确定补偿流量和/或补偿流动速度的方法、超声流量测量装置和计算机程序产品

摘要

本发明涉及一种用于确定补偿流量和/或补偿流动速度的方法。与流动相关的测量误差的补偿利用超声流量测量装置的双路径测量在流量测量期间借助于流量测量装置的评估单元(11、21)和/或计算机进行，超声流量测量装置包括在管道(5、16、26)上的至少两个超声换能器对(12-15、22-25)的布置，所述超声换能器(12-14、22-24)采用180°双路径单横穿布置或者在90°双路径双横穿布置。该方法特征在于以下步骤：a)将关于影响流动的管或管道元件(6a-6d)的类型的信息馈送到评估单元(11、21)和/或计算机内；b)将关于超声换能器对(1、2、12-15、22-25)的布置距影响流动的管或管道元件(6a-6d)的距离(x

说明书

技术领域

本发明涉及权利要求1的前序部分中限定的用于确定补偿流量和/ 或补偿流动速度的方法，其中与流动相关的测量误差的补偿在超声流 量测量装置的流量测量的背景下发生。本发明还涉及权利要求12的前 序部分中限定的超声流量测量装置，以及权利要求15的前序部分限定 的计算机程序产品。

背景技术

考虑扰动类型、距扰动的距离和如何达到完全发展的流动剖面的 知识的校准方法是已知的。相应的方法在US2009/055119A1中公开。 作为其结果，提供了流量测量装置，其针对工厂中的特定流动情况进 行预调节。这意味着该流量测量装置针对特定流动情况进行调谐且在 该情况下递送非常高精度的测量值。流动情况一改变，则扰动类型和/ 或到扰动的距离，并且然后流动剖面就改变，使得测量装置不再正确 地工作。因此，装置仅适用于该情况，对此，其在工厂中被校准。

DE19717940A1描述了涡流强度的校正。除涡流强度之外，还 考虑了介质中的纵向冲击和旋转冲击之间的比率。在这种情形中，流 动剖面不对称性没有被校正。因此，该校正方法限于特定流动剖面扰 动，即涡流。

US2003/0131667A1描述了用于借助于流动调节系统来补偿流动 剖面不对称性和涡流的方法。流动调节系统，例如管束整流器和/或穿 孔板确保限定的流动条件在超声流量测量的位置占优势。这样，实现 了指定的和准确的流动测量，然而，同时必须另外接受高压损失和流 动剖面的阻碍。在这种情况下，例如，借助于清管器清洁管线是不可 能的。由于压力损失，也需要明显更高的泵送动力。为了安装流量调 节器，使用者被迫，尤其是与夹持流量测量装置相比，打开管线。

US5987997A描述了通过比较沿着五个不同的测量路径的流动 速度和基于确定的值的流动剖面的校正来确定雷诺数的方法。尤其是， 这些测量路径必须以特定方式穿过测量截面分布，因为需要测量路径 的不同径向分隔。该方法依赖于确定这些测量路径相对于彼此的速度 比。这在该方法的情形中是基本的。

中间公布的WO2013/164805A1公开了一种超声流量测量装置， 其针对流动扰动进行校正且需要流动类型、换能器对的位置和定向说 明。因此，需要高的校准努力，因为校正由三个独立参数构成。尤其 是，为了能够执行可靠校正，在单个路径系统的情况下的定向说明是 基本的。甚至小的偏差在此可导致大的误差。因此，为了实现足够准 确的且灵活的校正，需要非常小角度变化或步宽的单独的测量。在这 些情形中，对于使用者来说，给出扰动的准确的定向说明本身是不可 能的，因为扰动可能是复杂的或未知的且换能器相对于扰动的定位因 此可能不能被准确地给出。

使用所谓的双路径布置工作的夹持超声流量测量装置是已知的。 该测量经由两个或更多个超声换能器对发生。该布置具有的优点是， 在不完全对称的，尤其是不完全旋转对称的流动剖面的情形中的测量 不精确度是部分地可补偿的。这种扰动的来源是可变的横截面、分支、 流动偏转和部件，其连接到管线和那些被认为是管道的部件或管道元 件。除了别的以外，这些还包括弯头、阀或甚至泵。

根据扰动类型，对于超声换能器围绕管道的布置来说推荐特定最 小分隔，因为否则测量精度的装置特有的上限可能不再被确保。

然而，存在其中该最小分隔，即所谓的插入距离(run-indistance) 不能被维持的应用。在这些应用的情形中，由于不完全发展的流动剖 面的结果，出现大的测量误差。此处，然而，顾客没有关于测量精度 和可靠性的信息，借助关于测量精度和可靠性的信息，其可以估计和 评估确定的信息的质量。

发明内容

因此，本发明的目的是在超声换能器布置在具有短插入区段的管 或管道设备上的情形中提供给顾客估计测量精度或测量误差的机会以 及最小化通过校正的测量不确定性。

本发明通过权利要求1中限定的方法、权利要求12中限定的测量 流量测量装置以及权利要求15中限定的计算机程序产品来实现该目 的。

根据本发明，一种用于确定补偿流量和/或补偿流动速度的方法， 其中与流动相关的测量误差的补偿在利用超声流量测量装置的双路径 测量的流量测量的背景下，借助于流量测量装置的评估单元和/或计算 机发生，其中超声换能器(12-14、22-24)为180°双路径单横穿布置或 者90°双路径双横穿布置，该方法包括以下步骤：

a)将关于引起扰动的管或管道元件的类型的信息馈送到评估单 元和/或计算机；

b)将关于超声换能器对的布置距引起扰动的管或管道元件的距 离的信息馈送到评估单元和/或计算机；

c)根据来自步骤a)和b)的信息确定校正因子k_D；和

d)确定通过校正因子k_D校正的流量和/或通过校正因子k_D校正的 流动速度。

诸如图2中变化形式B示出的180°单横穿布置在这种情形中意味 着传送和接收直接的和交叉的超声信号的两个超声换能器对在平面中 的布置。这在图2的变化形式B中对应于作为第一换能器对的换能器 22和23和作为第二换能器对的换能器24和25。

诸如图2中变化形式A示出的90°双横穿布置在这种情形中意味 着在彼此成直角布置的两个平面中的两个超声换能器对的布置，其中 超声信号经由在管内壁上的反射被发送和接收。这在图2的变化形式A 中对应于作为第一换能器对的换能器12和13和作为第二换能器对的 换能器14和15。

所涉及的是利用至少两个或者在给定情形中更多个超声换能器对 的双路径测量，因为在仅利用一个超声换能器对确定校正因子的情形 中，总是必须关注角位置——也就是超声换能器对在管的周边上的定 位。该依赖性除其它之外也从图4中认识到。通过将该校正因子考虑 到确定流动和/或流动速度中，实现了关于流动的测量误差的补偿。

该方法可以直接地在流量测量装置上执行或者作为计算机模拟来 执行。

在步骤a)中，进行关于引起扰动的管或管道元件的类型的信息的 馈送。引起扰动的管或管道元件的类型可以通过选择来指定。

在步骤b)中，进行关于一个超声换能器对或多个超声换能器对的 布置距引起扰动的管或管道元件的距离的信息的馈送。这可以涉及测 量，例如激光测量，其中测量装置将该距离直接地传输到流量测量装 置。然而，其也可以经由手动输入进行。

在步骤c)中，确定校正因子。在这种情形中，使用例如通过测量 和/或模拟方法根据在步骤a)和b)中提供的信息确定的数据。在这种情 形中，在中间值的情形中，可以进行逼近。

在步骤d)中，进行流量和/或流动速度的补偿测量值的确定。该补 偿值然后可以被输出。

该方法的有利实施方式是从属权利要求的主题。

可以利用180°单横穿布置或90°双横穿布置，尤其是以安装布置 (mountingarrangement)的形式，来确定校正因子k_D。在这种情形中， 优选地使用安装布置，使得准确确定或考虑扰动和测量路径定向之间 的关系是不必要的。

基本上，仅校正因子的说明可以给予顾客关于测量不精确度的信 息。然而，当根据校正因子k_D计算校正的体积流量是是有利的。

另外，可以进行根据测量误差确定校正因子k_D的最大波动宽度的 确定。假如测量误差平均达到5％，则其仍可以具有另外的标准偏差， 例如1％。该精度说明可以例如在测量装置的说明书中给出。

另外，当进行将关于待测量的介质的雷诺数和/或运动粘度的信息 到评估单元和/或计算机内的馈送时是有利的，其中该信息在确定依赖 于测量误差的校正因子k_D中使用。

测量路径角位置对流动扰动的依赖性可以在应用两个或更多个超 声换能器对的情形中通过一个或多个另外的超声换能器对的测量结果 来补偿。

在本发明的优选实施方式中，为了确定校正因子k_D，排他地考虑 引起扰动的管或管道元件的类型和超声换能器对(12-15、22-25)的布 置距引起扰动的管或管道元件(6a-6d)的距离以及可选地关于待测量 的介质的雷诺数和/或运动粘度的信息。因此，利用最大两个绝对指定 的校正变量和两个可选校正变量。

其它校正变量——尤其是关于超声换能器对(12-15、22-25)相对 于扰动的定向的知识——是不需要的。

另外，进行关于在管或管道元件上的超声换能器对相对于彼此的 布置的信息，尤其是关于超声对相对于彼此的角度的信息的馈送，其 中该角度的顶点布置在管轴线上，和/或关于在超声换能器对的超声换 能器之间的超声信号的横穿的数量的信息被提供，其中该信息在确定 依赖测量误差的校正因子k_D中使用。这样，测量误差波动可以被减小。

确定依赖测量误差的校正因子k_D可以有利地通过模拟算法进行， 例如，以流量模拟计算的形式。这明显减少例如在比较测量的情形中 发生的消耗的时间。

可替代地或补充地，可以通过将馈送的信息与测量值比较来进行 依赖于测量误差的校正因子k_D的确定，该测量值被配备在超声流量测 量装置的数据存储器中或者在连接的计算机的数据存储器中或者能够 从服务器获取。这具有的优点是，可以进行尽可能接近地对应用的逼 近拟合。前述的比较可以有利地包括在测量值中的内插，达到在测量 值中的测量条件与馈送的信息不完全相关的程度。这样，中间值也可 以更好地匹配理想条件。

引起扰动的管或管道元件的类型有利地选自以下组：角管或管道， 弯头，尤其是具有90°弯曲，或双平面外弯头或更多平面外弯头，分支， 泵，传感器元件，阀，锥体变窄部和/或加宽部。

根据本发明，一种超声流量测量装置，包括评估单元和布置在管 或管道上的至少两个超声换能器对，其中超声换能器在180°双路径单 横穿布置中或者在90°双路径双横穿布置中，并且其中评估单元被实施 为，尤其是借助于前述权利要求中的一项所述的方法，确定多路径测 量的测量误差被补偿的测量值，其中所述确定包括以下步骤：

a)将关于引起扰动的管或管道元件的类型的信息馈送到评估单 元和/或计算机内；

b)将关于超声换能器对的布置距引起扰动的管或管道元件的距 离的信息馈送到评估单元和/或计算机；

c)根据来自步骤a)和b)的信息确定依赖于测量误差的校正因子 k_D；和

d)确定通过校正因子k_D校正的流量和/或通过校正因子k_D校正的 流动速度。

校正因子可以与测量结果一起显示并且用于补偿测量值。

有利实施方式是从属权利要求的主题。

超声流量测量装置在实现为夹持超声流量测量装置时是尤其有利 的。这使能在具有扰动流动剖面的流动区域中对流动自由反应的测量 装置的非常简单的布置，并且另外使能超声换能器在测量装置的安装 期间的定向和安装而不阻挡流动或干扰过程

超声换能器根据本发明以围绕管或管道的方式布置，使得超声换 能器为180°双路径单横穿布置中或者90°双路径双横穿布置。

对于在超声流量测量装置中实施方法可替代地或补充地，该方法 例如也可以在计算机程序产品中实施，该计算机程序产品例如可以在 实际购买决定之前向顾客提供作为特定流动条件的结果的测量结果的 预测并且可以支持顾客做出购买决定。为了确定多路径测量的校正因 子k_D，应用以下步骤：

a)将关于引起扰动的管或管道元件(6a-6d)的类型的信息馈送到 评估单元(11、21)和/或计算机；

b)将关于超声换能器对(1、2、12-15、22-25)的布置距引起扰 动的管或管道元件(6a-6d)的距离(x_a-x_d)的信息馈送到评估单元(11、 21)和/或计算机内；

c)根据来自步骤a)和b)的信息确定校正因子k_D。

通过计算机程序确定的校正因子可以用于根据权利要求1和12的 步骤d)确定测量误差被补偿的测量值。校正因子的确定类似于权利要 求1和12的步骤a)和c)发生。

附图说明

现在将基于附图更详细地解释本发明的优选实施方式，附图中的 图示出如下：

图1是从各种流动扰动隔开的超声流量测量装置的夹持变化形式 的示意图；

图2是包括布线和评估单元的夹持双路径测量的两种变化形式的 示意图；

图3是在轴向方向上的完全对称的形成的层流和湍流流动剖面的 图；

图4a是在轴向方向上的在以90°弯曲扰动之后扰动流动剖面的 图；

图4b是从90°弯曲下游——在该弯曲的下游5*D处的速度分布的 横截面的图；

图5是在40DN的直测量路径之后角度定向以30°渐进改变的情形 中，超声换能器的两个单独的独立的双横穿布置的测量曲线；

图6是在角度定向在90°弯曲下游5DN的距离处以30°渐进改变 的情形中的单路径单横穿布置和180°双路径单横穿布置的测量曲线；

图7是在角度定向在双90°平面外弯头下游5DN的距离处以30° 渐进改变的情形中的单路径单横穿布置和180°双路径单横穿布置的测 量曲线；

图8是在角度定向在90°弯曲下游5DN的距离处以30°渐进改变 的情形中的单路径双横穿布置和90°双路径双横穿布置的测量曲线；

图9是在角度定向在双90°平面外弯头下游5DN的距离处以30° 渐进改变的情形中的单路径双横穿布置和90°双路径双横穿布置的测 量曲线；

图10是在90°双路径双横穿布置(45)的情形中和在180°双路径 单横穿布置的情形中，对所有定向角度取平均的测量误差与距扰动的 距离的图；

图11是在90°双路径双横穿布置的情形中和在180°双路径单横穿 布置的情形中，对所有定向角度取平均的测量误差散布与距扰动的距 离的图；

图12是关于计算机程序产品的输入参数的流程图。

具体实施方式

超声流量测量装置在过程和自动技术中广泛应用。它们允许在管 线中的体积流量和/或质量流量的简单确定。已知的超声流量测量装置 通常根据行程时间差原理工作。在这种情形中，超声波——尤其是超 声脉冲，所谓的脉冲串——的不同行程时间相对于液体的流动方向被 评估。为此，超声脉冲以相对于管轴线的一定角度与流动一致以及也 与流动相反地被发送。因为声波逆着流动方向的传播速度小于流动方 向上的传播速度，因此出现行程时间差。该行程时间差与流动速度成 正比。从行程时间差，流动速度可以被确定且在已知管线区段的直径 的情形下可以随之确定体积流量。

信号被双向发送，即，给定的超声换能器作为声发射器以及也作 为声接收器工作。

超声波分别借助于所谓的超声换能器产生或接收。为此，超声换 能器固定地放置在相关管线区段的壁中。夹持超声流量测量系统也是 可利用的。在这些夹持系统的情形中，超声换能器在测量管或管线外 部被按压在其管壁或管道壁上。夹持超声流量测量系统的很大优点是 它们不接触测量介质且可以放置在已经存在的管线上。

超声换能器通常包括例如压电元件的机电换能器元件和联接层。 在夹持系统的情形中，超声波在机电换能器元件中作为声信号产生且 经由联接层引导到管壁且从此处进入液体内，或者在线内系统的情形 中，它们经由联接层内联接到测量介质内。在此情形中，联接层也不 如此常见地称为膜。

在压电元件和联接层之间可以布置另一联接层，所谓的适应层或 匹配层。在这种情形中，适应层或匹配层执行传输超声信号且同时减 少在两个材料之间的边界层上的由不同的声阻抗引起的反射的功能。

超声换能器可以以不同的方式布置。在对于经由单横穿进行测量 的安装的情形中，超声换能器定位在管线的相对设置的侧面上。

在对于经由双横穿进行测量的安装的情形中，超声换能器定位在 管线的相同侧上。

从根本上，在带有超声换能器a和b的单个超声换能器对的情形 中，在已知形成时间差的情形中的体积流量的计算根据以下公式进行：

Q＝v*A

其中：

Q＝体积流量，

v＝介质的流动速度，以及

A＝管横截面积

v～Δt，和Δt＝t_a-t_b

其中，t_a是超声换能器a和b之间的行程时间，且t_b是超声换能 器b和a之间的行程时间。

超声测量位置可以以所谓的双通道测量操作来操作。单个测量变 送器，或单个评估单元，能够独立于彼此操作两个测量通道(测量通 道1和测量通道2)。每一个测量通道具有其自己的超声换能器对。两 个测量通道独立于彼此工作且通过一个评估单元同等地支持。该两个 通道测量操作可以适用于以下种类的测量：

·双通道测量＝在两个单独的测量点处的流量测量

·双路径测量＝在一个测量点处的冗余流量测量

现在将更详细地论述双路径测量：

在双路径测量的情形中，流量在一个测量点处被冗余地记录。两 测量通道的测量值可以被不同地处理和显示。

以下测量值输出对于双路径测量是优选的：

·每一个测量通道输出单独的测量值(独立于彼此)

·输出两个测量值的平均值

功能“平均形成”通常提供更稳定的测量值。该功能因此适合于 在非理想条件(例如，短插入区段)下测量。

两个测量通道的配置可以单独地进行。这使得对于每一个测量通 道的显示、输出、测量换能器类型和安装类型的独立调节和选择成为 可能。在双路径测量的情形中，两个测量通道的单独的配置通常是不 必要的。在特定情形中，然而，其可以用于平衡特定于应用的非对称 性。

图1示出了其中特定于应用的非对称性可能出现的不同方式。

图1部分地示出了在具有固定标称直径DN的管线5上的两个超 声换能器1和2的以所谓的双横穿布置的夹持超声流量测量装置。在 这种布置的情形中，从第一超声换能器1发送的超声信号经由管道壁 行进到介质内，在管道的内侧上的相对设置的侧面上反射，并且然后 被第二超声换能器接收。在这种情形中，两个超声换能器在测量管道 壁上紧挨彼此布置，因此在平行于管道轴线延伸的同一条线上。

超声换能器1和2在本实施方式的示例中按照本身已知的方式经 由一个或多个联接适配器3借助于金属带4附接。

弯曲6a——此处为90°管弯头——代表流动剖面的扰动，其在流 动剖面中形成非对称性，这在图4a和图4b中详细地示出，并且结合 该图更详细地解释。达到扰动随后被论述的程度，然后随之指的是流 动剖面的扰动。

引起扰动的其它管道元件在图1中示出。在这种情形中，这种元 件包括阀6b、泵6c和其它弯曲6d，或者在给定情形中，还有渐缩管 件。引起扰动的管道元件或部件的该列举当然不是排他的。

距离x_a-d和y定义推荐的距离，其中应距对应的扰动该推荐的距 离将夹持超声换能器1和2布置在管线5上。

这些距离是最小距离并且取决于扰动的类型。因此，对于x_a和x_d， 推荐在流动方向S上远离扰动15*DN，即是标称直径的15倍的最小距 离。对于x_b和x_c，推荐距离扰动20*DN的最小距离。最小距离y—— 达到因此在流动方向S上在超声换能器下游产生扰动的程度——优选 地达到例如3*DN。

图2示出了本身已知的两个双路径布置中的夹持超声流量测量装 置。

变化形式A是双路径双横穿布置。超声流量测量装置包括评估单 元11，包括超声换能器12、13和14、15的两个超声换能器对连接到 评估单元11。这些超声换能器12、13和14、15经由线路12a、13a和 14a、15a与评估单元连接。

第一超声换能器对中的超声换能器12、13紧挨彼此地呈一条线地 布置在管或管道、管或管道16的周边上，其中该线平行于管或管道轴 线延伸。

第二超声换能器对中的超声换能器14和15布置成相对于第一超 声换能器对沿圆周移置。在这种情形中，第二超声对的沿圆周移置的 布置优选地以相对于第一超声对成90°角度发生，其中角度的顶点位于 管或管道轴线上。

超声换能器对以双横穿布置围绕管道16放置，这意味着超声信号 具有带有第一方向向量的第一信号路径区段，在管或管道内壁上反射 并且具有带有不等同于第一方向向量的第二方向向量的第二信号路径 区段。

图2以管或管道16的横截面图示出了超声换能器对的对应的90° 布置。

变化形式B为双路径单横穿布置。超声流量测量装置包括评估单 元21，包括超声换能器22、23和24、25的两个超声换能器对被连接 到评估单元21。这些超声换能器22、23和24、25经由线路22a、23a 和24a、25a与评估单元连接。

第一超声换能器对中的超声换能器22、23布置在管或管道26的 相对设置的侧面上。它们以相对于彼此180°的角度布置并且平行于管 或管道轴线的方向相互偏移。在介质中倾斜地传输的超声信号在没有 反射的情况下被直接接收。因此，称为单横穿布置。

第二超声换能器对中的超声换能器24和25布置成相对于第一超 声换能器对沿圆周移置。在这种情形中，第二超声对的沿圆周移置的 布置优选地以相对于第一超声对180°的角度布置发生，其中角度的顶 点位于管或管道轴线上。

图2以管或管道26的横截面图示出了超声换能器对的相应布置。

单横穿布置和双横穿布置及其对于双路径测量的布置已经属于现 有技术。

图3示出了在充分发展的湍流流动(影线区域)和充分发展的层 流流动(仅曲线)的情形中，在管道中的测量介质的无扰动流动剖面 的图。介质的速度在z方向上向上指向，而管或管道的半径是x轴线。 在这种情形中，区域30b指的是其中局部速度大于平均速度的区域， 因此v_r/v_平均≥1。在区域30a中，相反，v_r/v_平均<1。

图4a示出了管或管道中的测量介质的扰动流动剖面32的示例。 当90°管或管道弯曲距测量点的上游约5D布置时，这种扰动流动图片 形成。介质的速度再次在z方向上向上指向，而管或管道的半径为x 轴线。在这种情形中，区域33b指的是其中局部速度小于平均速度的 区域，因此v_r/v_平均<1。在区域33a中，相反，v_r/v_平均≥1。

图4b示出了相同的扰动流动剖面，此时是在管或管道横截面34 中。可以看到，由于从90°弯曲中的转弯引起的离心力，流动被迫向外 (此处是向上)。然后，被迫的部分沿着管或管道壁向下移动33a，在 此处它们组合并且中心地向上上升33b。因此，这些所谓的二次流动形 成对称的双涡流，这在超声束确切地中心地垂直地穿过管线(线S)时 尤其变得非常明显。

如果引导超声测量路径穿过图3和图4的特定流动剖面，使得其 例如通常在夹持系统的情形中居中地穿过管道延伸，则与无扰动剖面 相比，在扰动流动剖面的情形中，测量误差负偏离的原因变得清楚： 与在扰动剖面的情形中相比，在无扰动剖面的情形中，声音穿过明显 更长的路径部分，其中v_r/v_平均≥1。这种不相等的分布是介质的连续性 的直接结果，这在由于流动扰动引起的迫使速度分量向外的情形中导 致以下事实：带有v_r/v_平均≥1的区域在总管或管道横截面中比在无扰 动剖面的情形中小。这然后在扰动流动剖面的情形中(图4)导致比在 无扰动的充分发展的流动(图3)的情形中更小的行进时间差且随之导 致更小的局部流动速度，尽管在两种情形中平均流动速度是相等的。

这些年来，顾客已经被告知提供一定的插入距离——诸如图1中 示出的。该规定的距离是必须的，以便实现对于装置规定的测量精度。

在本发明的实施方式中，除其它之外，顾客则根据插入距离和扰 动类型获得了补偿测量值的输出，使得被称为插入距离的、到引起扰 动的管或管道元件的距离可以被减小。因为扰动随时间变化，通常与 距离的减小相关联的是测量值波动的增加，因此，标准偏差增加。然 而，该缺点比起能够在更靠近扰动处安装超声流量测量系统而不增加 平均测量误差，尤其是当安装的空间条件不允许通常规定的插入距离 时的优点就微不足道了。

现在通过举例更详细地解释该方法。

取决于扰动类型和到扰动的距离，由于与理想流动剖面的偏差， 扰动导致测量误差，因为夹持超声装置假定存在充分发展的旋转对称 流动剖面而被设计。

出现的测量误差必须与扰动类型、距离、安装角度和可能地雷诺 数对应地确定。

这通过复杂测量或通过在扰动之后在不同距离的流动条件的数值 模拟和计算的速度分量的评估来完成，在最简单的情形中通过沿着虚 构声束的速度分量形成平均值。作为该步骤的结果，获得了告知当在 超声装置将安装在对应的位置时将出现的测量误差是多大的数据。如 果该数据被提供给超声流量装置，则一个选择是校正(k_D)出现的测 量误差。

测量的确定优选地在工厂或用于校准的设施中进行。在该步骤中 不涉及测量装置的顾客/使用者。

为了获得测量流量或流动速度的确切补偿，需要的是，顾客提供 其特定测量布置的细节(距离、扰动类型、粘度…)。在使用90°双路 径双横穿布置或者180°双路径单横穿布置的情形中，关于相对于扰动 的安装角度的信息是不需要的，因为在这些情形中，依赖角度的测量 误差部分相互抵消。

在该数据和从测量或通过模拟的预确定的数据帮助下，体积流量 或流动速度被直接校正。如果需要，预期的测量误差可以另外被显示。

为了确定测量误差，以下参数必须被预确定或者在给定情形中被 确定。

1.安装位置距扰动或引起扰动的管或管道元件的距离，

2.引起扰动的管或管道元件(弯头型、阀、泵等)的类型，以及

3.在给定情形中，介质的运动粘度或当前雷诺数。

上述参数必须被输入测量装置或计算机内。

在本发明的第一实施方式中，因子k_D被确定且借助该因子校正即 刻确定的流量。

为了确定因子k_D，获取测量数据组，其分别针对不同的引起扰动 的管或管道元件、针对距各个引起扰动的管或管道元件的不同距离和 针对不同的雷诺数被测量。

在本发明的第二实施方式中，因子k_D的确定可以使用一定的模拟 算法来完成。该模拟可以对于不同的测量介质、管或管道元件、插入 区段等利用CFD(计算流体力学)程序的辅助进行。借助于CFD程序， 另外可以在顾客的工厂处现场计算流动剖面和随之的参考当前流动情 形的校正因子。通过沿着声路径的速度分量形成平均，发生的测量误 差可以被计算且随之通过流量相关的测量误差实现测量信号的补偿。

如从图4b可以认识到的，除其它之外，在单路径布置的情形中， 测量误差的决定性因素中的一个是相对于扰动的安装定向。通过应用 双路径校正和通过考虑两个超声换能器对的测量值——例如，通过形 成平均——超声换能器的该安装定向依赖性大大地消失。这样，实现 了独立于定向的校正。

在通过获取现有的测量值或通过模拟确定校正因子k_D之后，可以 确定校正的体积流量。例如，这使用以下公式发生：

V_corr＝k_D(w₁V₁+w₂V₂)，其中

V_corr＝校正的体积流量

k_D＝校正因子(取决于距离、流动类型和在给定情形中取决于雷诺 数)

V₁＝利用第一超声换能器对测量的体积流量

V₂＝利用第二超声换能器对测量的体积流量

w₁＝对于第一体积流量的加权因子

w₂＝对于第二体积流量的加权因子

体积流量的加权因子优选地是0.5。

如果w₁＝0且w₂＝1，则仅通道2被考虑，而在w₁＝1且w₂＝0的情 形中，仅通道1被考虑。在w₁＝w₂＝0.5的情况下，两个通道被相等地 加权且这对应于形成平均值。不相等的加权在传感器相对于彼此的特 定布置中可能是合适的，例如，当推荐的传感器对相对于彼此的安装 角度不能被维持时或者例如在异常扰动之后。

校正因子的确定可以通过与测量装置的评估单元连接的显示单元 或者可替代地通过与计算机单元连接的显示器进行显示。

最后，校正因子可以被应用于补偿测量信号。

为了确定校正因子k_D，180°单横穿布置——诸如图2变化形式B 示出的——或者90°双横穿布置——诸如图2变化形式A中示出的—— 证明是尤其合适的。在这些布置的情形中，流动剖面的非对称性被最 佳地记录和取消。

原则上，在确定校正因子K_D的情形中，而且对雷诺数的依赖可以 被考虑。测量示出该影响仅在雷诺数<85,000的情形中在较大度量中发 生。为了校正该效果，可以计算当前的雷诺数，例如，经由当前的速 度和运动粘度。可替代地，当前的雷诺数也可以使用相应的测量装置， 例如科里奥利流量计来测量。

为了根据雷诺数执行校正，优选地应存在对应的校正数据，即， 出现的测量误差必须在这些雷诺数的情形中测量或者借助于模拟来确 定。如果运动粘度在测量期间是已知的，则可以经由速度和管或管道 的内径来计算雷诺数。在具有雷诺数的知识的情况下可以确切地确定 扰动类型和距离、校正因子。

这可以在超声流量测量装置的显示单元中或者在计算机中发生。 这独立于体积流量的校正且仅取决于预期的测量误差。

输入计算机的参数可以通过计算机程序产品处理。这使得测量条 件的模拟能够考虑到在测量点处超声换能器的布置。该计算机程序产 品可以作为应用程序实现且方便使用者对于具体应用情形做出购买决 定。

现在将基于图5-11更详细地解释不同的横穿安装的效果和确定的 校正因子k_D。

图5-11中示出的测量结果利用申请人在标称直径DN80的管道上 的夹持超声流量测量装置“ProsonicFlow93P”来确定。在测量路径的 前面放置三级穿孔板整流器。作为扰动形成元件的是90°弯曲，或两个 相继布置的90°弯曲，其中一个相对于另一个旋转90°(所谓的双平面 外弯头)。超声换能器布置在垂直地延伸的管道区段上，在其前面定位 了扰动形成元件。该元件形成从20*DN长的水平管道区段到提到的垂 直管道区段的过渡。测量介质是自来水。温度达到20℃且在测量之中 被控制到最大0.1℃的变化。测量在超声信号的恒定频率下执行。在这 种情形中，恒定频率优选地在1-3MHz的范围内。流量达到恒定20l/s。

图5示出了在三级穿孔板整流器下游的40*DN的直测量路径之后 的流量的测量或与主流量测量装置偏差，这在DN＝80mm的标称直径 的情况下对应于3200mm的距离。测量布置是双路径双横穿布置(图2 的变化形式A)。

超声夹持传感器布置以每测量点30°偏移围绕管道轴线旋转360°。 如从测量结果看到的，这导致约±0.5％的测量误差。每一个测量点的两 个测量信号用于两个测量通道，因此每一个超声换能器对一个信号。 可以看到，甚至在距扰动的距离非常大的情况下，不存在完全对称的 流动剖面。

图5提供了在40*DN的插入距离的情形中的双路径双横穿系统的 参考测量。在类似的测量条件和类似的插入距离下，对于双路径单横 穿系统观察到类似的测量误差，例如±0.5％。

图6示出了在测量曲线37中的误差确定——因此与实际存在的流 量相比测量流量的偏差。测量曲线37的单独的测量点通过使超声换能 器布置沿着管道圆周以30°的增量绕行来确定。测量布置是单路径单横 穿布置，其中引起扰动的元件为90°弯头的形式，流量为20l/s且测量 布置距引起扰动的元件的恒定距离为5*DN(标称直径的五倍)。所有 另外的条件类似于图5中的参考测量的测量条件。在单路径测量的情 况下，在180°的定向处检测到高负测量误差，例如-25％。总体上，测 量误差值在+12％和-25％之间的范围内。如可看到的，在距扰动的恒定 距离的情况下，测量误差或测量不确定性是强烈地依赖于超声换能器 沿着管道圆周的安装位置。

测量曲线38示出了使用双路径单横穿布置(例如图2的变化形式 B中的，传感器相对于彼此偏移180°)的误差确定。在这种情形中， 对于第一超声测量对的第一测量曲线补充地，第二超声测量对的测量 曲线或随之确定的值适用于测量误差的补偿。在这种情形中，第一超 声换能器对的信号和第二超声换能器对的信号通过形成其平均值被考 虑。在考虑两个测量路径之后，比较恒定的测量误差可以被确定—— 例如从测量曲线38明显的。该比较恒定的测量误差可以用于校正因子 k_D的随后计算。该恒定测量误差对于超声换能器的这些布置来说通常 易受到例如±0.5至±1％的波动，且在本实施方式的示例中位于例如-6％ 的平均值。

图7示出了对于在双平面外弯头——因此在垂直于彼此的两个平 面中的两个上游90°弯曲，例如，水平弯曲和垂直弯曲——之后的单路 径单横穿测量的误差确定的测量曲线39。距离扰动的距离达到5*DN。 所有另外的测量参数类似于图6中描述的测量布置。如从图7检测到 的，测量曲线39具有约5％的最大正误差。测量曲线40代表对于双路 径单横穿测量的依赖于旋转角度的测量误差，在此情形中，再次，第 一超声换能器对的信号和第二超声换能器对的信号通过彼此平均而被 考虑。如在此情形中也检测到的，第二超声换能器对的另外的测量数 据允许在-5％的测量误差下以±2％的波动很好地补偿第一超声换能器 对的波动测量值。

图8和图9的测量曲线与图6和图7相比使用相似的测量条件做 出，然而，在每一种情形中，借助于双横穿布置。在此情形中，作为 引起扰动的元件，在图8中应用了90°弯头并且在图9中应用了双平面 外弯头。在每一种情形中，距扰动的距离为5*DN。在这种情形中，测 量曲线41和43各自代表在单路径双横穿布置的情形中的误差曲线且 测量曲线42和44代表考虑第二测量路径或在双路径双横穿布置的情 形中的第二超声换能器对的测量结果的平均误差曲线。第二测量路径 的布置相对于第一测量路径偏移90°。图8的测量曲线42示出了平均 为例如-6％的测量误差。图9中示出的测量曲线44示出了例如-5.5％的 平均测量误差。

双横穿布置的单路径测量的测量曲线41和43具有基本上比单横 穿布置的单路径测量小的测量误差。这涉及其一次朝向且然后返回行 进声束的双横穿布置的补偿效果，在此情形中，横向于流动延伸的速 度分量由于它们的相反方向记录而大部分相互取消。

图10示出了根据距引起扰动的元件的距离，对所有定向(围绕管 道的偏移角度位置)从测量误差的单个值取平均的测量误差。该图涉 及在90°弯头的情况下的测量结果，其中曲线45是对于双路径双横穿 布置且曲线46是对于双路径单横穿布置。这些误差值或由此得到的k_D值对顾客是可以利用的。

图11中的图示出了在不同的插入区段或距扰动的距离的情形中的 测量误差的变化。该值是重要的，以便描述图10中确定的测量误差的 散布，或测量误差波动。在这种情形中，曲线47是对于双路径双横穿 布置且曲线48是对于双路径单横穿布置。该值优选地对k_D值补充地给 出，以便提供给顾客关于测量误差的可靠性的评估。

由顾客给出的典型输入将是例如：

超声换能器的布置:双横穿系统

距扰动的距离:10*DN

扰动类型:90°弯头

系统的响应:对所有定向取平均的平均测量误差或测量不确定 性在前述的条件的情形中位于-4％，具有测量误差波动或±0.5％的测量 误差变化

校正因子k_D达到:1.04167(＝100/(-4+100))，其中校正因子补偿预 期的测量误差

通常计算k_D:k_D＝100/(介质测量误差[％]+100)。

上述提到的值可以从图10和图11的曲线45和47读取。

其它测量结果已经示出在利用单横穿系统或双横穿系统在雷诺数 Re<85,000的情形下，平均测量误差略微减小。

因为并不是所有角度定向——诸如从图5-11是明显的——可以被 测量，所以中间值，例如相对于流动扰动的19°角度可以通过从两个测 量值内插而接近理想条件。

图12示出了输入画面，诸如通过输出单元——例如显示器——在 应用程序、在计算机或在测量装置中显示的。

字段71-73是用于由使用者/顾客输入单独的参数的简单的输入要 素，或信号键序列。字段74示出了用于选择测量误差的输出且在给定 情形中其校正的决定点。该菜单点可以被命名为例如“增强的流量校 正”。菜单点“增强的流量校正”包括不同的菜单子点。菜单子点对应 于较早提到的参数，顾客必须输入该参数。

参数可以手动地输入或作为下拉式菜单实现。

标签76指插入距离，或测量布置距扰动的距离，因此例如为 10*DN或在具有100mm的内径的管道的情形中为1m。这可以在框80 中输入。

标签77指扰动类型。因此，例如，90°弯曲，具有在一个平面中 的弯曲的2x90°弯头，2x90°平面外的弯头，等等。这些子菜单点可以 例如也作为下拉式字段实现。

因此，例如，字段81可以是90°弯曲，字段92可以是具有在一个 平面中的两个弯曲的2*90°弯头，字段83可以是泵，且字段84可以提 供其他选择。

标签78提供子菜单“运动粘度”。在框85中，可以输入对应的介 质的运动粘度。

标签79指子菜单“超声换能器布置”。这里，可以选择是否存在 超声换能器对的180°双路径单横穿布置或者90°双路径双横穿布置。输 入选项86和87表示两个选择可能性且可以由使用者选择。

在另一点处预确定布置的程度，例如，特定的传感器配置用于该 应用，该子菜单点79也可以被省略。

带有标签76-79的子菜单综合体75例如可以同样作为已经提供在 显示器上或者作为单独的窗口打开的下拉式菜单实现。

较早描述的测量结果对于双路径测量，因此对于利用两个超声换 能器对的测量被执行。然而，也可能的是布置相对于彼此沿圆周移置 的多于两个超声换能器对。

利用仅一个超声换能器对的测量也是可能的，然而，对此，需要 在管道上的超声换能器对的角度定向，以便实现校正因子的计算。

对超声换能器对的角度定向的该依赖性可以在双路径或多路径测 量的情形中通过确定第二测量信号或第二测量路径并且使测量误差彼 此一致来补偿。

参考标记列表

1超声换能器

2超声换能器

3联接适配器

4金属带

5管道

6a弯曲

6b阀

6c泵

6d弯头变体

11评估单元

12-15超声换能器

12a-15a线路

16管道

21评估单元

22-25超声换能器

22a-25a线路

26管道

30a流动节段

30b边缘区域

31层流流动剖面

32扰动流动剖面

33a边缘区域

33b中心流动区域

34管横截面或管道横截面

S信号路径

35-48测量曲线

71-73输入键/信号键序列

74输入画面

75下拉式菜单栏

76输入标签“插入距离”

77输入标签“扰动类型”

78输入标签“运动粘度”

79输入标签“超声换能器布置”

80输入框“距离”

81输入字段“90°弯头”

82输入字段“90°平面外弯头”

83输入字段“泵”

84输入字段“其它选项”

85输入字段“粘度”

86输入字段“180°、双路径、单横穿布置”

87输入字段“90°、双路径、双横穿布置”