CN110199179B - 用于检测通流参量的超声波流量计和方法 - Google Patents

用于检测通流参量的超声波流量计和方法 Download PDF

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Abstract

用于检测与流体的流量有关的通流参量的超声波流量计，包括：控制机构；测量管，所述测量管通过多个侧壁形成，彼此相邻的侧壁相互成角度，并且所述测量管能被流体沿所述测量管的纵向方向穿流；以及第一和第二超声波换能器，其沿纵向方向相互间隔开距离地设置在测量管上，所述第一和/或第二超声波换能器能通过控制机构驱控，以便激励在测量管的侧壁中引导的声波，其能经由流体引导至相应另一个超声波换能器并且在那里能通过控制机构检测以用于确定信号运行时间，能通过所述第一和/或第二超声波换能器激励的被引导的波的传播方向与测量管的纵向方向成角度；和/或通过所述第一和/或第二超声波换能器，能在预定的角度范围上发射所述被引导的波。

Description

用于检测通流参量的超声波流量计和方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测与流体的流量有关的通流参量的超声波流量计。
背景技术
通过测量管测量流量的一种可能性是超声波流量计。其中应用至少一个超声波换能器，以便将超声波耦合到穿流测量管的流体中，其中，该超声波在直线路径上或在壁或特殊的反射元件上多次反射之后引导到第二超声波换能器。由在各超声波换能器之间的超声波的运行时间或在发送器与接收器交换的情况下的运行时间差可以通过测量管确定通流流速。
基于所述测量原理，测量的运行时间与流体在超声波的传播路径的范围内的流动速度有关。由此不检测实际的平均的流动速度，而是在超声波的传播路径的范围内的平均流动速度。这是有问题的，因为测量管中的流速是与地点有关的。这在下文中借助圆柱形测量管的示例阐明，然而也适用于所有管横截面。
在层流的情况下、亦即特别是在低流速的情况下，可以根据径向坐标v(r)如下描述圆柱形测量管的速度特性：
Figure GDA0002755036540000011
其中，vmax是流动特性中最大的轴向速度，r是与测量管的中心线(Mittelgerade)的间隔，而r0是测量管的内径。流动速度因此朝测量管的边缘下降。
在涡流流动的情况下，亦即特别是在较高流动速度的情况下，流动特性可以近似地如下描述：
Figure GDA0002755036540000021
如果流动的雷诺数位于在104与105之间，那么附加的指数y可以近似地采用为1/7。
在超声波束穿过测量管的路径已知的情况下，特性形式可以近似地通过考虑在平均流量或平均流速的计算中的校正系数而得到考虑。该特性形式可以与测量的运行时间或速度有关。然而，特别是如果流动可能在层流与涡流之间突变，那么相应的计算有问题的，因为在此可能出现滞后，该滞后无法通过这样的校正系数来描绘。
在现有技术中已知多种降低相应的测量误差的方案。例如在文献“L.C.Lynnworth等的“Ultrasonic flowmeters:Half-century progress report,1955-2005”，Ultrasonics Vol.44，Supplement 1，2006年12月,e1371”中公开一种超声波流量计，其具有多个发送器和接收器并由此用于超声波的多个传播路径。该方案然而提高了超声波流量计的复杂性并由此也提高所造成的制造成本。
而文献DE 102008049891B4提出，在流量测量之前实施流量的预调节。相应的预调节然而可以提高流量计的流动阻力并且还同样提高测量装置的复杂性。
为了实现简单的测量结构，文献US 4735097A提出，使用如下超声波换能器，这些超声波换能器在外侧紧固在测量管上。这些超声波换能器用于在测量管上感应被引导的波，由此在超声波换能器设置在测量管上的情况下需要较低的精度。
发明内容
本发明基于的任务在于，提出一种超声波流量计，其能实现改善的测量精度且特别是相对于在层流与涡流之间的流动突变尽可能是不灵敏的。
该任务按照本发明通过一种用于检测与流体的流量有关的通流参量的超声波流量计来解决，该超声波流量计包括：控制机构；测量管，测量管通过多个侧壁形成，其中，彼此相邻的侧壁相互成角度，并且所述测量管能被流体沿测量管的纵向方向穿流；以及第一和第二超声波换能器，所述超声波换能器沿纵向方向相互间隔开距离地设置在测量管上，其中，所述第一和第二超声波换能器分别包括一个换能器元件或多个换能器元件的预定的布置结构，其中，所述第一和/或第二超声波换能器能通过控制机构驱控，以便激励在测量管的侧壁中引导的声波，所述声波能经由流体引导至相应另一个超声波换能器并且在那里能通过控制机构来检测，以用于确定信号运行时间，其中，所述第一和/或第二超声波换能器的激励宽度为设置有相应的超声波换能器的侧壁的内面的宽度的至少50％，所述一个换能器元件或所述多个换能器元件的布置结构在所述激励宽度上延伸；和/或能通所述过第一和/或第二超声波换能器激励的被引导的波的传播方向与测量管的纵向方向成角度；和/或通过所述第一和/或第二超声波换能器，能在预定的角度范围上发射所述被引导的波。
按照本发明提出，被引导的波在测量管中的激励(其如随后还将进一步阐明那样可以导致压缩波(Kompressionswelle)沿被引导的波的传播方向膨胀地发射到流体中)与大的激励宽度或与被引导的波的激励以倾斜的传播方向或在一个角度范围上的发射相组合。这些方案的组合导致：在超声波测量的范围内“扫描”流动特性的尽可能大的部分，由此在测量过程的范围内已经自动地考虑流动特性的不同部分并且在其流速上实现求平均。
为了沿垂直于测量管的纵向方向的方向扫描流动特性一方面提出，使用如下超声波换能器，该超声波换能器在侧壁的内面的宽度的大部分上激励用于测量的被引导的波。因此，考虑侧壁的宽度的相对大的部分并且例如在矩形测量管的情况下考虑整个流动特性。内面的宽度在此应理解为内面垂直于测量管的纵向方向的延伸尺寸，特别是在相应的超声波换能器的区域中的延伸尺寸。补充或备选地，可以与测量管的纵向方向成角度地激励被引导的波。因为各侧壁相互成角度、特别是垂直，所以沿着各侧壁中之一传播的被引导的波在该侧壁的侧边缘上至少部分地被反射，该波在该侧壁上成角度地碰撞到另一侧壁上。这导致：被引导的波蜿蜒曲折形地沿设置有激励的超声波换能器的侧壁延伸。这导致：在侧壁垂直于测量管的纵向方向的整个宽度上的流动特性的变化可以影响在各超声波换能器之间的运行时间并且由此可以对其加以考虑。
在此本质的是，侧壁的被引导的波的激励导致，将压缩波发射到流体中。作为被引导的波特别是可以激励蓝姆波和/或瑞利波。如果壁厚与固体的横波的波长可相比拟，那么实现蓝姆波的激励。这样引导的波是组合的压力波和剪波且由此也导致侧壁的内面朝流体的方向或远离流体的偏移。通过这些偏移又触发流体中的压缩波。被引导的波在侧壁上传播的整个区域由此可以用作流体的压缩振动的激励面。
因此，与上述的大的激励宽度或成角度的发射共同地可以实现基本上在测量管的整个宽度上的超声波发射，由此在确定通流参量的范围内可以考虑整个流动特性。类似地适用于压力波在另一超声波换能器上的接收。在侧壁上进入的压力波又有助于被引导的波在侧壁上的激励，由此通过使用感应的被引导的波也可以增大相应接收的超声波换能器的接收面。
在壁的被引导的波与邻接的流体之间的过渡例如在G.Lindner的文献“Sensorsand actuators based on surface acoustic waves propagating along solid-liquidinterfaces”,Journal of Physics D,Vol.41,No.12,2008,S.123002”中示出且在下文中应该仅粗略地对其进行描述。如果被引导的波沿着限制流体体积的壁传播，那么以所谓的瑞利角将压缩波发射到流体中，所述瑞利角的正弦与在流体中的声速与在壁中被引导的波的相速度的比例有关。如果现在测量在第一与第二超声波换能器之间的运行时间并且计算在两个传送方向之间的运行时间差，那么对于通过被引导的波触发的各个超声波束的运行时间差产生如下关系：
Figure GDA0002755036540000051
在此，Cf是流体中的声速，Vp(l)是流体的平行于声束方向在位置I沿超声波束的速度，L是在流体中超声波束的路径的总长，以及
Figure GDA0002755036540000052
是流体平行于声束传播方向的沿路径求平均的流动速度。近似的解决方案基于如下，即媒介中的声速远大于平行于声束传播方向的流速。通过调整该等式因此可以由所确定的运行时间差计算
Figure GDA0002755036540000053
且由此也可以计算沿测量管的纵向方向在声束路径上求平均的流动速度。如果基于如下，即该流动速度等于实际平均的流速，那么可以通过该参量与测量管的内面相乘来计算流量体积。因为这如上所述然而不是在使用各个测量束下的情况，所以典型地应用附加的校准系数，该校准系数可以与沿测量束的平均速度和路径长度有关。
在按照本发明的方法中，关于测量路径的上述积分过渡到关于测量体积的积分，或者附加地实现关于激励面和由该激励面发出的测量束的积分。激励在整个激励宽度上以及在被引导的波的传播路径上实现。因此，在确定运行时间差时考虑流动横截面的显著更大的部分，由此所计算的平均速度
Figure GDA0002755036540000054
是如下体积内的平均速度，该体积考虑流动横截面的大部分。由此可以更好地考虑流动特性的影响。
在测量管的相邻的、相互成角度的侧壁之间的过渡区域可以(在内部以及在外部)以突出的棱边的形式构成。但是过渡区域也可以或多或少倒圆地构成(在内部和/或在外部)。侧壁本身可以构成为平面的或(特别是向外)拱形的，其中拱形的曲率半径显著大于过渡区域的曲率半径，从而测量管的横截面可察觉地不同于圆形或椭圆形的形状。
组成测量管的侧壁的内面可以是矩形的或具有梯形形状。梯形形状特别是可以具有相比于矩形形状小1至2度的张角，用以沿流动方向略微地增大或减小测量管的流动横截面且由此使得流动标准化。各侧壁可以至少在其内面上是平坦的。
测量管可以具有两个、特别是平行的对置的侧壁(可能具有倒圆的角和/或向外拱形的侧面)。第一和第二超声波换能器可以共同地设置在这些侧壁之一上或在这些侧壁中的不同的侧壁上。通过对置的侧壁撑开的横截面可以是测量管的穿流的横截面的至少75％。
测量管可以具有矩形的管横截面。特别是，测量管的横截面可以在整个管长度上或者至少在第一与第二超声波换能器之间的区域中是不变的。如上所述，也可以实现管横截面的略微的扩张或缩紧，用以使流动稳定化。
可能的是，所述一个换能器元件或所述多个换能器元件为了激励被引导的波而能变形，其中，所述一个换能器元件或所述多个换能器元件分别具有用于与侧壁耦合的圆形或椭圆形的接触面。备选或补充地，所述第一和/或第二超声波换能器的换能器元件可以线形地、以抛物线形凹入拱形地或v形地设置。
换能器元件可以为了激励被引导的波而能变形且具有矩形的接触面以用于与侧壁耦合，其中，接触面的两个侧边垂直于传播方向，其中，这些侧边的侧边长度相应于激励宽度。换能器元件可以直接与侧壁耦合、例如粘接到其上，或者间接经由耦合件与侧壁连接。激励元件例如可以是压电执行器，其可以通过由控制机构的相应的驱控而改变其延伸尺寸。例如可以使用内数字变换器，其具有梳状的相互交错的控制线路，以用于实现以确定的激励模式的激励。
通过所述第一和/或第二超声波换能器能激励的被引导的波的传播方向可以与测量管的纵向方向成在10°与80°之间、特别是在40°与50°之间的角。通过将在传播方向与纵向方向之间的角选择得足够可以实现如下，即，即使在被引导的波沿传播方向相对强地衰减的情况下被引导的波也经过侧壁的内面地至少大部分，由此在流体中压力波的激励可以在侧壁的整个宽度上实现。在传播方向与测量管的纵向方向之间的大约45°的范围内的角特别是在如下情况下是有利的，即如随后还将进一步阐明，被引导的波以不同的传播方向被发射，用以进一步改善流量横截面的覆盖。
所述预定的角度范围可以是360°。特别是被引导的波可以均匀地沿所有方向耦合到侧壁中。
所述第一和/或第二超声波换能器的激励宽度可以是设置有相应的超声波换能器的侧壁的内面的宽度的至少70％或80％。特别是，激励宽度可以等于内面的宽度或至少为其90％。由此，即使在被引导的波的平行于测量管的纵向方向延伸的发射方向的情况下实现如下，即在确定信号运行时间和由此通流参量时也可以考虑流动特性的边缘区域。
所述第一和/或第二超声波换能器可以通过控制机构这样驱控，使得具有相互垂直的传播方向的两个被引导的波能同时或时间错开地通过相应的超声波换能器激励。由此实现对于被引导的波的两个不同的传播路径，并且增大如下区域，在该区域中将压力波发射到要测量的流体中。只要相应的超声波换能器是或者包括换能器元件，那么该换能器元件因此可以特别还是相互无关地能沿两个相互垂直的方向激励。优选地，沿两个方向发射的被引导的波的波长是相同的。
激励宽度对于两个能通过超声波换能器激励的被引导的波可以是相同的。由此特别是正方形的换能器元件可以用作超声波换能器的一部分或超声波换能器。优选地，还沿两个传播方向激励相同的振动模式，亦即经激励的引导的声波具有相同的波长。
所述控制机构和所述第一和/或第二超声波换能器可以设置为用于激励蓝姆波。这特别是在如下情况下是有利的，如果超声波换能器应设置在测量管的流体穿通的内部空间之外。如果侧壁的厚度与各向同性的固体的横波地波长相似，那么可以激励蓝姆波，所述蓝姆波导致侧壁的两个表面变形。随着侧壁厚度增大，发生连续过渡到瑞利波(表面波)的激励。表面波的幅度在厚的材料中随着深度增大呈指数地下降。
所述第一和/或第二超声波换能器可以设置在测量管的外侧上。特别是测量管的内部空间、亦即流体穿流的体积可以在测量管的整个长度上或至少在第一与第二超声波换能器之间的测量部段中、除了限制测量管的侧壁之外完全自由。由此可以实现非常低的流动阻力。再者可以利用相对简单的构成的超声波换能器，因为该超声波换能器无需相对于流体密封。
所述流体可以是液体、例如水、气体或气体混合物、例如天然气。
所述第一和/或第二超声波换能器可以通过控制机构这样驱控，使得被引导的波能以正好一个模式激励，和/或两个被引导的波能以分别正好一个模式并且以相互垂直的传播方向激励。这样的模式选择的激励是有利的，因为通过被引导的波触发的到流体中的压力波关于被引导的波的传播方向的角如上所述与被引导的波的相速度并且因此典型地与其激励模式有关。在进行接收的超声波换能器上，在利用多个模式的情况下因此将接收到各接收信号的叠加，这些接收信号以关于流动方向不同的角穿过流体。原则上可能的是，由这样的接收信号重构用于各个模式的运行时间且甚至可能获得关于流体的附加的信息。然而这显著提高信号分析处理的复杂性且因此可以导致不太鲁棒的测量。优选地，由此仅仅使用单个模式用于测量。模式选择的激励如所述例如通过内部数字变换器是可能的。
除了按照本发明的超声波流量计之外，本发明还涉及一种用于检测与流体的流量有关的通流参量的方法，其中，应用如下超声波流量计，其包括：控制机构；测量管，测量管通过多个侧壁形成，其中，彼此相邻的侧壁相互成角度，并且测量管被流体沿测量管的纵向方向穿流；第一和第二超声波换能器，所述超声波换能器沿纵向方向相互间隔开距离地设置在测量管上，其中，所述第一和第二超声波换能器分别包括一个换能器元件或多个换能器元件的预定的布置结构，其中，通过控制机构驱控第一和/或第二超声波换能器，以便激励在测量管的侧壁中引导的声波，所述声波通过流体引导至相应另一个超声波换能器且在那里通过控制机构检测以用于确定信号运行时间，其中，根据信号运行时间确定通流参量，其中，激励宽度为设置有相应的超声波换能器的侧壁的内面的宽度的至少50％，所述一个换能器元件或所述多个换能器元件的布置结构延伸在该激励宽度上；和/或其中，所述被引导的波带有与测量管的纵向方向成角度的传播方向；和/或其中，通过所述第一和/或第二超声波换能器在预定的角度范围上发射所述被引导的波。
利用按照本发明的方法可以实现对于按照本发明的超声波流量计阐明的优点。利用对于按照本发明的超声波流量计阐明的特征还可以改进该方法。
附图说明
本发明其他优点和细节由以下实施例以及所属的附图产生。附图示意地示出：
图1示出按照本发明的超声波流量计的一种实施例，通过该超声波流量计可执行按照本发明的方法的一个实施例；
图2和3示出在图1中示出的超声波流量计从不同视向看的细节视图；以及
图4至9示出按照本发明的超声波流量计的其他实施例的细节视图。
具体实施方式
图1示出用于检测与流体的流量有关的通流参量的超声波流量计1。超声波流量计1具有一个控制机构2、一个测量管3以及一个第一超声波换能器5和第二超声波换能器6。在测量管3的内部空间4中沿测量管3的纵向方向14引导流体。
为了确定通流参量、特别是流量体积，可以通过控制机构2确定由第一超声波换能器5到第二超声波换能器6的信号运行时间和从第二超声波换能器到第一超声波换能器的信号运行时间的运行时间差。在此利用如下，该运行时间与平行于超声波束12穿过流体的传播方向的速度分量有关。由该运行时间因此可以确定在该相应的超声波束12的路径上沿相应的超声波束12的方向的平均流体速度且因此近似确定在被超声波束12横穿的体积中的平均流动速度。在通常的超声波流量计——其利用单个超声波束用于该测量——中的问题在于，该超声波束仅仅横穿测量管3的流动横截面的非常小的部分，由此不存在关于在超声波束12之外的区域的信息。
为了克服这一点，通过第一超声波换能器5不直接在流体中感应超声波束12、亦即压力波。取而代之地，通过超声波换能器5激励测量管3或特别是测量管3的在图2中示出的侧壁7的示意地通过其传播方向11示出的被引导的波。为此利用如下超声波换能器5，其具有换能器元件，所述换能器元件垂直于侧壁7和/或沿测量管3的纵向方向14的方向是能变形的。换能器元件通过矩形的接触面——其尺寸相应于超声波换能器5的在图3中示出的俯视图——如此与侧面7耦合，使得换能器元件的变形也导致侧壁在接触面的区域中的变形。激励以如下频率实现，该频率如此选择，使得在侧壁7中激励蓝姆波。如果侧壁7的厚度15与固体的横波的波长可相比拟，该波长由固体的横波的声速与所激励的频率的比例产生，那么可以激励这样的声波。
蓝姆波涉及组合的剪波和压力波。由此由沿侧壁7延伸的被引导的波造成侧壁7的内面8的局部变形。由该局部变形又造成在被引导的波所传播的整个区域中压力波发射到流体中。这在图1中示意性地通过沿纵向方向14间隔开距离的超声波束12示出。相应的压力波的发射以瑞利角27实现，该瑞利角与在流体中的声速和被引导的波的相速度有关。对于确定的激励模式，因此在已知的研究的流体的情况下造成已知的发射角。因此，如在其他超声波流量计中通常的那样，在该情况下也可以确定该信号的信号运行时间且由此例如计算流量。与通常的超声波流量计不同地，在此然而附加地通过被引导的波沿传播方向11的传播部段来确定。
在接收侧同样利用被引导的波的原理。如通过箭头13标明，通过在第二超声波换能器6的区域中从流体进入的压力波感应出朝第二超声波换能器6移动的被引导的波，其可以由控制机构通过第二超声波换能器6检测。由所述做法，因此造成对在第一与第二超声波换能器5、6之间的测量管3中测量区域的更大部分中的流动速度的考虑。
如图2所示，应用测量管3的矩形的管横截面(其中各角——在内部和/或外部——或多或少可以倒圆地构成)。为了也考虑垂直于被引导的波的传播方向11的流动横截面的尽可能大的部分，利用如下超声波换能器5，其激励宽度在设置有超声波换能器的侧壁7的内面8的宽度9的大部分上延伸。因此，在确定信号运行时间并和例如流动速度或体积流量的范围内也共同考虑沿测量管3的横向方向的大部分流动特性。
图3示出在超声波换能器5的区域中测量管3的侧壁7的外俯视图。通过虚线示出侧壁7的内面8的宽度9。如在图3中明确可见，通过选择超声波换能器5的足够的激励宽度10能实现如下，在考虑信号运行时间和因此通流参量的范围内考虑几乎流体的全部流动特性。再者容易可见的是，甚至还可以选择超声波换能器5的更大的激励宽度。激励宽度10例如可以在内面8的整个宽度9上延伸或者甚至超过于此。
特别是当测量管3应使用管横截面大的测量管3时，应用宽度足够大的超声波换能器在技术上可能是相对昂贵的。在如下图4和5示出的实施例中然而也可以在这些情况下实现如下，即在确定信号运行时间并因此通流参量中基本上考虑横截面的整个宽度。在图4中示出的实施例中，超声波换能器16的激励宽度17显著小于测量管3的侧壁7的内面8的宽度9。尽管如此为了检测在其整个宽度9上的流动特性，超声波换能器16如此设置在侧面7上或通过未示出的控制机构驱控，使得将被引导的波以传播方向18发射，所述传播方向与纵向方向14成发射角19。被引导的波或通过其触发的压力波在流体中因此具有与纵向方向14成角度的传播方向。被引导的波或压力波因此传播直至测量管3的侧面的侧壁，在其上反射且改变其传播方向。宽度9因此通过在各侧面的侧壁之间反射的压力波或在其间反射的被引导的波而被经过。
为了改善超声波流量计的测量精度，可选择地可以借助于另一超声波换能器34实施附加的运行时间测量。该另一超声波换能器34可以如图1中所示例如设置在与超声波换能器5对置的侧壁上。
如果如图5中所示地应用超声波换能器20，测量管3的宽度9或整个内部空间的覆盖可以进一步得到改善，该超声波换能器20通过控制机构被如此驱控，使得同时或时间错开地以相互垂直的传播方向21、22反射两个被引导的波。这些被引导的波优选可以以相对于测量管3的纵向方向14成大约45°的相应的发射角23、24来发射。由此实现对称的传播。发射的被引导的波的波长以及激励宽度25、26是相同的。
在另一未示出的实施例中也可能的是，应用矩形的超声波换能器20，其激励宽度25、26相互不同。在该情况下，可以发射波长相互不同的沿两个传播方向21、22引导的波。
图6示出超声波流量计的另一实施例的细节视图。该视图大部分相应于在图3中示出的视图，其中代替利用在图3中示出的带有单独宽度的矩形的激励元件而利用如下28，该超声波换能器具有多个单独的、特别是圆形或圆柱形或矩形或方形的、正方形的或立方体的或椭圆形的换能器元件29。换能器元件29线形地设置且换能器元件29的布置结构在如下激励宽度30上延伸，该激励宽度仅仅稍微窄于侧壁7的宽度9。
在最简单的情况下，可以以相同的控制信号驱控各个换能器元件29，由此造在侧壁7中被引导的波，其基本上沿测量管3的纵向方向延伸。然而也可能的是，被引导的波成角度地耦合到侧壁7中，例如通过预定用于各个换能器元件29的限定的相位偏移。在未示出的备选的实施例中也可能的是，对于测量管3的横向方向成角度地设置换能器元件29的线形布置结构，用以实现相对于测量管3的纵向方向14成角度的发射。
图7示出在图6中示出的实施例的变型。在此利用超声波换能器31，其换能器元件32V形地设置(抛物线形或凹形的布置结构同样可能)。激励宽度33在此又几乎相应于侧壁7的宽度9。通过V形的布置结构，在以相同的激励信号沿测量管3的纵向方向14共同驱控换能器元件32的情况下实现在不同的发射的被引导的波之间的相位偏移，从而可以如此叠加这些被引导的波，使得匹配发射角。
超声波流量计的另一实施例在图8中示出。在此利用如下超声波换能器35，其具有单个的圆柱形的换能器元件。基于换能器元件的圆柱形形状实现将被引导的波以360°的角度范围36发射。换言之，实现各向同性地沿所有空间方向反射。通过在侧壁7的边缘上的反射——如参照图4阐明了的那样——在此也实现被引导的波基本上在侧壁7的整个宽度9上传播，由此在整个宽度9上振动也耦合到流体中。由此能实现如下，即以小的技术成本考虑基本上在测量管3的整个流动横截面中流体的流动速度。
上述阐明基于如下，即在穿过流体引导的压缩波在侧壁上反射至少一次之后，测量运行时间。这然而对于所阐明的测量原理不是需要的，从而也可以利用如在图9中示出的布置结构。原则上的结构在此相应于在图1中示出的结构，其中，第一超声波换能器5和第二超声波换能器6在此设置在相互对置的侧壁上。在一个未示出的实施例中也可能的是，利用这样的布置结构，其中，在传播期间超声波穿过流体在侧壁上反射多次。
附图标记列表：
1 超声波流量计
2 控制机构
3 测量管
4 内部空间
5 第一超声波换能器
6 第二超声波换能器
7 侧壁
8 内面
9 宽度
10 激励宽度
11 传播方向
12 超声波束
13 箭头
14 纵向方向
15 厚度
16 超声波换能器
17 激励宽度
18 传播方向
19 发射角
20 超声波换能器
21 传播方向
22 传播方向
23 发射角
24 发射角
25 激励宽度
26 激励宽度
27 瑞利角
28 超声波换能器
29 换能器元件
30 激励宽度
31 超声波换能器
32 换能器元件
33 激励宽度
34 超声波换能器
35 超声波换能器
36 角度范围

Claims (15)

1.用于检测与流体的流量有关的通流参量的超声波流量计，所述超声波流量计包括：控制机构(2)；测量管(3)，所述测量管通过多个侧壁(7)形成，其中，彼此相邻的侧壁相互成角度，并且所述测量管能被流体沿所述测量管(3)的纵向方向(14)穿流；以及第一和第二超声波换能器，所述第一和第二超声波换能器沿纵向方向(14)相互间隔开距离地设置在测量管(3)上，第一和第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)分别包括一个换能器元件(29、32)或多个换能器元件(29、32)的预定的布置结构，所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)能通过控制机构(2)驱控，以用于激励在测量管(3)的侧壁(7)中引导的声波，所述声波能通过如下方式经由流体引导至相应另一个超声波换能器并且在那里能通过控制机构(2)检测以用于确定信号运行时间，所述方式为被引导的声波沿侧壁传播，由此压缩波以瑞利角发射到流体中，能通过所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)激励的被引导的声波的传播方向(11、18、21、22)与测量管(3)的纵向方向(14)成在10°至80°之间的角；和/或通过所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)，能在360°的角度范围(36)上发射所述被引导的声波。
2.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述测量管(3)具有矩形的管横截面。
3.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，所述一个换能器元件(29、32)或多个换能器元件(29、32)为了激励被引导的声波而能变形，其中，所述一个换能器元件(29、32)或多个换能器元件(29、32)分别具有圆形或椭圆形的接触面，以用于与侧壁(7)耦合。
4.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)的换能器元件(29、32)线形地、抛物线形地、以凹拱形地或v形地设置。
5.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，所述换能器元件(29、32)为了激励被引导的声波而能变形并且具有矩形的接触面用于与侧壁(7)耦合，其中，接触面的两个侧边垂直于传播方向(11、18、21、22)，这些侧边的侧边长度相应于激励宽度(10、17、25、26)。
6.根据权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，能通过第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)激励的被引导的声波的传播方向(11、18、21、22)与测量管(3)的纵向方向(14)成在40°至50°之间的角。
7.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)的激励宽度(10、17、25、26、30、33)是设置有相应的超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)的侧壁(7)的内面(8)的宽度(9)的至少50％，所述一个换能器元件(29、32)或所述多个换能器元件(29、32)的布置结构在所述激励宽度上延伸。
8.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)的激励宽度(10、17、25、26、30、33)是设置有相应的超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)的侧壁(7)的内面(8)的宽度(9)的至少70％，所述一个换能器元件(29、32)或所述多个换能器元件(29、32)的布置结构在所述激励宽度上延伸。
9.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)的激励宽度(10、17、25、26、30、33)是设置有相应的超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)的侧壁(7)的内面(8)的宽度(9)的至少80％，所述一个换能器元件(29、32)或所述多个换能器元件(29、32)的布置结构在所述激励宽度上延伸。
10.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)能通过控制机构(2)驱控为，使得具有相互垂直的传播方向(21、22)的两个被引导的声波能同时或时间错开地通过相应的超声波换能器激励。
11.根据权利要求10所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一和/或第二超声波换能器的激励宽度(25、26)对于两个能通过超声波换能器(20)激励的被引导的声波是相同的。
12.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，所述控制机构(2)和第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)设置为用于激励蓝姆波。
13.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)设置在测量管(3)的外侧上。
14.根据权利要求1或2所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)能通过控制机构(2)驱控为，使得一个被引导的声波能以正好一个模式激励，和/或两个被引导的声波能以各正好一个模式且以相互垂直的传播方向(21、22)激励。
15.用于检测与流体的流量有关的通流参量的方法，在所述方法中应用如下超声波流量计(1)，所述超声波流量计包括：控制机构(2)；测量管(3)，所述测量管通过多个侧壁(7)形成，其中，彼此相邻的侧壁(7)相互成角度，并且所述测量管被流体沿所述测量管(3)的纵向方向(14)穿流；以及第一和第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)，所述第一和第二超声波换能器沿纵向方向(14)相互间隔开距离地设置在测量管(3)上，所述第一和第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)分别包括一个换能器元件(29、32)或多个换能器元件(29、32)的预定的布置结构，通过控制机构(2)驱控所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)，以便激励在测量管(3)的侧壁(7)中引导的声波，所述声波能通过如下方式经由流体引导至相应另一个超声波换能器并且在那里通过控制机构(2)检测以用于确定信号运行时间，所述方式为被引导的声波沿侧壁传播，由此压缩波以瑞利角发射到流体中，根据信号运行时间确定通流参量，被引导的声波以如下传播方向(11、18、21、22)激励，所述传播方向与测量管(3)的纵向方向(14)成在10°至80°之间的角；和/或通过所述第一和/或第二超声波换能器(5、6、16、20、28、31、34、35)，在360°的角度范围上发射被引导的声波。
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