超声转换器、超声流量测量设备和方法技术

超声转换器、超声流量测量设备和方法。本发明专利技术涉及用于超声流量测量设备的超声转换器，具有转换器壳体和转换器元件，转换器壳体具有超声窗口，转换器元件布置在转换器壳体中并构成用于将超声信号发送到信号路径上并从信号路径接收超声信号；用于操控转换器元件和评估超声信号的控制和评估单元。在转换器壳体中或上缓冲元件布置在信号路径中，构成至少一个至少部分反射的边界层，在超声转换器的运行状态中转换器元件发出超声信号，其在边界层处至少部分地被反射，被反射的信号分量由转换器元件接收，并且控制和评估单元在超声转换器的运行状态中监控被反射的信号分量的接收并且在未发生被反射的信号分量的接收的情况下识别出超声转换器的故障状态。超声转换器的故障状态。超声转换器的故障状态。

【技术实现步骤摘要】
超声转换器、超声流量测量设备和方法


[0001]本专利技术涉及一种用于超声流量测量设备的超声转换器，所述超声转换器具有转换器壳体并且具有转换器元件，其中转换器壳体具有超声窗口并且其中转换器元件布置在转换器壳体中并且构成用于将超声信号发送到信号路径上并且用于从信号路径接收超声信号，并且所述超声转换器具有用于操控转换器元件和评估超声信号的控制和评估单元。此外，本专利技术涉及一种超声流量测量设备、一种用于超声转换器的功能监控的方法和一种用于运行超声流量测量设备的方法。

技术介绍

[0002]超声流量测量设备大量地从现有技术中已知并且被用于确定流动的介质通过测量管的流量。为此，超声流量测量设备通常具有至少两个超声转换器，所述超声转换器构成为超声发射器和/或超声接收器，并且在流动方向上看彼此间隔开地布置（相对于测量管轴线轴向地）。为了确定流量，超声信号沿着超声转换器之间的信号路径在介质的流动方向上被发出一次并且与介质的流动方向相反地被发出一次，以及确定该超声信号或所述超声信号的传播时间，所述传播时间由于介质的夹带效应（Mittf
ü
hreffekt）而彼此不同。介质的流动速度可以根据传播时间差来确定，并且根据流动速度和测量管横截面得出介质的体积流量。
[0003]超声信号由位于超声转换器的转换器壳体中的转换器元件产生和接收。在实践中，转换器元件大多通过机电转换器元件实现，所述转换器元件的作用原理基于压电效应。超声信号然后经由转换器壳体的超声窗口发出到测量管中或经由转换器壳体的超声窗口接收。
[0004]超声可以在液体中良好地传输，液体证实对超声的小的衰减。而在空气中，超声信号被大大衰减。如果没有介质位于测量管中，则超声从一个超声转换器到另一超声转换器的传输被极大地衰减，使得不能或几乎不能接收到超声信号。然而，在实践中空测量管的情况不能容易地与有缺陷的转换器元件的情况区分开。在这两种情况下，进行接收的超声转换器没有接收到超声信号或仅仅接收到非常小的超声信号。
[0005]从现有技术中已知的超声转换器和超声流量测量设备的缺点是，不能容易地区分存在超声转换器的空管情况还是故障状态。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术所基于的任务是提供具有提高的故障识别能力的超声流量测量设备和超声转换器。此外，本专利技术所基于的任务是提供相对应的用于功能监控和用于运行超声转换器和超声流量测量设备的方法。
[0007]该任务在根据本专利技术的超声转换器的情况下首先并且基本上通过以下方式来解决：在转换器壳体中或在转换器壳体上缓冲元件布置在信号路径中并且缓冲元件在信号路径中构成至少一个至少部分地反射的边界层。在超声转换器的运行状态中，转换器元件发
出超声信号，其中该超声信号在缓冲元件的边界层处至少部分地被反射。被反射的信号分量然后又被转换器元件接收。被透射的信号分量经由超声窗口发出。
[0008]如果说缓冲元件布置在转换器壳体中，则以此意指：缓冲元件布置在转换器壳体的内部中。如果说缓冲元件布置在转换器壳体上，则以此意指：缓冲元件至少间接地、优选地直接地与转换器壳体连接。并不意指：缓冲元件与转换器壳体间隔开地并且与转换器壳体不连接地布置在转换器壳体之外。
[0009]根据本专利技术进一步规定：控制和评估单元被设计，使得该控制和评估单元在超声转换器的运行状态中监控被反射的信号分量的接收。在未发生被反射的信号分量的情况下，控制和评估单元识别出超声转换器的故障状态。
[0010]通过超声转换器的根据本专利技术的设计方案可以以简单的方式和方法检测：转换器元件是否已经产生并发出超声信号。如果情况不是如此，则没有信号分量在缓冲元件的边界层处被反射并且因此也没有再次由转换器元件接收。由控制和评估单元识别出被反射的信号分量的接收的未发生。这样用户可以以简单的方式和方法追踪：是否存在超声转换器的故障状态。在一个优选的设计方案中，控制和评估单元此外被设计，使得该控制和评估单元通过故障信号来用信号通知所识别出的故障状态。用信号通知（Signalisieren）可以以不同的方式和方法进行，例如通过输出光学或声学报警信号。但是，例如也可以生成和输出故障代码。本专利技术不限于用信号通知故障状态的所提到的方式。
[0011]在根据本专利技术的超声转换器的一个替代的设计方案中，缓冲元件同样布置在信号路径中并且在信号路径中构成至少一个至少部分地反射的边界层（10）。与先前所描述的设计方案不同，第二转换器元件布置在转换器壳体中。在超声转换器的运行状态中，转换器元件发出超声信号，该超声信号在缓冲元件的边界层处至少部分地被反射。第二转换器元件布置在转换器壳体中，使得被反射的信号分量被第二转换器元件接收。特别优选地，第二转换器元件仅被设计用于接收超声信号。在该替代的设计方案中，控制和评估单元被设计，使得该控制和评估单元在超声转换器的运行状态中监控被反射的信号分量的接收并且在未发生被反射的信号分量的接收的情况下识别出超声转换器的故障状态。
[0012]如果所发出的超声信号不垂直地射到部分反射的边界层上并且因此以对应于入射角的出射角被反射，则该替代的设计方案是特别有利的。这种情况尤其发生在夹持式超声流量测量设备的超声转换器中。夹持式超声流量测量设备从外部被夹持到测量管上，要测量的介质在该测量管中流动。这种流量测量设备大多具有两个超声转换器。超声转换器或超声转换器的转换器元件然后相对于测量管表面以倾斜的角度被定向，使得超声信号以倾斜的角度被发出到测量管中。这通过缓冲元件的几何形状来保证。为此，缓冲元件例如具有三角形的横截面。
[0013]缓冲元件在根据本专利技术的超声转换器的不同设计方案中以不同的方式来实现。
[0014]优选地，边界层构成在缓冲元件的背离转换器元件的一侧上。所发出的超声信号在其在缓冲元件的背离转换器元件的一侧上被部分反射之前然后优选地沿着信号路径穿过缓冲元件的整个长度。被反射的信号分量在其又被转换器元件接收之前重新沿着信号路径穿过缓冲元件。通过缓冲元件因此可以确保在超声信号的发送和被部分反射的信号分量的接收之间的时间间隔。
[0015]在根据本专利技术的超声转换器的一个特别优选的设计方案中，缓冲元件通过超声窗
口形成。进一步优选地，在一个设计方案中，超声窗口具有增加的厚度，其中厚度被定义为超声窗口沿着超声信号的信号路径的延伸。
[0016]在一个变型方案中，通过超声窗口形成的缓冲元件伸入到转换器壳体中。在一个替代的设计方案中，通过超声窗口形成的缓冲元件从转换器壳体伸出。
[0017]原则上，超声窗口可以与转换器壳体一体地构成，其中“一体地”应理解为，转换器壳体和超声窗口由工件制成为一个部件并且并不彼此连接。替代地，超声窗口可以作为单独的、然而与转换器壳体直接连接的组件来实现。尤其，在超声窗口和转换器壳体之间的介质密封的连接是必要的，以便避免介质进入转换器壳体的内部中。例如，超声窗口可以与转换器壳体焊接。
[0018]在根据本专利技术的超声转换器的另一设计方案中，缓冲元件构成为单独的组件。该设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超声流量测量设备（2）的超声转换器（1），具有转换器壳体（3）并且具有转换器元件（4），其中所述转换器壳体（3）具有超声窗口（5）并且其中所述转换器元件（4）布置在所述转换器壳体（3）中并且构成用于将超声信号（6）发送到信号路径（7）上并用于从所述信号路径（7）接收超声信号（6），以及具有用于操控所述转换器元件（3）和评估所述超声信号（6）的控制和评估单元（8），其特征在于，在所述信号路径（7）中缓冲元件（9）布置在所述转换器壳体（3）中或上，所述缓冲元件（9）在所述信号路径（7）中构成至少一个至少部分反射的边界层（10），在所述超声转换器（1）的运行状态中，所述转换器元件（4）发出超声信号（6），其中所述超声信号（6）在所述缓冲元件（9）的所述边界层（10）处至少部分地被反射，其中所述被反射的信号分量（11）被所述转换器元件（4）接收，并且所述控制和评估单元（8）被设计，使得所述控制和评估单元在所述超声转换器（1）的运行状态中监控所述被反射的信号分量（11）的接收，并且在未发生被反射的信号分量（11）的接收的情况下，识别出所述超声转换器（1）的故障状态。2.一种用于超声流量测量设备（2）的超声转换器（1），具有转换器壳体（3）并且具有转换器元件（4），其中所述转换器壳体（3）具有超声窗口（5）并且其中所述转换器元件（4）布置在所述转换器壳体（3）中并且构成用于将超声信号（6）发送到信号路径（7）上并用于从所述信号路径（7）接收超声信号（6），以及具有用于操控所述转换器元件（3）和评估所述超声信号（6）的控制和评估单元（8），其特征在于,在所述信号路径（7）中缓冲元件（9）布置在所述转换器壳体（3）中或上，所述缓冲元件（9）在所述信号路径（7）中构成至少一个至少部分反射的边界层（10），在所述转换器壳体（3）中布置有第二转换器元件（4'），在所述超声转换器（1）的运行状态中，所述转换器元件（4）发出超声信号（6），其中所述超声信号（6）在所述缓冲元件（9）的所述边界层（10）处至少部分地被反射，其中所述第二转换器元件（4'）布置在所述转换器壳体中，使得被反射的信号分量（11）由所述第二转换器元件（4'）接收，并且所述控制和评估单元（8）被设计，使得所述控制和评估单元在所述超声转换器（1）的运行状态中监控被反射的信号分量（11）的接收并且在未发生被反射的信号分量（11）的接收的情况下识别出所述超声转换器（1）的故障状态。3.根据权利要求1或2所述的超声转换器（1），其特征在于，所述缓冲元件（9）通过所述超声窗口（5）形成。4.根据权利要求1或2所述的超声转换器（1），其特征在于，所述缓冲元件（9）构成为单独的组件，尤其所述缓冲元件（9）布置在所述转换器元件（4）与所述超声窗口（5）之间。5.根据权利要求1至4中任一项所述的超声转换器（1），其特征在于，所述缓冲元件（9）在所述信号路径（7）中构成至少一个至少部分反射的第二边界层（10'），其中在所述超声转换器（1）的运行状态中，被反射的信号分量（11）在所述第一边界层（10）处被反射到所述第二边界层（10'）。6.根据权利要求1至5中任一项所述的超声转换器（1），其特征在于，将增强部分反射的
覆层（13）施加到通过所述缓冲元件（9）形成的边界层（10）上或者如果构成多个边界层（10，10'），施加到所述边界层（10，10'）中的至少一个边界层上。7.根据权利要求1至6中任一项所述的超声转换器（1），其特征在于，所述控制和评估单元（8）被设计，使得所述控制和评估单元在所述超声转换器（1）的运行状态中将描述被反射的信号分量（11）的变量、尤其被反射的信号分量的强度与参考值进行比较，并在偏差超出预先给定的容差范围时输出故障信号。8.用于确定流动介质的流量的超声流量测量设备（2），具有第一超声转换器（1）并且具有第二超声转换器（1）以及具有控制和评估单元（14），其中所述超声转换器（1）构成用于将超声信号（6）发送到信号路径（7）上和/或用于从所述信号路径（7）接收超声信号（6），并经由所述超声信号（6）的信号路径（7）相互处于有效关联，其特征在于，至少构成用于发送的超声转换器（1）具有缓冲元件（9），所述缓冲元件（9）在所述超声信号（6）的信号路径（7）中布置在所述转换器壳体（3）中或上，所述缓冲元件（9）在所述信号路径（7）中构成至少一个至少部分反射的边界层（10），在所述超声流量测量设备（2）的运行状态中，进行发送的超声转换器（1）的转换器元件（4）发出超声信号（6），其中所述超声信号（6）在所述缓冲元件（9）的边界层（10）处至少部分地被反射并且部分地被透射，被反射的信号分量（11）由所述进行发送的超声转换器（1）的转换器元件（4）接收，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：克洛纳测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：