DE102022102903A1 - Method for determining deposits on the inside of a measuring tube wall with a measuring arrangement and corresponding measuring arrangement - Google Patents

Method for determining deposits on the inside of a measuring tube wall with a measuring arrangement and corresponding measuring arrangement Download PDF

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Abstract

Beschrieben und dargestellt ist ein Verfahren (100) zur Bestimmung von Belag (1) an der Innenseite (2) einer Messrohrwand (3) mit einer Messanordnung (5).Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren (100) bereitzustellen, mit dem auf einfache Art und Weise eine Belagsbildung detektiert werden kann, ist dadurch gelöst, dass in einem Aussendeschritt (101) ein pulsförmiges Ultraschallsignal (9) von dem Ultraschallwandler (6) ausgesendet wird, wobei das Ultraschallsignal (6) an einer ersten - zwischen der dem Ultraschallwandler (6) benachbarten Innenseite (10) der Messrohrwand (3) und dem Medium (8) ausgebildeten - Grenzfläche (11) zumindest teilweise reflektiert wird, dass in einem Empfangsschritt (102) das an der ersten Grenzfläche (11) zumindest teilweise reflektierte Ultraschallsignal (12) empfangen wird, dass in einem Reflexionsfaktormessschritt (103) der Reflexionsfaktor rRM,messfür die Reflexion des Ultraschallsignals (9) an der ersten Grenzfläche (11) gemessen wird, wobei zum Messen des Reflexionsfaktors rRM,messdas Verhältnis der Amplitudenhöhen des an der ersten Grenzfläche (11) reflektierten Ultraschallsignals (12) und des ausgesendeten Ultraschallsignals (9) gebildet wird, und dass in einem Vergleichsschritt (104) der gemessene Reflexionsfaktor rRM,messfür die Reflexion des Ultraschallsignals (9) an der ersten Grenzfläche (11) mit einem Vergleichswert verglichen wird, wobei bei einem Abweichen des gemessenen Reflexionsfaktors rRM,messüber einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus auf einen Belag (1) an der Innenseite (2) der Messrohrwand (3) geschlossen wird.Described and illustrated is a method (100) for determining deposits (1) on the inside (2) of a measuring tube wall (3) with a measuring arrangement (5). The object on which the invention is based is to provide a method (100) with which A deposit formation can be detected in a simple manner is achieved in that in a transmission step (101) a pulsed ultrasonic signal (9) is transmitted by the ultrasonic transducer (6), the ultrasonic signal (6) being transmitted at a first - between the dem ultrasonic transducer (6) adjacent to the inner side (10) of the measuring tube wall (3) and the medium (8) - the boundary surface (11) is at least partially reflected, that in a receiving step (102) the ultrasonic signal at least partially reflected on the first boundary surface (11). (12) it is received that in a reflection factor measurement step (103) the reflection factor rRM,mess for the reflection of the ultrasonic signal (9) at the first interface (11) is measured, wherein for measuring the reflection factor rRM,mess the ratio of the amplitude heights of the at the first Interface (11) reflected ultrasonic signal (12) and the emitted ultrasonic signal (9) is formed, and that in a comparison step (104) the measured reflection factor rRM,mess for the reflection of the ultrasonic signal (9) at the first interface (11) with a comparison value is compared, wherein if the measured reflection factor rRM,mess deviates beyond a predetermined tolerance range, it is concluded that there is a coating (1) on the inside (2) of the measuring tube wall (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Belag an der Innenseite einer Messrohrwand eines Messrohrs eines Messgerätes mit einer Messanordnung, wobei die Messanordnung wenigstens ein Messrohr, einen Ultraschallwandler und eine Steuer- und Auswerteeinheit aufweist, wobei der Ultraschallwandler zum Senden und zum Empfangen von Ultraschallsignalen ausgebildet ist und wobei der Ultraschallwandler beabstandet zur Innenseite der Messrohrwand an dem Messrohr angeordnet ist, derart, dass er nicht in direktem Kontakt zu einem durch das Messrohr strömenden Medium steht, und wobei die Steuer- und Auswerteeinheit zum Steuern des Ultraschallwandlers und zur Auswertung der Ultraschallsignale ausgebildet ist. Zudem betrifft die Erfindung eine Messanordnung zur Bestimmung von Belag an einer Innenseite einer Messrohrwand.The invention relates to a method for determining deposits on the inside of a measuring tube wall of a measuring tube of a measuring device with a measuring arrangement, the measuring arrangement having at least one measuring tube, an ultrasonic transducer and a control and evaluation unit, the ultrasonic transducer being designed to transmit and receive ultrasonic signals and wherein the ultrasonic transducer is arranged on the measuring tube at a distance from the inside of the measuring tube wall in such a way that it is not in direct contact with a medium flowing through the measuring tube, and wherein the control and evaluation unit is designed to control the ultrasonic transducer and to evaluate the ultrasonic signals is. In addition, the invention relates to a measuring arrangement for determining deposits on an inside of a measuring tube wall.

Im Stand der Technik gibt es eine Vielzahl von Anlagen, bei denen Medien in Messrohren geführt werden. Mit dem Führen von Medien, insbesondere von flüssigen Medien, in Messrohren kommt es in einer Vielzahl der Anwendungen zu Ablagerungen oder Anreicherungen von Feststoffen an den Innenseiten der Messrohre. Solche Ablagerungen können zu störenden Veränderungen des Messsystems führen. Insbesondere kann es zu Produktverunreinigungen kommen, da beispielsweise Belagspartikel sich lösen können und in das Endprodukt gelangen können. Dies führt vor allem im Bereich der Lebensmittelindustrie zu einem erhöhten Produktionsausfall, da verunreinigte Lebensmittel nicht in den Verkehr gebracht werden dürfen. Zudem kann es durch die Belagsbildung jedoch auch zu einer Querschnittsverengung der Messrohre kommen. Besonders kritisch wird es dann, wenn der Belag derart stark an der Messrohrwand aufgewachsen ist, dass kaum noch oder kein belagsfreier Messrohrquerschnitt mehr vorhanden ist und es somit zu einem Anlagenausfall kommt.In the state of the art there is a large number of systems in which media are guided in measuring tubes. When media, in particular liquid media, are conveyed in measuring tubes, deposits or accumulations of solids occur on the insides of the measuring tubes in a large number of applications. Such deposits can lead to disturbing changes in the measuring system. In particular, product contamination can occur since, for example, coating particles can become detached and get into the end product. This leads to increased production losses, especially in the food industry, since contaminated food cannot be placed on the market. In addition, however, the formation of deposits can also lead to a narrowing of the cross section of the measuring tubes. It becomes particularly critical when the deposit has grown so heavily on the wall of the measuring tube that there is hardly any cross-section of the measuring tube that is free of deposits, and this results in a system failure.

Typischerweise entstehen Beläge über mehrere Stunden oder Tage hinweg. Das Wachstum der Beläge ist hierbei meistens initial sehr langsam und nimmt dann im Laufe der Zeit ähnlich einen exponentiellen Wachstum zu. Da die anfangs noch dünnen Beläge in der Regel keinen stark störenden Einfluss auf den Medientransport oder den Wärmeaustausch der Anlage haben, werden diese dünnen Beläge von vielen Anlagebetreibern als unkritisch eingestuft. Von einer Reinigung der Messrohre wird abgesehen, solange keine Produktverunreinigung zu erwarten ist, da die Reinigung der Messrohre in der Regel mit einem Stillstand der Anlagen einhergeht.Typically, deposits develop over several hours or days. The growth of the deposits is usually very slow initially and then increases over time, similar to an exponential growth. Since the layers, which are initially still thin, usually do not have a strong disruptive effect on the transport of media or the heat exchange in the system, many system operators classify these thin layers as uncritical. The measuring tubes are not cleaned as long as no product contamination is to be expected, since the cleaning of the measuring tubes is usually accompanied by a shutdown of the plant.

Um den negativen Einflüssen einer stärker werdenden Belagsbildung entgegenwirken zu können, ist es wünschenswert, eine Belagsbildung sensorisch zu überwachen, so dass eine ungewollte Belagsbildung verlässlich und frühzeitig detektiert werden kann. Aus dem Stand der Technik gibt es hierfür eine Vielzahl von Lösungen, die Bildung eines Belages an den Innenseiten von Messrohren zu detektieren. Diese Lösungen basieren auf verschiedenen technologischen Verfahren.In order to be able to counteract the negative influences of an increasing formation of deposits, it is desirable to monitor the formation of deposits by sensors, so that an unwanted formation of deposits can be detected reliably and at an early stage. From the state of the art, there are a number of solutions for detecting the formation of a deposit on the insides of measuring tubes. These solutions are based on various technological processes.

Zum einen gibt es optische Verfahren, bei denen Änderungen der optischen Transmission einer Teststrecke im Medium durch eine Belagsbildung beobachtet und ausgewertet werden. Problematisch hieran ist jedoch, dass die Messmethode sehr empfindlich ist. Zwar ist es möglich, aufgrund der hohen Empfindlichkeit extrem dünne Beläge zu registrieren. Jedoch kann mit dieser Methode ab einer gewissen Schichtdicke, nämlich beispielsweise ab einer Schichtdicke von wenigen Nanometern bis einigen Mikrometern, das weitere Wachstum des Belages nicht mehr beobachtet werden.On the one hand there are optical methods in which changes in the optical transmission of a test section in the medium due to the formation of a coating are observed and evaluated. The problem here, however, is that the measuring method is very sensitive. It is possible to register extremely thin deposits due to the high sensitivity. However, with this method, from a certain layer thickness, namely for example from a layer thickness of a few nanometers to a few micrometers, further growth of the plaque can no longer be observed.

Ein weiteres Verfahren zur Detektion einer Belagsbildung liegt in der Messung der Änderung der elektrischen Impedanz oder einer elektrischen Kapazität des Mediums. Diese Verfahren benötigen in der Regel eine große Oberfläche zum Medium, um eine erzielbare Sensitivität zu erreichen. Hierdurch werden insbesondere die Art und der Ort der Installation einer solchen Messanordnung stark eingeschränkt. Zudem sind solche Verfahren sehr empfänglich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen und können entsprechend schlecht in metallischen Messrohren eingesetzt werden.Another method for detecting the formation of deposits is to measure the change in the electrical impedance or an electrical capacitance of the medium. As a rule, these methods require a large surface to the medium in order to achieve an achievable sensitivity. As a result, in particular the type and location of the installation of such a measurement arrangement are severely restricted. In addition, such methods are very susceptible to electromagnetic interference and are therefore difficult to use in metal measuring tubes.

Ebenfalls ist es aus dem Stand der Technik bekannt, ultraschallbasierte Verfahren zur Erkennung von Belagsbildung zu verwenden. Hierbei gibt es im wesentlichen zwei unterschiedliche Ansätze. In einem ersten Ansatz wird die sogenannte „guided wave“-Technik verwendet, bei der eine Oberflächenwelle in einem Messrohr durch geeignete Einkopplung des Ultraschallsignals erzeugt wird. Bei einer Bildung eines Belags an der Innenseite des Messrohres werden die Oberflächenwellen stark verändert, so dass mithilfe dieses Ansatzes eine Belagsdetektion möglich ist. Jedoch ist hierfür notwendig, dass die Oberflächen keine Störkörper aufweisen. Dies ist in den meisten Anwendungen der Durchflussmesstechnik nicht realisierbar.It is also known from the prior art to use ultrasound-based methods for detecting deposit formation. There are essentially two different approaches here. In a first approach, the so-called "guided wave" technique is used, in which a surface wave is generated in a measuring tube by suitable coupling of the ultrasonic signal. If a deposit forms on the inside of the measuring tube, the surface waves are greatly changed, so that deposit detection is possible using this approach. However, for this it is necessary that the surfaces do not have any disruptive bodies. This is not feasible in most flow measurement applications.

Der zweite ultraschallbasierte Ansatz verwendet das sogenannte Puls-Echo-Verfahren, bei dem ein scharfer Ultraschallpuls mithilfe eines Ultraschallwandlers ausgesendet und in das Medium eingekoppelt wird. Der Ultraschallpuls durchläuft das Medium und wird dann entweder mit einem zweiten Ultraschallwandler an der gegenüberliegenden Messrohrwand empfangen, oder an der gegenüberliegenden Messrohrwand reflektiert und nach nochmaligem Durchlaufen des Mediums wieder empfangen. Aus einer Veränderung der Laufzeit zwischen Aussenden und Empfangen des Ultraschallpulses wird dann auf einem Belag zurückgeschlossen. Typischerweise wird der anregende Ultraschallwandler mediumberührend installiert, damit möglichst keine Grenzflächen im Ultraschallpfad existieren. Dies hat den Nachteil, dass dieser Ansatz nur bei geeigneten Medien zum Einsatz kommen kann, bei denen weder der Ultraschallwandler durch die Medien angegriffen wird, noch der Ultraschallwandler einen Einfluss auf das Medium hat. Zudem kann es bei einer mediumberührenden Installation des Ultraschallwandlers bei einer erhöhten Mediumtemperatur zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Ultraschallwandlers kommen.The second ultrasound-based approach uses the so-called pulse-echo method, in which a sharp ultrasound pulse is emitted using an ultrasound transducer and coupled into the medium. The ultrasonic pulse passes through the medium and is then either received with a second ultrasonic transducer on the opposite measuring tube wall, or reflected on the opposite measuring tube wall and then again once passed through the medium. From a change in the propagation time between the transmission and reception of the ultrasonic pulse, conclusions are then drawn about a covering. Typically, the exciting ultrasonic transducer is installed in contact with the medium so that there are as few interfaces in the ultrasonic path as possible. This has the disadvantage that this approach can only be used with suitable media in which the ultrasonic transducer is not attacked by the media and the ultrasonic transducer has no influence on the medium. In addition, if the ultrasonic transducer is installed in contact with the medium and the medium temperature is increased, the ultrasonic transducer may be damaged or destroyed.

Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Detektion einer Belagsbildung mit einer Messanordnung bereitzustellen, mit dem auf einfache Art und Weise eine Belagsbildung detektiert werden kann, sowie eine entsprechende Messanordnung bereitzustellen.Accordingly, the object of the invention is to provide a method for detecting the formation of deposits using a measuring arrangement, with which deposit formation can be detected in a simple manner, and to provide a corresponding measuring arrangement.

Die Aufgabe ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, nämlich mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1, dass zunächst in einem Aussendeschritt ein pulsförmiges Ultraschallsignal von dem Ultraschallwandler ausgesendet wird. Da der Ultraschallwandler beabstandet zum Medium in der Messrohrwand angeordnet ist, durchläuft das Ultraschallsignal zunächst die Messrohrwand zwischen Ultraschallwandler und Medium und wird dann an einer ersten Grenzfläche, die zwischen der dem Ultraschallwandler benachbarten Innenseite der Messrohrwand und dem Medium ausgebildet ist, zumindest teilweise reflektiert. Ein weiterer Teil des Ultraschallsignals wird in das Medium transmittiert.The object is achieved with the method according to the invention, namely with the features of the characterizing part of patent claim 1, in that initially a pulse-shaped ultrasonic signal is emitted by the ultrasonic transducer in an emission step. Since the ultrasonic transducer is arranged in the measuring tube wall at a distance from the medium, the ultrasonic signal first passes through the measuring tube wall between the ultrasonic transducer and the medium and is then at least partially reflected at a first boundary surface, which is formed between the inner side of the measuring tube wall adjacent to the ultrasonic transducer and the medium. Another part of the ultrasonic signal is transmitted into the medium.

In einem Empfangsschritt wird das an der ersten Grenzfläche zumindest teilweise reflektierte Ultraschallsignal von dem Ultraschallwandler empfangen.In a receiving step, the ultrasonic signal that is at least partially reflected at the first interface is received by the ultrasonic transducer.

In einem anschließenden Reflexionsfaktormessschritt wird der Reflexionsfaktor rRM,mess für die Reflexion des Ultraschallsignals an der ersten Grenzfläche gemessen. Zum Messen des Reflexionsfaktors rRM,mess wird das Verhältnis der Amplitudenhöhen des an der ersten Grenzfläche reflektierten Ultraschallsignals und des ursprünglich ausgesendeten Ultraschallsignals gebildet.In a subsequent reflection factor measurement step, the reflection factor r RM,mess for the reflection of the ultrasonic signal at the first interface is measured. To measure the reflection factor r RM,mess , the ratio of the amplitude heights of the ultrasonic signal reflected at the first interface and the ultrasonic signal originally emitted is formed.

Schließlich wird in einem Vergleichsschritt der gemessene Reflexionsfaktor rRM,mess für die Reflexion des Ultraschallsignals an der ersten Grenzfläche mit einem Vergleichswert verglichen. Beim Abweichen des gemessenen Reflexionsfaktors rRM,mess von dem Vergleichswert über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus wird auf einen Belag an der Innenseite der Messrohrwand geschlossen.Finally, in a comparison step, the measured reflection factor r RM,mess for the reflection of the ultrasonic signal at the first interface is compared with a comparison value. If the measured reflection factor r RM,mess deviates from the comparison value by more than a specified tolerance range, it is concluded that there is a deposit on the inside of the measuring tube wall.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass sich der gemessene Reflexionsfaktor bei Belagsbildung mit zunehmender Belagsdicke zunächst verändert, sodass es zur Bestimmung einer Belagsbildung, insbesondere einer einsetzenden Belagsbildung, ausreichend ist, den gemessenen Reflexionsfaktor auf eine Veränderung hin zu überwachen.According to the invention, it has been recognized that the measured reflection factor initially changes during deposit formation as the deposit thickness increases, so that it is sufficient to determine deposit formation, in particular incipient deposit formation, to monitor the measured reflection factor for a change.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass es besonders einfach durchzuführen ist. Zudem kommen keine der verwendeten Komponenten mit dem Medium in Berührung, da der Ultraschallwandler beabstandet vom Medium angeordnet ist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, das Verfahren auch bei Prozessen anzuwenden, bei denen ein Medium mit hoher Mediumtemperatur und/oder ein aggressives Medium geführt wird.The method according to the invention has the advantage that it is particularly easy to carry out. In addition, none of the components used come into contact with the medium, since the ultrasonic transducer is arranged at a distance from the medium. This makes it possible, in particular, to use the method in processes in which a medium with a high medium temperature and/or an aggressive medium is conveyed.

Das Verfahren kann beispielsweise auch bei bereits in Betrieb befindlichen Bestandsanlagen angewendet werden, da der Ultraschallwandler ebenfalls an der Außenseite des Messrohres angebracht werden kann. Hier ist auf eine gute Einkopplung des Ultraschallsignals in die Messrohrwand zu achten, beispielsweise mit aus dem Stand der Technik bekannten Kopplungsmitteln.The method can also be used, for example, in existing systems that are already in operation, since the ultrasonic transducer can also be attached to the outside of the measuring tube. Care must be taken here to ensure that the ultrasonic signal is well coupled into the measuring tube wall, for example using coupling means known from the prior art.

Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gemessene Reflexionsfaktor mit dem im Gutzustand des Messrohres gemessenen Reflexionsfaktor verglichen. Der Gutzustand des Messrohres ist definiert als der belagsfreie Zustand des Messrohres. Dieser liegt beispielsweise vor Inbetriebnahme einer Anlage oder nach einer erfolgten Messrohrreinigung vor. Der im Gutzustand des Messrohres gemessene Reflexionsfaktor kann beispielsweise in der Steuer- und Auswerteeinheit der Messanordnung abgelegt sein.In a particularly preferred variant of the method according to the invention, the measured reflection factor is compared with the reflection factor measured when the measuring tube was in good condition. The good condition of the measuring tube is defined as the condition of the measuring tube free of deposits. This is the case, for example, before a system is started up or after the measuring tube has been cleaned. The reflection factor measured when the measuring tube is in good condition can be stored, for example, in the control and evaluation unit of the measuring arrangement.

In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Reflexionsfaktor für die Reflexion an der ersten Grenzfläche in zeitlich aufeinanderfolgenden Iterationen gemessen. In dem Vergleichsschritt wird der aktuell gemessene Reflexionsfaktor dann mit wenigstens einem zeitlich vorher gemessenen Reflexionsfaktor verglichen.In a further preferred variant of the method according to the invention, the reflection factor for the reflection at the first interface is measured in successive iterations. In the comparison step, the currently measured reflection factor is then compared with at least one previously measured reflection factor.

Es ist in der Praxis nicht immer zwangsläufig möglich, einen Gutzustand des Messrohres herbeizuführen bzw. von einem Gutzustand des Messrohres ausgehend eine Belagsbildung zu beobachten oder zu überwachen. Es kann durchaus auch relevant sein, eine Aussage zu treffen, ob eine Innenseite eines Messrohres aktuell mit einem Belag belegt ist oder nicht. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht dies. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens wird das von dem Ultraschallwandler ausgesendete pulsförmige Ultraschallsignal sowohl an der ersten Grenzfläche zwischen der dem Ultraschallwandler benachbarten Innenseite der Messrohrwand und dem Medium zumindest teilreflektiert, als auch der an der ersten Grenzfläche transmittierte Signalanteil an einer zweiten, zwischen dem Medium und der dem Ultraschallwandler beabstandeten Innenseite der Messrohrwand ausgebildeten, Grenzfläche zumindest teilweise reflektiert.In practice, it is not always necessarily possible to bring about a good condition of the measuring tube or, starting from a good condition of the measuring tube, to observe or monitor the formation of deposits. It can also be relevant to make a statement as to whether an inside of a measuring tube is currently covered with a coating or not. A particularly preferred one Embodiment of the method according to the invention makes this possible. In this embodiment of the method according to the invention, the pulsed ultrasonic signal emitted by the ultrasonic transducer is at least partially reflected both at the first interface between the inner side of the measuring tube wall adjacent to the ultrasonic transducer and the medium, and the signal component transmitted at the first interface is reflected at a second interface, between the medium and at least partially reflected on the inner side of the measuring tube wall spaced apart from the ultrasonic transducer.

In dem Empfangsschritt werden die an der ersten Grenzfläche und die an der zweiten Grenzfläche zumindest teilweise reflektierten Ultraschallsignale empfangen. Da die teilreflektierten Ultraschallsignale zeitlich nacheinander wieder beim Ultraschallwandler eintreffen, lassen sich die einzelnen Echos genau zuordnen.In the receiving step, the ultrasonic signals reflected at least partially at the first interface and at least partially reflected at the second interface are received. Since the partially reflected ultrasonic signals arrive back at the ultrasonic transducer one after the other, the individual echoes can be precisely assigned.

Erfindungsgemäß wird zudem in einem Schallgeschwindigkeitsbestimmungsschritt die Schallgeschwindigkeit cR des Ultraschallsignals in der Messrohrwand und die Schallgeschwindigkeit cM des Ultraschallsignals im Medium bestimmt. Ebenfalls werden in einem Dichtebestimmungsschritt die Dichte ρR der Messrohrwand und die Dichte ρM des Mediums bestimmt. In einem Reflexionsfaktorberechnungsschritt wird mit den Werten für die Schallgeschwindigkeiten cR und cM und mit den Werten für die Dichten ρR und ρM der Reflexionsfaktor rRM,berechnet für die Reflexion des Ultraschallsignals an der ersten Grenzfläche berechnet. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass in dem Vergleichsschritt der berechnete Reflexionsfaktor mit dem gemessenen Reflexionsfaktor verglichen wird, sodass im Fall eines Abweichens des berechneten Reflexionsfaktors von dem gemessenen Reflexionsfaktor über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus auf einen Belag an der Innenseite der Messrohwand geschlossen wird.According to the invention, the sound velocity c R of the ultrasonic signal in the measuring tube wall and the sound velocity c M of the ultrasonic signal in the medium are also determined in a sound velocity determination step. The density ρ R of the measuring tube wall and the density ρ M of the medium are also determined in a density determination step. In a reflection factor calculation step, the values for the sound velocities c R and c M and the values for the densities ρ R and ρ M are used to calculate the reflection factor r RM, calculated for the reflection of the ultrasonic signal at the first interface. According to the invention, the calculated reflection factor is compared with the measured reflection factor in the comparison step, so that if the calculated reflection factor deviates from the measured reflection factor by more than a predetermined tolerance range, a coating on the inside of the measuring tube wall is inferred.

Die erfindungsgemäße Weiterbildung des Verfahren sieht demnach vor, den Reflexionsfaktor für die Reflexion an der ersten Grenzfläche auf zwei verschiedene Arten zu bestimmen, nämlich einmal zu berechnen und einmal zu messen. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass der berechnete Reflexionsfaktor und der gemessene Reflexionsfaktor im belagsfreien Zustand, also im Gutzustand des Messrohres im Wesentlichen gleich sind. Sobald sich jedoch ein Belag von für die Ultraschallwelle spürbarer Dicke an der Innenseite der Messrohrwand bildet, hier reichen einige zehn Mikrometer bis einige hundert Mikrometer Belagsdicke aus, verändert der Belag den gemessenen Reflexionsfaktor. Gleichzeitig ist die Dicke des Belags jedoch so gering im Vergleich zum Innendurchmesser des Messrohres, dass der Belag keine nennenswerte Änderung in dem berechneten Reflexionsfaktor hervorruft. Somit kommt es zu einer Abweichung zwischen berechnetem und gemessenem Reflexionsfaktor bei Vorhandensein von Belag. Diese erfindungsgemäße Variante eignet sich somit nicht nur zur Beobachtung von Belagsbildung, sondem zudem dazu, bei einem Messrohr unbekannten Zustandes zu ermitteln, ob bereits Belag vorhanden ist oder nicht.The development of the method according to the invention therefore provides for determining the reflection factor for the reflection at the first interface in two different ways, namely calculating it once and measuring it once. According to the invention, it has been recognized that the calculated reflection factor and the measured reflection factor are essentially the same when the measuring tube is free of deposits, ie when it is in good condition. However, as soon as a deposit of a thickness that can be felt by the ultrasonic wave forms on the inside of the measuring tube wall (a deposit thickness of a few tens of micrometers to a few hundred micrometers is sufficient here), the deposit changes the measured reflection factor. At the same time, however, the thickness of the coating is so small compared to the inner diameter of the measuring tube that the coating does not cause any significant change in the calculated reflection factor. This results in a discrepancy between the calculated and measured reflection factor when there is a coating. This variant according to the invention is therefore not only suitable for observing the formation of deposits, but also for determining whether a deposit is already present or not in a measuring tube with an unknown state.

Der berechnete Reflexionsfaktor berechnet sich in sehr guter Näherung gemäß der Formel r R M , b e r e c h n e t = | 1 − 2 ⋅ ( ρ M ρ R ) ⋅ ( c M c R ) |

Figure DE102022102903A1_0001
wobei ρM die Dichte des Mediums, ρR die Dichte der Messrohrwand, cM die Schallgeschwindigkeit des Ultraschallsignals im Medium und cR die Schallgeschwindigkeit des Ultraschalls in der Messrohrwand sind, sodass in einer besonders bevorzugten Variante vorgesehen ist, den Reflexionsfaktor gemäß dieser Formel zu berechnen.The calculated reflection factor is calculated in a very good approximation according to the formula right R M , b e right e c H n e t = | 1 − 2 ⋅ ( ρ M ρ R ) ⋅ ( c M c R ) |
Figure DE102022102903A1_0001
 where ρ M is the density of the medium, ρ R is the density of the measuring tube wall, c M is the speed of sound of the ultrasonic signal in the medium and c R is the speed of sound of the ultrasound in the measuring tube wall, so that in a particularly preferred variant, the reflection factor is calculated according to this formula calculate.

Insgesamt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren in seinen beschriebenen Varianten besonders gut, um eine Aussage zu treffen, ob ein Belag in einer - für Ultraschallwellen sichtbaren - Mindestdicke vorliegt oder nicht. Diese Mindestdicke ist dicker als die Belagsdicke, die mit aus dem Stand der Technik bekannten optischen Verfahren detektiert werden kann. Während die extrem dünnen Belagsdicken bestimmbar durch die optischen Verfahren in einem Bereich liegen, der für die meisten Anwender unerheblich ist, so fallen die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmbaren Beläge aufgrund ihrer Dicke in einen Bereich, der eine Reinigung des Messrohres in der Regel notwendig macht. Somit kann das Verfahren besonders bevorzugt dazu genutzt werden, zu indizieren, ob eine Reinigung notwendig ist.Overall, the method according to the invention in its described variants is particularly well suited for making a statement as to whether or not a covering is present in a minimum thickness—visible to ultrasonic waves. This minimum thickness is thicker than the covering thickness that can be detected using optical methods known from the prior art. While the extremely thin deposit thicknesses that can be determined using the optical method are in a range that is irrelevant for most users, the deposits that can be determined using the method according to the invention fall into a range due to their thickness that generally makes cleaning of the measuring tube necessary. The method can thus be used particularly preferably to indicate whether cleaning is necessary.

Der Schallgeschwindigkeitsbestimmungsschritt kann in unterschiedlichen Varianten des Verfahrens verschieden durchgeführt werden. In einer Variante ist vorgesehen, die Schallgeschwindigkeit des Ultraschallsignals in der Messrohrwand und/oder in dem Medium anhand von in der Literatur bekannten Werten zu ermitteln. Hierzu ist die Kenntnis des Materials des Messrohres sowie die Zusammensetzung des Mediums notwendig.The sound velocity determination step can be carried out differently in different variants of the method. In one variant, the speed of sound of the ultrasonic signal in the measuring tube wall and/or in the medium is determined using values known from the literature. This requires knowledge of the material of the measuring tube and the composition of the medium.

In einer alternativen Variante wird in dem Schallgeschwindigkeitsbestimmungsschritt die Schallgeschwindigkeit cR des Ultraschallsignals in der Messrohrwand ermittelt aus der Dicke dR der Messrohrwand und der Laufzeit ΔtR bis zum Empfangen des an der ersten Grenzfläche zumindest teilweise reflektierten Ultraschallsignals. Die Dicke der Messrohrwand ist hierbei die Strecke des Ultraschallsignals von Ultraschallwandler bis zum Medium durch die Messrohrwand. Die Schallgeschwindigkeit cM des Ultraschallsignals in dem Medium wird in einer Variante ermittelt aus dem Innendurchmesser d; des Messrohres und der Laufzeit ΔtM des Ultraschallsignals durch das Medium. Besonders bevorzugt wird die Laufzeit des Ultraschallsignals in der Messrohrwand oder die Laufzeit des Ultraschallsignals in dem Medium oder beide Laufzeiten aus einem Laufzeitdiagramm der Ultraschallsignale ermittelt. Weiter bevorzugt wird das Laufzeitdiagramm mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Puls-Echo-Verfahren erstellt.In an alternative variant, the sound velocity c R of the ultrasonic signal in the measuring tube wall is determined in the sound velocity determination step from the thickness d R of the measuring tube wall and the transit time Δt R until the ultrasonic signal, which is at least partially reflected at the first interface, is received. The thickness of the measuring tube wall is the path of the ultrasound signals from the ultrasonic transducer to the medium through the measuring tube wall. The speed of sound c M of the ultrasonic signal in the medium is determined in one variant from the inner diameter d; of the measuring tube and the transit time Δt M of the ultrasonic signal through the medium. The transit time of the ultrasonic signal in the measuring tube wall or the transit time of the ultrasonic signal in the medium or both transit times is particularly preferably determined from a transit time diagram of the ultrasonic signals. More preferably, the transit time diagram is created using the pulse-echo method known from the prior art.

Die bestimmten Schallgeschwindigkeiten werden bevorzugt in der Steuer- und Auswerteeinheit abgelegt.The sound speeds determined are preferably stored in the control and evaluation unit.

Der Dichtebestimmungsschritt erfolgt in einer bevorzugten Variante gemäß aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren. Besonders bevorzugt wird das Verhältnis der Dichte des Mediums zu der Dichte des Messrohres bestimmt und in der Steuer- und Auswerteeinheit abgelegt. Die Dichten werden besonders bevorzugt einmalig bestimmt, nämlich im Gutzustand des Messrohres vor Anfahren des Prozesses, und in der Steuer- und Auswerteeinheit abgelegt. Dies ist insbesondere aus dem Grund vorteilhaft, da temperaturbedingte Änderungen der Dichten erfahrungsgemäß sehr klein sind, sodass das Verhältnis der Dichten für einen in der Praxis relevanten Temperaturbereich als im Wesentlichen konstant angenommen werden kann.In a preferred variant, the density determination step takes place according to methods known from the prior art. The ratio of the density of the medium to the density of the measuring tube is particularly preferably determined and stored in the control and evaluation unit. The densities are particularly preferably determined once, namely when the measuring tube is in good condition before the process is started, and stored in the control and evaluation unit. This is particularly advantageous because experience has shown that temperature-related changes in the densities are very small, so that the ratio of the densities can be assumed to be essentially constant for a temperature range that is relevant in practice.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in einem Temperaturmessschritt die Temperatur des Messrohres gemessen wird und dass zur Bestimmung des gemessenen Reflexionsfaktors in einem Korrekturschritt die Abhängigkeit der Dämpfung des Ultraschallsignals von der Temperatur korrigiert wird. Da die Dämpfung des Ultraschallsignals in der Messrohrwand temperaturabhängig ist, und die Temperaturabhängigkeit stark abhängig ist von der Wahl des Materials des Messrohres, ermöglicht die Temperaturkorrektur eine genauere Aussage über eine Veränderung des gemessenen Reflexionsfaktors, insbesondere bei einem Vergleich des gemessenen Reflexionsfaktors mit dem berechneten Reflexionsfaktor über eine Abweichung von gemessenem und berechnetem Reflexionsfaktor. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in der Steuer- und Auswerteeinheit die Abhängigkeit der Dämpfung im Material der Messrohrwand als Funktion der Temperatur hinterlegt ist und diese Daten zur Korrektur herangezogen werden.A development of the method according to the invention provides that the temperature of the measuring tube is measured in a temperature measurement step and that the dependence of the attenuation of the ultrasonic signal on the temperature is corrected in a correction step to determine the measured reflection factor. Since the attenuation of the ultrasonic signal in the measuring tube wall depends on the temperature, and the temperature dependency is strongly dependent on the choice of the material of the measuring tube, the temperature correction enables a more precise statement about a change in the measured reflection factor, especially when comparing the measured reflection factor with the calculated reflection factor a deviation of the measured and calculated reflection factor. In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the dependence of the damping in the material of the measuring tube wall is stored as a function of the temperature in the control and evaluation unit and this data is used for the correction.

In einer zusätzlichen oder alternativen Variante wird in dem Temperaturmessschritt die Temperatur des Mediums gemessen und bei der Bestimmung des gemessenen Reflexionsfaktors berücksichtigt. Weiter bevorzugt ist auch die Abhängigkeit der Dämpfung im Medium als Funktion der Temperatur in der Steuer- und Auswerteeinheit hinterlegt.In an additional or alternative variant, the temperature of the medium is measured in the temperature measurement step and taken into account when determining the measured reflection factor. More preferably, the dependency of the damping in the medium as a function of the temperature is also stored in the control and evaluation unit.

Aufgrund von Dämpfungserscheinungen und aufgrund von geometrisch nicht vermeidbaren Streuverlusten in der Messrohrwand hat die Amplitude des an der ersten Grenzfläche reflektierten Ultraschallsignals in der Praxis oftmals nicht die gleiche Höhe wie das ausgesendete Ultraschallsignal. Um Fehler in der Messung des Reflexionsfaktors zu minimieren, zeichnet sich somit eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch aus, dass in einem Normierungsschritt eine Normierung des an der ersten Grenzfläche reflektierten Ultraschallsignals durchgeführt wird. Besonders bevorzugt wird der Normierungsschritt im Gutzustand der Innenseite der Messrohrwand durchgeführt, also durchgeführt, solange die Innenseite der Messrohrwand belagsfrei ist. Alternativ kann zur Normierung ein bekanntes Medium - besonders bevorzugt Luft - durch das Messrohr geführt werden. Da das Material der Messrohrwand bekannt ist, kann besonders bevorzugt der gemessene Reflexionsfaktor mit dem berechneten Reflexionsfaktor normiert werden.Due to damping phenomena and due to geometrically unavoidable scattering losses in the measuring tube wall, the amplitude of the ultrasonic signal reflected at the first interface often does not have the same level as the emitted ultrasonic signal in practice. In order to minimize errors in the measurement of the reflection factor, a particularly preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the ultrasonic signal reflected at the first interface is normalized in a normalization step. The normalization step is particularly preferably carried out when the inside of the measuring tube wall is in good condition, that is to say it is carried out as long as the inside of the measuring tube wall is free of deposits. Alternatively, a known medium - particularly preferably air - can be passed through the measuring tube for standardization. Since the material of the measuring tube wall is known, the measured reflection factor can particularly preferably be normalized with the calculated reflection factor.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Reflexionsfaktormessschritt zur Messung des Reflexionsfaktors eine Hilbert-Transformation der empfangenen Ultraschallsignale durchgeführt wird. Durch die Hilbert-Transformation wird eine Einhüllende der empfangenen Ultraschallsignale gebildet, sodass die einzelnen Signalanteile leichter identifizierbar sind.A further preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that a Hilbert transformation of the received ultrasonic signals is carried out in the reflection factor measurement step for measuring the reflection factor. The Hilbert transformation forms an envelope of the received ultrasonic signals so that the individual signal components can be identified more easily.

Um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der von dem Ultraschallwandler empfangenen Ultraschallsignale zu verbessern, zeichnet sich ferner eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch aus, zeitlich nacheinander eine Mehrzahl an Messungen durchzuführen und einen Mittelwert der gemessenen Ultraschallsignale zu bilden. Besonders bevorzugt wird eine Hilbert-Transformation des gemittelten Ultraschallsignals durchgeführt.In order to improve the signal-to-noise ratio of the ultrasonic signals received by the ultrasonic transducer, a particularly preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that a plurality of measurements are carried out one after the other and an average of the measured ultrasonic signals is formed. A Hilbert transformation of the averaged ultrasound signal is particularly preferably carried out.

Um die einzelnen Ultraschallsignale, nämlich insbesondere den durch das Einkoppeln des Ultraschallsignals in das Medium der Messrohrwand entstehenden „Einkoppellärm“, das an der ersten Grenzfläche reflektierte Ultraschallsignal und das an der zweiten Grenzfläche reflektierte Ultraschallsignal messen zu können, bzw. voneinander unterscheiden zu können, also um eine hohe Zeitauflösung erzielen zu können, zeichnet sich eine Variante des Verfahrens dadurch aus, dass eine hohe Taktfrequenz zum Abtasten verwendet wird. Besonders bevorzugt beträgt die Taktfrequenz mehr als das Zweifache der Anregungsfrequenz des Ultraschallwandlers, besonders bevorzugt das Fünffache der Anregungsfrequenz.In order to be able to measure the individual ultrasonic signals, namely in particular the “coupling noise” caused by the coupling of the ultrasonic signal into the medium of the measuring tube wall, the ultrasonic signal reflected at the first interface and the ultrasonic signal reflected at the second interface, or to be able to distinguish them from one another, i.e In order to be able to achieve a high time resolution, a variant of the method is characterized in that a high clock frequency is used for sampling. The clock frequency is particularly preferably more than twice the excitation frequency of the ultrasonic transducer, particularly preferably five times the excitation frequency.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit einer Messanordnung durchgeführt, die eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern und zugeordneten Steuer- und Auswerteeinheiten aufweist. Besonders bevorzugt sind wenigstens zwei Ultraschallwandler oder mehr vorgesehen, die entlang einer geschlossenen Umfangslinie um das Messrohr beabstandet zum Medium angeordnet sind. Jede der einzelnen Steuer- und Auswerteeinheiten ist ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, bevorzugt in allen seinen beschriebenen Varianten. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren nun dadurch aus, dass die einzelnen Steuer- und Auswerteeinheiten zeitlich hintereinander das erfindungsgemäße Verfahren ausführen, derart, dass es nicht zu einer Überlagerung der Ultraschallsignale der unterschiedlichen Ultraschallwandler kommt und dass anhand einer Mehrheitsentscheidung auf eine Belagsbildung geschlossen wird oder dass anhand der im Vergleichsschritt ermittelten Vergleichsergebnisse eine räumliche Verteilung einer Belagsbildung ermittelt wird. Besonders bevorzugt wird auf das Vorhandensein eines Belags geschlossen, wenn mehr als die Hälfte der vorgesehenen Messanordnung einen Belag detektieren.A particularly advantageous embodiment of the method according to the invention is carried out using a measuring arrangement which has a plurality of ultrasonic transducers and associated control and evaluation units. Particularly preferably, at least two ultrasonic transducers or more are provided, which are arranged at a distance from the medium along a closed peripheral line around the measuring tube. Each of the individual control and evaluation units is designed to carry out the method according to the invention, preferably in all of its described variants. According to the invention, the method is now characterized in that the individual control and evaluation units execute the method according to the invention one after the other in such a way that there is no superimposition of the ultrasonic signals from the different ultrasonic transducers and that a majority decision is used to conclude that deposits have formed or that based on of the comparison results ascertained in the comparison step, a spatial distribution of deposit formation is ascertained. The presence of a deposit is particularly preferably inferred if more than half of the measuring arrangement provided detect a deposit.

Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung zudem eine Messanordnung zur Bestimmung von Ablagerungen an einer Innenseite einer Messrohrwand, wobei die Messanordnung wenigstens ein Messrohr, einen Ultraschallwandler zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen und eine Steuer- und Auswerteeinheit zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers und zum Auswerten von Ultraschallsignalen aufweist.In addition to the method, the invention also relates to a measuring arrangement for determining deposits on an inside of a measuring tube wall, the measuring arrangement having at least one measuring tube, an ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic signals, and a control and evaluation unit for controlling the ultrasonic transducer and for evaluating ultrasonic signals .

Bei der Messanordnung ist die Aufgabe zunächst und im Wesentlichen dadurch gelöst, dass der Ultraschallwandler beabstandet zur Innenseite der Messrohrwand an dem Messrohr angeordnet ist, derart, dass er nicht in direktem Kontakt zu einem durch das Messrohr strömenden Medium steht und dass die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, das Verfahren nach Patentanspruch 1 auszuführen. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist also ausgebildet, im Betriebszustand der Messanordnung in einem Aussendeschritt ein pulsförmiges Ultraschallsignal von dem Ultraschallwandler auszusenden, wobei das Ultraschallsignal an einer ersten - zwischen der dem Ultraschallwandler benachbarten Innenseite der Messrohrwand und dem Medium ausgebildeten - Grenzfläche zumindest teilweise reflektiert wird, in einem Empfangsschritt das an der ersten Grenzfläche zumindest teilweise reflektierte Ultraschallsignal zu empfangen, in einem Reflexionsfaktormessschritt der Reflexionsfaktor rRM,mess für die Reflexion des Ultraschallsignals an der ersten Grenzfläche zu gemessen, wobei zum Messen des Reflexionsfaktors rRM,mess das Verhältnis der Amplitudenhöhen des an der ersten Grenzfläche reflektierten Ultraschallsignals und des ausgesendeten Ultraschallsignals gebildet wird, und in einem Vergleichsschritt den gemessenen Reflexionsfaktor rRM,mess für die Reflexion des Ultraschallsignals an der ersten Grenzfläche mit einem Vergleichswert zu vergleichen, wobei bei einem Abweichen des gemessenen Reflexionsfaktors rRM,mess von dem Vergleichswert über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus auf einen Belag an der Innenseite der Messrohrwand geschlossen wird.In the case of the measuring arrangement, the object is initially and essentially achieved in that the ultrasonic transducer is arranged on the measuring tube at a distance from the inside of the measuring tube wall in such a way that it is not in direct contact with a medium flowing through the measuring tube and that the control and evaluation unit is trained to carry out the method according to claim 1. The control and evaluation unit is thus designed, in the operating state of the measuring arrangement, to emit a pulsed ultrasonic signal from the ultrasonic transducer in a transmission step, the ultrasonic signal being at least partially reflected at a first boundary surface formed between the inner side of the measuring tube wall adjacent to the ultrasonic transducer and the medium. to receive the ultrasonic signal that is at least partially reflected at the first interface in a receiving step, to measure the reflection factor r RM,mess for the reflection of the ultrasonic signal at the first interface in a reflection factor measuring step, wherein to measure the reflection factor r RM,mess the ratio of the amplitude heights of is formed at the first interface reflected ultrasonic signal and the emitted ultrasonic signal, and in a comparison step to compare the measured reflection factor r RM,mess for the reflection of the ultrasonic signal at the first interface with a comparison value, wherein if the measured reflection factor r RM,mess a deposit on the inside of the measuring tube wall is inferred from the comparison value beyond a predetermined tolerance range.

Gemäß besonders bevorzugter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Messanordnung ist die Steuer- und Auswerteeinheit ferner dazu ausgestaltet, wenigstens eine oder mehrere, bevorzugt sämtliche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Weiterbildungen des Verfahrens durchzuführen. Entsprechend gelten sämtliche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Varianten mit ihren Vorteilen und Besonderheiten analog auch für die erfindungsgemäße Messanordnung.According to particularly preferred configurations of the measuring arrangement according to the invention, the control and evaluation unit is also designed to carry out at least one or more, preferably all, developments of the method described in connection with the method according to the invention. Correspondingly, all the variants described in connection with the method according to the invention, with their advantages and special features, also apply analogously to the measuring arrangement according to the invention.

Um eine möglichst gute Reflexion der Ultraschallsignale zu ermöglichen, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Messanordnung die Innenseite des Messrohres zumindest auf der dem Ultraschallwandler gegenüberliegenden Seite zumindest teilweise abgeflacht ausgebildet. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen weist das Messrohr einen elliptischen oder einen rechteckigen Querschnitt auf.In order to enable the best possible reflection of the ultrasonic signals, in a preferred embodiment of the measuring arrangement the inside of the measuring tube is designed to be at least partially flattened, at least on the side opposite the ultrasonic transducer. In particularly preferred configurations, the measuring tube has an elliptical or a rectangular cross section.

Wie bereits ausgeführt, ist der Ultraschallwandler beabstandet von der Innenwand des Messrohres am Messrohr angeordnet, also nicht mediumberührend angeordnet. Beim Aussenden der Ultraschallsignale kommt es beim Übergang in das Messrohr zu sogenanntem „Einkoppellärm“. Dieser Einkoppellärm bezeichnet ein sehr starkes und undefiniertes Ultraschallsignal, das eine kurze Zeitdauer tL nach Aussenden des Ultraschallsignals von dem Ultraschallwandler empfangen wird und aus der Einkopplung des Ultraschallsignals aus dem Ultraschallwandler in das Material der Messrohrwand hinein resultiert. Um den Einkoppellärm von dem an der ersten Grenzfläche zurückreflektierten Ultraschallsignal signaltechnisch unterscheiden zu können, ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Wandstärke der Messrohrwand zwischen Ultraschallwandler und Innenseite des Messrohres mindestens dem zweifachen der Zeit tL mal der Schallgeschwindigkeit cM des Ultraschalls im Messrohr entspricht. Bevorzugt kann die Messrohrwand auch eine größere Wandstärke aufweisen. In einer Variante weist das Messrohr entlang seiner gesamten Umfangslinie in dem Bereich, in dem der Ultraschallwandler angeordnet ist, die oben beschriebene Mindestwandstärke auf. In einer alternativen Variante weist das Messrohr zumindest im Bereich des Ultraschallwandlers, jedoch nicht entlang seiner gesamten Umfangslinie, die beschriebene Mindestwandstärke auf.As already stated, the ultrasonic transducer is arranged on the measuring tube at a distance from the inner wall of the measuring tube, ie not in contact with the medium. When the ultrasonic signals are emitted, so-called "coupling noise" occurs at the transition to the measuring tube. This coupling noise denotes a very strong and undefined ultrasonic signal which is received by the ultrasonic transducer a short time period t L after the ultrasonic signal has been emitted and results from the coupling of the ultrasonic signal from the ultrasonic transducer into the material of the measuring tube wall. In order to be able to distinguish the coupling noise from the ultrasonic signal reflected back at the first boundary surface, it is provided in a particularly preferred embodiment that the wall thickness of the measuring tube wall between the ultrasonic transducer and the inside of the measuring tube is at least twice the time t L times the speed of sound c M of the ultrasound in the measuring tube. The measuring tube wall can preferably also have a greater wall thickness. In one variant, the measuring tube has the minimum wall thickness described above along its entire circumference in the area in which the ultrasonic transducer is arranged. In an alternative variant, the measuring tube has the minimum wall thickness described, at least in the area of the ultrasonic transducer, but not along its entire circumference.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messanordnung weist wenigstens einen zweiten Ultraschallwandler mit einer zweiten Steuer- und Auswerteeinheit auf. Der zweite Ultraschallwandler ist zumindest in Umfangsrichtung des Messrohres beabstandet von dem ersten Ultraschallwandler und beabstandet vom Medium an der Messrohrwand angeordnet. Besonders bevorzugt sind sowohl der erste Ultraschallwandler als auch der wenigstens zweite Ultraschallwandler auf einer gemeinsamen geschlossenen Umfangslinie am Messrohr angeordnet. In dieser bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Steuer- und Auswerteeinheit ebenfalls ausgebildet, das erfindungsgemäße und oben beschriebene Verfahren, bevorzugt mit sämtlichen beschriebenen Weiterbildungen auszuführen. Weiter bevorzugt sind die erste Steuer- und Auswerteeinheit und die zweite Steuer- und Auswerteeinheit derner derart ausgestaltet, die Verfahren zeitlich nacheinander ausführen, derart, dass es nicht zu einer Überlagerung der Ultraschallsignale des ersten Ultraschallwandlers und des zweiten Ultraschallwandlers kommt. Weiter bevorzugt sind in einer Ausgestaltung mehr als zwei Ultraschallwandler vorgesehen und beabstandet voneinander entlang einer geschlossenen Umfangslinie am Messrohr angeordnet, wobei sämtliche Ultraschallwandler eine zugeordnete Steuer- und Auswerteeinheit aufweisen, die ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Weiter ist wenigstens eine der Steuer- und Auswerteeinheiten ferner dazu ausgebildet, anhand der Vergleichsergebnisse des Vergleichsschritts eine Verteilung des Belags an der Innenseite der Messrohrwand zu ermitteln. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Messanordnung ermöglicht also die Bestimmung einer räumlichen Verteilung der Belagsbildung, da durch die wenigstens zwei, insbesondere mehreren, Ultraschallwandler mehrere Stellen des Messrohres untersucht werden.A particularly preferred embodiment of the measuring arrangement according to the invention has at least one second ultrasonic transducer with a second control and evaluation unit. The second ultrasonic transducer is arranged at least in the circumferential direction of the measuring tube at a distance from the first ultrasonic transducer and at a distance from the medium on the measuring tube wall. Particularly preferably, both the first ultrasonic transducer and the at least second ultrasonic transducer are arranged on a common closed peripheral line on the measuring tube. In this preferred refinement, the second control and evaluation unit is also designed to carry out the method according to the invention and described above, preferably with all the developments described. More preferably, the first control and evaluation unit and the second control and evaluation unit are also designed in such a way that the methods are executed sequentially such that the ultrasonic signals of the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer are not superimposed. More preferably, in one embodiment, more than two ultrasonic transducers are provided and arranged spaced apart from one another along a closed peripheral line on the measuring tube, with all ultrasonic transducers having an associated control and evaluation unit that is designed to carry out the method according to the invention. Furthermore, at least one of the control and evaluation units is also designed to use the comparison results of the comparison step to determine a distribution of the deposit on the inside of the measuring tube wall. This embodiment of the measuring arrangement according to the invention thus makes it possible to determine a spatial distribution of the formation of deposits, since the at least two, in particular several, ultrasonic transducers examine several points on the measuring tube.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens eine der Steuer- und Auswerteeinheiten ausgebildet, anhand sämtlicher in den einzelnen Steuer- und Auswerteeinheiten bestimmter Vergleichsergebnisse des Vergleichsschritts des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Mehrheitsentscheidung über das Vorhandensein eines Belags zu fällen. Insbesondere wird eine Belagsbildung erkannt, wenn mehr als die Hälfte der Steuer- und Auswerteeinheiten im Vergleichsschritt auf eine Belagsbildung geschlossen haben.In a particularly preferred development, at least one of the control and evaluation units is designed to make a majority decision on the presence of a deposit based on all comparison results of the comparison step of the method according to the invention determined in the individual control and evaluation units. In particular, deposit formation is detected when more than half of the control and evaluation units in the comparison step have concluded that deposit is forming.

Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl an Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Messvorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den nebengeordneten Patentansprüche nachgeordneten Patentansprüche sowie andererseits auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

  • 1a ein Blockdiagramm einer ersten Variante eines Verfahrens zur Bestimmung von Belag,
  • 1b ein Blockdiagramm einer zweiten Variante eines Verfahrens zur Bestimmung von Belag,
  • 2a ein Blockdiagramm einer dritten Variante eines Verfahrens zur Bestimmung von Belag,
  • 2b ein Blockdiagramm einer vierten Variante eines Verfahrens zur Bestimmung von Belag,
  • 3 eine schematische Darstellung einer Messanordnung zur Bestimmung von Belag,
  • 4 eine schematische Darstellung der von dem Ultraschallwandler der Messanordnung empfangenen Ultraschallsignale in einem Laufzeitdiagramm,
  • 5a-b schematische Darstellungen verschiedener Messanordnungen mit verschiedenen Messrohren,
  • 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Messanordnung zur Bestimmung von Belag.
In detail, there are now a large number of possibilities for designing and developing the method according to the invention and the measuring device according to the invention. For this purpose, reference is made on the one hand to the patent claims subordinate to the subordinate patent claims and on the other hand to the description of preferred exemplary embodiments in connection with the drawing. Show in the drawing
  • 1a a block diagram of a first variant of a method for determining deposits,
  • 1b a block diagram of a second variant of a method for determining deposits,
  • 2a a block diagram of a third variant of a method for determining deposits,
  • 2 B a block diagram of a fourth variant of a method for determining deposits,
  • 3 a schematic representation of a measuring arrangement for determining plaque,
  • 4 a schematic representation of the ultrasonic signals received by the ultrasonic transducer of the measuring arrangement in a transit time diagram,
  • 5a-b schematic representations of different measuring arrangements with different measuring tubes,
  • 6 a schematic representation of a further measuring arrangement for determining plaque.

1a zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens 100 zur Bestimmung von Belag 1 an der Innenseite 2 einer Messrohrwand 3 eines Messrohres 4 mit einer Messanordnung 5. Die entsprechende Messanordnung 5 ist in 3 dargestellt. Die Messanordnung 5 weist ein Messrohr 4, einen Ultraschallwandler 6 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 7 auf. Der Ultraschallwandler 6 dient zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen. Hierzu weist der Ultraschallwandler 6 ein nicht dargestelltes Wandlerelement auf. Die Steuer- und Auswerteeinheit 7 ist zum Steuern des Ultraschallwandlers 6 und zur Auswertung der Ultraschallsignale ausgebildet. Der Ultraschallwandler 6 ist beabstandet zu der Innenseite 2 der Messrohrwand 3 an dem Messrohr 4 angeordnet. Somit kommt der Ultraschallwandler 6 nicht in direkten Kontakt zu einem in dem Messrohr 4 strömenden Medium 8. 1a shows a block diagram of a method 100 for determining deposit 1 on the inside 2 of a measuring tube wall 3 of a measuring tube 4 with a measuring arrangement 5. The corresponding measuring arrangement 5 is shown in FIG 3 shown. The measuring arrangement 5 has a measuring tube 4 , an ultrasonic transducer 6 and a control and evaluation unit 7 . The ultrasonic transducer 6 is used to send and receive ultrasonic signals. For this purpose, the ultrasonic transducer 6 has a transducer element that is not shown. The control and evaluation unit 7 is designed to control the ultrasonic transducer 6 and to evaluate the ultrasonic signals. The ultrasonic transducer 6 is arranged on the measuring tube 4 at a distance from the inside 2 of the measuring tube wall 3 . Thus, the ultrasonic transducer 6 does not come into direct contact with a medium 8 flowing in the measuring tube 4.

In einem Aussendeschritt 101 wird ein pulsförmiges Ultraschallsignal 9 von dem Ultraschallwandler 6 ausgesendet und an einer ersten - zwischen der dem Ultraschallwandler 6 benachbarten Innenseite 10 der Messrohrwand 3 und dem Medium 8 ausgebildeten - Grenzfläche 11 zumindest teilweise reflektiert. In einem Empfangsschritt 102 wird das an der ersten Grenzfläche 11 zumindest teilweise reflektierte Ultraschallsignal 12 empfangen. Anschließend wird in einem Reflexionsfaktormessschritt 103 der Reflexionsfaktor rRM,mess für die Reflexion des Ultraschallsignals 9 an der ersten Grenzfläche 11 gemessen. Hierzu wird das Verhältnis der Amplitudenhöhen des an der ersten Grenzfläche 11 reflektierten Ultraschallsignals 12 und des ausgesendeten Ultraschallsignals 9 gebildet. In einem Vergleichsschritt 104 wird der gemessene Reflexionsfaktor rRM,mess für die Reflexion des Ultraschallsignals 9 an der ersten Grenzfläche 11 mit einem Vergleichswert verglichen. Bei einem Abweichen des gemessenen Reflexionsfaktors rRM,mess über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus wird auf einen Belag 1 an der Innenseite 2 der Messrohrwand 3 geschlossen. Bei dem in 1a dargestellten Verfahren 100 wird im Vergleichsschritt 104 der gemessene Reflexionsfaktor rRM,mess mit dem im Gutzustand des Messrohres 4 gemessenen Reflexionsfaktor rRM,mess, gut verglichen. Der Gutzustand ist definiert als der belagsfreie Zustand.In an emission step 101, a pulsed ultrasonic signal 9 is emitted by the ultrasonic transducer 6 and is at least partially reflected at a first interface 11 formed between the inner side 10 of the measuring tube wall 3 adjacent to the ultrasonic transducer 6 and the medium 8 . In a receiving step 102, the ultrasonic signal 12 reflected at least partially on the first interface 11 is received. Subsequently, in a reflection factor measurement step 103, the reflection factor r RM,mess for the reflection of the ultrasonic signal 9 at the first interface 11 is measured. For this purpose, the ratio of the amplitude heights of the ultrasonic signal 12 reflected at the first interface 11 and the emitted ultrasonic signal 9 is formed. In a comparison step 104, the measured reflection factor r RM,mess for the reflection of the ultrasonic signal 9 at the first interface 11 is compared with a comparison value. If the measured reflection factor r RM,mess deviates beyond a specified tolerance range, a coating 1 on the inside 2 of the measuring tube wall 3 is inferred. At the in 1a In the method 100 shown, the measured reflection factor r RM,mess is compared in comparison step 104 with the reflection factor r RM,mess measured when the measuring tube 4 is in good condition. The good condition is defined as the condition free of deposits.

In 1b ist weiteres Verfahren 100' dargestellt. Das in 1b dargestellte Verfahren 100' unterscheidet sich von dem in 1a dargestellten Verfahren 100 im Wesentlichen dadurch, dass im Reflexionsfaktormessschritt 103' der Reflexionsfaktor rRM,mess in zeitlich aufeinanderfolgenden Iterationen gemessen wird und in dem Vergleichsschritt 104' der aktuell gemessene Reflexionsfaktor rRM,mess,akt mit wenigstens einem zeitlich vorher gemessenen Reflexionsfaktor rRM,mess,his verglichen wird.In 1b another method 100' is shown. This in 1b The method 100' shown differs from that in 1a The method 100 illustrated essentially in that in the reflection factor measuring step 103' the reflection factor r RM,mess is measured in successive iterations and in the comparison step 104' the currently measured reflection factor r RM,mess,akt with at least one previously measured reflection factor r RM, mess,his is being compared.

Eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens 100" ist in 2 dargestellt. Das in dem Aussendeschritt 101 von dem Ultraschallwandler 6 ausgesendete pulsförmige Ultraschallsignal 9 wird sowohl an der ersten Grenzfläche 11 als auch an einer zweiten, zwischen dem Medium 8 und der dem Ultraschallwandler 6 beabstandeten Innenseite 13 der Messrohrwand 3 ausgebildeten, Grenzfläche 14 zumindest teilweise reflektiert. In dem Empfangsschritt 102 werden die an der ersten Grenzfläche 11 und die an der zweiten Grenzfläche 14 zumindest teilweise reflektierten Ultraschallsignale 12, 15 empfangen. In einem Schallgeschwindigkeitsbestimmungsschritt 105 werden die Schallgeschwindigkeit cR des Ultraschallsignals 9 in der Messrohrwand 3 und die Schallgeschwindigkeit cM des Ultraschallsignals 9 im Medium 8 bestimmt und in einem Dichtebestimmungsschritt 106 die Dichte ρR der Messrohrwand 3 und die Dichte ρM des Mediums 8 bestimmt. In einem Reflexionsfaktorberechnungsschritt 107 wird anschließend mit den Werten für die Schallgeschwindigkeiten cR und cM und mit den Werten für die Dichten ρR und ρM der Reflexionsfaktor rRM,berechnet für die Reflexion des Ultraschallsignals 9 an der ersten Grenzfläche 11 berechnet. Zudem wird in einem Reflexionsfaktormessschritt 103 der Reflexionsfaktor rRM,mess wie bereits beschrieben gemessen. In dem Vergleichsschritt 104 wird nun der berechnete Reflexionsfaktor rRM,berechnet mit dem gemessenen Reflexionsfaktor rRM,mess verglichen, sodass im Fall eines Abweichens des berechneten Reflexionsfaktors rRM,berechnet von dem gemessenen Reflexionsfaktor rRM,mess über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus auf einen Belag 1 an der Innenseite 2 der Messrohwand 3 geschlossen wird.Another embodiment of a method 100" is in 2 shown. The pulsed ultrasonic signal 9 emitted by the ultrasonic transducer 6 in the emission step 101 is at least partially reflected both at the first interface 11 and at a second interface 14 formed between the medium 8 and the inner side 13 of the measuring tube wall 3 at a distance from the ultrasonic converter 6. In the receiving step 102, the ultrasonic signals 12, 15 reflected at least partially on the first boundary surface 11 and on the second boundary surface 14 are received. In a sound velocity determination step 105, the sound velocity c R of the ultrasonic signal 9 in the measuring tube wall 3 and the sound velocity c M of the ultrasonic signal 9 in the medium 8 are determined, and in a density determination step 106 the density ρ R of the measuring tube wall 3 and the density ρ M of the medium 8 are determined. In a reflection factor calculation step 107, the values for the sound velocities c R and c M and the values for the densities ρ R and ρ M are then used to calculate the reflection factor r RM, calculated for the reflection of the ultrasonic signal 9 at the first interface 11. In addition, in a reflection factor measurement step 103, the reflection factor r RM,mess is measured as already described. In comparison step 104, the calculated reflection factor r RM,calculated with the measured reflection factor r RM,mess is compared, so that if the calculated reflection factor r RM,calculated from the measured reflection factor r RM,mess deviates beyond a predetermined tolerance range, the Deck 1 on the inside 2 of the measuring tube wall 3 is closed.

In dem in 2 dargestellten Verfahren 100" wird die Schallgeschwindigkeit cR des Ultraschallsignals 9 in der Messrohrwand 3 aus der Dicke dR der Messrohrwand 3 und der Laufzeit ΔtR bis zum Empfangen des an der ersten Grenzfläche 11 zumindest teilweise reflektierten Ultraschallsignals 12 ermittelt. Zudem wird die Schallgeschwindigkeit cM des Ultraschallsignals 9 in dem Medium 8 ermittelt aus dem Innendurchmesser di des Messrohres 4 und der Laufzeit ΔtM des Ultraschallsignals 9 durch das Medium.in the in 2 In the method 100" shown, the speed of sound c R of the ultrasonic signal 9 in the measuring tube wall 3 is determined from the thickness d R of the measuring tube wall 3 and the transit time Δt R until the ultrasonic signal 12 that is at least partially reflected at the first boundary surface 11 is received. In addition, the speed of sound c M of the ultrasonic signal 9 in the medium 8 determined from the inner diameter d i of the measuring tube 4 and the transit time Δt M of the ultrasonic signal 9 through the medium.

Die Laufzeit ΔtR und die Laufzeit ΔtM werden aus einem mit dem Puls-Echo-Verfahren erstellten Laufzeitdiagramm 16 ermittelt. Ein solches Laufzeitdiagramm 16 ist in 4 dargestellt. Auf der x-Achse ist die Zeit t aufgetragen, auf der y-Achse ist die Amplitude A der von dem Ultraschallwandler 6 empfangenen Ultraschallsignale 12, 15, 17 dargestellt. Hierbei ist das Ultraschallsignal 12 das an der ersten Grenzfläche 11 reflektierte Ultraschallsignal und das Ultraschallsignal 15 das an der zweiten Grenzfläche 14 reflektierte Ultraschallsignal. Das mit 17 bezeichnete Ultraschallsignal ist der Einkoppellärm, der bei der Einkopplung des pulsförmigen Ultraschallsignals 9 von dem Ultraschallwandler 6 in das Material der Messrohrwand 3 entsteht. Die Zeit ΔtL ist die Zeitdauer, über die Einkoppellärm empfangen wird.The transit time Δt R and the transit time Δt M are determined from a transit time diagram 16 created using the pulse-echo method. Such a runtime diagram 16 is in 4 shown. The time t is plotted on the x-axis, and the amplitude A of the ultrasonic signals 12, 15, 17 received by the ultrasonic transducer 6 is shown on the y-axis. Here, the ultrasonic signal 12 is the ultrasonic signal reflected at the first interface 11 and the ultrasonic signal 15 is the ultrasonic signal reflected at the second interface 14 . The ultrasonic signal denoted by 17 is the coupling noise that arises during the coupling of the pulsed ultrasonic signal 9 from the ultrasonic transducer 6 into the material of the measuring tube wall 3 . The time Δt L is the length of time over which launch noise is received.

2b zeigt eine weiterentwickelte Variante des in 2a dargestellten Verfahrens 100". In dem in 2b dargestellten Verfahren 100''' werden zunächst der Schallgeschwindigkeitsbestimmungsschritt 105 und der Dichtebestimmungsschritt 106 durchgeführt. Zusätzlich zu den in Verfahren 100" durchgeführten Verfahrensschritten wird in einem Temperaturmessschritt 108 die Temperatur TR der Messrohrwand und die Temperatur TM des Mediums 8 ermittelt und in einem Normierungsschritt 110 eine Normierung des an der ersten Grenzfläche 11 reflektierten Ultraschallsignals 12 durchgeführt. Nach dem Aussendeschritt 101, dem Empfangsschritt 102 und dem Reflexionsfaktormessschritt 103 wird in einem Korrigierschritt 109 die Abhängigkeit der Dämpfung des Ultraschallsignals 9, 12 von den zuvor ermittelten Temperaturen TR und TM zur Bestimmung des gemessenen Reflexionsfaktors rRM,mess korrigiert. Zudem werden der Reflexionsfaktorberechnungsschritt 107 und der Vergleichsschritt 104 durchgeführt. In dem Reflexionsfaktormessschritt 103 wird zudem eine Mehrzahl an Messungen durchgeführt und zeitlich gemittelte Ultraschallsignale 17, 12, 15 bestimmt. Anschließend wird eine Hilbert-Transformation der gemittelten Ultraschallsignale 17, 12, 15 durchgeführt. Bei dem dargestellten Verfahren 100''' beträgt die Taktfrequenz des Abtastens 1 GHz. 2 B shows a further developed variant of the in 2a illustrated method 100". In the in 2 B The method 100′″ illustrated in the method 100′″ is first carried out in the sound velocity determination step 105 and the density determination step 106. In addition to the method steps carried out in method 100", the temperature T R of the measuring tube wall and the temperature T M of the medium 8 are determined in a temperature measurement step 108 and a normalization of the ultrasonic signal 12 reflected at the first interface 11 is carried out in a normalization step 110. After the transmission step 101, the receiving step 102 and After the reflection factor measuring step 103, in a correction step 109 the dependence of the attenuation of the ultrasonic signal 9, 12 on the previously determined temperatures T R and T M is corrected in order to determine the measured reflection factor r RM,mess . In addition, the reflection factor calculation step 107 and the comparison step 104 are performed. In the reflection factor measurement step 103, a plurality of measurements are also carried out and ultrasonic signals 17, 12, 15 averaged over time are determined. A Hilbert transformation of the averaged ultrasonic signals 17, 12, 15 is then carried out. In the method 100''' shown, the clock frequency of the sampling is 1 GHz.

5a zeigt eine äußerst schematische Darstellung einer weiteren Messanordnung 5 zur Bestimmung von Belag 1. Die Darstellung zeigt einen belagsfreien Zustand des Messrohres 4. Die in 5a dargestellte Messanordnung 5 unterscheidet sich im Wesentlichen durch die Querschnittsform des Messrohres 4 von der in 3 dargestellten Ausgestaltung einer Messanordnung 5. In 5 weist das Messrohr 4 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil die dem Ultraschallwandler 6 beabstandete Innenseite 13 der Messrohrwand 3 flach ausgebildet ist, was zu einer verbesserten Reflexion des Ultraschallsignals 15 zurück zum Ultraschallwandler 6 führt. Das Ultraschallsignal 15 trifft senkrecht auf die Innenseite 13 der Messrohrwand 3. Die Dicke dR der Messrohrwand beträgt in der dargestellten Ausführungsform das Zweifache der Zeitdauer TL des Einkoppellärms mal der Schallgeschwindigkeit cR des Ultraschallsignals im Messrohr 4. 5a shows an extremely schematic representation of a further measuring arrangement 5 for determining deposit 1. The representation shows a deposit-free state of the measuring tube 4. The in 5a The measuring arrangement 5 shown differs essentially in the cross-sectional shape of the measuring tube 4 from that in 3 illustrated embodiment of a measuring arrangement 5. In 5 the measuring tube 4 has an essentially rectangular cross section. This is particularly advantageous because the inside 13 of the measuring tube wall 3 spaced apart from the ultrasonic transducer 6 is flat, which leads to improved reflection of the ultrasonic signal 15 back to the ultrasonic transducer 6 . The ultrasonic signal 15 strikes the inner side 13 of the measuring tube wall 3 perpendicularly. In the illustrated embodiment, the thickness d R of the measuring tube wall is twice the duration T L of the coupling noise times the sound velocity c R of the ultrasonic signal in the measuring tube 4.

Eine weitere ebenfalls vorteilhafte Ausgestaltung ist in 5b schematisch dargestellt. Hier weist das Messrohr 4 einen elliptischen Querschnitt auf. Auch hier ist - im Vergleich zu einem runden Messrohr - die Reflexion des Ultraschallsignals 15 zurück zum Ultraschallwandler 6 aufgrund der Geometrie des Messrohres 4 verbessert.Another likewise advantageous embodiment is in 5b shown schematically. Here the measuring tube 4 has an elliptical cross section. Here too, the reflection of the ultrasonic signal 15 back to the ultrasonic transducer 6 is improved—in comparison to a round measuring tube—due to the geometry of the measuring tube 4 .

6 zeigt eine Messanordnung 5 mit einer Mehrzahl von Ultraschallwandlern 6, nämlich von drei Ultraschallwandlern 6, 6', 6". Die Ultraschallwandler 6, 6', 6" sind beabstandet zueinander entlang einer geschossenen Umfangslinie des Messrohres 4 am Messrohr 4 angeordnet. Zudem ist jedem Ultraschallwandler 6, 6', 6" eine Steuer- und Auswerteeinheit 7, 7', 7" zugeordnet. Die Steuer- und Auswerteeinheiten 7, 7', 7" sind ausgebildet, die zuvor beschriebenen Verfahren 100 zur Bestimmung von Belag durchzuführen. Ferner sind die 7, 7', 7" derart ausgestaltet, dass sie die Verfahren zeitlich nacheinander ausführen, derart, dass es nicht zu einer gegenseitigen Überlagerung der Ultraschallsignale kommt. Zudem ist die Steuer- und Auswerteeinheit 7 derart ausgebildet, dass sie anhand der Vergleichsergebnisse der Vergleichsschritte 104 sämtlicher Steuer- und Auswerteeinheiten 7, 7', 7" anhand einer Mehrheitsentscheidung bestimmt, ob es zu einer Belagsbildung gekommen ist. Zudem ist die Steuer- und Auswerteeinheit 7 derart ausgebildet, dass sie anhand der Vergleichsergebnisse der Vergleichsschritte 104 sämtlicher Steuer- und Auswerteeinheiten 7, 7', 7" eine Verteilung des Belags 1 an der Innenseite 2 der Messrohrwand 3 ermittelt. 6 shows a measuring arrangement 5 with a plurality of ultrasonic transducers 6, namely three ultrasonic transducers 6, 6', 6". The ultrasonic transducers 6, 6', 6" are spaced apart from one another along a closed peripheral line of the measuring tube 4 on the measuring tube 4. In addition, each ultrasonic transducer 6, 6', 6" is assigned a control and evaluation unit 7, 7', 7". The control and evaluation units 7, 7′, 7″ are designed to carry out the method 100 described above for determining deposits. Furthermore, the 7, 7′, 7″ are designed in such a way that they execute the methods one after the other in such a way that there is no mutual superimposition of the ultrasonic signals. In addition, the control and evaluation unit 7 is designed in such a way that, based on the comparison results of the comparison steps 104 of all control and evaluation units 7, 7', 7", it uses a majority decision to determine whether deposits have formed. In addition, the control and Evaluation unit 7 designed in such a way that it uses the comparison results of the comparison steps 104 of all control and evaluation units 7, 7', 7" to determine a distribution of the coating 1 on the inside 2 of the measuring tube wall 3.

BezugszeichenlisteReference List

11
Belagtopping
22
Innenseite MessrohrwandInside of the measuring tube wall
33
Messrohrwandmeasuring tube wall
44
Messrohrmeasuring tube
55
Messanordnungmeasuring arrangement
66
erster Ultraschallwandlerfirst ultrasonic transducer
6'6'
zweiter Ultraschallwandlersecond ultrasonic transducer
6"6"
dritter Ultraschallwandlerthird ultrasonic transducer
77
erste Steuer- und Auswerteeinheitfirst control and evaluation unit
7'7'
zweite Steuer- und Auswerteeinheitsecond control and evaluation unit
7"7"
dritte Steuer- und Auswerteeinheitthird control and evaluation unit
88th
Mediummedium
99
pulsförmiges Ultraschallsignalpulsed ultrasonic signal
1010
Innenseite Messrohr benachbart zum UltraschallwandlerInside of the measuring tube adjacent to the ultrasonic transducer
1111
erste Grenzflächefirst interface
1212
an der ersten Grenzfläche reflektiertes UltraschallsignalUltrasonic signal reflected at the first interface
1313
Innenseite Messrohr beabstandet zum UltraschallwandlerInside of the measuring tube at a distance from the ultrasonic converter
1414
zweite Grenzflächesecond interface
1515
an der zweiten Grenzfläche reflektiertes UltraschallsignalUltrasonic signal reflected at the second interface
1616
Laufzeitdiagrammruntime chart
1717
Einkoppellärmcoupling noise
dRdr
Dicke MessrohrThick measuring tube
dBdB
Dicke BelagThick topping
diyou
Innendurchmesser MessrohrInside diameter of measuring tube
ΔtLΔtL
Zeitdauer EinkoppellärmDuration of coupling noise
ΔtRΔtR
Laufzeit des Ultraschallsignals in MessrohrwandRunning time of the ultrasonic signal in the measuring tube wall
ΔtMΔtM
Laufzeit des Ultraschallsignals im MediumTransit time of the ultrasonic signal in the medium
100100
VerfahrenProceedings
101101
Aussendeschrittsend step
102102
Empfangsschrittreceive step
103103
Reflexionsfaktormessschrittreflection factor measurement step
104104
Vergleichsschrittcomparison step
105105
SchallgeschwindigkeitsbestimmungsschrittSound Velocity Determination Step
106106
Dichtebestimmungsschrittdensity determination step
107107
Reflexionsfaktorberechnungsschrittreflection factor calculation step
108108
Temperaturmessschritttemperature measurement step
109109
Korrigierschrittcorrection step
110110
Normierungsschrittnormalization step

Claims (15)

Verfahren (100) zur Bestimmung von Belag (1) an der Innenseite (2) einer Messrohrwand (3) eines Messrohrs (4) eines Messgerätes mit einer Messanordnung (5), wobei die Messanordnung (5) wenigstens ein Messrohr (4), einen Ultraschallwandler (6) und eine Steuer- und Auswerteeinheit (7) aufweist, wobei der Ultraschallwandler (6) zum Senden und zum Empfangen von Ultraschallsignalen ausgebildet ist und wobei der Ultraschallwandler (6) beabstandet zur Innenseite (2) der Messrohrwand (3) an dem Messrohr (4) angeordnet ist, derart, dass er nicht in direktem Kontakt zu einem durch das Messrohr (4) strömenden Medium (8) steht, und wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (7) zum Steuern des Ultraschallwandlers (6) und zur Auswertung der Ultraschallsignale ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Aussendeschritt (101) ein pulsförmiges Ultraschallsignal (9) von dem Ultraschallwandler (6) ausgesendet wird, wobei das Ultraschallsignal (6) an einer ersten - zwischen der dem Ultraschallwandler (6) benachbarten Innenseite (10) der Messrohrwand (3) und dem Medium (8) ausgebildeten - Grenzfläche (11) zumindest teilweise reflektiert wird, dass in einem Empfangsschritt (102) das an der ersten Grenzfläche (11) zumindest teilweise reflektierte Ultraschallsignal (12) empfangen wird, dass in einem Reflexionsfaktormessschritt (103) der Reflexionsfaktor rRM,mess für die Reflexion des Ultraschallsignals (9) an der ersten Grenzfläche (11) gemessen wird, wobei zum Messen des Reflexionsfaktors rRM,mess das Verhältnis der Amplitudenhöhen des an der ersten Grenzfläche (11) reflektierten Ultraschallsignals (12) und des ausgesendeten Ultraschallsignals (9) gebildet wird, und dass in einem Vergleichsschritt (104) der gemessene Reflexionsfaktor rRM,mess für die Reflexion des Ultraschallsignals (9) an der ersten Grenzfläche (11) mit einem Vergleichswert verglichen wird, wobei bei einem Abweichen des gemessenen Reflexionsfaktors rRM,mess über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus auf einen Belag (1) an der Innenseite (2) der Messrohrwand (3) geschlossen wird.Method (100) for determining deposits (1) on the inside (2) of a measuring tube wall (3) of a measuring tube (4) of a measuring device with a measuring arrangement (5), the measuring arrangement (5) having at least one measuring tube (4), a Ultrasonic transducer (6) and a control and evaluation unit (7), wherein the ultrasonic transducer (6) is designed to transmit and receive ultrasonic signals and wherein the ultrasonic transducer (6) is at a distance from the inside (2) of the measuring tube wall (3) on the Measuring tube (4) is arranged in such a way that it is not in direct contact with a medium (8) flowing through the measuring tube (4), and the control and evaluation unit (7) for controlling the ultrasonic transducer (6) and for evaluation of the ultrasonic signals is formed, characterized in that in an emission step (101) a pulsed ultrasonic signal (9) is emitted by the ultrasonic transducer (6), the ultrasonic signal (6) being transmitted at a first - between the inner side adjacent to the ultrasonic transducer (6) ( 10) of the measuring tube wall (3) and the medium (8) - the boundary surface (11) is at least partially reflected, that in a receiving step (102) the ultrasonic signal (12) at least partially reflected on the first boundary surface (11) is received, that In a reflection factor measurement step (103), the reflection factor r RM,mess for the reflection of the ultrasonic signal (9) at the first interface (11) is measured, with the measurement of the reflection factor r RM,mess being the ratio of the amplitude heights of the signal at the first interface (11 ) reflected ultrasonic signal (12) and the emitted ultrasonic signal (9) is formed, and that in a comparison step (104) the measured reflection factor r RM,mess for the reflection of the ultrasonic signal (9) at the first interface (11) is compared with a comparison value If the measured reflection factor r RM,mess deviates beyond a specified tolerance range, a coating (1) on the inside (2) of the measuring tube wall (3) is inferred. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Reflexionsfaktor rRM,mess mit dem im Gutzustand des Messrohres (4) gemessenen Reflexionsfaktor rRM,mess, gut verglichen wird, oder dass der Reflexionsfaktor rRM,mess in zeitlich aufeinanderfolgenden Iterationen gemessen wird und der aktuell gemessene Reflexionsfaktor rRM,mess,akt mit wenigstens einem zeitlich vorher gemessenen Reflexionsfaktor rRM,mess,his verglichen wird.Method (100) according to claim 1 , characterized in that the measured reflection factor r RM,mess is compared well with the reflection factor r RM,mess measured when the measuring tube (4) is in good condition, or that the reflection factor r RM,mess is measured in successive iterations and the currently measured Reflection factor r RM,mess,akt is compared with at least one previously measured reflection factor r RM,mess,his . Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aussendeschritt (101) das pulsförmiges Ultraschallsignal (9) von dem Ultraschallwandler (6) ausgesendet wird, wobei das Ultraschallsignal (9) sowohl an der ersten, zwischen der dem Ultraschallwandler (6) benachbarten Innenseite (10) der Messrohrwand (3) und dem Medium (8) ausgebildeten, Grenzfläche (11) als auch an einer zweiten, zwischen dem Medium (8) und der dem Ultraschallwandler (6) beabstandeten Innenseite (13) der Messrohrwand (3) ausgebildeten, Grenzfläche (14) zumindest teilweise reflektiert wird, dass in dem Empfangsschritt (102) die an der ersten Grenzfläche (11) und die an der zweiten Grenzfläche (14) zumindest teilweise reflektierten Ultraschallsignale (12, 15) empfangen werden, dass in einem Schallgeschwindigkeitsbestimmungsschritt (105) die Schallgeschwindigkeit cR des Ultraschallsignals (9) in der Messrohrwand (4) und die Schallgeschwindigkeit cM des Ultraschallsignals (9) im Medium (8) bestimmt werden, dass in einem Dichtebestimmungsschritt (106) die Dichte ρR der Messrohrwand (3) und die Dichte ρM des Mediums (8) bestimmt werden, dass in einem Reflexionsfaktorberechnungsschritt (107) mit den Werten für die Schallgeschwindigkeiten cR und cM und mit den Werten für die Dichten ρR und ρM der Reflexionsfaktor rRM,berechnet für die Reflexion des Ultraschallsignals (9) an der ersten Grenzfläche (11) berechnet wird, dass in dem Vergleichsschritt (104) der berechnete Reflexionsfaktor rRM,berech-net mit dem gemessenen Reflexionsfaktor rRM,mess verglichen wird, sodass im Fall eines Abweichens des berechneten Reflexionsfaktors rRM,berechnet von dem gemessenen Reflexionsfaktor rRM,mess über einen vorgegebenen Toleranzbereich hinaus auf einen Belag (1) an der Innenseite (2) der Messrohwand (3) geschlossen wird.Method (100) according to claim 1 , characterized in that in the emission step (101) the pulsed ultrasonic signal (9) is emitted by the ultrasonic transducer (6), the ultrasonic signal (9) being emitted both on the first inner side (10) adjacent to the ultrasonic transducer (6) and on the Measuring tube wall (3) and the medium (8) formed, boundary surface (11) and formed on a second, between the medium (8) and the ultrasonic transducer (6) spaced inner side (13) of the measuring tube wall (3), boundary surface (14 ) is at least partially reflected, that in the receiving step (102) the ultrasonic signals (12, 15) at least partially reflected at the first interface (11) and at the second interface (14) are received, that in a sound velocity determination step (105) the The speed of sound c R of the ultrasonic signal (9) in the measuring tube wall (4) and the speed of sound c M of the ultrasonic signal (9) in the medium (8) are determined so that in a density determination step (106) the density ρ R of the measuring tube wall (3) and the Density ρ M of the medium (8) can be determined that in a reflection factor calculation step (107) with the values for the sound velocities c R and c M and with the values for the densities ρ R and ρ M the reflection factor r RM is calculated for the reflection of the ultrasonic signal (9) at the first boundary surface (11) is calculated, that in the comparison step (104) the calculated reflection factor r RM,calculated-net is compared with the measured reflection factor r RM,mess , so that if the calculated reflection factor deviates r RM,calculated from the measured reflection factor r RM,meas over a predetermined tolerance range, a covering (1) on the inside (2) of the measuring tube wall (3) is closed. Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schallgeschwindigkeitsbestimmungsschritt (105) die Schallgeschwindigkeit cR des Ultraschallsignals (9) in der Messrohrwand (3) ermittelt wird aus der Dicke dR der Messrohrwand (3) und der Laufzeit ΔtR bis zum Empfangen des an der ersten Grenzfläche (11) zumindest teilweise reflektierten Ultraschallsignals (12), und/oder dass die Schallgeschwindigkeit cM des UItraschallsignals (9) in dem Medium (8) ermittelt wird aus dem Innendurchmesser di des Messrohres (3) und der Laufzeit ΔtM des Ultraschallsignals (9) durch das Medium (8), insbesondere wobei die Laufzeit ΔtR und/oder die Laufzeit ΔtM aus einem Laufzeitdiagramm (16) der Ultraschallsignale ermittelt wird/werden, wobei das Laufzeitdiagramm (16) bevorzugt mit dem Puls-Echo-Verfahren erstellt wird.Method (100) according to claim 3 , characterized in that in the sound velocity determination step (105), the sound velocity c R of the ultrasonic signal (9) in the measuring tube wall (3) is determined from the thickness d R of the measuring tube wall (3) and the transit time Δt R until receiving the ultrasonic signal (12) at least partially reflected at the first interface (11), and/or that the speed of sound c M of the ultrasonic signal (9) in the medium (8) is determined from the inner diameter d i of the measuring tube (3) and the transit time Δt M of the ultrasonic signal (9) through the medium (8), in particular with the transit time Δt R and/or the transit time Δt M being determined from a transit time diagram (16) of the ultrasonic signals/ be, wherein the transit time diagram (16) is preferably created with the pulse-echo method. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Temperaturmessschritt (108) die Temperatur TR des Messrohres (4) und/oder die Temperatur TM des Mediums (8) gemessen wird und dass zur Bestimmung des gemessenen Reflexionsfaktors rRM,mess in einem Korrigierschritt (109) die Abhängigkeit der Dämpfung des Ultraschallsignals von der Temperatur TM des Messrohres und/oder der Temperatur des Mediums TM korrigiert wird, insbesondere wobei in der Steuer- und Auswerteeinheit (7) die Abhängigkeit der Dämpfung im Material der Messrohrwand (3) als Funktion der Temperatur und/oder die Abhängigkeit der Dämpfung im Medium (8) als Funktion der Temperatur hinterlegt ist und diese Daten zur Korrektur herangezogen werden.Method (100) according to any one of Claims 1 until 4 , characterized in that in a temperature measuring step (108) the temperature T R of the measuring tube (4) and/or the temperature T M of the medium (8) is measured and that to determine the measured reflection factor r RM,mess in a correction step (109 ) the dependence of the damping of the ultrasonic signal on the temperature T M of the measuring tube and/or the temperature of the medium T M is corrected, in particular with the dependence of the damping in the material of the measuring tube wall (3) as a function in the control and evaluation unit (7). the temperature and/or the dependence of the damping in the medium (8) is stored as a function of the temperature and these data are used for the correction. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Normierungsschritt (110) eine Normierung des an der ersten Grenzfläche (11) reflektierten Ultraschallsignals (12) durchgeführt wird, insbesondere wobei der Normierungsschritt (110) im Gutzustand der Messrohrwand (3) durchgeführt wird oder wobei der Normierungsschritt (110) unter Verwendung bekannter Referenzwerte für das Messrohr (4) und das Medium (8) durchgeführt wird.Method (100) according to any one of Claims 1 until 5 , characterized in that in a normalization step (110) the ultrasonic signal (12) reflected at the first interface (11) is normalized, in particular the normalization step (110) being carried out when the measuring tube wall (3) is in good condition or the normalization step ( 110) is carried out using known reference values for the measuring tube (4) and the medium (8). Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Reflexionsfaktors rRM,mess eine Hilbert-Transformation der empfangenen Ultraschallsignale (12, 15, 17) durchgeführt wird.Method (100) according to any one of Claims 1 until 6 , characterized in that a Hilbert transformation of the received ultrasonic signals (12, 15, 17) is carried out to measure the reflection factor r RM,mess . Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich nacheinander eine Mehrzahl an Messungen der reflektierten Ultraschallsignale (12, 15, 17) durchgeführt werden und dass ein Mittelwert der gemessenen Ultraschallsignale (12, 15, 17) gebildet wird, insbesondere wobei eine Hilbert-Transformation der gemittelten Ultraschallsigna-1e (12, 15, 17) durchgeführt wird.Method (100) according to any one of Claims 1 until 7 , characterized in that a plurality of measurements of the reflected ultrasonic signals (12, 15, 17) are carried out one after the other and that an average of the measured ultrasonic signals (12, 15, 17) is formed, in particular with a Hilbert transformation of the averaged ultrasonic signals 1e (12, 15, 17) is performed. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler (6) bei der Abtastung der Ultraschallsignale (12, 15, 17) mit einer hohen Taktfrequenz betrieben wird, insbesondere wobei die Taktfrequenz mehr als das Zweifache der Anregungsfrequenz des Ultraschallwandlers beträgt, besonders bevorzugt das Fünffache der Anregungsfrequenz beträgt.Method (100) according to any one of Claims 1 until 8th , characterized in that the ultrasonic transducer (6) is operated at a high clock frequency when scanning the ultrasonic signals (12, 15, 17), in particular the clock frequency being more than twice the excitation frequency of the ultrasonic converter, particularly preferably five times the excitation frequency . Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Messanordnung 5 eine Mehrzahl an Ultraschallwandlern (6, 6', 6") und eine Mehrzahl an Steuer- und Auswerteeinheiten (7, 7', 7") aufweist, wobei die Ultraschallwandler (6, 6', 6") entlang einer geschlossenen Umfangslinie beabstandet voneinander am Messrohr (4) angeordnet sind und wobei jede Steuer- und Auswerteeinheit das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Steuer- und Auswerteeinheiten (7, 7', 7") zeitlich hintereinander das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführen, derart, dass es nicht zu einer Überlagerung der Ultraschallsignale der unterschiedlichen Ultraschallwandler (6, 6', 6") kommt und dass anhand einer Mehrheitsentscheidung auf eine Belagsbildung geschlossen wird oder dass anhand der im Vergleichsschritt ermittelten Vergleichsergebnisse eine räumliche Verteilung einer Belagsbildung ermittelt wird.Method (100) according to any one of Claims 1 until 9 , wherein the measuring arrangement 5 has a plurality of ultrasonic transducers (6, 6', 6") and a plurality of control and evaluation units (7, 7', 7"), the ultrasonic transducers (6, 6', 6") along a closed peripheral line spaced apart from each other on the measuring tube (4) and wherein each control and evaluation unit the method (100) according to one of Claims 1 until 9 executes, characterized in that the individual control and evaluation units (7, 7', 7") sequentially in time the method (100) according to one of Claims 1 until 9 carry out in such a way that there is no superimposition of the ultrasonic signals of the different ultrasonic transducers (6, 6', 6") and that a deposit formation is concluded on the basis of a majority decision or that a spatial distribution of a deposit formation is determined on the basis of the comparison results determined in the comparison step . Messanordnung (5) zur Bestimmung von Belag (1) an einer Innenseite (2) einer Messrohrwand (3), wobei die Messanordnung (5) wenigstens ein Messrohr (4), einen Ultraschallwandler (6) zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen und eine Steuer- und Auswerteeinheit (7) zur Ansteuerung des Ultraschallwandlers (6) und zum Auswerten von Ultraschallsignalen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler (6) beabstandet zur Innenseite (2) der Messrohrwand (3) an dem Messrohr (4) angeordnet ist, derart, dass er nicht in direktem Kontakt zu einem durch das Messrohr (4) strömenden Medium (8) steht und dass die Steuer- und Auswerteeinheit (7) ausgebildet ist, das Verfahren nach Anspruch 1 auszuführen.Measuring arrangement (5) for determining deposits (1) on an inside (2) of a measuring tube wall (3), the measuring arrangement (5) having at least one measuring tube (4), an ultrasonic transducer (6) for transmitting and receiving ultrasonic signals and a control - and evaluation unit (7) for controlling the ultrasonic transducer (6) and for evaluating ultrasonic signals, characterized in that the ultrasonic transducer (6) is arranged on the measuring tube (4) at a distance from the inside (2) of the measuring tube wall (3), such that it is not in direct contact with a medium (8) flowing through the measuring tube (4) and that the control and evaluation unit (7) is designed according to the method claim 1 to execute. Messanordnung (5) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (7) ferner ausgebildet ist, das Verfahren (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 9 auszuführen.Measuring arrangement (5) according to claim 11 , characterized in that the control and evaluation unit (7) is further designed, the method (100) according to at least one of claims 2 until 9 to execute. Messanordnung (5) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die dem Ultraschallwandler (6) beabstandete Innenseite (13) der Messrohrwand (3) abgeflacht ist, insbesondere wobei das Messrohr (4) einen rechteckigen Querschnitt oder einen elliptischen Querschnitt aufweist.Measuring arrangement (5) according to claim 11 or 12 , characterized in that at least the ultrasonic transducer (6) spaced inside (13) of the measuring tube wall (3) is flattened, in particular wherein the measuring tube (4) has a rectangular Having cross-section or an elliptical cross-section. Messanordnung (5) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke dR der Messrohrwand (3) wenigstens dem zweifachen der Zeitdauer TL des Einkoppellärms mal der Schallgeschwindigkeit cR des Ultraschallsignals im Messrohr (4) entspricht.Measuring arrangement (5) according to one of Claims 11 until 13 , characterized in that the wall thickness d R of the measuring tube wall (3) corresponds to at least twice the duration T L of the coupling noise times the speed of sound c R of the ultrasonic signal in the measuring tube (4). Messanordnung (5) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Ultraschallwandler (6') und eine zweite Steuer- und Auswerteeinheit (7') vorgesehen sind, dass der erste UItraschallwandler (6) und der zweite Ultraschallwandler (6') auf einer geschlossenen Umfangslinie beabstandet voneinander angeordnet sind und dass der zweite Ultraschallwandler (6') beabstandet vom Medium (8) an dem Messrohr (4) angeordnet ist und dass die zweite Steuer- und Auswerteeinheit (7') ausgebildet ist, das Verfahren (100) nach Anspruch 1 auszuführen, insbesondere dass die zweite Steuer- und Auswerteeinheit (7') ausgebildet ist, ferner das Verfahren (199) nach einem der Ansprüche 2 bis 9 auszuführen, insbesondere wobei die erste Steuer- und Auswerteeinheit (7) und die zweite Steuer- und Auswerteeinheit (7') derart ausgebildet sind, dass sie die Verfahren (100) zeitlich nacheinander ausführen, derart, dass es nicht zu einer Überlagerung der Ultraschallsignale des ersten Ultraschallwandlers (6) und des zweiten Ultraschallwandlers (6') kommt, weiter insbesondere wobei die erste Steuer- und Auswerteeinheit (7) derart ausgebildet ist, dass sie anhand der Vergleichsergebnisse der Vergleichsschritte sämtlicher Steuer- und Auswerteeinheiten (7, 7') anhand einer Mehrheitsentscheidung bestimmt, ob es zu einer Belagsbildung an der Innenseite (2) der Messrohrwand (3) gekommen ist und/oder dass sie anhand der Vergleichsergebnisse der Vergleichsschritte der ersten Steuer- und Auswerteeinheit (7) und der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit (7') eine Verteilung des Belags (1) an der Innenseite (2) der Messrohrwand (3) ermittelt.Measuring arrangement (5) according to one of Claims 11 until 14 , characterized in that at least a second ultrasonic transducer (6') and a second control and evaluation unit (7') are provided, that the first ultrasonic transducer (6) and the second ultrasonic transducer (6') are arranged at a distance from one another on a closed peripheral line and that the second ultrasonic transducer (6') is arranged at a distance from the medium (8) on the measuring tube (4) and that the second control and evaluation unit (7') is designed according to the method (100). claim 1 to carry out, in particular that the second control and evaluation unit (7 ') is formed, further the method (199) according to one of claims 2 until 9 to be carried out, in particular wherein the first control and evaluation unit (7) and the second control and evaluation unit (7') are designed in such a way that they execute the methods (100) one after the other in such a way that there is no superimposition of the ultrasonic signals of the first ultrasonic transducer (6) and the second ultrasonic transducer (6'), further in particular wherein the first control and evaluation unit (7) is designed in such a way that it uses the comparison results of the comparison steps of all control and evaluation units (7, 7'). a majority decision determines whether deposits have formed on the inside (2) of the measuring tube wall (3) and/or that based on the comparison results of the comparison steps of the first control and evaluation unit (7) and the second control and evaluation unit (7 ') determines a distribution of the coating (1) on the inside (2) of the measuring tube wall (3).
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5095754A (en) 1989-07-12 1992-03-17 Jeffrey A. Simpson Apparatus and method for detection of icing onset and ice thickness
US6286370B1 (en) 1999-02-03 2001-09-11 Naveen Neil Sinha Method using ultrasound for detecting materials on metal surfaces
US20030010125A1 (en) 2001-05-08 2003-01-16 Wei Han Acoustic sensor for pipeline deposition characterization and monitoring
WO2015047983A1 (en) 2013-09-30 2015-04-02 The Lubrizol Corporation Ultrasonic deposit measurement
EP2294383B1 (en) 2008-05-23 2018-03-21 Solenis Technologies Cayman, L.P. Method and device for a high precision measurement of a characteristic of a fouling and/or scaling deposit inside a fluid vessel or of a characteristic of a portion of the wall inside a fluid vessel by using an ultrasonic transducer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5095754A (en) 1989-07-12 1992-03-17 Jeffrey A. Simpson Apparatus and method for detection of icing onset and ice thickness
US6286370B1 (en) 1999-02-03 2001-09-11 Naveen Neil Sinha Method using ultrasound for detecting materials on metal surfaces
US20030010125A1 (en) 2001-05-08 2003-01-16 Wei Han Acoustic sensor for pipeline deposition characterization and monitoring
EP2294383B1 (en) 2008-05-23 2018-03-21 Solenis Technologies Cayman, L.P. Method and device for a high precision measurement of a characteristic of a fouling and/or scaling deposit inside a fluid vessel or of a characteristic of a portion of the wall inside a fluid vessel by using an ultrasonic transducer
WO2015047983A1 (en) 2013-09-30 2015-04-02 The Lubrizol Corporation Ultrasonic deposit measurement

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