超声波流量计的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1或3的前序部分的超声波流量计。
【背景技术】
[0002]常常在过程和自动化技术中使用超声波流量计。它们允许以简单的方式确定管线中的体积流量和/或质量流量。
[0003]已知的超声波流量计常常根据运行时差原理工作。在时差原理中，相对于液体的流动方向来评估超声波(尤其是超声波脉冲，所谓的浪涌)的不同的运行时间。为此，超声波脉冲以与管轴线呈某一角度在流动方向上和与流动方向相反的方向上被传输。如果已知管线段的直径，则使用运行时间差可以确定流量并且因此可以确定体积流量。
[0004]借助于所谓的超声换能器产生或接收超声波。为了这个目的，将超声换能器牢固地附接到相关管线段的管壁。超声换能器也可用作为夹装超声波流量测量系统。在这些系统中，从测量管的外侧抵靠管壁挤压超声换能器。夹装超声波流量测量系统的大的优点在于，它们不接触测量介质并且安装在现有管线上。
[0005]超声换能器通常由机电换能器元件(例如，压电元件)和耦合层组成。在机电换能器元件中，超声波作为可听信号产生并且经由耦合层被引导至管壁，并且从管壁被引入液体中(在夹装系统的情况下)，或在内联系统的情况下，超声波经由耦合层被耦合到测量介质。另外，耦合层也很少被称为膜。
[0006]附加耦合层，所谓的适应层可以被布置在压电元件与耦合层之间。适应层承担超声波信号的传输并且同时减少由在两种材料之间的边界层处的不同的声阻抗引起的反射的功能。
[0007]在夹装系统以及内联系统(inline system)两者中，超声换能器被布置在测量管上的公共平面内，在测量管的相对的两侧中的任一侧上(在这种情况下，声信号沿着被投射到管截面上的割线横穿测量管一次)或在测量管的相同侧上(在这种情况下，声信号在测量管的相对侧处被反射，因而声信号沿着被投射到测量管上的割线横穿测量管两次)。旧4 103 551和US 4 610 167示出具有在被设置在测量管中的反射表面处的反射的超声波流量计。到如今如下多路径系统也变得已知:多路径系统包括多对超声换能器，超声换能器中的每一个形成信号路径，声信号沿着所述信号路径经过测量管。相应的信号路径和相关联的超声换能器处于相互平行的平面中，所述相互平行的平面也平行于测量管轴线。US 4024 760或US 7 706 986是这样的多路径系统的示例。多路径系统的优点在于，它们在几个点处测量测量管中的测量介质的流动轮廓，因此能够提供关于流量的高度精确的读数。这尤其通过如下事实实现:沿着不同信号路径的单独的运行时间被不同地加权。然而，多路径系统的缺点在于，由于多个超声换能器的安装以及在适当的情况下的复杂评估电子设备，它们的制造成本高。
[0008]存在用于对信号路径加权的各种论文。由T.Tresch、T.Staubli和P.Gruber在2006年7月30日至8月1日在美国奥勒冈州波特兰市召开的关于水力效率测量的改革的第六次国际会议的补充公布中发表的论文“Comparison of integrat1n methods formultipath acoustic discharge measurements (用于多路径声排放的积分方法的对比)”将用于对沿着不同的信号路径的运行时间加权以计算流量的当前方法进行比较。
[0009]EP 0 715 155 A1包括利用多次折射的测量布置，其中，信号路径的分段仅构成平行于测量管轴线的平面。在EP 0 715 155 A1中示出作为被附接到管内部的平坦模制品的反射表面，信号路径的第一分段在该反射表面上终止并且信号路径的第二分段连接在该反射表面上。虽然在理论上可以从测量管的端面引入反射表面然后将它们焊接在测量管的内壁上适当的位置，这样的生产对于具有小公称直径的较小的测量管而言很快地到达其极限，因为使用焊接设备会花巨大的代价且在小公称直径的情况下会损失在对反射模制品的定位方面的精度。因此，EP 0 715 155 A1的理论适用于具有大公称直径的测量管。
[0010]DE 10 2008 055 030 A1描述在超声波流量计中的通过液压成型模制的连接器。超声换能器被插入在该连接器中。信号沿着直信号路径传输，且在管壁处无信号反射。在这种情况下，流量计的测量管具有平坦形状，使得在该管的流动轮廓中可能经湍流产生更少的流动，不像圆截面。
[0011]DE 102 49 542 A1描述用于将来自超声换能器的超声波信号耦合到测量管的耦合表面，其中形成自测量管的耦合表面具有倾斜形状。测量管也具有模制件10，该模制件10提供反射表面。
[0012]EP 0 303 255 A1描述了超声波流量计的测量管，在该测量管中，反射表面与测量管一体化地形成。在宽范围内，这导致测量管的平均膨胀，这对于精确确定测量数据是不利的。
[0013]相反，DE 10 2012 013 916 A1以及本申请的图6和图7示出具有螺纹装配的反射表面的超声波流量计的测量管。首先，形成设置有螺纹的连接器，随后可以将反射器插入连接器中。原则上，这种产品形式已经针对所有测量管证明自身，无论它们的公称直径如何。然而，产品需要与指定的钻孔模式严格相符，并且每个连接器在插入反射器之前必须独立地被机加工。
[0014]替代已知变型是铸造管并且在测量管上焊接喷嘴并且随后旋紧或焊接在反射表面上。
【发明内容】
[0015]本发明的目的是提供在测量管中具有几个反射表面的超声波流量计，其中，能以缩短的生产时间来制造测量管。
[0016]该目的由独立权利要求1和独立权利要求3的主题来实现。
[0017]对应的超声波流量计具有带测量管壁的测量管，至少部分地具有旋转对称或多边形截面以及直测量管轴线的基本形状。测量管可以被划分为单独的测量管段或子区域，这些单独的测量管段或子区域被焊接在一起或相互无缝地连接，即，无任何焊接。后者是优选的，因为测量管段或子区域的无缝过渡的制作是特别符合成本效益且省时的。此外，能节省附加生产步骤和附加部件。基本形式可以仅以段形成，尤其是仅形成在一个测量管段或测量管的分段上，或在测量管的整个线路上延伸。在管结构的区域中具有旋转对称或多边形截面的已知基本形式为例如常常在气体管线中使用的圆筒形状或具有长方体夹套(jackets)的管。当然，本发明的主题也覆盖其它或不同寻常的管几何形状，例如具有棱柱形夹套的管。
[0018]超声波流量计也具有用于将声信号传输至第一信号路径的发送器和用于在第一信号路径处接收声信号的接收器。在本发明的背景下，应在考虑发送器和接收器可以由同一超声换能器提供的事实的情况下理解术语发送器和接收器。在这种情况下，相应的超声换能器具有用于传输模式的操作模式并且在该操作模式下充当发送器。它也具有用于接收模式的操作模式并且在该模式下充当接收器。在传输超声波信号之后，超声换能器可以从传输模式切换至接收模式，而超声波信号经过测量管中的信号路径。在其行程期间，超声波信号可以垂直于反射表面被引导并且沿着已经横穿的信号路径返回至超声换能器。如果超声波信号返回至超声换能器，则超声换能器位于该接收模式下，并且充当接收器。在该背景下，发送器和接收器在同一超声换能器中通过两个电路布置(一个电路用于传输模式，并且一个电路用于接收模式)实施。然而，本发明的主题更加频繁且主要考虑充当发送器和接收器的至少两个超声换能器(各自均可在传输模式与接收模式之间切换)的布置。借助于本身已知的时差方法来实现用于确定流量或体积流量的测量。
[0019]测量基于测量管中的超声波信号的多次反射。优选地，超声波信号在轴向方向上传播经过测量管，但是不显示到测量管轴线的平行线路。多次反射的目的是补偿尤其是由流动的旋转引起的测量缺陷。
[0020]测量管具有多个反射表面，声信号在所述多个反射表面上在第一信号路径上被反射若干次以便实施多次反射。虽然在测量管壁处实现单次反射的多个测量装置，所谓的双横梁布置，是已知的，但是在这种情况下，该应用把多次反射作为目标，其中超声波信号在测量管中沿着部分信号路径相继被反射。
[0021]反射表面被形成为测量管壁的一体化部分。在该背景下，一体化地形成意味着反射表面不作为独立部件焊接在测量管上或测量管中，而是由测量管壁提供。在反射表面区域，测量管壁由其在该区域中的基本形状形成。从DE 198 61 073 A1或从US 5 090 252获知一体化地形成的反射表面。然而，这些反射表面导致测量管截面的窄化或加宽，并且因此将流动轮廓改变到相当大的程度。上述公布文献中的反射表面在某些方向上也是对齐的。因此，可以仅实现某些信号路径；不是例如在DE 10 2012 013 916 A1中所示的信号路径。
[0022]相反，反射表面以这样的方式对齐以便反射声信号，即反射表面至少部分地突出到测量管的基本形状中并且多个反射表面至少从测量管的基本形状向外突出。通过反射表面的此相当大的可变的对准，复杂的信号路径图案也是可能的，不会因测量管收缩导致更大的流动扰动。
[0023]本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
[0024]如果测量管包括至少一个连接器和/或至少一个平面功能表面，则对于布置而言是特别有利的，并且如果必要，则对于确定测量管上或测量管中的发送器和/或接收器是特别有利的，其中，(一个或多个)连接器和/或(一个或多个)平面功能表面形成测量管壁的一体化部分。因此，测量管不具有任何焊接或螺栓连接的部件而是具有一体地形成的元件，诸如反射表面和连接器和/或功能表面。功能表面例如在夹装流量计中对于实现传感器或接收器与测量管之间的最大无空气过渡是有利的。在此处可以有利地省略附加制造步骤，因为反射表面和连接器和/或功能表面可以通过同一成型工艺来实现。
[0025]另一