DE10062875B4 - Flowmeter - Google Patents

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Abstract

Durchflußmesser für flüssige Medien mit einer Meßkammer, in der mindestens eine Sende-/Empfangseinheit (1) zum Aussenden und zum Empfangen von Ultraschallsignalen (2), die die Meßkammer mit und entgegen der Strömungsrichtung durchsetzen, angeordnet ist, wobei die Sende-/Empfangseinheit (1) mindestens einen Ultraschallwandler (3, 4) zur Schallerzeugung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens ein Schall-Drucksensor (5; 6) vorgesehen ist, der Schall-Drucksensor (5; 6) innerhalb der Schallwegstrecke L des Ultraschallwandlers (3; 4) positioniert ist, mit dem Schall-Drucksensor (5; 6) ausschließlich schallwellenabhängige Meßsignale erzeugbar sind und nur letztere zur Schalllaufzeitermittlung herangezogen werden, wobei der Schall-Drucksensor (5; 6) einen definierten Startpunkt für die Schalllaufzeitermittlung bildet.flowmeter for liquid media with a measuring chamber, in the at least one transmitting / receiving unit (1) for transmission and for receiving ultrasound signals (2) representing the measuring chamber with and against the flow direction enforce, is arranged, wherein the transmitting / receiving unit (1) at least one ultrasonic transducer (3, 4) for generating sound, characterized characterized in that additionally at least a sound pressure sensor (5; 6) is provided, the sound pressure sensor (5; 6) within the sound path L of the ultrasonic transducer (3; 4) is positioned, with the sound pressure sensor (5; 6) only sound-wave-dependent measuring signals can be generated and only the latter used for sound propagation be, wherein the sound pressure sensor (5; 6) has a defined starting point for the Sound transit time determination forms.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchflußmesser für flüssige Medien mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The The invention relates to a flow meter for liquid media with the others Features of the preamble of claim 1.

Für einen meßtechnisch einwandfreien Sende- und Empfangsbetrieb einer Ultraschalldurchflußmessung ist die Unabhängigkeit von Störgrößen eine notwendige Voraussetzung. In der Praxis besitzen jedoch alle Komponenten einer Ultraschallmeßstrecke eine mehr oder weniger starke Abhängigkeit gegenüber den Umwelt- und Mediumsfeldgrößen. Um die Differenzlaufzeit der von einer Sende/Empfangseinheit ausgesendeten und empfangenen Ultraschallsignale, die die Meßkammer mit und entgegen der Strömungsrichtung durchsetzen, zu ermitteln, ist es zwingend erforderlich, daß bei der Strömungsgeschwindigkeit 0 des Mediums die jeweiligen Signallaufzeiten der gegenläufigen Ultraschallsignale gleich sind. Bei den bisher bekannten Lösungen wird diese Signalgleichheit, das sogenannte Reziprozitätsprinzip, durch möglichst geringe Abweichungen in der Sende- und Empfangsschaltung realisiert. Die bisher bekannten Sende/Empfangseinheiten sind derart aufgebaut, daß nur bestimmte Elemente, wie z.B. die die Ultraschallsignale aussendenden Ultraschallwandler (z.B. piezoelektrische Elemente), von beiden Signalpfaden durchlaufen werden. Die restlichen Teile des Signalpfades bzw. die dort angeordneten Bauteile werden nur von einer Seite durchlaufen, so daß alle Feldeinflüsse Unterschiede der Phasenlage erzeugen. Die Bauteile der Sende- und Empfangselektronik erweisen sich außerdem als äußerst empfindlich, bei denen Einkopplungen von parasitären Kapazitäten starke Meßabweichungen hervorrufen können. Ferner ergeben sich zeitliche Verzögerungen der Durchlaufzeit durch analoge Bauelemente von 1 nsec pro Bauteil (sog. Gatterlaufzeit), was ebenfalls zur oben geschilderten Verletzung des Gleichheitsprinzips führen kann. Meßbar ist demnach bisher nur die echte Schallaufzeit, was mit dem Nachteil verbunden ist, daß z. B. weder Temperatur-, Dichte- und Viskositäts-Messungen mit der Ultraschallmessung möglich sind. Die Temperaturmessung ist bisher nur mit einem Temperaturfühler durchführbar, die Dichtemessung erfolgt über die Konzentrationsverteilung. Zur Durchführung dieser Messungen müssen in den Ultraschallzähler die jeweiligen Meßvorrichtungen integriert sein, was zu einem relativ komplexen Aufbau des Ultraschallzählers führt.For one measurement technology perfect transmission and reception operation of a Ultraschalldurchflußmessung is independence of disturbances a necessary Requirement. In practice, however, all components have one Ultrasonic measuring line one more or less strong dependency across from the environmental and medium field sizes. Around the differential transit time of the emitted by a transmitting / receiving unit and received ultrasonic signals, the measuring chamber with and against the flow direction enforce, determine, it is imperative that at the flow rate 0 of the medium, the respective signal propagation times of the opposing ultrasonic signals equal are. In the previously known solutions This signal equality, the so-called reciprocity principle, through as possible realized slight deviations in the transmitting and receiving circuit. The hitherto known transmitting / receiving units are constructed in such a way that that only certain elements, e.g. which send the ultrasonic signals Ultrasonic transducers (e.g., piezoelectric elements) of both Be traversed signal paths. The remaining parts of the signal path or the components arranged there are only passed through from one side, so that all field influences Create differences in the phase position. The components of the transmission and Receiving electronics also prove to be extremely sensitive, in which Couplings of parasitic capacities strong measurement deviations can cause. Furthermore, there are delays in the processing time by analog components of 1 nsec per component (so-called gate running time), which also to the above-described violation of the principle of equality to lead can. Measurable is thus far only the real Schallaufzeit, what with the disadvantage is connected that z. B. neither temperature, density and viscosity measurements with the ultrasonic measurement possible are. The temperature measurement is previously feasible only with a temperature sensor, the Density measurement is carried out via the concentration distribution. To carry out these measurements must be in the ultrasonic counter the respective measuring devices be integrated, resulting in a relatively complex structure of the ultrasonic counter.

Aus US 4,389,899 ist ein Durchflußmesser bekannt, bei dem in dem zu messenden Medium zwei elektroakustische Wandler eine Schallwegstrecke festlegen, innerhalb welcher die Schalllaufzeitermittlung stattfindet. Die Schalllaufzeitermittlung wird bei dieser bekannten Ausgestaltung durch wandlerbedingte Störgrößen nachteilig beeinflusst.Out US 4,389,899 a flow meter is known, in which determine in the medium to be measured two electro-acoustic transducers a sound path, within which the sound propagation time takes place. The sound transit time determination is adversely affected in this known embodiment by transformer-related disturbances.

Die US 4,860,593 beschreibt eine Ultraschallmeßvorrichtung zur Messung der Durchflußrate von Fluid in einem Kanal, bei der Schallwellen von einem Transmitter zu einem ersten Empfänger sowie einem zweiten Empfänger übertragen werden. Die Signale der beiden Empfänger werden anschließend weiterverarbeitet und mit dem Signal eines ebenfalls im Durchlass befindlichen Druckwandlers korreliert.The US 4,860,593 describes an ultrasonic measuring device for measuring the flow rate of fluid in a channel in which sound waves are transmitted from a transmitter to a first receiver and a second receiver. The signals of the two receivers are then further processed and correlated with the signal of a likewise located in the passage pressure transducer.

Aus der US 5,513,535 A , der US 5,421,212 A sowie der WO 93/20411 A1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung von Fließgeschwindigkeiten von Gasen innerhalb einer Rohrleitung bekannt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases wird durch eine Polaritätskorrelation von Signalen zweier im Abstand L zueinander entlang einer Röhre positionierter Sensoren erfasst.From the US 5,513,535 A , of the US 5,421,212 A and WO 93/20411 A1 discloses a method and a device for measuring flow velocities of gases within a pipeline. The flow velocity of the gas is detected by a polarity correlation of signals of two sensors positioned at a distance L from each other along a tube.

Die WO 93/14382 A1 betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung der Fließgeschwindigkeit einer Gas/Flüssigkeitsfraktion in Röhren. Hierzu sind an der einen Seite der Röhre ein Wandler sowie auf der gegenüberliegenden Seite der Röhre drei Drucksensoren vorgesehen. Von diesen jeweils in unterschiedliche Entfernung bzw. auf unterschiedlicher Seite angeordneten Drucksensoren wird die von dem Wandler ausgesandte Schallwelle aufgenommen und anhand der gemessenen Unterschiede auf die Fließgeschwindigkeit geschlossen.The WO 93/14382 A1 relates to a device and a method for Measurement of the flow rate a gas / liquid fraction in tubes. For this are on one side of the tube a transducer as well as on the opposite Side of the tube three Provided pressure sensors. Of these, each in different Distance or arranged on different side pressure sensors the sound wave emitted by the transducer is recorded and closed based on the measured differences on the flow rate.

Die DE 84 22 080 U1 beschreibt eine Einrichtung zur Bestimmung des Massendurchsatzes von Gasen und/oder Flüssigkeiten mittels der Laufzeitmessmethode mit akustischen Wellen, die sich innerhalb des Mediums zwischen Schallsensoren ausbreiten. Die beiden Schallsensoren liegen symmetrisch zum Schallsender, so dass die Durchflußinformation durch die Verschiebung der beiden Empfangssignale entsteht.The DE 84 22 080 U1 describes a device for determining the mass flow rate of gases and / or liquids by means of the travel time measurement method with acoustic waves which propagate within the medium between sound sensors. The two sound sensors are symmetrical to the sound transmitter, so that the flow information is formed by the displacement of the two received signals.

Aus der DE 196 05 164 C2 ist ein Ultraschall-Strömungsmeßgerät für flüssige oder gasförmige Medien mit einer durchströmten Messkammer sowie mit Ultraschallwandlern zum Aussenden und Empfangen von Ultraschall-Signalen bekannt, wobei die Ultraschall-Signale die Meßkammer mit und entgegen der Strömungsrichtung durchsetzen.From the DE 196 05 164 C2 is an ultrasonic flowmeter for liquid or gaseous media with a flow-through measuring chamber and ultrasonic transducers for emitting and receiving ultrasonic signals known, the ultrasonic signals pass through the measuring chamber with and against the flow direction.

In der DE 42 13 170 C2 ist ein Ultraschall-Durchflußmesser für fluide Medien beschrieben, in dem eine Ultraschallmeßstrecke in einem vom fluiden Medium durchströmten Meßkanal angeordnet ist. Als Sender und/oder Empfänger sind Ultraschallwandler vorgesehen. Über eine Auswerteelektronik wird der Durchfluß des fluiden Mediums aufgrund der Laufzeit oder Phasendifferenz eines Ultraschall-Signals ermittelt. Der Meßkanal ist dabei schnecken- oder wendelförmig aufgewickelt.In the DE 42 13 170 C2 an ultrasonic flowmeter for fluid media is described, in which a Ultraschallmeßstrecke is arranged in a flowed through by the fluid medium measuring channel. As a transmitter and / or receiver ultrasonic transducers are provided. About an evaluation of the flow of the fluid medium is determined due to the transit time or phase difference of an ultrasonic signal. The measuring channel is wound helical or helical.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallzähler mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1 derart auszubilden, daß ein vollständig reziprok arbeitendes Meßverfahren geschaffen wird und damit die Schallaufzeit genauer als bisher ermittelbar ist.Of the Invention is the object of an ultrasonic meter with The features of the preamble of claim 1 form such that a completely reciprocal working measuring method is created and thus the Schallaufzeit more accurate than previously determined is.

Diese Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Durchflußmessers ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 – 23.These Task is solved by the entire teaching of claim 1. advantageous Further developments of the flow meter emerge from the dependent claims 2 - 23.

Der erfindungsgemäße Durchflußmesser weist zusätzlich mindestens einen Schall-Drucksensor auf, der Schall-Drucksensor ist innerhalb der Schallwegstrecke L des Ultraschallwandlers positioniert, mit dem Schall-Drucksensor sind ausschließlich schallwellenabhängige Meßsignale erzeugbar und nur letztere werden zur Schalllaufzeitermittlung herangezogen, wobei der Schall-Drucksensor einen definierten Startpunkt für die Schalllaufzeitermittlung bildet. Mittels dieser Schallaufzeitermittlung ist die Messung von Abweichungen z. B. in der Anordnung der Ultraschallwandler unabhängig. Die Ultraschallwandler sind nur noch für die Schallerzeugung verantwortlich, falls die Messung ausschließlich mittels der Drucksensoren erfolgt. Durch die Unabhängigkeit von der Anordnung der Ultraschallwandler wird damit ein vollständig reziprok arbeitendes Meßverfahren geschaffen.Of the has flowmeter according to the invention additionally at least one sound pressure sensor, the sound pressure sensor is positioned within the sound path L of the ultrasonic transducer, with the sound pressure sensor are exclusive sound wave dependent measuring signals producible and only the latter are used for determining the sound propagation time, wherein the sound pressure sensor forms a defined starting point for the Schalllaufzeitermittlung. By means of this Schallaufzeitermittlung is the measurement of deviations z. B. in the arrangement of the ultrasonic transducer independently. The Ultrasonic transducers are only responsible for the generation of sound, if the measurement is exclusive done by means of the pressure sensors. Due to the independence of the arrangement of the ultrasonic transducer is thus a completely reciprocal working measuring method created.

Aus der ermittelten Schallaufzeit kann die Temperatur, Dichte oder Viskosität des zu messenden Mediums bestimmt werden.Out The determined sound transit time can be the temperature, density or viscosity of the be determined measuring medium.

Der Drucksensor nimmt also das Schallsignal auf, bevor es die für die Differenzlaufzeit genutzte Meßstrecke durchlaufen hat, und ermittelt damit einen definierten Startzeitpunkt an einer definierten Meßstelle.Of the Pressure sensor thus absorbs the sound signal before it for the differential transit time used measuring section has passed through, and thus determines a defined start time at a defined measuring point.

Die Schallaufzeitermittlung kann über einen ersten Drucksensor und einen zweiten Drucksensor erfolgen. Damit kann die Schallaufzeitermittlung ausschließlich mittels der Drucksensoren erfolgen und es wird wie oben bereits erläutert, ein vollständig reziprok arbeitendes Meßverfahren möglich.The Schallaufzeitermittlung can over a first pressure sensor and a second pressure sensor take place. Thus, the Schallaufzeitermittlung exclusively by means of the pressure sensors and as explained above, it is a completely reciprocal working measuring method possible.

Vorteilhafterweise können ein erster und ein zweiter Ultraschallwandler vorgesehen sein, die eine Schallwegstrecke L festlegen. Innerhalb der Schallwegstrecke L befinden sich ein erster und ein zweiter Drucksensor, die ebenfalls in einem festgelegten Abstand M zueinander angeordnet sind. Der erste Drucksensor kann dabei dem ersten Ultraschallwandler und der zweite Drucksensor dem zweiten Ultraschallwandler direkt zugeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, daß die Drucksensoren in einem anderen Winkel oder mit unterschiedlichen Abständen zu den Ultraschallwandlern angeordnet sind. Durch diese Anordnung der Drucksensoren ist es in den genannten Konstellationen möglich, daß diese sowohl die erzeugten Schallsignale, die von dem dem jeweiligen Drucksensor zugeordneten Ultraschallwandler stammen, als auch die nach Durchlauf durch das zu messende Medium empfangenen Schallsignale in elektrische Signale umwandeln. Die Schallaufzeit wird also nur zwischen den Drucksensoren bestimmt und ist demnach von der Anordnung der Ultraschallwandler oder sonstiger Bauteile in der Sende/Empfangseinheit unabhängig.advantageously, can a first and a second ultrasonic transducer may be provided which define a sound path L Within the sound path L are a first and a second pressure sensor, which also are arranged at a predetermined distance M to each other. Of the first pressure sensor can be the first ultrasonic transducer and the second pressure sensor directly associated with the second ultrasonic transducer be. However, it is also possible that the Pressure sensors at a different angle or with different intervals are arranged to the ultrasonic transducers. By this arrangement the pressure sensors it is possible in the above constellations that this both the generated sound signals from that of the respective pressure sensor associated ultrasonic transducer come, as well as after passing received by the medium to be measured sound signals in electrical Convert signals. The Schallaufzeit is only between the Pressure sensors determines and is therefore of the arrangement of the ultrasonic transducer or other components in the transmitting / receiving unit independently.

Alternativ zu der oben beschriebenen Schallaufzeitermittlung zwischen den beiden Drucksensoren ist es auch möglich, daß die Schallaufzeitermittlung zwischen mindestens einem Ultraschallwandler und einem Drucksensor erfolgt.alternative to the above described sound transit time determination between the two Pressure sensors it is also possible that the Schallaufzeitermittlung between at least one ultrasonic transducer and a pressure sensor.

In diesem Falle wird dann das Empfangssignal (nach der durchlaufenen Meßstrecke) von dem Ultraschallwandler aufgenommen. Es besteht dabei die Möglichkeit, daß nur ein Ultraschallwandler und ein Drucksensor vorgesehen sind, wobei die Ultraschallsignale die Strömung des zu messenden Mediums durchsetzen. Dabei wird die Zeit der Ultraschallsignale zwischen dem Ultraschallwandler und dem Drucksensor und zurück gemessen, woraus die Differenzlaufzeit ermittelbar ist.In In this case, then the received signal (after the traversed measuring distance) taken up by the ultrasonic transducer. There is the possibility that only an ultrasonic transducer and a pressure sensor are provided, wherein the ultrasonic signals the flow enforce the medium to be measured. Thereby the time of the ultrasonic signals becomes between the ultrasonic transducer and the pressure sensor and back measured from which the differential transit time can be determined.

Eine weitere Möglichkeit der Schallaufzeitermittlung sieht vor, daß der Drucksensor in einem definierten Abstand (z.B. exakt in der Mitte) zu den beiden Ultraschallwandlern angeordnet ist. Der Drucksensor dient bei dieser Anordnung der Aufnahme des von dem jeweiligen Ultraschallwandler ausgesendeten Signals, wobei die Ultraschallwandler der Aufnahme des die Strömung durchsetzenden Signals dienen. Bei dieser Ausführungsvariante muß entweder der Abstand zwischen Drucksensor und Ultraschallwandler bekannt, oder der Drucksensor genau in der Mitte zwischen den beiden Wandlern angeordnet sein, so daß die beiden gegenläufigen Ultraschallsignale dieselbe Meßstrecke zurücklegen, was für die exakte Schallaufzeitermittlung notwendig ist.A another possibility the Schallaufzeitermittlung provides that the pressure sensor in a defined distance (e.g., exactly in the middle) to the two ultrasonic transducers is arranged. The pressure sensor is used in this arrangement, the recording the signal emitted by the respective ultrasonic transducer, wherein the ultrasonic transducers of the recording of the flow passing through Serve signal. In this embodiment must either the distance between pressure sensor and ultrasonic transducer known or the pressure sensor exactly halfway between the two transducers be arranged so that the two opposing ones Ultrasound signals the same measuring path return, what kind of the exact Schallaufzeitermittlung is necessary.

Der Drucksensor kann an einem Ultraschallreflektor, im Bereich einer Reflexionsfläche oder an einer vom Ultraschallsignal bestrahlten Wand angeordnet sein, so daß die Ultraschallsignale das Medium ungehindert durchlaufen können.Of the Pressure sensor can be attached to an ultrasonic reflector, in the range of reflecting surface or arranged on a wall irradiated by the ultrasonic signal be so that the Ultrasound signals can pass through the medium unhindered.

Sind die Drucksensoren jedoch im Bereich der Schallwegstrecke angeordnet, können diese zumindest teilweise schalldurchlässig sein, damit sich das von dem Ultraschallwandler ausgesendete Schallsignal trotz des Drucksensors ungehindert ausbreiten kann. Damit der Drucksensor für den Ultraschall durchlässig ist, können die Außenabmessungen der Drucksensoren höchstens der dreifachen Wellenlänge des Ultraschallsignals entsprechen.However, if the pressure sensors are arranged in the area of the sound path, they can be sound-permeable at least partially so that the sound signal emitted by the ultrasound transducer can propagate unhindered in spite of the pressure sensor. So that the pressure sensor for the ultrasound is permeable, the Außenabmes tions of the pressure sensors at most equal to three times the wavelength of the ultrasonic signal.

Vorteilhaft kann die Anordnung der Drucksensoren im Strömungsbereich des zu messenden Mediums sein, da damit Schalllaufstrecken, die senkrecht zur Strömung oder ohne gerichtete Strömung (z.B. Totwasserräume, Nischen mit Wirbelbildung und Gebiete mit unstetigen oder instabilen Strömungszuständen) oder durch andere Medien als das zu messende Medium (z. B. durch einen Schallleitkörper) laufen, das Schalllaufverhalten des ausgesendeten und zur Messung herangezogenen Ultraschalls nicht beeinflussen. Wie oben bereits kurz erwähnt, kann sich zwischen dem Ultraschallwandler und dem dem Ultraschallwandler zugeordneten Durcksensor ein Schallleitkörper befinden, so daß die vom Ultraschallwandler ausgesendeten Ultraschallsignale direkt in eine gut meßbare Strömung des Mediums eingeleitet werden.Advantageous can the arrangement of the pressure sensors in the flow region of the medium to be measured be as with sound trajectories that are perpendicular to the flow or without directional flow (e.g. Totwasserräume, Nooks with vortex formation and areas with unsteady or unstable ones Flow conditions) or by other media than the medium to be measured (eg by a Schallleitkörper) run, the sound behavior of the emitted and to the measurement do not influence the ultrasound used. As above briefly mentioned, can be between the ultrasonic transducer and the ultrasonic transducer assigned Durcksensor a Schallleitkörper are located so that the from Ultrasonic transducer emitted ultrasonic signals directly into a good measurable Flow of Medium be initiated.

Insbesondere in dem Falle, bei dem nur ein Ultraschallwandler und ein Drucksensor vorgesehen ist, sollte der Drucksensor ein sehr schnelles Anschwingverhalten aufweisen, da bereits die Zeit des ausgesendeten Ultraschallsignals zwischen Ultraschallwandler und Drucksensor gemessen wird.Especially in the case where only one ultrasonic transducer and one pressure sensor is provided, the pressure sensor should have a very fast transient response have, since already the time of the emitted ultrasonic signal between ultrasonic transducer and pressure sensor is measured.

Ferner besteht die Möglichkeit, daß ein Ultraschallwandlerpaar als nur ein piezokeramisches Bauteil ausgebildet ist, welches beidseitig Ultraschallsignale aussendet. Durch die damit geschaffene Sende/Empfangseinheit kann der gesamte Durchflußmesser äußerst kompakt ausgeführt werden.Further it is possible, the existence Ultrasonic transducer pair formed as only a piezoceramic component which emits ultrasonic signals on both sides. By the thus created send / receive unit, the entire flow meter extremely compact accomplished become.

Bei der Anordnung von zwei Drucksensoren kann die Schallaufzeit tSchall 1 in der einen Richtung (vom ersten zum zweiten Drucksensor) und die Schallaufzeit tSchall 2 in der entgegengesetzten Richtung (vom zweiten zum ersten Drucksensor) ermittelt werden. Anhand der Laufzeiten kann dann der Laufzeitunterschied dt = tSchall 1 – tSchall 2 ermittelt werden. Durch die jeweils vollständig durchlaufenen Signalpfade der beiden, in unterschiedlichen Richtungen laufenden Ultraschallsignalen ist die jeweils absolute Schallaufzeit ermittelbar und der tatsächliche Laufzeitunterschied dt bestimmbar. Mittels der Kenntnis der absoluten Schallaufzeit ist auch die Temperatur, Dichte sowie Viskosität bestimmbar.In the arrangement of two pressure sensors, the sound transit time t sound 1 in one direction (from the first to the second pressure sensor) and the sound transit time t sound 2 in the opposite direction (from the second to the first pressure sensor) can be determined. Based on the transit times, the transit time difference dt = t sound 1 -t sound 2 can then be determined. By the respective completely traversed signal paths of the two ultrasonic signals, which run in different directions, the absolute sound propagation time can be determined and the actual transit time difference dt can be determined. By means of the knowledge of the absolute sound propagation time, the temperature, density and viscosity can also be determined.

Ist dagegen nur ein Drucksensor und ein Ultraschallwandler vorgesehen, wird die Schallaufzeit vom Ultraschallwandler zum Drucksensor und zurück ermittelt, woraus dann ebenfalls der Laufzeitunterschied dt = tSchall 1 – tSchall 2 bestimmt werden kann. Sind zwei Ultraschallwandler vorgesehen, die zu dem Drucksensor in einem definierten Abstand angeordnet sind, wird die Laufzeit von dem Drucksensor zum zweiten Ultraschallwandler sowie vom Drucksensor zum ersten Ultraschallwandler ermittelt und daraus die Laufzeitdifferenz bestimmt.If, on the other hand, only one pressure sensor and one ultrasonic transducer are provided, the sound transit time from the ultrasonic transducer to the pressure sensor and back is determined, from which the transit time difference dt = t sound 1 -t sound 2 can then also be determined. If two ultrasonic transducers are provided, which are arranged at a defined distance from the pressure sensor, the transit time from the pressure sensor to the second ultrasonic transducer and from the pressure sensor to the first ultrasound transducer is determined and from this the transit time difference is determined.

Die Ultraschallwandler können mit einem Oszillator zur Erzeugung einer Oszillatorfrequenz über mindestens einen Pulsgenerator in Verbindung stehen. Zweckmäßigerweise ist dabei jedem Ultraschallwandler ein Pulsgenerator zugeordnet, die von dem Oszillator gestartet werden.The Ultrasonic transducers can with an oscillator for generating an oscillator frequency over at least a pulse generator in connection. Appropriately, everyone is here Ultrasonic transducer associated with a pulse generator by the oscillator to be started.

Die Zeitmessung kann bei zwei Drucksensoren derart erfolgen, daß nach einem Anschwingverhalten eines Wellenzugs ausgehend von einem ersten Ultraschallwandler die Schallaufzeit tSchall 1 durch die Formel tSchall 1 = (Tg1s2 – Tg1s1) + m1·TOS ermittelt wird. Dabei ist Tg1s1 die Zeit zwischen einem Referenzsignal und dem digitalisierten Empfangssignal am ersten Drucksensor, Tg1s2 ist die Zeit zwischen dem Referenzsignal nach m Schwingungen und dem digitalisierten Empfangssignal am zweiten Drucksensor. m1 ist eine natürliche Zahl und markiert die Zahl der Schwingungen zwischen erstem und zweitem Drucksensor. Diese Zahl ermittelt man über die Schallaufzeit, die vom Meßsystem erwartet wird. TOS ist die Periodenzeit des Oszillators und beträgt beispielsweise 1 μsec. Die Schallaufzeit tSchall 2 ist entsprechend umgekehrt durch die Formel tSchall 2 = (Tg2s1 – Tg2s2) + m2·TOS ermittelbar. Der Laufzeitunterschied dt kann ermittelt werden durch die Formel dt = ((Tg1s2 – Tg1s1) + m1·TOS) – ((Tg2s1 – Tg2s2) + m2·TOS). Somit ist eine eindeutige Ermittlung von dt möglich, wenn die Periodenzeit des Oszillators TOS (z. B. 1 μsec) größer ist als der Laufzeitunterschied dt (z.B. 600 nsec), da dann m den Wertebereich von – 2 < (m1 – m2) < 2 nicht überschreitet. Bei m1 = m2 beträgt der Laufzeitunterschied demnach dt = Tg1s2 – Tg1s1 – Tg2s1 + Tg2s2. Der Vorteil der Laufzeitunterschiedsmessung besteht demnach darin, daß Phasenverschiebungen, die durch die Drucksensoren entstehen können, sich durch die Subtraktion gegenseitig aufheben. Das dynamische Einschwingverhalten der Piezokeramik des Ultraschallwandlers muß nicht mehr in vollem Umfang berücksichtigt werden. Dadurch ist es möglich, im Signalburst ganz am Anfang zu messen, wenn aus der Meßstrecke noch keine Echosignale das Nutzsignal überlagert haben.With two pressure sensors, the time measurement can take place in such a way that the sound propagation time t sound 1 is determined by the formula t sound 1 = (T g1s2 -T g1s1 ) + m 1 * T OS after a start-up behavior of a wave train. T g1s1 is the time between a reference signal and the digitized received signal at the first pressure sensor, T g1s2 is the time between the reference signal after m oscillations and the digitized received signal at the second pressure sensor. m 1 is a natural number and marks the number of oscillations between the first and second pressure sensor. This number is determined by the sound propagation time expected by the measuring system. T OS is the period of the oscillator and is for example 1 μsec. The sound propagation time t sound 2 is correspondingly reversed by the formula t sound 2 = (T g2s1 - T g2s2 ) + m2 · T OS can be determined. The transit time difference dt can be determined by the formula dt = ((T g1s2 -T g1s1 ) + m 1 * T OS ) - ((T g2s1 -T g2s2 ) + m 2 * T OS ). Thus, an unambiguous determination of dt is possible if the period of the oscillator T OS (eg 1 μsec) is greater than the transit time difference dt (eg 600 nsec), since then m the range of values of - 2 <(m 1 - m 2 ) does not exceed <2. For m 1 = m 2 the delay difference is therefore dt = T g1s2 - T g1s1 - T g2s1 + T g2s2 . The advantage of the transit time difference measurement therefore consists in the fact that phase shifts, which can arise due to the pressure sensors, cancel each other out by virtue of the subtraction. The dynamic transient response of the piezoceramic of the ultrasonic transducer no longer needs to be fully considered. This makes it possible to measure in the signal burst at the very beginning, when no echo signals from the test section have been superimposed on the useful signal.

Entsprechend erfolgt die Zeitmessung bei nur einem Drucksensor, wobei hier jedoch die Empfangsverzögerungszeit des/der Ultraschallwandler mit in die Differenzlaufzeitermittlung miteingeht.Corresponding the time is measured with only one pressure sensor, but here the reception delay time the / of the ultrasonic transducer in the differential transit time determination miteingeht.

Mittels des Oszillators kann auch eine zweite Oszillatorfrequenz erzeugbar sein, mit welcher m bestimmbar ist.through The oscillator can also generate a second oscillator frequency be with which m is determinable.

Bei den Drucksensoren kann es sich z. B. um Piezoelemente, kapazitive Senoren auf Siliziumbasis oder Dehnungsmeßstreifen handeln. Der jeweilige Drucksensor kann als Differenzdrucksensor ausgebildet sein und damit in einfacher Weise sowohl die ausgesendeten als auch die empfangenen Ultraschallsignale aufnehmen und in elektrische Signale umwandeln.The pressure sensors may be z. B. piezo elements, capacitive silicon-based sensors or strain gauges act. The respective pressure sensor can be designed as a differential pressure sensor and thus in a simple manner both the record both transmitted and received ultrasonic signals and convert them into electrical signals.

Der Drucksensor kann vorteilhafterweise als Verbund im Ultraschallwandler integriert sein, was zusätzliche Montageschritte und Signalzuführungen einspart.Of the Pressure sensor can advantageously be used as a composite in the ultrasonic transducer be integrated, what additional Saves assembly steps and signal feeds.

Die Erfindung ist anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:The Invention is based on advantageous embodiments in the drawing figures explained in more detail. These demonstrate:

1 einen prinzipiellen Aufbau der Sende/Empfangseinheit, 1 a basic structure of the transmitting / receiving unit,

2 eine prinzipielle Darstellung eines alternativen Aufbaus der Sende/Empfangseinheit, 2 a schematic representation of an alternative construction of the transmitting / receiving unit,

3 eine schematische Darstellung der Schallaufzeitermittlung vom Drucksensor 1 zum Drucksensor 2 sowie 3 a schematic representation of Schallaufzeitermittlung from the pressure sensor 1 to the pressure sensor 2 such as

4 eine weitere alternative Ausführungsform eines prinzipiellen Aufbaus einer Sende/Empfangseinheit, 4 a further alternative embodiment of a basic structure of a transmitting / receiving unit,

5 eine weitere alternative Ausführungsform eines prinzipiellen Aufbaus einer Sende/Empfangseinheit sowie 5 a further alternative embodiment of a basic structure of a transmitting / receiving unit and

6 eine Anordnung einer Sende/Empfangseinheit in einer Wirbelmeßkammer. 6 an arrangement of a transmitting / receiving unit in a Wirbelmeßkammer.

1 zeigt die Sende/Empfangseinheit 1 eines Durchflußmessers für flüssige oder gasförmige Medien mit einer Meßkammer, die jedoch in der Zeichnungsfigur nicht näher dargestellt ist. Die Sende/Empfangseinheit 1 dient dem Aussendung und Empfangen von Ultraschallsignalen 2, die die Meßkammer mit und entgegen der Strömungsrichtung des Mediums, welche durch den Pfeil angedeutet ist, durchsetzen. Die Sende/Empfangseinheit umfaßt zwei Ultraschallwandler 3, 4 zur Schallerzeugung, die insbesondere als piezoelektrische Elemente ausgebildet sind. Weiterhin sind Drucksensoren 5, 6 vorgesehen, mit welchen schallwellenabhängige Meßsignale zur Schallaufzeitermittlung erzeugbar sind. Die Ultraschallwandler 3, 4 dienen demnach nur der Schallerzeugung, die Drucksensoren 5, 6 lediglich der Aufnahme der von den Ultraschallwandlern ausgesendeten Ultraschallsignale zu Beginn der Schallwegstrecke und der die Schallwegstrecke durchsetzten Ultraschallsignale und Umwandlung in elektrische Meßsignale. Folglich ist die Ultraschallmeßung nicht von Störgrößen im Bereich der Ultraschallwandler und von der Schallwegstrecke zwischen Drucksensor und Ultraschallwandler abhängig und es kann ein vollständig reziprok arbeitendes Meßverfahren stattfinden. Für die Umwandlung der analogen elektrischen Meßsignale der Drucksensoren 5, 6 in digitale Signale ist z.B. ein A/D-Wandler 10 vorgesehen. 1 shows the send / receive unit 1 a flow meter for liquid or gaseous media with a measuring chamber, which is not shown in detail in the drawing figure. The send / receive unit 1 is used to send and receive ultrasound signals 2 , which pass through the measuring chamber with and against the flow direction of the medium, which is indicated by the arrow. The transmitting / receiving unit comprises two ultrasonic transducers 3 . 4 for generating sound, which are designed in particular as piezoelectric elements. Furthermore, pressure sensors 5 . 6 provided with which sound-wave-dependent measurement signals for Schallaufzeitermittlung can be generated. The ultrasonic transducers 3 . 4 Accordingly, only the sound generation, the pressure sensors 5 . 6 only the recording of the ultrasound signals emitted by the ultrasound transducers at the beginning of the sound path and the ultrasound signals passing through the sound path and conversion into electrical measuring signals. Consequently, the ultrasonic measurement is not dependent on disturbances in the range of the ultrasonic transducers and the sound path distance between the pressure sensor and the ultrasonic transducer, and a completely reciprocal measuring method can take place. For the conversion of the analogue electrical measuring signals of the pressure sensors 5 . 6 in digital signals is eg an A / D converter 10 intended.

Der erste 3 und der zweite Ultraschallwandler 4 sind gemäß 1 derart angeordnet, daß sie eine Meßstrecke L festlegen, wobei sich innerhalb der Meßstrecke L ebenfalls in einem festgelegten Abstand M zueinander ein erster 5 und ein zweiter Drucksensor 6 befinden. Der erste Drucksensor 5 ist dem ersten Ultraschallwandler 3 und der zweite Drucksensor 6 ist dem zweiten Ultraschallwandler 4 zugeordnet. Die mit und entgegen der Strömungsrichtung laufenden Ultraschallsignale 2 durchsetzen somit den identischen Signalpfad, der durch den Abstand M festgelegt ist, so daß Nichtlinearitäten außerhalb dieses Meßpfades bei der Laufzeitermittlung der Ultraschallwellen keine Rolle spielen.The first 3 and the second ultrasonic transducer 4 are according to 1 arranged such that they define a measuring path L, wherein within the measuring path L also at a predetermined distance M to each other a first 5 and a second pressure sensor 6 are located. The first pressure sensor 5 is the first ultrasonic transducer 3 and the second pressure sensor 6 is the second ultrasonic transducer 4 assigned. The current with and opposite to the direction of flow ultrasonic signals 2 thus enforce the identical signal path, which is defined by the distance M, so that non-linearities outside this measurement path in the transit time determination of the ultrasonic waves play no role.

Bei dem alternativen Aufbau der Sende/Empfangseinheit 1 gemäß 2 sind die Drucksensoren 5, 6 nicht unmittelbar den Ultraschallwandlern 3, 4 zugeordnet, sondern befinden sich in der gerichteten Strömung, während die Ultraschallwandler 3, 4 in seitlichen Nischen des Strömungskanals angeordnet sind. Auch in diesem Falle ist die Messung von Unregelmäßigkeiten im Bereich der Ultraschallwandler 3, 4 bzw. der Strecke zwischen dem jeweiligen Ultraschallwandler und dem Drucksensor unabhängig, da für die Messung nur die Meßstrecke M zwischen den Drucksensoren 5, 6 von Bedeutung ist, die jeweils von den beiden gegenläufigen Ultraschallwellen durchsetzt wird.In the alternative construction of the transmitting / receiving unit 1 according to 2 are the pressure sensors 5 . 6 not directly to the ultrasonic transducers 3 . 4 but are located in the directed flow while the ultrasonic transducers 3 . 4 are arranged in lateral niches of the flow channel. Also in this case, the measurement of irregularities in the field of ultrasonic transducers 3 . 4 or the distance between the respective ultrasonic transducer and the pressure sensor independently, since only the measuring path M between the pressure sensors for the measurement 5 . 6 is significant, which is interspersed in each case by the two opposing ultrasonic waves.

Mittels dieser Anordnungen kann die Schallaufzeit tSchall 1 in der einen Richtung vom ersten Drucksensor 5 zum zweiten Drucksensor 6 sowie die Schallaufzeit tSchall 2 in der entgegengesetzten Richtung vom zweiten Drucksensor 6 zum ersten Drucksensor 5 ermittelt werden. Anhand der Laufzeiten ist dann der Laufzeitunterschied dt = tSchall 1 – tSchall 2 ermittelbar. Demnach werden bei der Differenzlaufzeitermittlung direkt die beiden Meßsignale der Drucksensoren 5, 6 herangezogen. Die Phasenverschiebung, die zwischen dem jeweiligen Ultraschallwandler 3, 4 und dem jeweils zugeordneten Drucksensor 5, 6 auftreten, werden bei der Zeitmessung nicht berücksichtigt.By means of these arrangements, the sound propagation time t Sound 1 in the one direction from the first pressure sensor 5 to the second pressure sensor 6 and the sound propagation t sound 2 in the opposite direction from the second pressure sensor 6 to the first pressure sensor 5 be determined. Based on the transit times, the transit time difference dt = t sound 1 - t sound 2 can then be determined. Accordingly, in the differential transit time determination directly the two measurement signals of the pressure sensors 5 . 6 used. The phase shift between the respective ultrasonic transducer 3 . 4 and the respective associated pressure sensor 5 . 6 occur are not taken into account in the time measurement.

Eine beispielhafte Schallaufzeitermittlung mit der Anordnung gemäß 1 oder 2 geht aus 3 hervor. T0 kennzeichnet den Startpunkt, an welchem der Oszillator 7 (OS) den ersten Pulsgenerator 8 startet und mittels des ersten Ultraschallwandlers 3 ein Schallburstsignal erzeugt, welches mit dem ersten Drucksensor 5 (S1) detektiert wird. Ein Wellenzug im Schallburstsignal ist mit Bezugsziffer 11 versehen. Nach dem Anschwingverhalten n·fg1 (g1 bezeichnet den ersten Pulsgenerator 8) wird die Zeit zwischen einem Referenzsignal und dem ersten digitalisierten Empfangssignal E1 ermittelt (Tg1s1). n ist eine beliebige ganze Zahl an Wellenzügen bis zum eingeschwungenen Zustand. Nach weiteren m Schwingungen von Os wird die Zeit zwischen dem Referenzsignal und dem digitalisierten Empfangssignal E2 (Tg1s2) am zweiten Drucksensor 6 (S2) gemessen. Die Schallaufzeit tSchall 1 ist nun ermittelbar durch die Formel tSchall 1 = (Tg1s2 – Tg1s1) + m1·TOS TOS ist die Periodenzeit des Oszillators 7. Die Schallaufzeit tSchall 2 ist entsprechend umgekehrt nach der Formel tSchall 2 = (Tg2s1 – Tg2g2) + m2·TOS ermittelbar.An exemplary Schallaufzeitermittlung with the arrangement according to 1 or 2 comes from 3 out. T 0 denotes the starting point at which the oscillator 7 (O S ) the first pulse generator 8th starts and by means of the first ultrasonic transducer 3 generates a sound burst signal, which with the first pressure sensor 5 (S1) is detected. A wave train in the sound burst signal is denoted by reference numeral 11 Mistake. After the transient response n · f g1 (g1 denotes the first pulse generator 8th ), the time between a reference signal and the first digitized received signal E1 is determined (T g1s1 ). n is an arbitrary integer number of wave trains up to the steady state. After another m oscillations of Os, the time between the reference signal and the digitized received signal E2 (T g1s2 ) at the second pressure sensor 6 (S2) measured. The sound propagation t sound 1 can now be determined by the formula t sound 1 = (T g1s2 -T g1s1 ) + m 1 * T OS T OS is the period of the oscillator 7 , The sound propagation time t sound 2 is correspondingly reversible according to the formula t sound 2 = (T g2s1 - T g2g2 ) + m 2 · T OS can be determined.

Die Differenzlaufzeit, also der Laufzeitunterschied dt ist ermittelbar durch die Formel dt = ((Tg1s2 – Tg1s1) + nx1 TOS – ((Tg2s1 – Tg2s2) + nx2 TOS), wobei die Periodenzeit des Oszillators TOS größer ist als der Laufzeitunterschied dt, da dann m den Wertebereich – 2 < (m1 – m2) < 2 nicht überschreitet. Bei m1 = m2 beträgt der Laufzeitunterschied dt = Tg1s2 – Tg1s1 – Tg2s1 + Tg2s2. Demnach ist die Zeitmessung von Phasenverschiebungen und dynamischen Zeitverzögerungen der Pulsgeneratoren 8, 9 und der Ultraschallwandler 3, 4 sowie der Zahl m unabhängig.The differential transit time, ie the transit time difference dt, can be determined by the formula dt = ((T g1s2 - T g1s1 ) + nx 1 T OS - ((T g2s1 - T g2s2 ) + nx 2 T OS ), the period of the oscillator T OS is greater than the transit-time difference dt, since then m does not exceed the value range - 2 <(m 1 -m 2 ) <2. For m 1 = m 2 the transit-time difference dt = T g1s2 -T g1s1 -T g2s1 + T g2s2 . Thus, the timing of phase shifts and dynamic time delays of the pulse generators 8th . 9 and the ultrasonic transducer 3 . 4 as well as the number m independently.

Wie die 4, 5 und 6 verdeutlichen, kann auch nur ein Drucksensor 5 in Kombination mit einem oder zwei Ultraschallwandlern 3, 4 zur Schallaufzeitermittlung vorgesehen sein. Gemäß 4 erfolgt die Schallaufzeitermittlung zwischen einem Ultraschallwandler 3 sowie einem Drucksensor 5, der an einer Reflexionsfläche 13 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung wird die Laufzeit vom Ultraschallwandler 3 zum Drucksensor 5 sowie umgekehrt vom Drucksensor 5 zum Ultraschallwandler 3 gemessen und daraus die Differenzlaufzeit ermittelt. Der Drucksensor 5 weist hierfür ein sehr schnelles Anschwingverhalten auf.As the 4 . 5 and 6 can clarify, even only a pressure sensor 5 in combination with one or two ultrasonic transducers 3 . 4 be provided for Schallaufzeitermittlung. According to 4 the Schallaufzeitermittlung between an ultrasonic transducer 3 and a pressure sensor 5 which is at a reflection surface 13 is arranged. In this arrangement, the transit time of the ultrasonic transducer 3 to the pressure sensor 5 and vice versa from the pressure sensor 5 to the ultrasonic transducer 3 measured and determines the differential transit time. The pressure sensor 5 has a very fast transient response.

In 5 ist ein Drucksensor 5 genau in der Mitte zwischen den beiden Ultraschallwandlern 3, 4 angeordnet. Die Differenzlaufzeit ergibt sich dabei aus der Schallaufzeit zwischen dem Drucksensor 5 und dem Ultraschallwandler 4 sowie zwischen dem Drucksensor 5 und dem Ultraschallwandler 3. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, daß der Drucksensor 5 in einem anderen definierten Abstand zu den beiden Ultraschallwandlern 3, 4 angeordnet ist. Mittels der Kenntnis der Abstände vom Drucksensor 5 zu den jeweiligen Ultraschallwandlern 3, 4 ist dann ebenfalls die Differenzlaufzeit ermittelbar. Gemäß der Anordnung in den 4 und 5 sind die Drucksensoren 5, 6 im Bereich einer Reflexionsfläche 13 angeordnet. In den 2 und 6 sind die Drucksensoren an einem Ultraschallreflektor 12 angeordnet.In 5 is a pressure sensor 5 right in the middle between the two ultrasonic transducers 3 . 4 arranged. The differential transit time results from the sound transit time between the pressure sensor 5 and the ultrasonic transducer 4 and between the pressure sensor 5 and the ultrasonic transducer 3 , Alternatively, there is also the possibility that the pressure sensor 5 at a different defined distance to the two ultrasonic transducers 3 . 4 is arranged. By knowing the distances from the pressure sensor 5 to the respective ultrasonic transducers 3 . 4 then the differential transit time can also be determined. According to the arrangement in the 4 and 5 are the pressure sensors 5 . 6 in the area of a reflection surface 13 arranged. In the 2 and 6 are the pressure sensors on an ultrasonic reflector 12 arranged.

Die Drucksensoren 5, 6 sind insbesondere in der Anordnung gemäß 1 zumindest teilweise schalldurchlässig, damit sich die von den Ultraschallwandlern 3, 4 ausgesendeten Ultraschallsignale 2 ungehindert ausbreiten können. Dazu entsprechen die Außenabmessungen der Drucksensoren höchstens der dreifachen Wellenlänge des Ultraschallsignals 2.The pressure sensors 5 . 6 are in particular in the arrangement according to 1 At least partially sound-permeable, so that from the ultrasonic transducers 3 . 4 emitted ultrasonic signals 2 can spread unhindered. For this purpose, the outer dimensions of the pressure sensors at most equal to three times the wavelength of the ultrasonic signal 2 ,

Die Drucksensoren 5, 6 sind in den 1 und 2 im Strömungsbereich des zu messenden Mediums angeordnet, so daß Schalllaufstrecken senkrecht zur Strömung (siehe 2) oder Schalllaufstrecken ohne gerichtete Strömung (z.B. Nischen mit Wirbelbildung) das Schalllaufverhalten des zur Messung herangezogenen Schalls nicht beeinflussen. Ferner kann zwischen dem Ultraschallwandler 3, 4 und dem dem Ultraschallwandler 3, 4 zugeordneten Drucksensor 5, 6 sich ein Schallleitkörper befinden, der den Ultraschall ohne Behinderung weiterleitet.The pressure sensors 5 . 6 are in the 1 and 2 arranged in the flow region of the medium to be measured so that sound paths perpendicular to the flow (see 2 ) or sound trajectories without directional flow (eg niches with vortex formation) do not affect the sound behavior of the sound used for the measurement. Furthermore, between the ultrasonic transducer 3 . 4 and the ultrasonic transducer 3 . 4 associated pressure sensor 5 . 6 There is a Schallleitkörper, which forwards the ultrasound without obstruction.

Die in 6 dargestellte Wirbelmeßkammer 14 beinhaltet einen Ultraschallwandler 3, der als piezokeramisches Bauteil ausgebildet ist und beidseitig Ultraschallsignale 2 aussendet. Alternativ hierzu können auch zwei Ultraschallwandler 3, 4 zusammengefasst sein, welche jeweils nach einer Richtung die Ultraschallsignale 2 aussenden. Der Drucksensor 5 nimmt dabei die ausgesendeten Ultraschallsignale 2 auf, während die die Schallwegstrecke durchlaufenen Ultraschallsignale von dem Ultraschallwandler 3 und/oder 4 aufgenommen werden.In the 6 illustrated Wirbelmeßkammer 14 includes an ultrasonic transducer 3 , which is formed as a piezoceramic component and ultrasonic signals on both sides 2 sending out. Alternatively, two ultrasonic transducers 3 . 4 summarized, which in each case in one direction the ultrasonic signals 2 send out. The pressure sensor 5 takes the emitted ultrasonic signals 2 on, while the sound path traversed ultrasonic signals from the ultrasonic transducer 3 and or 4 be recorded.

Mittels des Oszillators 7 kann auch eine zweite Oszillatorfrequenz erzeugbar sein. Damit ist die Anzahl der Schwingungen m ermittelbar und man erhält die jeweils genaue Laufzeit tSchall 1 bzw. tSchall 2.By means of the oscillator 7 can also be generated a second oscillator frequency. Thus, the number of vibrations m can be determined and you get the respective exact time t sound 1 or t sound 2 .

Die Drucksensoren 5, 6 können als Differenzdrucksensoren oder als Ultraschall-Mikrophone ausgebildet sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante können die Drucksensoren 5, 6 als Verbund im Ultraschallwandler 3, 4 integriert sein und somit als ein Bauteil in den Durchflußmesser eingesetzt werden, was die Montage erheblich erleichtert.The pressure sensors 5 . 6 can be designed as differential pressure sensors or as ultrasonic microphones. In a particularly advantageous embodiment variant, the pressure sensors 5 . 6 as a composite in the ultrasonic transducer 3 . 4 be integrated and thus used as a component in the flow meter, which greatly facilitates the assembly.

11
Sende/EmpfangseinheitTransmitter / receiver unit
22
Ultraschallsignaleultrasonic signals
33
Erster Ultraschallwandlerfirst ultrasound transducer
44
Zweiter Ultraschallwandlersecond ultrasound transducer
55
Erster Drucksensorfirst pressure sensor
66
Zweiter Drucksensorsecond pressure sensor
77
Oszillatoroscillator
88th
Erster Pulsgeneratorfirst pulse generator
99
Zweiter Pulsgeneratorsecond pulse generator
1010
A/D-WandlerA / D converter
1111
Wellenzugwave
1212
Ultraschall-ReflektorUltrasonic Reflector
1313
Reflexionsflächereflecting surface
1414
WirbelmeßkammerWirbelmeßkammer

Claims (23)

Durchflußmesser für flüssige Medien mit einer Meßkammer, in der mindestens eine Sende-/Empfangseinheit (1) zum Aussenden und zum Empfangen von Ultraschallsignalen (2), die die Meßkammer mit und entgegen der Strömungsrichtung durchsetzen, angeordnet ist, wobei die Sende-/Empfangseinheit (1) mindestens einen Ultraschallwandler (3, 4) zur Schallerzeugung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens ein Schall-Drucksensor (5; 6) vorgesehen ist, der Schall-Drucksensor (5; 6) innerhalb der Schallwegstrecke L des Ultraschallwandlers (3; 4) positioniert ist, mit dem Schall-Drucksensor (5; 6) ausschließlich schallwellenabhängige Meßsignale erzeugbar sind und nur letztere zur Schalllaufzeitermittlung herangezogen werden, wobei der Schall-Drucksensor (5; 6) einen definierten Startpunkt für die Schalllaufzeitermittlung bildet.Flow meter for liquid media with a measuring chamber in which at least one transmitting / receiving unit ( 1 ) for transmitting and receiving ultrasound signals ( 2 ), which pass through the measuring chamber with and against the flow direction, is arranged, wherein the transmitting / receiving unit ( 1 ) at least one ultrasonic transducer ( 3 . 4 ) for generating sound, characterized in that in addition at least one sound pressure sensor ( 5 ; 6 ), the sound pressure sensor ( 5 ; 6 ) within the sound path L of the ultrasonic transducer ( 3 ; 4 ) is positioned with the sound pressure sensor ( 5 ; 6 ) only sound-wave-dependent measuring signals can be generated and only the latter are used for sound propagation time determination, the sound pressure sensor ( 5 ; 6 ) forms a defined starting point for the sound transit time determination. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der ermittelten Schallaufzeit die Temperatur, Dichte oder Viskosität des zu messenden Mediums bestimmbar ist.flowmeter according to claim 1, characterized in that from the determined sound transit time the temperature, density or viscosity of the medium to be measured is determinable. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallaufzeitermittlung über einen ersten Drucksensor (5) und einen zweiten Drucksensor (6) erfolgt.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the sound transit time determination via a first pressure sensor ( 5 ) and a second pressure sensor ( 6 ) he follows. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster (3) und ein zweiter Ultraschallwandler (4) vorgesehen sind, die eine Schallwegstrecke L festlegen, und sich innerhalb der Schallwegstrecke L, ebenfalls in festgelegtem Abstand M zueinander, der erste (5) und der zweite Drucksensor (6) befinden.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that a first ( 3 ) and a second ultrasonic transducer ( 4 ) are provided which define a sound path L, and within the sound path L, also at a fixed distance M to each other, the first ( 5 ) and the second pressure sensor ( 6 ) are located. Durchflußmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drucksensor (5) dem ersten Ultraschallwandler (3) und der zweite Drucksensor (6) dem zweiten Ultraschallwandler (4) zugeordnet ist.Flowmeter according to claim 4, characterized in that the first pressure sensor ( 5 ) the first ultrasonic transducer ( 3 ) and the second pressure sensor ( 6 ) the second ultrasonic transducer ( 4 ) assigned. Durchflußmesser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallaufzeitermittlung zwischen mindestens einem Ultraschallwandler (3, 4) und einem Drucksensor (5, 6) erfolgt.Flow meter according to one of claims 1 or 2, characterized in that the sound transit time determination between at least one ultrasonic transducer ( 3 . 4 ) and a pressure sensor ( 5 . 6 ) he follows. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (5, 6) in definiertem Abstand zu den beiden Ultraschallwandlern (3, 4) angeordnet ist.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure sensor ( 5 . 6 ) at a defined distance to the two ultrasonic transducers ( 3 . 4 ) is arranged. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (5, 6) an einem Ultraschallreflektor (12) angeordnet ist.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure sensor ( 5 . 6 ) on an ultrasonic reflector ( 12 ) is arranged. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (5, 6) im Bereich einer Reflexionsfläche (13) angeordnet ist.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure sensor ( 5 . 6 ) in the region of a reflection surface ( 13 ) is arranged. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksensoren (5, 6) zumindest teilweise schalldurchlässig sind.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure sensors ( 5 . 6 ) are at least partially sound permeable. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenabmessungen der Drucksensoren (5, 6) höchstens der dreifachen Wellenlänge des Ultraschallsignals (2) entsprechen.Flowmeter according to one of the preceding claims, characterized in that the external dimensions of the pressure sensors ( 5 . 6 ) at most three times the wavelength of the ultrasonic signal ( 2 ) correspond. Druchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksensoren (5, 6) im Strömungsbereich des zu messenden Mediums angeordnet sind.Flowmeter according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure sensors ( 5 . 6 ) are arranged in the flow region of the medium to be measured. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Ultraschallwandler (3, 4) und dem dem Ultraschallwandler (3, 4) zugeordneten Drucksensor (5, 6) ein Schalleitkörper befindet.Flowmeter according to one of the preceding claims, characterized in that between the ultrasonic transducer ( 3 . 4 ) and the ultrasonic transducer ( 3 . 4 ) associated pressure sensor ( 5 . 6 ) is a Schalleitkörper located. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (5, 6) ein sehr schnelles Anschwingverhalten aufweist.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure sensor ( 5 . 6 ) has a very fast transient response. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler (3, 4) als piezokeramisches Bauteil ausgebildet ist, welches beidseitig Ultraschallsignale (2) aussendet. Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic transducer ( 3 . 4 ) is formed as a piezoceramic component which has ultrasonic signals ( 2 ). Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallaufzeit TSchall 1 mit der Strömungsrichtung und die Schallaufzeit tSchall 2 entgegen der Strömungsrichtung ermittelbar sind und anhand der Laufzeiten der Laufzeitunterschied dt = tSchall 1 – tSchall 2 ermittelbar ist.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the sound propagation time T sound 1 with the flow direction and the sound propagation time t sound 2 counter to the flow direction can be determined and based on the transit times of the transit time difference dt = t Sound 1 - t Sound 2 can be determined. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler (3, 4) mit einem Oszillator (7) zur Erzeugung einer Oszillatorfrequenz über mindestens einen Pulsgenerator (8, 9) in Verbindung stehen.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the ultrasonic transducers ( 3 . 4 ) with an oscillator ( 7 ) for generating an oscillator frequency via at least one pulse generator ( 8th . 9 ) keep in touch. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Anschwingverhalten eines Wellenzugs (11) ausgehend vom ersten Ultraschallwandlers (3) die Schallaufzeit tSchall 1 durch die Formel tSchall 1 = (Tg1s2 – Tg1s1) + m1·TOS ermittelbar ist, wobei Tg1s2 der Zeitpunkt des digitalisierten Empfangssignals am zweiten Drucksensor (6), Tg1s1 der Zeitpunkt des digitalisierten Empfangssignals am ersten Drucksensor (5) ist, m1 der Anzahl der Schwingungen zwischen erstem und zweitem Drucksensor entspricht und TOS die Periodenzeit des Oszillators (7) ist, und die Schallaufzeit tSchall 2 entsprechend umgekehrt ermittelbar ist.Flowmeter according to one of the preceding claims, characterized in that, after an oscillation behavior of a wave train ( 11 ) starting from the first ultrasonic transducer ( 3 ) the sound transit time t sound 1 through the formula t Sound 1 = (T g1s2 - T g1s1 ) + m 1 * T OS can be determined, wherein T g1s2 the time of the digitized received signal at the second pressure sensor ( 6 ), T g1s1 the time of the digitized received signal at the first pressure sensor ( 5 ), m 1 is the number of oscillations between the first and second pressure sensors and T OS is the period of the oscillator ( 7 ), and the sound transit time t sound 2 can be determined correspondingly inversely. Durchflußmesser nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufzeitunterschied dt ermittelbar ist durch die Formel dt = ((Tg1s2 – Tg1s1) + m1·TOS – ((Tg2s1 – Tg2s2) + m2·TOS), wobei die Periodenzeit des Oszillators TOS größer ist als der Laufzeitunterschied dt und bei m1 = m2 der Laufzeitunterschied dt = Tg1s2 – Tg1s1 – Tg2s1 + Tg2s2 beträgt.Flowmeter according to claim 18, characterized in that the transit time difference dt can be determined by the formula dt = ((T g1s2 - T g1s1 ) + m 1 * T OS - ((T. g2s1 - T g2s2 ) + m 2 * T OS ) wherein the period of time of the oscillator T OS is greater than the delay difference dt and at m 1 = m 2, the delay difference dt = T g1s2 - T g1s1 - T g2s1 + T g2s2 is. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine zweite Oszillatorfrequenz erzeugbar ist.flowmeter according to one of the preceding claims, characterized that at least a second oscillator frequency can be generated. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Drucksensoren (5, 6) ein Differenzdrucksensor ist.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the pressure sensors ( 5 . 6 ) is a differential pressure sensor. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Drucksensoren (5, 6) als Ultraschall-Mikrophon ausgebildet ist.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the pressure sensors ( 5 . 6 ) is designed as an ultrasonic microphone. Durchflußmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Drucksensoren (5, 6) als Verbund in dem jeweiligen Ultraschallwandler (3, 4) integriert ist.Flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the pressure sensors ( 5 . 6 ) as a composite in the respective ultrasonic transducer ( 3 . 4 ) is integrated.
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