超声流量计制造技术

技术编号:15797666 阅读:64 留言:0更新日期:2017-07-11 12:14
公开了一种用于估计和校正或至少减小超声流量计中接收的超声信号中的相位误差的方法,所述方法包含以下步骤:测量超声流量计中的一个或更多信号,该一个或更多信号取决于超声流量计中一个或更多超声换能器的特征,使用一个或更多测量信号以计算估计的相位误差值,且使用估计的相位误差值以校正超声流量计测量的发送时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声流量计
本专利技术涉及用于测量尤其是渡越时间(transittime)流量测定领域中的流体流量的超声流量计。
技术介绍
一般而言,借助于渡越时间方法的流量测定包括在需要测量的流体流量的流动路径中以适当的相互距离放置两个超声换能器。代表性地几兆赫兹频率和几微秒持续时间的超声信号通过流体从第一换能器发送到第二换能器,且记录第一发送时间。接下来,类似的超声信号在相反方向通过流体发送,即从第二换能器发送到第一换能器,且记录第二发送时间。知道两个换能器之间的物理距离、两个记录的发送时间之间的差异可以用于计算流动路径中流动的流体的流速。然而,计算的流速必须借助于考虑声速和流体的粘度的校正表校正。两个特性均取决于温度,当流体类型已知时,具有取决于温度的校正值的校正表是足够的。当使用这种类型的流量计工作时需要面对的一个问题在于,换能器参数不仅极有可能在样本之间不同,而且随着时间变化且在温度变化时变化。这种差异和变化改变了接收信号的形状,使得难以使用这种形状作为计算绝对渡越时间的基础。在过去的25年里,看到了超声流量测定从低容量实验室仪器到以极高容量制造的标准装备的急速发展。技术和商业挑战一定程度地被克服:在流量测定的很多领域中,相对于包括机械仪表的多数其他方法,技术现在是有竞争力的。例如,以高容量制造的高度精确的流量计现在通常用作水表、热量计、气量计和用于计费的其他仪表。仍需继续的一些挑战是改善仪表,使得它们在仍然保持仪表稳定且可生产的同时对于电学和声学噪声较不敏感且不牺牲成本和功耗。对于噪声的灵敏度可以通过增加信噪比减小,最有效的方法是增大信号。超声流量计中典型的声学噪声源是流动电流中的边缘和外部振荡,二者均产生与仪表本身产生的超声无关的固定声学噪声水平。对于声学噪声的灵敏度可以通过增加换能器产生的声学信号或通过改变流量计的物理形状来减小。超声流量计中的电学噪声可以具有很多源,诸如热噪声、外部感应(通过电磁、电场或磁场或通过电线)电压和电流或内部感应(来自电路中的其他信号或时钟)交叉耦合,其中的一些是信号水平相关的且其中的一些是信号水平无关的。减小对于电学噪声的灵敏度的最有效方式是通过增加涉及的电学信号且通过将电学节点的阻抗保持得尽可能低以减小电学噪声源的影响。涉及这些主题的很多不同电路在本领域是已知的,诸如GB2017914(Hemp)、US4,227,407(Drost)、DE19613311(Gaugler)、US6,829,948(Nakabayashi)、EP0846936(Tonnes)和EP1438551(Jespersen),其中每一个具有强项和弱项。上面提及的最后两个文档(Tonnes和Jespersen)显示换能器耦合具有这样的益处:从换能器看到的阻抗在发送情形和接收情形中是相等的。这两个专利文档中的讨论解释了该特征是证明整个流量计在真实寿命情况中的稳定性且可生产性的先决条件,即,对于仪表中组件之间的匹配没有不切实际的需求。该事实的原因在于,精确的阻抗匹配允许流量计完全采用互易定理。尽管已知相互作用和稳定流量测定之间的关系很多年,这些专利文档中显示的耦合仅是迄今知道的完全实现吸收压电超声换能器的自然容差以使得可以制造可生产和稳定流量计的实践方式。这两个文档二者中显示的换能器耦合包含阻抗,该阻抗具有将从换能器接收的电流信号转换成可测量电压信号的功能。不幸的是,如下面更详细解释,该阻抗也限制了可以供应到换能器的电学信号,且为了最大可能地产生接收电压信号,阻抗的大小在感兴趣的频率处被限制为处于超声换能器的阻抗的0.5至2倍之间的范围内。Nakabayashi(US6,829,948)具有另一方法,其中发生器和接收器通过两个不同装置实施,但是在该配置中,接收信号强度被牺牲以用于在变化的换能器参数处得出稳定的结果。
技术实现思路
在下文中描述的本专利技术的目的是克服上面确定的问题且提供能够发送高声学信号的稳定的可生产的流量计。本专利技术涉及一种用于估计和校正或至少减小超声流量计中接收的超声信号中的相位误差的方法,所述方法包含以下步骤:测量超声流量计中的一个或更多信号,该一个或更多信号取决于超声流量计中一个或更多超声换能器的特征,使用一个或更多测量信号以计算估计的相位误差值,且使用估计的相位误差值以校正超声流量计测量的传输时间。这种方法允许快速和可靠的相位误差校正而无需超声流量计的正常使用期间的不必要测量和计算。在本专利技术的一个实施例中,超声流量计包括用于测量到信号发生器的有源组件的一个或更多电源电流的装置,且取决于超声流量计中一个或更多超声换能器的特征的一个或更多测量信号是到信号发生器的有源组件的电源电流。使用用于相位误差校正的电源电流是有利的,因为它们可以被相对容易地测量且还可以用于下面进一步描述的其他目的。在本专利技术的一个实施例中,计算估计的相位误差值包括使用一个或更多相位误差校正常数。通用相位误差校正常量的使用减小了确定估计的相位误差值所必须的计算量。在本专利技术的一个实施例中,从表达式计算估计的相位误差值,其中I1’和I2’是到超声流量计的信号发生器的有源组件的测量电源电流,当分别在两个超声换能器之间的第一和第二方向中发送时超声信号时,和是分别代表复数值的实部和虚部的算子,且C和C3是复数值相位误差校正常数。已经证明这种指定表达式对于计算估计的相位误差值是极其有用的,因为已经显示使用该表达式计算的相位误差值的使用导致至少约10倍的相位误差减小。在本专利技术的一个实施例中,一个或更多相位误差校正常数通过超声流量计中实际相位误差的一系列测量确定且优化以导致大温度范围上最佳可能估计相位误差值,使得当计算估计的相位误差值时可以独立于温度考虑一个或更多相位误差校正常数。这样,相位误差校正考虑超声换能器的特征随着温度变化这一事实。再者,已经显示相同的常数值对于大数目的超声流量计有效,这些超声流量计的有源组件源于相同制造批次且因此具有十分类似的特征。在本专利技术的实施例中,取决于超声流量计中一个或更多超声换能器的特征的表征规则地重复一个或更多信号的测量且相应地更新估计的相位误差值的计算的步骤。这样,相位误差校正考虑这一事实:超声换能器的特征随着时间变化而不必对超声流量计执行任意特殊测试。在本专利技术的一个方面中,其涉及一种用于确定包含两个超声换能器的超声流量计的流动路径中超声信号的绝对渡越时间的方法,所述方法包含以下步骤:·在输入信号向信号发生器馈送输入信号期间或之后,监控从一个或更多电压电源到驱动换能器的信号发生器的有源组件的电流,因而获得用于换能器的电源电流信号,·如果在两个超声换能器的超声信号的传输中没有时间延迟,则仿真如同来自流量计的接收器电路的输出信号的流量计响应的、类似于该输出信号的流量计响应,·将仿真的流量计响应与接收器电路实际接收的测量的流量计响应进行比较,以及·将绝对渡越时间计算为仿真的流量计响应和测量的流量计响应之间的时间差。已经显示这种方法是有效的且与原先已知的方法相比导致绝对渡越时间的极其精确的确定。在本专利技术的一个实施例中,仿真流量计响应的步骤包含:·将单个脉冲输入信号馈送到驱动换能器的信号发生器,所述信号发生器包含有源组件,·在输入信号向信号发生器馈送期间或之后,监控从一个或更多电压电源到有源组件的电流本文档来自技高网
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超声流量计

【技术保护点】
一种方法,用于估计和校正或至少减小超声流量计中接收的超声信号的相位误差,所述方法包含以下步骤:·测量所述超声流量计中到信号发生器的有源组件的一个或更多电源电流,该电源电流取决于所述超声流量计中的一个或更多超声换能器的特征,·使用一个或更多测量的电源电流以计算估计的相位误差值,以及·使用估计的相位误差值以校正由所述超声流量计测量的发送时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.13 EP 11184989.91.一种方法,用于估计和校正或至少减小超声流量计中接收的超声信号的相位误差,所述方法包含以下步骤:·测量所述超声流量计中到信号发生器的有源组件的一个或更多电源电流,该电源电流取决于所述超声流量计中的一个或更多超声换能器的特征,·使用一个或更多测量的电源电流以计算估计的相位误差值,以及·使用估计的相位误差值以校正由所述超声流量计测量的发送时间。2.根据权利要求1所述的方法,其中所述估计的相位误差值的计算包括使用一个或更多相位误差校正常数。3.根据权利要求2所述的方法,其中从表达式计算所述估计的相位误差值,其中当分别在两个超声换能器之间的第一和第二方向中发送超声信号时,I1’和I2’是到所述超声流量计的信号发生器的有源组件的所测量的电源电流,和是分别代表复数值的实部和虚部的算子,且C和C3是复数值相位误差校正常数。4.根据权利要求2或3所述的方法,其中所述一个或更多相位误差校正常数通过超声流量计中的实际相位误差的一系列测量来确定并且优化以导致大温度范围上的最佳可能的估计的相位误差值,使得当计算所述估计的相位误差值时可以独立于温度考虑所述一个或更多相位误差校正常数。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,还包含取决于所述超声流量计中的一个或更多超声换能器的特征来规则地重复一个或更多电源电流的测量以及相应地更新所述估计的相位误差值的计算的步骤。6.一种方法,用于确定包含两个超声换能器(TR1,TR2)的超声流量计的流动路径(FP)中的超声信号的绝对渡越时间(td),所述方法包含以下步骤:·在输入信号(SP;DPSa,DPSb)向信号发生器(SG)的馈送期间或之后,监控从一个或更多电压电源(VCC;V3)到驱动换能器(TR1;TR2)的所述信号发生器(SG)的有源组件(OPsg)的电流,因而获得用于所述换能器(TR1;TR2;SCSa,SCSb)的电源电流信号(SPSCS1;SPSCS2),·如果在所述两个超声换能器(TR1,TR2)之间的超声信号的发送中没有时间延迟...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·德拉奇曼
申请(专利权)人:阿帕特米托尔斯有限公司
类型:发明
国别省市:丹麦,DK

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