超聲波流量計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于測量流動介質(zhì)的流量的超聲波流量計，其帶有測量管和超聲 波轉(zhuǎn)換器，其中，測量管具有轉(zhuǎn)換器盒（Wandlertasche)，其中，超聲波轉(zhuǎn)換器設(shè)置成與在測 量管的轉(zhuǎn)換器盒中流動的介質(zhì)接觸并且具有轉(zhuǎn)換器罩殼和轉(zhuǎn)換元件，并且其中，轉(zhuǎn)換器罩 殼具有超聲波窗。
【背景技術(shù)】
[0002] 前述超聲波流量計就其包括測量管和超聲波轉(zhuǎn)換器而言是普通的超聲波流量計。 然而超聲波流量計下面也應(yīng)被理解成該樣的，其自身不具有測量管，在其中而測量管是線 路、例如管路（應(yīng)來測量流過該管路的介質(zhì)的流量）的集成的部分。
[0003] 長時間W來超聲波流量計的應(yīng)用在液體和氣體、概括來說流動介質(zhì)的運(yùn)行的流量 測量中已越來越重要。流量測量借助于超聲波流量計實(shí)現(xiàn)，例如在磁感應(yīng)的流量計中，"無 接觸"、也就是說無總是造成潤旋和提高的壓力損失的在流動中的干擾性安裝物。
[0004] 對于超聲波流量計，在測量方法方面主要在多普勒方法與運(yùn)行時間方法 之間相區(qū)分，在運(yùn)行時間方法中又在直接運(yùn)行時間差方法、脈沖序列頻率方法和 相位移方法之間相區(qū)分（參見H. Bernard的"Sensoren, Messaufnehmer"中的 "叫traschall-Durchflussmessung",由 Bonfig/Bartz/Wolff 專業(yè)出版社出版，此外參 見 VDI/VDE 準(zhǔn)則 2642 "Ultraschall-Durchflussmessung von F化ssigkeiten in voll durchstromten Rohr lei tungen'，）。
[0005] 所談及的類型的超聲波流量計功能上必要地一方面包括測量管，其通常與駛?cè)攵?和駛出段共同表示測量段，而另一方面包括至少一個超聲波轉(zhuǎn)換器，其也部分地被稱為測 量頭。在此，超聲波轉(zhuǎn)換器應(yīng)非常通用地來理解。首先，超聲波發(fā)生器一方面包括超聲波發(fā) 送器、即用于產(chǎn)生和發(fā)射超聲波信號的測量頭，另一方面包括超聲波接收器、即用于接收超 聲波信號且用于將所接收的超聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號的測量頭。但是超聲波轉(zhuǎn)換器也包括 聯(lián)合超聲波發(fā)送器和超聲波接收器的測量頭，即其不僅用于產(chǎn)生和發(fā)射超聲波信號而且用 于接收超聲波信號和將所接收的超聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號。
[0006] 最后所說明的類型的超聲波轉(zhuǎn)換器被應(yīng)用在W僅僅一個超聲波轉(zhuǎn)換器工作的超 聲波流量計中。該樣的超聲波流量計借助于在流動介質(zhì)的不均勻處反射的超聲波信號的多 普勒位移確定流動介質(zhì)的速度。同樣可考慮的是，超聲波信號的多普勒位移通過兩個無錯 位地布置在測量管的相反側(cè)上的超聲波轉(zhuǎn)換器可確定。
[0007] 也可能的是超聲波流量測量，其基于運(yùn)行時間方法并且在其中兩個超聲波轉(zhuǎn)換器 在流動方向上錯位地布置在測量管的相同側(cè)上，其中，超聲波信號在測量管的與超聲波轉(zhuǎn) 換器相對的側(cè)面處被反射。然而，常常設(shè)置有兩個超聲波轉(zhuǎn)換器，其在流動介質(zhì)的流動方向 上相互錯位地布置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 開頭已經(jīng)闡述，所談及的超聲波流量計包括測量管和超聲波轉(zhuǎn)換器，測量管具有 轉(zhuǎn)換器盒，并且超聲波轉(zhuǎn)換器設(shè)置成與在測量管的轉(zhuǎn)換器盒中的流動介質(zhì)接觸。但是本發(fā) 明當(dāng)然也涉及帶有多個超聲波轉(zhuǎn)換器0的超聲波流量計，在其中即測量管因此也具有多 個轉(zhuǎn)換器盒。
[0009] 在本發(fā)明的范圍中，轉(zhuǎn)換器盒指的是處于測量管的流動橫截面之外的凹口或凹 部，還如總是所實(shí)現(xiàn)的那樣，在其中超聲波轉(zhuǎn)換器被安裝成使得超其不伸入測量管的流動 橫截面中、無論如何但是不明顯地伸入測量管的流動橫截面中，即不、無論如何不明顯影響 流動。如果在流動方向上相互錯位地設(shè)置有多個超聲波轉(zhuǎn)換器，那么它們彼此對齊。通常， 轉(zhuǎn)換器盒的縱軸線相對于流動介質(zhì)的流動方向或相對于測量管的縱軸線成銳角或純角地 伸延（參見文獻(xiàn)"Sensoren, Messaufnehmer"的第532頁圖6. 1. 1，出處同上，VDI/V邸準(zhǔn) 則2642的第18頁圖8,出處同上，W及在由Harcourt E5race Jovanovich出版Lawrence C. Lynnworth, ACADE-MIC PRESS, INC.的文獻(xiàn)"Ultrasonic Measurements for Process Control"的第21頁上的圖2-2)。
[0010] 也存在超聲波流量計，在其中超聲波轉(zhuǎn)換器不與流動介質(zhì)接觸，即在外部布置在 測量管上，所謂的"夾上布置"。但是本發(fā)明僅涉及在其中超聲波轉(zhuǎn)換器與流動介質(zhì)接觸的 超聲波流量計。
[0011] 在測量管中流動的介質(zhì)的流動保持受轉(zhuǎn)換器盒影響，而通過轉(zhuǎn)換器盒在流動中產(chǎn) 生潤旋。潤旋的產(chǎn)生的研究和潤旋的產(chǎn)生過程的說明是當(dāng)前的在科學(xué)中的研究領(lǐng)域。主要 可通過空腔諧振理論"cavity resonance theory"來說明潤旋形成。W下應(yīng)簡短地來闡述 該理論。
[0012] 在不限制通用性的情況下，根據(jù)W打開的立方體的形式的位于測量管處的空腔來 實(shí)施闡述，其中，打開的側(cè)面指向流動通道。然而，該些闡述可容易地轉(zhuǎn)用于任意形式的轉(zhuǎn) 換器盒?？涨痪哂形鍌€封閉的側(cè)面，即空腔底部和四個側(cè)面，其中，對于該些闡述僅兩個側(cè) 面、即垂直于流動方向的第一側(cè)面和垂直于流動方向的第二側(cè)面是相關(guān)的，其中，第一側(cè)面 在流動方向上觀察位于第二側(cè)面之前。
[0013] 在產(chǎn)生潤旋時主要的現(xiàn)象或機(jī)制一方面是所謂的剪切層模式（"shear layer modes")并且另一方面是所謂的激發(fā)模式。通常將在帶有不同速度的兩個平行的流動之間 的過渡區(qū)域稱為自由剪切層。剪切層模式取決于空腔的長度和深度、馬赫數(shù)和界面層厚度 b，其中，馬赫數(shù)說明介質(zhì)的速度相對于在介質(zhì)中的音速的比，M=Uw/c。在測量管壁附近的 流動區(qū)域被稱為界面層，在其中粘性力處于與慣性力相同的數(shù)量級中。在此，粘性力在其上 有影響的路段被稱為界面層厚度?，F(xiàn)在如下來闡述潤旋的產(chǎn)生（由剪切層模式引起）： 在空腔和處于測量管中的"外部區(qū)域"之間構(gòu)造有自由的剪切層。該自由的剪切層通常 不穩(wěn)定且具有干擾。圍繞空腔的自由剪切層的干擾撞到空腔的第二側(cè)面上、即撞到在流動 方向上觀察在后部的側(cè)面上。通過滯止壓力產(chǎn)生聲脈沖或聲波，其向上游傳播。該聲波引 起在剪切層之下傳播的聲波與在剪切層之上連續(xù)地傳播的聲波之間的壓差。該壓差現(xiàn)在該 樣影響剪切層，使得出現(xiàn)剪切層的另外的干擾，剪切層"卷起"且形成潤旋，其向下游傳播。 該向下游運(yùn)動的潤旋又撞到空腔的第二側(cè)面上。由此閉合用于激勵和維持系統(tǒng)的反饋鏈， 并且產(chǎn)生另外的潤旋。即構(gòu)造有由周期性非靜態(tài)壓力波動所主導(dǎo)的流動狀態(tài)。
[0014] 通過由Rossiter開發(fā)的用于矩形空腔的經(jīng)驗(yàn)公式可確定空腔-回流-諧振頻率。 其是：
【主權(quán)項】
1. 一種用于測量流動的介質(zhì)（1)的流量的超聲波流量計，其帶有測量管（2)且?guī)в谐?聲波轉(zhuǎn)換器（3)，其中，所述測量管（2)具有轉(zhuǎn)換器盒（4)，其中，所述超聲波轉(zhuǎn)換器（3)設(shè) 置成與在所述測量管（2)的轉(zhuǎn)換器盒（4)中流動的介質(zhì)（1)接觸并且具有轉(zhuǎn)換器罩殼（5) 和轉(zhuǎn)換元件（6)，并且其中，所述轉(zhuǎn)換器罩殼（5)具有超聲波窗（8)，其特征在于，設(shè)置有柱 狀的屏蔽部（9)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9)實(shí)施成管形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9)設(shè)置在所 述轉(zhuǎn)換器罩殼（5)的指向所述測量管（2)的內(nèi)部中的端側(cè)（7)處。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9)設(shè)置在所述轉(zhuǎn) 換器罩殼（5)的超聲波窗⑶處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9)固定地與 所述轉(zhuǎn)換器罩殼（5)或與所述轉(zhuǎn)換器罩殼（5)的超聲波窗（8)相連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9)和所述轉(zhuǎn)換器 罩殼（5)或所述轉(zhuǎn)換器罩殼（5)的超聲波窗（8) -件式地來實(shí)施。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9) 與所述轉(zhuǎn)換器罩殼（5)或所述轉(zhuǎn)換器罩殼（5)的超聲波窗（8)彈性地相連接，尤其在于，彈 性的連接通過在所述屏蔽部（9)的底部處的凹口（11)來實(shí)現(xiàn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項或根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波流量計，其特征在 于，所述屏蔽部（9)通過至少一個固定元件（12)與所述轉(zhuǎn)換器罩殼（5)或所述轉(zhuǎn)換器罩殼 (5)的超聲波窗⑶相連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部固定在所述測 量管的轉(zhuǎn)換器盒的內(nèi)壁處。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9) 具有相對小的壁厚，與其直徑相比相對小。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9) 關(guān)于所述轉(zhuǎn)換器罩殼（5)的超聲波窗（8)軸對稱地來實(shí)施和/或布置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9) 在它的遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)換器罩殼（5)或所述轉(zhuǎn)換器罩殼（5)的超聲波窗（8)的端部處具有平的 端面（14)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部在 它的遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)換器罩殼或所述轉(zhuǎn)換器罩殼的超聲波窗的端部處具有不處于一平面中的 端面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9) 的外直徑小于所述轉(zhuǎn)換器盒（4)的內(nèi)直徑。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9) 不伸入或僅不明顯地伸入所述流動介質(zhì)（1)中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的超聲波流量計，其特征在于，所述屏蔽部（9) 由金屬、尤其由優(yōu)質(zhì)鋼、由金屬合金、由塑料或由陶瓷構(gòu)成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲波流量計，其用于測量流動的介質(zhì)(1)的流量，其帶有測量管(2)且?guī)в谐暡ㄞD(zhuǎn)換器(3)，其中，測量管(2)具有轉(zhuǎn)換器盒(4)，其中，超聲波轉(zhuǎn)換器(3)設(shè)置成與在測量管(2)的轉(zhuǎn)換器盒(4)中流動的介質(zhì)(1)接觸并且具有轉(zhuǎn)換器罩殼(5)和轉(zhuǎn)換元件(6)，并且其中，轉(zhuǎn)換器罩殼(5)具有超聲波窗(8)。根據(jù)本發(fā)明說明一種超聲波流量計，在其中比在現(xiàn)有技術(shù)中更好地解決從由轉(zhuǎn)換器盒(4)所產(chǎn)生的渦旋中所造成的問題，亦即由此來解決，即設(shè)置有柱狀的屏蔽部(9)。
【IPC分類】G01F1-66
【公開號】CN104596600
【申請?zhí)枴緾N201410595171
【發(fā)明人】J.M.范克盧斯特
【申請人】克洛納有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年10月30日
【公告號】DE102014004747A1, EP2871449A1, US20150114134