测量装置及超声流量测量设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种测量装置，包括具有管道轴线(B)的管道(2)，并包括超声流量测量设备(1)，其中所述超声流量测量设备(1)具有传感器单元(3)，其固定在管道(2)的孔(16)中，该孔(16)被基本上垂直于管道轴线(B)地引入到管壁内，其中所述传感器单元具有带纵轴线(A)的导轨(18)或杆，其中所述导轨或所述杆包括至少两个超声变送器(4和13)，其限定信号路径，其中信号路径平行于导轨(18)或杆的纵轴线(A)延伸或者在其上延伸，并且其中信号路径从孔的中心点和管道轴线(B)之间的垂直连接线(C)倾斜。本发明还涉及一种超声流量测量设备。
【专利说明】
测量装置及超声流量测量设备
技术领域
[0001]本发明涉及一种测量装置以及一种超声流量测量设备。
【背景技术】
[0002]卡装式和嵌入式流量测量设备在超声流量测量设备领域中是公知的。两种技术都有特定的优缺点。
[0003]另外，由DE 20 2011 050 287 Ul已知具有多个在测量管和终端超声变送器上的焊接杆的传感器元件。该结构无疑与嵌入式测量设备有关。在嵌入式测量设备的情况下，总是安装一个辅助测量管，其插入现有的管线内部。通常为了这一点，必须将一段管从现有管线中移除。通过将测量管的法兰与测量管端部连接，嵌入式测量设备因而被插入到管线内。
[0004]在嵌入式流量测量设备的情况下，除其他之外，至管线的连接必须适当的被密封。另外，将设备安装到管线内的材料成本和人工成本相对较高。
【发明内容】
[0005]由先验知识以及超声流量测量设备的分布变形开始，本发明的目的在于提供一种测量装置，这种情况下超声流量测量设备可以集成在现有管线的管道内。
[0006]根据本发明，测量装置包括具有管道轴线以及超声流量测量设备的管道，其中超声流量测量设备具有传感器单元，其固定在管道中的孔中，大致垂直于管线将该孔引入到管壁内，其中传感器单元具有带有纵轴线的导轨，其中导轨承载限定信号路径的至少两个超声变送器，其中信号路径平行于导轨的纵轴线延伸或者在其上延伸，并且其中信号路径从孔的中心点和管道轴线之间的垂直连接线倾斜。
[0007]本发明代表卡装式测量设备和嵌入式测量设备之间的妥协。一方面其可以适合于管道系统的现有管道中，而另一方面，对于在管道中测量设备的传感器元件的安装和设置必须与管壁嗤合。
[0008]本发明有利的实施例和变形为从属权利要求的主题名称。
[0009]在定向信号路径时，基本上也确定超声变送器的定向是可能的。因为，尽管出于不可进入的原因管内的微调通常非常困难，然而超声变送器可以有利的被固定连接到导轨，并且导轨相对于连接轴线倾斜。
[0010]有利的是为传感器单元提供平台，其与管道固定连接，其中平台布置在管道外侧，并且其中导轨从平台延伸到管道内部。因此，平台用作停止件，并且限制推进动作。对于此自然地，平台应该比管道内的孔尺寸更大，或者至少具有突出停止件，而导轨和超声变送器应当将尺寸限定为小于管道内的孔的尺寸。
[0011]为了在测量管内的不同倾斜角度处的灵活定向，导轨可以通过接头连接到平台。为了更高自由度，接头特别有利地实现为球形接头。
[0012]导轨有利地通过在管道内的联接可定向。在这种情况下，联接可手动地进行外部操作，由此到管道外侧。联接特别是由两个杆状元件以及两个铰链组成。由此，在启动联接中的一个元件的情况下，平移运动有利地被转换成摆动，从而定向导轨。
[0013]可替换地或者作为补充，管道具有管口，管口具有成角度的段部分，其插入到孔中。成角度的段部分具有中心轴线，其在导轨的纵轴线上延伸或者平行于此延伸。在该实施例情况下，导轨可以与平台刚性连接，因为管口会引导导轨。在更大管口的情况下，会发生粗糙定向，并且通过联接或带有螺纹的套管的方式进行微调。
[0014]对于管道中信号路径的成角度的布置，可替换地或者作为补充，安装一个带有螺纹的环。通过带有螺纹的环的扭转运动设定角度。对于此，例如可以利用单侧地支撑在孔的圆周的一部分上的碟形弹簧。
[0015]根据本发明，超声流量测量设备包括传感器单元，其中传感器单元具有带纵轴线的导轨，其中导轨承载限定信号路径的至少两个超声变送器，其中信号路径平行于导轨的纵轴线延伸或者在其上延伸，并且其中超声测量设备具有用于定向在测量管中的超声变送器的装置。
[0016]在用于超声流量测量设备的本发明的变形的情况下，通过测量设备支持定向。并不绝对需要补充的管口或者带螺纹的环。因此，可以在工厂内预先调整设备并且将其准备好安装地发送给终端用户。
[0017]所提到的装置特别地实现为联接。
【附图说明】
[0018]将会基于附图中呈现的实施例的示例对本发明进行更具体的解释，其中附图所示如下:
[0019]图1为由超声流量测量设备和管道构成的本发明的测量装置的部分透视图；
[0020]图2为测量装置的部分截面图；
[0021]图3为测量装置的透视图；
[0022]图4为超声测量设备的传感器单元的透视图；以及
[0023]图5为管道内传感器单元的定向的视图。
【具体实施方式】
[0024]超声流量测量设备广泛应用于过程和自动化技术。它们允许采用简单的方式确定管线内的体积流量和/或质量流量。已知超声流量测量设备通常根据行程时差原理工作。在行程时差原理的情况下，相对于液体的流动方向评估不同的超声波，特别是超声脉冲，也就是所谓的突发的行程时间。对于此，以对于管道轴线的某一个角度将超声脉冲沿流动方向以及与流动方向相反地发送。由行程时差，可以确定流动速度，并且由此在已知管线段直径的情况下确定体积流量。
[0025]借助于所谓的超声变送器，产生或接收超声波。为此，将超声变送器固定在相关管线中的管壁中。还存在卡装式超声流量测量系统。在这些系统的情况下，在管壁上外部地按压超声变送器。卡装式超声流量测量系统的巨大优势在于它们不接触测量介质，并且置于已经存在的管线上。
[0026]超声变送器通常由例如压电元件的机电变送器元件以及耦合层组成。在卡装式系统的情况下，在机电变送器元件中以声学信号形式产生超声波并且通过耦合层将其引导到管壁，并且由此进入液体中。在嵌入式系统的情况下，声学信号通过耦合层被耦合到测量介质中。不是那么经常地，耦合层也被称为薄膜。
[0027]布置在压电元件和耦合层之间的可以是另一个耦合层，也就是所谓的适配层或者匹配层。适配或匹配层在这种情况下执行超声信号传输的功能，并且同时降低两种材料之间界面处由不同的声学阻抗引起的反射。
[0028]在卡装式系统以及嵌入式系统两者的情况下，将超声变送器布置在测量管上的共用平面中，或者布置在测量管的相对的侧上，在这种情况下，投射在管道截面上的声学信号沿通过测量管的割线延伸一次，或者布置在测量管道的相同侧上，在这种情况下，声学信号在测量管的相对的侧上反射，由此声学信号沿通过测量管道投射在截面上的割线通过测量管道传播两次。
[0029]现在将基于图1-4来解释实施例的优选第一示例。
[0030]图1示出具有管道轴线B的管道2。测量设备I的传感器单元3被插入到管道2中。传感器单元由具有纵轴线A的细长导轨18构成。导轨18包括两个导轨段19和20，其平行于纵轴线A延伸。布置在导轨段19和20之间的是空间21，其同样地沿纵轴线延伸。导轨包括垂直于纵轴线A的细长开口，通过开口流入管道内的被测介质会渗透到空间21中。
[0031]导轨不是绝对需要具有两个导轨段，反而代替的是也可以降为一个导轨段。术语导轨在本发明的背景下相应的进行理解。基本上，导轨的存在出现是为了提供对于两个超声变送器的杆状固定机会。
[0032]空间21在末端受限于两个超声变送器4和13，其采用这样一种方式布置从而能够沿着信号路径发送超声波信号，信号路径大致沿着纵轴线A延伸或者平行于导轨的纵轴线A延伸。超声变送器4和13在这种情况下与导轨18刚性连接。因此，在定向导轨的情况下，两个超声变送器相对于彼此的间隔和角度保持恒定。
[0033]管道2包括孔16。孔16具有孔中心和延伸通过孔中心的纵轴线C。该纵轴线C由孔16界定，并且垂直于管道轴线。基本上，孔为进入管道的垂直钻孔。这些钻孔与倾斜孔相比更容易在管道中形成，因为孔的角度可以非常精确的得以保持。
[0034]测量设备的传感器单元3另外还包括平台15，其布置在导轨3的一端上。在平行于管道轴线B延伸的平面中，平台18的尺寸比导轨18更宽。
[0035]图1中平行于导轨18布置的为具有两个杆状件10和11的联接5，相互之间通过铰链12连接。铰链以其最简单形式可以被实现为连接螺杆，如图1所示。特别的，铰链12被实现为所谓的枢轴铰链。两个杆状件中的第一个11额外布置在平台15中的孔中，并且在该孔中被引导。尽管导轨18从平台15下侧开始延伸，两个杆状件中的第一个11的段部分从远离下的平台的上侧突出。布置在该段部分上的为停止件14。
[0036]布置在平台15内的为第二接头17。接头17允许导轨18相对于平台15倾斜。接头17可以例如被实现为球形接头。
[0037]两个杆状件的第二个10通过第二接头9的一端与导轨18连接，特别是与导轨18的一端连接。
[0038]图1和2示出传感器元件3在管道2中的安装和定向。图1示出具有将要被推动穿过孔16的导轨18的传感器元件3。当导轨18完全突出或者几乎完全进入管道2的时候，推进运动停止。在这个位置上，平台15抵靠管道2外部地设置。当然，密封件可以布置在管壁和平台15之间。推进动作在这种情况下沿垂直于管道轴线B的方向发生。为了固定，孔具有螺纹，其中传感器单元的反向螺纹，特别是平台15的反向螺纹与其啮合。
[0039]然而垂直定向的情况下，可以理解的是传感器单元仅仅很难能够根据行程时差原理执行流量测量。通常对于此需要的是定向信号路径，从而发射的超声波信号至少部分沿流动方向或者与流动方向相反地传播。
[0040]图2以更细节的方式展示该定向。因为超声变送器4和13与导轨固定连接，所以相对于平台15倾斜导轨就足够了，平台15与管道2的管壁刚性连接。该联接5在这种情况下用于定向。通过第一杆状件11向管道轴线B的平移运动，发生铰链12的弯曲。在这种情况下，第一杆状件11的运动由平台15中的孔引导。通过铰链12的弯曲，发生第一杆状件11的运动到第二杆状件10的转移。这依次导致铰链9的打开。其结果是，导轨3在管道2中变得倾斜，并由此定向。第一杆状件平移运动的范围确定导轨3的倾斜角度，以及由此两个超声变送器之间声音路径的倾斜角度。停止件14可拆卸地布置在第一杆状件11上，并且例如通过固定螺钉固定。其限制杆状件11的平移运动，由此确定声音路径的倾斜角度。
[0041]图3示出具有传感器单元3的超声流量测量设备I。除了测量单元，超声流量测量设备I由显示和评估单元8完善。线7将两个单元相互连接，并且使得可以交换数据，在给定的情况下，还可以为传感器单元提供能量。数据交换也可以以无线方式进行。传感器单元的能量供给可以独立于显示和评估单元8地发生。
[0042]显示和评估单元8还能够完全地控制超声变送器。
[0043]管道2，超声流量测量设备I的整体被理解为本发明背景下的测量装置。
[0044]图4为图1-3中传感器单元的细节视图。
[0045]平台围绕轴线C的旋转定向确定传感器单元3的倾斜面。当该平面包含管道轴线B时，那么图1-5中对应于导轨的纵轴线A的信号路径的轴线Al跟随管道轴线B。传感器单元的倾斜产生测量角度并且确定测量路径轴线，其延伸通过管道轴线B，或与其交叉。采用这种布置，产生层流剖面和湍流剖面之间的测量误差。
[0046]如果旋转平台，则确定或产生了与管道轴线为一定角度的倾斜面。通过该定向，传感器单元的倾斜产生测量角度，并且测量路径被与管道轴线偏置。当导轨18的轴线A为割线时，产生极其优化的定向，该割线平行于管道半径R延伸，并且基本上与其间隔半径的一半r/2的距离。该布置使得前面提到的层流和湍流剖面之间的测量误差被最小化。
[0047]在实施例中(没有示出)，超声变送器可拆卸地安装在导轨上，并且特别地沿着导轨的纵轴线A可移位。采用这种方式，超声变送器相对于彼此的间隔可以变化。例如这可以通过螺纹连接发生。
[0048]通过联接5的导轨3的定向仅为执行定向的一次机会。在实施例中(没有示出)，导轨18可以通过螺纹环与平台15连接。这种情况下，通过螺纹环可以实现定向，使得导轨倾斜角度可调整。为此，螺纹环可以例如具有蜗杆螺纹。
[0049]可替换地，借助于具有成角度的管口段的旋入式管口也可以获得定向。该管口段的倾斜角度给出了导轨的倾斜角度。
【主权项】
1.一种测量装置，包括具有管道轴线(B)的管道(2)和超声流量测量设备(I)， 其中所述超声流量测量设备(I)具有传感器单元(3)，其固定在所述管道(2)中的孔(16)中，所述孔(16)被基本上垂直于所述管道轴线(B)地引入管壁内， 其中所述传感器单元具有带纵轴线(A)的导轨(18)或杆， 其中所述导轨或所述杆承载限定信号路径的至少两个超声变送器(4和13)， 其中所述信号路径平行于所述导轨(18)或所述杆的纵轴线(A)延伸或者在所述导轨(18)或所述杆的纵轴线(A)上延伸，并且 其中所述信号路径从所述孔的中心点和管道轴线(B)之间的垂直连接线(C)倾斜。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述超声变送器(4和13)与所述导轨(18)或者所述杆固定连接，并且所述导轨(18)或所述杆相对于连接轴线(C)倾斜。3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于所述传感器单元(3)具有平台(15)，其与所述管道(2)牢固连接，其中所述平台(15)布置在的管道(2)的外侧，并且其中所述导轨(18)或所述杆从所述平台(15)延伸到所述管道的内部。4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于所述导轨(18)或所述杆通过接头(17)与所述平台(15)连接。5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于所述接头(17)为球形接头。6.根据任一前述权利要求所述的测量装置，其特征在于所述导轨(18)或所述杆通过联接(3)在所述管道(2)中可定向。7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于所述联接(3)由两个杆状件(10和11)和两个铰链(9和12)构成。8.根据任一前述权利要求所述的测量装置，其特征在于所述管道(2)具有带有成角度的段部分的管口，所述管口插入到所述孔(16)中并且所述成角度的段部分具有中心轴线，所述中心轴线平行于所述导轨(18)或所述杆的纵轴线(A)延伸或者在所述导轨(18)或所述杆的纵轴线(A)上延伸。9.根据任一前述权利要求所述的测量装置，其特征在于为所述管道(2)中的信号路径的成角度的布置提供螺纹环。10.根据任一前述权利要求所述的测量装置，其特征在于所述传感器单元(3)被实现为推进部分，其可插入到所述管道(2)内部直到所述平台(15)接触所述管道，并且其特别地可拆卸地固定在所述管道(2)上。11.根据任一前述权利要求所述的测量装置，其特征在于通过所述传感器单元(3)的倾斜，所述测量路径的轴线(Al)从所述管道轴线(B)倾斜。12.根据任一前述权利要求所述的测量装置，其特征在于所述导轨(18)或杆的轴线(A)形成管道截面的割线，其平行于管道半径R延伸并且基本上与其间隔半径的一半r/2的距离。13.—种超声流量测量设备，其中所述超声流量测量设备(I)具有传感器单元(3)， 其中所述传感器单元具有带纵轴线(A)的导轨(18)或杆， 其中所述导轨(18)或所述杆承载限定信号路径的至少两个超声变送器(4和13)， 其中信号路径平行于所述导轨(18)或杆的纵轴线(A)延伸或在所述导轨(18)或杆的纵轴线(A)上延伸，并且其中所述超声测量设备具有用于在测量管内定向超声变送器(4和13)的装置。14.根据权利要求10所述的超声流量测量设备，其中所述装置为联接(5)。
【文档编号】G01F1/66GK105899915SQ201480069573
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月14日
【发明人】皮埃尔·于贝尔施拉克, 帕特里克·乌杜瓦尔
【申请人】恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司