用于确定流体变量的测量装置制造方法及图纸

用于确定流体变量的测量装置，具有控制装置、容置和/或引导流体的测量管、布置于测量管处的第一振动换能器，其包括在相对于测量管固定的位置中的支撑装置和彼此间隔的至少两个振动元件，至少一个弹簧元件被夹持于振动元件的背离测量管的相应的侧面与支撑装置之间，这将相应的振动元件按压抵靠测量管或抵靠布置于测量管与相应的振动元件之间的联接元件，控制装置被设计成驱动振动元件以使振动元件一起在测量管的侧壁中激发导波，该导波可以在侧壁中被直接地引导或经由流体被间接地引导至布置于测量管处的第二振动换能器或被引导返回至第一振动换能器，以便在那里由控制装置检测以确定测量数据，控制装置被设计成根据所测量的数据确定流体变量。

Measuring device for determining fluid variables

【技术实现步骤摘要】
用于确定流体变量的测量装置
本专利技术涉及一种用于确定与流体和/或流体的流体流动有关的流体变量的测量装置，其具有控制装置、用来容置和/或引导流体的测量管、以及布置于所述测量管处的第一振动换能器。
技术介绍
超声波计数器为一种检测流率或与流体有关的其他测量变量的可能的方式。这些超声波计数器使用至少一个超声波换能器，以便将超声波耦合至流动通过所述测量管的流体中，其中该超声波在直接的路径上或者在壁或特殊的反射元件处发生多次反射之后被引导至第二超声波换能器。可以根据超声波在超声波换能器之间的传递时间或者根据当交换发射器和接收器时的传递时间差来确定穿过测量管的流动速度。从G.Lindner的文章“Sensorsandactuatorsbasedonsurfaceacousticwavespropagatingalongsolid-liquidinterfaces”(J.Phys.D:Appl.Phys.41(2008)123002)获知用来激发导波的所谓的叉指式换能器的使用，其中使用具有梳状的相互啮合的控制线的压电元件来实现对导波的特定激发模式的激励。由于压电元件的剪切模式必定被激发，所以激发通常不能取得高效率。此外，需要相对复杂的、高度精确的光刻，以便足够准确地施加必要的电极结构，然而，通常不能实现激发的足够的模态纯度。然而，纯模态导波的激发对于在超声波计数器中的使用而言是高度相关的，因为压缩振动被辐射至流体中的角度取决于导波的相位速度，其在相同的激发频率下在不同的激发模式中通常是不同的。如果不同的模式被激发，则在流体中产生压缩振动的不同的传播路径，其最多可以通过复杂的信号评估以计算方式被消除。
技术实现思路
因此，本专利技术以提供一种测量装置的目的为基础，所述测量装置使用导波进行测量，其中应当实现所使用的测量装置的低空间要求以及简单的构造。根据本专利技术，通过在开始的时候所提到的类型的测量装置实现所述目的，其中所述第一振动换能器包括在相对于所述测量管固定的位置中的支撑装置以及彼此相间隔的至少两个振动元件，其中至少一个或至少一个相应的弹性地变形的弹簧元件被夹持于所述振动元件的背离(avertedfrom)所述测量管的相应的侧面与所述支撑装置之间，这将相应的振动元件按压抵靠所述测量管或抵靠布置于所述测量管与相应的振动元件之间的联接元件，其中所述控制装置被设计成驱动所述振动元件，以使得所述振动元件一起在所述测量管的侧壁中激发导波，所述导波可以在所述侧壁中被直接地引导或经由流体被间接地引导至布置于所述测量管处的第二振动换能器或被引导返回至所述第一振动换能器，以便在所述第二振动换能器或第一振动换能器处由所述控制装置检测，以确定测量数据，其中所述控制装置被设计成根据所测量的数据确定所述流体变量。提出通过多个彼此相间隔的振动元件并且因此在相间隔的激发区域中激发测量管的一个壁。通过叠加所生成的分波，生成全波，该全波然后可以被用于测量。所述振动元件的或所述激发区域的几何布置以及振动激发的参数(也就是说，特别地，所使用的频率以及用来操作各个振动元件的极性和/或相位关系)相互匹配，以使得至少针对一个传播方向通过相消干涉衰减或大致上完全地消除待衰减的振动模式。可以以这种方式实现激发的高模态纯度，因为不希望的振动模式被特别地衰减。然而，与该激发原理的使用高度相关的是，所述振动元件相对于彼此正确地定位。为了这个目的，在根据本专利技术所述的测量装置中使用支撑装置，其中在所述支撑装置与所述振动元件之间使用弹簧元件或相应的弹簧元件，所述振动元件中的每一个被以限定的压力按压抵靠所述测量管的侧壁或抵靠布置于所述振动元件与所述测量管之间的联接元件。通过以这种方式将所述振动元件支撑于所述测量管处获得大量的优点。首先，可以补偿由生产引起的公差，因为通过使用至少一个弹簧元件进行安装，首先确保尽管存在通常可能无法完全地避免的生产公差，但是所述振动元件仍然与所述测量管或与所述联接元件良好地接触，其次，避免了例如可能破坏压电陶瓷振动元件的过大的力作用于所述振动元件的可能性。除了影响所述测量装置的纯粹的几何尺寸的公差之外，该过程还可以补偿所述侧壁、所述振动元件和/或所述支撑装置的不规则性。还防止所述压电元件在所述测量装置的组装期间相对于所述测量管倾斜的可能性，以及因此在这些构件之间发生非平面接触的可能性。另外，如已经解释说明的，以少量的技术工作实现各个元件的限定的定位以及限定的按压力。通过至少一个弹簧元件进行安装还可以实现声衰减，这首先可以对所述振动元件的振动行为具有积极的效果，因为减小了窄带共振峰值以及回响(reverberate)的趋势。其次，减少了振动至支撑装置中的耦合，亦即例如至换能器壳体中的耦合。所述支撑装置可以特别地被设计成壳体，其与所述测量管或所述联接元件一起在所有侧上包围所述振动元件，例如如稍后详细地解释说明的，所述联接元件具有振动板或振动箔。由此可以保护所述振动元件不受环境影响，例如因为使用防流体的或至少防溅的壳体。在单独的激发区域中执行激发的两个或更多个振动元件的使用是有利的，因为在在所述测量管的侧壁中激发兰姆导波的情况下，在特定的激发频率下总是可能激发至少两种模式。通过选择合适的激发频率，可以确保能够激发恰好两种振动模式，即不对称的和对称的兰姆波。由于这些振动模式具有不同的相位速度，因此它们也具有不同的波长，所以通过适当地选择激发区域之间的距离以及适当地延迟用于所述振动元件中的一个的激发信号，或者通过选择激发的适当的相位关系和/或极性，可以实现对不希望的模式的大致完全地相消干涉，并且因此可以实现纯模态激发。通过根据本专利技术所述的方法，可以在流动通过所述测量管的流体流处进行测量，但是也可以在静止于所述测量管中的流体处进行测量。原则上，在现有技术中，用于检测流体特性的振动传输的使用为已知的。例如，在超声波计数器中检测振动在第一超声波转换器和第二超声波转换器之间与第二超声波转换器和第一超声波转换器之间的传递时间的传递时间差，并且可以根据该传递时间差确定流体速度。然而，也可以评估其它测量数据以便确定流体特性。例如，可以评估接收振动换能器处的信号振幅，以便检测振动在传输通过流体期间的衰减。还可以以频率相关方式评估振幅，并且可以评估特定的频谱区域的绝对振幅或相对振幅，以便检测流体中的频谱地变化的衰减行为。还可以评估不同的频带的相位关系，以便例如获取关于测量部分的弥散(dispersion)行为的信息。优选地，可以确定关于压力波在流体中的弥散行为的和/或关于兰姆波在壁中的弥散行为的信息。替代地或另外地，可以评估例如在一个测量脉冲内频谱成分或振幅随时间的变化。通过评估这些变量，例如可以将流体的流速和/或流量和/或密度、温度和/或粘度确定为流体变量。另外地或替代地，例如可以确定流体中的声速和/或流体的成分，例如不同的组分之间的混合比。根据以上所提到的测量变量获得这些流体变量的不同的方法在现有技术中为已知的，并且因此将不进行详细地介绍。例如可以凭经验确定一个或多个测量变量与流体变量之间的关系，并且例如可以使用查阅表或相对应的公式来确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定与流体和/或流体的流体流动有关的流体变量的测量装置，所述测量装置具有控制装置(2)、用来容置和/或引导流体的测量管(3)、以及布置于所述测量管(3)处的第一振动换能器(5)，其特征在于，所述第一振动换能器(5)包括在相对于所述测量管固定的位置中的支撑装置(26)以及彼此间隔开的至少两个振动元件(17，18)，其中，至少一个或至少一个相应的弹性地变形的弹簧元件(30，37，41，42，45，46，50，51)被夹持于所述振动元件(17，18)的背离所述测量管(3)的相应的侧面(31)与所述支撑装置(26)之间，这将相应的振动元件(17，18)按压抵靠所述测量管(3)或抵靠布置于所述测量管(3)与相应的振动元件(17，18)之间的联接元件(16)，其中，所述控制装置(2)被设计成驱动所述振动元件(17，18)，以使得所述振动元件(17，18)一起在所述测量管(3)的侧壁(9)中激发导波，所述导波能在所述侧壁(9)中被直接地引导或经由流体被间接地引导至布置于所述测量管(3)处的第二振动换能器(6)或被引导返回至所述第一振动换能器(5)，以便在所述第二振动换能器或所述第一振动换能器处由所述控制装置(2)检测，以确定测量数据，其中所述控制装置被设计成根据所测量的数据确定所述流体变量。/n...

【技术特征摘要】
20181212 DE 102018009754.51.一种用于确定与流体和/或流体的流体流动有关的流体变量的测量装置，所述测量装置具有控制装置(2)、用来容置和/或引导流体的测量管(3)、以及布置于所述测量管(3)处的第一振动换能器(5)，其特征在于，所述第一振动换能器(5)包括在相对于所述测量管固定的位置中的支撑装置(26)以及彼此间隔开的至少两个振动元件(17，18)，其中，至少一个或至少一个相应的弹性地变形的弹簧元件(30，37，41，42，45，46，50，51)被夹持于所述振动元件(17，18)的背离所述测量管(3)的相应的侧面(31)与所述支撑装置(26)之间，这将相应的振动元件(17，18)按压抵靠所述测量管(3)或抵靠布置于所述测量管(3)与相应的振动元件(17，18)之间的联接元件(16)，其中，所述控制装置(2)被设计成驱动所述振动元件(17，18)，以使得所述振动元件(17，18)一起在所述测量管(3)的侧壁(9)中激发导波，所述导波能在所述侧壁(9)中被直接地引导或经由流体被间接地引导至布置于所述测量管(3)处的第二振动换能器(6)或被引导返回至所述第一振动换能器(5)，以便在所述第二振动换能器或所述第一振动换能器处由所述控制装置(2)检测，以确定测量数据，其中所述控制装置被设计成根据所测量的数据确定所述流体变量。


2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述振动元件(17，18)中的至少一个包括：振动体(32)；测量管侧上的电极(33)，所述测量管侧上的电极布置于相应的所述振动体(32)的测量管侧上的侧面(19)上；以及背离测量管的电极(35)，所述背离测量管的电极布置于所述振动体(32)的背离测量管的侧面(31)上，所述背离测量管的侧面位于所述测量管侧上的侧面(19)的相反侧，其中，所述测量管侧上的电极(33)延伸于所述振动体(32)的另一个侧面(34)之上，所述另一个侧面(34)相对于所述测量管侧上的侧面(19)以及所述背离测量管的侧面(31)成一定角度，其中，所述控制装置(2)被构造成改变所述测量管侧上的电极(33)和所述背离测量管的电极(35)之间的电压，以便激发所述振动体(32)振动。


3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述测量管侧上的电极(33)在所述另一个侧面(34)之上延伸直至所述背离测量管的侧面(31)。


4.根据权利要求2或3所述的测量装置，其特征在于，通过导电的相应的弹簧元件(30，37，41，42，45，46，50，51)电接触所述背离测量管的电极(35)和/或所述测量管侧上的电极(33)。


5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述弹簧元件(30，37，41，42，45，46，50，51)中的至少一个电接触所述振动元件(17，18)中的恰好一个的恰好一个电极(33，35)。


6.根据权利要求2至5中的一项所述的测量装置，其特征在于，所述振动体(32)为矩形，其中，所述测量管侧上的侧面(19)以及所述背离测量管的侧面(31)在所述矩形的纵向方向和横向方向上延伸，其中，所述振动体(32)在沿横向方向的第一边...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·本克特，T·施图尔姆，M·梅勒，P·普洛斯，
申请(专利权)人：代傲表计有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE