專利名稱：流量計(jì)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用超聲波對(duì)煤氣等流體的流量進(jìn)行計(jì)量的流量計(jì)量裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的流量計(jì)量裝置如圖20中所示。在煤氣等流體流經(jīng)的流路31上設(shè)置有用于發(fā)射/接收超聲波的第1超聲波振蕩器32及第2超聲波振蕩器33。切換裝置34用于切換第1超聲波振蕩器32和第2超聲波振蕩器33的超聲波發(fā)射/接收操作。發(fā)送裝置35驅(qū)動(dòng)第1超聲波振蕩器32或第2超聲波振蕩器33發(fā)射出超聲波。放大裝置36將從接收超聲波的超聲波振蕩器經(jīng)切換裝置34送來(lái)的信號(hào)放大到規(guī)定的振幅?；鶞?zhǔn)比較裝置37將由放大裝置36放大后輸出的接收信號(hào)電壓與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較。判斷裝置38如圖21中所示在基準(zhǔn)比較裝置37中接收信號(hào)超過(guò)基準(zhǔn)電壓后的最初的過(guò)零點(diǎn)Ta上送出輸出信號(hào)D。重復(fù)裝置39對(duì)來(lái)自判斷裝置38的信號(hào)D進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)滿預(yù)先設(shè)定的次數(shù)后將信號(hào)D輸出至控制裝置42。計(jì)時(shí)裝置40對(duì)重復(fù)裝置39完成對(duì)信號(hào)D進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的上述次數(shù)的計(jì)數(shù)所花的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。流量計(jì)算裝置41根據(jù)計(jì)時(shí)裝置40計(jì)得的時(shí)間計(jì)算出流體的流量。控制裝置42根據(jù)流量計(jì)算裝置41計(jì)算出的流量輸出和來(lái)自重復(fù)裝置39的信號(hào)對(duì)發(fā)送裝置35進(jìn)行控制。
下面描述該計(jì)量裝置的工作情況。首先，控制裝置42使發(fā)送裝置35和切換裝置34工作，使第1超聲波振蕩器32發(fā)射出超聲波。該超聲波在流體中傳播，并由第2超聲波振蕩器33加以接收，由放大裝置36進(jìn)行放大?；鶞?zhǔn)比較裝置37在放大裝置36的輸出大于基準(zhǔn)電壓的時(shí)間點(diǎn)上輸出下降信號(hào)C。判斷裝置38在放大裝置36的輸出大于基準(zhǔn)電壓后的最初的過(guò)零點(diǎn)Ta上輸出下降信號(hào)D。重復(fù)裝置39將來(lái)自判斷裝置38的信號(hào)D輸入到控制裝置42中。這一操作將重復(fù)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的N次，此間的時(shí)間由計(jì)時(shí)裝置40進(jìn)行測(cè)定。接下來(lái)，切換裝置34使第1超聲波振蕩器32和第2超聲波振蕩器33中的超聲波的發(fā)射/接收操作發(fā)生交換，再進(jìn)行同樣的操作。流量計(jì)算裝置41測(cè)出由計(jì)時(shí)裝置40計(jì)得的從流體的上游至下游(此方向?yàn)轫樍?和下游至上游(此方向?yàn)槟媪?各自的傳播時(shí)間，由下面的公式1求出流量Q。
Q=K·S·v=K·S·L/2·(nt1-nt2)·cosφ]]>…(公式1)這里，L為超聲波振蕩器32、33之間的流體流動(dòng)方向上的有效距離，t1為從上游至下游的N次信號(hào)D的的時(shí)間，t2為從下游至上游的N次信號(hào)D的的時(shí)間，v為被測(cè)定流體的流速，S為流路的截面積，φ為連結(jié)超聲波振蕩器32、33的直線和流體的流動(dòng)方向之間的角度，K為與流量有關(guān)的系數(shù)。
為了使接收側(cè)的超聲波振蕩器接收到的信號(hào)在一定振幅上輸出，需對(duì)放大裝置36進(jìn)行增益調(diào)整，將接收信號(hào)的峰值電壓值調(diào)整到規(guī)定的電壓范圍內(nèi)。具體說(shuō)來(lái)，在對(duì)信號(hào)D進(jìn)行的重復(fù)裝置39中設(shè)定的次數(shù)的計(jì)數(shù)過(guò)程中，對(duì)圖22中的虛線所示的接收信號(hào)AL那樣接收信號(hào)的峰值電壓值低于規(guī)定的電壓范圍的下限的次數(shù)和圖22的虛線所示的接收信號(hào)AH那樣接收信號(hào)的峰值電壓值超過(guò)規(guī)定的電壓范圍的上限的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)該結(jié)果調(diào)整下一次的流量計(jì)量時(shí)的增益。例如，峰值電壓值低于下限的次數(shù)多時(shí)提高增益，將接收信號(hào)調(diào)整到電壓的上限和下限之間，如圖22中的實(shí)線所表示的接收信號(hào)A那樣。
與放大裝置36的輸出電壓進(jìn)行比較的基準(zhǔn)比較裝置37的基準(zhǔn)電壓以判斷裝置38能檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)的位置為基準(zhǔn)來(lái)決定。在圖21中，為了能使判斷裝置38檢測(cè)到接收信號(hào)的第3個(gè)峰值P3后的最初的過(guò)零點(diǎn)Ta，基準(zhǔn)電壓設(shè)定為接收信號(hào)的第2和第3個(gè)峰值電壓之間的中間點(diǎn)電壓左右。這樣一來(lái)，即使因流量的變化以及流體的溫度變化等因素導(dǎo)致接收波形發(fā)生變化，接收信號(hào)的第2個(gè)波峰值電壓上升或者第3個(gè)波峰值P3的電壓減少時(shí)，基準(zhǔn)電壓相對(duì)于這兩個(gè)波峰值都能確保一定的余量，判斷裝置38能夠檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)Ta。
但是，在上述的現(xiàn)有流量計(jì)量裝置中，與放大到規(guī)定振幅的接收信號(hào)進(jìn)行比較的基準(zhǔn)電壓是用固定電阻和半固定電阻通過(guò)電阻分壓來(lái)設(shè)定的。采用此方法時(shí)，為了形成規(guī)定的基準(zhǔn)電壓，需要一邊監(jiān)視基準(zhǔn)電壓一邊通過(guò)手動(dòng)方式調(diào)節(jié)半固定電阻，故基準(zhǔn)電壓設(shè)定比較費(fèi)時(shí)間，且容易發(fā)生調(diào)整誤差。另外，流量的計(jì)測(cè)過(guò)程中基準(zhǔn)電壓是固定的，將接收信號(hào)進(jìn)行放大的放大裝置的增益也是固定的。因此，流量計(jì)量過(guò)程中超聲波的接收信號(hào)的振幅變化時(shí)，基準(zhǔn)電壓和接收信號(hào)的振幅之間的相對(duì)關(guān)系也發(fā)生變化。例如，在接收信號(hào)的振幅電平變動(dòng)較大的場(chǎng)合下，變化前能超過(guò)基準(zhǔn)電壓的接收波的第3個(gè)峰值P3的電壓就可能變得低于基準(zhǔn)電壓。其結(jié)果，基準(zhǔn)比較裝置將會(huì)在接收信號(hào)的第4個(gè)峰值P4之后才輸出信號(hào)C，判斷裝置將檢測(cè)出第4個(gè)峰值P4以后的最初過(guò)零點(diǎn)。由此，計(jì)時(shí)裝置將會(huì)對(duì)該段錯(cuò)誤的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，流量計(jì)算裝置將根據(jù)該時(shí)間計(jì)算出錯(cuò)誤的流量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的流量計(jì)量裝置對(duì)在流路上流動(dòng)的流體的流量進(jìn)行計(jì)量，包括設(shè)置在所述流路上的、發(fā)射和接收超聲波信號(hào)的第1振蕩器及第2振蕩器；驅(qū)動(dòng)所述第1和第2振蕩器的發(fā)送裝置；切換所述第1和第2振蕩器的超聲波信號(hào)的發(fā)射/接收的切換裝置；將所述第1和第2振蕩器的接收信號(hào)進(jìn)行放大的放大裝置；根據(jù)所述超聲波信號(hào)在所述第1和第2振蕩器之間的傳播時(shí)間計(jì)算出流量的流量計(jì)算裝置；將所述的經(jīng)放大的接收信號(hào)電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并且輸出表示所述接收信號(hào)的所述電壓與所述基準(zhǔn)電壓之間的大小關(guān)系發(fā)生變化的時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)的基準(zhǔn)比較裝置；從所述基準(zhǔn)比較裝置輸出的所述信號(hào)和所述放大裝置的輸出判定所述超聲波信號(hào)到達(dá)所述第1或第2振蕩器的時(shí)間點(diǎn)，并且輸出表示所述到達(dá)時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)的判斷裝置；以及包括時(shí)間差計(jì)時(shí)單元和電壓設(shè)定單元的基準(zhǔn)設(shè)定裝置，所述時(shí)間差計(jì)時(shí)單元對(duì)所述基準(zhǔn)比較裝置輸出的所述信號(hào)與所述判斷裝置輸出的所述信號(hào)之間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)時(shí)，所述電壓設(shè)定單元根據(jù)所述時(shí)間差計(jì)時(shí)單元的輸出確定所述基準(zhǔn)電壓。
在本發(fā)明的流量計(jì)量裝置中，基準(zhǔn)電壓被自動(dòng)地設(shè)定在相對(duì)于接收信號(hào)的振幅變動(dòng)能夠確保較大的余量的位置上，而且根據(jù)流量計(jì)量過(guò)程中接收信號(hào)的振幅變動(dòng)能迅速且高精度地設(shè)定基準(zhǔn)電壓。因此，判斷裝置能夠可靠地檢測(cè)出接收波上的任意的時(shí)間點(diǎn)(如第3個(gè)峰值之后的過(guò)零點(diǎn))，流量計(jì)量裝置即使在接收信號(hào)的振幅變動(dòng)時(shí)也能保持很高的計(jì)測(cè)精度。


圖1為本發(fā)明的第1實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的方框圖。
圖2為用于說(shuō)明第1實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。
圖3為本發(fā)明的第2實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的方框圖。
圖4為用于說(shuō)明第2實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。
圖5為用于說(shuō)明第2實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的特性圖。
圖6為本發(fā)明的第3實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的方框圖。
圖7為用于說(shuō)明第3實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。
圖8為用于說(shuō)明第3實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的流程圖。
圖9為本發(fā)明的第4實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的方框圖。
圖10為用于說(shuō)明第4實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。
圖11為用于說(shuō)明第4實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的流程圖。
圖12為用于說(shuō)明第4實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的流程圖。
圖13為用于說(shuō)明第4實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。
圖14為用于說(shuō)明第4實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的其他操作情況的流程圖。
圖15為本發(fā)明的第5實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的方框圖。
圖16為用于說(shuō)明第5實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的流程圖。
圖17為用于說(shuō)明本發(fā)明的第6實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的方框圖。
圖18為用于說(shuō)明第6實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。
圖19為用于說(shuō)明第6實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。
圖20為現(xiàn)有的流量計(jì)量裝置的方框圖。
圖21為用于說(shuō)明現(xiàn)有的流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。
圖22為用于說(shuō)明現(xiàn)有的流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施例1)圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1中的流量計(jì)量裝置的方框圖，圖2為說(shuō)明流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。流體流經(jīng)的流路1的途中配置有發(fā)射超聲波的第1超聲波振蕩器2和接收超聲波的第2超聲波振蕩器3，它們被設(shè)置成與流體的流動(dòng)方向成一個(gè)角度φ。發(fā)送裝置5驅(qū)動(dòng)第1超聲波振蕩器2或第2超聲波振蕩器3發(fā)射出超聲波。切換裝置4使第1超聲波振蕩器2和第2超聲波振蕩器3中進(jìn)行的超聲波發(fā)射/接收操作發(fā)生交換。為使接收側(cè)的超聲波振蕩器接收到的信號(hào)在一定振幅上輸出，放大裝置6的增益被進(jìn)行調(diào)整?；鶞?zhǔn)設(shè)定裝置13將根據(jù)放大裝置6的輸出設(shè)定的基準(zhǔn)電壓送到基準(zhǔn)比較裝置7，基準(zhǔn)比較裝置7將放大裝置6的輸出信號(hào)和該基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。判斷裝置8從基準(zhǔn)比較裝置7的輸出和放大裝置6的輸出信號(hào)判斷超聲波的到達(dá)時(shí)間點(diǎn)。重復(fù)裝置9對(duì)判斷裝置8的輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的次數(shù)的計(jì)數(shù)，并將來(lái)自判斷裝置8的信號(hào)送到控制裝置12。計(jì)時(shí)裝置10對(duì)重復(fù)裝置9完成對(duì)判斷裝置8的輸出信號(hào)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的次數(shù)的計(jì)數(shù)所需的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。流量計(jì)算裝置11根據(jù)計(jì)時(shí)裝置10計(jì)得的時(shí)間并在考慮流路的尺寸及流體的流動(dòng)狀態(tài)之后計(jì)算出流體的流量?？刂蒲b置12根據(jù)流量計(jì)算裝置11、重復(fù)裝置9的輸出信號(hào)對(duì)發(fā)送裝置5和放大裝置6進(jìn)行控制。傳播計(jì)時(shí)單元13b根據(jù)從控制裝置12送來(lái)的超聲波發(fā)射開(kāi)始信號(hào)和來(lái)自判斷裝置8的輸出對(duì)超聲波在流路上的傳播時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。電壓設(shè)定單元13a根據(jù)傳播計(jì)時(shí)單元13b的輸出設(shè)定基準(zhǔn)電壓，并將其輸出到基準(zhǔn)比較裝置7。傳播計(jì)時(shí)單元13b和電壓設(shè)定單元13a構(gòu)成基準(zhǔn)設(shè)定裝置13。
下面說(shuō)明實(shí)施例1中的流量計(jì)量裝置中與基準(zhǔn)電壓設(shè)定有關(guān)的操作情況。
圖2為用于說(shuō)明實(shí)施例1中的流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。流量計(jì)測(cè)開(kāi)始時(shí)，控制裝置12使發(fā)送裝置5工作，從超聲波振蕩器2發(fā)射出超聲波。第1超聲波振蕩器2發(fā)射出的超聲波在流路1中的流體中傳播，并由第2超聲波振蕩器3加以接收。放大裝置6將與第2超聲波振蕩器3接收到的超聲波相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，使之達(dá)到一定的振幅后送至基準(zhǔn)比較裝置7和判斷裝置8。
傳播計(jì)時(shí)單元13b根據(jù)來(lái)自控制裝置12的表示超聲波開(kāi)始發(fā)射的信號(hào)和判斷裝置8的輸出對(duì)超聲波在流路上的傳播時(shí)間進(jìn)行計(jì)測(cè)。
接下來(lái)，傳播計(jì)時(shí)單元13b一邊對(duì)傳播時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，電壓設(shè)定單元13a一邊將基準(zhǔn)電壓下降至電壓Vb，在該電壓Vb上判斷裝置8能夠檢測(cè)到接收波的第2個(gè)峰值P2后最初的過(guò)零點(diǎn)T1。這樣，基準(zhǔn)比較裝置7和判斷裝置8將分別輸出信號(hào)B1和信號(hào)B2。這樣一來(lái)，在判斷裝置8檢測(cè)第3個(gè)峰值P3后最初的過(guò)零點(diǎn)的情況下，由傳播計(jì)時(shí)單元13b計(jì)時(shí)的傳播時(shí)間將縮短超聲波的1周期，超聲波如為500kHz的情況下將縮短2μs。
第1傳播計(jì)時(shí)單元13b計(jì)測(cè)到的傳播時(shí)間縮短超聲波頻率的1個(gè)周期的時(shí)間時(shí)，電壓設(shè)定單元13a會(huì)將基準(zhǔn)電壓提高到Vc，在該電壓上能夠檢測(cè)到接收波的第4個(gè)峰值P4后最初的過(guò)零點(diǎn)T2。這樣，基準(zhǔn)比較裝置7和判斷裝置8將分別輸出信號(hào)C1和信號(hào)C2。傳播計(jì)時(shí)單元13b進(jìn)行計(jì)時(shí)的傳播時(shí)間由此將比判斷裝置8檢測(cè)第3個(gè)峰值P3后最初的過(guò)零點(diǎn)的場(chǎng)合下延長(zhǎng)超聲波的1周期的時(shí)間。
使基準(zhǔn)電壓象上述那樣發(fā)生變化時(shí)，基準(zhǔn)電壓將如圖2中所示的那樣在接收波的第2個(gè)峰值P2附近至第3個(gè)峰值P3附近之間發(fā)生變化。電壓設(shè)定單元13a將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在其中間點(diǎn)上，并將設(shè)定好的電壓向基準(zhǔn)比較裝置7輸出。基準(zhǔn)比較裝置7將該基準(zhǔn)電壓與放大裝置6的輸出相比較，并將表示放大裝置6的輸出大于基準(zhǔn)電壓的時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)輸出至判斷裝置8。判斷裝置8將上述的時(shí)間點(diǎn)以后的放大裝置6的輸出的符號(hào)從正變負(fù)的最初的過(guò)零點(diǎn)Ta判斷為超聲波的到達(dá)時(shí)間點(diǎn)，并將表示該時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)輸出到重復(fù)裝置9中。
如上所述，在實(shí)施例1中，判斷裝置8能夠檢測(cè)出放大裝置6的輸出(接收波)中的特定時(shí)間點(diǎn)(如第3個(gè)峰值P3后最初的過(guò)零點(diǎn))的基準(zhǔn)電壓范圍是基準(zhǔn)設(shè)定裝置13一邊使基準(zhǔn)電壓發(fā)生變化一邊從傳播時(shí)間中檢測(cè)出來(lái)的，基準(zhǔn)電壓又被設(shè)定在該范圍的中間點(diǎn)上，故計(jì)測(cè)裝置可以穩(wěn)定地檢測(cè)出接收波中的特定時(shí)間點(diǎn)。由于計(jì)測(cè)裝置中能夠每進(jìn)行一次流量計(jì)量或者定期地象上面所述的那樣快速、高精度地設(shè)定基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓總是能保持在最合適的值上。
(實(shí)施例2)圖3為本發(fā)明的實(shí)施例2中的流量計(jì)量裝置的方框圖，圖4及圖5為說(shuō)明該流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖。時(shí)間差計(jì)時(shí)單元13c對(duì)基準(zhǔn)比較裝置7的輸出和判斷裝置8的輸出之間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)時(shí)。電壓設(shè)定單元13a根據(jù)時(shí)間差計(jì)時(shí)單元13c的輸出設(shè)定基準(zhǔn)電壓，并將設(shè)定好的電壓輸出至基準(zhǔn)比較裝置7。電壓設(shè)定單元13a和時(shí)間差計(jì)時(shí)單元13c構(gòu)成基準(zhǔn)設(shè)定裝置131。其他構(gòu)成部分由于實(shí)施例1和相同，故省略對(duì)其的說(shuō)明。
下面說(shuō)明具有上述構(gòu)成的流量計(jì)量裝置的操作情況。流量計(jì)量開(kāi)始時(shí)，控制裝置12使發(fā)送裝置5工作，從超聲波振蕩器2發(fā)射出超聲波。由第1超聲波振蕩器2發(fā)射出的超聲波在流路1中傳播，并由第2超聲波振蕩器3所接收，再由放大裝置6放大后，輸出到基準(zhǔn)比較裝置7。放大裝置6的增益由控制裝置12進(jìn)行控制，使接收信號(hào)達(dá)到一定的振幅。基準(zhǔn)比較裝置7將放大裝置6的輸出和基準(zhǔn)電壓Vc進(jìn)行比較，并與實(shí)施例1中同樣，在放大裝置6的輸出大于基準(zhǔn)電壓Vc時(shí)的時(shí)間點(diǎn)上向判斷裝置8和時(shí)間差計(jì)時(shí)單元13c輸出圖4中所示的信號(hào)C1。
判斷裝置8以基準(zhǔn)比較裝置7的輸出為參考，將圖4中所示的放大裝置6的輸出在上述時(shí)間點(diǎn)后的最初過(guò)零點(diǎn)Ta判定超聲波的到達(dá)時(shí)間點(diǎn)，并向時(shí)間差計(jì)時(shí)單元13c輸出信號(hào)C2。時(shí)間差計(jì)時(shí)單元13c從基準(zhǔn)比較裝置7的輸出信號(hào)C1和判斷裝置8的輸出信號(hào)C2對(duì)圖4中所示的時(shí)間差td進(jìn)行計(jì)時(shí)。電壓設(shè)定單元13a一邊輸入時(shí)間差計(jì)時(shí)單元13c計(jì)測(cè)的時(shí)間差td，一邊使基準(zhǔn)電壓Vc上下變化。如圖5中所示，時(shí)間差td因基準(zhǔn)電壓Vc的變化而變化。
基準(zhǔn)電壓Vc設(shè)定為與判斷裝置8能夠檢測(cè)接收波的第2個(gè)峰值P2后的最初的過(guò)零點(diǎn)Tb的電平即峰值P2的值幾乎相同的電壓V2時(shí)，時(shí)間差tdo是接收波的1/4個(gè)周期，即500ns。然后，增大基準(zhǔn)電壓使之超過(guò)V2后再由判斷裝置8檢測(cè)第3個(gè)峰值P3后最初的過(guò)零點(diǎn)Ta時(shí)，時(shí)間差td如圖5中所示將成為最大值。這以后，隨著基準(zhǔn)電壓的增加，時(shí)間差td將減?。划?dāng)基準(zhǔn)電壓達(dá)到與第3個(gè)峰值P3的電壓值幾乎相同的電壓V3時(shí)，時(shí)間差td再次成為tdo。
然后，電壓設(shè)定單元13a把時(shí)間差td將成為基準(zhǔn)電壓變化時(shí)的時(shí)間差td的最大值和最小值(周期的1/4)之間的中間點(diǎn)電壓設(shè)定為基準(zhǔn)電壓。通過(guò)進(jìn)行這樣的設(shè)定，時(shí)間差計(jì)時(shí)單元13c計(jì)得的時(shí)間差td將被設(shè)定在根據(jù)基準(zhǔn)電壓的變化而變化的范圍的中間點(diǎn)上，這樣，基準(zhǔn)電壓將被保持在能夠穩(wěn)定地檢測(cè)接收波的特定過(guò)零點(diǎn)Ta的電平上，且基準(zhǔn)電壓可被迅速并且高精度地設(shè)定好。由于計(jì)測(cè)裝置可以快速、高精度地在每次進(jìn)行流量計(jì)量時(shí)或者定期地進(jìn)行上述的基準(zhǔn)電壓的設(shè)定，故基準(zhǔn)電壓總是能夠保持在最合適的電平上。
(實(shí)施例3)圖6為本發(fā)明的實(shí)施例3中的流量計(jì)量裝置的方框圖。圖7為用來(lái)說(shuō)明該流量計(jì)量裝置的操作情況的示意圖，圖8為表示其操作情況的流程圖。流路1上相對(duì)于流體的流動(dòng)方向成一定角度φ設(shè)置有用于發(fā)射/接收超聲波的第1超聲波振蕩器2和第2超聲波振蕩器3。發(fā)送裝置5使第1超聲波振蕩器2或第2超聲波振蕩器3發(fā)射出超聲波。切換裝置4用于使第1超聲波振蕩器2和第2超聲波振蕩器3中的超聲波發(fā)射/接收操作發(fā)生交換。放大裝置6按照由控制裝置12所控制的增益對(duì)接收側(cè)的超聲波振蕩器所接收到的信號(hào)進(jìn)行放大，基準(zhǔn)比較裝置7將經(jīng)放大裝置6放大了的信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。判斷裝置8從基準(zhǔn)比較裝置7的輸出和由放大裝置6放大了的信號(hào)判斷超聲波的到達(dá)時(shí)刻。重復(fù)裝置9對(duì)判斷裝置8的輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，在計(jì)滿預(yù)先設(shè)定的次數(shù)的時(shí)間點(diǎn)上向控制裝置12發(fā)出信號(hào)。計(jì)時(shí)裝置10對(duì)重復(fù)裝置9完成對(duì)判斷裝置8的輸出信號(hào)計(jì)滿預(yù)先設(shè)定的次數(shù)為至的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。流量計(jì)算裝置11根據(jù)計(jì)時(shí)裝置10計(jì)得的時(shí)間并在考慮了管路的尺寸及流體的流動(dòng)狀態(tài)后，計(jì)算出流體的流量?？刂蒲b置12接收流量計(jì)算裝置11、重復(fù)裝置9發(fā)出的信號(hào)，對(duì)發(fā)送裝置5和放大裝置6進(jìn)行控制?；鶞?zhǔn)設(shè)定裝置14可由數(shù)/模(D/A)變換器或數(shù)控衰減器(Digital-Controlled Attenuator)構(gòu)成，用于設(shè)定基準(zhǔn)比較裝置7中的基準(zhǔn)電壓?；鶞?zhǔn)設(shè)定裝置14根據(jù)基準(zhǔn)電壓變化時(shí)的基準(zhǔn)比較裝置的輸出來(lái)確定基準(zhǔn)電壓。
下面參照?qǐng)D8對(duì)具有上述構(gòu)成的流量計(jì)量裝置的操作情況進(jìn)行說(shuō)明。電源接通之后，控制裝置12首先進(jìn)行初始設(shè)定操作，即調(diào)整放大裝置6的增益，設(shè)定基準(zhǔn)電壓。增益調(diào)整好以后，接收信號(hào)被放大成如圖7中所示那樣的(比方說(shuō))第5個(gè)峰值P5的電壓達(dá)到規(guī)定的范圍內(nèi)。如圖7所示，在接收信號(hào)高于上述范圍的下限期間，放大裝置6向控制裝置12和基準(zhǔn)設(shè)定裝置14中輸出峰值檢測(cè)信號(hào)PD。為了使接收側(cè)的超聲波振蕩器接收到的信號(hào)達(dá)到一定振幅，首先對(duì)放大裝置6的增益進(jìn)行調(diào)整，將其設(shè)定為第1增益(步驟1)。其后，對(duì)判斷接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)期而需檢測(cè)的峰值(比方說(shuō))第3個(gè)峰值P3前面的第2個(gè)峰值P2的電壓在流量計(jì)量過(guò)程中的變化幅度加以考慮，用比最初調(diào)整好的放大裝置6的第1增益大的第2增益對(duì)接收波進(jìn)行放大(步驟2)。被放大后的接收信號(hào)如圖7中所示。
圖7中的虛線為以第1增益放大的接收信號(hào)，實(shí)線為以第2增益放大的接收信號(hào)?；鶞?zhǔn)設(shè)定裝置14將用于與在第2增益上被放大的接收信號(hào)A相比較的圖7中所示的基準(zhǔn)電壓Vref從最低基準(zhǔn)電壓增加1個(gè)控制單位(例如5mV)(步驟3)。在實(shí)施例3中，最低的基準(zhǔn)電壓Vref被設(shè)定為比接收信號(hào)A的第1個(gè)峰值P1的電壓高但比第2個(gè)峰值P2的電壓低?？刂蒲b置12將重復(fù)裝置9的重復(fù)次數(shù)設(shè)定成1次后，使發(fā)送裝置5工作，從第1超聲波振蕩器2發(fā)射出超聲波信號(hào)(步驟4)。由第1超聲波振蕩器2發(fā)射出的超聲波信號(hào)在流路1中傳播，由第2超聲波振蕩器3加以接收，再經(jīng)放大裝置6放大后輸出到基準(zhǔn)比較裝置7。如圖7中所示，基準(zhǔn)比較裝置7將放大裝置6的輸出(接收信號(hào)A)和基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較，當(dāng)放大裝置6的輸出大于基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)向基準(zhǔn)設(shè)定裝置14和判斷裝置8輸出信號(hào)C2，C3，C4，C5(步驟5)?；鶞?zhǔn)設(shè)定裝置14對(duì)基準(zhǔn)比較裝置7的輸出信號(hào)C2至C5的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)(步驟6)，在放大裝置6輸出峰值檢測(cè)信號(hào)(步驟7)之前重復(fù)執(zhí)行上述的步驟5和步驟6。從放大裝置6有峰值檢測(cè)信號(hào)送來(lái)時(shí)，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14判斷基準(zhǔn)比較裝置7輸出的信號(hào)的個(gè)數(shù)是不是為3個(gè)(步驟8)。如果信號(hào)的個(gè)數(shù)不是3個(gè)，將基準(zhǔn)電壓Vref增加1個(gè)控制單位(步驟3)，其后再重復(fù)執(zhí)行步驟48?；鶞?zhǔn)比較裝置7輸出的信號(hào)的個(gè)數(shù)達(dá)到3個(gè)時(shí)，將放大裝置6的增益設(shè)置回第1增益(步驟9)。
也就是說(shuō)，當(dāng)基準(zhǔn)電壓Vref處于接收信號(hào)的第2個(gè)峰值P2的電壓以下時(shí)，基準(zhǔn)比較裝置7將輸出4個(gè)信號(hào)C2～C5，直至放大裝置6輸出峰值檢測(cè)信號(hào)為止。基準(zhǔn)電壓Vref超過(guò)接收波的第2個(gè)峰值P2的電壓時(shí)，基準(zhǔn)比較裝置7將不輸出信號(hào)C2，只輸出3個(gè)信號(hào)C3～C5。在基準(zhǔn)比較裝置14的輸出信號(hào)的個(gè)數(shù)從4變成3這一時(shí)間點(diǎn)上，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14停止增加基準(zhǔn)電壓Vref。并且，在放大裝置6的增益回到調(diào)整前的第1增益時(shí)，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14的基準(zhǔn)電壓Vref比接收信號(hào)的第2個(gè)峰值P2的電壓稍高一點(diǎn)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)電壓Vref和第2個(gè)峰值P2的電壓之間的差是考慮了第2個(gè)峰值P2的電壓在流量計(jì)量過(guò)程中的變化幅度后設(shè)定的，使得流量計(jì)量過(guò)程中接收信號(hào)的振幅即使發(fā)生變動(dòng)，第2個(gè)峰值P2的電壓也不會(huì)超過(guò)基準(zhǔn)電壓Vref。這樣，在此刻的基準(zhǔn)電壓Vref上，與第3個(gè)峰值P3的電壓之間可以有很大的余量，判斷裝置8相對(duì)于接收信號(hào)的振幅變動(dòng)能最穩(wěn)定地檢測(cè)出超聲波接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻。
如上所述，在本實(shí)施例中，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14根據(jù)基準(zhǔn)比較裝置7的輸出來(lái)設(shè)定基準(zhǔn)電壓，并在設(shè)定該基準(zhǔn)電壓時(shí)考慮到了為檢測(cè)接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)期而需檢測(cè)的峰值的前1個(gè)峰值在流量計(jì)量過(guò)程中的振幅變動(dòng)最大值。這樣一來(lái)，為檢測(cè)接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)期而需檢測(cè)的那個(gè)峰值的前1個(gè)峰值不會(huì)超過(guò)基準(zhǔn)電壓，為檢測(cè)接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)期而需檢測(cè)的那個(gè)峰值和基準(zhǔn)電壓之間將有很大的余量。因此，在實(shí)施例3的流量計(jì)量裝置中，計(jì)測(cè)過(guò)程不易受到接收信號(hào)的振幅變動(dòng)的影響，能夠高精度地對(duì)流量進(jìn)行計(jì)量。另外，在實(shí)施例3中雖然是在對(duì)放大裝置6的增益調(diào)整后再用比其大的規(guī)定的增益對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大，進(jìn)行基準(zhǔn)電壓設(shè)定的，但是，由于考慮到要檢測(cè)接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)期而需檢測(cè)的峰值(例如第3個(gè)峰值P3)的前1個(gè)峰值(即第2個(gè)峰值P2)的電壓在流量計(jì)測(cè)過(guò)程中的變動(dòng)幅度后，先將基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)定成比最大變動(dòng)時(shí)的第2個(gè)峰值P2的電壓要高，再使基準(zhǔn)電壓發(fā)生變更時(shí)基準(zhǔn)比較裝置7的輸出信號(hào)的個(gè)數(shù)能夠表示出接收信號(hào)的各峰值的電壓，故控制裝置12能夠從基準(zhǔn)比較裝置7的輸出信號(hào)的個(gè)數(shù)識(shí)別出接收信號(hào)和基準(zhǔn)電壓之間的相對(duì)關(guān)系。在對(duì)流量計(jì)量過(guò)程中發(fā)生的振幅變動(dòng)加以考慮后，控制裝置12也可以將基準(zhǔn)電壓Vref設(shè)定在要檢測(cè)接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)期而需檢測(cè)的第3個(gè)峰值P3和前1個(gè)的第2個(gè)峰值P2的電壓之間的任意電壓上。
(實(shí)施例4)圖9為本發(fā)明的第4實(shí)施例中的流量計(jì)量裝置的方框圖。圖10以及圖13為表示該流量計(jì)量裝置中的操作情況的示意圖，圖11及圖12為其操作情況的流程圖。
圖9中，時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15對(duì)基準(zhǔn)比較裝置7和判斷裝置8的輸出之間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)時(shí)。與實(shí)施例3不同的是，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14根據(jù)時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15的輸出來(lái)設(shè)定基準(zhǔn)比較裝置7的基準(zhǔn)電壓。其他構(gòu)成部分與圖6中所示的實(shí)施例3相同，在此就省略對(duì)它們的說(shuō)明。
下面借助圖11來(lái)說(shuō)明具有上述構(gòu)成的流量計(jì)量裝置的操作情況。電源接通后，控制裝置12首先進(jìn)行的初始設(shè)定操作是調(diào)整放大裝置6的增益，設(shè)定基準(zhǔn)電壓。實(shí)施例4中的放大裝置6的增益調(diào)整方式與實(shí)施例3中的相同，故在此就省略對(duì)其說(shuō)明。
首先，由控制裝置12調(diào)整放大裝置6的增益(步驟101)，使接收側(cè)的超聲波振蕩器接收到的信號(hào)達(dá)到規(guī)定的振幅。之后，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在可以設(shè)定的范圍中的最低電壓上(步驟102)。接下來(lái)，控制裝置12將重復(fù)裝置9的重復(fù)次數(shù)設(shè)定為1次后，使發(fā)送裝置5工作，從第1超聲波振蕩器2發(fā)射出超聲波信號(hào)(步驟103)。
由第1超聲波振蕩器2發(fā)射出的超聲波信號(hào)在流路1中傳播，并由第2超聲波振蕩器3加以接收，再由放大裝置6加以放大后，輸出到基準(zhǔn)比較裝置7中。
圖10中示出了放大后的接收信號(hào)?；鶞?zhǔn)比較裝置7將放大裝置6的輸出(接收信號(hào)A)和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較(步驟104)，在信號(hào)A超過(guò)基準(zhǔn)電壓的時(shí)間點(diǎn)Tc上向時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15和判斷裝置8輸出信號(hào)C。時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15接收到信號(hào)C后開(kāi)始計(jì)時(shí)(步驟105)，判斷裝置8將時(shí)間點(diǎn)Tc以后的信號(hào)A的最初的過(guò)零點(diǎn)Ta判斷為超聲波的到達(dá)時(shí)間點(diǎn)(步驟106)，將信號(hào)D輸出至重復(fù)裝置9和時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15中。輸出時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15在接收到信號(hào)D時(shí)停止計(jì)時(shí)(步驟107)，并將計(jì)得的時(shí)間差Td輸出至基準(zhǔn)設(shè)定裝置14?；鶞?zhǔn)設(shè)定裝置14將基準(zhǔn)電壓增加可變范圍中的1個(gè)控制單位(例如2mV)(步驟108)。由于重復(fù)裝置9中設(shè)定的重復(fù)次數(shù)為1次，控制裝置12從重復(fù)裝置9接收到表示重復(fù)操作已完成的信息的信號(hào)，再次使發(fā)送裝置5工作，從第1超聲波振蕩器2發(fā)射出超聲波信號(hào)。接下來(lái)，重復(fù)進(jìn)行步驟103至步驟108，直至基準(zhǔn)設(shè)定裝置14將基準(zhǔn)電壓設(shè)定到設(shè)定范圍中的最大電壓上為止。
基準(zhǔn)電壓從最小變化到最大這段時(shí)間內(nèi)，時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15計(jì)得的時(shí)間差發(fā)生很大變化的拐點(diǎn)有很多個(gè)。基準(zhǔn)設(shè)定裝置14將基準(zhǔn)電壓設(shè)置在比方說(shuō)這些拐點(diǎn)中與緊臨著的前一個(gè)的時(shí)間差相比較有1.3倍以上的變化的、且具有最大間隔的拐點(diǎn)之間的中間點(diǎn)上(步驟110)。
下面用圖13來(lái)說(shuō)明步驟110中的操作情況。圖13中示出了基準(zhǔn)設(shè)定裝置14將基準(zhǔn)電壓從最小變成最大期間由時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15計(jì)得的時(shí)間差。由于時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15計(jì)得的時(shí)間差為圖10中所示的基準(zhǔn)比較裝置7和判斷裝置8的輸出之間的時(shí)間差，當(dāng)基準(zhǔn)電壓被設(shè)定在接收信號(hào)的各個(gè)峰值(第1峰值P1，第2峰值P2，第3峰值P3…)的各個(gè)電壓附近時(shí)，與各個(gè)峰值相對(duì)應(yīng)的時(shí)間差TP1，TP2，TP3…將被計(jì)時(shí)。時(shí)間差TP1，TP2，TP3…將為超聲波的周期的約1/4(驅(qū)動(dòng)頻率為500KHz時(shí)為500ns)。由此開(kāi)始增加基準(zhǔn)電壓，超過(guò)各峰值電壓時(shí)，時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15計(jì)得的時(shí)間差將急劇地變大，出現(xiàn)圖13中所示的時(shí)間差TP1，TP2，TP3…上的拐點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，基準(zhǔn)電壓從不超過(guò)第2個(gè)峰值附近的峰值P2的電壓變化為超過(guò)第2個(gè)峰值P2的電壓期間，在時(shí)間差TP2上將出現(xiàn)拐點(diǎn)。這意味著成為時(shí)間差的拐點(diǎn)的基準(zhǔn)電壓處于接收信號(hào)的各峰值電壓附近。因此，拐點(diǎn)之間的幅度(基準(zhǔn)電壓幅度)為接收信號(hào)的各峰值的電壓差。
圖13中，拐點(diǎn)TP1，TP2之間的電壓差為接收信號(hào)的第1個(gè)峰值P1至第2個(gè)峰值P2的電壓差，拐點(diǎn)TP2，TP3之間的電壓差為接收信號(hào)的第2峰值P2和第3峰值P3的電壓差。這樣，使基準(zhǔn)電壓從最小變化到最大時(shí)，時(shí)間差的變化中存在多個(gè)拐點(diǎn)。如果將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在拐點(diǎn)之間的幅度最寬的范圍內(nèi)，即圖13中第2個(gè)峰值P2和第3個(gè)峰值P2之間的電壓之間的話，就能夠?qū)⒒鶞?zhǔn)電壓設(shè)定在接收信號(hào)的各峰值電壓之間差值最大的部分上。例如，基準(zhǔn)電壓可以設(shè)定在圖13中第2個(gè)峰值P2和第3個(gè)峰值P3的電壓的中間點(diǎn)電壓Vref上。這樣一來(lái)，基準(zhǔn)電壓和第2個(gè)峰值及第3個(gè)峰值的電壓之間將有很大的余量，對(duì)于接收信號(hào)的電壓變動(dòng)而言判斷裝置8可以最穩(wěn)定地檢測(cè)出超聲波的接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)期。
基準(zhǔn)設(shè)定裝置14如上面所述的那樣上設(shè)定好基準(zhǔn)電壓時(shí)，控制裝置12在重復(fù)裝置9中設(shè)定正式的重復(fù)次數(shù)(例如256次)，流量計(jì)量即告開(kāi)始。
下面利用圖12說(shuō)明流量計(jì)量開(kāi)始后的基準(zhǔn)設(shè)定裝置14中的操作情況。流量計(jì)量開(kāi)始后，控制裝置12使發(fā)送裝置5工作，從第1超聲波振蕩器2發(fā)射出超聲波信號(hào)(步驟12)，第2超聲波振蕩器3接收到的超聲波信號(hào)由放大裝置6放大后輸出至基準(zhǔn)比較裝置7及判斷裝置8?；鶞?zhǔn)比較裝置7將接收信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較(步驟13)，從接收信號(hào)大于基準(zhǔn)電壓的時(shí)間點(diǎn)起時(shí)間差計(jì)時(shí)單元13開(kāi)始計(jì)時(shí)(步驟14)，這樣的計(jì)時(shí)一直進(jìn)行到判斷裝置8檢測(cè)到其后最初的過(guò)零點(diǎn)為止(步驟15，16)。
判斷裝置8檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)(超聲波的到達(dá)時(shí)間點(diǎn))后，控制裝置12再次使發(fā)送裝置5工作，從超聲波振蕩器2發(fā)射出超聲波信號(hào)。從步驟12至16的一系列操作將重復(fù)進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的次數(shù)(步驟11)。初始設(shè)定操作中設(shè)定基準(zhǔn)電壓時(shí)，圖13中的拐點(diǎn)TP2至拐點(diǎn)TP3之間的時(shí)間差(500ns～800ns)被設(shè)定為規(guī)定的范圍。例如，可以將上述的規(guī)定范圍設(shè)在上述時(shí)間差的20％從80％之間，即560ns(＝(800ns-500ns)×0.2+500)至740ns(＝(800ns-500ns)×0.8+500)之間。規(guī)定的重復(fù)次數(shù)完成之后，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14判斷在步驟12至16的操作重復(fù)執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的次數(shù)期間由時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15計(jì)得的時(shí)間差中是否存在上述規(guī)定的范圍以外的時(shí)間差，根據(jù)時(shí)間差的分布決定是否再設(shè)定基準(zhǔn)電壓。亦即，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14判斷是否存在比規(guī)定的范圍短的時(shí)間差(不到560ns)(步驟17)，如果存在則象初始設(shè)定操作一樣地再次設(shè)定基準(zhǔn)電壓(步驟19)。如果不存在更短的時(shí)間差，則基準(zhǔn)設(shè)定裝置14同樣地判斷是否存在比上述規(guī)定范圍長(zhǎng)的時(shí)間差(超過(guò)740ns)(步驟18)，如果存在，則象初始設(shè)定操作中那樣再次設(shè)定基準(zhǔn)電壓(步驟19)。如果超出上述規(guī)定的范圍之外的短時(shí)間差和長(zhǎng)時(shí)間差都存在的話，控制裝置12則重新進(jìn)行初始設(shè)定操作。如不存在上述規(guī)定的范圍外的時(shí)間差，則結(jié)束流量計(jì)量，由計(jì)時(shí)裝置10對(duì)流量計(jì)量開(kāi)始至完成規(guī)定的重復(fù)次數(shù)的時(shí)間進(jìn)行測(cè)定。之后，第1超聲波振蕩器2和第2超聲波振蕩器3中進(jìn)行的超聲波信號(hào)的發(fā)射/接收操作由切換裝置4進(jìn)行切換，計(jì)測(cè)裝置執(zhí)行和上面同樣的操作，測(cè)定出被測(cè)定流體從上游至下游的超聲波傳播時(shí)間和從下游至上游的傳播時(shí)間，流量計(jì)算裝置11根據(jù)這些時(shí)間差并在考慮到流路的尺寸和流動(dòng)狀態(tài)的基礎(chǔ)上求出流量。
下面說(shuō)明基準(zhǔn)設(shè)定裝置14的其他操作情況。圖14為用于描述基準(zhǔn)設(shè)定裝置14的其他操作情況的流程圖。步驟11～16的操作情況與圖12的步驟11～16的操作情況相同。
超聲波信號(hào)的發(fā)射/接收操作在完成重復(fù)裝置9中預(yù)先設(shè)定的次數(shù)后，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14對(duì)從時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15在重復(fù)次數(shù)期間計(jì)得的時(shí)間差中是否存在初始設(shè)定操作中設(shè)定基準(zhǔn)電壓時(shí)2個(gè)拐點(diǎn)之間的時(shí)間差的幅度的規(guī)定的比率(與上述一樣為20％)的范圍的上限、下限雙方向的范圍之外的時(shí)間差進(jìn)行判斷(步驟21)。如果存在這樣的時(shí)間差，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14和初始設(shè)定操作中一樣再次設(shè)定基準(zhǔn)電壓(步驟22)。
在不存在這樣的時(shí)間差的場(chǎng)合下，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14判斷是否只存在比范圍的上限(740ns)長(zhǎng)的時(shí)間差(步驟23)。當(dāng)存在較長(zhǎng)的時(shí)間差時(shí)，判斷其次數(shù)是否超過(guò)規(guī)定的次數(shù)(例如10次)(步驟24)。當(dāng)其次數(shù)超過(guò)規(guī)定的次數(shù)時(shí)，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14以每次1個(gè)控制單位(2mV)的幅度重新設(shè)定(亦即增加)基準(zhǔn)電壓，即重新設(shè)定1次增加1個(gè)控制單位(2mV)，重新設(shè)定2次增加2個(gè)控制單位(步驟25，26)；其次數(shù)不到規(guī)定的次數(shù)時(shí)，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14使基準(zhǔn)電壓只增加1個(gè)控制單位(2mV)(步驟26)。
接下來(lái)，判斷是否只存在比基準(zhǔn)設(shè)定裝置14范圍的下限(560ns)短的時(shí)間差(步驟27)，在只存在較短的時(shí)間差的場(chǎng)合下，判斷其次數(shù)是否在規(guī)定的次數(shù)(例如10次)以上(步驟28)。如果其次數(shù)在規(guī)定的次數(shù)以上，則基準(zhǔn)設(shè)定裝置14以每次1個(gè)控制單位(2mV)的幅度重新設(shè)定(亦即減少)基準(zhǔn)電壓，即重新設(shè)定1次減少1個(gè)控制單位(2mV)，重新設(shè)定2次則減少2個(gè)控制單位(步驟29，30)。如其次數(shù)不到規(guī)定的次數(shù)，則基準(zhǔn)設(shè)定裝置14使基準(zhǔn)電壓只減少1個(gè)控制單位(2mV)(步驟30)。然后，根據(jù)與范圍的上限相比較(步驟23)以及和下限相比較(步驟27)的結(jié)果，如果計(jì)測(cè)到的所有的時(shí)間差在規(guī)定范圍內(nèi)的話，則不改變基準(zhǔn)電壓，過(guò)程結(jié)束。
這樣，進(jìn)行流量計(jì)量時(shí)，根據(jù)時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15的計(jì)得的時(shí)間差脫離設(shè)定基準(zhǔn)電壓時(shí)的時(shí)間差決定的規(guī)定的時(shí)間差幅度的次數(shù)對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行再次設(shè)定。
實(shí)施例4中，將時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15計(jì)得的時(shí)間差發(fā)生大幅度變化的多個(gè)拐點(diǎn)中具有最大間隔的拐點(diǎn)間的中間點(diǎn)設(shè)定為基準(zhǔn)電壓。如果接收信號(hào)的電壓變動(dòng)方向(增加或減少)上有偏向，如接收信號(hào)的電壓變動(dòng)不增加只減少，則基準(zhǔn)電壓可以不是設(shè)在時(shí)間差的拐點(diǎn)間的中點(diǎn)上，而是設(shè)在比其低的電壓上。這樣一來(lái)，對(duì)于接收信號(hào)的電壓變動(dòng)(減少)而言，與基準(zhǔn)電壓之間可以有很大的余量。在這樣的場(chǎng)合下，基準(zhǔn)電壓即使設(shè)定在例如時(shí)間差的最大間隔的拐點(diǎn)間的1/3的電壓上也可以，將基準(zhǔn)電壓根據(jù)接收信號(hào)的電壓變動(dòng)特性設(shè)定在任意的點(diǎn)上也是可以的。
通過(guò)上述的處理，可以將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在超聲波的接收波中相對(duì)于接收信號(hào)的電壓變動(dòng)最能穩(wěn)定地檢測(cè)超聲波信號(hào)的到達(dá)時(shí)期的電壓上。并且，基準(zhǔn)電壓的設(shè)定之后，當(dāng)流量計(jì)量時(shí)由時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15計(jì)得的時(shí)間差從根據(jù)基準(zhǔn)電壓設(shè)定好的時(shí)間差決定的規(guī)定時(shí)間差的范圍脫離時(shí)基準(zhǔn)電壓將被進(jìn)行再設(shè)定。這樣一來(lái)，基準(zhǔn)電壓能被自動(dòng)、迅速地設(shè)定好，設(shè)定好之后在流量計(jì)量裝置進(jìn)行流量計(jì)量時(shí)也可以將基準(zhǔn)電壓繼續(xù)保持在最適合的電壓上。
(實(shí)施例5)圖15為本發(fā)明的實(shí)施例5中的流量計(jì)量裝置的方框圖。圖16為表示其計(jì)測(cè)裝置的操作情況的流程圖。
其中，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14從控制裝置12接收表示從第1振蕩器及第2振蕩器發(fā)射出的超聲波方向的信號(hào)后，對(duì)設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行改變。由于其他構(gòu)成要素與實(shí)施例4中相同，故省略其說(shuō)明。
下面對(duì)具有上述構(gòu)成的流量計(jì)量裝置中與實(shí)施例4不同的基準(zhǔn)設(shè)定裝置14的操作情況進(jìn)行說(shuō)明。電源接通后，控制裝置12首先進(jìn)行的初始設(shè)定操作是調(diào)整放大裝置6的增益，設(shè)定基準(zhǔn)電壓。和實(shí)施例4中一樣，在基準(zhǔn)電壓設(shè)定操作中，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14使基準(zhǔn)電壓從最小向最大變化，并將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15計(jì)得的時(shí)間差發(fā)生很大變化的多個(gè)拐點(diǎn)中具有最大間隔的拐點(diǎn)間的中點(diǎn)上。然后，與實(shí)施例2中一樣，控制裝置12以重復(fù)裝置9中設(shè)定的次數(shù)進(jìn)行超聲波的發(fā)射和接收，對(duì)流量進(jìn)行計(jì)量(步驟51)。流量計(jì)量之后，控制裝置12計(jì)算出時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15計(jì)得的時(shí)間差的平均值(步驟52)。然后，控制裝置12通過(guò)切換裝置4使第1超聲波振蕩器2和第2超聲波振蕩器3進(jìn)行切換(步驟53)，再以同樣的過(guò)程對(duì)流量進(jìn)行計(jì)量(步驟54)，其后，計(jì)算出時(shí)間差計(jì)時(shí)單元15計(jì)得的時(shí)間差的平均值(步驟55)。基準(zhǔn)設(shè)定裝置14將第1超聲波振蕩器2及第2超聲波振蕩器3的各個(gè)發(fā)射方向的平均時(shí)間差進(jìn)行比較(步驟56)。平均時(shí)間差大于規(guī)定的值時(shí)，例如一方的時(shí)間差為600ns，另一方的時(shí)間差為670ns，存在10％以上的差時(shí)，基準(zhǔn)設(shè)定裝置14設(shè)定每個(gè)發(fā)射方向上的基準(zhǔn)電壓(步驟57)，以后根據(jù)不同的方向分別采用不同的基準(zhǔn)電壓。
如上所述，從上游向下游方向以及從下游向上游方向發(fā)射超聲波信號(hào)時(shí)，在各個(gè)發(fā)射方向上因流過(guò)流路的流體流量不同接收信號(hào)的靈敏度也不同，接收波的電壓和基準(zhǔn)電壓的關(guān)系也將發(fā)生變化。因此，實(shí)施例5中，時(shí)間差計(jì)時(shí)單元計(jì)得的時(shí)間差在超聲波信號(hào)發(fā)射方向不同的場(chǎng)合下，能夠在各個(gè)方向上設(shè)定最適的基準(zhǔn)電壓。采用實(shí)施例5中的流量計(jì)量裝置的話，即便因超聲波信號(hào)的發(fā)射方向不同引起上述的接收信號(hào)電壓上的差異，也能將基準(zhǔn)電壓保持在最合適的電壓上。
(實(shí)施例6)圖17為本發(fā)明的實(shí)施例6中的流量計(jì)量裝置的方框圖。圖18，圖19為說(shuō)明流量計(jì)量裝置的操作情況即基準(zhǔn)電壓的決定操作的示意圖。圖17中，基準(zhǔn)設(shè)定單元7a由預(yù)先設(shè)定基準(zhǔn)電壓或者改變基準(zhǔn)電壓的設(shè)定的數(shù)控衰減器等構(gòu)成。比較單元7b將基準(zhǔn)設(shè)定單元7a中設(shè)定的基準(zhǔn)電壓和接收側(cè)振蕩器的接收信號(hào)電壓進(jìn)行比較。時(shí)間差計(jì)時(shí)單元7c對(duì)比較單元7b的輸出和判斷裝置8的輸出之間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)時(shí)。與其他實(shí)施例不一樣的是，在實(shí)施例6中的流量計(jì)量裝置中，基準(zhǔn)比較裝置7由基準(zhǔn)設(shè)定單元7a、比較單元7b和時(shí)間差計(jì)時(shí)單元7c構(gòu)成。信號(hào)幅度檢測(cè)裝置16用于計(jì)算出基準(zhǔn)比較裝置7的輸出之后放大裝置6的輸出的任意的時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間。其他構(gòu)成要素由于與實(shí)施例3中相同，故省略對(duì)其的說(shuō)明。
下面說(shuō)明具有上述構(gòu)成的流量計(jì)量裝置的操作情況?；鶞?zhǔn)比較裝置7通過(guò)以下的方式?jīng)Q定基準(zhǔn)電壓?？刂蒲b置12在電源接通時(shí)的初始設(shè)定操作、流量計(jì)算裝置11計(jì)算出了異常值及判斷裝置8不能判別出超聲波信號(hào)的到達(dá)時(shí)期的場(chǎng)合下向基準(zhǔn)比較裝置7發(fā)出設(shè)定基準(zhǔn)電壓的指示，將基準(zhǔn)比較裝置7設(shè)定[基準(zhǔn)電壓決定操作]模式。當(dāng)基準(zhǔn)比較裝置7在控制裝置12的指示下進(jìn)入[基準(zhǔn)電壓決定操作]模式時(shí)，基準(zhǔn)設(shè)定單元7a將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在經(jīng)放大裝置6放大后的超聲波接收信號(hào)的峰值電壓附近。例如，如圖18中所示，第4個(gè)峰值P4為整個(gè)接收波的峰值的場(chǎng)合下，基準(zhǔn)設(shè)定單元7a將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在峰值P4的電壓Vrefs上。然后，基準(zhǔn)設(shè)定單元7a一邊將基準(zhǔn)電壓從電壓Vrefs逐漸降低，時(shí)間差計(jì)時(shí)單元7c一邊對(duì)比較單元7b的輸出信號(hào)和判斷裝置8的輸出信號(hào)之間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)時(shí)。
舉例來(lái)說(shuō)，基準(zhǔn)電壓位于圖18的虛線中所示的Vrefp的場(chǎng)合下，判斷裝置8在放大裝置6輸出的接收波達(dá)到電壓Vrefp以后最初的過(guò)零點(diǎn)Ta處輸出下降信號(hào)E。此時(shí)，時(shí)間差計(jì)時(shí)單元7c對(duì)比較單元7b的輸出信號(hào)C和判斷裝置8的輸出信號(hào)E之間的時(shí)間差td進(jìn)行計(jì)時(shí)。
圖19中示出了基準(zhǔn)電壓如上面所述的那樣下降時(shí)時(shí)間差計(jì)時(shí)單元7c中計(jì)得的時(shí)間差td。當(dāng)基準(zhǔn)電壓處在超聲波接收信號(hào)的各個(gè)峰值(第2個(gè)峰值P2，第3個(gè)峰值P3…)上時(shí)，時(shí)間差td為超聲波頻率的1/4周期，處于其他部分上時(shí)則隨著基準(zhǔn)電壓的下降時(shí)間差將變長(zhǎng)。
如上所述，時(shí)間差td和基準(zhǔn)電壓之間存在一定相關(guān)關(guān)系，時(shí)間差td為超聲波的1/4周期時(shí)的基準(zhǔn)電壓為超聲波接收信號(hào)的各峰值電壓?；鶞?zhǔn)設(shè)定單元7a將第3個(gè)峰值和第2個(gè)峰值的電壓中間的基準(zhǔn)電壓Vr2及第2個(gè)峰值和第1個(gè)峰值P1的電壓中間的基準(zhǔn)電壓Vr1存貯起來(lái)后，基準(zhǔn)比較裝置7的「基準(zhǔn)電壓決定操作模式」即告結(jié)束。
為了檢測(cè)接收信號(hào)的到達(dá)時(shí)期要檢測(cè)比方說(shuō)第3個(gè)峰值P3時(shí)，控制裝置12將峰值P3的電壓和其前1個(gè)峰值即第2個(gè)峰值P2的電壓之間的中間電壓Vr2設(shè)定為基準(zhǔn)電壓后，進(jìn)行流量計(jì)量。另外，在實(shí)施例6中，對(duì)放大裝置6的增益進(jìn)行調(diào)整后，在「基準(zhǔn)電壓決定操作模式」中最初設(shè)定成將基準(zhǔn)電壓從接收信號(hào)的整體上的峰值電壓開(kāi)始逐漸減少。但是，與此相反，從接收信號(hào)振幅最小的第1個(gè)峰值P1附近開(kāi)始逐漸增加電壓，根據(jù)時(shí)間差計(jì)時(shí)單元7c計(jì)得的時(shí)間差將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在規(guī)定的峰值之間(如峰值P2，P3之間)的中間電壓上的話也可以達(dá)到同樣的效果。
此外，雖然在實(shí)施例6中象上面所述的那樣基準(zhǔn)電壓是被設(shè)置在接收信號(hào)中的峰值電壓的中間點(diǎn)上的，但是，象實(shí)施例2中所述的那樣，接收信號(hào)的電壓(振幅)變動(dòng)方向(增加或減少)有偏向時(shí)，也可以將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在相對(duì)于接收信號(hào)的電壓變動(dòng)在特定的峰值電壓間能和基準(zhǔn)電壓取得很大差值的任意電壓上。比方說(shuō)，可以如實(shí)施例2中所述的那樣，將基準(zhǔn)電壓設(shè)定在規(guī)定的特定峰值間的電壓的1/3上。
如上所述，在實(shí)施例6中，在電源接通時(shí)的初始設(shè)定操作及其后的基準(zhǔn)電壓設(shè)定操作時(shí)，時(shí)間差計(jì)時(shí)單元7c從進(jìn)行計(jì)時(shí)的比較單元7b和判斷裝置8的輸出信號(hào)之間的時(shí)間差決定基準(zhǔn)設(shè)定單元7a的基準(zhǔn)電壓并將其存貯起來(lái)。由于該基準(zhǔn)電壓是根據(jù)實(shí)際的超聲波信號(hào)的接收波來(lái)決定的，故實(shí)施例6中的流量計(jì)量裝置能夠在最合適的基準(zhǔn)電壓上對(duì)流量進(jìn)行計(jì)量。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)在流路上流動(dòng)的流體的流量進(jìn)行計(jì)量的流量計(jì)量裝置，其特征在于包括設(shè)置在所述流路上的、發(fā)射和接收超聲波信號(hào)的第1振蕩器及第2振蕩器；驅(qū)動(dòng)所述第1和第2振蕩器的發(fā)送裝置；切換所述第1和第2振蕩器的超聲波信號(hào)的發(fā)射/接收的切換裝置；將所述第1和第2振蕩器的接收信號(hào)進(jìn)行放大的放大裝置；根據(jù)所述超聲波信號(hào)在所述第1和第2振蕩器之間的傳播時(shí)間計(jì)算出流量的流量計(jì)算裝置；將所述的經(jīng)放大的接收信號(hào)電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并且輸出表示所述接收信號(hào)的所述電壓與所述基準(zhǔn)電壓之間的大小關(guān)系發(fā)生變化的時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)的基準(zhǔn)比較裝置；從所述基準(zhǔn)比較裝置輸出的所述信號(hào)和所述放大裝置的輸出判定所述超聲波信號(hào)到達(dá)所述第1或第2振蕩器的時(shí)間點(diǎn)，并且輸出表示所述到達(dá)時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)的判斷裝置；以及包括時(shí)間差計(jì)時(shí)單元和電壓設(shè)定單元的基準(zhǔn)設(shè)定裝置，所述時(shí)間差計(jì)時(shí)單元對(duì)所述基準(zhǔn)比較裝置輸出的所述信號(hào)與所述判斷裝置輸出的所述信號(hào)之間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)時(shí)，所述電壓設(shè)定單元根據(jù)所述時(shí)間差計(jì)時(shí)單元的輸出確定所述基準(zhǔn)電壓。
2.如權(quán)利要求1中所述的流量計(jì)量裝置，其特征在于所述基準(zhǔn)設(shè)定裝置根據(jù)使所述基準(zhǔn)電壓變化時(shí)所述時(shí)間差計(jì)時(shí)單元計(jì)得的所述時(shí)間差發(fā)生很大變化的多個(gè)拐點(diǎn)來(lái)設(shè)定所述基準(zhǔn)電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的流量計(jì)量裝置，其特征在于所述基準(zhǔn)設(shè)定裝置將所述基準(zhǔn)電壓設(shè)定在所述多個(gè)拐點(diǎn)中具有最大間隔的拐點(diǎn)之間。
4.如權(quán)利要求3所述的流量計(jì)量裝置，其特征在于所述基準(zhǔn)設(shè)定裝置將所述基準(zhǔn)電壓設(shè)定在具有最大間隔的所述拐點(diǎn)之間的中點(diǎn)上。
5.如權(quán)利要求2所述的流量計(jì)量裝置，其特征在于所述基準(zhǔn)設(shè)定裝置在所述時(shí)間差計(jì)時(shí)單元計(jì)得的所述時(shí)間差偏離規(guī)定的范圍時(shí)改變所述的基準(zhǔn)電壓。
6.如權(quán)利要求2所述的流量計(jì)量裝置，其特征在于所述基準(zhǔn)設(shè)定裝置將所述基準(zhǔn)電壓設(shè)定成，當(dāng)所述基準(zhǔn)電壓從設(shè)定范圍的最小變化至最大時(shí)，所述時(shí)間差計(jì)時(shí)單元輸出的所述時(shí)間差既包括規(guī)定范圍的最大值附近的值也包括最小值附近的值。
7.如權(quán)利要求2所述的流量計(jì)量裝置，其特征在于使所述基準(zhǔn)電壓從設(shè)定范圍的最小變化到最大時(shí)所述時(shí)間差計(jì)時(shí)單元計(jì)得的所述時(shí)間差偏離出規(guī)定的范圍一定的次數(shù)時(shí)，所述基準(zhǔn)設(shè)定裝置將使所述基準(zhǔn)電壓改變。
8.如權(quán)利要求2項(xiàng)所述的流量計(jì)量裝置，其特征在于當(dāng)所述時(shí)間差計(jì)時(shí)單元計(jì)得的所述時(shí)間差在超聲波信號(hào)的發(fā)射/接收的各個(gè)方向上的差值大于規(guī)定值的場(chǎng)合下，對(duì)于所述超聲波信號(hào)的發(fā)射/接收的方向分別設(shè)定所述基準(zhǔn)電壓。
9.一種用于對(duì)在流路上流動(dòng)的流體的流量進(jìn)行計(jì)量的流量計(jì)量裝置，其特征在于包括設(shè)置在所述流路上的、用于發(fā)射和接收超聲波信號(hào)的第1振蕩器及第2振蕩器；驅(qū)動(dòng)所述第1和第2振蕩器的發(fā)送裝置；切換所述第1或第2振蕩器的超聲波信號(hào)發(fā)射/接收操作的切換裝置；將所述第1和第2振蕩器的接收信號(hào)進(jìn)行放大的放大裝置；根據(jù)所述超聲波信號(hào)在所述第1和第2振蕩器之間的傳播時(shí)間計(jì)算出流量的流量計(jì)算裝置；將經(jīng)放大的所述接收信號(hào)的電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并輸出表示所述接收信號(hào)的電壓與所述基準(zhǔn)電壓之間的大小關(guān)系發(fā)生變化的時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)的基準(zhǔn)比較裝置；從所述基準(zhǔn)比較裝置的輸出的所述信號(hào)和所述放大裝置的輸出判定所述超聲波信號(hào)到達(dá)所述第1和第2振蕩器的時(shí)間點(diǎn)，并輸出表示所述到達(dá)時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)的判斷裝置；對(duì)所述基準(zhǔn)比較裝置的輸出的所述信號(hào)和所述判斷裝置輸出的所述信號(hào)之間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)時(shí)的時(shí)間差計(jì)時(shí)單元；以及根據(jù)所述基準(zhǔn)電壓從被放大的所述接收信號(hào)的峰值附近的電壓開(kāi)始逐漸減少時(shí)所述時(shí)間差計(jì)時(shí)單元計(jì)得的所述時(shí)間差來(lái)設(shè)定所述基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)設(shè)定單元。
全文摘要
本發(fā)明的流量計(jì)量裝置根據(jù)超聲波沿流體管路的的傳播時(shí)間來(lái)計(jì)量流體管路中流過(guò)的流體流量，將接收到的超聲波信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較而檢測(cè)出超聲波的到達(dá)時(shí)刻。電壓設(shè)定單元根據(jù)使基準(zhǔn)電壓變化時(shí)對(duì)從超聲波開(kāi)始發(fā)射到判斷裝置的輸出為止的超聲波在流體管路的傳播時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)的傳播計(jì)時(shí)單元的輸出確定合適的基準(zhǔn)電壓。從而使基準(zhǔn)電壓能夠又快又準(zhǔn)地設(shè)定好，流量計(jì)量裝置總是能在最合適的基準(zhǔn)電壓上對(duì)流量進(jìn)行計(jì)量。
文檔編號(hào)G01F1/66GK1971219SQ20061016598
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2003年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月5日
發(fā)明者江口修, 竹村晃一, 安倍秀二 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社