用于测量流体的至少一个参数的测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种测量系统，特别是具体实施为箝位式超声波流量测量设备的测量系统，包括：管路或管子(10)，其具有由管路或管子的壁(10a)包围的内腔(10‘)，所述管路或管子适于在其内腔中引导所述流体的体积部分，即供所述流体流过；超声波换能器(A)，其在所述管路或管子的壁的背朝所述内腔的外侧上安装在所述管路或管子上，并且经由所述管路或管子的壁声耦合到在所述内腔中引导的流体，并适于将时变电压转换成通过所述管路或管子的壁并且进一步通过在所述内腔中引导的流体传播的超声波(WAB,I)；超声波换能器(B)，其在所述管路或管子的壁的外侧上与所述超声波换能器(A)分开地安装在所述管路或管子上，并且经由所述管路或管子的壁声耦合到在所述内腔中引导的流体，并且适于接收通过在所述内腔中引导的流体并且进一步通过所述管路或管子的壁传播的超声波(WAB,II)，并且将其转换成随时间变化的电压；以及操作和测量电子器件(2)，其与所述超声波换能器(A)以及所述超声波换能器(B)都电连接。所述操作和测量电子器件适于至少有时生成所述超声波换能器(A)的驱动器信号xA(t)，其中，所述驱动器信号具有时变的电压uA,I，用于实现所述超声波换能器(B)的类似地具有随时间变化的电压uB,II的接收信号yB(t)，从而使得所述驱动器信号xA(t)以及所述接收信号yB(t)各自包括多个频谱信号分量(xA,i,yB,i)并且以及在每种情况下也包括主导频谱信号分量(xA‘,yB‘)，即在每种情况下具有最大功率谱密度(SxxA,MAX；SyyB,MAX)的频谱信号分量，并且，所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的频率fxA‘相对于所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的频率fyB‘的偏差不超过|±100kHz|的幅度，和/或相对于所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的所述频率fyB‘的偏差不超过此频率fyB‘的10％。此外，所述操作和测量电子器件适于通过所述接收信号yB(t)产生所述至少一个参数的至少一个测量值(XM)。

A measuring system used to measure at least one parameter of a fluid

The invention relates to a measurement system, especially for the implementation of measurement system, clamp type ultrasonic flow measurement devices: pipe or tube (10), which has a pipe or tube wall (10a) surrounded by a cavity (10 '), the pipe or tube for guiding the fluid volume in the cavity, and the fluid flow; ultrasonic transducer (A), on the outside of the pipe or tube wall back toward the cavity on the installed in the pipe or tube, and to guide the fluid in the inner cavity of the wall through the pipeline or acoustic coupling the tube, and is suitable for the time-varying voltage into the pipe or tube wall and further through the dissemination of guidance in ultrasonic fluid in the chamber of the (WAB, I); ultrasonic transducer (B), the outside of the pipe or tube wall and The ultrasonic transducer (A) separately installed on the pipe or tube, and to guide the fluid in the inner cavity of the wall through the acoustic coupling pipe or tube, and is adapted to receive the fluid through the guide cavity and further spread through the ultrasonic wall pipe or the pipe (WAB, II), and converted into voltage changes with time; and the operation and measurement of electronic devices (2), and the ultrasonic transducer (A) and the ultrasonic transducer (B) are electrically connected. \u6240\u8ff0\u64cd\u4f5c\u548c\u6d4b\u91cf\u7535\u5b50\u5668\u4ef6\u9002\u4e8e\u81f3\u5c11\u6709\u65f6\u751f\u6210\u6240\u8ff0\u8d85\u58f0\u6ce2\u6362\u80fd\u5668(A)\u7684\u9a71\u52a8\u5668\u4fe1\u53f7xA(t)\uff0c\u5176\u4e2d\uff0c\u6240\u8ff0\u9a71\u52a8\u5668\u4fe1\u53f7\u5177\u6709\u65f6\u53d8\u7684\u7535\u538buA,I\uff0c\u7528\u4e8e\u5b9e\u73b0\u6240\u8ff0\u8d85\u58f0\u6ce2\u6362\u80fd\u5668(B)\u7684\u7c7b\u4f3c\u5730\u5177\u6709\u968f\u65f6\u95f4\u53d8\u5316\u7684\u7535\u538buB,II\u7684\u63a5\u6536\u4fe1\u53f7yB(t)\uff0c\u4ece\u800c\u4f7f\u5f97\u6240\u8ff0\u9a71\u52a8\u5668\u4fe1\u53f7xA(t)\u4ee5\u53ca\u6240\u8ff0\u63a5\u6536\u4fe1\u53f7yB(t)\u5404\u81ea\u5305\u62ec\u591a\u4e2a\u9891\u8c31\u4fe1\u53f7\u5206\u91cf(xA,i,yB,i)\u5e76\u4e14\u4ee5\u53ca\u5728\u6bcf\u79cd\u60c5\u51b5\u4e0b\u4e5f\u5305\u62ec\u4e3b\u5bfc\u9891\u8c31\u4fe1\u53f7\u5206\u91cf(xA\u2018,yB\u2018)\uff0c\u5373\u5728\u6bcf\u79cd\u60c5\u51b5\u4e0b\u5177\u6709\u6700\u5927\u529f\u7387\u8c31\u5bc6\u5ea6(SxxA,MAX\uff1bSyyB,MAX)\u7684\u9891\u8c31\u4fe1\u53f7\u5206\u91cf\uff0c\u5e76\u4e14\uff0c\u6240\u8ff0\u9a71\u52a8\u5668\u4fe1\u53f7xA(t)\u7684\u6240\u8ff0\u4e3b\u5bfc\u4fe1\u53f7\u5206\u91cf(xA\u2018)\u7684\u9891\u7387fxA\u2018\u76f8\u5bf9\u4e8e\u6240\u8ff0\u63a5\u6536\u4fe1\u53f7yB(t)\u7684\u6240\u8ff0\u4e3b\u5bfc\u4fe1\u53f7\u5206\u91cf(yB\u2018)\u7684\u9891\u7387fyB\u2018\u7684\u504f\u5dee\u4e0d\u8d85\u8fc7|\u00b1 The deviation of the amplitude of 100kHz| and / or the relative frequency of fyB relative to the dominant signal component (yB ') of the received signal yB (T) is no more than 10% of the frequency of fyB. In addition, the operating and measuring electronic devices are adapted to produce at least one measurement value (XM) of the at least one of the at least one parameter by the received signal yB (T).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量流体的至少一个参数的测量系统
本专利技术涉及一种测量系统，特别是这样一种测量系统，其具体实施为箝位式超声波流量测量设备，用于测量流体，特别是在管道中流动的流体，特别是液体、气体或分散体形式的流体的至少一个参数，特别是流体动力学参数，特别是流速和/或体积流率。
技术介绍
通常用于测量在管道中流动的流体的参数，尤其是流体动力学参数(例如流速和/或体积流率)的工业测量和自动化技术中使用的是这样的测量系统，其通过至少两个相互间隔开的超声波换能器(这两个超声波换能器都安装在管路或管道外部上)以及与这两个超声波换能器中的每一个电连接的操作和测量电子器件形成。这样的测量系统在一些文献中有详细说明，例如DE-A10057188、DE-A102007062913、US-A2014/0366642、US-A2014/0123767、WO-A03/098166,WO-A2007/012506、WO-A2009/156250、WO-A2012/120039、WO-A2013/029664、WO-A2013/079264以及在IEEETRANSACTIONSONULTRASONICS，FERROELE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量系统，用于测量流体(FL)——特别是在管道中流动的流体——特别是液体、气体或分散体形式的流体的至少一个参数、特别是流体动力学参数、特别是流速和/或体积流率的测量系统，特别是具体实施为箝位式超声波流量测量设备的测量系统，包括：‑管路或管子(10)，其具有由管路或管子的壁(10a)包围的内腔(10‘)，所述管路或管子适于在其内腔中引导所述流体的体积部分，即供所述流体流过；‑第一超声波换能器(A)，其在所述管路或管子的壁的背朝所述内腔的外侧上安装在所述管路或管子上，并且经由所述管路或管子的壁声耦合到在所述内腔中引导的流体，并适于将时变的特别是脉冲的电压转换成通过所述管路或管子的壁并且进一步通...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.18 DE 102015107750.71.一种测量系统，用于测量流体(FL)——特别是在管道中流动的流体——特别是液体、气体或分散体形式的流体的至少一个参数、特别是流体动力学参数、特别是流速和/或体积流率的测量系统，特别是具体实施为箝位式超声波流量测量设备的测量系统，包括：-管路或管子(10)，其具有由管路或管子的壁(10a)包围的内腔(10‘)，所述管路或管子适于在其内腔中引导所述流体的体积部分，即供所述流体流过；-第一超声波换能器(A)，其在所述管路或管子的壁的背朝所述内腔的外侧上安装在所述管路或管子上，并且经由所述管路或管子的壁声耦合到在所述内腔中引导的流体，并适于将时变的特别是脉冲的电压转换成通过所述管路或管子的壁并且进一步通过在所述内腔中引导的流体传播的超声波(WAB,I)；-第二超声波换能器(B)，其在所述管路或管子的壁的所述外侧上与所述第一超声波换能器分开地安装在所述管路或管子上，并且经由所述管路或管子的壁声耦合到在所述内腔中引导的流体——所述第二超声波换能器特别是具有与所述第一超声波换能器相同的结构——并且适于接收通过在所述内腔中引导的流体并且进一步通过所述管路或管子的壁传播的超声波(WAB,II)，并将其转换成随时间变化的电压；-以及操作和测量电子器件(2)，其与所述第一超声波换能器并且与所述第二超声波换能器都电连接，特别是通过数字信号处理器和/或微控制器形成的操作和测量电子器件，-其中，所述操作和测量电子器件适于至少有时生成所述第一超声波换能器(A)的驱动器信号xA(t)，其中，所述驱动器信号具有时变的特别是双极和/或脉冲的电压uA,I，用于实现所述第二超声波换能器(B)的类似地具有随时间变化的电压uB,II的接收信号yB(t)，从而使得--所述驱动器信号xA(t)以及所述接收信号yB(t)各自包括多个频谱信号分量(xA,i,yB,i)并且在每种情况下也包括主导频谱信号分量(xA‘,yB‘)，即在每种情况下具有最大功率谱密度(SxxA,MAX；SyyB,MAX)的频谱信号分量，并且，--所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的频率fxA‘相对于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的频率fyB‘的偏差不大于|±100kHz|的幅度，特别是小于|±50kHz|的幅度，和/或不大于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的所述频率fyB‘的10％，特别是小于5％；-并且其中，所述操作和测量电子器件适于通过所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)产生所述至少一个参数的至少一个测量值(XM)。2.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，-其中，所述第一超声波换能器(A)具有在所述超声波换能器(A)的下位的第一极限频率fu,A和所述超声波换能器(A)的上位的第二极限频率fo,A之间延伸的6dB带宽BWA,6dB，并且所述第二超声波换能器具有在所述超声波换能器(B)的下位的第一极限频率fu,B和所述超声波换能器(B)的上位的第二极限频率fo,B之间延伸的6dB带宽BWB,6dB，-并且其中，所述操作和测量电子器件适于生成所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)，即特别是设置所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的所述频率fxA‘，使得--所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的所述频率fxA‘相对于所述接收信号的所述主导信号分量(yB‘)的所述频率的偏差不超过所述第一超声波换能器(A)的6dB带宽BWA,6dB的中心频率f0,A的10％，特别是小于5％，所述中心频率f0,A定义为所述第一超声波换能器(A)的第一极限频率fu,A及其第二极限频率的几何平均值，和/或--所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的所述频率fxA‘相对于所述接收信号的所述主导信号分量(yB‘)的所述频率的偏差不超过所述第二超声波换能器(B)的6dB带宽BWB,6dB的中心频率f0,B的10％，特别是小于5％，所述中心频率f0,B定义为所述第二超声波换能器(B)的第一极限频率fu,B及其第二极限频率的几何平均值3.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，-其中，所述管路或管子具有兰姆波振荡模式(S0,S1,S2…Sn,A0,A1,A2…An)，其中所述管路或管子的壁执行或能执行形成兰姆波的振荡，-并且其中，所述操作和测量电子器件适于生成所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)，使得所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的频率相对于所述兰姆波振荡模式之一的谐振频率的偏差小于|±100kHz|的幅度，特别是小于|±50kHz|的幅度，和/或相对于此谐振频率的偏差小于所述兰姆波振荡模式之一的谐振频率的10％，特别是小于5％。4.根据权利要求2和3所述的测量系统，-其中，所述第一超声波传感器(A)的所述6dB带宽BWA,6dB的中心频率f0,A相对于所述兰姆波振荡模式的谐振频率的偏差超过此谐振频率的5％；和/或-其中，所述第二超声波换能器(B)的所述6dB带宽BWB,6dB的中心频率f0,B相对于所述兰姆波振荡模式的谐振频率的偏差超过此谐振频率的5％。5.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，其中，所述操作和测量电子器件适于改变所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的频率，特别是为了减小此频率相对于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的偏差，和/或使得此频率相对于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的频率的首先过大的偏差被最小化。6.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，-其中，所述操作和测量电子器件适于确定所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的振幅谱|YB|；和/或-其中，所述操作和测量电子器件适于——特别基于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的振幅谱|YB|——确定所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的功率和/或振幅；和/或-其中，所述操作和测量电子器件适于——特别基于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的振幅谱|YB|——确定所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的频率。7.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，其中，所述操作和测量电子器件适于调制所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的电压，特别是对其进行计时和/或使得所述电压被具体实施为具有两个或更多个矩形电压脉冲的脉冲包序列和/或以预定时间间隔一个接一个的脉冲包序列。8.根据前一权利要求所述的测量系统，其中，所述操作和测量电子器件适于调制所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的电压，使得所述电压被具体实施为脉冲包序列，特别是具有两个或更多个矩形电压脉冲的脉冲包和/或以预定时间间隔一个接一个的脉冲包的序列。9.根据前一权利要求所述的测量系统，其中，所述操作和测量电子器件适于随着时间改变所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的频率fxA‘，其中第一脉冲包的矩形电压脉冲的生成的脉冲宽度相对于在所述第一脉冲包之后生成的矩形电压脉冲、特别是第二脉冲包的矩形电压脉冲的生成的脉冲宽度存在偏差。10.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，-其中，所述操作和测量电子器件适于调制所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的电压，使得所述电压被具体实施为电压脉冲序列，特别是具有预定时间间隔的一个接一个的脉冲包的形式的电压脉冲和/或矩形电压脉冲；-并且其中，所述操作和测量电子器件适于随着时间改变所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的频率，其中在时间上一个接一个地生成的电压脉冲具有不同的脉冲宽度。11.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，其中，所述操作和测量电子器件适于为所述第一超声波换能器(A)生成所述驱动器信号xA(t)，使得所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)首先具有初始频率，即调整为预定起始频率值的初始频率，特别是早期基于所述管路或管子的识别数据和/或基于所述超声波换能器中的至少一个的至少一个表征值确定的起始频率值，和/或保存在所述操作和测量电子器件的非易失性数据存储器中的起始频率值，使得所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的初始频率相对于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的频率fyB‘的偏差大于瞬时可实现的最小偏差，和/或使得所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的频率fxA相对于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(xB‘)的频率fyB‘的偏差量首先大于|±100kHz|和/或大于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的频率fyB‘的10％。12.根据前一权利要求所述的测量系统，其中，所述操作和测量电子器件适于从所述初始频率开始至少改变所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的频率fxA‘，特别是连续地增加或连续地减小，直到所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的频率fxA‘相对于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的频率fyB‘的偏差不超过|±100kHz|，特别是小于|±50kHz|，和/或相对于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的频率fyB‘的偏差不超过此频率fyB‘的10％，特别是小于5％，和/或直到所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)的所述主导信号分量(xA‘)的频率fxA‘相对于所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)的所述主导信号分量(yB‘)的频率fyB‘的首先过大的偏差被调整为瞬时能实现的最小偏差(Errf)。13.根据前述权利要求中的一项所述的测量系统，其中，所述操作和测量电子器件适于通过所述第二超声波换能器(B)的所述接收信号yB(t)并且还通过所述第一超声波换能器(A)的所述驱动器信号xA(t)产生所述至少一个测量值，特别是基于通过在所述内腔中引导的流体沿着预定的测量路径在从所述第一超声波换能器(A)朝向所述第二超声波换...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·普洛斯，斯特凡·J·鲁皮施，米哈尔·贝兹杰克，托马斯·弗勒利希，比特·基斯林，
申请(专利权)人：恩德斯豪斯流量技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH