CN112629604A - 流体测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种流体测量装置，所述流体测量装置具有用于要测量的流体的穿流通道(16)，所述穿流通道具有外壁(22)的至少两个区域，其形成用于表面声波的波导部段(24)。所述波导部段(24)沿着所述穿流通道(16)的环周(U)彼此错开并且间隔开地设置。在每个波导部段(24)上设置有第一和/或第二信号转换器(26、28)，其中至少两个设置在不同的波导部段(24)上的第一信号转换器(26)或两个设置在不同的波导部段(24)上的第二信号转换器(28)沿所述穿流通道(16)的轴向方向(A)彼此错开地设置。

Description

流体测量装置
技术领域
本发明涉及一种流体测量装置。
背景技术
在许多设施中需要确定流体的穿流量。为了所述目的，将流体测量装置***所述设施的流体管路之一中，即所述流体测量装置是如下设备，借助于其能够测量流过测量管的流量。
所使用的流体测量装置应设计为尽可能紧凑且坚固的，即需要小的结构空间并且尽可能无需维护。此外有利的是，所述流体测量装置能够尽可能普遍地使用。尤其，所述流体测量装置应当是可用于不同流体的，或者也用于确定不同的属性。
当然，即使在测量管中的流不均匀的情况下，如这例如在流体流没有完全充满测量管的横截面时发生的那样，也期望尽可能高的测量精度。
适用于这种任务的一种测量方法是使用表面声波，所述表面声波在声波导中被激发并且部分地耦合输出到流体中并且从所述流体部分地再次耦合输入到波导中，在所述波导中其作为表面声波继续传播。表面波的类型和频率选择为，使得部分的耦合输出作为纵向的体积声波进入流体中。在此，耦合输出到流体中的波穿过所述流体，并且在所述波被再次耦合输入到波导中之前，所述波通常在其测量路径上在测量管的内侧处反射一次或多次。对于这种测量方法，所述流体与波导直接接触。以这种方式，在与发送器间隔开地设置在波导上的声学接收器处获得特征信号，所述特征信号的强度时间变化曲线包含相对于由发送器发出的信号的时间延迟，所述特征信号的强度时间变化曲线能够推断出流体的特征属性，例如声速、温度、均匀性、流动速度、穿流量、穿流体积、密度、多相流的组成、浓度或粘度。
这种测量方法尤其适用于液态流体，但是也适用于均质或非均质类型的高粘度的、糊状的、凝胶状的或浆状的流体，包含生物样品。也可设想的是使用气态流体，其中在这种情况下要考虑与液体明显不同的声速。当所述流体穿流过所述测量装置时也能够检测流体在时间上的变化。
体积声波在流体中的空间传播例如通过如下方式实现：将体积声波以关于波导的面法线的角度δ耦合输出到流体中。用于静止的流体的相互关系能够通过下式描述：
Figure BDA0002711382460000021
其中cM是在流体内的体积声波的声速而cS是沿着波导传播的表面声波的声速。
在最常见的当前情况下，其中在流体中的声速低于在波导中的表面波的速度，声波以不等于零的角度耦合输出，并且所述体积声波可能在流体之内多次反射的情况下经过沿着波导的空间距离。因为耦合输出角度与流体的声速相关，所以体积波穿过流体的过程也与要测量的流体相关。
在已知的设备中，发送器和接收器借助相应的波导的与流体相对置的侧固定在边界面之一上。为了能够将在波导的所述侧上激发的表面声波耦合输入到所述流体中，因此优选地激发兰姆波，即波长明显大于在发送器与流体之间的波导的厚度的波。在这种情况下，波导的上侧和下侧均进行移动，其中振荡也具有纵向分量。因此，这种类型的激发适合于将体积声波耦合输出。也可行的是，以波导的厚度的数量级选择所激发的表面声波的波长，其中然后在兰姆波和瑞利波之间的过渡区域中激发表面波。也可设想的是，使用瑞利波或泄漏瑞利波。
在现有技术中至今为止所描述的根据上述原理工作的设备复杂地构造并且在制造和维护方面是耗费的。
发明内容
本发明的目的是，实现一种紧凑且坚固的、但是仍可灵活使用的流体测量装置，所述流体测量装置基于表面声波的原理并且具有高的测量精度，所述流体测量装置即使在测量不同的流体时也获得良好的测量结果。
所述目的借助具有权利要求1所述的特征的流体测量装置来实现。
所述流体测量装置包括测量管，在所述测量管中构成有对于要测量的流体环周封闭的穿流通道，并且在所述测量管中，所述测量管的外壁的至少两个区域构成为波导部段，所述波导部段分别形成用于表面声波的波导。在每个波导部段上设置有第一和/或第二信号转换器，其中所述信号转换器或每个信号转换器设计为用于，在相应的波导部段中激发表面声波和/或接收来自波导部段的表面声波。由信号转换器发出的表面声波能够从波导部段耦合输出并且能够作为体积声波穿过穿流通道中的流体传播，和/或体积声波能够耦合输入到波导中并且能够由信号转换器接收。所述波导部段沿着穿流通道的环周彼此错开并且间隔开地设置。至少两个设置在不同的波导部段上的第一信号转换器或两个设置在不同的波导部段上的第二信号转换器沿穿流通道的轴向方向彼此错开地设置。
所述波导部段的壁厚尤其选择为，使得射入的声波被耦合输出到相应的波导部段中，并且所产生的表面波沿着所述波导部段传播至信号转换器之一。已被证实为有利的是，与测量管在所述波导部段之外的壁厚相比减小测量管在波导部段中的壁厚。优选将测量管在波导部段之外的壁厚选择为大到使得在该处主要进行体积声波的反射，但是仅进行表面波的可忽略不计的耦合输出。
在各个信号转换器之间，根据要测量的流体的声速，构成穿过穿流通道的不同的测量路径，因为所述耦合输出角度进而到波导部段中的耦合输入部位以及在穿流通道的内侧上的可能的反射点都在波导部段上或沿环周方向在波导部段附近移动。
在此要注意的是，在本申请的范围内始终仅考虑体积波，所述体积波在分别作为发送器工作的信号转换器的紧邻的区域中耦合输出到流体中。虽然可设想的是，所述体积波沿轴向方向传播超出所述波导部段，使得在波导部段之外以及在轴向区域之外在所述信号转换器之间也出现反射点以及耦合输入部位，然而在本申请的范围内并未考虑这种反射点和耦合输入部位，因为这种反射点和耦合输入部位对测量没有帮助进而可忽略不计。
通过将信号转换器针对至少两个不同的流体声速进行优化的方式考虑通常也具有不同长度的不同的测量路径(在下文中也称为测量路段)。例如，在作为接收器工作的信号转换器处的信号强度取决于：在何处将体积波耦合输入到放置有该信号转换器的波导部段中。如果所述耦合输入部位沿着传播方向直接位于该信号转换器的区域之前或直接位于该信号转换器的区域中，那么能够实现特别高的信号强度。因此有利的是，在选择作为发送器和作为接收器工作的信号转换器的间距时，考虑要测量的流体的声速。
因为信号转换器在已制成的流体测量装置中的位置不能再改变，因此需要将测量路径和信号转换器的位置针对所选的声速和流体进行优化。
在此已经发现，如果将所述流体测量装置设计为，使得具有较大长度的在两个信号转换器(其中分别一个作为发送器工作，而一个作为接收器工作，这在下文中作为前提条件，并且不总是单独提及)之间伸展穿过所述穿流通道的测量路段设置用于具有较大声速的流体，以及具有较小长度的在两个信号转换器之间伸展穿过所述穿流通道的测量路段设置用于具有较小声速的流体。较大的声速尤其能够选择为大于1800m/s，而较小的声速尤其能够选择为小于1300m/s。所述耦合输出角度例如大约位于在20°和40°之间的范围内。术语“较大长度”和“较小长度”是关于相应另一测量路段的相对关系。
所述流体测量装置优选包括评估单元，所述评估单元评估从流体测量装置的所有在测量时有意义地可用作为接收器的信号转换器接收到的强度信号，进而确定期望的要确定的参数。在评估时可行的是，不考虑单个的、例如过弱的信号，或者也将多个信号彼此组合。已经发现，借助选择用于相对大和相对低的流体声速的两个测量路段，也能够以非常高的精度来测量具有位于这两个测量路段之间的声速的流体(例如，对于水和许多水性溶液而言是这种情况)。
在本申请的范围中原则上提出，每个信号转换器既能够作为发送器也能够作为接收器工作，即使这没有另外提及。相应的功能能够由用于相应的测量过程的适宜的控制单元预设，并且也能够在测量过程的时间进程中进行变换。如果执行多次测量，其中信号转换器的功能在发送器和接收器之间变换，那么例如能够实现以流体的流动方向伸展的测量路段和与流体的流动方向相反地伸展的测量路段。所述测量路段的几何形状在此通常不会改变，使得所述信号转换器在轴向方向上的所选的位置适用于两个测量方向。
此外，根据穿流通道的直径，在具有所描述的声速的流体中也产生测量路段的具有更多或更少的反射部位的伸展。在测量管的常用尺寸的情况下，例如在直径位于60mm和120mm之间，而长度位于60mm和130mm之间的情况下，在特定的测量管直径的上游不能再限定包括反射部位的实用的测量路段，因为在轴向方向上进行反射的体积波始终仅在信号转换器下游才会再次射到发出体积波的波导部段上。即使在流体声速较小和测量管直径较小的情况下也优选发生最多一次体积波的反射测量路段。
通常可行的是，根据测量管直径来预设测量路段的基本伸展。
在可行的第一变型方案中，与所有波导部段分别相对置有测量管的各一个区域，该区域不构成为波导部段并且在该区域处不设有信号转换器。测量管的外壁的这些区域的壁厚与所述外壁的沿环周方向相邻的区域相比不改变。流体测量装置设计为，将耦合输出的体积声波在内侧的该区域处向回反射至将其耦合输出的波导部段。在此，体积声波尤其仅反射唯一一次。
在该变型方案中，两个波导部不在测量管上不沿直径彼此相对置，而是所述波导部段沿着环周错开与180°不同的角度，其中该角度例如为45°、60°、90°或120°。因此，从波导部段耦合输出的体积波不会射到波导部段上，而是在没有明显耦合输出到测量管壁中的情况下在测量管壁上向回反射至激发体积波的波导部段。在该处，所述体积波部分地再次耦合输入到波导部段中，并且在该波导部段中伸展至用作为接收器的信号转换器。
对于这种流体测量装置需要最少两个波导部段和总计四个信号转换器，其中在每个波导部段上设置有两个信号转换器。
该变型方案对于较小的管径是有利的，例如用于在4mm和50mm之间，尤其在15mm和40mm之间的管径。在此基于测量管的圆形横截面。
具有较大以及较小声速的流体的测量路段在此的区别尤其是第一和第二信号转换器在波导部段上具有的间距。因此，该间距对于至少两个波导部段应是不同的，其中在与对于较大声速进行优化的测量路段相关联的波导部段上，两个信号转换器比在其它波导部段上彼此更远离地设置。
当然可行的是，设有多于仅两个波导部段，其中信号转换器的布置对于多个波导部段可以是相同的，或者也对于所有波导都是不同的，以便要么提高用于各个声速的测量路径的数量，要么提高针对特定的声速进行优化的测量路径的数量。
在波导部段上在两个信号转换器之间的直接测量路段在此分别用作为参考测量路段，在所述参考测量路段上检测未耦合输出的表面波的伸展。
在另一变型方案中，所述流体测量装置具有偶数个波导部段，其中各两个波导部段沿直径相对置地设置并且形成波导对。每个波导对具有用作为参考波导的波导部段和用作为测量波导的波导部段。第一信号转换器和/或第二信号转换器在所述测量波导上的轴向位置在至少两个波导对中不同。
在此，总计需要至少四个波导部段，以便提供针对不同的声速进行优化的两个测量路段，其中每个波导对必须最少设有总计三个信号转换器。其中各两个信号转换器分别设置在参考波导上。在测量波导上可行的是，仅设有一个唯一的信号转换器。
在使用总计四个波导部段时，这些波导部段优选分别以90°间隔沿着环周设置。
在第一和第二信号转换器之间的间距优选在每个参考波导上是相同的。
该实施方案适合于具有较大直径的测量管，其中所述测量管直径尤其位于10mm和400mm之间，并且尤其位于40mm和200mm之间。在此，也基于测量管的圆形横截面。
在这些几何关系的情况下，在测量路段中通常不存在反射部位。耦合输出的体积波仅穿过所述穿流通道唯一一次并且耦合输入到相对置的波导部段中，在该处所述体积波射到刚好作为接收器工作的信号转换器上。
在不同的波导对中，尤其第一或第二信号转换器处于不同的轴向位置中。
因此可行的是，能够在参考波导的第一信号转换器和在所述波导对的所属的测量波导上的信号转换器之间分别形成测量路段，其中尤其耦合输出的体积声波在其耦合输入到测量波导中之前不会在穿流通道的内侧上被反射。
在此，所述测量路段的长度能够通过信号转换器在测量波导上的位置来预设并且针对不同的声速进行优化。
优选的是，在沿直径相对置的波导部段的第一和第二信号转换器之间穿过所述穿流通道伸展的测量路段的长度对于两个波导对是不同的，使得设有至少两个针对不同的声速进行优化的测量路段。
当然，能够设有另外的波导对，其中要么能够实现相同长度的多个测量路段，要么能够设有针对其它声速进行优化的不同长度的测量路段。
在此可行的是，将在参考波导上的信号转换器之一或在测量波导上的信号转换器用作为发送器，使得也在该变型方案中，沿流动方向和反向于流动方向进行测量是可行的。
在第一和第二信号转换器之间的间距在两个不同的波导对的各一个波导部段上能够是相同的，优选分别在参考波导上是相同的。因为在参考波导上仅检测到沿着测量管壁伸展的表面波，所述表面波与相应的要测量的流体的声速无关，因此无需改变该距离。
在该变型方案中可行的是，能够使用预制的传感器组件，所述预制的传感器组件分别包括两个信号转换器以及带有必要的电导线的电路板，两个信号转换器以预设的间距固定地安装在所述电路板上。
然后，在波导对中，将各两个传感器组件安装在不同的轴向位置上。因此于是也在测量波导上分别设有两个信号转换器。然后能够有利的是，将不在轴向方向上位于参考波导上的两个信号转换器之间的信号转换器切换为不工作的。
因此，各一个波导部段或波导对能够限定伸展穿过所述穿流通道的较短的测量路段，并且各一个波导部段或波导对能够限定伸展穿过所述穿流通道的较长的测量路段，使得所述流体测量装置具有不同的测量路段，所述测量路段分别设计用于不同的流体声速。
可设想的是，将所有信号转换器设置在不同的轴向位置上。
通常情况下，测量管壁一件式地构成在穿流通道的区域中。但是，其也能够由多个部段组成。
所述穿流通道优选具有圆形横截面。但是，除了圆形横截面形状之外，所述穿流通道也能够具有任意其它适宜的横截面形状，所述横截面形状例如能够是正方形、矩形、六边形、八边形或通常为多边形。但是在此，必须注意测量路段穿过所述穿流通道的伸展。
具有优选>1800m/s的高的声速的材料作为用于测量管的材料是有利的。例如，金属，如不锈钢、黄铜和铜，但是还有高强度的塑料也具有这种属性。
必要时，借助根据本发明的流体测量装置能够产生在穿流通道的横截面上的速度分布。
已经被证实为有利的是，所有波导部段设置为，使得其分别位于关于穿流通道的中轴线的平行线上。因此，所述波导部段平行于穿流方向。这使所述评估变得更加容易。
优选的是，所述信号转换器设置为，使得体积声波直接在从相应的波导部段耦合输出之后从每个用作为发送器的信号转换器伸展穿过所述穿流通道的中轴线。这具有下述优点：所有测量路径伸展穿过所述中轴线，进而以简单的方式在几何上固定。这也使评估变得更加容易，尤其在没有完全用要测量的流体填充穿流通道的情况下如此。
所述波导部段能够形成穿流通道的内侧的与穿流的流体直接接触的部分，其中所述波导部段构成为在测量管的倒圆的外壁上的平坦部，在所述平坦部中减小了测量管的壁厚。所述第一和所述第二信号转换器分别直接放置在波导部段的平坦部上。
然而，所述穿流通道的内侧没有穿孔，因为所述波导分别形成穿流通道的壁的一部分。所述平坦部将壁厚减小到与零不同的值。所述测量管能够至少在穿流通道的区域中设计为具有不间断的、一件式壁部的管，其中所述波导部段通过测量管的外壁的平坦部形成，在所述平坦部中与沿环周方向邻接的区域相比，所述测量管的壁厚减小。
所述平坦部能够在其轴向端部上在侧视图中分别倾斜地并且朝向轴向端部渐缩地构成。这种形状引起减小的壁厚持续地增加到测量管的沿轴向方向观察的整个壁厚，即未减小的壁厚，并且对表面波的传播和体积波沿着波导部段的耦合输出具有有利的影响。
所述平坦部例如能够通过铣削来制造，这能够以简单的方式实现：将具有减小的壁厚的区域引入所述测量管中。
如果所述信号转换器是传感器组件的如上所述的部件，那么能够将传感器组件固定在每个波导部段上，使得在所述测量管的外壁上的两个信号转换器与波导部段直接接触。在波导部段上的第一信号转换器和第二信号转换器都应位于平坦部上。
然后，由作为发送器工作的信号转换器产生的表面声波直接耦合输入到所述波导部段中，从该处起，其部分地沿着所述波导部段作为表面声波继续伸展，并且部分地作为体积波耦合输出到所述穿流通道中。作为接收器工作的信号转换器直接从所述波导部段接收表面声波。
在所述穿流通道的横截面为圆形的情况下，所述穿流通道的横截面形状，尤其是所述穿流通道的内侧的曲率在波导部段的区域中和在波导部段的之外应是相同的。
附图说明
下面，借助多个实施例并且参考附图详细描述本发明。在附图中示出：
图1示出根据本发明的流体测量装置的示意剖视图，所述流体测量装置具有测量管和包围所述测量管的壳体；
图2示出图1中的流体测量装置的测量管；
图3示出图2中的测量管的示意性立体图，其中示出波导部段和设置在其上的信号转换器；
图4示出图2中的测量管的示意性立体图，其中在各个波导部段上安装有传感器组件；
图5和6以轴向俯视图示出针对不同的测量管直径用于将波导部段设置在根据本发明的流体测量装置的测量管上的可能性；
图7以轴向俯视图示出体积波在图6的测量管中的可能的伸展；
图8和9示出用于本发明的第一实施形式的穿过所述穿流体通道的测量路段的伸展；和
图10和11示出用于本发明的第二实施形式的穿过所述穿流通道的测量路段的伸展。
具体实施方式
图1示出流体测量装置10，所述流体测量装置设计为用于，测量穿流的不同的流体(未示出)，以便确定相应的流体的穿流速度和/或其它属性。
在壳体12中设置有细长的测量管14，所述测量管形成用于相应的要测量的流体的穿流通道16。所述穿流通道16是沿着其整个轴向延伸部沿着穿流方向D环周封闭的管，所述管在一个端部处过渡到流体入口18中，而在另一端部处过渡到流体出口20中。在流体入口18和流体出口20的区域中，分别在测量管14上构成凸缘21，所述凸缘用于将所述流体测量装置10安装在引导流体的设施中。通常，流体入口18和流体出口20在其功能方面可交换。
所述穿流通道16在此沿着穿流方向D形成直线伸展的路段，要测量的流体穿流过所述直线伸展的路段，其中在本示例中，所述穿流通道16的横截面在其长度上是恒定的。
在此，所述穿流方向D与测量管14的轴向方向A重合。
所述壳体12在测量管14之外不构成为引导流体的。在此，例如设置有电气和电子接口以及设置有例如用于运行流体测量装置10的控制单元。必要时也设有显示器。
在测量管14的外壁22的外侧23上，以分布到环周上的方式构成有用于表面声波的多个波导部段24(也参见图9和11)。
在波导部段24中的每个波导部段上，以与测量管14的外壁22直接接触的方式设置有第一和/或第二信号转换器26、28。
在图1和2中仅示意性地示出信号转换器26、28的布置。从图9和11中尤其得出信号转换器26、28的可能的轴向位置。
在该示例中，在波导部段24上的两个信号转换器26、28能够分别是传感器组件30的一部分，除了两个信号转换器26、28之外，所述传感器组件30还包括电路板32，两个信号转换器26、28以彼此间预设的间距aS安装在所述电路板32上(参见图2和4)。
可选地，所述传感器组件30也能够具有(未示出的)温度传感器。
所有信号转换器26、28在此相同地构造并且是呈叉指式转换器形式的压电转换器，所述压电转换器与波导部段24直接接触。所述信号转换器26、28能够分别用作为发送器以及接收器。在发送器模式中，通过对信号转换器26、28施加交流电压，在波导部段24中激发表面声波。在接收器模式中，所述信号转换器26、28能够从所述波导部段24接收表面波并且将其转换成电信号。
所有信号转换器26、28和所有波导部段24都设置在穿流通道16上。在流体测量装置10中设有仅一个唯一的穿流通道16。
在该示例中，所述测量管14具有圆形横截面，并且与此相应地也具有基本上圆形的外壁22(例如参见图3和4)。
所述波导部段24构成为在测量管14的外壁22中沿轴向方向A伸展的平坦部34。
平坦部34在环周方向U上的宽度在此仅略大于完全设置在相应的平坦部34上的信号转换器26、28的宽度。
沿着所述环周方向U，所述测量管14在波导部段24的平坦部34之外在穿流通道16的区域中具有较厚的第一壁厚W1，在此也称为未减小的壁厚。在平坦部34中，即在波导部段24中，所述壁厚W1减小为较小的值W2。然而，所述壁厚始终保持为与零不同，因此所述测量管14的外壁22在穿流通道16的区域中在任何位置都不会破裂。
在穿流通道16中，穿流的流体也与测量管14的内侧35直接接触，也在内侧35的下述部段上，在所述部段上在径向外部设有平坦部34进而设有波导部段24。因此，由信号转换器26、28产生的表面声波部分地在与流体接触时作为体积声波V从波导部段24耦合输出到流体中，并且相反地再次部分地耦合输入到所述波导部段24中。这在图1和2中示意性地示出，其中仅示意性地示出体积声波的反射部位，并且也没有示出在波导部段24中伸展的表面声波。也可行的是，更确切地说根据耦合输出角度、所述测量管14的直径和长度，使得体积波在穿流通道16之内在反射之后完全不再射到内侧35上。
在图2至4中也能够清楚地看到形成相应的波导部段24的平坦部34。所述平坦部34中的每个平坦部沿轴向方向A在两个轴向端部36上在侧视图中倾斜于相应的轴向端部36渐缩，使得在轴向方向A上，所述平坦部34是连续的并且在没有急剧变化的情况下从减小的壁厚W2转变为周围的外壁22的未减小的壁厚W1。
在图6至9中所示出的实施形式中，所述波导部段24分别成对地沿直径彼此相对置地设置在测量管14的外壁22上，使得在相对置的波导部段24之间的假想的直线伸展穿过所述穿流通道16的中轴线M。总计设有四个波导部段24，其中各两个相对置的波导部段24被组合成波导对38。在每个波导对38中，所述波导部段之一是参考波导40，而另一波导部段24是测量波导42(参见图9)。
在该实施形式中，所述测量管14具有相对大的直径d2，所述直径例如能够位于10mm和400mm之间，并且尤其位于40mm和200mm之间。
如在图9中所示出的，这引起所述体积波V在耦合输出之后在测量路段的伸展中仅一次通过所述穿流通道16，并且仅体积波V的耦合输入到相对置的波导部段24中的份额贡献于测量信号。所述体积波V的反射份额仅在接收所述信号的第二信号转换器28下游(如果有的话)再次射到测量管壁上。
两个波导对38不同地构成，使得所述第二信号转换器28在相应的测量波导42上的位置选择为不同的。
在两个波导对38中，在测量波导42上的第二信号转换器28在轴向方向A上分别位于在参考波导40上的第一和第二信号转换器26、28之间，然而在不同的轴向位置中。
在测量波导42上的第二信号转换器28的精确的轴向位置分别适配于固定预设的流体声速cF1、cF2。
在这里示出的示例中，将声速cF1示例性地选择为等于或小于1300m/s，并且将声速cF2选择为等于或大于1800m/s。
在每个波导部段24上安装有传感器组件30，使得在所有四个波导部段24上以相同的间距aS分别设置有两个信号转换器26、28。这出于制造原因进行。当然，所述信号转换器26、28也能够分开安装。然而，在此，在所述测量波导42上的第一信号转换器26不起作用并且也可以由评估单元切换为不工作的。
在两个参考波导40上，所述第一和第二信号转换器26、28在此分别处于相同的轴向位置上。
在图9中的上部的波导对38中，所述第二信号转换器28在轴向位置中安置到测量波导42上，所述轴向位置适配于流体声速cF1的接收到的最大信号强度。
而在图9中的下部的波导对38中，所述第二信号转换器28在轴向位置中安置到所述测量波导42上，所述轴向位置适配于流体声速cF2的接收到的最大信号强度。
两个波导对38以90°沿环周方向U彼此错开地安装，如在图8中示出的。
为了测量流体，产生穿过所述穿流通道16的流体流，所述流体流沿着穿流方向D从流体入口18伸展到流体出口20，或者相反地伸展。
在测量时，例如两个波导对38的参考波导40的两个第一信号转换器26被激发并且产生表面波44。所述表面波44一方面沿着参考波导40伸展至相应的参考波导44上的相应的第二信号转换器28并且在该处被检测。被激发的表面波44的一部分作为体积波V以通过流体声速确定的角度耦合输出到穿流通道16内部的流体中，并且穿过所述流体，直至所述表面波的部分射到相对置的测量波导42上，并且在该处部分地再次耦合输入。在该处，这样产生的表面波伸展至测量波导42上的第二信号转换器28，并且在该处作为具有时间变化曲线的强度信号被检测，并且被转发给所述评估单元。
从这样接收到的数据中，所述评估单元确定流体的期望参数。在此可行的是，能够忽略单个信号转换器28的测量信号，或者能够组合多个或所有信号转换器28的测量信号。
由于耦合输出角度不同于零，因此所述体积波V穿过所述穿流通道16经过的测量路段，以及从参考波导40的作用为发送器的第一信号转换器26穿过所述穿流通道16伸展至测量波导42并且从该处伸展至测量波导42上的第二信号转换器28的测量路段具有轴向分量，所述轴向分量沿着流体在穿流通道16中的流动方向或反向于流动方向伸展。如果要沿另一方向进行测量，则能够将在测量波导42上的第二信号转换器28分别用作为发送器，而将在参考波导40上的第一信号转换器26用作为接收器。所述测量路段在此反向地穿过。所述参考信号能够通过使用在参考波导40上的第二信号转换器28作为发送器来产生，或者通过临时使用在参考波导40上的第一信号转换器26作为发送器来产生。
图7示出分别穿过所述穿流通道16的中点M的所有测量路段。
图5、10和11示出第二实施形式，所述第二实施形式尤其用于具有较小的直径d1的测量管14，所述直径例如位于4mm和50mm之间，尤其位于15mm和40mm之间。
在这种情况下总计仅设有两个波导部段24，所述波导部段以锐角，例如大约60°沿环周方向U彼此错开地设置在测量管14上(参见图5和10)。相对于相应的波导部段24，存在测量管14的具有未减小的壁厚W1的法向壁，并且不存在信号转换器26、28，即不存在波导部段24。
在两个波导部段24上分别设置有第一和第二信号转换器26、28，其中在波导部段24的信号转换器26、28之间的间距对于两个波导部段24选择为不同的。在图11中，这用长度aS和aS+aV表示。可行的是，对于两个波导部段24之一使用具有预设的信号转换器间距aS的上述传感器组件30，并且仅对于第二波导部段24将两个信号转换器26、28以附加的偏移aV沿着轴向方向A设置。在此，在两个信号转换器26、28之间的距离也能够被选择为小于在另一波导部段24上的两个信号转换器26、28的距离aS。
在该实施形式中，与上述实施形式相反，用于两个流体声速cF1、cF2的耦合输出的体积波V在穿流通道16的与相应的波导部段24沿直径相对置的内侧35上刚好反射一次，进而再次射到将所述体积波耦合输出的波导部段24上，并且由在该波导部段24上的第二信号转换器28检测到。
否则，所述测量方法如对于第一实施形式所描述的那样进行。
在此也可行的是，将测量路段的伸展反转，其方式为：相应地所述波导部段24的第二信号转换器28作为发送器工作，而第一信号转换器26作为接收器工作。
在此，所述参考信号同样在相应的波导部段24上产生，在所述波导部段中检测到从第一信号转换器26伸展至第二信号转换器28的表面波44。全部波导部段24在此相同地成形。在这里示出的变型形式中，所有波导部段24关于轴向方向A设置在相同的位置上。
通过评估强度的时间变化曲线，例如在不同的测量路段之间进行运行时差测量的情况下，在所述评估单元中确定流体的期望的属性，所述评估单元能够构成在流体测量装置10中或也能够构成为外部单元。因此能够推断出穿流通道中的流体的属性，例如流动速度、穿流量、浓度、粘度、声速、温度和均匀度。

Claims (15)

1.一种流体测量装置，所述流体测量装置具有测量管(14)，在所述测量管中构成有对于要测量的流体环周封闭的穿流通道(16)，并且在所述测量管中，所述测量管(14)的外壁(22)的至少两个区域构成为波导部段(24)，所述波导部段分别形成用于表面声波的波导，其中在每个波导部段(24)上设置有第一信号转换器和/或第二信号转换器(26、28)，并且所述第一信号转换器或第二信号转换器或每个信号转换器(26、28)设计为用于，在相应的波导部段(24)中激发表面声波和/或接收来自所述波导部段(24)的表面声波，其中由所述信号转换器(26、28)发出的表面声波能够从所述波导部段(24)耦合输出并且能够作为体积声波(V)穿过所述穿流通道(16)中的流体传播，和/或体积声波(V)能够耦合输入到所述波导部段(24)中并且能够由所述信号转换器(26、28)接收，其中所述波导部段(24)沿着所述穿流通道(16)的环周(U)彼此错开并且间隔开地设置，并且其中至少两个设置在不同的波导部段(24)上的第一信号转换器(26)或两个设置在不同的波导部段(24)上的第二信号转换器(28)沿所述穿流通道(16)的轴向方向(A)彼此错开地设置。
2.根据权利要求1所述的流体测量装置，其特征在于，所述流体测量装置设计为，使得具有较大长度的在两个信号转换器(26、28)之间伸展穿过所述穿流通道(16)的测量路段设置用于具有较大声速(cF2)的流体，尤其用于＞1800m/s的声速，以及具有较小长度的在两个信号转换器(26、28)之间伸展穿过所述穿流通道(16)的测量路段设置用于具有较小声速(cF1)的流体，尤其用于<1300m/s的声速。
3.根据上述权利要求中任一项所述的流体测量装置，其特征在于，所有波导部段(24)与所述测量管(14)的各一个区域相对置，该区域不构成为波导部段(24)并且在该区域处不设有信号转换器(26、28)，其中所述测量管(14)的外壁(22)的壁厚(W1)在该区域中与所述外壁(22)的沿环周方向相邻的区域相比不改变，其中所述流体测量装置(10)设计为，将耦合输出的所述体积声波(V)在所述内侧(35)的该区域处向回反射至将其耦合输出的波导部段(24)，所述体积声波尤其仅反射唯一一次。
4.根据权利要求3所述的流体测量装置，其特征在于，所述流体测量装置具有测量管，所述测量管具有位于4mm和50mm之间，尤其位于15mm和40mm之间的直径。
5.根据权利要求3或4所述的流体测量装置，其特征在于，在一个波导部段(24)的第一信号转换器和第二信号转换器(26、28)之间的间距对于至少两个波导部段(24)是不同的。
6.根据上述权利要求中任一项所述的流体测量装置，其特征在于，设有偶数个波导部段(24)，尤其是至少四个波导部段(24)，其中各两个波导部段(24)沿直径相对置地设置并且形成波导对(38)，其中每个波导对(38)具有用作为参考波导(40)的波导部段(24)和用作为测量波导(42)的波导部段(24)，其中所述第一信号转换器和/或第二信号转换器(26、28)在所述测量波导上的轴向位置在至少两个波导对(38)中不同。
7.根据权利要求6所述的流体测量装置，其特征在于，所述流体测量装置具有测量管，所述测量管的直径位于10mm和400mm之间，尤其位于40mm和200mm之间。
8.根据权利要求6或7所述的流体测量装置，其特征在于，在沿直径相对置的波导部段(24)的第一信号转换器和第二信号转换器(26、28)之间伸展穿过所述穿流通道(16)的测量路段的长度对于两个波导对(38)是不同的。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的流体测量装置，其特征在于，在不同的波导对(38)中，所述第一信号转换器和第二信号转换器(26、28)位于不同的轴向位置上。
10.根据权利要求9所述的流体测量装置，其特征在于，在所述波导对(38)的所述参考波导(40)的第一信号转换器(26)和在的所属的测量波导(42)上的信号转换器(26、28)之间分别形成测量路段，其中尤其耦合输出的所述体积声波(V)在其耦合输入到所述测量波导(42)中之前不会在所述穿流通道(16)的内侧(35)上被反射。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的流体测量装置，其特征在于，在所述第一信号转换器和所述第二信号转换器(26、28)之间的间距(aS)在两个不同的波导对的各一个波导部段(24)上是相同的。
12.根据权利要求3至11中任一项所述的流体测量装置，其特征在于，各一个波导部段(24)或波导对(38)限定伸展穿过所述穿流通道(16)的较短的测量路段，并且各一个波导部段(24)或波导对(38)限定伸展穿过所述穿流通道(16)的较长的测量路段。
13.根据上述权利要求中任一项所述的流体测量装置，其特征在于，所有波导部段(24)设置为，使得所述波导部段分别位于关于所述穿流通道(16)的中轴线(M)的平行线上。
14.根据上述权利要求中任一项所述的流体测量装置，其特征在于，所述信号转换器(26、28)设置为，使得体积声波直接在从相应的波导部段(24)耦合输出之后从每个用作为发送器的信号转换器(26、28)伸展穿过所述穿流通道(16)的中轴线(M)。
15.根据上述权利要求中任一项所述的流体测量装置，其特征在于，所述波导部段(24)形成所述穿流通道(16)的内侧(35)的与穿流的流体直接接触的部分，其中所述波导部段(24)构成为在所述测量管(14)的倒圆的外壁(22)上的平坦部(34)，在所述平坦部中减小所述测量管(14)的壁厚，其中尤其所述平坦部(34)在其轴向端部(36)上在侧视图中分别倾斜地并且朝向所述轴向端部(36)渐缩地构成。
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