本发明专利技术涉及用于确定流速的超声波测量装置和方法。其中一种用于确定在管路(14)中流动的流体(12)的流速的超声波测量装置(10)，其具有可安装在管路(14)中并用这种方式构成管路(14)一部分的测量体(20)，该测量体具有用于流体(12)的流动通道(26)和环绕的通道壁(24)，其中将至少一个超声波换能器(18a-b)从外部固定在通道壁(24)上，方式是将超声波换能器(18a-b)的振动体耦合到通道壁(24)的部分区域(30a-b)，从而使得部分区域(30a-b)用作超声波换能器(18a-b)的、具有振动功能的膜。其中，将超声波换能器(18a-b)布置在通道壁(24)的隆起部(44)中，该隆起部延伸入流动通道(26)。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 本专利技术涉及一种如权利要求1或12的前序部分所述的、用于确定在管路中流动的 流体流速的超声波测量装置和方法。 已知不同的测量原理以基于超声波确定流速或流量。多普勒法是对流动的流体上 反射的超声波信号的、根据流速有所不同的频移来进行分析。传播时间差法是将一对超声 波换能器安装在管路的外圆周上且在纵向方向上具有相对于彼此的位移，所述超声波换能 器与沿测量路径的流成横向并相互发射和记录超声波信号，其中所述测量路径在超声波换 能器之间延伸。由流体输送的超声波信号根据传播方向通过流来加强或减弱。将得到的传 播时间差用几何量换算成流体的平均流速。再通过截面积从平均流速获悉体积流或通量。 为了测量得更精确也可布置多个测量路径，所述测量路径分别具有一对超声波换能器，以 便获得在多于一个点处的流截面。 为产生超声而使用的超声波换能器具有振动体，通常为陶瓷。例如在压电效应的 基础上，借助于振动体将电信号转换成超声波，反之亦然。根据应用，超声波换能器被用作 声源、声音检测器、或两者兼而有之。 在这种情况下，必须确保流体和超声换能器之间的耦合。一种常见的解决方案在 于，使超声波换能器伸入管路与流体直接接触。但是用这种方式浸入的超声换能器会遭受 到流体及其压力和温度的影响，从而有可能损坏。相反，换能器可能会扰乱流并因此影响测 量的准确性。 在一些应用中，特别是在卫生领域中存在以下要求，即在内壁上提供尽量不让流 体进入的闭合表面，以避免沉积并且有可能完全清洗干净。但是在具有金属或不锈钢通道 (这些通道原则上适合所述应用）的传统超声波装置中，还要将超声波换能器安装入这些 通道并借助橡胶密封件来进行声学和机械的分离。由于清洁剂有腐蚀性，因此要定期更换 密封件，并会由此导致产生维护费用和停机时间。此外，还可在由于超声换能器和其支架所 引起的不平整处形成永久性的污物沉积。 原则上也已知的技术是，其中内壁是完全封闭的。例如US 4 467 659就描述了这 种所谓的夹合式安装（Clamp-On-Montage)，用该安装方式将超声波换能器从外部固定到管 路上。EP 1 378 272B1提出将产生超声波的元件固定在壁的外侧。与夹合式技术不同的 是，在这种情况下壁被用作膜，其在超声波换能器区域中构成比其余壁的壁厚小得多的袋 状物。这也称之为压紧式的安装在一定程度上是在管路内部区域的刚性安装和夹合式安装 的中间形式。 为了用所述技术来实现较好的超声親入（Ultraschalleinkopplung)，需要将超声 换能器紧密安装在管路上，从而使得超声波换能器至少是近似垂直安装的。但是这会导致 超声路径很陡，因此所述超声路径通过导管时只稍微偏离垂直线并因此几乎不会比管路的 直径长。恰好在管路的公称内径（Nennweite)较小的情况下，对于要获得高的测量精度而 言超声路径太短，这是因为例如在传播时间差法中出现的时差过短。还可考虑的是，首先将 超声垂直耦入，然后借助反射器来实现更平的或者甚至与流平行的发射角度。但是反射器 及其支架对于流而言是巨大的干扰因素，此外在这些位置处可能会形成永久性沉积。 因此，本专利技术的任务在于在卫生范围内提高超声测量的精度。 该任务通过如权利要求1或12所述的、用于确定管路中流动的流体的流速的超声 波测量装置和方法得以实现。其中根据前述夹紧原理来安装超声波换能器。在这种情况 下，将超声波换能器的振动体耦合在通道壁的部分区域，特别是通过直接接触来耦合，在直 接接触时振动体位于所述部分区域上且若有必要用弹簧力或类似力来压紧。本专利技术的基本 思想在于，为布置超声波换能器提供额外的自由度，方式是将伸入流动通道中的隆起部安 装在通道壁中。由此一来有可能的是，借助所述隆起部的几何形状来选择超声波换能器的 方向且仍继续将通道壁的所述部分区域用作膜。 本专利技术的优点在于，能够将伸入流中的超声波换能器的压紧式安装和自由安装这 两者的优点结合起来。因此会给流体提供完全闭合的、光滑的内表面，该内表面会防止沉积 并允许简单的、彻底的清洗。同时，超声波换能器在隆起部的设计方面实际上是可以任意取 向的。这样一来，可实现更长的通过流的测量路径，并从而实现更高的测量精度。 优选按相对于流体的流动方向平的发射角度来布置超声波换能器。在此处，发射 角也指入射角，这取决于超声波换能器是用作发射器还是用作接收器。平的发射角特别是 指不大于25°的，不大于10°的或者甚至不大于5°的角。为此，作用相当于膜的通道壁 的部分，其优选作为隆起部的边缘几乎与管路的纵向轴垂直，即实际上差角为直角和平的 入射角。由平的入射角生成相应的平的超声路径，尽管几何空间条件受限但所述超声路径 (特别在管路的公称内径较小时）可以足够长。 超声波换能器优选布置在通道壁的空腔中，其向外开口且在向内通向流动通道方 向具有所述部分区域。所述空腔可以说是隆起部的内部，即在隆起部的区域中的通道壁的 远离流动通道的那一侧，其中可将超声波换能器从外部安装进所述区域（压紧法）。至少在 所述部分区域中，空腔或隆起部的通道壁的材料少于其它通道壁，也就是说其是薄壁的。这 符合了作为超声波换能器的膜的所期望的功能。 隆起部优选在管路的纵向方向上依次具有被倒圆的流引导区域和所述部分区域。 所述部分区域是影响隆起部的重要原因，即使得其取向独立于余下的通道壁的取向并因此 例如可得到平的入射角。流引导区域的用途在于，尽量进一步减少伸入流动通道中的、作为 流障碍物的隆起部的作用，或者尽管有隆起部但是会确保流尽量均匀。其目的在于，通过流 的测量路径实际上代表了全部流，以便实现精确的测量。 流引导区域被优选构造成平缓上升的且所述部分区域被构造成陡峭下降的。平缓 上升确保流的干扰尽量少。隆起部在陡峭下降的所述部分区域中形成相对于管路的中心轴 几乎垂直的壁，从而使得所述部分区域可用作膜，其用于以平的角发射或接收的超声。特别 是上面就发射角所提到的有利的数值范围适用于术语平的和陡峭下降。所述部分区域可以 是原来的通道壁或隆起部的组成部分。可选地，例如将膜事先从板中切割下来，在隆起部的 陡峭下降的区域中切出开口并将膜焊接在此处。结果是在两种情况下，测量体的内表面都 是封闭的。 在所述部分区域下面，与流引导区域相对，通道壁优选具有平缓上升的凹口。如此 一来，所述部分区域嵌入布置在隆起部前面或后面的通道壁中。随着与隆起部之间的间距 不断增加，凹口缓慢地引导下降的水平面（尽量减少对流的干扰）又重新回到其它通道壁 的水平位置。所述凹口例如在横截面中具有u形轮廓，其深度随着到膜的距离增加而逐步 减小，并随后过渡到管路的轮廓。 在管路的横截面上看来，隆起部优选在中间具有突起部。因此，该隆起部并不是在 流中的简单的斜面（所述简单的斜面在横截面上看是水平延伸），而是在横截面中构成一 种在其中间有一最高的突起的轮廓。由此一来流体不仅从所述隆起部上方流过，而且也可 以从其侧面流过。 在管路的横截面上看来，隆起部优选具有被倒圆的、波浪状的W形轮廓，该W形轮 廓在中间具有突起部。因此可借助W形轮廓来引导侧面流过的流体，以尽量减少对流的干 扰。 测量体优选具有先逐渐变细而后又重新变宽的流区域。因此，该流区域具有瓶颈 (Engstelle本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于确定在管路(14)中流动的流体(12)的流速的超声波测量装置(10)，其具有能够安装在所述管路(14)中并用这种方式构成所述管路(14)一部分的测量体(20)，所述测量体(20)具有用于所述流体(12)的流动通道(26)和环绕的通道壁(24)，其中将至少一个超声波换能器(18a‑b)从外部固定在所述通道壁(24)上，方式是将所述超声波换能器(18a‑b)的振动体耦合到所述通道壁(24)的部分区域(30a‑b)，从而使得所述部分区域(30a‑b)用作所述超声波换能器(18a‑b)的、具有振动功能的膜，其特征在于，所述超声波换能器(18a‑b)布置在所述通道壁(24)的隆起部(44)中，所述隆起部(44)延伸入所述流动通道(26)。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·施派德尔，
申请(专利权)人：西克股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。