[发明专利]用于确定和/或监视体积和/或质量流量的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定和/或监视穿过导管或者测量管的测量介质的体积和/或质量流量的装置，其中测量介质基本上以平行于测量管纵轴的流动方向穿流于测量管，该装置具有至少一个超声传感器，该超声传感器以至少一条确定的声波路径发射和/或接收超声测量信号，其中至少一个超声传感器在限定的传感器位置安放入测量管管壁内或安放于导管外壁，并且该装置具有调节/分析单元，该单元根据超声测量信号而决定通过导管或通过测量管的测量介质的体积和/或质量流量。测量介质可以为液体，气体或者蒸汽式的介质。

背景技术

在线流量计中，超声传感器为介质触及配置。对比于夹紧系统能够将明显高的声波功率耦合进测量介质。高声波功率的耦合会导致信噪比的改善。信噪比定义为有效信号与干扰信号之比。其中有效信号的定义为由测量介质传播的超声测量信号的分量。干扰信号表现了由测量管传到接收端的超声测量信号的分量。

通常在线流量计的超声传感器安放在测量管壁的钻孔内。该超声传感器以以下方式固定于测量壁内，即无论如何保证在所有操作条件下测量管的密封性。为了优化有效信号与干扰信号之比，通常采用一种配置，即在该配置中，超声传感器相对地位于直接相连的连接线两端。显然另一种配置也是可能的，在该配置中，超声测量信号经过测量管内壁的多次反射由发射超声传感器传播到接收超声传感器。

在管内流量计中，为了赢得期望的流量信息，通常要考虑到超声测量信号的以流动方向和相对于流动方向通过测量介质的传播时间，相差和频率差。以此为了能够测量流动介质对超声测量信号扩散的影响，超声传感器必须位于一条连接线上，该连接线位于垂直于测量管纵轴的外侧。

由以上限制可以产生一种倾斜于测量管纵轴的超声传感器的配置。与期望的测量介质触及，钻孔横穿过测量管；然后将超声传感器由外侧安装入钻孔。为了超声传感器磨损和/或损坏的保护以及尽量降低流动损失，通常考虑，不要将超声传感器伸入测量管的内室。由于该超声传感器在钻孔内的‘下沉式’配置，使超声传感器朝向测量管内室的平面与测量管的内壁间残留了空腔，该空腔由测量介质填充。通常称这些空腔为传感器或者液体兜。

在该空腔内可能会出现显著影响测量结果的流动状态，这是很熟知的。该流动状态的改变，能够导致10％或者更大的测量值偏差，该流动态的改变尤其出现于层流状态(在导管内：Re＜2300)内。如果用于容纳超声传感器的钻孔直径D_SE与测量管D_M内径之比大于0.2，则测量准确性急剧下降。在该情况下显示了，在低于给定的雷诺数(Re＜10000)下，在线测量仪表的测量特性变为非线性。到目前该测量特性的纠正k只能通过当前雷诺数的确定实现。雷诺数的确定也是被熟知的。例如，在US-PS 5,987,997内可以找到，通过沿不同声波路径测量的取中间值的速度比值更确切地说是对比而确定雷诺数的可能性。

向小雷诺数的方向，测量值偏差非线性行为的原因在于由前述空腔造成的测量管内流动的影响。对逐渐变小的雷诺数流动会越强烈地紧靠测量管的内壁，就是说流动会跟随每个壁的不规则性，这是层流固有的性质。该不规则性例如为前述的液体兜。由于在超声传感器部分从主流动偏离的速度分量沿声波路径集成了额外的速度分量，所以向低的雷诺数方向出现了明显的测量值偏差。

尤其在测量管内流动层流-湍流的过渡情况中在液体或者传感器罩的区域会出现涡流，该涡流同样能够对超声流量计的线性起负面作用，这也是熟知的问题。

为了在线流量计的测量管的空腔内涡流的抑制，在US-PS3,906,791内在空腔前配置了与测量管内壁齐平封闭的格栅。归于合适的尺寸，这样的采用对于超声测量信号是声学渗透的。该方案的缺陷是预料的声学抑制更确切地说是超声测量信号的扩散，额外的工艺技术耗费以及对不清洁的液体格栅增加的危险。

此外在该美国专利中还描述了一种空腔的塑料盖板/隔膜。与该盖板/隔膜一起的不仅仅是有效信号的衰减，由此还会引起声折射，该声折射强烈地与温度有关。以及建议的超声传感器与盖板/隔膜间的空腔的无气泡式的填充(一种应用中额外要求不同的静态压力的构造)构造起来成本非常高。

在日本的专利申请JP 2003202254 A中建议，上述的空腔以一种孔板封闭。在超声传感器与孔板之间的空腔构造为，使侧面对准的超声测量信号很快毫无结果。