CN117957426A - 用于操作超声测量设备的方法和超声测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作超声测量设备(1)的方法(100)，该超声测量设备(1)包括：超声换能器(20)的布置(10)，其用于沿着穿过流体的至少两个信号路径(30)发射和接收超声信号，其中该布置由具有至少一个壁(51)的保持装置(50)保持，其中该信号路径的部段穿过至少一个壁中的至少一个延伸，其中流体中的至少两个信号路径的信号路径部段(31)具有不同长度，其特征在于，在第一方法步骤(101)中，超声测量设备的电子测量/操作电路(40)比较沿着流体中的具有不同长度的信号路径部段的信号路径的超声信号的强度，以及在第二方法步骤(102)中，确定流体的阻尼特性以及由此确定该壁与流体之间的声耦合特性。

Description

用于操作超声测量设备的方法和超声测量设备

技术领域

本申请涉及一种用于操作超声测量设备的方法，该超声测量设备用于检测流体的测量变量，诸如流量或阻尼特性。本申请还涉及用于实施该方法的超声测量设备。

背景技术

诸如DE102018133066A1中的超声测量设备是现有技术。测量变量的准确确定可能需要对介质特性的精确了解。然而，介质特性能够例如在过程中随着时间动态变化，因此可能需要不时或定期检查最先进的测量设备。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种用于操作超声测量设备的方法以及这样的能够检查介质特性的超声测量设备。

该目的由根据独立权利要求1的方法和根据独立权利要求9的超声测量设备实现。

关于根据本发明的用于操作超声测量设备的方法，超声测量设备包括

超声换能器的布置，其用于沿着穿过流体的至少两个信号路径发射和接收超声波信号，

其中该布置由具有至少一个壁的保持装置保持，其中信号路径的部段穿过至少一个壁中的至少一个延伸，其中流体中的至少两个信号路径的信号路径部段具有不同长度，

其中，在第一方法步骤中，该超声测量设备的电子测量/操作电路比较沿着流体中的具有不同长度的信号路径部段的信号路径的超声信号的强度，以及在第二方法步骤中，确定流体的阻尼特性以及由此确定该壁与流体之间的声耦合特性。

以这种方式，能够在超声测量设备的操作期间以特别简单且稳定的方式确定介质特性。

在一个实施例中，不同长度的信号路径由在每种情况下限定信号路径的两个超声换能器之间的不同距离配置。

例如，测量管能够被设计成使得穿过流体的不同信号路径具有不同长度。

在一个实施例中，通过激励兰姆波装置中的不同模式来配置不同长度的信号路径。

不同模式的兰姆波具有不同的相速度，并且因此具有不同的波束角。因此，能够通过选择某些模式来设定流体中的信号路径部段的长度。

在一个实施例中，保持装置是测量管，该测量管引导流体流经管线，其中该超声换能器被布置在该测量管的外表面上，

或者其中具有保持装置的布置浸入位于例如容器中的流体中。

测量管外表面上的超声换能器能够例如对应于传统的夹式超声测量设备或兰姆波超声测量设备。

在一个实施例中，超声换能器在发射超声信号时，在为此目的而提供的兰姆波装置中生成超声兰姆波，

其中，兰姆波装置为保持装置的测量管壁或兰姆波板。

在一个实施例中，该布置具有最长信号路径LS和最短信号路径KS，其中最长信号路径和最短信号路径具有信号路径长度差SD，

其中，流体的声阻尼系数的第一估计值S1和流体中的超声的波长的第二估计值S2被用于配置信号路径长度差，

其中，最长信号路径比最短信号路径大至少数量A个第二估计值，

其中，以下适用：

A≥-ln(1-0.1)/(S1*S2)，

并且特别是A≥-ln(1-0.3)/(S1*S2)

其中ln为自然对数。

以这种方式，能够确保流体中的信号路径部段的长度差足够大，从而能够确保阻尼特性和声耦合特性的足够的测量精度。

在一个实施例中，假设流体中的频率与阻尼之间的第一二次关系以及流体中的信号路径长度与阻尼之间的第二指数关系，以用于确定阻尼特性和声耦合特性。

在一个实施例中，信号路径以最多两次反射并且特别是最多一次反射穿过流体。

以这种方式，能够避免超声信号与壁中的超声的干扰相互作用。

被配置用于实施根据本发明的方法的根据本发明的超声测量设备包括：

超声换能器的布置，其用于沿着穿过流体的至少两个信号路径发射和接收超声波信号，

其中该布置由具有至少一个壁的保持装置保持，其中信号路径的部分穿过至少一个壁中的至少一个延伸，其中流体中的至少两个信号路径的信号路径部段具有不同长度，

其中在第一方法步骤中，超声测量设备的电子测量/操作电路被配置为比较沿着流体中的具有不同长度的信号路径部段的信号路径的超声信号的强度，以及在第二方法步骤中，确定流体的阻尼特性和/或由此确定壁与流体之间的声耦合特性。

附图说明

现在将参考示例性实施例来示出本发明。

图1概述了具有测量管的示例性超声测量设备的结构；

图2概述了示例性浸入式超声测量设备；

图3在每种情况下以前视图示出了根据本发明的保持装置上的超声换能器的示例性布置。

图4示出了根据本发明的保持装置上的超声换能器的另一示例性布置。

图5概述了根据本发明的示例性方法的序列。

具体实施方式

图1概述了具有超声换能器20的布置10的示例性超声测量设备1的结构，超声换能器20被布置在集成在管线60中的测量管52的外表面52.1上。该测量管充当超声换能器20的保持装置50。两个超声换能器20之间的信号路径30能够是没有反射的单程路径，或者如虚线所示，能够是具有至少一次反射的多程路径。流体中的信号路径在每种情况下具有信号路径部段31，该信号路径部段在每种情况下具有一个长度。

布置的超声换能器由电子测量/操作电路40操作，电子测量/操作电路40还被配置为检测来自超声换能器的测量信号并提供测量变量的测量值。

例如，超声换能器能够是夹式超声换能器或兰姆波(Lamb wave)超声换能器。在兰姆波超声换能器的情况下，超声测量设备具有兰姆波装置21，其被配置为生成或形成并引导兰姆波。兰姆波装置能够由测量管的壁51提供。超声测量设备例如能够是渡越时间流量计或渡越时间差流量计。超声测量设备还能够被配置为确定流体的阻尼。

图2概述了示例性超声测量设备1，其浸入容器70的流体中。根据图1所示的设计，超声测量设备具有超声换能器20的布置10，超声换能器20布置在具有壁51的保持装置50上。如图1所示，两个超声换能器20之间的信号路径30可以是没有反射的单程路径或者具有至少一次反射的多程路径。该信号路径具有信号路径部段31，该信号路径部段具有在流体中的一定长度。布置的超声换能器由电子测量/操作电路40(为了清楚起见在此未示出)操作，电子测量/操作电路40还被配置为检测来自超声换能器的测量信号并提供测量变量的测量值。例如，超声换能器能够是夹式超声换能器或兰姆波超声换能器。在兰姆波超声换能器的情况下，超声测量设备具有兰姆波装置21，兰姆波装置21被配置为生成兰姆波或者形成并引导兰姆波。如此处所示，该布置能够被***容器的开口中。根据本发明的布置还能够与独立式流体一起使用。

图3在每种情况下以前视图示出了根据本发明的超声换能器20的两个示例性布置10，利用该布置能够实施根据本发明的方法。根据本发明，超声信号沿着不同的信号路径穿过流体，其中至少两个信号路径在流体中的信号路径部段的长度不同。这能够通过保持装置50或测量管52的对应的实施例来实现。如在左侧的轮廓中能够看到的，保持装置能够例如具有矩形形状，使得属于在一起的两个超声换能器彼此之间的距离不同。也能够使用其它形状，如右侧轮廓所示。还能够配置多于两个信号路径，其中，如这里所示，例如，流体中的多个信号路径能够具有相同长度的信号路径部段。然而，根据本发明，流体中的至少两个信号路径30具有不同信号路径长度，使得最短信号路径部段KS被配置在流体中并且最长信号路径部段被KL被配置在介质中。信号路径也具有在保持装置中的部段，并且在夹式超声换能器的情况下，还具有在耦合体中的部段。然而，流体中的信号路径部段与本发明相关。例如，超声换能器能够是夹式超声换能器或兰姆波超声换能器。

图4示出了根据本发明的另一示例性布置的侧视图，其中借助于两个超声换能器20在彼此之间发射或接收超声信号，两个超声换能器20被配置成在保持装置50的壁51中生成兰姆波。兰姆波具有在大面积上激励对应的兰姆波板(诸如测量管52的壁51)的特性，这确保了相对于超声信号的波长将超声信号广泛传输到流体中，参见示意性概述的波前WF。由兰姆波在介质中生成的超声波信号的波束角取决于激发的兰姆波模式。通过激发不同的模式，能够改变光束角度，从而改变在流体中的信号路径部段的长度。将上面所表示的与下面所表示的进行比较。通过顺序地激励不同的兰姆波模式，即使利用两个超声换能器，也能够在流体中配置具有不同长度的信号路径部段的多个信号路径。

图5概述了根据本发明的方法100的序列，其中，在第一方法步骤101中，超声测量设备的电子测量/操作电路40比较沿着流体中的具有不同长度的信号路径部段的信号路径的超声信号的强度，以及在第二方法步骤102中，确定流体的阻尼特性和/或由此确定壁与流体之间的声耦合特性。

在一个实施例中，该布置具有流体中的最长信号路径部段LS和流体中的最短信号路径部段KS，其中该最长信号路径部段和该最短信号路径部段具有信号路径部段长度差SD，其中流体中的声阻尼系数的第一估计值S1和流体中的超声的波长的第二估计值S2被用来配置该信号路径段长度差，其中最长信号路径段比最短信号路径部段大至少数量A个第二估计值，

其中，以下适用：

A≥-ln(1-0.1)/(S1*S2)，

并且特别是A≥-ln(1-0.3)/(S1*S2)

其中ln为自然对数。

以这种方式，能够确保在流体中的信号路径部段的长度的足够大的差，并且从而能够确保阻尼特性或声耦合特性的足够的测量精度。

在一个实施例中，假设流体中的频率与阻尼之间的第一二次关系以及流体中的信号路径长度与阻尼之间的第二指数关系，以确定阻尼特性和/或声耦合特性。

在一个实施例中，信号路径以最多两次反射并且特别是最多一次反射穿过流体。

以这种方式，能够避免超声信号与壁中的超声的干扰相互作用。

通常，本发明不限于此处所示的示例性实施例；相反，本领域技术人员能够使本发明构思适应他的要求。

附图标记列表

1 超声测量设备

10 超声换能器的布置

20 超声换能器

21 兰姆波装置

30 信号路径

31 流体中的信号路径部段

40 电子测量/操作电路

50 保持装置

51 壁

52 测量管

52.1 外表面

53 兰姆波板

60 管线

70 容器

100 方法

101 第一方法步骤

102 第二方法步骤

KS 最短信号路径

LS 最长信号路径

Claims (11)

1.一种用于操作超声测量设备(1)的方法(100)，所述超声测量设备(1)包括：

超声换能器(20)的布置(10)，所述超声换能器(20)的所述布置(10)用于沿着穿过流体的至少两个信号路径(30)发射和接收超声信号，

其中，所述布置由具有至少一个壁(51)的保持装置(50)保持，其中所述信号路径的部段穿过所述至少一个壁中的至少一个延伸，其中流体中的至少两个信号路径的信号路径部段(31)具有不同长度，

其特征在于

在第一方法步骤(101)中，所述超声测量设备的电子测量/操作电路(40)比较沿着所述流体中的具有不同长度的信号路径部段的信号路径的超声信号的强度，以及在第二方法步骤中(102)，确定所述流体的阻尼特性以及由此确定所述壁与所述流体之间的声耦合特性。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，

其中，所述流体中的不同长度的信号路径部段由在每种情况下限定信号路径的两个超声换能器(20)之间的不同距离配置。

3.根据权利要求1所述的方法(100)，

其中，通过激励在兰姆波装置(21)中的不同模式来配置不同长度的信号路径。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，

其中，所述保持装置(50)是测量管(52)，所述测量管引导流体流经管线(60)，其中所述超声换能器被布置在所述测量管的外表面(52.1)上，

或者其中，具有所述保持装置(50)的所述布置(10)浸入位于例如容器(70)中的流体中。

5.根据权利要求4所述的方法(100)，

其中，所述超声换能器(20)在发射超声信号时，在为此目的而提供的兰姆波装置(21)中生成超声兰姆波，

其中，所述兰姆波装置为所述保持装置(50)的测量管壁(51)或兰姆波板(53)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，

其中，所述布置具有所述流体中的最长信号路径部段(LS)和所述流体中的最短信号路径部段(KS)，其中所述最长信号路径部段和所述最短信号路径部段具有信号路径部段长度差(SD)，

其中，所述流体的声阻尼系数的第一估计值(S1)和所述流体中的超声的波长的第二估计值(S2)被用于配置所述信号路径段长度差，

其中，所述最长信号路径比所述最短信号路径大至少数量A个第二估计值，

其中以下适用：

A≥-ln(1-0.1)/(S1*S2)，

并且特别是A≥-ln(1-0.3)/(S1*S2)

其中ln为自然对数。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，

其中，假设所述流体中的频率与阻尼之间的第一二次关系以及所述流体中的信号路径长度与阻尼之间的第二指数关系，以确定所述阻尼特性和/或所述声耦合特性。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，

其中，所述信号路径(30)以最多两次反射并且特别是最多一次反射穿过所述流体。

9.一种超声测量设备(1)，所述超声测量设备被配置为实施根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述超声测量设备(1)包括：

超声换能器(20)的布置(10)，所述超声换能器(20)的所述布置(10)用于沿着穿过流体的至少两个信号路径(30)发射和接收超声信号，

其中，所述布置由具有至少一个壁(51)的保持装置(50)保持，其中所述信号路径的部段穿过所述至少一个壁中的至少一个延伸，其中所述流体中的至少两个信号路径的信号路径部段具有不同长度，

其特征在于

在第一方法步骤(101)中，所述超声测量设备的电子测量/操作电路(40)被配置为比较沿着所述流体中的具有不同长度的信号路径部段的信号路径的超声信号的强度，以及在第二方法步骤(102)中，确定所述流体的阻尼特性和/或由此确定所述壁与所述流体之间的声耦合特性。

10.根据权利要求9所述的超声测量设备(1)，

其中，所述保持装置(50)是测量管(52)，所述测量管引导流体流经管线(60)，其中所述超声换能器被布置在所述测量管的外表面(52.1)上，

或者其中具有所述保持装置(50)的所述布置(10)浸入位于例如容器(70)中的流体中。

11.根据权利要求10所述的超声测量设备(1)，

其中，所述超声换能器(20)在发射超声信号时，在为此目的而提供的兰姆波装置(21)中生成超声兰姆波，

其中，所述兰姆波装置为所述保持装置(50)的测量管壁(51)或兰姆波板(53)。