提供用于测量流体流动速度的超声波测量装置和方法，超声波测量装置(10)具有：包括至少一对超声波换能器(38)的超声波测量区(36)；用于由顺流和逆流发射和接收的超声波渡越时间差来确定流动速度的评估单元；以及转向单元，借助该转向单元，流体可以自主流动方向发生转向，并且输送到超声波测量区(36)，转向单元(20、26、32)形成圈环。在所述方法中由一对超声波换能器在超声波测量区内顺流和逆流发射和接收的超声波的渡越时间差来确定所述流动速度，流体为进行测量而自主流动方向发生转向并且输送到超声波测量区，在流体转向而使流体在一圈环内流动期间，进行超声波测量。本发明专利技术实现了对流动速度的准确而简单的超声波测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种按权利要求1及15的前序部分所述的。
技术介绍
管路和管道内的流体速度可以借助超声波测量技术按照渡越时间差方法进行测定。在此，超声波脉冲由一对超声波换能器发射和接收，这对超声波换能器彼此相对地横向于流体流动地设置在测量路径末端的管路壁部上。由超声波在顺流和逆流方向测量路径上的渡越时间差来确定流动速度。在此，超声波换能器交替作为发射器和接收器工作。穿过流体传送的超声波信号沿流动方向加速，并且逆流动方向减速。所产生的渡越时间差利用几何量值计算平均的流体速度。由此，利用横截面面积还得出运行体积流，该运行体积流在依照体积对流体进行结算时，经常是引发关注的测量变量。图7中示出该公知的测量原理。作为常规测量装置110的主要组成部分，两个超声波换能器118、120成角度地布置在管路112的壁部上，流体114以箭头方向116在管路 112中流动。超声波换能器118、120交替作为发射器和接收器工作。通过气体传送的超声波信号沿流动方向加速，并且逆流动方向减速。所产生的渡越时间差利用几何量值计算出平均的流体速度。由此，利用横截面面积还得出运行体积流。几何比率通过下面的变量描述ν 管路内流体的流动速度L 两个超声波换能器之间测量路径的长度α 超声波换能器发射和接收的角度Q 体积流D 管路的直径tv 超声波顺流的渡越时间tr 超声波逆流的渡越时间由此，为所求的变量ν和Q得出下列关系式ν = L/2 (2 cos α ) (l/tv_l/tr)，以及Q = v 1/4 D2Ji。重要和高要求的应用领域是天然气管线的气量计，在那里，基于大量所传送的气体量和原材料价值，测量精度上最微小的偏差就相当于明显可观的价值。超声波流量计在该大气体量测量领域内由于其精度、免维护和自诊断能力而被越来越多地用在气体运输和气体储备方面。与之相对地，在分配/配送领域，成本压力与如涡轮计数器和转动活塞计数器相比仍是过高的。为了以所达到的精度来满足对负有校准责任(eichpflichtig)的测量的要求，因此需要很高的开支。因为超声波测量路径仅在确定的位置上扫描流动速度，所以最后平均流动速度通过整个流动横截面外推得出。因此，高精度只能在流动可以良好重现或具有无4干扰的流动变化曲线或者大量的测量路径可以分辨出不规则性的情况下，才能实现。为达到高精度，可以有针对性地影响流动变化曲线，例如通过流动整流器或者直而长的流入段。 但流动整流器只能有限地对流动加以均勻化，而且直而长的流入段则需要很多结构空间， 并且不能始终可供使用。在大量测量路径上进行的测量需要相当复杂的测量仪器。特别是将超声波测量仪器用在配送领域时，安装典型地在气压调节站内进行，在该气压调节站中，将传送管路的中压或者高压降到分配网的低压或中压。这种调低通过调节阀进行，而且这种构件产生了处在超声波范围内的干扰声波，该干扰声波与自身的测量信号叠加并因此对测量精度产生不利影响。总之，这一点对常规超声波测量仪器的使用者来说不利的是，必须执行附加的安装，这随之增加成本并且加大结构尺寸。除了超声波测量技术外，机械式涡轮计数器和转动活塞计数器也用于气体测量。 在这里，也给出如下的实施方案，其中，使对于计数器的流动发生转向，并且在测量之后在转回到管路的流动方向上。对于机械式测量来说，流动的构成很大程度上无关紧要，从而可以毫无问题地容忍本来的流动和流动方向的干扰。在超声波计数器上，相反始终力求将其仅装配在长而且优选直线式的平稳段(Beruhigimgsstrecke)的后面，从而流动可以均勻化，而且这一点还通过流动整流器进行支持。此外，超声波计数器自身这样装配和构造，使流体可以尽可能自由而无干扰流动。这种计数器的机械式测量方式此外的缺点是，活动的和易受干扰和磨损的部件被直接布置于流动中。此外缺少超声波计数器内通过观察附加的测量变量而能获得的诊断特性。测量仪器或者测量过程的状态因此不能得到监测和分析，或者为此需要进行成本很高且费时的检验。由于缺少诊断能力并因此缺少对测量精度的监控，鉴于微小的精度偏差就相当于很高的价值，这一点对于使用者来说不能满意的。由DE 10 2005 062公开了一种家用超声波水表。在此，水自流动中发生径向转向，并且通过测量室经排出区再输送给流动。测量室形成一环路，该环路的平面平行于流动方向地处在管路中。超声波利用多个起转向作用的反射器射穿环路。测量室具有大量复杂成型的凸起部和开口，以便产生均勻的环流，该均勻的环流依照DE 10 2005 062 629A1的教导也负责最佳地冲洗反射器并避免气泡，从而不对测量产生不利影响。测量室进而还有流动路径和声路径在其内部因此构成得非常复杂。附加于这些构件自身带来的成本，超声波测量在将常规的环路原理应用于气体管路内时，也必须非常精确地根据这些复杂化的路径进行调整，其中，只能非常有限地采取常规超声波测量仪器的经验，所述常规超声波测量仪器直接设置在不转向主流内的常规超声波测量仪器的经验。US 4，506，552示出了一种用于高粘度或低温流体的超声波流量计。为避免通过温度梯度和产生的涡流形成的气泡，测量段处于一个双壁管内，进而流体同样在外壁中流动， 并且因此同时使测量段得到冷却。在一实施方式中，同轴的流动行程在一套装的管件内引导。DE 29 24 561B1示出了一种具有超声波测量段的生活用水的水表，该超声波测量段在一种实施方式中垂直于水管的流动方向，方式为一个90°的管路件将水导向测量段和一个相应90°的管路件将水再回送到水管内。EP 1 227 303A2示出了另一超声波流量计，其中，将流体从管路中转向到平行于管路分布的测量段。测量盒在作为水表使用时可以装配到常用的配件上。EP 1 909 076A1示出了一种流量计的类似基本结构，其测量盒被装配到连接配件上，并且其中，超声波测量段在一平行于自身管路的管内实现。US 4，140,012公开了一种超声波流量计，其中，测量段垂直且居中地设置于在测量段区域内直径加大的自身管路的内部，而成45°角的转向部则强制流体借助两次垂直的方向变换通流该测量段。EP 2 146 189A1在流动管道的一种同轴实施方式中示出了尖锐的转向部和突然的横截面变化部。这一点对超声波测量具有不希望的后果。流动在超声波测量段内断开， 产生了导致测量值不稳定的回流区以及使信号评估变得困难的强烈涡流。此外，通过流动引导，压力损失很高。因为测量仪器允许的压力损失有限，所以没有为流动预调留有压力储备。最后，超声波换能器设置在进流部内，从而必须通过绕流的气体进行电接触连接。这一点需要承受压力的电通流部。常规超声波测量仪器中的另一个缺点是装配方案。超声波测量仪器通常取代管路而采用法兰连接。更换和维护相应地是麻烦的。这种维护方案也是需要的，以便定期检查和再校验负有校准责任的超声波测量仪器。在此，校验在一特别的高压检验台上进行，该高压检验台完全不必处于运行地点的附近。在此，必须将包括承受压力的壳体在内的整套计数器从管路拆下，送走并然后再装入。在此期间的工作仅在装入自身已为使用地点校验过的备件的情况下，是可行的。图8示出超声波测量装置200常规的维护方案。为此，断开或者无压力地接有管路段202。为在该时间期间保证继续供气，设置有冗本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．超声波测量装置（１０），用于测量管路内在主流动方向上流动的流体的流动速度，其中，所述超声波测量装置（１０）具有：包括至少一对超声波换能器（３８）的超声波测量区（３６）；用于由顺流和逆流发射和接收的超声波的渡越时间差来确定流动速度的评估单元；以及转向单元，借助所述转向单元，流体能够自所述主流动方向发生转向，并且输送到所述超声波测量区（３６），其特征在于，所述转向单元（２０、２６、３２）形成圈环。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：托拉夫·迪茨，格里·施勒特尔，安德烈亚斯·古尔，
申请(专利权)人：西克工程有限公司，
类型：发明
国别省市：DE
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