[发明专利]用于测量管道中流体的流速的设备和方法

说明书

一种用于测量管道(2)中流体(5)的流速(V_med)的设备(1)，所述设备(1)包括壳体(3)，在壳体(3)中第一超声换能器(TD1)和第二超声换能器(TD2)按到彼此的预定义的距离(L)布置，其中所述第一超声换能器(TD1)包括第一声发送元件(4a)和装配到所述第一声发送元件(4a)的发送器/接收器单元(6a)，所述第一声发送元件(4a)和所述发送器/接收器单元(6a)适于以不同角度来发射第一超声脉冲(P1)，并且所述第二超声换能器(TD2)适于接收所述第一超声脉冲(P1)并且生成第一电子输出信号，并且其中第二超声换能器(TD2)包括第二声发送元件(4b)和装配到所述第二声发送元件(4b)的发送器/接收器单元(6b)，所述第二声发送元件(4b)和所述发送器/接收器单元(6b)适于以不同角度来发射第二超声脉冲(P2)，并且其中所述第一超声换能器(TD1)适于接收所述第二超声脉冲(P2)并且生成第二电子输出信号，控制及评价单元(8)电耦合到所述第一和第二换能器(TD1、TD2)。控制及评价单元(8)适于对第一换能器(TD1)进行调谐以生成最大振幅的第一电子输出信号，并且对第二换能器(TD2)进行调谐以生成最大振幅的第二电子输出信号，并且适于测量在第一和第二换能器(TD1、TD2)之间行进的第一超声脉冲(P1)的飞行时间(T1)和第二超声脉冲(P2)的飞行时间(T2)。本发明进一步涉及一种用于借助于设备(1)来测量介质和管道的不同参数的方法。

技术领域

本发明涉及用于测量管道中流体的流速的设备和方法。

背景技术

超声流量计一般用于在许多工业应用中测量不同流体介质的体积流量。尤其是，夹装式(clamp-on)超声流量计使用非常便利并且灵活，因为夹装式超声流量计能够在不打开管道并且没有中断过程的情况下被装配。

为了装配夹装式超声流量计，用于发射并且接收超声信号的两个换能器(transducer)被装配于管道的外表面上。换能器通过管道以固定的角度发射超声信号。为了这样做，换能器按到彼此的这样的距离布置于管道的同一侧上，使得第二换能器接收由第一换能器发射并且在相对的管道壁处反射的信号，并且反之亦然。同样地，存在的变型为，换能器布置于管道的相对的两侧上但沿着管道轴线以一定距离布置，并且直接通过管道发送的信号被检测。这避免由于反射而导致的信号损失，但造成更高的安装付出(effort)。用于两种配置的测量原理是相同的。

由于以固定的角度进行声发射，换能器必须以由发射的波束角度和管道的尺寸、特别是管道直径和壁厚确定的特定方式布置。这些参数从一个管道到另一管道强烈地不同，而并非先验已知的。因此，换能器不能在生产过程期间已经布置于固定的装备中，而是必须由用户在现场手动地调整。这在传感器安装期间对于用户而造成高付出。同样地，换能器的错误装配可能导致传感器的显著测量误差或甚至传感器操作的失效。由于传感器安装期间的这些要求和问题，夹装式流量计得到了低声誉，尽管夹装式流量计提供传感器的非介入式装配和操作的优点。

为了得到超声流量计的强信号，所述强信号对于获得随后实行的测量的高准确度是十分重要的，有利的是，使超声波束尽可能好地聚焦到第二换能器上，以便损失尽可能少的信号。然而，发送器和接收器的精确聚焦要求传感器安装期间的发送器和接收器的定位的甚至更高的准确度。

此外，能够看出已知的现有技术的夹装式流量计的另外的问题在于波束角度被在管道内流动的介质的不同的流率改变。因此，波束的聚焦限于足够大以允许流量传感器在所有的条件下操作的区域。换言之，已知的夹装式固定波束角度流量计的聚焦区域必须足够大以覆盖流过管道的介质可具有的所有的流率速率。