专利名称:确定和/或监控穿过测量管的测量介质的流量的测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于确定和/或监控穿过测量管的测量介质的流量的方法以及一种相应的测量系统，该测量管具有第一超声波传感器和至少一个第二超声波传感器并且具有至少一个调节/评估单元，所述第一超声波传感器具有至少一个电子机械式的超声波换能器元件并且安置在测量管的第一区域中，并且所述第二超声波传感器具有至少两个电子机械式的超声波换能器元件并且以如下方式安置在测量管的第二区域中，即，使由第一超声波传感器穿过测量介质发送的超声波信号由第二超声波传感器接收，并且由第二超声波传感器穿过测量介质发送的超声波信号由第一超声波传感器接收，所述调节/评估单元根据超声波测量信号或者根据从超声波测量信号中推导出的测量数据借助于渡越时差法 (Laufzeitdifferenzverfahren)求得在测量管中流动的测量介质的体积流和/或质量流。
背景技术：
超声波流量测量仪器以多种多样的方式用在工艺技术和自动化技术中。它们能够以简单的方式确定管道中的体积流量和/或质量流量。
公知的超声波流量测量仪器经常根据多普勒原理或者根据渡越时差原理进行工作。
在渡越时差原理的情况下，评估超声波脉冲相对于液体的流动方向的不同的渡越时间。
为此，既以顺流的方式又以逆流的方式相对于管轴线以确定的角度发送超声波脉冲。从渡越时差中可以确定流动速度并且可以由此在管道段的直径已知的情况下确定体积流量。
在多普勒原理下，将超声波以确定的频率耦合到液体中，并且评估从液体反射出来的超声波。同样，可以从进入和反射的波之间的频移来确定液体的流动速度。
然而，液体中的反射只在该液体中存在小气泡或者脏物时才会发生，从而该原理主要应用在脏的液体中。
借助于所谓的超声波换能器来产生或者接收超声波。为此，将超声波换能器固定地安置在相关管道区段的管壁上。近来还有夹式超声波流量测量系统(Clamp-On-Ultrasch alI-Durchflussmesssystem)可供使用。在该系统中还只用夹紧扣将所述超声波换能器压到管壁上。这种系统例如由EP 686 255BUUS-A 44 84 478或者US-A 45 98 593公知。
由US-A 50 52 230公知另一超声波流量测量仪器，该超声波流量测量仪器根据渡越时差原理工作。在这里，借助于短的超声波脉冲来求得渡越时间。
夹式超声波流量测量系统的大的优点是，它不接触测量介质并且安置在已经存在的管道上。缺点是，在安装这种夹式系统时，为了使各个超声波换能器相互对齐需要很大开支，这取决于许多参数，例如管壁厚度、管直径、测量介质中的声速。
超声波换能器通常由电子机械式的换能器以及耦合层组成，该换能器在工业的过程测量技术中大多数情况下是压电陶瓷，该耦合层也称为耦合楔或者罕见的前导体 (Vorlaufkorper)。在此，该耦合层大多数情况下由合成材料制成。在电子机械式的换能器元件中产生超声波并且经由耦合层导向管壁并且从那里导入液体中。因为液体和合成材料中的声速是不同的，所以超声波在从一种介质过渡到另一种介质中时发生折射。根据斯涅尔定律以一次近似法来确定折射角。因此，该折射角取决于介质中的传播速度之比。
在压电元件与耦合层之间可以布置另一耦合层，即所谓的适应层。在此，该适应层承担传输超声波信号的功能并且同时减少在两种材料之间的边界层上由不同的声学阻抗引起的反射。
在大量来源中，例如在DE 10 2006 029 199B3中，通过使用穿过测量管中测量介
质流的超声波信号来确定测量管中测量介质的流速。
在WO 2007/039394A2中公开了一种超声波流量测量仪器，该超声波流量测量仪器在测量管的第一区域内具有至少一个超声波换能器并且在第二区域内具有至少两个超声波换能器。基于第二区域中的换能器相对于第一区域中的换能器的不同的间距，得出超声波信号的渡越时差。该渡越时差用于计算流量。缺点是，测量管的第一区域中的超声波换能器必须产生具有很大的信号强度和很宽的信号张角的耗能的信号，由此，所述信号到达测量管的第二区域中的另外两个超声波换能器。
DE 102 21 771A1示出了一种用于超声波流量测量仪器的超声波传感器，该超声波传感器具有多个压电元件，所述压电元件整合成所谓的压电阵列，能够时间上错开地触发所述压电元件。由此可行的是，利用扁平地安置在测量管壁上的超声波传感器实现射入测量介质中的超声波信号以波前沿相对于测量管轴线的不同的角度。然而，时间上错开地触发在计算上开支非常大。角度的改变也仅在受限制的区域内有意义。如果超声波信号非常平地射入，那么可以激励纵向波，并且减少了穿过管壁的传输，并且声波的主要分量被反射。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种方法和一种相应的流量测量系统，其传感器可以安置在管道上并且不需要开支大地相互对齐。
所述任务通过一种用于确定和/或监控穿过测量管的测量介质的流量的方法得到解决，该测量管具有第一超声波传感器和至少一个第二超声波传感器并且具有至少一个调节/评估单元，所述第一超声波传感器具有至少一个电子机械式的超声波换能器元件并且安置在测量管的第一区域中，并且所述第二超声波传感器具有至少两个电子机械式的超声波换能器元件并且以如下方式安置在测量管的第二区域中，即，使由第一超声波传感器穿过测量介质发送的超声波信号由第二超声波传感器接收，并且由第二超声波传感器穿过测量介质发送的超声波信号由第一超声波传感器接收，所述调节/评估单元根据超声波测量信号或者根据从超声波测量信号中推导出的测量数据借助于渡越时差法求得在测量管中流动的测量介质的体积流和/或质量流，其中，在诊断阶段期间，将超声波信号由第一超声波传感器穿过测量介质发送给第二超声波传感器，并且针对第二超声波传感器的每个电子机械式的超声波换能器元件从所接收的超声波信号中求得和/或推导出至少一个过程量，并且基于所接收的超声波信号的过程量来选择第二超声波传感器的在后续的测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件。因此，在诊断阶段与测量阶段之间是不同的。 在诊断阶段中确定超声波换能器元件，这些超声波换能器元件在测量阶段期间为了测量而发送和/或接收超声波信号。
通常，所述超声波传感器具有耦合元件，该耦合元件引起安置在其上的超声波换能器元件与测量管中测量介质的主要流动方向之间的角度，该流动方向大多数情况下几乎轴向于测量管的中轴线地分布。因此，传感器之间的超声波信号获得沿着和/或逆着测量管中测量介质的主要流动方向的方向分量。在某些确定形式的受条件限制的流动中，可以垂直于管壁或者管轴线射入超声波信号，但仍可以借助于渡越时差法来确定流量。
所述传感器装配或者安装在测量管的不同的区域内。在夹式系统中，所述传感器从外部安置在测量管外壁的对置的侧上或者所述传感器处于测量管的相同的侧上，并且信号在测量管壁的对置于传感器的侧上反射，优选利用在测量管的内侧上的反射器来反射。 在串联系统anline-System)中，所述传感器大多数情况下在固定的位置上固定地处于测量管壁中或者与测量管壁连接。
在诊断阶段期间求得的过程量尤其是所接收的超声波信号的信号强度、其振幅、 其相位、包络线或者传递函数。可推导出的量例如是超声波信号的强度和渡越时间。
所述电子机械式的超声波换能器元件优选是压电的元件。然而，电致伸缩和/或磁致伸缩的元件也能够产生和/或接收合适的超声波信号。
具有至少一个电子机械式的超声波换能器元件的第一超声波传感器安置在测量管的第一区域中。相对于该第一超声波传感器，第二超声波传感器安置在测量管的第二区域中。在夹式系统中，这两个传感器均固定在测量管壁的外部上。所述传感器粗略地相互对齐，也就是说，其间距根据确定的规定，例如以测量管的直径大小的间距，粗略地或者以粗略的步骤进行调设。用于这种布置的开支相对于现有技术来说非常小。
另外，现在通过改变测量介质参数，例如测量介质本身或者其温度，来改变超声波信号的折射角。这在现有技术中会要求所述传感器相互间重新对齐。作为替代方案，用于确定流量的信号强度会较小并且/或者测量结果具有较大的误差。
然而，在这里，为了测量而确定所述传感器的超声波换能器元件的最佳组合。即使可以为了测量而使用非最佳的组合，但是该测量具有较大的不可靠性。
在诊断阶段期间，正好一个超声波换能器元件例如交替地发出超声波信号。针对所接收的超声波换能器元件单个地确定从所接收的超声波信号中求得和/或推导出的参数。这能够仅沿一个方向，也就是从第一超声波传感器到第二超声波传感器地实现。作为替代方案，超声波信号能够沿着两个方向逆流和顺流地流入诊断中，这是因为能够对具有沿着测量管中测量介质的主要流动方向的方向分量的信号与具有逆着测量管中测量介质的主要流动方向的方向分量的超声波信号之间的相移进行评估。
于是，诊断阶段在于，求得和/或推导出超声波换能器元件沿两个方向的所有可能的组合的过程量。因此，在该阶段结束时存在在诊断阶段期间带有对所有组合的测量结果进行说明的数据记录。现在，借助于所希望的过程量来选择最好的组合并且将过程量作为参考值加以存储。现在，始终提供该过程量用于与当前的测量进行比较。
只有在确定了为了测量而起作用的传感器之后才开始真正的测量。诊断阶段可以在每次测量的前后，但也可以在测量阶段期间选择在后续的测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件。例如可以借助于其它发送频率和/或其它脉冲序列来进行该选择，而不会干扰测量工作。因为利用对各个超声波组(UltraschalΙ-Paket)的评估来实现流量测量，所以要么可以将所述测量直接与所存储的参考量进行比较，要么在流量测量的两个组之间进行一次或者多次用于诊断的测量。
通过这种布置，能够额外地、简单地确定测量介质中的声速。因此，在测量介质已知的情况下，能够推测出该测量介质的温度，或者因此在温度已知的情况下能够探测出测量介质的改变。
此外，其它用于加速诊断的策略在于，不测量超声波换能器元件的所有组合。在两个具有非常多的换能器元件的超声波传感器中提供的是，选择垂直于管轴线相互间具有最小间距的组合、垂直于管轴线相互间具有最大间距的组合以及相对来说中间的组合。然后将所述间距向更有利的过程量方面迭代式地二等分。
所述诊断不仅能够在流动的测量介质中进行，而且也能够在所谓的零流量中也就是在测量管中测量介质静止时进行。有利的是，在所述测量介质在测量管中流动时进行诊断，因为在这种情况下能够更好地区分干扰信号与有用信号，该干扰信号例如由所谓的管波引起，也就是测量管自身中或者测量管壁中的超声波信号，所述有用信号也就是用于诊断的超声波信号。
按本发明的方法的有利的改进方案设置在诊断阶段期间，根据所接收的超声波信号的最大的信号强度来选择第二超声波传感器的在后续的测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件。
选择具有所接收的最大的信号强度的一个超声波换能器元件或多个超声波换能器元件。一种变型方案在于，选择如下超声波换能器元件，该超声波换能器元件接收最大的信号强度。然而，因为许多超声波换能器元件可以联接起来用于发送并且/或者用于接收超声波信号，所以非常有利的是，联合多个超声波换能器元件，尤其是所选择的超声波换能器元件和其直接邻座(Nachbar)和/或其它进而并排的超声波换能器元件。
特别有利的是，所述超声波传感器在耦合元件与超声波换能器元件之间分别具有适应层，所述适应层(如过滤器)以如下方式来设计，即，使沿超声波测量信号的入射方向或者出射方向定向的超声波测量信号分量几乎无干扰地经过所述适应层，而横向于入射方向和/或出射方向定向的超声波测量信号分量在很大程度上被适应层削弱。
按本发明的解决方案的非常有利的改进方案可以是，所述第一超声波传感器具有至少两个电子机械式的超声波换能器元件，并且在诊断阶段期间选择第一超声波传感器的在后续的测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件。
例如基于第一传感器的由第二超声波传感器接收的超声波信号的信号强度和/ 或由第二超声波传感器发出的、由第一超声波传感器接收的超声波信号的信号强度来进行选择。
根据本发明的有利的设计方案，在诊断阶段期间，根据所接收的超声波信号的发送与接收之间的相移来选择第二超声波传感器的在后续的测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件。
根据本发明的另一有利的设计方案，在诊断阶段期间，根据由第二超声波传感器所接收的超声波信号与由第一超声波传感器所接收的超声波信号之间的最佳相移来选择第二超声波传感器的在后续的测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件。在此，由第一超声波传感器发送的并且由第二超声波传感器接收的超声波信号具有至少一个沿着或者逆着测量管中测量介质的主要流动方向的方向分量，并且由第二超声波传感器发送的并且由第一超声波传感器接收的超声波信号与之相反。在此，利用的是，通过测量介质的流动导致沿着和逆着流动方向在两个超声波信号的确定的时间段上产生相移。
根据本发明的另一有利的设计方案，在诊断阶段期间，根据所接收的超声波信号的最佳传递函数来选择所述第二超声波传感器的在后续的测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件。
根据按本发明的解决方案的另一有利的改进方案，同时激活第一超声波传感器的多个电子机械式的超声波换能器元件，并且/或者同时激活第二超声波传感器的多个电子机械式的超声波换能器元件。这在超声波换能器元件直接并排时特别有利。
根据按本发明的方法的另一有利的实施方式，各起作用的电子机械式的超声波换能器元件由至少一个多路复用器来切换，其中，多路复用器由调节/评估单元来控制，并且其中，所述第一超声波传感器的电子机械式的超声波换能器元件以及第二超声波传感器的电子机械式的超声波换能器元件与调节/评估单元连接。除了公知的用于选择唯一的信号的选择组合逻辑电路之外，多路复用器在此也是由多个可相互独立地进行控制的单个开关组成的开关单元。
按本发明的方法的有利的实施方式在于，存储在诊断阶段期间获取的过程量，并且在测量阶段期间将所存储的过程量与当前获取的过程量进行比较，其中，在超过所存储的过程量与当前获取的过程量之间的确定的偏差时，重新进行诊断阶段。能够与一个和/ 或多个所获取的过程量进行比较。例如能够借助于发送器与接收器之间的相移分别沿着和逆着流量方向来计算流量，而借助于信号强度来确定超声波换能器元件的最佳组合。如上所述，但也可以利用相移来求得超声波换能器元件的组合。
此外，基于本发明的任务通过一种用于确定和/或监控穿过测量管的测量介质的流量的测量系统得到解决，该测量管具有第一超声波传感器和至少一个第二超声波传感器并且具有至少一个调节/评估单元，所述第一超声波传感器具有至少一个电子机械式的超声波换能器元件并且能够安置在测量管的第一区域中，并且所述第二超声波传感器具有至少两个电子机械式的超声波换能器元件并且能够以如下方式安置在测量管的第二区域中， 即，使能由第一超声波传感器穿过测量介质发送的超声波信号能够由第二超声波传感器接收，并且能由第二超声波传感器穿过测量介质发送的超声波信号能够由第一超声波传感器接收，所述调节/评估单元根据超声波测量信号或者根据从超声波测量信号中推导出的测量数据借助于渡越时差法求得在测量管中流动的测量介质的体积流和/或质量流，其中，在诊断阶段期间，能够将超声波信号由第一超声波传感器穿过测量介质发送给第二超声波传感器，并且针对第二超声波传感器的每个电子机械式的超声波换能器元件从能接收的超声波信号中能够求得和/或能够推导出至少一个过程量，并且能够基于能接收的超声波信号的过程量来选择第二超声波传感器的在后续的测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件。
在此，所述超声波换能器元件由调节/评估单元来触发。在超声波传感器上的多个超声波换能器元件中，例如经由至少一个多路复用器来导通信号。所述多路复用器于是同样由调节/评估单元来控制。
根据按本发明的测量系统的有利的改进方案，所述第一超声波传感器具有至少两个电子机械式的超声波换能器元件，并且能够在诊断阶段期间选择第一超声波传感器的在后续的测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件。
按本发明的测量系统的非常有利的改进方案可以是，可以正好由一个调节/评估单元来评估电子机械式的超声波换能器元件的测量信号或者可从测量信号中推导出的测量数据，其中，可以借助于至少一个多路复用器由调节/评估单元来控制所述起作用的电子机械式的超声波换能器元件。
可以由至少一个多路复用器来控制起作用的超声波换能器元件的切换。接收和处理超声波换能器元件的信号的调节/评估单元控制着多路复用器。根据所描述的方法来获得起作用的超声波换能器元件的组合。各个超声波换能器元件先后发出预先给出的信号。评估所获取的过程参数，并且所述调节/评估单元基于所确定的标准来决定在测量阶段中激活超声波换能器元件的哪个组合。除了公知的用于选择唯一的信号的选择组合逻辑电路之外，多路复用器在此也是由多个可相互独立地进行控制的单个开关组成的开关单兀。
根据本发明的有利的设计方案，所述第一超声波传感器和第二超声波传感器能够经由可松开的连接部相互连接。
根据本发明的另一有利的设计方案，所述第一超声波传感器和第二超声波传感器具有共同的壳体。由此，仅仅使壳体平行于管轴线并且垂直地在管中心上方对齐。在此，所述壳体可以相应于限定的壳体保护类型，例如是防尘的、不透气的和/或防水的。此外，所述壳体可以不具有处于外部的可运动的部件。
根据本发明的另一有利的设计方案，所述第二耦合元件是第一耦合元件的集成的组件。因此，两个超声波传感器拥有唯一的、整体的耦合元件。
按本发明的测量系统的有利的改进方案提出，所述第一超声波传感器的电子机械式的超声波换能器元件各具有一个用于发送和/或接收超声波信号的第一表面，所述第一表面具有第一面积，并且所述第二超声波传感器的电子机械式的超声波换能器元件各具有一个用于发送和/或接收超声波信号的第二表面，该第二表面具有第二面积，其中，第一面积不等于第二面积。因此，例如第二超声波传感器的多个电子机械式的超声波换能器元件以合并的方式形成第一超声波传感器的电子机械式的超声波换能器元件的表面。所述第一超声波传感器的电子机械式的超声波换能器元件的表面的大小和第二超声波传感器的电子机械式的超声波换能器元件的表面的大小相互之间的比例不等于一。优选的比例例如为九到十或者十九到二十等。
按本发明的测量系统的另一有利的改进方案设置所述第一超声波传感器的电子机械式的超声波换能器元件具有近似恒定的第一间距，并且第二超声波传感器的电子机械式的超声波换能器元件具有近似恒定的第二间距，其中，第一间距不等于第二间距。
在此，所述间距通常涉及超声波换能器元件的表面中点。在上下文中，地理学上的中点或者还有表面的重心被称为表面中点。重要的是，很少计算像这样的表面中点，更合适的是，针对超声波换能器元件以同样的方式计算表面中点。在此，所述第一超声波传感器的电子机械式的超声波换能器元件的第一间距和第二超声波传感器的电子机械式的超声波换能器元件的第二间距相互之间的比例不等于一。优选的比例例如为九到十或者十九到
一 +绝 ~·Τ 寸。[0054]以前面所述的比例来实现根据游标为样板的划分。通过起作用的超声波换能器元件的许多组合可能性可以实现这些超声波换能器元件之间的多种多样的间距。因此，也可以不对过程参数的变化进行补偿，所述变化在现有技术中会导致信号品质损失或者需要相互间重新校准所述传感器。
在本发明的非常有利的改进方案中，可以同时激活多个电子机械式的超声波换能器元件。
于是，可以同时激活多个，尤其是并排的，电子机械式的超声波换能器元件，也就是说它们已经准备好进行发送和/或接收了。
根据按本发明的测量系统的有利的改进方案提出所述第一超声波传感器具有耦合元件，所述耦合元件以如下方式来设计，即，使由电子机械式的超声波换能器元件发送的超声波信号具有沿着或者逆着测量管中测量介质的主要流动方向的方向分量，并且/或者所述第二超声波传感器具有耦合元件，所述耦合元件以如下方式来设计，即，使由电子机械式的超声波换能器元件发送的超声波信号具有沿着或者逆着测量管中测量介质的主要流动方向的方向分量。
本发明的有利的设计方案设置可以从外部，也就是由外部的单元，来选择所述第一超声波传感器的和/或第二超声波传感器的在测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件，例如可以经由相应的接口由用户本身或者由外部的现场设备，经由模拟的频率输入端或者电流输入端，电子机械式地通过开关或者数字地通过信号来进行调节。
根据附图对本发明进行详细阐述。
图1示出具有按本发明的测量系统的测量管的纵剖面，
图2示出按本发明的分配器线路，
图3示出按本发明的测量系统的两个超声波传感器的纵剖面，
图4示出按本发明的方法的流程图，
图5示出另一种按本发明的分配器线路。
具体实施方式
在图1中示出具有两个超声波传感器2、3的按本发明的测量系统1，这两个超声波传感器安置在测量管4上。两个超声波传感器2、3拥有多个超声波换能器元件6. 1-6. 6、 7. 1-7.6。也就是涉及所谓的换能器阵列，不要与单个传感器中的阵列混淆。利用可单个地驱动的超声波换能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6的唯一的组合能够进行流量测量。通过大量的组合可能性使传感器2、3的选择和定位变得简单。
所述超声波传感器2、3安置在测量管4的相同的外侧上。这些超声波传感器的超声波换能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6以一定角度对置，以致于从其发射出去的超声波信号10 穿过测量介质5导向相应其它的超声波传感器2、3。在此，沿着测量管4中的测量介质5 的主要流动方向示出超声波信号10的方向分量。因此可以在相互发射和接收时测量渡越时差，通过该渡越时差，能够确定测量管4中的测量介质5的流动速度并且由此能够确定流量。[0067]在此，所述超声波换能器元件6. 1-6. 6相互间具有间距11。而所述超声波换能器元件7. 1-7. 6相互间具有间距12。在此，所述间距11、12被认为是近似恒定的，但是不相等。在该实施例中，所述间距11为IOmm而所述间距12为9mm。
在测量系统1的诊断阶段之前构建所述测量系统1。首先，将夹钳式超声波传感器(Clam-On-Ultraschallsens0r)2、3扣在测量管4的外侧上。随后接通并且运行测量系统1。
在诊断阶段期间，逐一触发或者激活所述超声波换能器元件6. 1-6. 6并且激励所述超声波换能器元件用于发送预先给定的超声波信号。在此，为每个超声波换能器元件 7. 1-7. 6例如单个地测量所接收到的超声波信号的信号强度。这不仅可以在时间上依次地进行，也就是说通过相继地进行对所有可能的组合的测量，而且可以同时进行。可以这么说，即，所有超声波换能器元件7. 1-7. 6进行接收，而确定的超声波换能器元件6. 1-6. 6进行发送。然而，利用按本发明的测量系统1的所示出的实施方案只能相继地进行测量。
随后能够沿着另外的方向重复相同的过程，也就是说超声波换能器元件7. 1-7.6 进行发送而超声波换能器元件6. 1-6. 6进行接收。为了测量选择例如确保最大信号强度的最佳的对。存储所测量的过程参数。在测量阶段期间，仅仅激活所选择的超声波换能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6，以便确定流量。同时，例如还能够利用与测量频率明显不同的频率来激励另外的超声波换能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6。由此，能够在测量阶段期间进一步寻找测量条件的变化，这些测量条件的变化会要求改变最佳的超声波换能器元件对。测量条件的这种变化例如可以通过以下方式来识别，即，所存储的过程参数与以一定的方式和方法所测量的过程参数不同，例如低于或者超过阈值，或者通过以下方式来识别，即，另一对超声波换能器元件6. 1-6.6,7. 1-7. 6提供了过程参数，例如更高的信号强度。但是也可以在时间上与测量阶段分开地进行诊断。
关于运行的测量阶段和/或诊断阶段和/或其结果或者发现的信息也可以例如在显示器上显示出来或者能够发出警报信号，如果测量条件改变的话。
在此，如图2所示，所述超声波传感器2、3与多路复用器9. 1-9. 4相连接，所述多路复用器分别将两个对置的超声波换能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6切换成起作用。由调节/ 评估单元8来控制所述多路复用器9. 1-9. 4。
在图2中仅仅示意性地标出所述超声波换能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6。相应地分别只激活一个组合，也就是说一对超声波换能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6，也就是说仅一个超声波换能器元件6. 1-6. 6进行发送并且仅一个超声波换能器元件7. 1-7. 6进行接收并且/ 或者反过来。优点在于有待处理的数据量很小。所述调节/评估单元8必须一直只处理一个信号。所述调节/评估单元8同样承担对多路复用器9. 1-9. 4的控制。然而，通过多路复用器9. 1-9. 4对各个超声波换能器元件6. 1-6. 6,7. 1-7. 6的触发非常快速。由此，该系统1非常不容易出错、成本低但却高精度并且快速。
为了同时激活多个超声波换能器元件6. 1-6.6,7. 1_7. 6，必须通过大量可单个地控制的开关来代替所示的多路复用器9. 3,9. 4中的至少一个多路复用器，如图5中所示的那样。在这里，通常将由多个可相互独立地进行控制的单个开关组成的开关单元理解为多路复用器。该线路额外地拥有接口 17。该接口用于与控制单元进行通讯，例如用于连接到总线上，或者涉及人机接口。[0075]图3公开的是按本发明的测量系统1，该测量系统具有两个对置的、固定在测量管4的同一侧上的超声波传感器2、3。在这里，耦合元件13、14在超声波换能器元件6、 7. 7-7. 12与测量管4之间还具有角度，从而在这里为了清晰起见没有示出的超声波信号具有沿着测量管4中的测量介质的主要流动方向的方向分量。
在诊断阶段期间，超声波换能器2将超声波信号发送给超声波换能器3并且反过来进行。这里由于简单起见应该只考虑第一种情况。将由超声波换能器元件7. 7-7. 21接收的信号强度和/或其它过程参数相互进行比较，并且为了测量而选择最适合于测量的过程参数所在的超声波换能器元件7. 7-7. 21，并且由此确定用于测量的信号路径。但是，也可以设想联接多个并排的元件7. 7-7. 21。
在所示出的测量系统中，所述超声波换能器2、3拥有不同大小的超声波换能器元件6、7. 7-7. 21。近似正方形的超声波换能器元件6测得例如为8 X 8mm，而超声波换能器元件7. 7-7. 21的大小分别为2X8mm。为了获得与在超声波换能器元件6中一样的表面，将四个并排的超声波换能器元件7. 7-7. 21 一起切换成起作用。这通常借助具有最合适的过程参数的超声波换能器元件7. 7-7. 21的直接邻座来实现。所述联接能够适用于发送和/接收，也可以相互分开地进行。联接的超声波换能器元件7. 7-7. 21能够进行发送，方法是同时触发这些联接的超声波换能器元件。这又通过相应地设计的、在这里没有示出的多路复用器9来实现。
图4示出所描述的方法的流程图。在开始诊断阶段之前，对超声波传感器2、3进行安装以及粗略的定位。类似于图1，所述第一超声波传感器2的换能器元件用6. i表示， 而第二超声波传感器的换能器元件用7. j表示。为了简单起见，这些换能器元件仅仅用i 和j表示。测量类似于图1(6. i，7. j)的组合(i，j)，也就是说求得和/或推导出过程参数 Pijo随后，存储该过程参数Pijt5这用于i = 1到i = Ifflax并且j = 1到j = Jfflax的所有组合。比较所有组合的过程参数Pij来提供超声波换能器元件的最合适的组合。利用该最合适的组合实施测量。
当然也可以设想如下其它不同于这里所示的流程，其中将当前测量到的过程量与保存在存储器中的、至今为止最合适的过程量进行比较。
于是，能够间或地，例如以控制时间的方式和/或以控制使用者的方式和/或以控制过程的方式，由诊断阶段再次中断所述测量。作为替代方案，所述诊断能够在测量阶段期间进行并且/或者通过评估测量信号本身来进行。
附图标记列表
1流量测量系统
2第一超声波传感器
3第二超声波传感器
4测量管
5测量介质
6电子机械式的超声波换能器元件
7电子机械式的超声波换能器元件
8调节/评估单元
9多路复用器[0091]10超声波信号路径
11电子机械式的超声波换能器元件的间距
12电子机械式的超声波换能器元件的间距
13耦合元件
14耦合元件
15第一表面
16 第二表面
17 外部的接口。
权利要求
1.用于确定和/或监控穿过测量管的测量介质(5)的流量的测量系统(1)，其特征在于，所述测量系统具有第一超声波传感器(2)和至少一个第二超声波传感器(3)并且具有至少一个调节/评估单元(8)，所述第一超声波传感器( 具有至少一个电子机械式的超声波换能器元件(6)并且能够安置在所述测量管的第一区域中，并且所述第二超声波传感器(3)具有至少两个电子机械式的超声波换能器元件(7)并且能够以如下方式安置在所述测量管(4)的第二区域中，即，使能由所述第一超声波传感器( 穿过所述测量介质 (5)发送的超声波信号(10)能够由所述第二超声波传感器(3)接收，并且能由所述第二超声波传感器C3)穿过所述测量介质( 发送的超声波信号(10)能够由所述第一超声波传感器( 接收，且在诊断阶段期间，使超声波信号(10)能够由所述第一超声波传感器(2) 穿过所述测量介质( 发送给所述第二超声波传感器(3)，所述至少一个调节/评估单元根据超声波测量信号或者根据从所述超声波测量信号中推导出的测量数据借助于渡越时差法求得在所述测量管(4)中流动的所述测量介质( 的体积流和/或质量流，其中，所述调节/评估单元在诊断阶段期间，能够从能接收的超声波信号(10)中为所述第二超声波传感器(3)的每个电子机械式的超声波换能器元件(7)求得和/或推导出至少一个过程量， 并且能够基于所述能接收的超声波信号(10)的所述过程量来选择所述第二超声波传感器 (3)的在后续的测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件(7)。
2.按权利要求
1所述的测量系统(1)，其特征在于，所述第一超声波传感器( 具有至少两个电子机械式的超声波换能器元件(6)，并且能够在所述诊断阶段期间选择所述第一超声波传感器O)的在后续的测量阶段中起作用的电子机械式的超声波换能器元件(6)。
3.按权利要求
1或2所述的测量系统(1)，其特征在于，所述电子机械式的超声波换能器元件(6、7)的测量信号或者能从所述测量信号中推导出的测量数据能够由正好一个调节/评估单元(8)来评估，其中，所述起作用的电子机械式的超声波换能器元件(6、7)能够借助于至少一个多路复用器(9)由所述调节/评估单元 ⑶来控制。
4.按权利要求
1或2所述的测量系统(1)，其特征在于，所述第一超声波传感器( 的电子机械式的超声波换能器元件(6)各具有一个用于发送和/或接收超声波信号的第一表面(15)，所述第一表面(1 具有第一面积，并且所述第二超声波传感器C3)的电子机械式的超声波换能器元件(7)各具有一个用于发送和/或接收超声波信号的第二表面(16)，所述第二表面(16)具有第二面积，其中，所述第一面积不等于所述第二面积。
5.按权利要求
2所述的测量系统(1)，其特征在于，所述第一超声波传感器( 的电子机械式的超声波换能器元件(6)具有近似恒定的第一间距(11)，并且所述第二超声波传感器(3)的电子机械式的超声波换能器元件(7)具有近似恒定的第二间距(12)，其中，所述第一间距(11)不等于所述第二间距(12)。
6.按权利要求
1或2所述的测量系统(1)， 其特征在于，多个电子机械式的超声波换能器元件(6、7)能够同时激活。
7.按权利要求
1或2所述的测量系统(1)， 其特征在于，所述第一超声波传感器(2)具有耦合元件(13)，该耦合元件以如下方式来设计，S卩，使由所述电子机械式的超声波换能器元件(6)发送的超声波信号(10)具有沿着或者逆着所述测量管中所述测量介质(5)的主要流动方向的方向分量，并且/或者所述第二超声波传感器C3)具有耦合元件(14)，该耦合元件以如下方式来设计，S卩，使由所述电子机械式的超声波换能器元件(7)发送的超声波信号(10)具有沿着或者逆着所述测量管中所述测量介质(5)的主要流动方向的方向分量。
专利摘要
用于确定和/或监控穿过测量管的测量介质的流量的测量系统，具有第一超声波传感器和至少一个第二超声波传感器。能由第一超声波传感器穿过测量介质发送的超声波信号能由第二超声波传感器接收，且能由第二超声波传感器穿过测量介质发送的超声波信号能由第一超声波传感器接收。至少一个调节/评估单元借助渡越时差法求得测量管中测量介质的体积流和/或质量流。在诊断阶段期间，超声波信号由第一超声波传感器穿过测量介质发送给第二超声波传感器，并为第二超声波传感器的每个电子机械式超声波换能器元件从接收的超声波信号中求得至少一个过程量，并且基于所述过程量来选择第二超声波传感器在后续的测量阶段中起作用的电子机械式超声波换能器元件。
文档编号G01F1/66GKCN202092690 U发布类型授权 专利申请号CN 200990100346
公开日2011年12月28日 申请日期2009年6月2日
发明者安德里亚斯·贝格尔, 罗尔夫·桑德坎普, 詹森 芬恩·布洛赫, 阿希姆·维斯特 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan