專(zhuān)利名稱(chēng)：管路中流體流動(dòng)速度的超聲波測(cè)量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及符合權(quán)利要求1或者權(quán)利要求13的前序部分的一種超聲波裝置和用于測(cè)量管路中流體的流動(dòng)速度的方法。
背景技術(shù)：
可以借助超聲波技術(shù)按照時(shí)差法來(lái)探明在管路和通道內(nèi)的流動(dòng)速度。一個(gè)重要且要求高的應(yīng)用領(lǐng)域是用于天然氣管道的氣體計(jì)量表，在該處由于巨大的輸送氣體量和原料價(jià)值，所以在測(cè)量精確度上最小的偏差非常明顯地相應(yīng)于驚人的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在圖8中示出了一種公知的測(cè)量原理。作為傳統(tǒng)測(cè)量裝置110的基本組件，在管路 12的壁內(nèi)成角度地布置有兩個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器118、120，在管路中流體114在箭頭方向116 上流動(dòng)。在超聲波轉(zhuǎn)換器118、120之間的測(cè)量路徑上橫向于流體流動(dòng)發(fā)送和接收超聲波脈沖，其中，所述超聲波轉(zhuǎn)換器118、120交替地作為發(fā)射器和接收器工作。穿過(guò)流體輸送的超聲波信號(hào)沿流動(dòng)方向加速，而逆著流動(dòng)方向減速。將因此引起的傳播時(shí)間差利用幾何量換算成流體的平均流動(dòng)速度。由此，利用橫截面積得出運(yùn)行體積流量，例如在按照體積結(jié)算流體時(shí)，該運(yùn)行體積流量是感興趣的測(cè)量參數(shù)。通過(guò)以下變量來(lái)說(shuō)明幾何關(guān)系ν 在導(dǎo)管中的流體的流動(dòng)速度L 在兩個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器之間的測(cè)量路徑的長(zhǎng)度α 角度，超聲波轉(zhuǎn)換器以該角度發(fā)射和接收信號(hào)Q 體積流量D 導(dǎo)管的直徑tv 超聲波順著流動(dòng)的傳播時(shí)間tr 超聲波逆著流動(dòng)的傳播時(shí)間由此，為探求到的參數(shù)ν和Q得出以下關(guān)系式v = L/ (2cos α ) (l/tv_l/tr)禾口Q = vl/4D23i。相應(yīng)地，以這種方式確定在測(cè)量路徑的位置上的局部平均流動(dòng)速度。但是僅在均勻的流動(dòng)中才得出精確的測(cè)量值。因此，對(duì)于要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域在管路的橫截面上幾何地分布了多個(gè)測(cè)量路徑。則通過(guò)單個(gè)測(cè)量路徑的測(cè)量值的加權(quán)加法探明用于關(guān)于整個(gè)橫截面積的平均流動(dòng)速度的更精確的值。在IS0178089-1標(biāo)準(zhǔn)中介紹了一系列的測(cè)量路徑配置或者說(shuō)布局。即使利用多個(gè)測(cè)量路徑，從由測(cè)量路徑形成的單個(gè)取樣點(diǎn)得出的平均面流動(dòng)速度上的過(guò)渡還是與近似誤差相關(guān)聯(lián)。這種誤差不總是最小，而是例如僅當(dāng)所測(cè)量的流型符合為近似多項(xiàng)式選擇的流型時(shí)，該誤差才最小。但是由于幾何學(xué)上的原因，測(cè)量路徑的增加僅能受限制地實(shí)現(xiàn)，此外，與制造成本的顯著升高相關(guān)聯(lián)。由EP 2 072 972 Al公知一種用于測(cè)量在管內(nèi)的流體運(yùn)動(dòng)的裝置，該裝置具有總共32個(gè)成對(duì)相互對(duì)準(zhǔn)的超聲波轉(zhuǎn)換器，其中，附加的測(cè)量路徑同樣向著與所配屬的超聲波轉(zhuǎn)換器相鄰的超聲波轉(zhuǎn)換器張開(kāi)。這種超大量的超聲波轉(zhuǎn)換器和測(cè)量路徑導(dǎo)致非常昂貴的系統(tǒng)和復(fù)雜的評(píng)估過(guò)程。在此，同樣在底部上設(shè)置有超聲波轉(zhuǎn)換器，但是在實(shí)踐中常常被污染。因此，該系統(tǒng)不適合用于粗放型的、對(duì)成本敏感的工業(yè)用途，尤其是因?yàn)樵撓到y(tǒng)絲毫沒(méi)有診斷功能。為了確保正確地測(cè)量，要檢查測(cè)量值，從而得知其它的流型變化。對(duì)此，可能的原因在于由于污染和腐蝕產(chǎn)生的變化的壁面粗糙度、局部堵塞的流動(dòng)調(diào)節(jié)器或流動(dòng)矯正器 (Stromungsgleichrichtung )或者未完全打開(kāi)的閥門(mén)或者說(shuō)滑門(mén)。測(cè)量正確性的診斷可行性在于，將測(cè)量值與第二個(gè)、獨(dú)立地探明的測(cè)量值作比較。為此，可使用另一個(gè)超聲波測(cè)量系統(tǒng)。為了避免在這個(gè)比較計(jì)數(shù)器中對(duì)干擾影響作出同樣的反應(yīng)，該比較計(jì)數(shù)器的路徑布局不同于真正的超聲波測(cè)量設(shè)備的路徑布局。該原理的一種公知的實(shí)現(xiàn)方法是將多路徑系統(tǒng)與單路徑系統(tǒng)相結(jié)合，正如在Michael Brown 的工 作"Custody Transfer Implementation of Multi-path UltrasonicMeters，，， A. G. A. Operating Section Operations Conference in Seattle,Washington,18. -21. Mai 1998，中介紹的那樣。然而，該比較計(jì)數(shù)器極大地增加了制造耗費(fèi)和裝配耗費(fèi)。DE 10 2007 004 936 Al公開(kāi)了一種超聲波通流測(cè)量設(shè)備，該超聲波通流測(cè)量設(shè)備具有多個(gè)各通過(guò)一個(gè)反射器實(shí)現(xiàn)的呈V形的測(cè)量路徑，以及一個(gè)或者多個(gè)附加的超聲波轉(zhuǎn)換器，這些超聲波轉(zhuǎn)換器在垂直方向上張開(kāi)另一個(gè)呈V形的測(cè)量路徑，以便識(shí)別在測(cè)量管底部上的污垢堆積。為此需要附加的超聲波轉(zhuǎn)換器連同所屬的電子機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提高超聲波測(cè)量裝置的測(cè)量精確度和可靠度。該任務(wù)通過(guò)依據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測(cè)量裝置和依據(jù)權(quán)利要求13所述的用于測(cè)量在管路內(nèi)的流體的流動(dòng)速度的方法來(lái)解決。在此，本發(fā)明由以下基本想法出發(fā)，即， 診斷功能實(shí)行為將第二個(gè)、獨(dú)立的診斷測(cè)量值與真正的主測(cè)量值作比較。為此，至少一個(gè)現(xiàn)有的測(cè)量路徑不是用于確定主測(cè)量值，而是用于確定診斷測(cè)量值。由此，不必為了診斷測(cè)量路徑本身而安裝其它超聲波轉(zhuǎn)換器，以如下程度加寬至少一些現(xiàn)有的超聲波轉(zhuǎn)換器的聲波錐，即，使產(chǎn)生至少一個(gè)附加的測(cè)量路徑。因此，從幾何學(xué)的角度來(lái)看，存在分別在一對(duì)相互對(duì)準(zhǔn)的超聲波轉(zhuǎn)換器之間張開(kāi)的初級(jí)測(cè)量路徑，這些超聲波轉(zhuǎn)換器的反射軸也相互對(duì)準(zhǔn)?？梢灾苯拥鼗蛘唛g接地通過(guò)反射器實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)。此外，由于聲波錐加寬，產(chǎn)生了到超聲波轉(zhuǎn)換器的次級(jí)測(cè)量路徑，所述超聲波轉(zhuǎn)換器與由于對(duì)準(zhǔn)而配屬的超聲波轉(zhuǎn)換器相鄰地布置。在此，通常使用通往所配屬的超聲波轉(zhuǎn)換器的下一個(gè)相鄰超聲波轉(zhuǎn)換器的次級(jí)測(cè)量路徑，因?yàn)樵谶@里角度是最有利的，但這并非強(qiáng)制性的。因此，這種帶有加寬聲波錐的超聲波轉(zhuǎn)換器參與了多個(gè)測(cè)量路徑?，F(xiàn)在從功能的角度看，初級(jí)和次級(jí)測(cè)量路徑可以不是以首先任意的方式被分派為用于探明主測(cè)量值的主測(cè)量路徑，就是分派為診斷測(cè)量路徑。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)，即，通過(guò)診斷功能可以始終檢查主測(cè)量值的可靠度。通過(guò)不斷比較分別基于另一個(gè)路徑布局的不同測(cè)量結(jié)果，在對(duì)超聲波傳感機(jī)構(gòu)的耗費(fèi)保持不變的情況下，提高了測(cè)量值的測(cè)量質(zhì)量和可信度。測(cè)量精確度的受損被很快地發(fā)現(xiàn)，并引起例如維護(hù)請(qǐng)求。不需要使用附加的超聲波轉(zhuǎn)換器用于該診斷功能，而是使用附加的次級(jí)測(cè)量路徑作為診斷測(cè)量路徑，或者當(dāng)應(yīng)該代替地使用初級(jí)測(cè)量路徑作為診斷測(cè)量路徑時(shí)，就使用初級(jí)測(cè)量路徑來(lái)確定主測(cè)量值。因此，通過(guò)整合到主計(jì)數(shù)器中的比較測(cè)量，附加耗費(fèi)是最小的。優(yōu)選的是，至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑是次級(jí)測(cè)量路徑。主測(cè)量值的真正的測(cè)量沒(méi)有改變，此外，所有初級(jí)測(cè)量路徑作為主測(cè)量路徑提供。由此，在整合入診斷功能時(shí)所必需的配合工作特別少。至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑優(yōu)選為沿直徑(diametral)布置。由此，使得對(duì)可能的流型變化的敏感度最高，從而優(yōu)化地支持控制功能。有利的是，主測(cè)量路徑與初級(jí)測(cè)量路徑一致。則路徑布局進(jìn)而確定主測(cè)量值時(shí)的評(píng)估與無(wú)診斷功能的超聲波測(cè)量裝置中的路徑布局進(jìn)而確定主測(cè)量值時(shí)的評(píng)估并無(wú)不同。 更好是所述至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑與至少一個(gè)次級(jí)測(cè)量路徑也一致。那么在這種情況下， 初級(jí)和次級(jí)測(cè)量路徑中的幾何劃分與主測(cè)量路徑和診斷測(cè)量路徑中的功能劃分相同。初級(jí)測(cè)量路徑優(yōu)選為相互平行地取向。從而使流型沒(méi)有冗余，并且因此用盡可能少的超聲波轉(zhuǎn)換器特別良好地逼近流型。優(yōu)選的是，設(shè)置有兩個(gè)或者四個(gè)初級(jí)測(cè)量路徑。為此，四個(gè)或者八個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器是足夠的。相應(yīng)地，優(yōu)選設(shè)置一個(gè)或者兩個(gè)次級(jí)測(cè)量路徑，以便避免對(duì)次級(jí)測(cè)量路徑而言的不利角度。由功能角度表明的是，優(yōu)選設(shè)置兩個(gè)或四個(gè)主測(cè)量路徑和/或者一個(gè)或兩個(gè)診斷測(cè)量路徑，其中，對(duì)初級(jí)和次級(jí)測(cè)量路徑的分配在原則上是可選擇的。在一個(gè)特別的實(shí)施方式中，兩個(gè)或者四個(gè)初級(jí)測(cè)量路徑正好是主測(cè)量路徑，且一個(gè)或者兩個(gè)次級(jí)測(cè)量路徑是診斷測(cè)量路徑。那些其初級(jí)測(cè)量路徑與管路的軸線(xiàn)具有最小間距的超聲波轉(zhuǎn)換器具有加寬的發(fā)送波瓣和接收波瓣。由此，這是開(kāi)啟至少一個(gè)次級(jí)測(cè)量路徑的超聲波轉(zhuǎn)換器。在這種布置方案下，該次級(jí)測(cè)量路徑盡可能地處于接近管軸線(xiàn)處，即，在流動(dòng)中間，并且由此是流型的良好的、有代表性的取樣點(diǎn)。這是特別有效的，如果那些超聲波轉(zhuǎn)換器，其張開(kāi)帶有與管路軸線(xiàn)最小間距的初級(jí)測(cè)量路徑，關(guān)于軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)而置。則次級(jí)測(cè)量路徑是自動(dòng)沿直徑的。特別優(yōu)選的是，以對(duì)稱(chēng)的布置方案安裝所述超聲波轉(zhuǎn)換器。這提供了簡(jiǎn)單的構(gòu)造， 并且在不需要事先知道流動(dòng)不規(guī)則度的情況下提供了對(duì)于流動(dòng)逼近而言的最佳出發(fā)位.優(yōu)選的是，評(píng)估單元為以下而構(gòu)成，S卩，在運(yùn)行期間將主測(cè)量路徑和至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑的分配改為初級(jí)測(cè)量路徑和次級(jí)測(cè)量路徑的分配。這只能以抽樣的方式進(jìn)行，例如一小時(shí)一次，或者應(yīng)需求進(jìn)行，但同樣能以短時(shí)間間隔進(jìn)行直到以每個(gè)測(cè)量周期的變更。 此外，這種改變可以在運(yùn)行期間或者在配置中實(shí)現(xiàn)。通過(guò)分配方式的變更，在一定程度上調(diào)勻了在流動(dòng)逼近時(shí)的取樣點(diǎn)選擇，從而杜絕了可能的人為選擇哪個(gè)路徑是主測(cè)量路徑和哪個(gè)路徑是診斷路徑的情況。此外，例如可以考慮的是，在運(yùn)行的其它部分中，所有可供使用的測(cè)量路徑都用來(lái)生成主測(cè)量值，并且僅偶爾地形成用于診斷測(cè)量值可信度測(cè)試的診斷測(cè)量值。優(yōu)選的是，評(píng)估單元為以下而構(gòu)成，S卩，在參與到次級(jí)測(cè)量路徑的超聲波轉(zhuǎn)換器發(fā)射信號(hào)時(shí)，同時(shí)拾取在所有通過(guò)初級(jí)測(cè)量路徑或次級(jí)測(cè)量路徑配屬于該超聲波轉(zhuǎn)換器的超聲波轉(zhuǎn)換器上的接收信號(hào)，并且計(jì)算出相應(yīng)數(shù)量的信號(hào)傳播時(shí)間。將有發(fā)射信號(hào)的超聲波轉(zhuǎn)換器參與的全部測(cè)量路徑都高時(shí)效地一起評(píng)估。作為選擇也可以考慮多路裝置，在該多路裝置中，依次評(píng)估借助初級(jí)測(cè)量路徑或次級(jí)測(cè)量路徑而屬于發(fā)射信號(hào)的超聲波轉(zhuǎn)換器的接收信號(hào)的超聲波轉(zhuǎn)換器。則評(píng)估周期延長(zhǎng)，對(duì)此，較簡(jiǎn)單的評(píng)估電子機(jī)構(gòu)是足夠的。優(yōu)選的是，評(píng)估單元為以下而構(gòu)成，S卩，在測(cè)量周期中a)由每個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器依次各發(fā)送一個(gè)信號(hào)，b)在各自超聲波轉(zhuǎn)換器的所有測(cè)量路徑上計(jì)算出信號(hào)傳播時(shí)間，c)在測(cè)量周期的所有信號(hào)傳播時(shí)間確定以后，這些信號(hào)傳播時(shí)間相互間分別成對(duì)地按照測(cè)量路徑來(lái)分配，并且由此d)確定單個(gè)測(cè)量值。在這個(gè)流程中，評(píng)估所有無(wú)對(duì)立干擾的測(cè)量路徑。所述流體優(yōu)選為天然氣，且更優(yōu)選為在管道中流動(dòng)的天然氣。所述超聲波測(cè)量裝置就用在大型設(shè)施中，例如用于跨國(guó)的天然氣運(yùn)輸。依據(jù)本發(fā)明的方法能以類(lèi)似的方式改進(jìn)，并且在此顯示出類(lèi)似的優(yōu)點(diǎn)。這些有利的特征是示例性的，但是沒(méi)有封閉地在接到獨(dú)立權(quán)利要求后面的從屬權(quán)利要求中加以說(shuō)明。


下面，借助一些實(shí)施方式并參照附圖示例性地同樣在本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)方面作詳細(xì)闡釋。

中圖1示出穿過(guò)管路的斜剖圖，該管路具有依據(jù)本發(fā)明的超聲波測(cè)量裝置的第一實(shí)施方式的超聲波轉(zhuǎn)換器以及其測(cè)量路徑；圖2示出管路的縱剖圖和依據(jù)圖1的超聲波轉(zhuǎn)換器布置方案；圖3示出依據(jù)本發(fā)明的僅帶有一個(gè)次級(jí)測(cè)量路徑的超聲波測(cè)量裝置的另一實(shí)施方式的類(lèi)似圖1的斜剖圖；圖4示出依據(jù)本發(fā)明的僅帶有四個(gè)而不是八個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器的超聲波測(cè)量裝置的另一實(shí)施方式的類(lèi)似圖1的斜剖圖；圖5示出依據(jù)圖4的僅帶有一個(gè)次級(jí)測(cè)量路徑的斜剖圖；圖6示出依據(jù)本發(fā)明的帶有附加的次級(jí)測(cè)量路徑的超聲波測(cè)量裝置的另一實(shí)施方式的類(lèi)似圖1的斜剖圖；圖7示出超聲波測(cè)量裝置的信號(hào)處理的和評(píng)估單元的方塊圖；以及圖8示出按照現(xiàn)有技術(shù)的超聲波測(cè)量裝置的縱剖示圖，用于闡釋時(shí)差法。圖1以斜剖圖示出依據(jù)本發(fā)明的超聲波測(cè)量裝置10，該超聲波測(cè)量裝置包括數(shù)個(gè) (在示圖例子中是八個(gè))安裝在管路12周邊的超聲波轉(zhuǎn)換器14。所述超聲波測(cè)量裝置10 通常具有自己的管路區(qū)段12，該管路區(qū)段在期望的測(cè)量位置上被以法蘭固定到現(xiàn)存的管路例如天然氣管道中。在圖1中，管路12中流體的流動(dòng)方向是進(jìn)入到紙平面內(nèi)。超聲波轉(zhuǎn)換器14中的一半，例如所示左邊四個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器14，布置為相對(duì)另一半超聲波轉(zhuǎn)換器逆流或者順流地偏移。圖1是為了二維顯示性而補(bǔ)償了該偏移的斜剖圖，從而使得超聲波轉(zhuǎn)換器14處于示圖平面的橢圓上。圖2以縱剖圖示出同一個(gè)超聲波測(cè)量裝置10。在此，縮短該超聲波轉(zhuǎn)換器14，以便簡(jiǎn)示出其傾斜狀態(tài)。在左邊部分中以實(shí)線(xiàn)表示的超聲波轉(zhuǎn)換器14布置在朝向觀(guān)察者的管壁中，其它以虛線(xiàn)表示的超聲波轉(zhuǎn)換器14布置在遠(yuǎn)離觀(guān)察者的管壁中。各兩個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器14以其聲軸線(xiàn)相互對(duì)準(zhǔn)，并在其之間張開(kāi)以實(shí)線(xiàn)表示的初級(jí)測(cè)量路徑16。中間四個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器Ha具有更寬的聲波錐，從而不僅分別直接相對(duì)布置的超聲波轉(zhuǎn)換器Ha接收到超聲波，而且該超聲波轉(zhuǎn)換器的直接的或者甚至可能更遠(yuǎn)移開(kāi)的相鄰轉(zhuǎn)換器也接收到超聲波。由此，張開(kāi)以虛線(xiàn)示出的次級(jí)測(cè)量路徑18。與之相反，未參與到次級(jí)測(cè)量路徑18中的超聲波轉(zhuǎn)換器14具有盡可能細(xì)的聲波錐，以便盡可能有效率地使用超聲波能量。但同樣可以考慮的是，使這些超聲波轉(zhuǎn)換器14同樣具有更寬的聲波錐張角。那么在此產(chǎn)生的次級(jí)測(cè)量路徑在這個(gè)實(shí)施方式中保持不使用。在下文聯(lián)系圖7詳細(xì)闡釋的評(píng)估單元為每個(gè)初級(jí)測(cè)量路徑16或者次級(jí)測(cè)量路徑 18確定在順著流動(dòng)和逆著流動(dòng)時(shí)測(cè)量的傳播時(shí)間。在此，在開(kāi)始聯(lián)系圖8說(shuō)明測(cè)量原理。 每個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器14都交替地作為發(fā)射器和接收器工作，從而使得在每個(gè)測(cè)量路徑16、18 中確定順著流動(dòng)和逆著流動(dòng)的超聲波脈沖的傳播時(shí)間。從這些傳播時(shí)間或者說(shuō)傳播時(shí)間差中，評(píng)估單元為每個(gè)測(cè)量路徑各確定一個(gè)流動(dòng)速度的估值。接著，所述評(píng)估單元由這些估值形成兩個(gè)數(shù)據(jù)組。將一個(gè)組的數(shù)據(jù)換算成真正的主測(cè)量值。對(duì)此算出平均值，但其中，可以借助作為基礎(chǔ)的測(cè)量路徑16、18的幾何分布和這些測(cè)量路徑對(duì)于整個(gè)流型的意義來(lái)衡量每個(gè)估值的影響。將另一組按照同樣的基本原理?yè)Q算成獨(dú)立確定的、作為診斷測(cè)量值使用的第二測(cè)量值。接著，比較主測(cè)量值和診斷測(cè)量值。當(dāng)偏差相比力求達(dá)到的測(cè)量精確度所允許的偏差更大時(shí)，這就標(biāo)志著管12或者超聲波轉(zhuǎn)換器14發(fā)生故障或者被污染。則所述評(píng)估單元例如發(fā)出警報(bào)或維修請(qǐng)求。在原則上，兩組估值的分配是自由的。但是通常分派較多的測(cè)量路徑16、18給主測(cè)量值的確定，并且例如僅使用一個(gè)或者兩個(gè)測(cè)量路徑16、18作為診斷測(cè)量路徑。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，這正好是次級(jí)測(cè)量路徑18。當(dāng)如在圖1中那樣，最接近管軸線(xiàn)的超聲波轉(zhuǎn)換器Ha張開(kāi)次級(jí)測(cè)量路徑18，那么得出沿直徑分布的診斷路徑，該診斷路徑對(duì)于流型的變化反應(yīng)特別靈敏。為了這種路徑布局提供了數(shù)個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器14的幾何布置方案，在圖3到圖6中示例性地示出了其中一些。依據(jù)圖3的實(shí)施方式與依據(jù)圖1的實(shí)施方式不同之處在于僅設(shè)置了一個(gè)次級(jí)測(cè)量路徑18。在依據(jù)圖4和圖5的實(shí)施方式中，超聲波轉(zhuǎn)換器14的總數(shù)減少到了四個(gè)，其中，在圖4中設(shè)置了兩個(gè)次級(jí)測(cè)量路徑18，且圖5中只設(shè)置了一個(gè)次級(jí)測(cè)量路徑18。在依據(jù)圖6的實(shí)施方式中又使用了八個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器18，其中，在這里實(shí)現(xiàn)了在相鄰轉(zhuǎn)換器之間的所有可能的次級(jí)測(cè)量路徑18，以便對(duì)在空間上覆蓋流型加以改善。所有這些都只是用于路徑布局的例子，這些例子也可以聯(lián)系成混合形式，并且本發(fā)明不限于此。例如，初級(jí)測(cè)量路徑16不一定非要相互平行地分布。圖7闡釋了初級(jí)測(cè)量路徑16和次級(jí)測(cè)量路徑18的評(píng)估。一個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器1 發(fā)送出超聲波脈沖，該超聲波脈沖一方面在初級(jí)測(cè)量路徑16上由直接分配的超聲波轉(zhuǎn)換器14接收，并且另一方面由于加寬的聲波錐同樣在次級(jí)測(cè)量路徑18上由與直接分配的超聲波轉(zhuǎn)換器14直接相鄰的超聲波轉(zhuǎn)換器1 接收。設(shè)置有其它超聲波轉(zhuǎn)換器14，但是這些超聲波轉(zhuǎn)換器沒(méi)有參與評(píng)估周期的所示部分，因?yàn)檫@些超聲波轉(zhuǎn)換器沒(méi)有從當(dāng)前發(fā)射超聲波的超聲波轉(zhuǎn)換器Ha接收到超聲波。每個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器14、14a通過(guò)放大器20和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器22與評(píng)估單元M連接，所述評(píng)估單元在微處理器中作為DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)、作為FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)，在ASIC(專(zhuān)用集成電路)或者類(lèi)似的數(shù)字邏輯模塊中實(shí)行。作為多通道的評(píng)估電子機(jī)構(gòu)的替代，例如同樣可以考慮時(shí)分多路復(fù)用器。 所述評(píng)估單元M拾取所有對(duì)發(fā)送的超聲波脈沖作出反應(yīng)的超聲波轉(zhuǎn)換器14的接收信號(hào)。在知道發(fā)射時(shí)間點(diǎn)的情況下由此計(jì)算出信號(hào)傳播時(shí)間。在評(píng)估周期中，一個(gè)或者多個(gè)(只要通過(guò)幾何分布排除信號(hào)重疊)超聲波轉(zhuǎn)換器14依次分別平行地發(fā)送超聲波脈沖。在每個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器14扮演過(guò)一次作為發(fā)送器的角色后，在所有測(cè)量路徑16、18上提供順著流動(dòng)和逆著流動(dòng)的傳播時(shí)間，從而使得在正確分配后，評(píng)估單元M能夠確定傳播時(shí)間差。那么，每個(gè)測(cè)量路徑16、18上的由此獲得的單個(gè)測(cè)量值以上述方法換算成主測(cè)量值和診斷測(cè)量值，并且再相互比較這些測(cè)量值。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)量管路(1 中流體的流動(dòng)速度的超聲波測(cè)量裝置(10)，所述超聲波測(cè)量裝置具有數(shù)個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器(14)，所述超聲波轉(zhuǎn)換器分別成對(duì)地在彼此間張開(kāi)多個(gè)主測(cè)量路徑和至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑，并且所述超聲波測(cè)量裝置具有評(píng)估單元04)，所述評(píng)估單元為以下而構(gòu)成，即，在每個(gè)測(cè)量路徑(16、18)上為由順著流動(dòng)和逆著流動(dòng)發(fā)送和接收的超聲波的傳播時(shí)間中得出的流動(dòng)速度各確定一個(gè)單個(gè)測(cè)量值，將所述主測(cè)量路徑的單個(gè)測(cè)量值換算成用于流動(dòng)速度的主測(cè)量值，從所述診斷測(cè)量路徑的至少一個(gè)單個(gè)測(cè)量值中確定診斷測(cè)量值，并且將所述主測(cè)量值和所述診斷測(cè)量值相互比較，其特征在于，所述超聲波轉(zhuǎn)換器中的至少一些超聲波轉(zhuǎn)換器(14a)具有加寬的發(fā)送波瓣和接收波瓣，從而在所述至少一些超聲波轉(zhuǎn)換器的發(fā)送波瓣和接收波瓣中布置有多個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器 (14、14a)，由此，附加于在每?jī)蓚€(gè)相互對(duì)準(zhǔn)的超聲波轉(zhuǎn)換器之間張開(kāi)的初級(jí)測(cè)量路徑(16)， 還開(kāi)啟了附加的次級(jí)測(cè)量路徑(18)作為主測(cè)量路徑或者作為診斷測(cè)量路徑。
2.按照權(quán)利要求1所述的超聲波測(cè)量裝置(10)，其中，至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑是次級(jí)測(cè)量路徑(18)，并且/或者其中，所述至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑沿直徑布置。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的超聲波測(cè)量裝置(10)，其中，所述主測(cè)量路徑與所述初級(jí)測(cè)量路徑(16) —致，并且/或者所述至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑與至少一個(gè)次級(jí)測(cè)量路徑(18) —致。
4.按照以上權(quán)利要求之一所述的超聲波測(cè)量裝置(10)，其中，所述初級(jí)測(cè)量路徑(16)相互平行地取向。
5.按照以上權(quán)利要求之一所述的超聲波測(cè)量裝置(10)，其中，設(shè)置有兩個(gè)或者四個(gè)初級(jí)測(cè)量路徑(16)，并且/或者其中，設(shè)置有一個(gè)或兩個(gè)次級(jí)測(cè)量路徑(18)。
6.按照以上權(quán)利要求之一所述的超聲波測(cè)量裝置(10)，其中，那些其所屬的初級(jí)測(cè)量路徑(16)與所述管路(1 的軸線(xiàn)具有最小間距的超聲波轉(zhuǎn)換器(14a)具有加寬的發(fā)送波瓣和接收波瓣。
7.按照以上權(quán)利要求之一所述的超聲波測(cè)量裝置(10)，其中，所述超聲波轉(zhuǎn)換器(14)以對(duì)稱(chēng)布置方案安裝。
8.按照以上權(quán)利要求之一所述的超聲波測(cè)量裝置(10)，其中，所述評(píng)估單元04)為以下而構(gòu)成，即，將對(duì)所述主測(cè)量路徑和所述至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑的分配改為對(duì)初級(jí)測(cè)量路徑(16)和次級(jí)測(cè)量路徑(18)的分配。
9.按照以上權(quán)利要求之一所述的超聲波測(cè)量裝置(10)，其中，所述評(píng)估單元04)為以下而構(gòu)成，即，在參與次級(jí)測(cè)量路徑的超聲波轉(zhuǎn)換器 (14a)發(fā)射信號(hào)時(shí)，同時(shí)拾取在所有通過(guò)初級(jí)測(cè)量路徑(16)或次級(jí)測(cè)量路徑(18)分配給該超聲波轉(zhuǎn)換器(14a)的超聲波轉(zhuǎn)換器(14，14a)上的接收信號(hào)，并且計(jì)算出相應(yīng)數(shù)量的信號(hào)傳播時(shí)間。
10.按照以上權(quán)利要求之一所述的超聲波測(cè)量裝置(10)，其中，所述評(píng)估單元04)為以下而構(gòu)成，即，在測(cè)量周期中a)由每個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器 (14)依次各發(fā)送一個(gè)信號(hào)，b)在各自超聲波轉(zhuǎn)換器(14)的所有測(cè)量路徑上計(jì)算出信號(hào)傳播時(shí)間，c)在所述測(cè)量周期的所有信號(hào)傳播時(shí)間確定以后，這些信號(hào)傳播時(shí)間相互間分別成對(duì)地按照所述測(cè)量路徑(16、18)來(lái)分配，并且由此d)確定所述單個(gè)測(cè)量值。
11.按照以上權(quán)利要求之一所述的超聲波測(cè)量裝置(10)，其中，所述流體是天然氣并且/或者所述管路(1 是管道。
12.用于借助超聲波測(cè)量管路(1 中流體的流動(dòng)速度的方法，其中，數(shù)個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器(14)張開(kāi)多個(gè)主測(cè)量路徑和至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑，并且其中，在每個(gè)測(cè)量路徑(16、 18)上為由順著流動(dòng)和逆著流動(dòng)發(fā)送和接收的超聲波的傳播時(shí)間中得出的流動(dòng)速度各確定一個(gè)單個(gè)測(cè)量值，將所述主測(cè)量路徑的單個(gè)測(cè)量值換算成用于流動(dòng)速度的主測(cè)量值，由所述診斷測(cè)量路徑的至少一個(gè)單個(gè)測(cè)量值中確定診斷測(cè)量值，并且將所述主測(cè)量值與所述診斷測(cè)量值相比較，其特征在于，所述超聲波轉(zhuǎn)換器中的至少一些超聲波轉(zhuǎn)換器(14a)通過(guò)加寬的發(fā)送波瓣和接收波瓣形成到多個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器(14、14a)的測(cè)量路徑(16、18)，從而使得除了在每?jī)蓚€(gè)相互對(duì)準(zhǔn)的超聲波轉(zhuǎn)換器(14、14a)之間張開(kāi)的初級(jí)測(cè)量路徑(16)之外還使用至少一個(gè)附加的次級(jí)測(cè)量路徑(18)作為主測(cè)量路徑或作為診斷測(cè)量路徑。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其中，將對(duì)所述主測(cè)量路徑和所述至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑的分配改成對(duì)初級(jí)測(cè)量路徑 (16)和次級(jí)測(cè)量路徑(18)的分配。
14.按照權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，在參與次級(jí)測(cè)量路徑(18)的超聲波轉(zhuǎn)換器(14a)發(fā)射信號(hào)時(shí)，同時(shí)拾取在所有通過(guò)初級(jí)測(cè)量路徑(16)或次級(jí)測(cè)量路徑(18)分配給該超聲波轉(zhuǎn)換器(14a)的超聲波轉(zhuǎn)換器(14，14a)上的接收信號(hào)，并且計(jì)算出相應(yīng)數(shù)量的信號(hào)傳播時(shí)間。
15.按照權(quán)利要求13至15之一所述的方法，其中，在測(cè)量周期中a)由每個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器(14、14a)依次各發(fā)送一個(gè)信號(hào)，b)在各自超聲波轉(zhuǎn)換器(14、14a)的所有測(cè)量路徑上計(jì)算出信號(hào)傳播時(shí)間，c)在所述測(cè)量周期的所有信號(hào)傳播時(shí)間確定以后，將這些信號(hào)傳播時(shí)間相互間分別成對(duì)地按照所述測(cè)量路徑(16、 18)來(lái)分配，并且由此d)確定所述單個(gè)測(cè)量值。
全文摘要
管路中流體流動(dòng)速度的超聲波測(cè)量，使用用于測(cè)量管路中流體流速的超聲波測(cè)量裝置，具有數(shù)個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器，其分別成對(duì)地在彼此間張開(kāi)多個(gè)主測(cè)量路徑和至少一個(gè)診斷測(cè)量路徑；評(píng)估單元，用于在每個(gè)測(cè)量路徑上為由順流和逆流發(fā)送和接收的超聲波的傳播時(shí)間中得出的流速各確定一單個(gè)測(cè)量值，將主測(cè)量路徑的單個(gè)測(cè)量值換算成流速的主測(cè)量值，從診斷測(cè)量路徑的至少一個(gè)單個(gè)測(cè)量值中確定診斷測(cè)量值，并將這兩種測(cè)量值相互比較。至少一些超聲波轉(zhuǎn)換器具有加寬的發(fā)送和接收波瓣，從而在其發(fā)送和接收波瓣中布置有多個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器，由此，在每?jī)蓚€(gè)相互對(duì)準(zhǔn)的超聲波轉(zhuǎn)換器間張開(kāi)的初級(jí)測(cè)量路徑外還開(kāi)啟附加的次級(jí)測(cè)量路徑作為主測(cè)量路徑或診斷測(cè)量路徑。
文檔編號(hào)G01P5/24GK102288780SQ20111012686
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者托拉夫·迪茨, 約翰·蘭辛 申請(qǐng)人:西克工程有限公司