[发明专利]超声波计量装置

说明书

描述了一种用于测量流体的流量的超声波计量装置(28)。超声波计量装置(28)包括用于流体的流管(5)。流管(5)沿着第一轴线(6)在第一开口(7)与第二开口(8)之间延伸。超声波计量装置(28)还包括一对或多对超声波换能器(2、3)。每对超声波换能器(2、3)被构造成限定在流管(5)的测量区域(12)内与流管(5)相交的对应的波束路径(9)。测量区域(12)跨越在沿第一轴线(6)间隔开的第一位置(z₁)与第二位置(z₂)之间。测量区域(12)的处在一个或多个波束路径(9)中的任一个之外的一个或多个部分对应于非采样体积(12b)。超声波计量装置(28)还包括沿第一轴线(6)延伸的一个或多个突出部(34)。每个突出部(34)的至少一部分被布置成阻止流体进入一个或多个非采样体积(12b)的至少一部分。

技术领域

本发明涉及超声波流量(flow rate，流速)计量装置。

背景技术

已经构造了超声波流量计量装置，其基于测量渡越时间(time-of-flight)来测量液体或气体的流速。有时，一对超声波换能器布置在具有已知长度的流管的相对端。

可替代地，一对超声波换能器可以沿着流管的长度间隔开一定距离布置，该超声波换能器与流管成角度地布置，使得超声波可以通过从流管的内壁或反射器反射而在该对超声波换能器之间通过。通过获得与液体或气体流动方向一致或相反的超声波换能器之间的渡越时间测量值，可以获得与液体或气体的流速有关的差。

仅一部分的液体或气体(以下两者均应包含在术语“流体”中)通过超声波束。因此，所测量的流速表示在由超声波束采样体积的平均值。为了将这样的平均流速转换为流体质量流量，例如允许计量流体，必须假定流体的速度曲线。当流体沿着横截面均匀的管道的直段流动时，在流动足够长的距离后，通过管道的速度曲线将趋近于可预测的曲线。因此，当超声波计量装置安装在长、直管段中或长、直的管段上时，假定速度曲线的方法可以相当好地工作。然而，超声波计量装置上游的诸如弯曲部、收缩部、阀、泵等的特征可能导致管道中的速度曲线偏离预期的曲线，从而降低超声波计量装置的精度。由于可能无法获得的足够长、直的管段，超声波流量计量装置的精度和/或可能的安装位置可能受到限制。

用于改善速度曲线的可预测性的一种方法是将一个或多个流动调节设备器放置在超声波计量装置的上游(有时也在下游)。例如，EP 1775 560 A2描述了一种超声波流量计量装置，该超声波计量装置包括流动通道、超声波换能器和用于去除或减少诸如旋流的流动干扰的整流器。所述整流器包括至少第一和第二整流装置，所述第一和第二整流装置沿流动方向以给定的扭转角度反向扭曲。“流量调节和对流体流量测量精度的影响(Flowconditio ning and effects on accuracy for fluid flow measurement)”、B.D.Sawchuc k,D.P.Sawchuck,D.A.Sawchuk、美国气体测量技术学院，2010，第1页-第9页，描述了流量调节器的测试结果。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于测量流体的流量的超声波计量装置。超声波计量装置包括用于流体的流管。流管沿着第一轴线在第一开口和第二开口之间延伸。超声波计量装置还包括一对或多对超声波换能器。每对超声波换能器被构造成限定在流管的测量区域内与流管相交的对应的波束路径。测量区域跨越在沿着第一轴线间隔开的第一位置与第二位置之间。测量区域的处在一个或多个波束路径中的任一个之外的一个或多个部分对应于非采样体积。超声波计量装置还包括沿着第一轴线延伸的一个或多个突出部。每个突出部的至少一部分被布置成阻止流体进入一个或多个非采样体积的至少一部分。

每个波束路径可以具有平行于第一轴的分量。每个波束路径可具有横向于第一轴线的分量。在一些示例中，一个或多个波束路径可不平行于流动轴线。测量区域可以对应于由流管的第一位置、第二位置和一个或多个内表面界定的体积。