[發明專利]用于外夾式超聲波流量測量的方法和布置系統以及用于控制外夾式超聲波流量測量的電路布置系統

有效

• 申請號: 201580056978.2
• 申請日: 2015-10-19
• 公開（公告）號: CN107076602B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 伯恩哈德·豐克
• 申請（專利權）人: 弗萊克森柔性工業計量有限公司
• 主分類號: G01F25/00
• 分類號: G01F25/00;G01P5/24;G01F1/66
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李丙林;劉書芝

本發明涉及根據傳播時間法的用于外夾式超聲波流量測量的方法以及布置系統。本發明的目的在于，創造一種用于外夾式流量測量的測量布置系統，其僅以兩對聲音換能器就提供了既在反射式布置中也在X式布置中進行測量的可能性，而無需于在布置系統之間切換的過程中改變聲音換能器位置。對于根據本發明的方法，在測量管上布置有至少四個聲音換能器，以這種方式對所述聲音換能器進行操控，使得交替地依次在X式布置和反射式布置中完成流量測量。為此，分別有兩個聲音換能器連接成各一個用于在X式布置中進行的流量測量的發射接收對，和/或各兩個聲音換能器連接成各一個用于兩個反射式布置的發射接收對。

技術領域

本發明涉及根據傳播時間法的用于外夾式超聲波流量測量的方法和布置系統。

背景技術

外夾式流量測量儀廣泛應用于許多工業領域。這種測量儀的一個顯著優點在于，無接觸地進行流量測量。對于根據傳播時間法的外夾式流量測量儀，測量兩個順流和/或逆流傳播的聲音信號之間的傳播時間差并且由此計算體積流量。為此，在管壁上固定了兩個聲音換能器，這兩個聲音換能器都可以作為發射器并且作為接收器來工作。聲音換能器由例如壓電陶瓷等有源元件構成，其布置在所謂的聲音換能器前導部分(Schallwandlervorlauf)上，使得以入射角alpha完成聲音傳播。用于聲音換能器的激勵脈沖的生成以及聲音換能器的接收信號的評估在測量變換器中完成。該測量變換器為每個聲音換能器提供測量通道。傳播時間差dt取決于聲音路徑上的平均流動速度Vl、傳感器常數Ka以及流體中的聲音傳播時間t_fl。通過下面的公式描述其相互關系：

Vl＝Ka*(dt/2t_fl) 等式(1)

在此，Ka是傳感器常數，其確定流體中的入射角：

Ka＝c_alpha/sin(alpha) 等式(2)

在此，alpha和c_alpha是聲音換能器前導部分中的入射角及聲速。為了計算體積流量，還必須已知流體機械學的校準因數KF，其表示流動速度的面平均數VA相對于聲音路徑上的平均流動速度Vl的比值：

KF＝VA/Vl 等式(3)

然后，通過管的橫截面積A，得出體積流量Q，其中：

Q＝KF*A*Ka*(dt/2t_fl) 等式(4)

對于外夾式流量測量，使用徑向的聲音路徑，即，對于生成聲音路徑必要的兩個聲音換能器布置在管上，使得聲音路徑與管的軸線相交。為此，聲音換能器可以布置在管的相對側上。因此，指的是所謂的直接布置。如果布置兩個直接布置，使得聲音路徑彼此交叉，則說的是X式布置(DE 102011005170 B4、DE 102005047790 A1)?？商鎿Q地，可能是反射式布置，其中聲音換能器布置在測量管的同一側上，并且聲音信號在相對的管內側上反射一次。(DE 102008029772 A1)在圖1和圖2中示出了X式布置和反射式布置。

接下來會把從管內壁到相對的管內壁的一次傳播稱為聲音路徑。因此，以直接布置實現單獨的聲音路徑，并且以反射式布置實現兩個聲音路徑。在這兩種布置系統中，可以通過在管內壁上的多重反射，提高聲音路徑的數量。由此，在反射式布置中，可能有偶數個聲音路徑，而在直接布置中，可能有奇數個聲音路徑。聲音換能器對的兩個聲音換能器之間的所有聲音路徑的總和可以被稱為聲音路程。提高聲音路徑數的優點在于，延長小管的聲音路程。由X式布置或者說反射式布置的兩個聲音路徑所形成的平面被稱為測量平面。