[发明专利]用于夹持式的超声波流量测量的方法和布置结构以及用于实现测量的主体

说明书

本发明涉及在偏心声音路径的测量的帮助下，用于夹持式的超声波流量测量的一种方法和一种布置结构，其中夹持式超声波换能器被固定在工艺管的中间件上，在下文中称为管段。此外，本发明还涉及一种用于实现测量的主体。本发明的目的在于，提供用于流量测量的一种布置结构和一种方法，即便在恶劣的测量条件下，其也能在大的测量范围内具有高测量精度，并且其借助于额外的偏心声音路径测量，进行流动剖面修正。此外，本发明的目的还在于，提供一种用于实现测量的主体。通过位于由液态或者气态工艺介质流经的工艺管上的根据本发明的用于夹持式的超声波流量测量的方法，既考虑到中心声音路径，也考虑到偏心声音路径。根据本发明的用于流量测量的布置结构包括由液态或者气态工艺介质流经的工艺管和至少一个声音换能器对。至少一个以接收模式工作的第二超声波换能器被布置在工艺管上。根据本发明，至少两个主体被布置在工艺管的内壁上。此外，该目的还通过用于实现测量的主体得以实现。

说明

本发明涉及在偏心声音路径的测量的帮助下，用于夹持式的超声波流量测量的一种方法和一种布置结构，其中夹持式超声波换能器被固定在工艺管的中间件上，在下文中称为管段(Spool Piece)。此外，本发明还涉及一种用于实现测量的主体。

夹持式的超声波流量测量仪广泛应用于许多工业领域。这种测量仪的一个显著优点在于，无接触地进行流量测量。对于根据传播时间法的夹持式的超声波流量测量仪，测量两个顺流或者说逆流传播的声音信号之间的传播时间差，并且由此计算体积流量。为此，在管壁上固定了两个声音换能器，这两个声音换能器都可以作为发射器并且作为接收器来工作。声音换能器由诸如压电陶瓷的有源元件构成，其布置在所谓的声音换能器前导部分(Schallwandlervorlauf)上，使得以入射角完成声音传播。用于声音换能器的激励脉冲的生成以及声音换能器的接收信号的评估在测量变换器中完成。该测量变换器为每个声音换能器提供测量通道。其中，传播时间差取决于声音路径上的平均流动速度以及流体中的声音传播时间。

对于体积流量的计算，必须根据路径积分近似成曲面积分。如果刚好流动剖面包括例如由弯管、挡板、法兰和/或由管中的焊缝触发的不均匀性，这就会导致计算中的错误。另外，流动剖面取决于介质的黏度和流动速度，并且即便在紊流是正常情况下时，流动剖面也可以形成为层流或紊流。

现有技术公开了若干绕开近似错误的途径。

存在有在将路径积分近似成曲面积分时考虑到额外流动力学特征参数的公式。其缺点在于，这些特征参数并非始终可用。

此外，可以由不同测量平面中的多通道测量布置来抵消失真的流动剖面。

此外，可以预先确定长的流入和流出区段，这样可以使得受干扰的流动剖面免受干扰。

为了测量而安装在管内并且由此可以达到更高的精度的超声波内联装置例如用作多射束布置，以测量不穿过圆形管的中心延伸的另外的路径积分(例如对于克洛纳(Krohne)公司的DE 102007004936 A1)。这些路径积分接下来被称作偏心声音路径。对于内联超声波布置，声音直接定向地离开声音换能器，并且再次进入测量介质，并且未使用任何声音换能器前导部分，并且未使用法向管壁来进行声音信号的输入耦合/输出耦合。

在使用夹持式超声波测量传感器时，由于斯涅尔折射定律，不能测量任何偏心声音路径。由于管壁和工艺介质的高声速差异(剪切波在钢中的速度为约3000m/s，液体为1000至2000，在气体的情况下为小于1000)，限制了从测量介质到管的可能的出射角。只有在直接法向(垂直)出射之外的小角度才是可能的。因此，对于圆形管，仅可测量穿过管中心的路径积分。然而，流动剖面中的不均匀性特别地出现在边缘处。

在专利文献DE 19808642 C1中提出了对此的解决方案。在五边形或者说多边形管件(管段)上，而非在圆形管件上使用夹持式超声波测量传感器。通过这一特殊布置，声音路程也在管的中心外延伸，并且因此也经过流动剖面的边缘区域。由此，有可能进行偏心路径积分的测量。