一种用于确定流量测量系统的流管中的流体流速的方法以及相应的流量测量系统技术方案

一种包括用于流速待测的流体的流量管的流量测量系统，其中所述系统包括至少三个超声换能器电路、多个接收电路和多路复用器，其中，每个电路包括超声换能器，该超声换能器被布置成在发射阶段中通过所述流体发射超声信号，并且用于在接收阶段接收来自所述至少三个超声换能器中的另一个的发射信号；每个接收电路被布置用于在其相应的接收阶段读取所述至少三个超声换能器之一；所述多路复用器电路被布置用于选择性地将所述多个接收电路中的每一个分别连接至所述至少三个超声换能器中的不同的一个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于确定流量测量系统的流管中的流体流速的方法以及相应的流量测量系统
本专利技术涉及一种用于确定流体流量测量系统的流管中的流体流速的方法，其中所述系统包括至少两个超声换能器电路，其中每个电路包括超声换能器，超声换能器被布置用于在发射阶段通过所述流体发射超声信号，并且用于在接收阶段接收来自所述至少两个超声换能器中的另一个的发射信号。
技术介绍
这样的流量测量系统是已知的，例如来自公开号为US6,055,868的美国专利申请，该申请描述了包括两个环形振荡器的流量测量系统。振荡器被交替地激活以发射超声信号，该信号被另一个非发射振荡器接收和检测。超声信号向上游传播所需的时间、超声信号向下游传播所需的时间以及它们之间的时间差被用于确定流管中流体的速度。国际专利申请WO2011039311公开了一种用于通过至少一个用于生成声波的发射器和以及至少一个接收器来测量介质的流速的方法，其中该至少一个接收器被设置在与发射器相距一定距离处，用来接收声波。为了达到这个目的，由基板上的发射器感应声表面波，该基板具有面向介质的表面，该表面依次导致声波在介质中传播，使得多个波在发射器和接收器之间的传播路径上传播，其中该多个波至少其中的一些穿过介质，并由至少一个接收器接收。
技术实现思路
在确定流体流速的领域中一直存在的挑战之一是提高测量的准确性。也就是说，应当尽可能精确地确定流管中流体流速。因此，本专利技术的一个目的在于提供一种以更精确的方式确定流管中流体流速的方法。本专利技术的又一个目的在于提供一种相应的流量测量系统。为了实现第一个目的，本专利技术在其第一方面中提供了一种用于确定流量测量系统的流管中的流体流速的方法，所述系统包括至少三个超声换能器电路，其中每个电路包括超声换能器，所述超声换能器被布置为在发射阶段中通过所述流体发射超声信号，并且用于在接收阶段接收来自所述至少三个超声换能器中的另一个超声换能器的发射信号，所述方法包括以下步骤：a1)在所述发射阶段中，激励所述至少三个超声换能器中的第一个换能器，以发射超声信号，并且在它们的接收阶段中，读出所述至少三个超声换能器中的至少两个非发射的换能器，以及确定所述至少两个非发射的换能器的两个读数之间的第一时间差，b)至少基于所确定的差来确定所述超声信号通过所述流体的速度，以消除所述至少三个超声换能器中的所述第一个超声换能器的发射延迟。专利技术人发现，超声换能器电路中发生的时延和/或计时误差对流速测量的准确度带来了负面影响。如果流量测量系统包括至少三个换能器，其中单个换能器被激励以发送超声信号，其中至少两个其他换能器接收已发送的信号，并且其中超声信号通过所述流体的速度基于读数的精确时刻之间的时间差，则这些时延和/或计时误差可以被滤除，即可以被忽略。因此，不考虑发送超声信号与任何非发射的超声换能器的接收之间的时间差。由此，在第一非发射的超声换能器处接收超声信号和在第二非发射的超声换能器处接收同一超声信号之间的时间差被用于确定超声信号通过流体的速度。在这种情况下，可以通过在两个不同的换能器处接收发射的超声信号来过滤出在单个换能器控制到发射阶段期间(即使得单个换能器被激励)发生的时延和/或计时误差。例如，如果两个不同的换能器都被放置在相对于激励的换能器的上游或下游，则在这两个不同的换能器处接收超声信号之间的时间差可以用于确定流速。根据本专利技术，该方法可以用于精确地确定不同类型的流速，例如流体流速、流体的质量流动速率和流体的体积流动速率。在一个实施例中，该方法还包括步骤a2)在所述发射阶段中，激励所述至少三个超声换能器中的第二个超声换能器，以发射超声信号，并且在它们的接收阶段中，读出所述至少三个超声换能器中的至少两个非发射超声换能器，以及确定所述至少两个非发射的超声换能器的两个读数之间的第二时间差；并且其中所述步骤b)还包括：b)至少基于所述确定的第一时间差和所述第二时间差来确定所述超声信号通过所述流体的速度。在下文中，关于正好三个超声换能器电路提供了对上述实施例的优点的解释，其中三个超声换能器被彼此依次放置在流管中或在流管处，并且这三个超声换能器之间的距离是事前已知的。但是，对于本领域技术人员而言，推理可以扩展到三个以上的超声换能器电路是显而易见的。如果在相对于发射的换能器的上游和/或下游放置三个以上的非发射的超声换能器，则可能是有利的。这是因为在这种情况下，可以确定在非发射的超声换能器处接收的超声信号之间的多个单独的时间差，其中流速的确定可以是对所有这些确定的多个时间差进行平均。在该方法的步骤a1)中的受到激励的换能器将通过流体将超声信号发射到两个非发射的换能器。在两个非发射的超声换能器处接收的信号之间的时间差取决于超声信号通过流体传播的速度以及流体本身的流速。在该方法的步骤a2)中的被激励的换能器也将通过流体向两个非发射的换能器发射超声信号。应当澄清，在步骤a2)中，被激励的换能器相比于步骤a1)中的受到激励的换能器是不同的。在此基础上，仍然有一组两个方程和两个未知变量，它们可以通过求解1)超声信号在流体中的速度，以及2)流体本身的流速来获得。从上面可以看出，在三个超声换能器的情况下，在步骤a1)中，三个换能器的第一外部换能器被激励，并且在步骤a2)中，三个换能器的第二外换能器被激励。中间换能器在步骤a1)和a2)的任何一个步骤中都可能被激励。在一个实施例中，所述方法还包括以下步骤：a3)在所述发射阶段中，激励所述至少三个超声换能器中的第三个换能器，以发射超声信号，并且在它们的接收阶段中，读出所述至少三个换能器中的至少两个非发射的超声换能器。为了进一步提高测量的准确性，可以激励更多的换能器，每次一个，并且每次可以读出至少三个换能器中的至少两个非发射的超声换能器，以造成多次测量流速。这些测量结果可以求平均值，从而进一步滤除任何误差。在一个实施例中，该方法还包括以下步骤：a4)在所述发射阶段中，交替地激励所述至少三个超声换能器的其余超声换能器，以发射超声信号，并且在它们的接收阶段中，对于每个交替激励的超声换能器，读出所述至少三个超声换能器中的至少两个非发射的换能器。在另一个实施例中，多次执行该方法步骤以进一步提高测量的准确度，例如每个步骤被执行两次。在一个实施例中，该方法还包括以下步骤：-基于所述读出的所述至少三个超声换能器中的至少两个非发射的换能器，确定接收的超声信号的振幅衰减；-确定介质转换的透射系数，其中所述介质转换发生在所述至少两个非发射的超声换能器之间的所发射的超声信号，并且基于所确定的幅度衰减；-基于所确定的衰减和所确定的透射系数来确定所述流体的质量密度，以确定所述流体的质量流动速率。本专利技术人发现，通过读出所述至少三个超声换能器中的至少两个非发射的换能器，可以确定它们接收的超声信号的幅度衰减。专利技术人进一步注意到，所发射的超声信号受到了介质转换，这将在下面进一步详细解释。最后，专利技术人发现由于用于介质转换的透射系数至少取决于流体的质量密度，因此可以基于确定的衰减和确定的透射系数来确定流体的质量密度。一旦确定了流体流速和流体的质量密度，就可以确定流体的质量流动速率。在本专利技术的范畴中，透射系数涉及从第一介质传递到第二介质的被发射的超声信号的衰减，即介质转换。例如在至少三个换能器被放置在流管处或抵靠流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定流量测量系统的流管中的流体流速的方法，所述系统包括至少三个超声换能器电路，其中每个电路包括一超声换能器，所述超声换能器被布置为用于在发射阶段通过所述流体发送超声信号，以及用于在接收阶段接收来自所述至少三个超声换能器中的又一超声换能器发射的信号，所述方法包括以下步骤：a1)在所述发射阶段中，激励所述至少三个换能器中的第一个换能器，以发射所述超声信号，并且在它们的接收阶段中，读出所述至少三个换能器中的至少两个非发射的换能器，以及确定所述至少两个非发射的换能器的两个读数之间的第一时间差，b)至少基于所确定的差来确定所述超声信号通过所述流体的速度，以消除所述至少三个换能器中的所述第一个换能器的发射延迟。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.31 NL 20152471.一种用于确定流量测量系统的流管中的流体流速的方法，所述系统包括至少三个超声换能器电路，其中每个电路包括一超声换能器，所述超声换能器被布置为用于在发射阶段通过所述流体发送超声信号，以及用于在接收阶段接收来自所述至少三个超声换能器中的又一超声换能器发射的信号，所述方法包括以下步骤：a1)在所述发射阶段中，激励所述至少三个换能器中的第一个换能器，以发射所述超声信号，并且在它们的接收阶段中，读出所述至少三个换能器中的至少两个非发射的换能器，以及确定所述至少两个非发射的换能器的两个读数之间的第一时间差，b)至少基于所确定的差来确定所述超声信号通过所述流体的速度，以消除所述至少三个换能器中的所述第一个换能器的发射延迟。2.根据权利要求1所述的用于确定流速的方法，所述方法还包括以下步骤：a2)在所述发射阶段中，激励所述至少三个换能器中的第二个换能器，以发射超声信号，并且在它们的接收阶段中，读出所述至少三个换能器中的至少两个非发射的换能器，以及确定所述至少两个非发射的换能器的两个读数之间的第二时间差；并且其中所述步骤b)还包括：b)至少基于所确定的第一时间差和所述第二时间差来确定所述超声信号通过所述流体的速度。3.根据权利要求1至2中任一项所述的用于确定流速的方法，所述方法还包括以下步骤：a3)在所述发射阶段中，激励所述至少三个换能器中的第三个换能器，以发射超声信号，并且在它们的接收阶段中，读出所述至少三个换能器中的至少两个非发射的换能器。4.根据权利要求3所述的用于确定流速的方法，还包括步骤：a4)在所述发射阶段中，交替地激励所述至少三个换能器的其余换能器，以发射超声信号，并且在它们的接收阶段中，对于每个交替激励的换能器，读出所述至少三个换能器中的至少两个非发射的换能器。5.根据前述权利要求中任一项所述的用于确定流速的方法，其中所述方法步骤中的每一个步骤被执行多次。6.根据前述权利要求中任一项所述的用于确定流速的方法，其中所述方法还包括以下步骤：-基于所读出的所述至少三个换能器中的至少两个非发射的换能器，确定接收的超声信号的振幅衰减；-确定介质转换的透射系数，其中所述介质转换发生在所述至少两个非发射的换能器之间的所述发射的超声信号，并且基于所确定的幅度衰减；-基于所确定的衰减和所确定的透射系数来确定所述流体的质量密度，以确定所述流体的质量流动速率。7.根据权利要求6所述的用于确定流速的方法，其中所述确定透射系数的步骤包括：-基于所述至少三个换能器中的所读出的至少两个非发射的换能器之间的时间差来确定Scholte波的速度。8.根据权利要求7所述的用于确定流速的方法，其中所述方法包括以下步骤：-基于所确定的Scholte波的速度来确定用于在所述至少两个非发射的换能器之间的所述超声信号的介质转换的数量，并且其中基于所确定的介质转换的数量进一步确定所述质量密度。9.根据权利要求6-8中任一项所述的用于确定流速的方法，其中所述介质转换包括所述超声信号从所述流管到所述流体以及从所述流体到所述流管的转换。10.一种用于确定流量测量系统的流管中的流体流速的方法，所述系统包括至少三个超声换能器电路，其中每个电路包括一超声换能器，所述超声换能器被布置为用于在发射阶段通过所述流体发送超声信号，以及用于在接收阶段接收来自所述至少三个超声换能器中的另一超声换能器发射的信号，其中所述系统包括：至少两个接收电路，其中所述接收电路被设置用于在它们的接收阶段分别读出所述至少两个非发射的换能器，以及多路复用器电路，其被布置为选择性地将所述接收电路连接到所述换能器，其中所述方法包括以下步骤：a1)在所述发射阶段中，激励所述至少三个换能器中的第一个换能器，以发射超声信号，并且在它们的接收阶段中，读出所述至少三个换能器中的至少两个非发射的换能器，并且其中每个激励步骤包含：-使用所述多路复用器电路将所述至少两个接收电路中的每一个分别选择性地连接到所述至少两个非发射的超声换能器中的一个，并且其中每个激励步骤(a1)被重复至少一次，其中对于每个重复激励步骤，所述至少两个接收电路使用所述多路复用器电路连接到所述至少两个非发射的超声换能器中的不同的一个。11.根据权利要求10所述的用于确定流速的方法，其中所述方法还包括以下步骤：a2)在所述发射阶段中，激励所述至少三个换能器中的第二个换能器，以发射超声信号，并且在它们的接收阶段中，读出所述至少三个换能器中的至少两个非发射的换能器，其中所述步骤a2)也被重复至少一次，其中对于每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·J·斯尼德斯，E·D·范哈图，C·A·R·T·布鲁格曼，
申请(专利权)人：伯金有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL