[发明专利]用于确定和/或监控过程变量的方法

说明书

技术领域

本方面涉及一种用于确定和/或监控过程变量的方法。过程变量优选为流经管道或通道的介质的体积流量或质量流量。相应的超声流量测量仪表由申请人提供并出售。另外，过程变量还可以是容器中的填充物质的料位，其由超声行程时间方法确定。通常，本发明的方法可应用于所有发送并接收超声测量信号的测量仪表。

背景技术

下面将参考超声流量计，但其并不是限定性的。在线超声流量计通常集成在待测介质流经的管道中。根据行程时间差方法工作的超声流量计包括至少一对超声传感器，其沿确定的声路发送和/或接收超声测量信号。控制/分析单元根据测量信号在测量介质流动方向与逆测量介质流动方向上的行程时间之差而确定管道中测量介质的体积流量和/或质量流量。测量介质可以是气体或液体介质。

除了上述在线超声流量计之外，还使用夹钳式流量计，其安装在管道外部并且通过发射声音穿过管壁而测量体积流量或质量流量。

上述确定体积流量或质量流量的超声流量计经常应用于过程及自动化技术中。夹钳式流量计的优点在于，可以在容器例如管道中确定体积流量或质量流量，而无需接触介质。例如在EP 0 686 255 B1、US4,484,478、DE 43 35 369 C1、DE 298 03 911 U1、DE 4336370 C1或US4,598,593中描述了夹钳式流量计。

在两种超声流量计的情况中，超声测量信号以预定的角度辐射进或出测量介质流经的管道。在超声流量计中，超声变送器在测量管(在线)或管道(夹钳式)上的位置依赖于测量管的内径和测量介质的声速。在夹钳式流量计的情况中，还必须考虑以下应用参数：管道的壁厚以及管道材料中的声速。

通常，在两种类型的超声流量计的情况中，超声传感器被设置为使得横贯的声路被引导贯穿管道或测量管的中央区域。对于流量确定的测量值反应了测量介质的平均流量。在许多应用情况中，特别是在较大标称直径的管道中的流量测量的情况中，整个平均太不精确。因此，已知提供多个分布在测量管或管道外围的传感器对，从而可以得到对于测量管或管道的不同片段、角区域的流量信息。

超声传感器的基本部件是压电元件。压电元件的基本部件是薄膜形式的压电陶瓷层。压电陶瓷至少在部分区域被金属化。通过施加激励电信号，压电层振荡。如果压电元件精确地跟随电激励信号，那么超声传感器将理想地工作；然而，在真实世界中不是这样的。实际上，激励信号通常还激励谐波和谐振，它们叠加在所谓的有效信号上并改变其信号形式。以这种方式，基于压电效应的测量方法的测量精度非常有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，利用它在超声传感器的情况中获得优化的信噪比。

该目的通过包括以下步骤的方法实现：

-将有限时间的激励信号施加于第一压电元件或压电元件的第一极化区，该激励信号由至少一个期望量或期望信号形式描述；

-第二压电元件或压电元件的第二极化区接收响应信号，该响应信号由至少一个对应于期望量或期望信号形式的实际量或实际信号形式描述；

-将响应信号的实际量或实际信号形式以及响应信号的期望量或期望信号形式彼此比较；

-在响应信号的实际量或实际信号形式与响应信号的期望量或期望信号形式存在偏差的情况中，改变激励信号，使得从第一压电元件或压电元件的第一区发送的测量信号的实际量或实际信号形式至少大约等于响应信号的期望量或期望信号形式；

-基于可由确定的期望量或确定的期望信号形式描述的测量信号，经由声传播方法或回波方法确定过程变量。

本发明的方法利用压电元件的偏转对于电激励信号的反馈，该反馈或者是实时的或者是时移的。正如已经提到的，通过应用压电元件或压电薄膜而产生超声测量信号。已知的压电元件被极化并通常由两侧被金属化的圆盘构成。表面的偏转是通过在两个金属化平面之间施加电压而获得的。通过翻转上述过程而实现接收超声测量信号。因为过程是可逆的，所以这是可能的。

在本方面的方法的具有优点的进一步发展中，产生由预定的期望量或期望信号形式描述的激励信号，将激励信号施加于压电元件的第一极化区，在压电元件的第二极化区获得由至少一个实际量或实际信号形式描述的响应信号，并且在响应信号的实际量或实际信号形式与响应信号的期望量或期望信号形式有偏差的情况，改变激励信号使得响应信号至少大约由预定的期望量或预定的期望信号形式描述。该方法在最简单的情况中是通过反馈实现的。