專利名稱:流率測(cè)量方法和超聲流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種利用超聲波測(cè)量氣體或液體流率的方法并涉及一種實(shí)行該測(cè)量方法的超聲流量計(jì)。
在上述這種眾所周知的超聲流量計(jì)中,通過(guò)在以與流率無(wú)關(guān)的時(shí)段發(fā)射超聲波來(lái)測(cè)量流速和流率。因此,傳統(tǒng)超聲流量計(jì)的功耗大,這引起短時(shí)間內(nèi)電池耗盡。
根據(jù)本發(fā)明的超聲測(cè)量方法包括以下步驟(a)以與流體流向相同或相反的方向發(fā)射超聲波;(b)接收該超聲波;(c)確定超聲波從發(fā)射到接收的傳播時(shí)間;(d)由傳播時(shí)間確定流率;(e)根據(jù)流率和延時(shí)之間的關(guān)系,設(shè)置對(duì)應(yīng)于該流率的延時(shí),其中,延時(shí)隨流率的增大而減?。缓?f)延時(shí)過(guò)后重復(fù)步驟(a)到(e)。
可以設(shè)置流率和延時(shí)之間的關(guān)系,使得延時(shí)隨流率的增大而線性地、逐步地或反比地減小。
根據(jù)本發(fā)明的另一種測(cè)量流率的方法包括以下步驟(a)以與流體流向相同或相反的方向發(fā)射超聲波;(b)接收該超聲波;(c)確定從發(fā)射到接收的傳播時(shí)間;(d)由傳播時(shí)間確定流率;(e)將該流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ);(f)執(zhí)行步驟(a)到(e)至少兩次;(g)根據(jù)流率和延時(shí)之間的關(guān)系,其中延時(shí)隨流率的增大而減小,設(shè)置對(duì)應(yīng)于來(lái)自所存儲(chǔ)流率數(shù)據(jù)的流率的延時(shí);和(h)延時(shí)過(guò)后重復(fù)步驟(a)到(e)。
根據(jù)本發(fā)明的又一種測(cè)量流率的方法包括以下步驟(a)以與流體流向相同或相反的方向發(fā)射超聲波;(b)接收該超聲波;(c)確定從發(fā)射到接收的傳播時(shí)間;(d)由傳播時(shí)間確定流率;(e)將流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ);(f)執(zhí)行步驟(a)到(e)至少兩次;(g)根據(jù)流率和延時(shí)之間的關(guān)系,其中延時(shí)隨流率的增大而減小,設(shè)置對(duì)應(yīng)于來(lái)自所存儲(chǔ)流率數(shù)據(jù)的流率的延時(shí);(h)根據(jù)所存儲(chǔ)的多個(gè)流率數(shù)據(jù),判斷當(dāng)前流率是增大還是減?。?h1)當(dāng)流率增大時(shí),根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并縮短延時(shí);(h2)當(dāng)流率減小時(shí),根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并延長(zhǎng)延時(shí);和(i)經(jīng)過(guò)修正后的延時(shí)之后重復(fù)步驟(a)到(e)。
根據(jù)本發(fā)明的又一種測(cè)量流率的方法包括以下步驟(a)以與流體流向相同或相反的方向發(fā)射超聲波;(b)接收該超聲波;(c)確定超聲波從發(fā)射到接收的傳播時(shí)間;(d)由傳播時(shí)間確定流率;(e)將流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),并將最早存儲(chǔ)的流率數(shù)據(jù)抹掉;
(f)根據(jù)流率和延時(shí)之間的關(guān)系,其中重復(fù)數(shù)隨流率的增大而減小,由多個(gè)所存儲(chǔ)的流率數(shù)據(jù)重新設(shè)置重復(fù)數(shù);和(g)重復(fù)步驟(a)到(f)。
根據(jù)本發(fā)明的又一種測(cè)量流率的方法包括以下步驟(a)以與流體流向相同或相反的方向發(fā)射超聲波;(b)接收該超聲波;(c)確定超聲波從發(fā)射到接收的傳播時(shí)間;(d)由傳播時(shí)間確定流率;(e)根據(jù)諸如有關(guān)一天中的時(shí)間和/或有關(guān)月份和日期等的時(shí)間信息與消耗流體的總量之間的關(guān)系,設(shè)置延時(shí);和(f)延時(shí)過(guò)后重復(fù)步驟(a)到(e)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種測(cè)量流率的方法包括以下步驟(a)以與流體流向相同或相反的方向發(fā)射超聲波;(b)接收該超聲波;(c)確定超聲波從發(fā)射到接收的傳播時(shí)間;(d)由傳播時(shí)間確定流率;(e)根據(jù)有關(guān)流體消耗量方面的信息設(shè)置延時(shí);和(f)延時(shí)過(guò)后重復(fù)步驟(a)到(e)。
根據(jù)本發(fā)明的一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管;(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器,該發(fā)生器被安排在導(dǎo)管內(nèi);(c)用于接收超聲波的接收器,根據(jù)流體的流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向;(d)第一計(jì)算裝置,用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間;(e)第二計(jì)算裝置,用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率;(f)信號(hào)發(fā)生裝置,用于根據(jù)流率和時(shí)段之間的關(guān)系,其中時(shí)段隨流率的增大而減小,以對(duì)應(yīng)于流率的時(shí)段產(chǎn)生信號(hào);和(g)驅(qū)動(dòng)裝置,響應(yīng)于信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)生器。
根據(jù)本發(fā)明的另一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管;(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器,該發(fā)生器被安置在導(dǎo)管內(nèi);
(c)用于接收超聲波的接收器,根據(jù)流體的流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向;(d)第一計(jì)算裝置,用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間;(e)第二計(jì)算裝置,用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率;(f)延時(shí)設(shè)置裝置,用于根據(jù)流率和延時(shí)之間的關(guān)系,其中延時(shí)通常隨流率的增大而減小,設(shè)置對(duì)應(yīng)于流率的延時(shí);和(g)驅(qū)動(dòng)裝置,用于在延時(shí)過(guò)后驅(qū)動(dòng)發(fā)生器。
設(shè)置流率和測(cè)量時(shí)段或延時(shí)之間的關(guān)系,使得延時(shí)隨流率的增大線性地、逐步地成反比地減小。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管;(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器,該發(fā)生器被安置在導(dǎo)管內(nèi);(c)用于接收超聲波的接收器,根據(jù)流體的流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向;(d)第一計(jì)算裝置,用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間;(e)第二計(jì)算裝置,用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率;(f)存儲(chǔ)裝置,用于把由計(jì)算裝置確定的至少兩個(gè)流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ);(g)延時(shí)設(shè)置裝置,用于根據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置中的流率數(shù)據(jù)以及流率和延時(shí)之間的關(guān)系,其中延時(shí)隨流率的增大而減小,設(shè)置延時(shí);和(h)驅(qū)動(dòng)裝置,用于在延時(shí)過(guò)后驅(qū)動(dòng)發(fā)生器和接收器。
存儲(chǔ)有多個(gè)流率數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置,在新的流率數(shù)據(jù)存入時(shí),優(yōu)選地將最早存儲(chǔ)的流率數(shù)據(jù)抹掉,使得延時(shí)的設(shè)置是根據(jù)所存儲(chǔ)流率數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行的。
超聲流量計(jì)優(yōu)選地包括判斷裝置,用于根據(jù)多個(gè)被存儲(chǔ)的流率數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前的流率是增大還是減??;修正裝置,用于在流率增大時(shí)根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并縮短延時(shí),在流率減小時(shí)根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并延長(zhǎng)延時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管;
(b)一對(duì)超聲振蕩器,被安置在導(dǎo)管內(nèi),使得根據(jù)流體流向一個(gè)振蕩器位于另一個(gè)振蕩器的上游方向,且每個(gè)振蕩器均能發(fā)射和接收超聲波;(c)流率測(cè)量裝置,用于根據(jù)超聲波從此振蕩器到彼振蕩器及從彼振蕩器到此振蕩器的傳播時(shí)間來(lái)確定流率;(d)重復(fù)裝置,用于在由此振蕩器發(fā)射超聲波而彼振蕩器接收超聲波的第一狀態(tài)和由彼振蕩器發(fā)射超聲波而此振蕩器接收超聲波的第二狀態(tài)之間重復(fù)進(jìn)行預(yù)定次數(shù)的切換;和(e)用于根據(jù)所確定的注率以及流率和重復(fù)數(shù)之間的關(guān)系,其中重復(fù)數(shù)隨流率的增大而減小,重新設(shè)置重復(fù)數(shù)的裝置。對(duì)所說(shuō)的重復(fù)數(shù)進(jìn)行設(shè)置,使其隨流率的增大而線性地、逐步地或反比地減小。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管;(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器,該發(fā)生器被安置在導(dǎo)管內(nèi);(c)用于接收超聲波的接收器,根據(jù)流體流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向;(d)第一計(jì)算裝置,用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間;(e)第二計(jì)算裝置,用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率;(f)輸出裝置,用于輸出至少是有關(guān)年、月、日的信息以及有關(guān)一天中的時(shí)間信息之一;(g)設(shè)置裝置,用于根據(jù)來(lái)自輸出裝置的信息設(shè)置延時(shí);和(h)驅(qū)動(dòng)裝置,用于延時(shí)過(guò)后驅(qū)動(dòng)發(fā)生器和接收器。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管;(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器,該發(fā)生器被安置在導(dǎo)管內(nèi);(c)用于接收超聲波的接收器,根據(jù)流體流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向;(d)第一計(jì)算裝置,用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間;(e)第二計(jì)算裝置,用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率;(f)報(bào)告裝置,用于報(bào)告一種裝備的工作狀態(tài),該裝備消耗流體且與導(dǎo)管相連;(g)延時(shí)設(shè)置裝置,用于根據(jù)工作狀態(tài)設(shè)置延時(shí);和(h)驅(qū)動(dòng)裝置,用于延時(shí)過(guò)后驅(qū)動(dòng)發(fā)生器和接收器。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管;(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器,該發(fā)生器被安置在導(dǎo)管內(nèi);(c)用于接收超聲波的接收器,根據(jù)流體流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向;(d)第一計(jì)算裝置,用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間;(e)第二計(jì)算裝置,用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率;(f)驅(qū)動(dòng)裝置,用于驅(qū)動(dòng)發(fā)生器;存儲(chǔ)裝置,用于將由第二計(jì)算裝置確定的流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ);和(g)斷路器裝置,用于當(dāng)流率數(shù)據(jù)連續(xù)出現(xiàn)預(yù)定次數(shù)的零流率時(shí),將第一計(jì)算裝置、第二計(jì)算裝置和驅(qū)動(dòng)裝置的至少任一電源切斷一段預(yù)定時(shí)間。
圖10描述了流率和根據(jù)流率增大或減小的狀況而修正過(guò)的測(cè)量時(shí)段(和延時(shí))之間的關(guān)系(特性曲線);圖11是描述對(duì)第三實(shí)施方案的超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的框圖;圖12是描述對(duì)圖11中超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的部分流程圖;圖13是描述對(duì)第四實(shí)施方案的超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的框圖;圖14是描述對(duì)圖13中超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的部分流程圖;圖15是描述對(duì)第五實(shí)施方案的超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的框圖;圖16是描述對(duì)圖15中超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的流程圖;圖17是描述對(duì)第六實(shí)施方案的超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的框圖;和圖18是描述對(duì)圖17中超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的流程圖。
下面將對(duì)流量計(jì)1的工作情況進(jìn)行描述。當(dāng)從觸發(fā)器單元14發(fā)出觸發(fā)信號(hào)時(shí),根據(jù)該觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器16產(chǎn)生并輸出一短時(shí)脈沖信號(hào)。振蕩器6被該短時(shí)脈沖信號(hào)激勵(lì),向振蕩器8發(fā)射超聲波。超聲波被振蕩器8接收,并由放大器18對(duì)振蕩器8的接收信號(hào)進(jìn)行放大。然后,比較器20產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)于超聲波傳播時(shí)間的信號(hào),并向時(shí)間計(jì)數(shù)器22輸出該信號(hào)。時(shí)間計(jì)數(shù)器22計(jì)算出傳播時(shí)間,隨后,流率計(jì)算器由傳播時(shí)間計(jì)算出流率。接著,根據(jù)示于圖2的關(guān)系,時(shí)序控制器26確定對(duì)應(yīng)于已確定流率的測(cè)量時(shí)段。特別地,如果當(dāng)前測(cè)量到的流率大于上次測(cè)量到的流率,測(cè)量時(shí)段被設(shè)置得更短些,而如果流率變小,測(cè)量時(shí)段被設(shè)置得更長(zhǎng)些。然后,觸發(fā)器單元14按新近被設(shè)置的測(cè)量時(shí)段輸出觸發(fā)信號(hào),以激勵(lì)振蕩器6發(fā)射超聲波。超聲波被振蕩器8檢測(cè),流率得以測(cè)定。此后,上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明,隨流率增大它可更頻繁地被測(cè)量,因此,可以在象氣量計(jì)這樣的設(shè)備內(nèi)確定流率的累加值,這種氣量計(jì)要求以較高精度確定累加值,而并未考慮流率的測(cè)量誤差對(duì)累加值有很大影響。
下面將描述時(shí)間計(jì)數(shù)器22內(nèi)傳播時(shí)間的計(jì)算。假定超聲波在靜止流體中傳播的速度為(c),流體的速度為(v),則超聲波沿流體流動(dòng)方向的傳播速度為(c+v)。根據(jù)以下方程(1)得出超聲波從振蕩器6到振蕩器8的傳播時(shí)間t=L/(c+v·cosφ) (1)方程(1)中,(L)是振蕩器6和8之間的距離。
方程(1)可被變形為以下方程(2)v=(L/t-c)/cosφ (2)根據(jù)該方程,由于L和c已知,通過(guò)測(cè)量傳播時(shí)間t即可確定流速。另一方面,流率(Q)由以下方程(3)給出Q=K·S·v (3)在方程(3)中,(S)是導(dǎo)管2的橫截面積,而(k)是修正系數(shù)。
流率和測(cè)量時(shí)段之間的關(guān)系可以是如圖3所示,測(cè)量時(shí)段隨流率的增大逐步地減小,也可以如圖4所示,測(cè)量時(shí)段與流率成反比。
在第一實(shí)施方案中,雖然根據(jù)流率和測(cè)量時(shí)段之間的預(yù)定關(guān)系由測(cè)定的流率在時(shí)序控制器26確定測(cè)量時(shí)段,由觸發(fā)器單元14輸出的觸發(fā)信號(hào)的延時(shí)可由測(cè)定的流率確定,使得觸發(fā)器單元14在延時(shí)過(guò)后被激勵(lì)。
流率和延時(shí)之間的關(guān)系,就延時(shí)通常隨流率的增大而減小這一點(diǎn)而論,可以是線性關(guān)系(圖5)、步進(jìn)關(guān)系(圖6)和反比關(guān)系(圖7)的其中之一。第二實(shí)施方案圖8描述了第二實(shí)施方案的超聲流量計(jì)1A,包括許多與圖1的超聲流量計(jì)相同的元件,并且,由于相同的元件各自實(shí)現(xiàn)相似的功能,它們因此被標(biāo)識(shí)成相同的參照數(shù)。不過(guò),超聲流量計(jì)1A增加了一種存儲(chǔ)單元28,用于存儲(chǔ)流率數(shù)據(jù)。在存儲(chǔ)單元28中,由流率計(jì)算器24計(jì)算出的預(yù)定數(shù)目的流率值作為流率數(shù)據(jù)被順序存儲(chǔ),并且該數(shù)據(jù)通過(guò)用最新的流率數(shù)據(jù)代替最早的流率數(shù)據(jù)而得以刷新。根據(jù)多個(gè)所存儲(chǔ)的流率數(shù)據(jù)的平均值,利用圖2到圖4或圖5到圖7的任何一種關(guān)系,在時(shí)序控制器30對(duì)測(cè)量時(shí)段或延時(shí)進(jìn)行設(shè)置。
在考慮當(dāng)前流率是增大還是減小后,優(yōu)選地對(duì)流率和測(cè)量時(shí)段及流率和延時(shí)之間的關(guān)系進(jìn)行修正。例如,如圖9的流程圖所示,時(shí)序控制器30根據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元28中的流率數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前流率是增大還是減小。當(dāng)流率增大時(shí),測(cè)量時(shí)段和延時(shí)被修正得短于那些流率未變時(shí)根據(jù)相同流率而設(shè)置的值;當(dāng)流率減小時(shí),測(cè)量時(shí)段和延時(shí)被修正得更長(zhǎng)。接著,根據(jù)已經(jīng)修正的測(cè)量時(shí)段或延時(shí)輸出一觸發(fā)信號(hào)。流率和通過(guò)這種方式修正的測(cè)量時(shí)段或延時(shí)之間的關(guān)系,如圖10所示。對(duì)流率作如此修正是有益處的,例如,即使在流率驟增時(shí)仍可以準(zhǔn)確測(cè)定流率的增大。第三實(shí)施方案圖11描述了第三實(shí)施方案的超聲流量計(jì)1B,它具有許多與圖1中所示的超聲流量計(jì)相同的元件,由于相同元件各自實(shí)現(xiàn)相似功能,因而被標(biāo)識(shí)成相同的參照數(shù)。對(duì)超聲流量計(jì)1B,增加了一個(gè)函數(shù),通過(guò)它根據(jù)它是否是氣流被特別消耗的時(shí)區(qū)而改變測(cè)量時(shí)段和延時(shí)。特別地,超聲流量計(jì)1B包括時(shí)鐘32,由時(shí)鐘32輸出的當(dāng)前時(shí)間被發(fā)送給時(shí)序控制器34。如圖12的流程圖所示,時(shí)序控制器34利用時(shí)間信息判斷是否處于氣流被大量消耗的時(shí)間。例如,一個(gè)從午夜十二點(diǎn)到早晨五點(diǎn)的午夜時(shí)區(qū)被設(shè)置成低氣流消耗時(shí)區(qū),而其他被設(shè)置成高氣流消耗時(shí)區(qū),并確定當(dāng)前是處于低的還是高的氣流消耗時(shí)區(qū)。當(dāng)當(dāng)前時(shí)間被判斷是屬于低氣流消耗時(shí)區(qū)時(shí),測(cè)量時(shí)段(或延時(shí))以更長(zhǎng)的預(yù)定時(shí)間被設(shè)置。眼下被設(shè)置的測(cè)量時(shí)段或延時(shí)與根據(jù)示于圖2到圖4(或圖5到圖7)的一種關(guān)系由流率所確定的時(shí)間相比是不同且無(wú)關(guān)的。接著,對(duì)流率是否變化進(jìn)行判斷;如果流率變化了,根據(jù)示于圖2到圖4或圖5到圖7各個(gè)關(guān)系中的一個(gè),利用新近測(cè)定的流率設(shè)置新的測(cè)量時(shí)段或延時(shí)。
根據(jù)本實(shí)施方案,在未使用氣體的午夜時(shí)區(qū),通過(guò)設(shè)置更長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)段或延時(shí)可以減少不必要的功耗。然而,如果氣流在午夜被消耗,流率將以與之對(duì)應(yīng)的某些測(cè)量時(shí)段或延時(shí)被測(cè)定。
在諸如氣體等的流體的消耗量隨季節(jié)變化的地區(qū),有關(guān)月份和日期的信息代替或連同有關(guān)一天中時(shí)間的信息,可由時(shí)鐘輸出并作為參照來(lái)控制流率的測(cè)量。第四實(shí)施方案圖13描述了第四實(shí)施方案的超聲流量計(jì)1c,它具有許多與示于圖1的超聲流量計(jì)相同的元件,由于相同的元件各自實(shí)現(xiàn)相似的功能,因而被標(biāo)識(shí)成相同的參照數(shù)。在超聲流量計(jì)1c中,消耗氣流的裝備,例如加熱器36、爐子38和熱水源40等的工作狀態(tài)被輸入給時(shí)序控制器42。如圖14的流程圖所示,時(shí)序控制器42對(duì)氣流消耗裝備36、38或40是否解除激勵(lì)進(jìn)行判斷。當(dāng)判定所有的氣流消耗裝備均被解除激勵(lì),測(cè)量時(shí)段(或延時(shí))被設(shè)置為預(yù)定的更長(zhǎng)些的一段時(shí)間。用這種方法設(shè)置的測(cè)量時(shí)段(或延時(shí))與基于示于圖2到圖4(或圖5到圖7)的關(guān)系之一由流率而確定的時(shí)間相比是不同而且無(wú)關(guān)的。接著,對(duì)流率是否變化進(jìn)行判斷,如果流率變化,根據(jù)示于圖2到4或圖5到7的各關(guān)系的其中之一,由新近測(cè)定的流率設(shè)置新的測(cè)量時(shí)段或延時(shí)。根據(jù)本實(shí)施方案,通過(guò)在未消耗氣流時(shí)將測(cè)量時(shí)段或延時(shí)設(shè)置得更長(zhǎng)些,減少了不必要的功耗。第五實(shí)施方案圖15描述了第五實(shí)施方案的超聲流量計(jì)器,它具有許多與示于圖1的超聲流量計(jì)相同的元件,并且由于相同的元件各自實(shí)現(xiàn)相似的功能,因而被標(biāo)識(shí)成相同的參照數(shù)。在超聲流量計(jì)1D中,均具有發(fā)射和接收超聲波功能的振蕩器44和46沿直線12被彼此相對(duì)地安置在導(dǎo)管2內(nèi),直線12與導(dǎo)管2的中心軸10以預(yù)定角φ相交。振蕩器切換單元48在發(fā)射超聲波的此狀態(tài)和接收超聲波的彼狀態(tài)之間交替地對(duì)振蕩器進(jìn)行切換。用于設(shè)置重復(fù)數(shù)的單元50對(duì)振蕩器44和46重復(fù)發(fā)射超聲波的次數(shù)進(jìn)行設(shè)置。重復(fù)控制器52將由此振蕩器44以對(duì)應(yīng)于流率的次數(shù)發(fā)射超聲波而由彼振蕩器46接收該超聲波的第一狀態(tài)切換到由彼振蕩器46發(fā)射同樣次數(shù)的超聲波而由此振蕩器44接收該超聲波的第二狀態(tài),反之亦然。將流率和重復(fù)數(shù)之間的關(guān)系設(shè)置成重復(fù)數(shù)通常隨流率的增大而減小。
參照?qǐng)D16所示的流程圖,上述流量計(jì)1D的工作情況將被專門描述如下,假定由用于設(shè)置重復(fù)數(shù)的單元50將重復(fù)數(shù)設(shè)置為(n),由切換單元48確立第一狀態(tài)。隨后,由觸發(fā)器單元14輸出觸發(fā)信號(hào),并由發(fā)生器16輸出短時(shí)脈沖信號(hào)。由此,以預(yù)定延時(shí)由此振蕩器44向彼振蕩器46發(fā)射超聲波。由振蕩器46接收到的信號(hào)在放大器18中被放大,并在比較器20中與一參考信號(hào)相比較。然后,由時(shí)間計(jì)數(shù)器22計(jì)算出超聲波的傳播時(shí)間。接著,對(duì)振蕩器44是否已經(jīng)發(fā)射(n)次超聲波進(jìn)行判斷。如果已發(fā)射(n)次超聲波,這些發(fā)射(n)次的超聲波的傳播時(shí)間由時(shí)間計(jì)數(shù)器求和。另一方面,如果超聲波發(fā)射次數(shù)少于(n),則由觸發(fā)器單元14再次輸出又一觸發(fā)信號(hào),實(shí)行超聲波的發(fā)射和接收。
當(dāng)完成第一狀態(tài)的測(cè)量后,振蕩器切換單元48被切換到第二狀態(tài)。于是,由振蕩器46發(fā)射超聲波并由另一振蕩器44接收的操作被重復(fù)(n)次,然后這些發(fā)射(n)次的超聲波的傳播時(shí)間被求和。
接著,根據(jù)第一狀態(tài)和第二狀態(tài)中傳播時(shí)間的和值或平均值確定流率。然后通過(guò)將新近測(cè)定的流率與上次測(cè)定的流率進(jìn)行比較,對(duì)流率是增大還是減小進(jìn)行判斷,并在用于設(shè)置重復(fù)數(shù)的單元50對(duì)對(duì)應(yīng)于新近測(cè)定的流率的重復(fù)數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如此設(shè)置的重復(fù)數(shù)通常隨流率的增大而減小,因此,即使低流率也可被準(zhǔn)確測(cè)量出。
以下將描述本實(shí)施方案中流速和流速的計(jì)算。假定超聲流在靜止的流體中的速度為(c),而流體的流速為(v),則超聲波在流動(dòng)方向上的傳播速度為(c+v),而超聲波在與流向相反的方向上的傳播速度為(c-v)。流動(dòng)方向上總的傳播時(shí)間T1以及與流向相反的方向上總的傳播時(shí)間T2分別由方程(4)和(5)給出。
T1=Σi=1nL/(c+vf.cosφ)]]>T2=Σi=1nL/(c-vf.cosφ)]]>方程(4)和(5)中,由是導(dǎo)管中心軸和振蕩器連線之間的夾角,而n是重復(fù)數(shù).根據(jù)方程(4)和(5),以下方程(6)給出了流速的測(cè)量和(v1+……+Vn)。L·n(1/T1-1/T2)/2·cosφ(6)根據(jù)方程(16),以下方程(7)給出了流速的和∑Qn=K·S·(v1+…+vn)(7)在方程(7)中,∑Qn、(K)和(S)分別代表流速的和、修正系數(shù)和導(dǎo)管的橫截面積.由方程(6)和(7)顯而易見(jiàn),流率值的和隨測(cè)量次數(shù)的增大而增大.換句話說(shuō),即使在低流速情況下,由于增加測(cè)量次數(shù)會(huì)引起流率值和流速值的和增大,因此使包括在每次測(cè)量中的誤差相對(duì)變小.相反,在大流速的情況下,由于T1和T2之間的差較大,因此即使減少測(cè)量次數(shù)相對(duì)測(cè)量誤差依然保持很?。虼?,在本發(fā)明中,用于設(shè)置重復(fù)數(shù)的單元50在低流率情況下設(shè)置一個(gè)大的重復(fù)數(shù),而在高流率的情況下單元50設(shè)置一個(gè)小的重復(fù)數(shù).流率和重復(fù)數(shù)之間的關(guān)系只可能是重復(fù)數(shù)通常隨流率的增大而減小,并且這一關(guān)系被設(shè)置成重復(fù)數(shù)隨流率的增大而線性地、逐步地或反比地減?。粋€(gè)振蕩器發(fā)射超聲波(n)次,然后另一振蕩器發(fā)射發(fā)射超聲波(n)次,對(duì)此已作過(guò)描述;然而,由一個(gè)振蕩器發(fā)射一次超聲波而后另一振蕩器發(fā)射一次超聲波的操作可以重復(fù)執(zhí)行迭重復(fù)數(shù)之多.第六實(shí)施方案圖17描述了第六實(shí)施方案的超聲流量計(jì)1E,它具有許多與示于圖1的超聲流量計(jì)相同的元件、由于相同元件各自實(shí)現(xiàn)相似的功能,因而被標(biāo)識(shí)成相同的數(shù)碼.流量計(jì)1E包括斷路器54,并且如圖18的流程圖所示,在流率計(jì)算器24中計(jì)算出的多個(gè)流率值作為流率數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器56中.當(dāng)根據(jù)存儲(chǔ)器56中的流率數(shù)據(jù)流率被判定為零時(shí),流率被連續(xù)判定為零的次數(shù)被存儲(chǔ).在流率被連續(xù)判定為零的次數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí),斷路器54被驅(qū)動(dòng),使之在一預(yù)定時(shí)間內(nèi)至少切斷觸發(fā)器單元、發(fā)生器16、放大器18、比較器20、時(shí)間計(jì)數(shù)器22和流率計(jì)算器24的電源中的一個(gè)。因此,只要流體不流動(dòng),即可采用長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)段使功耗得以節(jié)省。
權(quán)利要求
1.超聲流量計(jì),包括流體流經(jīng)的導(dǎo)管;用于向流體發(fā)射超聲波的超聲波發(fā)生器,該發(fā)生器安置在導(dǎo)管內(nèi);用于接收超聲波的接收器,根據(jù)流體的流向,該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游或下游;第一計(jì)算裝置,用于確定超聲波從超聲波發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間;第二計(jì)算裝置,用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率;驅(qū)動(dòng)裝置,用于驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)生器;存儲(chǔ)裝置,用于將由第二計(jì)算裝置確定的流率作為流率數(shù)據(jù)存儲(chǔ);和斷路器,用于當(dāng)流率的流率數(shù)據(jù)連續(xù)出現(xiàn)預(yù)定次數(shù)的零流率時(shí),將第一計(jì)算裝置、第二計(jì)算裝置和驅(qū)動(dòng)裝置的至少任一電源切斷一段預(yù)定的時(shí)間。
全文摘要
一種超聲流量計(jì)包括:流體流經(jīng)的導(dǎo)管(2),超聲發(fā)生器(6),用于在發(fā)生器上游或下游方向接收超聲波的接收器(8),用于確定超聲波傳播時(shí)間的時(shí)間計(jì)數(shù)器(32),用于由傳播時(shí)間計(jì)算流率的流率計(jì)算器(24)。和時(shí)序控制器(26)。由事先設(shè)置的流率和測(cè)定的延時(shí)之間的關(guān)系,時(shí)序控制器(26)設(shè)置對(duì)應(yīng)于所測(cè)定流率的延時(shí)。經(jīng)過(guò)此延時(shí)之后,根據(jù)由觸發(fā)器單元(14)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào),由發(fā)生器(6)發(fā)射超聲波,而流率得以確定。因?yàn)椴捎昧诉m于流率的延時(shí)來(lái)如此測(cè)量流率,流率因此可被準(zhǔn)確確定,并且減少了功耗。
文檔編號(hào)G01F1/66GK1295235SQ0012699
公開(kāi)日2001年5月16日 申請(qǐng)日期2000年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月19日
發(fā)明者長(zhǎng)岡行夫, 名和基之, 黃地謙三 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社