流体测量装置制造方法及图纸

一种流体测量装置，所述流体测量装置具有用于要测量的流体的穿流通道(16)，所述穿流通道具有外壁(22)的至少两个区域，其形成用于表面声波的波导部段(24)。所述波导部段(24)沿着所述穿流通道(16)的环周(U)彼此错开并且间隔开地设置。在每个波导部段(24)上设置有第一和/或第二信号转换器(26、28)，其中至少两个设置在不同的波导部段(24)上的第一信号转换器(26)或两个设置在不同的波导部段(24)上的第二信号转换器(28)沿所述穿流通道(16)的轴向方向(A)彼此错开地设置。

【技术实现步骤摘要】
流体测量装置
本专利技术涉及一种流体测量装置。
技术介绍
在许多设施中需要确定流体的穿流量。为了所述目的，将流体测量装置插入所述设施的流体管路之一中，即所述流体测量装置是如下设备，借助于其能够测量流过测量管的流量。所使用的流体测量装置应设计为尽可能紧凑且坚固的，即需要小的结构空间并且尽可能无需维护。此外有利的是，所述流体测量装置能够尽可能普遍地使用。尤其，所述流体测量装置应当是可用于不同流体的，或者也用于确定不同的属性。当然，即使在测量管中的流不均匀的情况下，如这例如在流体流没有完全充满测量管的横截面时发生的那样，也期望尽可能高的测量精度。适用于这种任务的一种测量方法是使用表面声波，所述表面声波在声波导中被激发并且部分地耦合输出到流体中并且从所述流体部分地再次耦合输入到波导中，在所述波导中其作为表面声波继续传播。表面波的类型和频率选择为，使得部分的耦合输出作为纵向的体积声波进入流体中。在此，耦合输出到流体中的波穿过所述流体，并且在所述波被再次耦合输入到波导中之前，所述波通常在其测量路径上在测量管的内侧处反射一次或多次。对于这种测量方法，所述流体与波导直接接触。以这种方式，在与发送器间隔开地设置在波导上的声学接收器处获得特征信号，所述特征信号的强度时间变化曲线包含相对于由发送器发出的信号的时间延迟，所述特征信号的强度时间变化曲线能够推断出流体的特征属性，例如声速、温度、均匀性、流动速度、穿流量、穿流体积、密度、多相流的组成、浓度或粘度。这种测量方法尤其适用于液态流体，但是也适用于均质或非均质类型的高粘度的、糊状的、凝胶状的或浆状的流体，包含生物样品。也可设想的是使用气态流体，其中在这种情况下要考虑与液体明显不同的声速。当所述流体穿流过所述测量装置时也能够检测流体在时间上的变化。体积声波在流体中的空间传播例如通过如下方式实现：将体积声波以关于波导的面法线的角度δ耦合输出到流体中。用于静止的流体的相互关系能够通过下式描述：其中cM是在流体内的体积声波的声速而cS是沿着波导传播的表面声波的声速。在最常见的当前情况下，其中在流体中的声速低于在波导中的表面波的速度，声波以不等于零的角度耦合输出，并且所述体积声波可能在流体之内多次反射的情况下经过沿着波导的空间距离。因为耦合输出角度与流体的声速相关，所以体积波穿过流体的过程也与要测量的流体相关。在已知的设备中，发送器和接收器借助相应的波导的与流体相对置的侧固定在边界面之一上。为了能够将在波导的所述侧上激发的表面声波耦合输入到所述流体中，因此优选地激发兰姆波，即波长明显大于在发送器与流体之间的波导的厚度的波。在这种情况下，波导的上侧和下侧均进行移动，其中振荡也具有纵向分量。因此，这种类型的激发适合于将体积声波耦合输出。也可行的是，以波导的厚度的数量级选择所激发的表面声波的波长，其中然后在兰姆波和瑞利波之间的过渡区域中激发表面波。也可设想的是，使用瑞利波或泄漏瑞利波。在现有技术中至今为止所描述的根据上述原理工作的设备复杂地构造并且在制造和维护方面是耗费的。
技术实现思路
本专利技术的目的是，实现一种紧凑且坚固的、但是仍可灵活使用的流体测量装置，所述流体测量装置基于表面声波的原理并且具有高的测量精度，所述流体测量装置即使在测量不同的流体时也获得良好的测量结果。所述目的借助具有权利要求1所述的特征的流体测量装置来实现。所述流体测量装置包括测量管，在所述测量管中构成有对于要测量的流体环周封闭的穿流通道，并且在所述测量管中，所述测量管的外壁的至少两个区域构成为波导部段，所述波导部段分别形成用于表面声波的波导。在每个波导部段上设置有第一和/或第二信号转换器，其中所述信号转换器或每个信号转换器设计为用于，在相应的波导部段中激发表面声波和/或接收来自波导部段的表面声波。由信号转换器发出的表面声波能够从波导部段耦合输出并且能够作为体积声波穿过穿流通道中的流体传播，和/或体积声波能够耦合输入到波导中并且能够由信号转换器接收。所述波导部段沿着穿流通道的环周彼此错开并且间隔开地设置。至少两个设置在不同的波导部段上的第一信号转换器或两个设置在不同的波导部段上的第二信号转换器沿穿流通道的轴向方向彼此错开地设置。所述波导部段的壁厚尤其选择为，使得射入的声波被耦合输出到相应的波导部段中，并且所产生的表面波沿着所述波导部段传播至信号转换器之一。已被证实为有利的是，与测量管在所述波导部段之外的壁厚相比减小测量管在波导部段中的壁厚。优选将测量管在波导部段之外的壁厚选择为大到使得在该处主要进行体积声波的反射，但是仅进行表面波的可忽略不计的耦合输出。在各个信号转换器之间，根据要测量的流体的声速，构成穿过穿流通道的不同的测量路径，因为所述耦合输出角度进而到波导部段中的耦合输入部位以及在穿流通道的内侧上的可能的反射点都在波导部段上或沿环周方向在波导部段附近移动。在此要注意的是，在本申请的范围内始终仅考虑体积波，所述体积波在分别作为发送器工作的信号转换器的紧邻的区域中耦合输出到流体中。虽然可设想的是，所述体积波沿轴向方向传播超出所述波导部段，使得在波导部段之外以及在轴向区域之外在所述信号转换器之间也出现反射点以及耦合输入部位，然而在本申请的范围内并未考虑这种反射点和耦合输入部位，因为这种反射点和耦合输入部位对测量没有帮助进而可忽略不计。通过将信号转换器针对至少两个不同的流体声速进行优化的方式考虑通常也具有不同长度的不同的测量路径(在下文中也称为测量路段)。例如，在作为接收器工作的信号转换器处的信号强度取决于：在何处将体积波耦合输入到放置有该信号转换器的波导部段中。如果所述耦合输入部位沿着传播方向直接位于该信号转换器的区域之前或直接位于该信号转换器的区域中，那么能够实现特别高的信号强度。因此有利的是，在选择作为发送器和作为接收器工作的信号转换器的间距时，考虑要测量的流体的声速。因为信号转换器在已制成的流体测量装置中的位置不能再改变，因此需要将测量路径和信号转换器的位置针对所选的声速和流体进行优化。在此已经发现，如果将所述流体测量装置设计为，使得具有较大长度的在两个信号转换器(其中分别一个作为发送器工作，而一个作为接收器工作，这在下文中作为前提条件，并且不总是单独提及)之间伸展穿过所述穿流通道的测量路段设置用于具有较大声速的流体，以及具有较小长度的在两个信号转换器之间伸展穿过所述穿流通道的测量路段设置用于具有较小声速的流体。较大的声速尤其能够选择为大于1800m/s，而较小的声速尤其能够选择为小于1300m/s。所述耦合输出角度例如大约位于在20°和40°之间的范围内。术语“较大长度”和“较小长度”是关于相应另一测量路段的相对关系。所述流体测量装置优选包括评估单元，所述评估单元评估从流体测量装置的所有在测量时有意义地可用作为接收器的信号转换器接收到的强度信号，进而确定期望的要确定的参数。在评估时可行的是，不考虑单个的、例如过弱的信号，或者也将多个信号彼此组合。已经发现，借助选择用于相对大和相对低的流体声速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流体测量装置，所述流体测量装置具有测量管(14)，在所述测量管中构成有对于要测量的流体环周封闭的穿流通道(16)，并且在所述测量管中，所述测量管(14)的外壁(22)的至少两个区域构成为波导部段(24)，所述波导部段分别形成用于表面声波的波导，其中在每个波导部段(24)上设置有第一信号转换器和/或第二信号转换器(26、28)，并且所述第一信号转换器或第二信号转换器或每个信号转换器(26、28)设计为用于，在相应的波导部段(24)中激发表面声波和/或接收来自所述波导部段(24)的表面声波，其中由所述信号转换器(26、28)发出的表面声波能够从所述波导部段(24)耦合输出并且能够作为体积声波(V)穿过所述穿流通道(16)中的流体传播，和/或体积声波(V)能够耦合输入到所述波导部段(24)中并且能够由所述信号转换器(26、28)接收，其中所述波导部段(24)沿着所述穿流通道(16)的环周(U)彼此错开并且间隔开地设置，并且其中至少两个设置在不同的波导部段(24)上的第一信号转换器(26)或两个设置在不同的波导部段(24)上的第二信号转换器(28)沿所述穿流通道(16)的轴向方向(A)彼此错开地设置。/n...

【技术特征摘要】
20191008 FR 19/111201.一种流体测量装置，所述流体测量装置具有测量管(14)，在所述测量管中构成有对于要测量的流体环周封闭的穿流通道(16)，并且在所述测量管中，所述测量管(14)的外壁(22)的至少两个区域构成为波导部段(24)，所述波导部段分别形成用于表面声波的波导，其中在每个波导部段(24)上设置有第一信号转换器和/或第二信号转换器(26、28)，并且所述第一信号转换器或第二信号转换器或每个信号转换器(26、28)设计为用于，在相应的波导部段(24)中激发表面声波和/或接收来自所述波导部段(24)的表面声波，其中由所述信号转换器(26、28)发出的表面声波能够从所述波导部段(24)耦合输出并且能够作为体积声波(V)穿过所述穿流通道(16)中的流体传播，和/或体积声波(V)能够耦合输入到所述波导部段(24)中并且能够由所述信号转换器(26、28)接收，其中所述波导部段(24)沿着所述穿流通道(16)的环周(U)彼此错开并且间隔开地设置，并且其中至少两个设置在不同的波导部段(24)上的第一信号转换器(26)或两个设置在不同的波导部段(24)上的第二信号转换器(28)沿所述穿流通道(16)的轴向方向(A)彼此错开地设置。


2.根据权利要求1所述的流体测量装置，其特征在于，所述流体测量装置设计为，使得具有较大长度的在两个信号转换器(26、28)之间伸展穿过所述穿流通道(16)的测量路段设置用于具有较大声速(cF2)的流体，尤其用于＞1800m/s的声速，以及具有较小长度的在两个信号转换器(26、28)之间伸展穿过所述穿流通道(16)的测量路段设置用于具有较小声速(cF1)的流体，尤其用于<1300m/s的声速。


3.根据上述权利要求中任一项所述的流体测量装置，其特征在于，所有波导部段(24)与所述测量管(14)的各一个区域相对置，该区域不构成为波导部段(24)并且在该区域处不设有信号转换器(26、28)，其中所述测量管(14)的外壁(22)的壁厚(W1)在该区域中与所述外壁(22)的沿环周方向相邻的区域相比不改变，其中所述流体测量装置(10)设计为，将耦合输出的所述体积声波(V)在所述内侧(35)的该区域处向回反射至将其耦合输出的波导部段(24)，所述体积声波尤其仅反射唯一一次。


4.根据权利要求3所述的流体测量装置，其特征在于，所述流体测量装置具有测量管，所述测量管具有位于4mm和50mm之间，尤其位于15mm和40mm之间的直径。


5.根据权利要求3或4所述的流体测量装置，其特征在于，在一个波导部段(24)的第一信号转换器和第二信号转换器(26、28)之间的间距对于至少两个波导部段(24)是不同的。


6.根据上述权利要求中任一项所述的流体测量装置，其特征在于，设有偶数个波导部段(24)，尤其是至少四个波导部段(24)，其中各两个波导部段(24)...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚尼克·富克斯，伊夫·赫格，贝特朗·柯尼格，
申请(专利权)人：比尔克特韦尔克有限两合公司，比尔克特股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE