1.本发明基于一种超声流量计，该超声流量计至少包括第一超声换能器和第二超声换能器并且还包括控制和评估单元，其中该控制和评估单元与第一超声换能器和第二超声换能器连接，其中第一超声换能器和/或第二超声换能器被设计成超声发射器和/或超声接收器，其中第一超声换能器和/或第二超声换能器被设计成楔形换能器，其中第一超声换能器和第二超声换能器布置在测量管处，使得在第一超声换能器与第二超声换能器之间形成信号通路，使得从超声发射器发出的测量信号经由该信号通路到达超声接收器。
2.本发明还涉及一种用于运行超声流量计的方法，其中该超声流量计至少包括第一超声换能器和第二超声换能器以及控制和评估单元，其中该控制和评估单元与第一超声换能器和第二超声换能器连接，其中第一超声换能器和/或第二超声换能器被设计成超声发射器和/或超声接收器，其中第一超声换能器和/或第二超声换能器被设计成楔形换能器，其中第一超声换能器和第二超声换能器布置在测量管处，使得在第一超声换能器与第二超声换能器之间形成信号通路，使得从超声发射器发出的测量信号经由该信号通路到达超声接收器。
背景技术：
3.从现有技术公知的超声流量计通常被优化用于测量在预期流速范围内的规定介质。为此，这些超声换能器布置在测量管处，使得在这些超声换能器之间形成信号通路，该信号通路的几何形状适应于所预期的测量范围和条件。
4.然而，在与此不同的条件、具体来说是高流速或另外的介质或变化的介质特性的条件下进行测量的情况下，这种测量装置通常具有如下缺点：测量信号的传输以及借此在接收器处检测到的该测量信号的幅度由于超声换能器之间的信号通路的几何形状的变化而减小。例如，该测量信号在特别高的流速下由于夹带效应而被吹走，使得该测量信号不再最佳地到达超声接收器。
5.尤其是在夹合式（clamp on）装置的情况下，当介质的声速发生变化时，需要重新调准。由于过程参数发生变化所引起的介质或者介质的声速的变化导致：测量信号进入测量管的耦合输入角度发生变化，这同样影响测量信号的信号通路的走向。因此，在超声接收器处检测到的幅度降低，在最坏的情况下，超声接收器不再检测到该测量信号。
技术实现要素：
6.因而，从所陈述的现有技术出发，本发明的任务在于说明一种超声流量计，该超声
流量计具有特别广泛的应用范围。本发明的任务还在于说明一种经改进的用于运行超声流量计的方法。
7.原则上，在本发明的范围内的超声流量计包括：基于已知的常见测量方法、尤其是基于渡越时间原理或多普勒原理或漂移原理来确定流量或流速。
8.在本发明的范围内，测量管可以是该超声流量计的一部分。替代地，但是该测量管也可以是系统的一部分，其中该流量计为了运行而布置在该测量管上或布置在该测量管处。
9.按照本发明的第一教导，上述任务通过开头提到的超声流量计通过如下方式来被解决：第一超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第一阵列和/或第二超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第二阵列，其中具有由至少两个有源元件构成的阵列的至少一个超声换能器被设计成楔形换能器，其中布置在第一超声换能器上的阵列的至少两个有源元件能由该控制和评估单元单独操控和/或其中布置在第二超声换能器上的阵列的至少两个有源元件能由该控制和评估单元单独操控。
10.在此，该控制和评估单元分别使用操控参数、诸如相位、频率和幅度来操控这些有源元件。
11.特别优选地，具有由至少两个有源元件构成的阵列的每个超声换能器都被设计成楔形换能器。
12.按照本发明，已经认识到：使用被设计成楔形换能器的超声换能器是有利的，其中该超声换能器具有由至少两个有源元件构成的阵列，原因在于由该阵列发出的测量信号由至少两个分量、即由至少第一超声信号和第二超声信号组成。
13.由于至少两个有源元件能被单独操控，可以影响测量信号的形状和/或辐射角。为此，各个有源元件可以有时间偏移地和/或以不同的幅度和/或以不同的相位来被运行。结果，因此可以影响该测量信号的形状和/或该测量信号所经过的信号通路的几何形状并且尤其是使该形状和/或该几何形状适应在运行时的变化，使得该超声流量计可以始终在最佳条件下工作。
14.由各个超声信号的叠加所得到的测量信号具有至少一个主瓣。在运行时，该主瓣对准接收器，以确定流量。根据对阵列的设计和/或操控，该测量信号具有至少两个旁瓣和/或至少两个栅瓣。
15.这些旁瓣主要受到对有源元件的操控的影响，尤其是受到用来操控各个有源元件的幅度的影响。
16.栅瓣是主瓣的重复，包括可能存在的旁瓣在内。栅瓣的出现受到有源元件的距离d的影响。在此，有源元件的距离d被理解成有源元件的中心彼此间的距离。
17.特别优选地，该阵列被设计为使得和/或该阵列在运行时被操控为使得基本上不形成旁瓣和/或栅瓣。
18.替代地，该阵列可以被设计和/或被操控为使得得到正好两个栅瓣。
19.本发明涉及借助于相控阵列来影响测量信号。如果第一超声信号和第二超声信号有时间偏移地被发出，则该时间偏移最小，使得由于信号的叠加而有共同的测量信号到达接收器，使得在接收器处无法区分第一超声信号和第二超声信号。借此，本发明不涉及其中
信号相继单独地、即在不相互叠加的情况下被发出和/或传输的时分复用方法。
20.替代地或附加地，至少一个阵列在该阵列被设计成接收元件的情况下具有接收特性，该接收特性通过如下方式来得出：在各个有源元件处所测量到的信号相对于彼此有时间延迟地和/或有相位偏移地和/或以不同的幅度来被加权叠加。
21.就这方面来说，该接收特性也可以适应于信号通路在运行时的与过程相关的变化，使得该超声流量计可以始终优化地进行工作。
22.特别优选地，至少一个具有由有源元件构成的阵列的楔形换能器布置在测量管上，使得测量信号的垂直于楔形件的斜坡的辐射限定了信号通路，该信号通路在预期的介质和预期的流量的情况下最佳地到达超声接收器。该测量信号的垂直于楔形件的斜坡的辐射对应于未旋转的测量信号，即为0
°
的旋转角。这具有如下优点：在运行条件有变化的情况下，该测量信号的辐射角的变化必须微小，以便抵消对该测量信号的与运行相关的影响。
23.原则上，在本发明的范围内的有源元件是电声发射和/或接收元件。
24.按照一个设计方案，正好一个超声换能器被设计成楔形换能器，该楔形换能器具有由至少两个有源元件构成的阵列。
25.按照另一设计方案，第一超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第一阵列，并且第二超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第二阵列。该设计方案特别有利，原因在于：在运行时，不仅沿流动方向发出的测量信号能通过对各个有源元件的操控来被影响，而且逆着该流动方向发出的测量信号能通过对各个有源元件的操控来被影响。
26.此外，不仅在沿流动方向测量时而且在逆着流动方向测量时都可以使被设计成接收器的阵列适应于对该测量信号的接收。
27.按照一个优选的设计方案，由至少两个有源元件构成的阵列具有超过两个有源元件。
28.特别优选地，阵列的所有有源元件都能由该控制和评估单元来单独操控。
29.替代地，阵列具有至少两组有源元件，其中被分配给一组的有源元件能共同被操控，而且其中至少一组具有至少两个有源元件。
30.按照下一有利的设计方案，第一超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第一阵列并且第二超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第二阵列，其中第一阵列和第二阵列具有相同数目的有源元件或者不同数目的有源元件。
31.如果第一阵列具有与第二阵列相同数目的有源元件，则这些超声换能器可以特别简单地被制造。
32.如果第一阵列的有源元件的数目不同于第二阵列的有源元件的数目，则对于运行来说所需的有源元件的数目可以有利地被最小化。这具有如下优点：该超声流量计的制造和运行可以在整体上被简化。
33.按照另一优选的设计方案，第一超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第一阵列并且第二超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第二阵列，其中第一阵列和第二阵列具有有源元件的相同布置或者不同布置。
34.如果第一阵列和第二阵列具有有源元件的相同布置，则沿流动方向发出的测量信号的辐射角的变化可以被设计得与逆着流动方向发出的测量信号的辐射角的变化相同。
35.按照一个替代的设计方案，第一阵列和第二阵列具有有源元件的不同布置。特别
优选地，第一阵列和第二阵列彼此匹配，使得从超声发射器阵列发出的测量信号的不符合期望的部分可以通过在超声接收器阵列的接收特性中的最小值来被抑制。
36.按照下一设计方案，第一阵列和/或第二阵列至少局部地被设计成二维的。该设计方案具有如下优点：在运行时，该测量信号可以在空间上被旋转。
37.原则上，楔形件的斜坡可以被设计成平坦的或者也可以被设计成弯曲的。按照一个设计方案，如果楔形件的斜坡被设计成弯曲的，则可以增大在测量管的边缘区域内的最大旋转角。
38.按照另一设计方案，第一阵列和/或第二阵列至少局部地被设计成一维的。该设计方案尤其是在第一阵列和第二阵列彼此成一定角度地取向时有利。
39.例如，第二阵列基本上垂直于第一阵列地取向。
40.该设计方案具有如下优点：测量信号的辐射角可以在整体上在两个平面内被改变，其中同时可以使所需的有源元件的数目最小化。
41.下一设计方案的特点在于：第一阵列和/或第二阵列通过如下方式来被制造：将至少一个间隙引入电声基板中，使得该基板在上侧具有至少两个能单独触点接通的区域并且在下侧具有公共接地连接，其中该至少一个空隙优选地被填充隔音材料。
42.该间隙例如可以锯切或蚀刻或者通过其它适合的方法来被引入基板中。
43.该电声基板优选地是压电基板。
44.替代地，第一阵列和/或第二阵列可以通过如下方式来被制造：将电声基板施加到载体上并且将至少一个间隙引入电声基板中，其中该间隙完全切断该电声基板，其中该至少一个间隙优选地被填充隔音材料。
45.通过对该间隙的填充，可以避免各个有源元件彼此间的串扰或者至少使各个有源元件彼此间的串扰最小化。例如，该至少一个间隙被填充硅树脂或环氧树脂或橡胶。
46.按照该超声流量计的下一设计方案，根据预期的最大旋转角来规定有源元件的数目以及第一阵列和/或第二阵列的几何形状，其中优选地同时使有源元件的数目最小化。
47.具体来说，阵列的总长度l决定测量信号的主瓣的宽度。有源元件之间的距离d决定主瓣与栅瓣之间的角距离。通过对有源元件的宽度的适当的调整，可以使栅瓣的幅度衰减。
48.由有源元件构成的阵列的构建可以有利地包括如下步骤：首先，确定阵列的总长度l，以规定主瓣的宽度。
49.然后，确定主瓣应该被辐射的所需的最大旋转角ρ0。
50.基于此，确定栅瓣与主瓣的最小容许角距离。该最小容许角距离应该被安排为使得栅瓣不影响测量。此外，通过调整有源元件的宽度w可以使栅瓣衰减。
51.最后，确定有源元件的最大距离并且还确定有源元件的最小所需数目。
52.通过有源元件的数目的最小化，同样可以简化该控制和评估单元的电子设备，原因在于需要更少的通道来控制各个有源元件。
53.特别优选地，有源元件的数目和/或第一阵列和第二阵列的几何形状被彼此匹配，使得由超声发射器发出的测量信号的不符合期望的信号分量、例如旁瓣和/或栅瓣通过在超声接收器的接收特性中的最小值来被抑制。
54.按照下一有利的设计方案，第一超声换能器和/或第二超声换能器具有电声基板，
该电声基板至少包括第一电声盘和第二电声盘，其中该第一电声盘和该第二电声盘布置在彼此上，而且其中该超声换能器的由有源元件构成的阵列布置在该第一电声盘中和/或布置在该第二电声盘中。
55.如果不仅在第一电声盘上而且在第二电声盘上都布置有至少一个有源元件，则除了测量信号的辐射角的变化之外，同样可以影响测量信号的频率。如果这些有源元件能被单独操控，则也可以单独激发这些电声盘来振动。因此，例如可以激发一个电声盘，其中另一个盘谐振。替代地，也可以激发两个盘来振动。借此，通过振动体的变化，也可以改变测量信号的频率。
56.借此，该超声流量计可以特别灵活地适应不同测量情况。
57.特别优选地，该超声流量计被设计用于执行随后描述的方法之一。
58.按照本发明的第二教导，开头提到的任务通过开头描述的用于运行超声流量计的方法通过如下方式来被解决：第一超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第一阵列，和/或第二超声换能器具有由至少两个有源元件构成的第二阵列，其中布置在第一超声换能器上的阵列的至少两个有源元件由该控制和评估单元单独操控和/或布置在第二超声换能器上的阵列的至少两个有源元件由该控制和评估单元单独操控，而且该控制和评估单元操控用作超声发射器的阵列，使得测量信号的辐射角至少暂时被改变，和/或该控制和评估单元至少暂时改变用作超声接收器的阵列的接收特性，使得为了在测量期间确定流量，测量信号经优化地到达超声接收器和/或超声接收器以针对辐射角优化的方式接收该测量信号。
59.特别优选地，按照本发明的方法同样可以被用于使这些超声换能器在测量管上合适地放置和取向，使得超声发射器阵列未旋转地发出测量信号并且超声接收器阵列未旋转地接收测量信号。为此，这些超声换能器首先被放置在测量管上，使得由超声发射器发出的测量信号经由该信号通路到达超声接收器。通过对接收特性的旋转，在接收器处查明该接收器经优化地接收测量信号的旋转角。基于该旋转角，该控制和评估单元在考虑该信号通路的几何形状的情况下确定超声发射器和/或超声接收器的如下位置，超声发射器阵列在该位置处未旋转地发出测量信号，并且超声接收器阵列在该位置处未旋转地接收测量信号。以这种方式，这些超声换能器可以在测量管处在调试之前被相互调准或者也定期或不定期地来被相互调准。
60.按照一个设计方案，至少在运行状态下作为超声发射器来工作的超声换能器具有由至少两个有源元件构成的阵列，其中该超声换能器的至少两个有源元件能由该控制和评估单元来单独操控，其中在第一运行状态下，超声发射器的第一有源元件发出第一超声信号，而且其中超声发射器的第二有源元件发出第二超声信号，使得第一超声信号和第二超声信号叠加成测量信号。
61.超声接收器接收测量信号并且将该测量信号转发给该控制和评估单元，该控制和评估单元在考虑所接收到的测量信号的情况下确定流量。
62.按照该方法的一个特别优选的设计方案，该测量信号由于至少第一超声信号与第
二超声信号的叠加而具有至少一个主瓣。此外，该测量信号也可以具有至少两个旁瓣和/或至少两个栅瓣。
63.按照另一特别优选的设计方案，第一超声信号和第二超声信号至少暂时有时间偏移地和/或以不同的幅度和/或以不同的相位来被发出，由此，测量信号的辐射角、尤其是测量信号的主瓣被改变。以这种方式，可以改变该测量信号所经过的信号通路，使得测量信号的最大值、尤其是主瓣的最大值经优化地到达超声接收器。
64.替代地或附加地，在用作超声接收器的阵列的各个有源元件处所测量到的信号可以至少暂时相对于彼此有时间延迟地和/或有相位偏移地和/或以不同的幅度来被加权叠加。以这种方式，可以使接收特性旋转，由此同样实现了：测量信号的最大值、尤其是主瓣的最大值经优化地到达超声接收器。
65.按照该方法的另一实施方案，至少一个阵列至少局部地被设计成二维的，使得测量信号、尤其是主瓣的辐射角和/或阵列的接收特性可以在立体角内被改变。这具有如下优点：不仅在其中测量信号由于速度与预期速度不同而没有或者没有尽可能好地到达超声接收器的情况下，测量信号的耦合输入可以被再调准，使得该测量信号经优化地到达超声接收器。此外，该测量信号也可以被旋转到测量管的边缘区域中，使得同样能够测量流动剖面的边缘区域。此外，同样可以使阵列的接收特性适应测量信号的信号通路的变化。
66.按照该方法的下一设计方案，该控制和评估单元监控由超声接收器所检测到的测量信号的幅度，其中当该幅度降低到阈值以下时，测量信号的辐射角和/或该接收特性通过该控制和评估单元来被改变。
67.按照该方法的一个特别优选的设计方案，该控制和评估单元为了测量信号在超声接收器处的最大化而定期或不定期地改变测量信号的辐射角和/或超声接收器的接收特性，其中该控制和评估单元在该改变期间检测在超声接收器处的幅度的最大值以及为此检测有源元件的相对应的操控参数，而且该控制和评估单元然后按照所确定的操控参数来操控超声发射器和/或超声接收器的由至少两个有源元件构成的阵列。
68.辐射角优选地围绕主瓣的当前位置改变预设角度，例如大约5
°
或大约10
°
或大约20
°
的预设角度。
69.例如，该控制和评估单元以1 hz或0.1hz或0.01hz的频率来改变测量信号的辐射角。
70.通过对测量信号或接收特性的这种定期的轻微旋转，确保了：该流量计在运行时识别对于超声发射器和/或超声接收器来说经优化的操控参数并且使用这些操控参数。
71.借此，结果是，测量信号在测量运行期间始终经优化地到达超声接收器。
72.在测量运行开始时，在超声发射器处和在超声接收器处的旋转角优选地相同地取向。然后，超声发射器的取向和/或超声接收器的取向被改变为使得超声接收器最佳地接收测量信号。
73.替代地或附加地，该控制和评估单元根据介质的所测量到的流速和/或根据介质的声速来使由超声发射器发出的测量信号的辐射角和/或超声接收器的接收特性适应，使得该测量信号在超声接收器处最大。
74.为此，该控制和评估单元特别优选地具有存储单元，其中在该存储单元中寄存有测量信号的辐射角或针对由有源元件构成的阵列的操控参数与不同介质和/或不同流速
和/或不同声速之间的关系，使得在流速由于过程参数发生变化而变化时和/或在介质由于过程参数发生变化而变化时和/或在介质的声速由于过程参数发生变化而变化时，该控制和评估单元按照所寄存的关系来使测量信号的辐射角或针对由有源元件构成的阵列的操控参数和/或超声接收器的接收特性自动适应。
75.相反，通过将测量信号的辐射角或针对由有源元件构成的阵列的操控参数与不同介质和/或不同流速之间的关系寄存在该存储单元中，可以从通过该控制和评估单元所找到的最佳辐射角来确定流速和/或介质。就这方面来说，通过该控制和评估单元可以以用作相互的控制实例的两种方式来确定流速。具体来说，流速不仅可以基于测量装置所基于的原理来被确定而且可以通过结合所寄存的关系对旋转角的评估来被确定。此外，也可以通过所调整出的辐射角来反推出介质的声学特性。
76.除了通过调整该测量信号而使在超声接收器处的信号最大化的可能性之外，该测量信号或者该测量信号的一部分的取向同样可以被用于获得关于运行状态和/或关于测量环境的信息。
77.为此，该测量信号例如具有至少一个主瓣和至少两个旁瓣和/或两个栅瓣，其中至少一个主瓣或至少一个旁瓣或至少一个栅瓣至少暂时被对准测量管，使得旁瓣或栅瓣在测量管处被反射并且该反射被之前作为超声发射器工作的由有源元件构成的阵列重新接收，其中该控制和评估单元根据该至少一个主瓣或其中一个旁瓣或栅瓣的反射来确定关于运行状态和/或测量环境的至少一个信息。例如，该控制和评估单元确定测量管壁的厚度和/或测量管内径。通过重复确定测量管壁的厚度，例如可以识别在测量管壁处的沉积物。尤其是，在确定质量流量时可以考虑由此得到的测量管直径的减小。
78.替代地或附加地，主瓣或旁瓣或栅瓣可以对准测量管，使得该主瓣或该旁瓣或该栅瓣在测量管壁内激发兰姆（lamb）波，该兰姆波沿着测量管壁朝着超声接收器的方向传播并且由超声接收器检测，其中该兰姆波的幅度和/或渡越时间和/或频谱被评估。按照该设计方案，可以确定测量信号在测量管壁内的传播速度，这改善了对耦合输入到测量管中的了解并且借此改善了对该测量信号所经过的信号通路的了解。此外，根据该兰姆波的传播特性，同样可以识别在测量管壁处的沉积物。当然，即使超声发射器不具有由有源元件构成的阵列，这也有效。
79.特别优选地，该流量计被设计用于执行按照上述设计方案之一的上述方法之一。
附图说明
80.现在，存在设计和扩展按照本发明的超声流量计和用于运行该超声流量计的方法的多种可能性。为此，参阅专利独立权利要求的专利从属权利要求以及参阅随后结合附图对优选的实施例的描述。在附图中：图1示出了按照本发明的超声流量计的第一实施例；图2示出了按照本发明的超声流量计的第二实施例；图3示出了有源元件的一维布置；图4示出了有源元件的一维布置以及所得到的辐射特性；图5示出了天线阵列和单个有源元件的辐射特性的比较；图6示出了第一一维阵列在第一超声换能器上的布置以及第二一维阵列在第二超
声换能器上的布置；图7示出了第一一维阵列在第一超声换能器上的另一布置以及第二一维阵列在第二超声换能器上的另一布置；图8示出了第一一维阵列在第一超声换能器上的另一布置以及第二一维阵列在第二超声换能器上的另一布置；图9示出了第一阵列在第一超声换能器上的另一布置以及第二阵列在第二超声换能器上的另一布置；图10示出了由辐射元件构成的一维阵列的实施例；图11示出了由辐射元件构成的二维阵列的另一实施例；图12示出了按照本发明的流量计的另一实施例；图13示出了按照本发明的流量计的另一实施例；图14示出了按照本发明的流量计的另一实施例；图15示出了按照本发明的方法的第一实施例；图16示出了按照本发明的方法的下一实施例；图17示出了按照本发明的方法的下一实施例；图18示出了按照本发明的方法的下一实施例；图19示出了按照本发明的方法的下一实施例。
具体实施方式
81.图1示出了超声流量计1的第一实施例，该超声流量计具有第一超声换能器2和第二超声换能器3，其中第一超声换能器2被设计成楔形换能器，而且其中第二超声换能器3同样被设计成楔形换能器，而且其中这些超声换能器2、3布置在测量管4上。
82.第一超声换能器2具有由有源元件6构成的第一阵列5，其中该阵列5布置为使得在第一运行状态25下从该阵列5发出的测量信号8朝着第二超声换能器3的方向被发出到测量管4中。
83.第二超声换能器3具有由有源元件6构成的第二阵列7，其中第二阵列7布置为使得该第二阵列接收在第一运行状态25下发出的测量信号8并且在第二运行状态26下朝着第一超声换能器2的方向同样发出测量信号8。
84.两个阵列5和7被设计成二维的，也就是说有源元件6布置在二维平面内。此外，这些超声换能器的楔形件10的斜坡分别被设计成平坦的。
85.还存在控制和评估单元9，该控制和评估单元使用操控参数来单独操控这些有源元件6。
86.如果在运行时超声发射器的有源元件6至少暂时有时间偏移地和/或以不同的幅度和/或不同的相位、即以变化的操控参数来被运行，则测量信号8的辐射角以及就这方面来说测量信号8耦合输入到测量管4中的角度可以被改变。
87.所示出的流量计1被设计为使得在第一运行状态25下，第一阵列5发出测量信号8并且第二阵列7接收测量信号8，而且在第二运行状态26下，第二阵列7发出测量信号8，第一阵列5接收该测量信号。
88.从阵列5、7发出的测量信号8首先经过楔形件，然后被折射到测量管壁11中并且最
后从测量管壁11被折射到测量管4的内部。
89.在此，进入测量管内部的耦合输入角度取决于介质的声速并且借此也取决于布置在测量管4中的介质。
90.即，在运行时可能发生：在介质的声速由于测量信号8的偏转而发生变化时，在超声接收器处所检测到的强度降低。如果测量信号8在高流速的情况下由于漂移效应而不再完全到达超声接收器，则在超声接收器处的测量信号8的强度同样可能降低。
91.通过改变在超声发射器处的测量信号的辐射角的可能性和/或通过改变在超声接收器处的接收特性，可以抑制这两种效应。尤其是，沿流动方向发出的测量信号8可以与逆着流动方向发出的测量信号8不一样地被定向。
92.借此，即使过程条件处在最初针对最佳工作方式所说明的过程条件之外，所示出的实施例也确保了经优化的调整。
93.图2示出了：由二维阵列5、7发出的测量信号8也可以被发出到测量管的边缘区域中。这具有如下优点；流动剖面也可以在测量管中心之外在边缘区域被测量。
94.在图3中示出了由有源元件6构成的一维阵列5、7。在所示出的实施例中，一维阵列5、7具有五个并排布置的以距离d的有源元件6。每个有源元件6都具有高度h和宽度w。在此，有源元件6彼此远离足够的距离d地布置，使得各个有源元件6彼此间的串扰被阻止或者至少最小化。
95.图4示出了在图3中所示的阵列5、7在远场中的辐射特性。在所示出的实施例中，从各个有源元件6发出的信号叠加成测量信号8，该测量信号在远场中具有一个主瓣12、两个旁瓣13和两个栅瓣14。主瓣12以角度ρ0被辐射。
96.通常不希望出现旁瓣13或栅瓣14，原因在于辐射功率的一部分同样影响这些次级最大值。然而，旁瓣13或栅瓣14也可以被用于获得关于管特性和/或几何形状或者过程条件的信息。
97.如果各个有源元件6单独地且有时间偏移地和/或以不同的幅度和/或不同的相位来被运行，则可以改变主瓣12的方向。在运行时，主瓣12可以通过对有源元件6的相对应的操控来被对准超声接收器，使得接收信号的强度被最大化。
98.图5示出了由有源元件6构成的一维阵列5、7和单个有源元件6的辐射特性的比较。在横坐标上绘制辐射角ρ，其中零点对应于垂直辐射。在纵坐标上绘制测量信号的幅度。由于各个有源元件的分立式布置，通过对最大值和最小值的组合的干涉而得到测量信号8。另一方面，单个有源元件6的辐射特性15在所考虑的角度范围内具有连续分布。
99.主瓣12由阵列5、7以辐射角ρ0来发出。在主瓣12旁边形成旁瓣13。此外，存在两个栅瓣14。主瓣的宽度与λ/l成比例，其中λ是测量信号8的波长并且l是阵列5、7的总长度。栅瓣14相对于主瓣12的角距离与λ/d成比例，其中λ是测量信号8的波长并且d是单个有源元件6的距离。单个有源元件6的辐射特性15的角伸展与λ/w成比例，其中λ是测量信号8的波长并且w是有源元件6的宽度。
100.就这方面来说，通过阵列5、7的相对应的几何设计，可以使测量信号8的形状适应预期的测量情况。
101.图6示出了第一一维阵列5在第一超声换能器2上的布置以及第二一维阵列7在第二超声换能器3上的布置。第一阵列5具有四个有源元件6，第二阵列7具有三个有源元件6，
这三个有源元件垂直于第一阵列5地定向。
102.如果第一阵列5在第一运行状态25下是发射阵列，则测量信号8在测量管的内部呈扇状传播。在此，可以改变测量信号8在阵列5的平面内的定向。在该第一运行状态25下，第二阵列7是超声接收器。第二阵列7被取向为使得该第二阵列呈扇状地检测测量信号。在此，呈扇状的接收区域的定向可以沿着测量管轴线被改变。这具有如下优点：有源元件6的数目可以在整体上被最小化。
103.如果该第二阵列7在下一运行状态26下是超声发射器，则该第二阵列可以发出测量信号8，该测量信号的定向可以沿着测量管轴线被改变。
104.整体上，测量信号8可以在运行时在两个平面内被改变。然而，相比于具有二维阵列的超声换能器，有源元件6的数目被最小化，使得结果是该超声流量计1被设计得不那么复杂。
105.在图7中示出了第一一维阵列5在第一超声换能器2上的另一布置以及第二一维阵列7在第二超声换能器3上的另一布置。在所示出的实施例中，两个阵列5、7都具有三个有源元件6。阵列5、7从与测量管轴线的平行线出发彼此相反地被旋转角度α。在所示出的实施例中，该角度α约为45
°
，使得阵列5、7具有大致相同的输入阻抗并且借此可以确保在沿流动方向和逆着流动方向的相同测量信号8的情况下的尽可能好的交互运行。
106.图8示出了第一二维阵列5在第一超声换能器2上的另一布置以及第二二维阵列7在第二超声换能器3上的另一布置。两个阵列5和7具有有源元件6的十字形布置并且借此被设计得相同。在运行时，不仅从第一阵列5发出的测量信号8而且从第二阵列7发出的测量信号8都可以至少在两个平面内被改变。基于阵列5和7的相同的设计和布置，该实施例也具有上述优点：这些阵列具有大致相同的输入阻抗并且借此可以确保在沿流动方向和逆着流动方向的相同测量信号8的情况下的尽可能好的交互运行。
107.在图9中示出了第一二维阵列5在第一超声换能器2上的另一布置以及第二二维阵列7在第二超声换能器3上的另一布置。在两个阵列5和7的情况下，有源元件6不规则地布置在规则的栅格上并且至少部分地以大的距离来布置。如果在第一运行状态25下第一阵列5被设计成超声发射器，则发出窄的锥形测量信号8。由于有源元件6彼此间的部分地大的距离，除了主瓣12之外，同时实现了同样显著的旁瓣13的栅瓣14。第二阵列7被构造并且在运行时被操控为使得接收器的辐射特性的局部最小值与从超声发射器2发出的测量信号的干扰性栅瓣和/或旁瓣叠加。
108.在图10中示出了由有源元件6构成的一维阵列5的实现。为此，在由压电材料构成的条形件（barren）16中锯出具有预先确定的深度的间隙17。上方的电极单独地被触点接通并且就这方面来说能被单独操控，下方的电极被设计成公共接地电极。该间隙17被填充尤其具有大的声阻尼的填充材料，以便避免各个有源元件6之间的串扰。
109.图11示出了由有源元件构成的阵列5、7的另一实施例，该阵列通过如下方式来被制造：在压电盘18中锯出间隙17，这些间隙被填充隔音材料。不同于图9中示出的实施例，由有源元件6构成的阵列5、7被设计成二维的。如图9中所示，下方的电极同样被设计成公共接地电极。
110.在运行时，所有有源元件6都可以被单独操控，但是同样也可以只操控几个有源元件6。
111.按照一个替代的实施例，压电基板可以被施加、例如粘贴到固定载体上，并且该压电基板可以被完全锯穿以制造单独的有源元件6，例如使得该固定载体也在该压电基板下方具有一定深度的间隙。例如，该固定载体可以被设计成电路板或者可以是塑料载体或金属载体。
112.图12示出了流量计1的实施例，其中仅仅示出了第一超声换能器2，该第一超声换能器在第一运行状态25下被设计成超声发射器。第一超声换能器2具有由有源元件6构成的阵列5，该阵列在运行时发出测量信号8，该测量信号由一个主瓣以及至少两个旁瓣13和两个栅瓣14组成。在所示出的实施例中，测量信号8对准测量管，使得至少一个栅瓣14基本上垂直地到达测量管壁，其中栅瓣14在测量管处的反射被检测和评估。从该反射中可以获得关于测量管壁厚度的信息。按照该设计方案，例如可以识别在测量管内壁处的沉积物并且在进一步的流量确定时考虑这些沉积物。
113.图13示出了具有第一超声换能器2和第二超声换能器3的流量计1的下一实施例，其中两个超声换能器2、3都具有由有源元件6构成的阵列5、7，而且其中测量信号8的一部分通过对作为超声发射器工作的阵列5的相对应的操控来被取向为使得该测量信号在测量管壁内激发兰姆波，该兰姆波朝着超声接收器的方向传播并且由该超声接收器来检测。在所示出的实施例中，主瓣12被发出为使得该主瓣在测量管壁内激发兰姆波。
114.替代地，阵列5也可以被操控为使得旁瓣13或栅瓣14在测量管壁内激发兰姆波。
115.图14示出了流量计1的另一实施例，其中由有源元件6构成的阵列5、7将测量信号8的一部分耦合输入到测量管壁内，使得测量信号8沿着测量管周向传播。测量信号8的另一部分在测量管内传播并且在多次反射之后到达超声接收器。
116.原则上，在第一超声换能器与第二超声换能器之间的信号通路可以被设计成v形或者也可以被设计成w形，或者也可以在测量管的内壁处完全没有反射。同样，在对测量管的俯视图中，该信号通路可以被设计成多边形，尤其被设计成三角形、四边形或五边形。
117.在图15中示出了用于运行超声流量计的方法19的第一实施例，其中该超声流量计1按照图1中示出的实施例来被设计。
118.在第一运行状态25下，第一超声换能器2作为超声发射器来工作并且第二超声换能器3作为超声接收器来工作。
119.在第一方法步骤20中，超声发射器的第一有源元件6发出第一超声信号。
120.同时或有时间偏移地，超声发射器的第二有源元件6发出21第二超声信号，使得第一超声信号和第二超声信号叠加22成测量信号8。
121.测量信号8具有一个主瓣12、两个旁瓣13和两个栅瓣14。
122.主瓣12被辐射为使得该主瓣经优化地到达超声接收器。
123.在下一步骤23中，超声接收器接收测量信号8并且将该测量信号转发给该控制和评估单元。
124.现在，在第二运行状态26下，第二超声换能器3作为超声发射器来工作并且第一超声换能器2作为超声接收器来工作。
125.由于在所示出的实施例中第二超声换能器也具有由至少两个有源元件6构成的阵列7，所以重复步骤20至23。
126.然后，该控制和评估单元9根据在沿流动方向和逆着流动方向发出的测量信号8之
间的渡越时间差来确定24流量。
127.在该方法19的在图16中示出的实施例中，该超声流量计1在第一运行状态25之后处在调准状态27，在该调准状态下，该控制和评估单元9操控超声发射器的有源元件6，使得测量信号8、具体来说主瓣12绕着主瓣的当前位置被旋转大约10
°
的角度。在该调准状态期间，该控制和评估单元9识别并存储针对信号在超声接收器处最大的位置的操控参数。
128.然后，该控制和评估单元使用所找到的操控参数来运行第一超声换能器2的有源元件6。
129.然后，对第二超声换能器3的由有源元件构成的阵列7的操控也如上所述地被再调准。
130.对阵列5、7的操控的这种再调准可以在运行时被定期执行，以便始终确保最佳操控。
131.替代地或附加地，这种再调准27也可以根据所确定的流速来被执行。
132.图17示出了：在确定流速24之后，只要查明该速度超过上限值或低于下限值，就执行对阵列5、7的操控的再调准。
133.对阵列的最佳操控可以如上所述地通过使主瓣12绕着当前位置稍微旋转来被查明27。
134.替代地或者也附加地，在该控制和评估单元9中可以寄存不同流速与阵列5、7的操控参数之间的关系，使得利用对流速的确定来直接规定28对阵列的操控。
135.相对应地，当声速发生变化时，可以执行该再调准。为此，该控制和评估单元9连续或定期监控测量信号8在超声接收器处的幅度，其中当该幅度低于下限值时，按照方法步骤27或28来执行再调准。
136.在该方法19的下一实施例中，在第一运行状态25和/或第二运行状态下，按照阵列5、7的步骤20至22来发出测量信号，其中主瓣12朝着超声接收器的方向被发出，而且其中栅瓣14朝着测量管4的方向被发出，使得通过接收栅瓣可以获得关于该超声流量计1的运行状态或关于测量环境的另一信息。
137.在图18中示出的实施例中，从第一阵列5发出的栅瓣14垂直地被发出到测量管4上，其中在测量管内壁和测量管外壁处的反射重新被第一阵列5接收。根据该反射可以确定测量管壁的厚度。按照该实施例，就这方面来说，可以识别在测量管壁处是否存在沉积物并且在确定流量时考虑在测量管壁处是否存在沉积物。
138.在图19中示出的实施例中，栅瓣14被耦合输入到测量管壁中，使得该栅瓣激发兰姆波，该兰姆波朝着超声接收器的方向传播并且由超声接收器来检测。在此，该兰姆波要么可以相对于主瓣12有时间偏移地到达超声接收器，要么也可以由另一有源元件6来检测，使得该兰姆波与主瓣分开地被检测。然后，评估该兰姆波的幅度和/或渡越时间和/或频谱。
139.附图标记1
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超声流量计2
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第一超声换能器3
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第二超声换能器4
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测量管5
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第一阵列6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
有源元件7
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第二阵列8
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测量信号9
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控制和评估单元10
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楔形件11
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测量管壁12
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主瓣13
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旁瓣14
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栅瓣15
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单个有源元件的辐射特性16
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条形件17
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间隙18
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盘19
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用于运行超声流量计的方法20
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发出第一超声信号21
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发出第二超声信号22
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叠加成测量信号23
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接收并转发测量信号24
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确定流量25
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第一运行状态26
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第二运行状态27
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调准状态28
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调准状态29
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发出并接收栅瓣