的體積流和/或質(zhì)量流。在診斷階段期間，超聲波信號由第一超聲波傳感器穿過測量介質(zhì)發(fā)送給第二超聲波傳感器，并為第二超聲波傳感器的每個電子機械式超聲波換能器元件從接收的超聲波信號中求得至少一個過程量，并且基于所述過程量來選擇第二超聲波傳感器在后續(xù)的測量階段中起作用的電子機械式超聲波換能器元件。
文檔編號G01F1/66GKCN202092690 U發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200990100346
公開日2011年12月28日 申請日期2009年6月2日
發(fā)明者安德里亞斯·貝格爾, 羅爾夫·桑德坎普, 詹森 芬恩·布洛赫, 阿希姆·維斯特 申請人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan