专利名称：抗寄生超声波的超声流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声流量计，它包括超声传感器，在超声传感器之间限定一个超声测量路线，并以至少一个超声频率沿所述测量路线向流体发射和接受超声波。
多年来已知，流体的速度能够通过从超声传感器在所述流体的流动方向和相反方向向流体发射超声波，并测量在此两个方向的发射的波的相应的传播时间进行测量。根据测量流体速度，容易确定它的流量，以及在一定的时间流过的体积。
然而在这样的流量计中，发现了“寄生”超声波的传播，扰乱了沿测量路线上的一个传感器对另一个传感器发射的超声波的接受。
能够提出两类不同类型的寄生超声波由流量计外的源产生的超声波；和由传感器本身发射的超声波。
例如在一个调压器安装在气体流量计的上游时，遇到第一类型。例如在超声气体流量计的上游使用调压器将气体的压力从几巴减小到约20毫巴。然而，在调压器中的压降是一个相当大的噪声的源，并且，业已观察到，这样的压降能够产生大压力振幅的，与流量计的超声传感器的频率一致的寄生超声波。这些寄生超声波由向超声传感器流动的流体传送。这造成完全不可接受的相当大的测量误差。
寄生超声波的第一类型也能够在设置在流动截面急剧减小的下游的超声流量计中遇到，流动截面的急剧减小能够引起所谓的“空洞”现象，气泡以接近超声传感器使用的频率出现在流体中。
寄生超声波的第二类型相应于这样的情况，即在超声传感器间限定的超声测量路线处于输送要测定其流速的流体的导管内时，并且导管的材料的刚性不足以防止流体介质和所述材料间声耦合。例如，在导管是金属(钢)的，流体介质是水，或导管是塑料的，流体是气体时。
在这样的情况下，当在测量导管内从一个传感器向另一个发射超声波时，这些波的被称为“寄生”超声波的部分通过构成所述测量导管的材料传播，在通过流体介质传播的超声波之前或一起到达另一个传感器。因此在另一个传感器接受的超声波中分辨出确实是在流体介质中传播的和在构成测量导管的介质中传播的波是很困难的。
文献FR-A-2 357 869公开一种装置，衰减超声流量计外产生的声波，其呈一个隔声材料套筒形式，设置在流量计的流入口的配件中。但是，这样的衰减装置是不足的，另外，它们不能够衰减第二类的寄生超声波。
文献EP-A0 048 791公开一种装置，消除在测量管外的传感器发出的超声波。但是这样的装置不能够使得在测量管的壁中传播的超声波衰减，也不能够衰减第一类型的寄生超声波。
本发明的目的是为了解决这个问题，以简单和有效的方式衰减在超声流量计中传播，并且干扰一个传感器沿测量路线对另一个传感器发出的超声波的接收的寄生超声波。
因此本发明提供的超声流量计包括超声传感器，在它们间限定一个超声测量路线，沿所述测量路线以至少一个超声频率向流体发射和接受超声波；和衰减装置，衰减干扰一个传感器接受另一个传感器发出超声波的，波长为λ的“寄生”超声波，其特征是衰减装置是由至少一个通道构成，其中，所述寄生波传播在与所述通道的纵向尺寸a一致的主方向中，所述通道具有一个与所述尺寸a垂直的横向尺寸b,b比传播介质中的寄生波的波长λ小的多，所述通道包括多个一个接一个的通道部分，每个部分具有一个在通道的尺寸b上的横向传播截面中缩小的部分，每个通道部分的纵向尺寸基本等于1/2λ。
因此，主要沿通道的纵尺寸在传播介质中传播的寄生超声波，在它们的路线上遇到与“正常”的传播截面交替的缩小的传播截面，产生介质中的声阻抗的不连续性，它将这些波中含有的能量的一部分反射，从而，衰减这些波的振幅。没有沿通道的纵尺寸传播的寄生超声波，在它们的路线上也遇到小的传播截面，也被衰减。
根据本发明的特征，通道是由沿尺寸b间隔开的彼此面向的至少两个纵表面限定，并且在其上，至少它们中的一个具有与凸起交替的多个相互平行的一个接一个的槽，每个通道部分具有槽和凸起构成的对。
例如，每个槽具有V形的轮廓，或U形的轮廓，使得所述表面成锯齿状。
在一个改变的实施例中，寄生波的波长是在一个预定范围改变的，通道部分的纵向尺寸以增加或减少的方式变化，使得包括波长的预定范围。
在本发明第一方面，流量计包括一个外壳，它设有一个流体入口孔，和流体出口孔；一个测量块，它安装超声传感器，并分别设有至少两个开口，使得流体能够达到超声测量路线，和离开超声测量路线，寄生超声波传播的通道形成在测量路线和流体入口和出口至少一个之间。
在本发明的第一实施例中，测量块位于所述外壳内，使得在它们间形成寄生波传播的通道，并且流体在进入测量块前或离开它后沿所述通道流动。
例如，形成槽的表面是测量块的表面。
在第二实施例中，测量块包括通道，它形成在至少一个所述开口和所述测量路线间并能够使得寄生超声波衰减，所述通道也起传输流体的作用。
根据本发明的其他特征测量路线形成在测量导管内；测量导管至少部分地位于测量块的箱内；通道形成在箱壁和测量导管间；通道形成在测量导管周围；通道仅形成在测量导管的一侧；通道形成在测量导管的两侧；测量块包括在它的形成通道的侧面上的“分离器”壁，其将测量导管与通道分开；测量块包括面向分离器壁的另一个壁，其使得这两个壁面向的表面限定通道；另一个壁是装配到测量块上的分离件；槽/凸起的对形成在测量导管的外表面上；通道形成在测量路线的至少一部分上；通道位于测量导管的内部。
在本发明的第二方面，流量计包括一个测量导管，它构成超声测量路线的至少一部分，并具有与寄生超声波传播的通道对应的至少一个边壁。
形成槽的表面是测量导管的外表面，每个通道部分中的传播截面的缩小位于所述壁中的每个槽上。
例如测量导管是一个管。
槽是环形的，并沿管设置。
在一个变化方案中，在测量管的外表面中形成螺旋形的槽。
测量管能够通过螺纹拧到测量块中的箱中是较好的。
参照附图的以下纯非限定性实施例的说明将使得本发明的其它特征和优点变得明了。
图1是为使本发明较容易理解将一部分盖除去的本发明流量计的图；图2是图1所示的测量块的内部图；图3是图1所示的流量计的A-A剖面图；图4a,4b和4c是图3所示的衰减装置的各实施例的部分示意图；图4d是曲线图，曲线A,B,C表示分别在三种气体中本发明的衰减装置作为寄生波频率函数的衰减能力；图5是在另一个实施例中的图3所示的衰减装置的部分示意图；图6是与图3相似的图，其中流体在相反方向流动；图7是本发明第二实施例的流量计的图；图8是图7示出的测量块的横剖面图；图9是图7和8的测量块的第一变化方案实施例图；图10是图7和8的测量块的第二变化方案实施例图；图11是构成第三变化方案实施例的的测量块的部分透视图；图12是图11的测量块的纵剖面图；图13是构成第四变化方案实施例的测量块的部分纵剖面图；图14是构成第五变化方案实施例的测量块的部分纵剖面图；图15是构成第六变化方案实施例的测量块的纵剖面图；图16a是图15中所示的测量块的横剖面图；图16b是图16a中所示的测量块的一种变化方案；图17是构成第七变化方案实施例的测量块的纵剖面图；图18是图17中所示的测量块的放大横剖面图；图19是构成第八变化方案实施例的测量块的部分纵剖面图；图20是构成第九变化方案实施例的测量块的部分纵剖面图；图21a是本发明另一个实施例的流量计的测量块的图；图21b是图21a中所示的测量导管的放大图；图21c是图21a中所示的测量导管的另一个变化方案的示意图；图22a是图21a中所示的测量导管的另一个变化方案的测量导管的图22b是结合在本发明的流量计的测量块中的图22a的测量导管的图；图1示出位于调压器(未示出)下游的气体流量计，调压器在管中和气体流量计中产生例如频率为40千赫的寄生超声波，从而干扰气体流速的测量。
如图所示，气体流量计10包括一个气体入口14；一个气体出口16；壳体12，所述入口和出口与其相连；和测量块18，位于壳体12内。测量块18安装在壳体12内，在测量块和壳体件间形成流体的一个或多个通道，以便流体从入口14向测量块的底部中的开口20流动。测量块18由两个螺栓22和24固定在壳体12内的位置上，螺栓安装在壳体12中形成的槽中。
如图2所示，测量块18包括开口20，气体通过开口，两个超声传感器26和28每个设置面向测量导管30的相对端之一，测量导管30是管状的，构成超声测量路线。超声传感器工作频率例如为40千赫。测量导管30穿过壁32，壁32构成设置传感器26和28两个箱间的固体块。如图2中箭头所示，气体经由开口20进入到测量块18的箱中之一，经由测量管的端部30a进入测量管30，沿管内流动，经由相反的端部30b离开管，然后经由出口34从上面出来。出口34连接到图1所示的气体出口16。
在上述的超声气体流量计中，超声传感器26和28以固定的超声频率交替发射和接受超声波，从每个传感器接受的超声波推算出波的传播时间和流体的流速。
在调压器位于气体流量计的上游时，上述寄生超声波传播进入流量计，到达测量块18内的超声测量路线，在测量路线内与传感器发射和接受的超声波混合，因此对流速的超声测量产生很大的干扰。
上述通道特别设计对向超声测量路线流动路径上的气体中存在的寄生超声波进行衰减。每个通道36、38(图3)和40(图1)具有一个纵向尺寸a。气体流动沿这个纵向传播，在流动中存在的寄生超声波同样沿这个纵向传播。为了确保对在这个“主”方向中传播的寄生超声波的衰减作用是确实有效的，每个上述通道必须具有一个与纵向a垂直的横向尺寸b，它比寄生波传播的流体介质中的寄生波的波长λ小的多。
这个状态保证超声波仅以平面模式沿通道传播，它是受本发明的衰减装置影响的平面模式。否则，如果通道的横向尺寸b和流体介质的波长λ太相近，或者如果b比λ大，那么平面模式外的寄生超声波传播模式会出现，从而减低衰减装置的效果。
如图3所示，通道36由至少两个纵向表面42和44限定，表面42和44彼此面向并由所述通道的横向尺寸b间隔开。至少一个这样的纵向表面42和44的设置使得通道包括图3虚线所示的的多个一个接一个的通道部分，每个包括通道尺寸b减小的横向传播截面部分。形成这个特殊结构的表面是测量块18的表面。在测量块的外表面44上，形成凸起46，例如由叠加模制形成。这些凸起46彼此平行，垂直于通道的纵尺寸a，在它们间产生同样彼此平行的槽48。
应当看到，代替在测量块18的外表面44上形成凸起，同样也可以机加工所述表面，使得形成多个一个接一个的彼此平行并与通道36的纵向尺寸a垂直的槽。
每个通道部分与并排的凸起46和槽48相应。凸起48具有图3中的纵向尺寸L1，每个槽48具有纵向尺寸L2。每个槽48的通道横向尺寸为b，在每个凸起46上的通道横向尺寸为b0。
对于为衰减所希望波长的寄生波的本发明的衰减装置，每个通道部分的纵向尺寸即L1+L2必须基本等于1/2λ。应当看到，在满足上述关系的条件下，尺寸L1和L2可以改变。
如图3所示，每个槽48在纵向轮廓中是U形的，在纵向表面44上形成锯齿形。沿通道36传播的寄生声波的振幅，在每次遇到在每个凸起46上的较小传播截面时被衰减。相对于每个槽48的横向尺寸b，在每个凸起46上的通道横向尺寸越小，衰减效果越大，但是必须避免在气体流动中的引起过分的压头损失。
如图3所示，在纵向表面44上这样形成的结构是周期性的。例如，L1=L2=2.5mm，通道尺寸b0和b分别等于2和3mm，通道的整个长度等于60mm，相应于12个周期。
对于各种气体，特别是空气和甲烷混合气体，在12千赫的频带宽度上获得大于40的分贝/每十次的衰减。对于甲烷，寄生波的波长λ为11mm，比b和b0大的多。
如果分别面对位于测量块18的表面44上的凸起46和槽48，在表面42上也形成凸起和槽，衰减装置的效果能够增加。
应当理解，对于给定的衰减效果，也可以仅在壳体12的内表面42上设置槽和凸起。
图4a示出图3所示的衰减装置的第一变化方案的实施例，其中，一个接一个的多个槽50彼此平行，在测量块的纵向表面44中的横向形成，并最好垂直于通道中的流动传播方向。每个槽50具有V形的结构，两个连续的槽50由一个基本平的断面的通道部分52分开，通道部分52是流体和寄生波传播截面缩小的部分。
图4b示出另一个变化方案的实施例，其中槽54占有一个接一个的通道部分的每个的主要部分，具有减小的横向传播截面的每个通道部分中的这些部分56，缩小到边缘。
图4c示出本发明衰减装置的另外一个变化方案实施例，其中槽58由陡的前部彼此分开的平行的倾斜的斜坡形成，在上面设置通道部分的减小截面部分60。表面44的纵向结构是锯齿形的。
无论何时设计衰减装置，它们适用于一种特定的气体，如果希望包括宽的波长范围，如为了使得表计能够用于几种气体，必须设置上述通道36,38和40的一个特殊的结构。
图4d中，曲线A,B和C给出，作为超声波频率F的函数的，在图1和3(36,38或40)所示的通道入口和出口间的寄生超声波振幅的比值R。
每个曲线呈伴随着多个小抛物线的主抛物线形。因此，为了在空气和甲烷混合气体中衰减频率为40千赫的寄生超声波设计图3的通道，通过计算获得曲线A，它具有在频率40千赫最大的衰减能力。然而，如果空气和甲烷的混合由单一空气(曲线B)和单一甲烷(曲线C)替换，可见到在频率40千赫处在这些气体中图3的通道不是最佳的。
图5所示的实施例说明了通道36,38和40一种可能的特殊结构。在此图中，面向的表面42和44限定气体流动和寄生超声波传播的通道。在此通道中，与图3所示的相似的槽62和凸起64形成在纵向截面44。从图5可见，通道部分的纵向尺寸从通道的入口向出口增加，使得包括一个预定的波长范围。例如，能够包括从8.75(空气)到11mm(甲烷)的波长范围。
在实际中，靠近入口的通道部分纵向尺寸为空气λ的1/2，靠近出口的通道部分的纵向尺寸为甲烷λ1/2。通道的尺寸在入口和出口间增加，但也可以形成具有相同纵向尺寸的多个一个接一个的通道部分。
应当理解，也能够设计这样的通道，其纵向尺寸从入口向出口减少。
应当理解，在衰减装置的设计使得能够适应几种气体时，获得的衰减效果不如专门为适用一种气体设计的衰减装置好。例如，在衰减装置专门适应一种气体时，它们能够提供40分贝的衰减，而图5所示的设计可以提供25分贝的衰减。
虽然在所示的实施例中槽和凸起是与寄生超声波的主传播方向垂直，但这不是本质的。然而槽和凸起必须具有一个不平行寄生波主传播方向的分布，以使得寄生波受到在每个凸起上的横向传播截面缩小的影响。
图6是另一个流量计120结构的示意图，其中，通道121和122起衰减寄生超声波的作用，具有参照图1,2,4a到4d和5说明的通道36,38和40的相同特征，这些通道形成在流量计壳体124和测量块126间。在测量块的表面132上交替地形成槽128和凸起130。在此结构中，流量计外的噪声源位于流量计下游，使得通道121和122位于测量块126的出口136和流出孔134间。此时，面向测量块表面132的壳体120的内表面138也能够包括交替的凸起和槽，以增加衰减效果。
下面说明本发明第二实施例。
如图7所示，如气体流量计等的流量计140包括一个壳体142，设有两个分别是气体入口和出口的孔144和146。一个测量块148位于壳体内，设有多个开口150和152，使得气体进入到所述块，并还设有开口154，一个烟囱形接头156伸出，用于从所述块排出气体。接头156固定到出口孔146。
在测量块内，超声测量路线呈测量导管形式，即管158。但是，测量导管也可以例如是如文献EP0 538 930所述的椭圆的，或如文献EP0 580 099所述，具有矩形的横传播截面。
测量块具有两个箱160和162，它们由壁164分开，管158穿过壁164。两个超声传感器166和168分别位于腔160和162内，面向管158的相对端。
如图7和8所示，测量块基本是圆柱的外形，腔160的圆柱壁与管158的外壁合作，形成一个围绕所述管的环形通道170。经由孔144进入壳体142的气体在测量块148周围散开，通过开口150和152进入，此后气体在到达两个传感器间的测量路线前沿环形通道170流动。因此，在开口150、152和测量路线间的环形通道170中，在腔160的壁圆柱表面170上多个槽172与凸起154交替。槽和凸起是圆的，它们相对于气体沿环形通道170的传播方向横向延伸，最好垂直所述传播方向。
与参照图1到5说明的相似，这组凸起和槽的作用是在寄生超声波进入测量管158前，衰减气体传送的寄生超声波。为使衰减有效，通道的横向尺寸b必须比寄生波的波长λ小的多，由槽/凸起的对形成的每个通道部分的纵向尺寸必须约为1/2λ。而且，环形通道170的纵向尺寸必须不太短才有效。
参照图1到5所述的其他特征和优点保持有效。应当理解，沿测量导管的长度的至少一部分设置寄生波衰减的通道，以使测量块减小体积是有益的。然而，在测量块体积可不限制时，自然能够使得通道相对于测量导管的纵向垂直或成一个角度。测量块148也能够具有一个方的或矩形的(图9)横截面，它的内表面设有槽和凸起。
图10示出图7结构的第二变化方案。其中仅示出测量块。在图7中已经说明的件不再说明并使用相同的数码表示。在此结构中，图7的开口150和152由位于测量块下的单一的开口180代替，但是在另一个变化方案中，这个开口也能够位于测量块的顶部。气体流通过这个开口进入到腔160，在测量导管周围散开。
图11和12示出测量块的第三变化方案，其中测量导管182具有的横截面是矩形的，在测量块190内的两侧上的测量导管的纵向尺寸的至少部分上，设置两个通道184和186。在图11中，容纳超声传感器的箱的部分未示出。如箭头所示(图11)气流经过顶部两个开口189和191进入这些通道。传感器192面向在测量块190中的测量导管182的一端。测量导管穿过一个隔层194，隔层将测量块分成两部分。第二超声传感器198面向测量导管的相反端。
面向测量导管182的侧壁表面204和206的侧通道184和186的相应表面200和202，设有交替的槽208和凸起210，它们具有参照图1到10说明的相同特征，但除了它们的形状以外，它们的形状是取决于侧面通道的形状。槽和凸起最好相对于通道中的流动的纵向垂直。
图13示出一个第四变化方案，其中槽212和凸起214形成在测量导管218的表面216上，唯一的一个通道219与图7到10所示相似地设置在导管周围，或者两个或多个通道设置在导管的两侧(图11和12)。这个方案的优点是，将凸起和槽直接形成在与测量块的其余部分分开制造的测量导管上较容易，测量导管随后插入到测量块中，然后将它们固定到导管所在的腔的壁上。
图14示出第五方案，其中槽220和222和凸起224和226同时形成在通道232的两个相向的表面228和230上。这个方案能够应用于图7到13的所示的任何的结构上。
图15所示的测量块240示出另一个方案，其中相对于所述测量块用于流体入口和出口的两个开口242和244基本彼此对齐。这些开口可以分别连接到相互对准的流体流入和流出孔，或如图15所示，测量块能够结合在图7所示的类型的壳体中。测量块240具有一个测量导管246和由隔层252分开的两个箱248和250，所述导管穿过隔层252。两个超声波传感器254和256分别位于箱248和250中，面向测量导管246的两相对端。
通道258仅沿测量导管的一侧设置，第一是将开口242的流体输送到面向传感器254的导管端，第二是衰减流体中传播的寄生超声波。直到此端部，通道258在它的面260的一个上具有向着测量导管246外表面的与槽264交替的凸起262，它们的特征与参照前图说明的结构的相同。
如果沿测量导管的箱248的部分是圆形横截面的，槽和凸起263可以是半圆形的(图16a)。另外，如果沿测导管的箱部分具有方形横截面，或矩形横截面，那么槽和凸起可以是直线的(图16b)。
与图7到13所示的结构比较，图15,16a和16b所示的结构具有的优点是，流体以较大的长度接触槽和凸起，从而增加寄生超声波衰减的效果。为了进一步增加效果，也能够在面向表面260的测量导管246的表面上设置槽和凸起。
在图17和18所示的方案中，测量块270仍具有两个箱272和274，其中两个超声传感器276和278分别面向测量导管280的相对端，测量导管穿过分开所述箱的隔层282。流体入口284和出口286基本彼此对准。
测量块270还携带一个分离器壁288，它沿测量导管280设置，与面向它的另一壁290合作，形成流体到达测量导管的通道292。在此通道中，两个面向的壁288和290的表面中至少之一294设置交替的凸起296和槽298，它们能够沿壁的全长设置。为了进一步提高效果，壁288的表面300也可以设置图17虚线所示的交替的凸起302和槽304。
图18是图17所示的测量块的放大横截面图(B-B)，其中壁的厚度能够见到。因此，测量块和它的壁303的整体形状在横截面中是圆的。测量块两个纵端由两个相应端壁305和306(图17)封闭。在通道292中，壁303也是分隔器壁288。两个平行的纵侧壁307和308与壁303的外表面相切，并向壁290下延伸，形成通道292的侧面。有利的是，壁290是装配到测量块270的分开的件，在上形成一个帽部。在壁290固定到测量块前，通过模铸一个和/或另一个壁288和290，可使得槽和凸起容易地形成。
这也形成另一个优点在测量块必须适用于不同的流体流速范围时，可以将壁290用另一个具有相同纵向尺寸但具有改变的横向尺寸的壁替换来满足，使得流体流动的横向截面改变，并形成相对于波长λ的关于传播截面的横向尺寸的条件。
图18示出凸起296的形状，它适于通道和分离器壁288的形状。在此图中，为明了起见凸起302未示出。在凸起上流动时，流体具有M形的流动截面。这个结构能够具有一个不引起过多压头损失，而仍有效衰减寄生超声波的流动截面。
为了加大具有这样的结构的测量块的流量计的流速，将形成盖的壁290用一个壁代替可以达到，使得与侧壁307和308接触的M形分支比图18所示的高，从而增加流体的流动截面。
图19示出一个方案的一部分，其中衰减寄生超声波装置310和312与参照前图说明的那些相似，并设置在测量块316出口314和测量导管318间，防止流量计的下游的寄生波传播到超声测量路线中。
在某些流量计结构中，测量导管320不构成全部的超声测量路线，而只是构成它的一部分。例如，测量导管的横截面可以是圆形的，或矩形的，如文献WO91/09280所述。存在至少两个超声传感器322和324，如图20所示，它们安装在测量导管320的同侧。它们也能够安装在直径的相对侧，并且这样超声测量路线能够具有各种不同的形状(V,W)。图示出的传感器324位于各个不同位置(虚线)中，以表示可能出现的测量路线。用这类结构，能够根据噪声源的位置，在测量件的上游和/或下游导管内设置交替的凸起326和槽328，以衰减从外部来的寄生超声波。
为了能够在导管中形成凸起和槽，导管例如可以制成两件。
如果在测量导管中没有足够的空间，最好使用例如图7到19所示的结构之一，将凸起和槽设置在它的外面。
在需要将流体输送的外部噪声衰减到很低程度时，可以将图1到6所示的特征与图7到20所示的特征结合，图1到6所示的特征是通道形成在流量计的壳体和测量块间，图7到20所示的特征是通道形成在测量块本身上。在较低噪音水平上，仅是图1到6所示的结构或图7到20所示的结构能够单独满足需要。
在测量块中设置衰减寄生超声波的装置，而不是在测量块和设置测量块的壳体间设置具有优点。取决于标准要求，含有测量块的壳体尺寸和流体入口和出口位置变化。因此，如果它们位于测量块和壳体间，这使得必须变更凸起和槽的尺寸，使得保持相同的衰减效果，但是在凸起和槽位于在测量块内的一个或多个通道中时，这样的变更是不需要的。
现参照图21a和21b说明本发明的一个特别的优越方面。
在部分示出的超声测量块中，两个超声传感器位于测量导管478的相对端上，测量导管构成超声测量路线。进入测量块的流体经由测量导管的端部478a流入测量导管478，沿导管流动，从它的端部478b离开，从测量块出来。
通常，在超声传感器工作时，超声波以一个传感器确定的频率发射，在测量导管478内传播，达到另一个传感器476，使用这些波的传播时间确定流体流速。
但是在某些情况下，在接触的两种传播介质间能够存在声的耦合，特别在测量导管478内的流体介质和构成测量导管478的壁的介质间。例如在流体介质是水，测量导管是钢等的金属制的时候，会发生这个现象。在流体介质是气体，测量导管是塑料的情况也会发生同样的情况。
在这时，从超声波传感器来的传播在测量导管478内的寄生超声波部分进入测量导管478的壁中，沿平行于导管内的超声测量路线的所述壁传播，在超声波在所述测量导管内传播的时间之前或同时达到相对的超声传感器476。传感器476测定重叠的超声波，使得测量导管内的流体的流速的准确测量不能够实现。
在此例子中，测量导管是一个圆形的截面的管，但它也可以是具有矩形截面的测量导管，如欧洲专利申请No.0 580 099说明的那种。
图21a,21b示出的测量导管478具有一个纵向尺寸a的外周边壁483，并形成一个通道，其中寄生超声波在一个与管纵向一致的主方向传播。通道的垂直于纵向尺寸a的横向尺寸b比在所考虑的介质，即钢中的寄生波的波长λ小的多。例如a=100mm,b0=2mm,b=3mm,λ=6mm。通道由两个面向的同心的纵表面484和486限定，测量导管的外表面是表面486。相互平行的槽488加工在测量导管的外表面486中，从而在一个接一个的槽对间形成凸起490。由槽488和相继的凸起490形成的每个对，在壁厚483中，限定一个通道部分，其中寄生超声波遇到在向所述壁深入的所述槽上的减小的传播截面。
这些槽和凸起是设置在测量导管的整个的纵向尺寸a上，并且每个具有凸起490的纵向尺寸L1，槽488的纵向尺寸L2。每个通道部分的纵向尺寸L1+L2大致为1/2λ。例如L1=1.5mm,L2=1.5mm。
在此结构中保持在图1和3中所示的衰减装置的特定条件。应当理解，小的横向尺寸b0必须不小于1/2b，以保持管的刚度。在此结构中，槽和凸起是环形的。
在图21c中，仅示出超声传感器474和476和测量导管492。在图21c所示的方案中，槽496具有比形成棱的凸起494大的多的纵向尺寸。每个槽是梯形的，较短的平行侧在管492的外表面上。应当理解，图4b和4c所示的形状也可以用于测量导管492的外表面上。这样构成的测量导管有效地衰减寄生超声波。
图22a和22b示出本发明衰减装置的另一个方案。
在图22a中，圆形的测量导管502被加工使得在外表面上形成螺旋形的槽504和螺纹506。此管能够设置在图21a所示的类型的测量块内，或图22b所示的类型的测量块内。
在图22b中，测量块500具有开口508，通过它流体进入具有超声传感器510的第一腔，传感器510面向测量导管502的一端，测量导管502的另一端具有向着它的传感器512，传感器512位于第二腔内，第二腔与流体离开的出口513连通。在此图中，测量块500具有一个厚壁的中心部分514，其中，形成圆柱箱516。可取的是，图22a所示的圆柱测量导管通过使用它的带螺纹的外表面螺丝接合插入到箱516内。
除了这个有益的特征外，这样构成的测量导管502具有相对其他图说明的性能，有效地过滤在所述导管502内传播的寄生超声波。
权利要求
1．一种超声流量计(10)包括超声传感器(26,28；74,76；110,112)，在它们间限定一个超声测量路线，沿所述测量路线以至少一个超声频率向流体发射和接受超声波；以及衰减装置，衰减干扰一个超声传感器接受另一个传感器发出的超声波的波长为λ的“寄生”超声波，其特征在于衰减装置是由至少一个通道(36,38,40；83)构成，其中，所述寄生波传播在与所述通道的纵向尺寸a一致的主方向中，所述通道具有一个与所述尺寸a垂直的横向尺寸b,b比传播介质中的寄生波的波长λ小很多，所述通道包括多个一个接一个的通道部分(46,48；50,52；54,56；58,60)，每个部分具有一个部分(46；52；56；60)，此部分在通道的尺寸b上的横向传播截面中缩小，每个通道部分的纵向尺寸基本等于1/2λ。
2．根据权利要求1所述的流量计，其中通道(36,38,40；83)是由至少两个沿尺寸b间隔开的彼此面向的纵表面(42,44；84,86)限定，并且在其上，至少它们中的一个具有与凸起交替的多个相互平行的一个接一个的槽(48；50；54；58；88；96)，每个通道部分具有槽和凸起构成的对。
3．根据权利要求2所述的流量计，其中每个槽(50)具有V形的轮廓。
4．根据权利要求2所述的流量计，其中每个槽(48)具有U形的轮廓，使得所述表面成锯齿状。
5．根据权利要求1到4中任何一项所述的流量计，其中寄生波的波长是在一个预定范围改变的，通道部分的纵向尺寸以增加或减少的方式变化，使得包括波长的预定范围。
6．根据权利要求1到5中任何一项所述的流量计，包括一个外壳(12；142)，它设有一个流体入口(14；144)，和流体出口(16；134；146)；一个测量块(18；126；148；190；240；270；316；320)，它安装有超声传感器(26,28；166,168)，并分别设有至少两个开口(20,34；150,152,154；189,191,242；244；284,286；314)，使得流体能够达到超声测量路线(30；158；182)，和离开超声测量路线，寄生超声波传播的通道形成在测量路线和流体入口和出口孔的至少一个之间。
7．根据权利要求6所述的流量计，其中所述测量块(18；126)位于所述外壳内(12；120)，使得在它们间形成寄生波传播的，并且流体在进入测量块前或离开它后流动的通道(36,38,40；121,122)。
8．根据权利要求2和7所述的流量计，其中形成槽的表面(44；132)是测量块的表面。
9．根据权利要求6或7所述的流量计，其中测量块(148)包括通道(170；184,186；219；232；258；292)，它形成在至少一个所述开口(150,152；180；189；191；242,244；284)和所述测量路线间并能够使得寄生超声波衰减，所述通道也起传输流体的作用。
10．根据权利要求9所述的流量计，其中测量路线形成在测量导管(158；182；218；246；280；318；320)内。
11．根据权利要求10所述的流量计，其中测量导管(158；182；246；280)至少部分地位于测量块的箱内(160；248,272)。
12．根据权利要求11所述的流量计，其中通道(170；184；186；258)形成在箱壁(176；200,202；260)和测量导管(158；182；246)间。
13．根据权利要求12所述的流量计，其中通道(170；219)形成在测量导管(158；218)周围。
14．根据权利要求10到12中任何一项所述的流量计，其中通道(258；292)仅形成在测量导管(246；280)的一侧。
15．根据权利要求10到12中任何一项所述的流量计，其中通道(184；186)形成在测量导管(182)的两侧。
16．根据权利要求9到15中任何一项所述的流量计，其中通道沿测量路线的至少一个部分形成。
17．根据权利要求2和权利要求10到16中任何一项所述的流量计，其中槽和凸起对(212,214；222,226)形成在测量导管的外表面上。
18．根据权利要求10所述的流量计，其中通道位于测量导管(320)内。
19．根据权利要求14所述的流量计，其中测量块包括位于其形成通道的侧面上的“分离器”壁(288)，将测量导管(280)和通道(292)分开。
20．根据权利要求19所述的流量计，其中测量块包括面向分离器壁(288〕的另一个壁(290)，使得这两个壁面向的表面限定通道(292)。
21．根据权利要求20所述的流量计，其中另一个壁(290)是装配到测量块上的分离件。
22．根据权利要求1到5中任何一项所述的流量计，包括一个测量导管(478；492；502)，它构成超声测量路线的至少一部分，并形成与寄生超声波传播的通道一致的至少一个边壁(483)。
23．根据权利要求2和22所述的流量计，其中形成槽(488)的表面是测量导管(478)的外表面(486)，每个通道部分中的传播截面的缩小位于所述壁中的每个槽上。
24．根据权利要求22或23所述的流量计，其中测量导管是一个管(478；492；502)。
25．根据权利要求24所述的流量计，其中槽(488,496)是环形的，并沿管设置。
26．根据权利要求24所述的流量计，其中，在测量管(502)的外表面上形成螺旋形的槽(504)。
全文摘要
本发明提供的流量计(10)包括:超声传感器(26,28);和衰减装置,衰减波长为λ的“寄生”超声波,衰减装置是由至少一个通道(36,38,40)构成,其中,所述寄生波传播在与所述通道的纵向尺寸a一致的主方向中,所述通道具有一个与所述尺寸a垂直的横向尺寸b,b比传播介质中的寄生波的波长λ小很多,所述通道包括多个一个接一个的通道部分(46,48),各具有一个部分(46),此部分在通道的尺寸b上的横向传播截面中缩小,每个通道部分的纵向尺寸基本等于1/2λ。
文档编号G01F1/66GK1235670SQ9719920
公开日1999年11月17日 申请日期1997年10月28日 优先权日1996年10月28日
发明者贝努瓦·弗罗利赫, 埃里克·拉弗鲁特, 菲利普·霍克奎特 申请人:施蓝姆伯格工业公司