超声流量计和用于运行超声流量计的方法技术

描述并示出了超声流量计，其至少包括第一超声换能器和第二超声换能器且还包括控制和评估单元，其与第一和第二超声换能器连接，第一和/或第二超声换能器被设计成超声发射器和/或接收器，第一和/或第二超声换能器被设计成楔形换能器，第一和第二超声换能器布置在测量管处，使得在第一与第二超声换能器之间形成信号通路，使得从超声发射器发出的测量信号经由信号通路到达超声接收器，其中第一超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第一阵列，和/或第二超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第二阵列，具有阵列的至少一个超声换能器被设计成楔形换能器，布置在第一以及第二超声换能器上的阵列的至少两个有源元件能由控制和评估单元单独操控。制和评估单元单独操控。制和评估单元单独操控。

【技术实现步骤摘要】
超声流量计和用于运行超声流量计的方法


[0001]本专利技术基于一种超声流量计，该超声流量计至少包括第一超声换能器和第二超声换能器并且还包括控制和评估单元，其中该控制和评估单元与第一超声换能器和第二超声换能器连接，其中第一超声换能器和/或第二超声换能器被设计成超声发射器和/或超声接收器，其中第一超声换能器和/或第二超声换能器被设计成楔形换能器，其中第一超声换能器和第二超声换能器布置在测量管处，使得在第一超声换能器与第二超声换能器之间形成信号通路，使得从超声发射器发出的测量信号经由该信号通路到达超声接收器。
[0002]本专利技术还涉及一种用于运行超声流量计的方法，其中该超声流量计至少包括第一超声换能器和第二超声换能器以及控制和评估单元，其中该控制和评估单元与第一超声换能器和第二超声换能器连接，其中第一超声换能器和/或第二超声换能器被设计成超声发射器和/或超声接收器，其中第一超声换能器和/或第二超声换能器被设计成楔形换能器，其中第一超声换能器和第二超声换能器布置在测量管处，使得在第一超声换能器与第二超声换能器之间形成信号通路，使得从超声发射器发出的测量信号经由该信号通路到达超声接收器。

技术介绍

[0003]从现有技术公知的超声流量计通常被优化用于测量在预期流速范围内的规定介质。为此，这些超声换能器布置在测量管处，使得在这些超声换能器之间形成信号通路，该信号通路的几何形状适应于所预期的测量范围和条件。
[0004]然而，在与此不同的条件、具体来说是高流速或另外的介质或变化的介质特性的条件下进行测量的情况下，这种测量装置通常具有如下缺点：测量信号的传输以及借此在接收器处检测到的该测量信号的幅度由于超声换能器之间的信号通路的几何形状的变化而减小。例如，该测量信号在特别高的流速下由于夹带效应而被吹走，使得该测量信号不再最佳地到达超声接收器。
[0005]尤其是在夹合式（Clamp On）装置的情况下，当介质的声速发生变化时，需要重新调准。由于过程参数发生变化所引起的介质或者介质的声速的变化导致：测量信号进入测量管的耦合输入角度发生变化，这同样影响测量信号的信号通路的走向。因此，在超声接收器处检测到的幅度降低，在最坏的情况下，超声接收器不再检测到该测量信号。

技术实现思路

[0006]因而，从所陈述的现有技术出发，本专利技术的任务在于说明一种超声流量计，该超声
流量计具有特别广泛的应用范围。本专利技术的任务还在于说明一种经改进的用于运行超声流量计的方法。
[0007]原则上，在本专利技术的范围内的超声流量计包括：基于已知的常见测量方法、尤其是基于渡越时间原理或多普勒原理或漂移原理来确定流量或流速。
[0008]在本专利技术的范围内，测量管可以是该超声流量计的一部分。替代地，但是该测量管也可以是系统的一部分，其中该流量计为了运行而布置在该测量管上或布置在该测量管处。
[0009]按照本专利技术的第一教导，上述任务通过开头提到的超声流量计通过如下方式来被解决：第一超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第一阵列和/或第二超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第二阵列，其中具有由至少两个有源元件构成的阵列的至少一个超声换能器被设计成楔形换能器，其中布置在第一超声换能器上的阵列的至少两个有源元件能由该控制和评估单元单独操控和/或其中布置在第二超声换能器上的阵列的至少两个有源元件能由该控制和评估单元单独操控。
[0010]在此，该控制和评估单元分别使用操控参数、诸如相位、频率和幅度来操控这些有源元件。
[0011]特别优选地，具有由至少两个有源元件构成的阵列的每个超声换能器都被设计成楔形换能器。
[0012]按照本专利技术，已经认识到：使用被设计成楔形换能器的超声换能器是有利的，其中该超声换能器具有由至少两个有源元件构成的阵列，原因在于由该阵列发出的测量信号由至少两个分量、即由至少第一超声信号和第二超声信号组成。
[0013]由于至少两个有源元件能被单独操控，可以影响测量信号的形状和/或辐射角。为此，各个有源元件可以有时间偏移地和/或以不同的幅度和/或以不同的相位来被运行。结果，因此可以影响该测量信号的形状和/或该测量信号所经过的信号通路的几何形状并且尤其是使该形状和/或该几何形状适应在运行时的变化，使得该超声流量计可以始终在最佳条件下工作。
[0014]由各个超声信号的叠加所得到的测量信号具有至少一个主瓣。在运行时，该主瓣对准接收器，以确定流量。根据对阵列的设计和/或操控，该测量信号具有至少两个旁瓣和/或至少两个栅瓣。
[0015]这些旁瓣主要受到对有源元件的操控的影响，尤其是受到用来操控各个有源元件的幅度的影响。
[0016]栅瓣是主瓣的重复，包括可能存在的旁瓣在内。栅瓣的出现受到有源元件的距离d的影响。在此，有源元件的距离d被理解成有源元件的中心彼此间的距离。
[0017]特别优选地，该阵列被设计为使得和/或该阵列在运行时被操控为使得基本上不形成旁瓣和/或栅瓣。
[0018]替代地，该阵列可以被设计和/或被操控为使得得到正好两个栅瓣。
[0019]本专利技术涉及借助于相控阵列来影响测量信号。如果第一超声信号和第二超声信号有时间偏移地被发出，则该时间偏移最小，使得由于信号的叠加而有共同的测量信号到达接收器，使得在接收器处无法区分第一超声信号和第二超声信号。借此，本专利技术不涉及其中
信号相继单独地、即在不相互叠加的情况下被发出和/或传输的时分复用方法。
[0020]替代地或附加地，至少一个阵列在该阵列被设计成接收元件的情况下具有接收特性，该接收特性通过如下方式来得出：在各个有源元件处所测量到的信号相对于彼此有时间延迟地和/或有相位偏移地和/或以不同的幅度来被加权叠加。
[0021]就这方面来说，该接收特性也可以适应于信号通路在运行时的与过程相关的变化，使得该超声流量计可以始终优化地进行工作。
[0022]特别优选地，至少一个具有由有源元件构成的阵列的楔形换能器布置在测量管上，使得测量信号的垂直于楔形件的斜坡的辐射限定了信号通路，该信号通路在预期的介质和预期的流量的情况下最佳地到达超声接收器。该测量信号的垂直于楔形件的斜坡的辐射对应于未旋转的测量信号，即为0
°
的旋转角。这具有如下优点：在运行条件有变化的情况下，该测量信号的辐射角的变化必须微小，以便抵消对该测量信号的与运行相关的影响。
[0023]原则上，在本专利技术的范围内的有源元件是电声发射和/或接收元件。
[0024]按照一个设计方案，正好一个超声换能器被设计成楔形换能器，该楔形换能器具有由至少两个有源元件构成的阵列。
[0025]按照另一设计方案，第一超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第一阵列，并且第二超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第二阵列。该设计方案特别有利，原因在于：在运行时，不仅沿流动方向发出的测量信号能通过对各个有源元件的操控来被影响，而且逆着该流动方向发出的测量信号能通过对各个有源元件的操控来被影响。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声流量计（1），所述超声流量计至少包括第一超声换能器（2）和第二超声换能器（3）并且还包括控制和评估单元（9），其中所述控制和评估单元（9）与所述第一超声换能器（2）和所述第二超声换能器（3）连接，其中所述第一超声换能器（2）和/或所述第二超声换能器（3）被设计成超声发射器和/或超声接收器，其中所述第一超声换能器（2）和/或所述第二超声换能器（3）被设计成楔形换能器，其中所述第一超声换能器（2）和所述第二超声换能器（3）布置在测量管（4）处，使得在所述第一超声换能器（2）与所述第二超声换能器（4）之间形成信号通路，使得从所述超声发射器发出的测量信号（8）经由所述信号通路到达所述超声接收器，其特征在于，所述第一超声换能器（2）具有由至少两个有源元件（6）构成的第一阵列（5），和/或所述第二超声换能器（3）具有由至少两个有源元件（6）构成的第二阵列（7），其中具有由至少两个有源元件（6）构成的阵列（5、7）的至少一个超声换能器（2、3）被设计成楔形换能器，其中布置在所述第一超声换能器（2）上的阵列（5）的至少两个有源元件（6）能由所述控制和评估单元（9）单独操控，和/或布置在所述第二超声换能器（3）上的阵列（7）的至少两个有源元件（6）能由所述控制和评估单元（9）单独操控。2.根据权利要求1所述的超声流量计（1），其特征在于，所述第一超声换能器（2）具有由至少两个有源元件（6）构成的第一阵列（5）并且所述第二超声换能器（3）具有由至少两个有源元件（6）构成的第二阵列（7），而且所述第一阵列（5）和所述第二阵列（7）具有相同数目的有源元件（6）或者不同数目的有源元件（6）。3.根据权利要求1至2中任一项所述的超声流量计（1），其特征在于，所述第一超声换能器（2）具有由至少两个有源元件（6）构成的第一阵列（5）并且所述第二超声换能器（3）具有由至少两个有源元件（6）构成的第二阵列（7），而且所述第一阵列（5）和所述第二阵列（7）具有有源元件（6）的相同布置或者不同布置。4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声流量计（1），其特征在于，所述第一阵列（5）和/或所述第二阵列（7）至少局部地被设计成二维的。5.根据权利要求1至4中任一项所述的超声流量计（1），其特征在于，所述第一阵列（5）和/或所述第二阵列（7）至少局部地被设计成一维的。6.根据权利要求1至5中任一项所述的超声流量计（1），其特征在于，所述第一阵列（5）和所述第二阵列（7）被设计成一维的，并且所述第二阵列（7）相对于所述第一阵列（5）呈一定角度地取向，基本上垂直于所述第一阵列（5）地取向。7.根据权利要求1至6中任一项所述的超声流量计（1），其特征在于，所述第一阵列（5）和/或所述第二阵列（7）通过如下方式来被制造：将至少一个间隙（17）引入电声基板中，使得所述基板在上侧具有至少两个能单独触点接通的区域并且在下侧具有公共接地连接，其中所述至少一个空隙（17）优选地被填充隔音或吸音材料。8.根据权利要求1至6中任一项所述的超声流量计（1），其特征在于，所述第一阵列（5）和/或所述第二阵列（7）通过如下方式来被制造：将电声基板施加到载体上并且将至少一个间隙（17）引入所述电声基板中，其中所述间隙（17）完全切断所述电声基板，其中所述至少一个间隙（17）优选地被填充隔音或吸音材料。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的超声流量计（1），其特征在于，根据所述测量信号的预期的旋转角来规定有源元件（6）的数目以及所述第一阵列（5）和/或所述第二阵列（7）的几何形状，其中优选地同时使有源元件（6）的数目最小化。10.根据权利要求1至9中任一项所述的超声流量计（1），其特征在于，有源元件（6）的数目和/或所述第一阵列（5）和所述第二阵列（7）的几何形状被彼此匹配，使得由所述超声发射器发出的测量信号的不符合期望的信号分量通过在所述超声接收器的接收特性中的最小值来被抑制。11.根据权利要求1至10中任一项所述的超声流量计（1），其特征在于，所述第一超声换能器（2）和/或所述第二超声换能器（3）具有电声基板，所述电声基板至少包括第一电声盘和第二电声盘，其中所述第一电声盘和所述第二电声盘布置在彼此上，而且其中所述超声换能器（2、3）的由有源元件（6）构成的阵列（5、7）布置在所述第一电声盘中和/或布置在所述第二电声盘中。12.一种用于运行超声流量计（1）的方法（19），其中所述超声流量计（1）至少包括第一超声换能器（2）和第二超声换能器（3）以及控制和评估单元（9），其中所述控制和评估单元（9）与所述第一超声换能器（2）和所述第二超声换能器（3）连接，其中所述第一超声换能器（2）和/或所述第二超声换能器（3）被设计成超声发射器和/或超声接收器，其中所述第一超声换能器（2）和/或所述第二超声换能器（3）被设计成楔形换能器，其中所述第一超声换能器（2）和所述第二超声换能器（3）布置在测量管（4）处，使得在所述第一超声换能器（2）与所述第二超声换能器（3）之间形成信号通路，使得从所述超声发射器发出的测量信号（8）经由所述信号通路到达所述超声接收器，其特征在于，所述第一超声换能器（2）具有由至少两个有源元件（6）构成的第一阵列（5），和/或所述第二超声换能器（3）具有由至少两个有源元件（6）构成的第二阵列（7），其中布置在所述第一超声换能器（2）上的阵列（5）的至少两个有源元件（6...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：克洛纳测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：