專利名稱：流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流量計(jì)，特別地涉及一種利用超聲波來(lái)測(cè)量流體流率的流量計(jì)。
背景技術(shù)：
為了測(cè)量城市煤氣LPG(液化石油氣)的流率，廣泛使用了利用超聲波的流量計(jì)。日本專利公布出版物No.9-189589公開了一種利用超聲波測(cè)量流率的普通流量計(jì)。圖40示出了一個(gè)普通流量計(jì)900的縱向和垂直截面圖，圖41是該普通流量計(jì)900在高度方向的截面圖。圖41示出了流量計(jì)900的流路結(jié)構(gòu)。圖42是沿著圖40中箭頭A方向的橫截面圖。圖42示出了當(dāng)流率高的時(shí)候的流量計(jì)900的流路結(jié)構(gòu)。流量計(jì)900含有規(guī)定了流路101的流路壁105，作為測(cè)量對(duì)象的流體即通過(guò)該流路流動(dòng)。如圖41所示，流路壁105規(guī)定了流路的橫截面108是四邊形的，該橫截面有一對(duì)長(zhǎng)邊108A和一對(duì)短邊108B。在流路壁105內(nèi)提供了一對(duì)通常為平行六面體的發(fā)送接收器(transceivier)131，用于發(fā)送和接收通過(guò)流路101傳播的超聲波。兩個(gè)發(fā)送接收器131分別設(shè)置在流路壁105的上游部分和下游部分。每個(gè)發(fā)送接收器131都有一個(gè)用來(lái)發(fā)送和接收通過(guò)流路101傳播的超聲波的四邊形表面132。發(fā)送接收表面132沿著流路壁105短邊108B方向上的長(zhǎng)度基本上相同于短邊108B的長(zhǎng)度。每個(gè)發(fā)送接收器131都被設(shè)置得與短邊108B對(duì)準(zhǔn)。
流量計(jì)900含有一個(gè)流率計(jì)算部分123，它能根據(jù)由這對(duì)發(fā)送接收器131獲得的超聲波發(fā)送和接收結(jié)果來(lái)計(jì)算流經(jīng)流路101的流體的流率。流率計(jì)算部分123又包含了一個(gè)連接在每個(gè)發(fā)送接收器131上的測(cè)量控制部分124和一個(gè)連接在測(cè)量控制部分124上的計(jì)算部分125。
具有上述結(jié)構(gòu)的流量計(jì)900的操作如下。當(dāng)一個(gè)作為測(cè)量對(duì)象的流體注經(jīng)流路101時(shí)，一個(gè)由上游發(fā)送接收器131發(fā)送的超聲波以傾斜于流體流動(dòng)方向的方向傳播并通過(guò)流路101到達(dá)下游發(fā)送接收器131。一個(gè)由下游發(fā)送接收器131發(fā)送的超聲波以傾斜于流體流動(dòng)方向反方向地傳播并通過(guò)流路101到達(dá)上游發(fā)送接收器131。測(cè)量控制部分124測(cè)量?jī)蓚€(gè)傳播時(shí)間，其中第一傳播時(shí)間是超聲波從上游發(fā)送接收器131傳播到下游發(fā)送接收器131所需的時(shí)間，第二傳播時(shí)間是從下游發(fā)送接收器131傳播到上游發(fā)送接收器131所需的時(shí)間。當(dāng)流體在流路101中流動(dòng)時(shí)，第一和第二傳播時(shí)間將互不相同。計(jì)算部分125根據(jù)測(cè)量控制部分124測(cè)得的第一和第二傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算流經(jīng)流路101的流體的流率。
當(dāng)流體以高流率流經(jīng)流路101時(shí)，就得到一個(gè)沿著圖42所示的流路橫截面108的高流率流速分布尺。如圖42所示，沿著流路橫截面108的流率基本上是均勻的。當(dāng)流體以低流率流動(dòng)時(shí)，就得到一個(gè)沿圖40所示流路橫截面108的低流率流速分布S。如圖40所示，愈靠近流路壁105流率愈低，在中央處流率為最大值。于是流率呈現(xiàn)拋物線分布。每個(gè)發(fā)送接收器131的發(fā)送接收表面132的沿著流路壁105短邊108B方向的長(zhǎng)度基本上相同于短邊108B的長(zhǎng)度。每個(gè)發(fā)送接收器131都被設(shè)置得對(duì)準(zhǔn)于短邊108B。因此，每個(gè)發(fā)送接收器131的接收超聲波的表面的兩條邊對(duì)應(yīng)于流路1的短邊108B。因此每個(gè)發(fā)送接收器131都接收到全部該表面上的超聲波。結(jié)果，完全可以測(cè)量出高流率流速分布R和低流率流速分布S。
不過(guò)，當(dāng)流體以更高流率流經(jīng)流路101時(shí)，可測(cè)的流率范圍將被放大，于是該流路橫截面108需要放大。每個(gè)發(fā)送接收器131的發(fā)送接收表面132也需要放大。這將要求制作具有更大發(fā)送接收表面132的發(fā)送接收器131，從而將提高成本。
當(dāng)發(fā)送接收表面132的沿著流路橫截面108短邊108B的長(zhǎng)度小于短邊108B的長(zhǎng)度時(shí)，就不能測(cè)量到完整的低流率流速分布S。為了能根據(jù)低流率流速分布S來(lái)獲得真實(shí)的流率測(cè)量(平均流率)，基于第一和第二傳播時(shí)間計(jì)算的流體流率將需要根據(jù)一個(gè)與流率有關(guān)的校正系數(shù)來(lái)校正。也不能完整地測(cè)量到高流率流速分布R。為了獲得平均流率，也需要根據(jù)一個(gè)與流率有關(guān)的校正系數(shù)來(lái)校正計(jì)算得到的流率。在高流率區(qū)域和低流率區(qū)域，校正系數(shù)有很大的不同。在高流率區(qū)域與低流率區(qū)域之間的過(guò)渡區(qū)域中，校正系數(shù)變化很大。因此在過(guò)渡區(qū)域中，即使流率的測(cè)量只有小的誤差，它也會(huì)被變化很大的校正系數(shù)所放大。結(jié)果，過(guò)渡區(qū)域中的流率測(cè)量精度不能保證。
為了解決這一問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種能以高精度測(cè)量寬廣范圍流率的流量計(jì)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能減小高、低流率區(qū)域之間的過(guò)渡區(qū)域中的校正系數(shù)變化的流量計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一種流量計(jì)包含一個(gè)流體在其中流動(dòng)的流路；一對(duì)用于發(fā)送和接收通過(guò)該流路傳播的超聲波的發(fā)送接收器；以及一個(gè)能根據(jù)這對(duì)發(fā)送接收器發(fā)送和接收超聲波的結(jié)果來(lái)計(jì)算流經(jīng)該流路的流體的流率的流率計(jì)算部分。該流路具有一個(gè)等流速區(qū)域，在該區(qū)域中流體在從高流率區(qū)域到低流率區(qū)域的全部流率區(qū)域范圍內(nèi)基本上以相同的流速流動(dòng)。這對(duì)發(fā)送接收器發(fā)送和接收的超聲波在該等流速區(qū)域中傳播。這樣便達(dá)到了上述目的。
等流速區(qū)域可以設(shè)置在一個(gè)在高度方向上偏離于流路中央的位置上。這對(duì)發(fā)送接收器各自都可以設(shè)置在一個(gè)在高度方向上偏離于流路中央的位置上。使得它們?cè)诟叨确较蛏系奈恢门c等流速區(qū)域在高度方向上的位置相匹配。
流路的橫截面可以是一個(gè)四邊形，該四邊形由兩條高度方向上的短邊和兩條寬度方向上的長(zhǎng)邊所確定。這對(duì)發(fā)送接收器可以分別設(shè)置在兩條短邊上。
這對(duì)發(fā)送接收器可以發(fā)送和接收沿兩條長(zhǎng)邊方向傳經(jīng)流路的超聲波。
流路的橫截面可以是一個(gè)四邊形，該四邊形由兩條高度方向上的短邊和兩條寬度方向上的長(zhǎng)邊所確定。這對(duì)發(fā)送接收器可以各自含有一個(gè)用于發(fā)送和接收超聲波的矩形發(fā)送接收表面。每個(gè)發(fā)送接收器在高度方向上偏離流路中央的偏離量L1可以滿足關(guān)系式(H-W)×0.3≤L1≤(H-W)×0.7，最好滿足關(guān)系式(H-W)×0.4≤L1≤(H-W)×0.6，其中H是橫截面沿高度方向的短邊的長(zhǎng)度，W是發(fā)送接收器的矩形發(fā)送接收表面沿高度方向的長(zhǎng)度。
流路的橫截面可以是一個(gè)四邊形，該四邊形由兩條沿高度方向的短邊和兩條沿寬度方向的長(zhǎng)邊所確定。其中長(zhǎng)邊與短邊之比值在1.1至5之間。
流路的橫截面可以是一個(gè)四形邊，該四邊形由兩條沿高度方向的短邊和兩條沿寬度方向的長(zhǎng)邊所確定。這對(duì)發(fā)送接收器各自都可以有一個(gè)用于發(fā)送和接收超聲波的矩形發(fā)送接收表面。每個(gè)發(fā)送接收器的發(fā)送接收表面的長(zhǎng)度W和流路沿高度方向上的每條短邊的長(zhǎng)度H可以滿足關(guān)系式0.3×H≤W≤0.7×H。
流路的高度方向可以是重力方向。這對(duì)發(fā)送接收器可以沿相反于重力方向的方向偏移。
該流量計(jì)還可以含有一個(gè)非對(duì)稱流動(dòng)建立(promotion)部分，它可以使等流速區(qū)域在流路的高度方向上發(fā)生偏移。使得每個(gè)發(fā)送接收器在流路高度方向上的位置匹配于等流速區(qū)在高度方向上的位置。
流路中可以含有一個(gè)位于這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的入口部分，而非對(duì)稱流動(dòng)建立部分則使測(cè)量流路相對(duì)于該入口部分發(fā)生偏移。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)。
流路可以含有分別設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)和下游側(cè)的一個(gè)入口部分和一個(gè)出口部分。入口部分和出口部分可以設(shè)置得互相同軸或互相平行。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以含有一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的彎曲部分，用于使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向提高流路。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以含有一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的流路壁上的臺(tái)階。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以含有一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的不同形狀部分，該不同形狀部分含有兩個(gè)分別設(shè)置在流路的兩個(gè)不同壁部分上的端部，兩個(gè)端部有不同的形狀，并且兩個(gè)壁部分在高度方向上是互相面對(duì)的。
在不同形狀部分的兩個(gè)端部中，一個(gè)可以做成為臺(tái)階形的，另一個(gè)可以是光滑地彎曲的。
兩個(gè)端部在流體流動(dòng)的方向上可以是互相偏離的。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以含有一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)的流路壁部分上的臺(tái)階，以及一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的不同形狀部分，該不同形狀部分有兩個(gè)分別設(shè)置在兩個(gè)不同的流路壁部分上的端部，兩個(gè)端部具有不同的形狀，并且兩個(gè)壁部分在高度方向上互相面對(duì)。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以含有一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的用來(lái)使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向上抬高流路的彎曲部分，以及一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的流路壁部分上的臺(tái)階。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以含有一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的用來(lái)使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向上抬高流路的彎曲部分，一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的流路壁部分上的臺(tái)階，以及一個(gè)不同形狀部分，后者有兩個(gè)分別設(shè)置在兩個(gè)不同的流路壁部分上的端部，兩個(gè)端部具有不同的形狀，并且兩個(gè)壁部分在高度方向上互相面對(duì)。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以含有一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的整流器(rectifier)，它為流體流動(dòng)提供阻力，該阻力在流路的高度方向上是變化的。
這對(duì)發(fā)送接收器各自都可設(shè)置在一個(gè)在高度方向上偏離于流路中央的位置上。
這對(duì)發(fā)送接收器各自都可設(shè)置在一個(gè)在高度方向上偏離于流路中央的位置上，使得被非對(duì)稱流動(dòng)建立部分在流路高度方向上偏移了的等流速區(qū)域位置能基本上匹配于兩個(gè)發(fā)送接收器各自在高度方向上的位置。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以含有一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的用于使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向上抬高流路的彎曲部分。這對(duì)發(fā)送接收器各自都可設(shè)置在一個(gè)向著該彎曲部分的外周表面偏移的位置上。
這對(duì)發(fā)送接收器各自都可以含有一個(gè)用于發(fā)送和接收超聲波的矩形發(fā)送接收表面。該發(fā)送接收表面可以小于高度方向上的流路尺寸。
流體既可沿著從上游位置到下游位置的向前方向(前向)流過(guò)流路，也可沿著從下游位置到上游位置的向后方向(后向)流過(guò)流路。非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以含有一個(gè)前向非對(duì)稱流動(dòng)建立部分和一個(gè)后向非對(duì)流建立部分，前者用于使沿前向流動(dòng)的流體的等流速區(qū)域在高度方向發(fā)生偏移，后者用于使沿后向流動(dòng)的流體的等流速區(qū)域在高度方向發(fā)生偏稱。
前向和后向非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以使等流速區(qū)域沿相同的方向偏移。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以含有一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的用于使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向抬高流路的上游彎曲部分，以及一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的用于使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向上抬高流路的下游彎曲部分。上游和下游彎曲部分沿相同的方向彎曲。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分可以含有一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的一個(gè)流路壁部分上的臺(tái)階和一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的一個(gè)流路壁部分上的臺(tái)階，以及一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的不同形狀部分和一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的不同形狀部分，每個(gè)不同形狀部分都有兩個(gè)分別設(shè)置在流路的兩個(gè)不同的壁部分上的端部，兩個(gè)端部有不同的形狀，并且兩個(gè)壁部分在高度方向上互相面對(duì)。分別含有位于這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)臺(tái)階的兩個(gè)壁部分可以在同一個(gè)邊上。分別含有位于這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)不同形狀部分各自的一個(gè)端部的兩個(gè)壁部分可以在同一個(gè)邊上，分別含有位于這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)不同形狀部分各自的另一個(gè)端部的兩個(gè)壁部分位在同一個(gè)邊上。
流路可以由一個(gè)含有一對(duì)開口的壁來(lái)定義，這對(duì)開口分別用于讓這對(duì)發(fā)送接收器暴露于流路。流路還可以含有一對(duì)分別設(shè)置在這對(duì)開口與流路之間的開孔整流器，用于減少流入這對(duì)開口的流體量和避免流過(guò)流路的流體的流動(dòng)受到干擾。
可以在這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)設(shè)置一個(gè)含有一些細(xì)微通路開口的流動(dòng)偏移限制部分。
可以在這對(duì)發(fā)送接收器的下游側(cè)設(shè)置在一個(gè)含有一些細(xì)微通路開口的流動(dòng)偏移限制部分。
這對(duì)開孔整流器各自都可以帶有一些細(xì)微的超聲開口。分別設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)和下游側(cè)的開孔整流器中的細(xì)微超聲開口可以有不同的開口尺寸或形狀。
設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的開孔整流器中的細(xì)微超聲開口的尺寸可以大于設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的開孔整流器中的細(xì)微超聲開口的尺寸。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1說(shuō)明本發(fā)明的基本原理。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明第一例的一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖2B是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一例的流量計(jì)的流路結(jié)構(gòu)的流量計(jì)高度方向截面圖。
圖3是說(shuō)明當(dāng)流率低時(shí)的流路結(jié)構(gòu)的從圖2A中箭頭A方向看去的橫截面圖。
圖4是說(shuō)明當(dāng)流率高時(shí)的流路結(jié)構(gòu)的從圖2A中箭頭A方向看去的橫截面圖。
圖5是說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明第一例的流量計(jì)中流率與校正系數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
圖6是說(shuō)明可用于根據(jù)本發(fā)明第一例的流量計(jì)的一個(gè)發(fā)送接收器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一例的另一個(gè)流量計(jì)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一例的另一個(gè)流量計(jì)的流路結(jié)構(gòu)的高度方向的截面圖。
圖9是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一例的又一個(gè)流量計(jì)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第二例的一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第二例的流量計(jì)的縱向和水平截面圖。
圖12是說(shuō)明當(dāng)流率高時(shí)的流速分布的根據(jù)本發(fā)明第二例的流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖13是說(shuō)明一個(gè)普通流量計(jì)中的流率與校正系數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
圖14是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二例的流量計(jì)中的流率與校正系數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明第二例的另一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明第二例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖17是根據(jù)本發(fā)明第二例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖18是根據(jù)本發(fā)明第二例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖19是根據(jù)本發(fā)明第二例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖20是根據(jù)本發(fā)明第二例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖21是說(shuō)明圖20所示根據(jù)本發(fā)明第二例的流量計(jì)的一個(gè)發(fā)送接收器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的縱向和垂直截面圖。
圖22是根據(jù)本發(fā)明第三例的流量計(jì)的縱向和水平截面圖。
圖23是根據(jù)該第三例的流量計(jì)的縱向和水平截面圖。
圖24是說(shuō)明當(dāng)流率高時(shí)的流速分布的根據(jù)本發(fā)明第三例的流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖25是根據(jù)本發(fā)明第三例的另一流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖26是根據(jù)本發(fā)明第三例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖27是根據(jù)本發(fā)明第三例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖28是根據(jù)本發(fā)明第三例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖29是根據(jù)本發(fā)明第三例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖30是根據(jù)本發(fā)明第三例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖31是根據(jù)本發(fā)明第四例的一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖32是根據(jù)本發(fā)明第四例的流量計(jì)的縱向和水平截面圖。
圖33是根據(jù)本發(fā)明第四例的流量計(jì)中的一個(gè)流動(dòng)偏移限制部分的平面圖。
圖34是根據(jù)本發(fā)明第四例的流量計(jì)中的一個(gè)波動(dòng)限制部分的截面圖。
圖35是根據(jù)本發(fā)明第四例的流量計(jì)中的一個(gè)開孔整流元件的部分截面圖。
圖36是根據(jù)本發(fā)明第四例的另一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖37是根據(jù)本發(fā)明第四例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖38是根據(jù)本發(fā)明第四例的又一個(gè)流量計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖39是說(shuō)明圖38所示根據(jù)本發(fā)明第四例的流量計(jì)中的一個(gè)發(fā)送接收器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的縱向和垂直截面面。
圖40是一個(gè)普通流計(jì)的縱向和垂直截面圖。
圖41是普通流量計(jì)的高度方向的截面圖。
圖42是說(shuō)明當(dāng)流率高時(shí)的流路結(jié)構(gòu)的從圖40中箭頭A方向看去的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
首先將說(shuō)明本發(fā)明的基本原理，根據(jù)本發(fā)明的流量計(jì)利用超聲波來(lái)測(cè)量例如城市煤氣、LPG、空氣、或水這樣的流體。圖1示出本發(fā)明的基本原理。作為測(cè)量對(duì)象的流體流經(jīng)一個(gè)由流路壁5所規(guī)定的流路1。當(dāng)流體以低流率動(dòng)時(shí)，流動(dòng)沿著流動(dòng)截面8呈現(xiàn)一個(gè)低流率流速分布S。如圖1所示，在低流率流速分布S中，隨著靠近流路壁5流率將減小，最大流率出現(xiàn)在中央處。于是低流率流速分布S呈現(xiàn)拋物線狀。反之，當(dāng)流體以高流率流經(jīng)流動(dòng)1時(shí)，流體沿著流路截面將呈現(xiàn)一個(gè)高流率流速分布R。如圖1所示，在高流率流速分布R中，流率基本上是均勻的。
這樣，在低、高流率流速分布S、R的交點(diǎn)P處，處于低流率區(qū)域的以低流率流經(jīng)流路1的流體的流率等于處于高流率區(qū)域的高流率流經(jīng)流路1的流體的流率。在交點(diǎn)P附近，過(guò)渡區(qū)域中的流率基本上等于低流率區(qū)域和高流率區(qū)域中的流率。因此，在P點(diǎn)周圍的一個(gè)等流速區(qū)域P1中，流體基本上以相同于高流率流速分布R和低流率流速分布S中的流率流動(dòng)。
在根據(jù)本發(fā)明的流量計(jì)中，由一對(duì)發(fā)送接收器(后面將說(shuō)明)發(fā)送和接收的超聲波X通過(guò)等流速區(qū)域P1。因此，低流率區(qū)域與高流率區(qū)域之間的過(guò)渡區(qū)域中的校正系數(shù)變化可被減小。為了讓由一對(duì)發(fā)送接收器發(fā)送和接收的超聲波X通過(guò)等流速區(qū)域P1，本發(fā)明提供了兩種方法。第一種方法是偏移這對(duì)發(fā)送接收器的位置，使之基本上匹配于等流速區(qū)域P1的位置。第二種方法是偏移等流速區(qū)域P1的位置，使之匹配于這對(duì)發(fā)送接收器的位置。偏移這對(duì)發(fā)送接收器位置的第一種方法將在例1中詳細(xì)說(shuō)明，而偏移等流速區(qū)域P1位置的第二種方法則將在例2至例4中說(shuō)明。(例1)
圖2A是根據(jù)本發(fā)明第一例的一個(gè)流量計(jì)100的縱向和垂直截面圖。圖2B是流量計(jì)100的縱向和水平截面圖。圖3是從圖2A中箭頭A的方向看去的流量計(jì)100的橫截面圖。圖3示出當(dāng)流率低時(shí)流量計(jì)100的流路結(jié)構(gòu)。圖4也是從圖2A中箭頭A的方向看去的流量計(jì)100的橫截面圖。圖4示出當(dāng)流率高時(shí)流量計(jì)100的流路結(jié)構(gòu)。
流量計(jì)100利用超聲波來(lái)測(cè)量諸如城市煤氣或LPG等流體的流率。流量計(jì)100有一個(gè)規(guī)定了流路1的流路壁5，作為測(cè)量對(duì)象的流體即通過(guò)該流路流路。如圖2B所示，流路壁5規(guī)定了一個(gè)含有一對(duì)長(zhǎng)邊21和一對(duì)短邊20的四邊形的流路橫截面圖8。沿著流路壁5的兩條短邊20設(shè)置了一對(duì)通常為平行六面體的發(fā)送接收器31，用于發(fā)送和接收通過(guò)流路1傳播的超聲波。一個(gè)發(fā)送接收器31設(shè)置在流路壁5的一個(gè)上游部分中，另一個(gè)發(fā)送接收器31設(shè)置在流路壁5的一個(gè)下游部分中。每個(gè)發(fā)送器31都有一個(gè)四邊形的發(fā)送接收表面32，用于發(fā)送和接收通過(guò)流路1傳播的超聲波。
如圖2B所示，這對(duì)發(fā)送接收器31設(shè)置在相對(duì)于流路1在高度方向6上的中心線18向圖2B的右側(cè)偏離了L1的位置處。偏離量L1的確定原則是能使兩個(gè)發(fā)送接收器31在高度方向6上的位置基本上分別匹配于等流速區(qū)域P1(見(jiàn)前面參考圖1的說(shuō)明)在高度方向上的位置。
流量計(jì)100含有一個(gè)流率計(jì)算部分23，它用于根據(jù)這對(duì)發(fā)送接收器31所獲得的超聲發(fā)送和接收結(jié)果來(lái)計(jì)算流經(jīng)流路1的流路1的流體的流率。流率計(jì)算部分23又包含一個(gè)連接在每個(gè)發(fā)送接收器31上的測(cè)量控制部分24和一個(gè)連接在測(cè)量控制部分24上的計(jì)算部分25。
具有上述結(jié)構(gòu)的流量計(jì)100按如下方式操作。當(dāng)作為測(cè)量對(duì)象的流體流經(jīng)流路1時(shí)，由上游發(fā)送接收器31發(fā)送的超聲波相對(duì)于流體流動(dòng)方向傾斜地傳播通過(guò)流路1，并到達(dá)下游發(fā)送接收器31。由下游發(fā)送接收器31發(fā)送的超聲波相對(duì)于流體流動(dòng)方向傾斜地以相反的方向傳播通過(guò)流路1，并到達(dá)上游發(fā)送接收器31。測(cè)量控制部分24測(cè)量從上游發(fā)送接收器31發(fā)送的超聲波傳播到達(dá)下游發(fā)送接收器31所需的第一傳播時(shí)間和從下游發(fā)送接收器31發(fā)送的超聲波傳播到達(dá)上游發(fā)送接收器31所需的第二傳播時(shí)間。當(dāng)流體流動(dòng)通過(guò)流路1時(shí)，第一與第二傳播時(shí)間互不相同。計(jì)算部分25根據(jù)由測(cè)量控制部分24測(cè)得的第一和第二傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算流經(jīng)流路1的流體的流率。
下面將詳細(xì)說(shuō)明計(jì)算部分25的操作。前面?zhèn)鞑サ某暡ǖ膫鞑ニ俣葹?C+V)，其中C是超聲波在靜止流體中的速度(聲速)，V是流體的流速。
當(dāng)這對(duì)發(fā)送接收器31之間的距離為L(zhǎng)，超聲波傳播方向33與流體流經(jīng)流路1的方向之間的夾角為θ時(shí)。超聲波從上游發(fā)送接收器31傳播到下游發(fā)送接收器31所需的第一傳播時(shí)間t1為t1＝L/(C+Vcosθ)…(1)超聲波從下游發(fā)送接收器31傳播到上游發(fā)送接收器31所需的第二傳播時(shí)間t2為t2＝L/(C+Vcosθ)…(2)通過(guò)把兩個(gè)方程式中的t1的倒數(shù)減去t2的倒數(shù)，可消去聲速C，得到方程式(3)V＝(L/2cosθ)(1/t1)-(1/t2)…(3)于是，當(dāng)距離L和角度θ已知時(shí)，只要由測(cè)量控制部分24測(cè)量出第一和第二傳播時(shí)間t1和t2，就可獲得流速V。
在測(cè)量空氣流率的情況下，有θ＝45°L＝70mm，聲速C＝340m/s，流速V＝8m/s，t1＝2.0×10-4S和t2＝2.1×10-4S。瞬時(shí)測(cè)量是可能的。
然而，流速V是沿著穿過(guò)了流路1的超聲波傳播路徑33的。沿著超聲波傳播路徑33測(cè)得的平均流速不同于從流路1中的垂直于流動(dòng)方向的全部流動(dòng)橫截面8上測(cè)得的平均流速。其原因在于，隨著橫截面上位置的不同流動(dòng)的狀態(tài)是不同的，并且流速不是對(duì)橫截面高度方向6的全部來(lái)測(cè)量的。而且，超聲波傳播路徑10中的超聲波強(qiáng)度分布的特性使得，在超聲發(fā)送接收器31的中央?yún)^(qū)域超聲波強(qiáng)度比較大。因此，測(cè)量主要對(duì)超聲波傳播路徑33的高度方向6上的中心線18進(jìn)行。因此，流速V需要根據(jù)校正系數(shù)來(lái)校正。
計(jì)算部分25根據(jù)流速V利用方程式(4)計(jì)算出流率Q，在該方程式中，S代表流路1的橫截面面積，K代表校正系數(shù)Q＝KSV……(4)流經(jīng)流路1的流體的流動(dòng)通常沿著流路橫截面8有一個(gè)流速分布。流速分布隨雷諾(Reynolds)數(shù)和上游流動(dòng)的干擾發(fā)生變化。流速分布是按二維方向產(chǎn)生的。圖2A示出一個(gè)低流率流速分布S，它是沿著流路橫截面8的長(zhǎng)邊21產(chǎn)生的。如圖3所示，低流率流速分布S也沿著短邊20產(chǎn)生。圖4示出當(dāng)流率高時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)高流率流速分布R。與低流率流速分布S相似，高流率流速分布R也隨雷諾數(shù)和上游流動(dòng)干擾發(fā)生變化，并且也是按二維方向產(chǎn)生的。在高流率流速分布R中，最大流速與最小流速的差值小于低流率流速分布S中的這一差值。當(dāng)存在流速分布時(shí)，基于超聲波傳播時(shí)間計(jì)算出的流率對(duì)應(yīng)于通過(guò)對(duì)流速分布積分所得到的平均流速。
如圖2B和3所示，每個(gè)發(fā)送接收器31的發(fā)送接收表面32的沿著流路橫截面8的短邊20的長(zhǎng)度W明顯地小于短邊20的長(zhǎng)度H。因此，被發(fā)送接收器31發(fā)送和接收的超聲波只通過(guò)了流路1的一部分。當(dāng)兩個(gè)發(fā)送接收器31都設(shè)置得以中心線18(流路1的高度方向6上的中心線)為其自身的中央時(shí)，發(fā)送接收器31只測(cè)量到了最大流速發(fā)生T位置及其鄰近處的速度。在最大流速發(fā)生位置T處，流速是低流率流速分布S中的最大流速。因此，由發(fā)送接收器31測(cè)得的表觀流率將大于真實(shí)流率(平均流率)。因此，對(duì)表觀流率要用一個(gè)小于1的校正系數(shù)來(lái)作進(jìn)一步計(jì)算。由于當(dāng)流率高和流率低時(shí)流速是不同的，所以對(duì)于流率高和流率低的情況需用不同的校正系數(shù)。
在該第一例中，發(fā)送接收器31在流路1的高度方向6上的位置被偏移了一個(gè)量L1，使得這對(duì)發(fā)送接收器31所發(fā)送和接收的超聲能通過(guò)等流速區(qū)域P1。結(jié)果，超聲波將通過(guò)以低流率流速分布S流經(jīng)流路1的流體中的具有平均流速的那個(gè)部分。通過(guò)把發(fā)送接收器31的位置偏移一個(gè)偏移量L1，即使當(dāng)流體的流率、種類、或溫度發(fā)生了變化，也能探測(cè)到低流率流速分布S的平均流速。
通常，每個(gè)發(fā)送接收器31的發(fā)送接收表面32的中央?yún)^(qū)域具有比周邊區(qū)域好的靈敏度。因此，發(fā)送接收器31受到對(duì)應(yīng)于發(fā)送接收表面32的中央?yún)^(qū)域的那個(gè)流體部分的流速的明顯影響。這也是需要考慮到的。這對(duì)發(fā)送接收器31相對(duì)于流路1的高度方向6上的中心線18的偏移量L1最好能滿足表達(dá)式(5)，更好的是能滿足表達(dá)式(6)(H-W)×0.3≤L1≤(H-W)×0.7……(5)(H-W)×0.4≤L1≤(H-W)×0.6……(6)其中H是流路橫截面8在高度方向6上的短邊20的長(zhǎng)度，W是每個(gè)發(fā)送接收器31的四邊形發(fā)送接收表面32在高度方向6上的長(zhǎng)度。
為了探測(cè)平均流率，每個(gè)發(fā)送接收器31的發(fā)送接收表面32的形狀最好是四邊形的。當(dāng)發(fā)送接收表面32的尺寸太小時(shí)，要探測(cè)平均流率是困難的。當(dāng)發(fā)送接收表面32的尺寸太大時(shí)，發(fā)送接收器31也變大，從而會(huì)增加成本。每個(gè)發(fā)送接收器31的發(fā)送接收面32在高度方向6上的長(zhǎng)度W處于流路1在高度方向6上的短邊20的長(zhǎng)度的30％到70％之間。當(dāng)發(fā)送接收表面32相對(duì)于流路1太小時(shí)，校正系數(shù)隨流率的波動(dòng)是不穩(wěn)定的。當(dāng)發(fā)送接收表面32的長(zhǎng)度W接近于短邊20的長(zhǎng)度H時(shí)，發(fā)散的超聲波將被規(guī)定了流路1的流路壁5反射。因此反射波將干擾直射波，從而對(duì)發(fā)送接收器31的接收靈敏度產(chǎn)生不利影響。
為了探測(cè)平均流率，流路橫截面8的形狀最好是四邊形。當(dāng)流路橫截面8的長(zhǎng)邊21的長(zhǎng)度與短邊20的長(zhǎng)度之比值在1.1至5范圍內(nèi)時(shí)，流動(dòng)將是穩(wěn)定的，從而可以穩(wěn)定地計(jì)算出平均流率。流路橫截面8的形狀也可以是圓形的。
圖5是說(shuō)明在流量計(jì)100中流率與校正系數(shù)K之間的關(guān)系的曲線圖。圖中水平軸代表流經(jīng)流路1的流體的流率，垂直軸代表校正系數(shù)K。圖5示出在一些不同偏移比情況下得到的流率與校正系數(shù)K之間的關(guān)系曲線。這是，偏移比＝L1/(H-W)圖5示出的是當(dāng)發(fā)送接收器31在一個(gè)帶有彎曲部分的流路(后面將有說(shuō)明)中向著彎曲部分的外周表面偏移時(shí)的結(jié)果。校正系數(shù)的變化率隨著流路入口部分形狀的不同而不同。
可以看出，當(dāng)偏移比為33％、42％和47時(shí)，校正系數(shù)K基本上是與流率無(wú)關(guān)的常量。在這幾個(gè)偏移比下，這對(duì)發(fā)送接收器31在高度方向6上發(fā)生了偏移，使得它們?cè)诹髀?的高度方向6上的位置基本上匹配于等流速區(qū)域P1在高度方向6上的位置。當(dāng)沒(méi)有偏移時(shí)，低流率區(qū)域中的校正系數(shù)K小于高流率區(qū)域中的K。在低流率區(qū)域中校正系數(shù)K約為0.7，在高流率區(qū)域中校正系數(shù)K約為1。所以當(dāng)沒(méi)有偏移時(shí)，低流率區(qū)域和高流率區(qū)域中的校正系數(shù)K明顯不同。當(dāng)偏移比增加到50％和67％時(shí)，低流率區(qū)域中的校正系數(shù)K變得大于高流率區(qū)域中的K。低流率和高流率區(qū)域中的校正系數(shù)又變得有明顯的差別。
當(dāng)校正系數(shù)K為基本與流率無(wú)關(guān)的常量時(shí)，可以十分容易地設(shè)定校正系數(shù)K。這可以減少微計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器容量并在制造流量計(jì)時(shí)容易實(shí)現(xiàn)對(duì)校正系數(shù)的檢驗(yàn)操作。眾所周知，流路1中的流速分布與雷諾數(shù)有關(guān)。校正系數(shù)K為基本與流率無(wú)關(guān)的常量這一事實(shí)表明即使雷諾數(shù)變化時(shí)校正系數(shù)K也基本不變。于是當(dāng)這對(duì)發(fā)送接收器31在流路1的高度方向6上被偏移時(shí)，即使雷諾數(shù)因溫度或流經(jīng)流路1的流體種類的不同而發(fā)生了變化，校正系數(shù)K也基本不變。
如上所述，在第一例中，這對(duì)發(fā)送接收器31在流路1的高度方向6上被偏離了流路1的中央，使得它們高度方向6上的位置匹配于等流速區(qū)域P1在高度方向6上的位置。因此，被發(fā)送接收器31發(fā)送和接收的超聲波將穿過(guò)流體以低流率流速分布S和高流率流速分布R中的基本相同的速度流動(dòng)的等流速區(qū)域P1。因此，低流率與高流率區(qū)域之間的校正系數(shù)K的差值要小于普通流量計(jì)中的這一差值。結(jié)果，能夠以高精度測(cè)量寬廣的流率范圍。
即使當(dāng)溫度或流經(jīng)流路1的流體種類發(fā)生了變化，校正系數(shù)K也基本不變。因此，能夠以較高的精度測(cè)量流體的流率。
由發(fā)送接收器31發(fā)送和接收的超聲波沿著流路橫截面8的長(zhǎng)邊21的方向通過(guò)流路1。因此校正系數(shù)K的變化被進(jìn)一步減小。于是，能夠以更高的精度來(lái)測(cè)量流體的流率。
發(fā)送接收器31的偏移量L1相對(duì)于流路橫截面8在高度方向6上的短邊2的長(zhǎng)度H減去發(fā)送接收表面32在高度方向6上的長(zhǎng)度W的差值的比值在30％至70％之間，最好在40％至60％之間。因此，低流率區(qū)域與高流率區(qū)域之間的校正系數(shù)K的差值能夠用比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)減小。于是，能夠以更高的精度來(lái)測(cè)量流體的流率。
長(zhǎng)邊21的長(zhǎng)度與短邊20的長(zhǎng)度之比值在1.1至5之間。因此低流率區(qū)域與高流率區(qū)域之間的校正系數(shù)K的穩(wěn)定性能被進(jìn)一步增加。
每個(gè)發(fā)送接收器31的發(fā)送接收表面32在流路1的高度方向6上的長(zhǎng)度W與短邊20在高度方向6上的長(zhǎng)度H的比值在30％至70％之間。因此減少了超聲波被流路橫截面8的反射。這能防止發(fā)送接收器31發(fā)送和接收超聲波的靈敏度被減小。于是，能夠以更高的精度來(lái)測(cè)量流體的流率。
圖6示出可用于根據(jù)本發(fā)明第一例的流量計(jì)的另一種發(fā)送接收器31A的結(jié)構(gòu)。發(fā)送接收器31A具有基本為圓柱形的外形，并具有一個(gè)四邊形的發(fā)送接收表面32。發(fā)送接收器31A應(yīng)該是對(duì)空氣密封的，使流經(jīng)流路1的流體不至泄漏到流路1的外部。在前面參考圖2A至4所說(shuō)明的發(fā)送接收器31中，要保證它對(duì)空氣密封是困難的。圖6所示的發(fā)送接收器31A具有基本為圓柱形的外形，因此可以利用一個(gè)O形環(huán)或類似密封圈來(lái)對(duì)空氣密封。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明第一例的另一個(gè)流量計(jì)100A的結(jié)構(gòu)。圖8示出說(shuō)明流量計(jì)100A的流路結(jié)構(gòu)的高度方向截面圖。與前面對(duì)于圖2A至4中的流量計(jì)100所討論的元件相同的元件這里用相同的代號(hào)表示，對(duì)它們不再作詳細(xì)說(shuō)明。流量計(jì)100A與流量計(jì)100的差別在于，在流量計(jì)100A中，流路1的高度方向6平行于重力方向G，并且一對(duì)發(fā)送接收器31是被沿著與G相反的方向偏移的。
如圖8所示，流路1的高度方向6平行于重力方向G。一對(duì)發(fā)送接收器31被沿著與G相反的方向偏移了一個(gè)距離L2。在這情況中，與這對(duì)發(fā)送接收器31被沿著重力方向G偏移的情況相同，低流率區(qū)域與高流率區(qū)域之間校正系數(shù)K的變化也能減小。因此，能夠以更高的精度來(lái)測(cè)量流體的流率。
當(dāng)一個(gè)含有大量塵土的流體流經(jīng)流路1時(shí)，塵土將會(huì)積累在流路1的底部表面上。在該情況下，由于由這對(duì)發(fā)送接收器31發(fā)送和接收的超聲波在流路1的上部傳播，因此不可能受到因流路1底部的塵土積累所形起的流動(dòng)擾動(dòng)的影響。這對(duì)于測(cè)量流經(jīng)流路1的流體的流率是有利的。當(dāng)預(yù)期會(huì)因流路1中流體的彎曲流動(dòng)而在流路1的某個(gè)部分將有塵土積累時(shí)，可以把這對(duì)發(fā)送接收器31的設(shè)置位置選擇得能避開這個(gè)部分。
這對(duì)發(fā)送接收器31被沿著相反于重力方向G的方向偏移了距離L2。因此能夠在不受到塵土積累的不利影響的情況下以更高的精度來(lái)測(cè)量流體的流率。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明第一例的又一個(gè)流量計(jì)100B的結(jié)構(gòu)。與前面對(duì)于圖2A-4中的流量計(jì)100所討論的元件相同的元件這里用相同的代號(hào)表示，對(duì)它們不再作詳細(xì)說(shuō)明。流量計(jì)100B與流量計(jì)100的差別在于，流量計(jì)100B含有一對(duì)整流格柵(lattice)66。一個(gè)整流格柵66設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器31的上游側(cè)，另一個(gè)整流格柵66設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器31的下游側(cè)。這對(duì)整流格柵66對(duì)流路1中的流動(dòng)進(jìn)行整流，從而提供穩(wěn)定的流動(dòng)。即使只有上游整流格柵66也能有效地提供穩(wěn)定的流動(dòng)。考慮到流體既可以從流路1的上游位置流向下游位置，也可以從下游位置流向上游位置，所以最好在發(fā)送接收器31的下游側(cè)也設(shè)置一個(gè)整流格柵66。(例2)圖10是根據(jù)本發(fā)明第二例的一個(gè)流量計(jì)200的縱向和垂直截面圖，圖11是流量計(jì)200的縱向和水平截面圖。與前面對(duì)于流量計(jì)100的討論中的元件相同的元件用相同的代號(hào)表示，這里對(duì)它們不再作詳細(xì)說(shuō)明。
流量計(jì)200含有一個(gè)規(guī)定了流路1的流路壁5，作為測(cè)量對(duì)象的流體即在流路1內(nèi)流過(guò)。流路1又包含一個(gè)測(cè)量流路2，在其中測(cè)量作為測(cè)量對(duì)象的流體的流率；一個(gè)設(shè)置在測(cè)量流路2的上游側(cè)的入口部分3，用于把流體導(dǎo)入測(cè)量流路2；以及一個(gè)設(shè)置在測(cè)量流路2的下游側(cè)的出口部分4，用于把流體從測(cè)量流路2釋放出去。測(cè)量流路2具有四邊形的流路橫截面8。在測(cè)量流路2與入口部分3之間設(shè)置了一個(gè)彎曲部分42A，用于連接測(cè)量流路2和入口部分3。彎曲部分42A的彎曲使得在高度方向6上高于測(cè)量流路2。在測(cè)量流路2與出口部分4之間設(shè)置了一個(gè)彎曲部分42B，用于連接測(cè)量流路2與出口部分4。彎曲部分42B的彎曲使得在高度方向6上高于測(cè)量流路2。
在流路壁5中，面對(duì)面地設(shè)置了一對(duì)通常為平行六面體的發(fā)送接收器31。兩個(gè)發(fā)送接收器31分別設(shè)置在流路壁5的一個(gè)上游部分和一個(gè)下游部分。每個(gè)發(fā)送接收器31都有一個(gè)矩形的發(fā)送接收表面32，用于發(fā)送和接收通過(guò)流路1傳播的超聲波。相對(duì)于測(cè)量流路2中流體的流動(dòng)方向來(lái)說(shuō)，這對(duì)發(fā)送接收器31是傾斜設(shè)置的，兩個(gè)發(fā)送接收器31之間的距離是穿過(guò)測(cè)量流路2的L。每個(gè)發(fā)磅接收器31都設(shè)置在測(cè)量流路2的高度方向6的中央位置上。測(cè)量流路2的流路壁5在其上游部分和下游部分都有一個(gè)開口16。這兩個(gè)開口16使這對(duì)發(fā)送接收器31能暴露于測(cè)量流路2。這對(duì)發(fā)送接收器31所發(fā)送和接收的超聲波沿著超聲波傳播路徑33通過(guò)測(cè)量流路2傳播。
流量計(jì)200含有一個(gè)非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41，用于使流路測(cè)量流路2的流體的流速分布在高度方向6上發(fā)生偏移。在低流率區(qū)域，非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41使低流率流速分布S相對(duì)于測(cè)量流路2在高度方向6的中心線18是不對(duì)稱的。這樣，非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41使最大流速發(fā)生位置T在高度方向6上偏移到了中心線18的下方(向圖10的下方偏移)，從而使這對(duì)發(fā)送接收器31在測(cè)量流路2的高度方向6上的位置匹配于等流速區(qū)域P1在高度方向6上的位置。
非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41含有設(shè)置在測(cè)量流路2的上游處的彎曲部分42A、一個(gè)臺(tái)階44、和一個(gè)不同形狀部分45。臺(tái)階44設(shè)置在上游彎曲部分42A的外周表面43的附近。不同形狀部分45包含測(cè)量流路2的兩個(gè)端部46和47。端部46和47在高度方向6上互相面對(duì)。端部46是沒(méi)有彎曲的臺(tái)階，端部47在高度方向6中有一個(gè)弧形的光滑彎曲部分。
在非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41與超聲波傳播路徑33之間設(shè)置了一個(gè)流動(dòng)穩(wěn)定化元件61。流動(dòng)穩(wěn)定化元件61含有一個(gè)方向調(diào)節(jié)部分62，后者又含有按測(cè)量流路2的流路橫截面8的高度方向分割的多個(gè)部分，用于對(duì)流經(jīng)流路1的流體的流動(dòng)方向進(jìn)行調(diào)整。流動(dòng)穩(wěn)定化元件61還含有一個(gè)由一個(gè)網(wǎng)柵體或類似物組成的波動(dòng)限制部分63，用于減小流經(jīng)流路1的流體的流速波動(dòng)。流動(dòng)穩(wěn)定化元件61在把流體提供給超聲波傳播路徑33之前保持著由非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41產(chǎn)生的流速分布的非對(duì)稱性，還調(diào)節(jié)流經(jīng)流路1的流體的流動(dòng)方向和流速波動(dòng)。
流量計(jì)200含有一個(gè)流率計(jì)算部分23，用于根據(jù)由這對(duì)發(fā)送接收器31得到的發(fā)送和接收超聲波的結(jié)果來(lái)計(jì)算流經(jīng)流路1的流體的流率。流率計(jì)算部分23含有一個(gè)連接于每個(gè)發(fā)送接收器31的測(cè)量控制部分24和一個(gè)連接于測(cè)量控制部分24的計(jì)算部分25。
具有上述結(jié)構(gòu)的流量計(jì)200的操作如下所述。當(dāng)作為測(cè)量對(duì)象的流體被導(dǎo)進(jìn)入口部分3時(shí)，其在流路測(cè)量流路2的流體的高度方向6上的流速分布被設(shè)置在測(cè)量流路2的上游側(cè)的非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41從對(duì)稱的變成為非對(duì)稱的變成為非對(duì)稱的。具體地說(shuō)，當(dāng)流經(jīng)測(cè)量流路2的流體的流率處于低流率區(qū)域(層流區(qū)域)或處于低流率區(qū)域與高流率區(qū)域(擾流區(qū)域)之間的過(guò)渡區(qū)域中時(shí)，具有拋物線形狀的低流率流速分布S(其中離流路壁5愈遠(yuǎn)流速愈大)被在高度方向6上從中心線18向下偏移，如圖10所示。在圖10平面中，低流率流速分布S的最大流速發(fā)生位置T被向下偏移。當(dāng)流經(jīng)測(cè)量流路2的流體的流率處于高流率區(qū)域中時(shí)，如圖12所示，高流率流速分布R(其中流速在高度方向6上的變化比較小，像一個(gè)比較平坦的平臺(tái))與低流率流速分布S類似，被從高度方向6上的中心線18向下偏移。在圖12平面中，高流率流速分布R中的最大流速發(fā)生位置U也被向下偏移。
當(dāng)流體在彎曲部分42A中流動(dòng)時(shí)，將受到一個(gè)離心力的作用。因此，流體將向著彎曲部分42A的外周表面43一側(cè)上的流路壁5A偏移。這使得高度方向6上的流體速度分布變得不對(duì)稱。當(dāng)流體流經(jīng)臺(tái)階44時(shí)，它將被臺(tái)階44收縮，從而流速分布將在高度方向6上發(fā)生偏移。當(dāng)流體流經(jīng)具有不同形狀的端部46和47的不同形狀部分45時(shí)，流速分布在測(cè)量流路2的高度方向6上將發(fā)生更大的偏移。
被非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41變成非對(duì)稱的流速分布被流動(dòng)穩(wěn)定化元件61在流動(dòng)方向上進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)在流速波動(dòng)上被穩(wěn)定化。這樣，被非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41造成的流速分布的不對(duì)稱性一直被保持到到達(dá)超聲波傳播路徑33。
流率計(jì)算部分23如同第一例中一樣，根據(jù)第一傳播時(shí)間t1、第二傳播時(shí)間t2和校正系數(shù)K來(lái)計(jì)算流經(jīng)流路1的流體的流率。
圖13是說(shuō)明一個(gè)不含非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41的普通流量計(jì)中的流率與校正系數(shù)的關(guān)系的曲線圖。圖中水平軸代表流經(jīng)測(cè)量流路2的流體的流率，垂直軸代表校正系數(shù)K。對(duì)于高流率區(qū)域(擾流區(qū)域)中的高流率流速分布R的情況，校正系數(shù)K接近于1，如圖13所示，其原因是，由于高流率流速在高度方向6上的流速變化小于低流率流速分布S的流速變化，并且像一個(gè)比較平坦的平臺(tái)，所以測(cè)量得到的表觀流率比較接近于平均流率。相反地，低流率區(qū)域(層流區(qū)域)中的低流率流速分布S呈現(xiàn)拋物線分布，其中流速隨著遠(yuǎn)離流路壁5而增大。高度方向6上的流速變化大于高流率流速分布R的流速變化。當(dāng)發(fā)送接收器31測(cè)量的是高度方向6上的中央處的最大流速發(fā)生位置T時(shí)，測(cè)得的表觀流率將明顯大于平均流率。因此，如圖13所示，校正系數(shù)K的值明顯小于高流率區(qū)域中的值。從而，如圖13所示，在低流率區(qū)域與高流率區(qū)域之間的過(guò)渡區(qū)域中，校正系數(shù)K發(fā)生了大的變化。這樣，當(dāng)在過(guò)渡區(qū)域中測(cè)得的流率具有一個(gè)誤差ΔQm時(shí)，將因校正系數(shù)明顯地改變了ΔK1而使誤差被放大。
產(chǎn)生過(guò)渡區(qū)域中測(cè)量流率的誤差ΔQm的原因有因溫度變化或流體組份比例變化所引起的動(dòng)態(tài)粘滯系數(shù)變化，或者由雷諾數(shù)變化引起的流動(dòng)狀態(tài)變化。尤其是在測(cè)量城市煤氣或LPG等燃?xì)鈺r(shí)，燃?xì)獾慕M份比例可能因季節(jié)或地區(qū)不同所造成的溫度變化而發(fā)生變化。因此存在著不希望有的誤差ΔQm被放大的可能性。
圖14是說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明第二例的流量計(jì)200中的流率與校正系數(shù)的關(guān)系的曲線圖。圖中水平軸代表流經(jīng)測(cè)量流路2的流體的流率，垂直軸代表校正系數(shù)K。對(duì)于低流率區(qū)域情況，當(dāng)流速分布被非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41偏移時(shí)，發(fā)送接收器31測(cè)量到的是一個(gè)小于最大流速發(fā)生位置T處流速的流速。因此，測(cè)得的表觀流率比較接近于平均流率。從而如圖14所示，校正系數(shù)K增大到接近于1。對(duì)于高流率區(qū)域情況，分布R像一個(gè)比較平坦的平臺(tái)。因此，即使流速分布被非對(duì)稱流動(dòng)建立部分41偏移了，測(cè)得的流速與不偏移流速分布時(shí)測(cè)得的流速基本上沒(méi)有差別。所以，校正系數(shù)K的值與圖13所示普通流量計(jì)中的K值基本上沒(méi)有差別。這樣，在低流率區(qū)域中校正系數(shù)K被增大了，而在高流率區(qū)域中校正系數(shù)K基本上沒(méi)有變化。結(jié)果，低流率區(qū)域與高流率區(qū)域的校正系數(shù)K的差別被減小了。從而，在低流率區(qū)域與高流率區(qū)域之間的過(guò)渡區(qū)域中，校正系數(shù)K的變化被減小了，于是校正系數(shù)K隨流率的變化被平坦化了。這樣，即使在過(guò)渡區(qū)域中測(cè)得的流率有一個(gè)誤差ΔQm，校正系數(shù)K的變化也可以小到只有ΔK2(＜ΔK1)。從而能夠以高精度測(cè)量流率。
特別是，當(dāng)溫度或者作為測(cè)量對(duì)象的流體的組份比例發(fā)生變化時(shí)，使校正系數(shù)K隨流率的變化平坦化對(duì)于防止測(cè)量誤差被放大是有效的。能夠以高精度測(cè)量例如城市煤氣或LPG這類可能會(huì)有溫度或組份比例變化的燃?xì)獾牧髀省?br> 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，該不對(duì)稱的流動(dòng)建立部分41在測(cè)量流路2的高度方向上偏移該等流速區(qū)P1，以使在測(cè)量流路2的高度方向上的該對(duì)發(fā)送接收器31的位置在高度方向上與等流速區(qū)P1的位置相匹配。在一低流速區(qū)中，低于最大流速發(fā)生位置T的流速的一流速通過(guò)發(fā)送接收器被測(cè)量。因此，該測(cè)量的視在流速更接近于平均流速。這樣，校正系數(shù)K被增大到更接近于1。在一高流速區(qū)中，校正系數(shù)K沒(méi)有明顯的變化。因此，在低流速區(qū)和高流速區(qū)之間的校正系數(shù)K的差異被降低。結(jié)果，在低流速區(qū)到高流速區(qū)之間的一過(guò)渡區(qū)中的校正系數(shù)K的特性可被平坦化。因此，即使在該過(guò)渡區(qū)中測(cè)量的流速包含一誤差ΔQm，該流速可被高度精確地測(cè)量。
入口部分3和出口部分4經(jīng)該彎曲部分42A和42B被分別連接至測(cè)量流路2。由于這樣一結(jié)構(gòu)，流量計(jì)200的寬度可被減小以使流量計(jì)200的尺寸被減小。這允許流量計(jì)200可被安裝在多個(gè)地點(diǎn)位置。
通過(guò)調(diào)節(jié)臺(tái)階44的大小，流率范圍的上限可被改變，在該流率范圍中，在測(cè)量流路2的高度方向上的高流速的流速分布R的偏移可被保留。當(dāng)臺(tái)階44被加大時(shí)，該流率范圍(其中相對(duì)于流速的校正系數(shù)K可被平坦化)的上限可被提高。這樣，臺(tái)階44的尺寸根據(jù)要求被測(cè)量的流率范圍而被設(shè)定。如上所述，臺(tái)階44的尺寸的調(diào)節(jié)允許校正系數(shù)的特性在一更寬的流率范圍上被平坦化。因此，根據(jù)第二實(shí)施例的流量計(jì)可高度適合于待被測(cè)量的更寬的流率范圍并具有更高的生產(chǎn)率。
該不同形狀部分45包括在測(cè)量流路2的高度方向上的端部46和47。由于該端部46和47具有彼此不同的形狀，在測(cè)量流路2的高度方向上的流速分布的偏移可被建立。這樣，相對(duì)于流速的校正系數(shù)K可被進(jìn)一步平坦化，且測(cè)量精度可被提高。
在彎曲部分42A和臺(tái)階44被組合的情況下，得到以下的效果。彎曲部分42A和臺(tái)階44的相互作用使得在測(cè)量流路2的高度方向上的流速分布的不對(duì)稱更加容易，以使即使在流動(dòng)被逐漸干擾的高流速區(qū)中，不對(duì)稱流速分布可被保留。這樣，校正系數(shù)K的特性可在一更寬的流率范圍上被平坦化。因此，根據(jù)第二實(shí)施例的流量計(jì)可高度適合于待被測(cè)量的一更寬的流率范圍且是緊湊的。
在彎曲部分42A、臺(tái)階44和不同形狀部分45被組合的情況下，得到以下效果。彎曲部分42A、臺(tái)階44和不同形狀部分45的相互作用使得在測(cè)量流路2的高度方向上的流速分布的不對(duì)稱更加容易，以使即使在流動(dòng)被逐漸干擾的高流速區(qū)中，不對(duì)稱流速分布可被保留。這樣，在測(cè)量流路2的高度方向上的流速分布的偏移可被建立。結(jié)果，校正系數(shù)K的特性可在一更寬的流率范圍上被平坦化。因此，根據(jù)第二實(shí)施例的流量計(jì)可高度適合于待被測(cè)量的一更寬的流率范圍且是緊湊的。
不同形狀部分45的端部46是沒(méi)有彎曲的臺(tái)階型的。這樣一形狀使得流動(dòng)收縮且從而加大了流速分布的偏移。另一端47具有一彎曲部分，其在高度方向6上平滑變圓。這樣，流體流動(dòng)的穩(wěn)定性，且因此流速的測(cè)量精度可被穩(wěn)定化。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一流量計(jì)200A的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D10中的流量計(jì)200所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。參見(jiàn)圖15，流量計(jì)200A包括一入口部分3A和測(cè)量流路2，它們被同軸地設(shè)置且不經(jīng)一彎曲部分而直接地相互連接。一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41A包括在測(cè)量流路2的入口處的臺(tái)階44和不同形狀部分45。該不同形狀部分45具有形狀相互不同的端部46和47。由于入口部分3A和測(cè)量流路2被相互直接連接，該流量計(jì)200A是緊湊的。入口部分3A和測(cè)量流路2可被相互平行地設(shè)置來(lái)替代同軸地設(shè)置。
圖16是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一流量計(jì)200B的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D10-12中的流量計(jì)200所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。在流量計(jì)200B中，一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41B包括一不同形狀部分45A。該不同形狀部分45A具有在高度方向6上的端部46和47。該兩端部46和47被形成在測(cè)量流路2的入口處，相互間在流體流動(dòng)方向上有一距離ΔX。由于在測(cè)量流路2的入口處在高度方向6上形成的端部46和47在流體流動(dòng)方向上相互偏移，在高度方向6上的流速分布的偏移可被建立。因此，在一高流速區(qū)中的校正系數(shù)K被增大，進(jìn)一步平坦化該校正系數(shù)的特性。在圖16所示的例子中，端部46是臺(tái)階型的而端部47是彎曲的。可替換地，端部46和47兩者可是臺(tái)階型的，或兩者可是彎曲型的。
圖17是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一流量計(jì)200C的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D10-12中的流量計(jì)200所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。在流量計(jì)200C中，一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41C包括一設(shè)置在測(cè)量流路2的入口處的整流器49。該整流器49包括一方向調(diào)節(jié)部分50和一波動(dòng)限制部分51，該方向調(diào)節(jié)部分50包括在測(cè)量流路2的流路截面8中劃分的多個(gè)網(wǎng)格型部分。該方向調(diào)節(jié)部分50的多個(gè)網(wǎng)格型部分具有在高度方向6上不同的(在流體流動(dòng)方向上的)長(zhǎng)度，且波動(dòng)限制部分51由用于減小流速波動(dòng)的一柵網(wǎng)或類似裝置形成。由于在測(cè)量流路2的高度方向6上劃分的該方向調(diào)節(jié)部分50的多個(gè)網(wǎng)格型部分在測(cè)量流路2的高度方向6上具有不同的長(zhǎng)度，在高度方向6上對(duì)于流動(dòng)的阻礙是不同的。通過(guò)隨意改變?cè)跍y(cè)量流路2的高度方向6上的對(duì)流動(dòng)的阻礙作用，流速分布可使得為優(yōu)選的不對(duì)稱且校正系數(shù)K的特性可被進(jìn)一步平坦化。在圖17所示的例子中，該不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41C包括整流器49?？商鎿Q地，該整流器49可與彎曲部分42、臺(tái)階44和/或不同形狀部分45相組合。在這樣的情況下，可使得分布在高度方向上更加不對(duì)稱，且校正系數(shù)K的特性可被進(jìn)一步平坦化。替代改變方向調(diào)節(jié)部分50長(zhǎng)度，這些網(wǎng)格的大小可被改變以改變對(duì)流動(dòng)的阻礙作用?？商鎿Q地，在測(cè)量流路2的高度方向6上的波動(dòng)限制部分51的開口的尺寸可被改變以使改變對(duì)流動(dòng)的阻礙作用。
在本發(fā)明的所有例子中，測(cè)量流路2具有一四邊形截面?？商鎿Q地，測(cè)量流路2可具有角部被略微倒圓的一基本上的四邊形、或一梯形、圓形或橢圓形的截面。在該例中，彎曲部分42(或類似部分)被彎曲成一直角。彎曲部分42不需要被彎曲成一直角，而可以被彎曲成這樣一角度使得提供給流體一離心力。彎曲部分42也可相對(duì)于測(cè)量流路2的寬度方向是傾斜的。
圖18是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一流量計(jì)200D的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D10-12中的流量計(jì)200所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。在流量計(jì)200D中，一入口部分3B和一出口部分4B被同軸地設(shè)置。一連接軸14是入口部分3B的中心軸，而一連接軸15是出口部分4B的中心軸。作為測(cè)量流路2的中心軸的一測(cè)量流路軸10在高度方向上偏移連接軸14和15。這樣，在測(cè)量流路2的入口處的測(cè)量流路2的端部46A上設(shè)置一偏移壁48。該偏移壁48具有在高度方向6上平滑倒圓的一彎曲部分。在圖18所示的例子中，入口部分3B和出口部分4B被設(shè)置以使連接軸14和15相互匹配。連接軸14和15可以是相互平行而非相互同軸的。在該情況下，偏移壁48可被類似地形成?？稍跍y(cè)量流路2的入口處的測(cè)量流路2的另一端部上設(shè)置具有不同于偏移壁48的尺寸的一尺寸的另一偏移壁(未示出)。
接著，將描述超聲波流量計(jì)200D的操作。從進(jìn)口3B流入的作為測(cè)量目標(biāo)的流體的一部分與形成在測(cè)量流路2的入口處的偏移壁48相碰撞并流入測(cè)量流路2。在另一端，該流體流入測(cè)量流路2而不與任何壁相碰撞。因此，在測(cè)量流路2的高度方向6上的流速分布相對(duì)于作為測(cè)量流路2的中心軸的測(cè)量流路軸10是不對(duì)稱的。
在一低流速區(qū)中，低于最大流速發(fā)生位置的流速的一流速被測(cè)量以使增大校正系數(shù)。在其中流速分布在高度方向6上相對(duì)平坦的一高流速區(qū)中，與最大流速發(fā)生位置的流速差異不大的一流速被測(cè)量。結(jié)果，該區(qū)域的校正系數(shù)K與常規(guī)的流量計(jì)的差異不大。這樣，在低流速區(qū)和高流速區(qū)之間的校正系數(shù)K的差異被減小，以使減小相對(duì)于流速的校正系數(shù)K的變化。由于通過(guò)偏移測(cè)量流路在入口部分設(shè)置該不對(duì)稱流動(dòng)建立部分，測(cè)量流路的形狀可被簡(jiǎn)化且流量計(jì)200D可以是緊湊的，測(cè)量流路2和入口部分3B可被設(shè)置得相互接近。該測(cè)量流路得簡(jiǎn)化形狀和緊湊結(jié)構(gòu)改善了可處理性并降低了生產(chǎn)成本。
入口部分和出口部分被同軸設(shè)置或相互平行設(shè)置的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化了測(cè)量流路的形狀并使得入口部分3B和出口部分4B被相互接近地設(shè)置。
圖19是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一流量計(jì)200E的縱向和橫向截面視圖。在流量計(jì)200E中，入口部分3B和測(cè)量流路2被設(shè)置以使作為入口部分3B的中心軸的連接軸14和作為測(cè)量流路2的中心軸的測(cè)量流路軸10彼此相對(duì)偏移。這樣，在測(cè)量流路2的入口處的測(cè)量流路2的一端部上設(shè)置一偏移壁48B。該偏移壁48B起到一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41E的作用，一出口部分4C被設(shè)置以使其中心軸與測(cè)量流路2的測(cè)量流路軸10是同軸的。在與一臺(tái)階型的偏移壁48碰撞后流入測(cè)量流路2的流體在高度方向上更加不對(duì)稱。結(jié)果，校正系數(shù)的特性被進(jìn)一步平坦化。由于測(cè)量流路2和出口部分4C是同軸的，測(cè)量流路的形狀可被簡(jiǎn)化且尺寸可被減小。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一流量計(jì)200F的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D10-12中的流量計(jì)200所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。在流量計(jì)200F中，作為發(fā)送接收器31的中心軸的一收發(fā)軸(transceiving axis)34相對(duì)于作為測(cè)量流路2的中心軸的測(cè)量流路軸，在圖20的紙面上被向下偏移ΔY。
發(fā)送接收器31的收發(fā)軸34在圖20的紙面上被向下偏移。最大流速發(fā)生位置U是在流速分布R的下部中。最大流速發(fā)生位置U處于這樣一位置的原因是由于由在測(cè)量流路2的入口處的彎曲部分42A引起的離心作用，導(dǎo)致流動(dòng)朝向外周表面43偏移。即使流速較高，偏移通過(guò)在外周表面43和不同形狀部分45附近設(shè)置的臺(tái)階44被建立并被保持。
圖21是圖20中所示的流量計(jì)200F的發(fā)送接收器31的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的縱向和橫向截面視圖。在圖21中，參考數(shù)字82表示用于容納一壓電體81的一氣密殼體，參考數(shù)字83表示固定在殼體82的外壁上的一聲校準(zhǔn)層，參考數(shù)字84表示結(jié)合至殼體82的一密封體，參考數(shù)字85表示設(shè)置在該密封體84上的一端子，參考數(shù)字86表示用于連接壓電體81和端子85的一引線，參考數(shù)字88表示用于保持一支座87并以氣密的方式將該支座87連接至流路壁5以使防止振動(dòng)的一振動(dòng)傳輸限制體，及參考數(shù)字89表示用于按壓該振動(dòng)傳輸限制體88以使該振動(dòng)傳輸限制體88不會(huì)脫離流路壁5的一固定體。超聲發(fā)送接收器31在測(cè)量流路2的高度方向6上被偏移。在聲校準(zhǔn)層83上設(shè)置用于將超聲波釋放到作為測(cè)量目標(biāo)的流體的收發(fā)表面32具有比測(cè)量流路2的高度方向6上的尺寸11小的一尺寸。在下游側(cè)上設(shè)置的超聲發(fā)送接收器31具有基本相同的結(jié)構(gòu)且因此不作詳細(xì)描述。
下面將描述流量計(jì)200F的操作。超聲發(fā)送接收器31在高度方向6上偏移測(cè)量流路2的中心。因此，在具有凸形流速分布的一低流速區(qū)(層流區(qū)域)中，超聲波傳播路徑33的高度方向中心變得遠(yuǎn)離最大流速發(fā)生位置。這樣，校正系數(shù)K被增大。這樣，超聲發(fā)送接收器31的位置在高度方向上可被適當(dāng)?shù)仄埔允剐Ｕ禂?shù)K具有接近于一被干擾的高流速區(qū)中的該值的一值。以此方式，即使在低流速區(qū)中，相對(duì)于流速，校正系數(shù)K被允許保持基本不變。在該例中，超聲發(fā)送接收器31在高度方向6上被朝向最大流速發(fā)生位置偏移。因此，在具有凸形流速分布的區(qū)域中和在一過(guò)渡區(qū)域中，在最大流速發(fā)生位置和流路之間的流速的變化可以是更加陡峭的。在此情況下，僅通過(guò)在高度方向上略微調(diào)節(jié)超聲發(fā)送接收器31的位置，校正系數(shù)K的值可被容易地改變。結(jié)果，即使在低流速區(qū)中，相對(duì)于流速，校正系數(shù)K被允許保持基本不變。在一高流速區(qū)中，一高流速被測(cè)量以使校正系數(shù)K的值被減小。這樣，在高流速區(qū)和低流速區(qū)之間的校正系數(shù)的差異被減小以使校正系數(shù)K的特性平坦化。結(jié)果，在一較寬的流率范圍上，校正系數(shù)K被允許保持基本不變。
在高度方向上，超聲發(fā)送接收器31被從測(cè)量流路2的中心偏移向外周表面43。由于這樣一結(jié)構(gòu)，由于彎曲部分42的離心力的作用，當(dāng)流速提高時(shí)，朝向彎曲部分42的外周表面43的流動(dòng)的偏移被更加高度地建立。這樣，(在高度方向上被偏移的)在超聲波傳播路徑33中的一高流速區(qū)的比例可被提高，導(dǎo)致在一高流速區(qū)中的校正系數(shù)的減小。在一更高的流速上，校正系數(shù)K的值可被減小，在待被測(cè)量的一更寬的流率范圍上，校正系數(shù)K的特性被進(jìn)一步平坦化。發(fā)送接收器31的收發(fā)表面32的尺寸小于在高度方向上的尺寸11。因此，發(fā)送接收器31可相對(duì)于測(cè)量流路2被設(shè)置以使收發(fā)表面32不被流路壁5所隱藏，即使發(fā)送接收器31被略微偏移。這樣，超聲波可被有效地釋放給超聲波傳播路徑33。防止了超聲波發(fā)送和接收靈敏性的降低。具有較高S/N比的超聲波可被發(fā)送和接收，提高流速的測(cè)量精度。另外，防止了在發(fā)送接收器31被偏移至的一較寬的位置范圍中，發(fā)送接收器31的超聲波發(fā)送和接收靈敏性被降低。這加大了偏移的自由度。因此，超聲波可被傳播到在用于測(cè)量流速的測(cè)量流路中的一等流速區(qū)，以使校正系數(shù)K的特性被進(jìn)一步平坦化。
如上所述，該超聲發(fā)送接收器在高度方向上被偏離測(cè)量路徑的中心。該超聲發(fā)送接收器在高度方向上可被偏移至一優(yōu)選位置以使在一低流速區(qū)(層流區(qū)域)中的校正系數(shù)的值接近于在被干擾的高流速區(qū)中的該值。這樣，即使在一低流速區(qū)中，校正系數(shù)被允許基本保持不變。
在低流速分布中，該超聲發(fā)送接收器被偏移向最大流速發(fā)生位置。由于在最大流速發(fā)生位置和流路壁之間的流速迅速改變，通過(guò)略微改變?cè)摮暟l(fā)送接收器在高度方向上的位置，該校正系數(shù)可被容易地調(diào)節(jié)。這樣，即使在一低流速區(qū)中，校正系數(shù)被允許基本保持不變。在一被干擾的高流速區(qū)中，一高流速被測(cè)量。因此，該校正系數(shù)的值可被減小。在高流速區(qū)和低流速區(qū)之間的校正系數(shù)的差異被減小。這樣，在一較寬的流率范圍上，校正系數(shù)K的特性被進(jìn)一步平坦化。
超聲發(fā)送接收器31被從測(cè)量流路的中心偏移向一彎曲部分的外周表面。通過(guò)該彎曲部分的離心力的作用，當(dāng)流速提高時(shí)，朝向彎曲部分的外周表面的偏移被更加高度地建立。這樣，在一高流速區(qū)中，校正系數(shù)被減小。在高流速區(qū)和低流速區(qū)之間的校正系數(shù)的差異被減小。這樣，在一較寬的流率范圍上，校正系數(shù)K的特性被進(jìn)一步平坦化。
發(fā)送接收器的收發(fā)表面的尺寸小于在高度方向上的測(cè)量流路的尺寸。即使發(fā)送接收器在測(cè)量流路的高度方向上被略微偏移，超聲波可被有效地釋放給超聲波傳播路徑。防止了超聲波發(fā)送和接收靈敏性的降低。具有較高S/N比的超聲波可被發(fā)送和接收，提高流速的測(cè)量精度。另外，加大了偏移的自由度。超聲波可被傳播到在用于測(cè)量流速的測(cè)量流路中的一等流速區(qū)，以使校正系數(shù)K的特性被進(jìn)一步平坦化。(實(shí)施例3)在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，將描述一流量計(jì)，其包括相對(duì)于測(cè)量流路在下游的一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分和相對(duì)于測(cè)量流路的上游。圖22是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的流量計(jì)300的縱向和橫向截面視圖。圖23是流量計(jì)300的縱向和橫向截面視圖。圖24是流量計(jì)300的縱向和橫向截面視圖，用于說(shuō)明當(dāng)流速較高時(shí)的流速分布。與先前參照?qǐng)D10-12中的流量計(jì)200所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。
流量計(jì)300包括相對(duì)于測(cè)量流路2在下游的一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分141和相對(duì)于測(cè)量流路2的上游。象上游設(shè)置的不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41，該不對(duì)稱流動(dòng)建立部分141包括一彎曲部分142、一臺(tái)階144和一包括有具有相互不同形狀的端部146和147的不同形狀部分145。臺(tái)階144設(shè)置在相對(duì)于測(cè)量流路2的上游的外周表面43的附近。不同形狀部分45的端部46和不同形狀部分145的端部146是臺(tái)階型的而沒(méi)有彎曲。不同形狀部分45的端部47和不同形狀部分145的端部147各具有一在高度方向上平滑倒圓的彎曲部分。
接著，將描述超聲波流量計(jì)300的操作。當(dāng)流體從入口部分3流入并從出口部分4前向流出時(shí)，該超聲波流量計(jì)300的操作與以上參照?qǐng)D10-12所述的流量計(jì)200的操作相同，省略對(duì)其的詳細(xì)描述。當(dāng)流體從出口部分4流入而從入口部分3后向流出時(shí)，流量計(jì)300如下地工作。在測(cè)量流路2的高度方向6上的一流速分布通過(guò)不對(duì)稱流動(dòng)建立部分141被變?yōu)椴粚?duì)稱，而不是相對(duì)于中心在高度方向6上是對(duì)稱的。象在前向流動(dòng)中，該流速分布具有在高度方向上略微偏離中心的最大流速發(fā)生位置。這樣，超聲波傳播路徑33移動(dòng)。
該超聲波流量計(jì)300包括相對(duì)于測(cè)量流路2在下游的一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分141和相對(duì)于測(cè)量流路2的上游。因此，在相對(duì)于測(cè)量流路2從上游位置流到下游位置的前向流動(dòng)中及在相對(duì)于測(cè)量流路2從下游位置流至上游位置的后向流動(dòng)中，提供了與在第二實(shí)施例中有關(guān)流量計(jì)200所述的相同的效果。
特別在流量計(jì)通過(guò)管道被連接至一由城市煤氣、LPG和類似物質(zhì)驅(qū)動(dòng)的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，通過(guò)對(duì)作為測(cè)量目標(biāo)的一流體的波動(dòng)進(jìn)行增壓而在短的時(shí)間周期內(nèi)重復(fù)改變從前向到后向和從后向到前向的流動(dòng)方向的改變。在這樣的情況下，測(cè)量的流速可能具有較大的誤差，該誤差也可能通過(guò)校正系數(shù)而被放大。即使相對(duì)于測(cè)量流路2，一流體從下游位置向上游位置后向流動(dòng)。在該例中的流量計(jì)300可使得相對(duì)于在一低流速區(qū)和一高流速區(qū)之間的一過(guò)渡區(qū)中的流速的校正系數(shù)K平坦化。即使在該過(guò)渡區(qū)中測(cè)量的流速包含一誤差ΔQm，該測(cè)量的流速仍然是高度精確的。當(dāng)被用于測(cè)量一流體的流速，該流體的流動(dòng)方向在短的時(shí)間周期內(nèi)重復(fù)地從前向變到后向及從后向變到前向時(shí)，這樣流量計(jì)具有顯著的效果。
圖25是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的另一流量計(jì)300A的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D1 5中的流量計(jì)200A所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。
該流量計(jì)300A包括相對(duì)于測(cè)量流路2在下游的一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分141A。相對(duì)于測(cè)量流路2，一入口部分3A和一出口部分3B被平行地或同軸地設(shè)置。在測(cè)量流路2地入口處設(shè)置一臺(tái)階44，及在測(cè)量流路2地出口處設(shè)置一臺(tái)階144。臺(tái)階44和144都被設(shè)置在高度方向6上的測(cè)量流路2的一端部。一不同形狀部分45包括具有不同形狀的端部46和47，且一不同形狀部分145包括具有不同形狀的端部146和147。一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41A包括該臺(tái)階44和不同形狀部分45。一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分141A包括該臺(tái)階144和不同形狀部分145。由于這樣的結(jié)構(gòu)，在作為測(cè)量目標(biāo)的流體的入口處的入口部分3A和在該流體的出口處的出口部分4A可被相互連接而不使用大的連接部件。這樣，流量計(jì)300A具有緊湊的結(jié)構(gòu)。
在測(cè)量流路2的入口處的不同形狀部分45包括臺(tái)階型端部46和平滑彎曲端部47。在測(cè)量流路2的出口處的不同形狀部分145包括臺(tái)階型端部146和平滑彎曲端部147。不管是前向流動(dòng)還是后向流動(dòng)，由于這些端部的不同形狀，流速分布是不對(duì)稱的。這些臺(tái)階收縮流動(dòng)以使建立在高度方向6上的該測(cè)量流路2的最大流速發(fā)生位置的偏移。這些平滑彎曲部分改善了流動(dòng)的穩(wěn)定性而不管流動(dòng)是前向的還是后向的。這樣測(cè)量精度可被提高。
圖26是是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的另一流量計(jì)300B的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D16中的流量計(jì)200B所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。在測(cè)量流路2的入口處的一不同形狀部分45包括有端部46和47。這些端部46和47被相互偏移一距離ΔX。在測(cè)量流路2的出口處的一不同形狀部分145包括有端部146和147。這些端部146和147被相互偏移一距離ΔXa。不管流動(dòng)是前向的還是后向的，流體自其流入測(cè)量流路2的端部在高度方向上的位置是不同的。這樣，最大流速發(fā)生位置的偏移可被更加高度地建立。由于在一低流速區(qū)(層流區(qū)域)中的校正系數(shù)被增大而在高流速區(qū)(擾流區(qū)域)中的校正系數(shù)被減小，在一較寬流率范圍上的校正系數(shù)的特性可被平坦化。在圖26所示的例子中，端部46和146是臺(tái)階型而端部47和147是彎曲型的?？商鎿Q地，所有的臺(tái)階46、47、146和147可以是臺(tái)階型的，或所有的臺(tái)階46、47、146和147可以是彎曲型的。
圖27是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的另一流量計(jì)300C的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D17中的流量計(jì)200C所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。在流量計(jì)300C中，一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41C包括一設(shè)置在測(cè)量流路2的入口處的整流器49。一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分141C也包括一設(shè)置在測(cè)量流路2的出口處的整流器49。各整流器49包括一方向調(diào)節(jié)部分50和一波動(dòng)限制部分51，該方向調(diào)節(jié)部分50包括在測(cè)量流路2的截面中劃分的多個(gè)網(wǎng)格型部分。該方向調(diào)節(jié)部分50的多個(gè)網(wǎng)格型部分具有隨著它們?cè)诟叨确较?上位置的變化而改變的(在流體流動(dòng)方向上的)長(zhǎng)度，且波動(dòng)限制部分51由用于減小流速波動(dòng)的一柵網(wǎng)或類似裝置形成。由于該方向調(diào)節(jié)部分50的多個(gè)網(wǎng)格型部分在測(cè)量流路2的高度方向6上具有不同的長(zhǎng)度，在高度方向6上對(duì)于流動(dòng)的阻礙是不同的。通過(guò)隨意改變?cè)跍y(cè)量流路2的高度方向6上的對(duì)流動(dòng)的阻礙作用，流速分布可使得為優(yōu)選的不對(duì)稱且校正系數(shù)K的特性可被進(jìn)一步平坦化，不管流動(dòng)是前向的還是后向的。在圖27所示的例子中，該不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41C和141C各包括整流器49?？商鎿Q地，該整流器49可與彎曲部分42和142、臺(tái)階44和144和/或不同形狀部分45和145相組合。在這樣的情況下，可使得分布在高度方向上更加不對(duì)稱，且校正系數(shù)K的特性可被進(jìn)一步平坦化。替代改變方向調(diào)節(jié)部分50長(zhǎng)度，這些網(wǎng)格的大小可被改變以改變對(duì)流動(dòng)的阻礙作用?？商鎿Q地，在測(cè)量流路2的高度方向6上的波動(dòng)限制部分51的開口的尺寸可被改變以使改變對(duì)流動(dòng)的阻礙作用。
不管流動(dòng)是前向的還是后向的，該不對(duì)稱流動(dòng)建立部分以相同的方向使得最大流速發(fā)生位置偏離在高度方向上的測(cè)量流路的中心(如圖22。24和25至27中所示的向下)。這在波動(dòng)(流向重復(fù)地從前向變到后向及從后向變到前向)的情況下，提供了以下的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)流向改變時(shí)，流速被平滑地改變。更具體地，防止了漩渦流動(dòng)；即使在發(fā)生漩渦流動(dòng)時(shí)，漩渦的強(qiáng)度被降低。由于超聲波被漩渦的衰減和反射可被減少，可以更高的靈敏性發(fā)送和接收超聲波。由于當(dāng)流向被改變時(shí)，流速得到良好的平衡，超聲波傳播路徑中的流動(dòng)被穩(wěn)定化。這樣，測(cè)量精度被提高。
在入口部分3和出口部分4中，彎曲部分42A和142A的彎曲方向是相同的。通過(guò)彎曲在測(cè)量流路2的入口處的入口部分3和在測(cè)量流路2的出口處的出口部分4，流量計(jì)的寬度可被減小。通過(guò)以相同的方向彎曲入口部分3和出口部分4，可相對(duì)于在高度方向上的測(cè)量流路的中心，以相同的方向偏移最大流速發(fā)生位置。因此，即使由于流動(dòng)的波動(dòng)而使流動(dòng)方向被改變，測(cè)量精度可被保持為高精度。另外，待被連接至外部管道的流量計(jì)的部分被相互接近地設(shè)置，從而允許該流量計(jì)可被安裝在多個(gè)地點(diǎn)位置。
在入口處的臺(tái)階44和在出口處的臺(tái)階144都處于在高度方向上的測(cè)量流路2的中心的下方(即相對(duì)于測(cè)量流路2的中心在相同一側(cè)上)。在入口處的不同形狀部分45和在出口處的不同形狀部分145都具有一臺(tái)階型下端及平滑彎曲型上端。可替換地，不同形狀部分45和145可都具有一相對(duì)于上端被偏向測(cè)量路徑2中的超聲波傳播路徑的下端。相對(duì)于在高度方向上的測(cè)量路徑2的中心，在同一側(cè)上設(shè)置不同形狀部分45(在入口)和145(在出口)的這些臺(tái)階端。相對(duì)于在高度方向上的測(cè)量路徑2的中心，在同一側(cè)上設(shè)置不同形狀部分45(在入口)和145(在出口)的這些彎曲端。不管入口部分3和出口部分4是經(jīng)彎曲部分42A和142被連接至測(cè)量流路2，還是入口部分3A和出口部分4A相對(duì)于測(cè)量路徑2被平行地或同軸地設(shè)置，該流量計(jì)可以是緊湊的且可被安裝在多個(gè)地點(diǎn)位置。不管流向是前向還是后向，最大流速發(fā)生位置可以相同的方向被偏離測(cè)量流路2在高度方向上的中心。這樣，測(cè)量精度被改善。
在第三實(shí)施例中，測(cè)量流路2具有一四邊形截面?？商鎿Q地，可替換地，測(cè)量流路2可具有角部被略微倒圓的一基本上的四邊形、或一梯形、圓形或橢圓形的截面。在該例中，彎曲部分被彎曲成一直角。彎曲部分不需要被彎曲成一直角，而可以被彎曲成這樣一角度使得提供給流體一離心力。彎曲部分也可相對(duì)于測(cè)量流路的寬度方向是傾斜的。
圖28是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的另一流量計(jì)300D的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D18中的流量計(jì)200D所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。
在流量計(jì)300D中，一入口部分3B和一出口部分4A被同軸地設(shè)置。一連接軸14是入口部分3B的中心軸，而一連接軸15是出口部分4A的中心軸。作為測(cè)量流路2的中心軸的一測(cè)量流路軸10在高度方向上偏移連接軸14。這樣，在測(cè)量流路2的入口處的測(cè)量流路2的端部46A上設(shè)置一偏移壁48。該偏移壁48起到一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41D的作用。在測(cè)量流路2的出口處的測(cè)量流路2的端部146A上設(shè)置一偏移壁148。該偏移壁148起到一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分141D的作用。該兩偏移壁48和148具有在高度方向6上平滑倒圓的一彎曲部分。在圖28所示的例子中，入口部分3B和出口部分4A被設(shè)置以使它們的連接軸14相互匹配。這些連接軸14可以是相互平行而非相互同軸的。在該情況下，偏移壁48和148可被類似地形成。
接著，將描述超聲波流量計(jì)300D的操作。從進(jìn)口3B流入的作為測(cè)量目標(biāo)的流體的一部分與形成在測(cè)量流路2的入口處的偏移壁48相碰撞并流入測(cè)量流路2。在另一端，該流體流入測(cè)量流路2而不與任何壁相碰撞。因此，在測(cè)量流路2的高度方向6上的流速分布相對(duì)于作為測(cè)量流路2的中心軸的測(cè)量流路軸10是不對(duì)稱的。從出口部分4A流入的作為測(cè)量目標(biāo)的流體的一部分與形成在測(cè)量流路2的出口的偏移壁148發(fā)生碰撞并并流入測(cè)量流路2。在另一端，該流體流入測(cè)量流路2而不與任何壁相碰撞。因此，在測(cè)量流路2的高度方向6上的流速分布相對(duì)于作為測(cè)量流路2的中心軸的測(cè)量流路軸10是不對(duì)稱的。
不管是前向流動(dòng)還是后向流動(dòng)，在一低流速區(qū)(層流區(qū)域)中，低于最大流速發(fā)生位置的流速的一流速被測(cè)量以使增大校正系數(shù)。在其中流速分布在高度方向6上相對(duì)平坦的一高流速區(qū)(擾流區(qū)域)中，與最大流速發(fā)生位置的流速差異不大的一流速被測(cè)量。結(jié)果，該區(qū)域的校正系數(shù)K與常規(guī)的流量計(jì)的差異不大。這樣，在低流速區(qū)和高流速區(qū)之間的校正系數(shù)K的差異被減小，以使減小相對(duì)于流速的校正系數(shù)K的變化。由于通過(guò)偏移測(cè)量流路在入口部分3B和出口部分4A分別設(shè)置該不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41D和141D，測(cè)量流路的形狀可被簡(jiǎn)化且流量計(jì)300D可以是緊湊的，測(cè)量流路2、入口部分3B和出口部分4A可被設(shè)置得相互接近。該測(cè)量流路的簡(jiǎn)化形狀和緊湊結(jié)構(gòu)改善了可處理性并降低了生產(chǎn)成本。
入口部分3B和出口部分4A被同軸設(shè)置或相互平行設(shè)置的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化了測(cè)量流路的形狀并使得入口部分3B和出口部分4A被相互接近地設(shè)置。流量計(jì)300D的生產(chǎn)成本可被降低且尺寸可被減小。
圖29是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的另一流量計(jì)300E的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D19中的流量計(jì)200E所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。在流量計(jì)300E中，入口部分3B和出口部分4A被設(shè)置以使它們的連接軸14彼此同軸。作為測(cè)量流路2的中心軸的測(cè)量流路軸10相對(duì)于連接軸14被偏移。這樣，在測(cè)量流路2的入口處的在測(cè)量流路2的高度方向上的一上端和一下端上設(shè)置有臺(tái)階44。在測(cè)量流路2的出口處的在測(cè)量流路2的高度方向上的一上端和一下端上設(shè)置有臺(tái)階144。各臺(tái)階44被包括在一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41E中，且各臺(tái)階144被包括在一不對(duì)稱流動(dòng)建立部分141E中。由于這樣一結(jié)構(gòu)，不管流向是前向還是后向，在與臺(tái)階44和144碰撞后流入測(cè)量流路2的流動(dòng)相對(duì)于在高度方向上的測(cè)量流路的中心是不對(duì)稱。結(jié)果，在更寬的流率范圍上，校正系數(shù)的特性因此被進(jìn)一步平坦化。由于入口部分3B和出口部分4A是同軸的，測(cè)量流路的形狀可被簡(jiǎn)化且尺寸可被減小。
入口部分3B和出口部分4A不需要完全平行于測(cè)量流路2但可以基本上平行。在圖29的例子中，在測(cè)量路徑2的上端和下端上設(shè)置有臺(tái)階44和144。這些臺(tái)階44和144可以設(shè)置在測(cè)量流路2的一上端上或一下端上。
圖30是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的另一流量計(jì)300F的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D20中的流量計(jì)200F所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。
在流量計(jì)300F中，作為發(fā)送接收器31的中心軸的一收發(fā)軸34相對(duì)于作為測(cè)量流路2的中心軸的測(cè)量流路軸10，在圖30的紙面上被向下偏移ΔY。
發(fā)送接收器31的收發(fā)軸34在圖30的紙面上被向下偏移。最大流速發(fā)生位置U是在流速分布R的下部中。最大流速發(fā)生位置U處于這樣一位置的原因是當(dāng)流向?yàn)榍跋驎r(shí)，由于由在測(cè)量流路2的入口處的彎曲部分42A引起的離心作用，導(dǎo)致流動(dòng)朝向外周表面43偏移。當(dāng)流向?yàn)楹笙驎r(shí)，由于由在測(cè)量流路2的出口處的彎曲部分142A引起的離心作用，導(dǎo)致流動(dòng)朝向外周表面143偏移。另外，即使流速較高，偏移通過(guò)臺(tái)階44和144與不同形狀部分45和145被建立并被保持。(實(shí)施例4)圖31是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的流量計(jì)400的縱向和橫向截面視圖。圖32是流量計(jì)400的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D10-12中的流量計(jì)200所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。
流量計(jì)400包括一設(shè)置在各開口16和17中的一開孔整流器52。該開孔整流器52由網(wǎng)、微孔板、無(wú)紡布等具有超聲波可通過(guò)的細(xì)微的超聲開口53的材料形成。該開孔整流器52減少了流入開口16和17的作為測(cè)量目標(biāo)的一流體的量。另外，該開孔整流器52被設(shè)置在與流路壁5相同的水平上以使不伸入測(cè)量流路2中。這樣，該開孔整流器52減少了測(cè)量流路2中的流動(dòng)的干擾。
流量計(jì)400還包括一流動(dòng)偏移限制部分57，其設(shè)置在經(jīng)相對(duì)于測(cè)量流路2在上游的彎曲部分42A被連接至測(cè)量流路2的入口部分3中。該流動(dòng)偏移限制部分57具有多個(gè)細(xì)微的通路開口58。當(dāng)在流入入口部分3中的流體的流速分布中有一偏移時(shí)，該流動(dòng)偏移限制部分57在該流體流入測(cè)量流路2之前使該流速分布均勻化。
流量計(jì)400還包括一在相對(duì)于彎曲部分42A被連接在上游的一閥門部件71。該閥門部件71具有一朝向入口部分3被開口的一連接開口72。該閥門部件71包括一開/關(guān)閥76，其具有一面對(duì)閥門密封78設(shè)置的閥門體77。該閥門部件71具有一流體進(jìn)口75，作為測(cè)量目標(biāo)的流體經(jīng)過(guò)該流體進(jìn)口流入。該閥門體77通過(guò)一彈簧79被偏置朝向閥門密封78。流量計(jì)400包括用于開或關(guān)該閥門體77的一驅(qū)動(dòng)部分80，例如螺線管或電機(jī)。
圖33是包括在流量計(jì)400中的流動(dòng)偏移限制部件57的平面視圖。如圖31所示，該流動(dòng)偏移限制部件57被設(shè)置在入口部分3的兩壁之間。參考數(shù)字73(雙點(diǎn)點(diǎn)劃線)表示在如圖31所示的開/關(guān)閥76被水平設(shè)置的情況下的連接開口72且該連接開口72被設(shè)置在圖31的頁(yè)面的左方。在此情況下，連接開口72在第一開口位置73。參考數(shù)字74(單點(diǎn)點(diǎn)劃線)表示在相對(duì)于圖31的頁(yè)面，開/關(guān)閥76被垂直設(shè)置的情況下的連接開口72且該連接開口72被設(shè)置在圖31的頁(yè)面的后側(cè)。在此情況下，連接開口72在第二開口位置74。為了使連接開口72處于入口部分3中的第一開口位置73或第二開口位置74，入口部分3具有一大于測(cè)量流路2的截面部分Sb(見(jiàn)圖34)的截面部分Sa(即Sa＞Sb)。測(cè)量流路2的截面部分Sb是由寬度11和高度12限定的一四邊形。這樣，流動(dòng)偏移限制部件57被安裝在的截面部分大于測(cè)量流路2的截面部分。因此，由流動(dòng)偏移限制部件57造成的流體的壓力損失被減小。即使根據(jù)閥門部件71的不同配置和結(jié)構(gòu)，第一開口位置73和第二開口位置74相對(duì)于入口部分3被偏移，在流體流入測(cè)量流路2之前，流動(dòng)分布可通過(guò)流動(dòng)偏移限制部件57的細(xì)微通路開口58被均勻化。這樣，通過(guò)不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41，在高度方向6上的流速分布可被穩(wěn)定地變?yōu)椴粚?duì)稱的。這減少了在兩超聲發(fā)送接收器31之間的流動(dòng)的干擾。結(jié)果，測(cè)量精度被提高，且可測(cè)量的流率范圍的上限被提高。即使相對(duì)于測(cè)量流路2被設(shè)置在上游的包括閥門部件71的路徑或管道的形狀發(fā)生變化，測(cè)量精度被保證，使得流量計(jì)400可被安裝在多個(gè)地點(diǎn)位置。
圖34是根據(jù)第四實(shí)施例的流量計(jì)400中的一流動(dòng)穩(wěn)定部件61的一波動(dòng)限制部分63的截面視圖。流動(dòng)偏移限制部件57的細(xì)微通路開口58各具有一尺寸Ta，Ta小于波動(dòng)限制部分63的細(xì)微通路開口64的尺寸Tb(Ta＜Tb)。因此，流動(dòng)偏移限制部件57可比流動(dòng)穩(wěn)定部件61更加強(qiáng)力地均勻化流動(dòng)脈動(dòng)或流速分布。通過(guò)提供流動(dòng)偏移限制部件57，提供給測(cè)量流路2的流動(dòng)可被進(jìn)一步穩(wěn)定化。
因此，即使連接開口72相對(duì)于入口部分3被不可避免地偏移，流體仍可以均勻的狀態(tài)流入測(cè)量流路2。這樣，測(cè)量精度被提高。即使流入入口部分3的流體被脈動(dòng)化，流入測(cè)量流路2的流體的脈動(dòng)被減輕。針對(duì)脈動(dòng)的測(cè)量精度被提高。流動(dòng)偏移限制部件57的細(xì)微通路開口58小于波動(dòng)限制部分63的細(xì)微通路開口64。這樣，例如垃圾或灰塵的雜質(zhì)的侵襲被減少，以使保證較高的可靠性的精確測(cè)量。流動(dòng)偏移限制部件57的截面Sa大于測(cè)量流路2的截面Sb。這樣，流體的壓力損失可被減小。即使雜質(zhì)附連至流動(dòng)偏移限制部件57，可避免測(cè)量特性的損失。
如上所述，流量計(jì)400提供一穩(wěn)定的流動(dòng)給測(cè)量流路而不管上游路徑或管路的形狀。因此，在高度方向上的不對(duì)稱的流速分布可被穩(wěn)定化。在兩超聲發(fā)送接收器之間的流動(dòng)的干擾可被減小。測(cè)量精度被提高，且可測(cè)量的流率范圍的上限被提高。不管上游路徑或管路的形狀，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的測(cè)量，允許流量計(jì)400可被安裝在多個(gè)地點(diǎn)位置。
接著，將描述流量計(jì)400的操作。作為測(cè)量目標(biāo)的流體從入口部分3流入，埃通過(guò)閥門部件71的進(jìn)口75和閥門密封78后，通過(guò)設(shè)置在測(cè)量流路2的入口處的不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41，而變?yōu)榱魉俜植疾粚?duì)稱。在此狀態(tài)下，該流體流入超聲波傳播路徑33。
通過(guò)設(shè)置開孔整流器52，在開口16和17的漩渦的強(qiáng)度可被降低，且由開口16和17導(dǎo)致的測(cè)量流路中的流動(dòng)的干擾可被減輕。這樣，可測(cè)量的流率范圍的上限被提高。
圖35是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的流量計(jì)中的另一開孔整流器52A的局部截面視圖。測(cè)量流路2具有一截面，該截面的寬度微12，高度為11。為四邊形的開口16和16各具有基本垂直于流體流動(dòng)方向(圖35中的箭頭所示)的一側(cè)54，和基本上平行于流體流動(dòng)方向的另一側(cè)55。測(cè)量流路2被設(shè)置以使流體基本上水平地流動(dòng)，且使具有開口16和17地壁基本上是垂直的。在下游開口17中的開孔整流器52包括一傾斜網(wǎng)56，其中這些開口被配置成相對(duì)于水平方向被傾斜α角度。這些開口被配置以使不平行于水平方向。在下游開口17中的開孔整流器52的開口的尺寸小于在上游開口16中的開孔整流器52的開口的尺寸。這樣，限制流體流入相對(duì)于測(cè)量流路2被開口成銳角的開口17。在開口16中的開孔整流器52的相對(duì)于測(cè)量流路2被開口成一鈍角的開口的尺寸大于在開口17中的開孔整流器52的開口的尺寸。這樣，超聲波的傳輸比被提高。因此，可以更高的靈敏性發(fā)送和接收超聲波。測(cè)量精度被提高。超聲波的傳播損耗被減小，以使減少對(duì)超聲發(fā)送接收器的驅(qū)動(dòng)輸入。因此，即使具有有限容量的電源例如電池，也可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的使用，從而提高了流量計(jì)的可持續(xù)使用。
當(dāng)流體在包含細(xì)微粉末雜質(zhì)例如灰塵的路徑中流動(dòng)時(shí)，該灰塵和其它細(xì)微粉末狀雜質(zhì)可能被附連至開孔整流器52。這種情況的發(fā)生是由于下游開口17相對(duì)于流向被開口一銳角且因此流體可能流入開口17。然而，在該例中，在下游開口17中的開孔整流器52的傾斜網(wǎng)56包括向?qū)τ谒椒较虮粌A斜配置的開口。因此，附連至開口17的細(xì)微粉末狀雜質(zhì)被激發(fā)以沿該傾斜滑動(dòng)并自開口17掉落。這防止了開孔整流器52被累積的細(xì)微粉末狀雜質(zhì)所阻塞。超聲波肯定通過(guò)開孔整流器52以提供穩(wěn)定測(cè)量的流速和流率。
如上所述，該開孔整流器52各包括細(xì)微超聲開口53，且該細(xì)微超聲開口53的尺寸或形狀不同于上游開孔整流器52和下游開孔整流器52。該流體還被限制流入開口16和17?？梢暂^高的靈敏性發(fā)送和接收超聲波，提高了測(cè)量精度。流量計(jì)可持續(xù)性和對(duì)于灰塵的可靠性可被提高。
圖36是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的另一流量計(jì)400A的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D22-24中的流量計(jì)300及圖31和32中的流量計(jì)400所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。
流量計(jì)400A包括在出口部分4以及入口部分3中的一流動(dòng)偏移限制部分部件。即各具有細(xì)微通路開口58的流動(dòng)偏移限制部分部件57和157被分別設(shè)置在入口部分3和出口部分4。因此，不管流向是前向還是后向，且不管上游或下游的路徑或管路的形狀，可將穩(wěn)定流動(dòng)提供給測(cè)量流路2。因此，通過(guò)不對(duì)稱流動(dòng)建立部分41和141，流速分布在高度方向上變?yōu)椴粚?duì)稱的。在兩超聲發(fā)送接收器之間的流動(dòng)的干擾被減少。即使該流體被脈動(dòng)化，測(cè)量精度被提高，且可測(cè)量的流率范圍的上限被提高。不管路徑或管路的形狀，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的測(cè)量，允許流量計(jì)400A被安裝多個(gè)地點(diǎn)位置。
圖37是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的另一流量計(jì)400B的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D26中的流量計(jì)300B及圖36中的流量計(jì)400A所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。在測(cè)量流路2的入口的一不同形狀部分45A包括端部46和47。該端部46和47被相互偏移一距離ΔX。在測(cè)量流路2的出口的一不同形狀部分145A包括端部146和147。該端部146和147被相互偏移一距離ΔXa。不管流向是前向還是后向，流體自其流入測(cè)量流路2的這些端部在高度方向上的位置是不同的。因此，最大流速發(fā)生位置的偏移可被更高地建立。由于在低流速區(qū)(層流區(qū)域)中的校正系數(shù)被增大且在高流速區(qū)(擾流區(qū)域)中的校正系數(shù)被減小，在一較寬的流率范圍上，校正系數(shù)的特性可被平坦化。在圖26所示的例子中，端部46和146是臺(tái)階型的而端部47和147是彎曲型的?？商鎿Q地，所有的端部46、47、146和147可以是臺(tái)階型的或所有的端部46、47、146和147可以是彎曲型的。
通過(guò)在相對(duì)于測(cè)量流路的下游和相對(duì)于測(cè)量流路2的上游設(shè)置流動(dòng)穩(wěn)定部件61，當(dāng)流向是后向時(shí)，在高度方向上的流速分布可被更加穩(wěn)定地變?yōu)椴粚?duì)稱。當(dāng)流向是后向時(shí)，校正系數(shù)的特性可被進(jìn)一步平坦化。
圖38是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的另一流量計(jì)400C的縱向和橫向截面視圖。與先前參照?qǐng)D31-37中的流量計(jì)所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。
在流量計(jì)400C中，作為發(fā)送接收器31的中心軸的一收發(fā)軸34相對(duì)于作為測(cè)量流路2的中心軸的測(cè)量流路軸10，在圖38的紙面上被向下偏移ΔY。最大流速發(fā)生位置U是在流速分布R的下部中。最大流速發(fā)生位置U處于這樣一位置的原因是當(dāng)流向?yàn)榍跋驎r(shí)，由于由在測(cè)量流路2的入口處的彎曲部分42A引起的離心作用，導(dǎo)致流動(dòng)朝向外周表面43偏移。當(dāng)流向?yàn)楹笙驎r(shí)，由于由在測(cè)量流路2的出口處的彎曲部分142A引起的離心作用，導(dǎo)致流動(dòng)朝向外周表面143偏移。另外，即使流速較高，偏移通過(guò)臺(tái)階44和144與不同形狀部分45和145被建立并被保持。
圖39是圖38中所示的發(fā)送接收器31的縱向及垂直截面視圖。與先前參照?qǐng)D20和21中的流量計(jì)200F所討論的相同的元件用相同的參考數(shù)字表示且因此不再詳細(xì)描述。
圖39示出了超聲發(fā)送接收器31和測(cè)量流路2的高度之間的關(guān)系。在圖39中，參考數(shù)字82表示用于容納一壓電體81的一氣密殼體，參考數(shù)字83表示固定在殼體82的外壁上的一聲校準(zhǔn)層，參考數(shù)字84表示結(jié)合至殼體82的一密封體，參考數(shù)字85表示設(shè)置在該密封體84上的一端子，參考數(shù)字86表示用于連接壓電體81和端子85的一引線，參考數(shù)字88表示用于保持一支座87并以氣密的方式將該支座87連接至流路壁5以使防止振動(dòng)的一振動(dòng)傳輸限制體，及參考數(shù)字89表示用于按壓該振動(dòng)傳輸限制體88以使該振動(dòng)傳輸限制體88不會(huì)脫離流路壁5的一固定體。超聲發(fā)送接收器31在測(cè)量流路2的高度方向6上被偏移。在聲校準(zhǔn)層83上設(shè)置用于將超聲波釋放到作為測(cè)量目標(biāo)的流體的收發(fā)表面32具有比測(cè)量流路2的高度方向6上的尺寸11小的一尺寸。在下游側(cè)上設(shè)置的超聲發(fā)送接收器31具有基本相同的結(jié)構(gòu)且因此不作詳細(xì)描述。
下面將描述當(dāng)流向是前向時(shí)的流量計(jì)400C的操作。超聲發(fā)送接收器31在高度方向6上偏移測(cè)量流路2的中心。因此，在具有凸形流速分布的一低流速區(qū)(層流區(qū)域)中，超聲波傳播路徑33的高度方向中心變得遠(yuǎn)離最大流速發(fā)生位置。這樣，校正系數(shù)K被增大。這樣，超聲發(fā)送接收器31的位置在高度方向6上可被適當(dāng)?shù)仄埔允剐Ｕ禂?shù)K具有接近于一被干擾的高流速區(qū)中的該值的一值。以此方式，即使在低流速區(qū)中，相對(duì)于流率，校正系數(shù)K被允許保持基本不變。在該例中，超聲發(fā)送接收器31在高度方向6上被朝向最大流速發(fā)生位置偏移。因此，在具有凸形流速分布的區(qū)域中和在一過(guò)渡區(qū)域中，在最大流速發(fā)生位置和流路壁之間的流速的變化可以是更加陡峭的。在此情況下，僅通過(guò)在高度方向上略微調(diào)節(jié)超聲發(fā)送接收器31的位置，校正系數(shù)K的值可被容易地改變。結(jié)果，即使在低流速區(qū)中，相對(duì)于流速，校正系數(shù)K被允許保持基本不變。
在一高流速區(qū)中，一高流速被測(cè)量以使校正系數(shù)K的值被減小。這樣，在高流速區(qū)和低流速區(qū)之間的校正系數(shù)的差異被減小以使校正系數(shù)K的特性平坦化。結(jié)果，在一較寬的流率范圍上，校正系數(shù)K被允許保持基本不變。
在高度方向上，超聲發(fā)送接收器31被從測(cè)量流路2的中心偏移向彎曲部分42A的外周表面43(并朝向彎曲部分143A的外周表面143)。由于這樣一結(jié)構(gòu)，當(dāng)流向是前向時(shí)，由于彎曲部分42A的離心力的作用，當(dāng)流率提高時(shí)，朝向彎曲部分42A的外周表面43的流動(dòng)的偏移被更高地建立。當(dāng)流向是后向時(shí)，由于彎曲部分142A的離心力的作用，當(dāng)流率提高時(shí)，朝向彎曲部分142A的外周表面143的流動(dòng)的偏移被更高地建立。這樣，不管流向是前向還是后向，(在高度方向上被偏移的)在超聲波傳播路徑33中的一高流速區(qū)占有的比例可被提高，導(dǎo)致在一高流速區(qū)中的校正系數(shù)的減小。在一更高的流率上，校正系數(shù)K的值可被減小，在待被測(cè)量的一更寬的流率范圍上，校正系數(shù)K的特性被進(jìn)一步平坦化。由于超聲發(fā)送接收器31在高度方向上的偏移，校正系數(shù)被平坦化，防止誤差被放大，即使在短周期內(nèi)重復(fù)地將流向從前向改為后向及從后向改為前向而產(chǎn)生脈動(dòng)時(shí)。這樣，測(cè)量精度被進(jìn)一步提高。
發(fā)送接收器31的收發(fā)表面32的尺寸小于在高度方向上的尺寸11。因此，發(fā)送接收器31可相對(duì)于測(cè)量流路2被設(shè)置以使收發(fā)表面32不被流路壁5所隱藏，即使發(fā)送接收器31被略微偏移。這樣，超聲波可被有效地釋放給超聲波傳播路徑33。防止了超聲波發(fā)送和接收靈敏性的降低。具有較高S/N比的超聲波可被發(fā)送和接收，提高流率的測(cè)量精度。另外，防止了在發(fā)送接收器31被偏移至的一較寬的位置范圍中，發(fā)送接收器31的超聲波發(fā)送和接收靈敏性被降低。這加大了偏移的自由度。因此，超聲波可被傳播到在用于測(cè)量流速的測(cè)量流路中的一等流速區(qū)，以使校正系數(shù)K的特性被進(jìn)一步平坦化。
如上所述，該超聲發(fā)送接收器在高度方向上被偏離測(cè)量路徑的中心。該超聲發(fā)送接收器在高度方向上可被偏移至一優(yōu)選位置以使在一低流速區(qū)(層流區(qū)域)中的校正系數(shù)的值接近于在被干擾的高流速區(qū)中的該值。這樣，即使在一低流速區(qū)中，校正系數(shù)被允許基本保持不變。在短周期內(nèi)重復(fù)地將流向從前向改為后向及從后向改為前向而產(chǎn)生脈動(dòng)時(shí)的測(cè)量精度被進(jìn)一步提高。
在低流速分布中，該超聲發(fā)送接收器被偏移向最大流速發(fā)生位置。由于在最大流速發(fā)生位置和流路壁之間的流速迅速改變，通過(guò)略微改變?cè)摮暟l(fā)送接收器在高度方向上的位置，該校正系數(shù)可被容易地調(diào)節(jié)。這樣，即使在一低流速區(qū)中，校正系數(shù)被允許基本保持不變。在一被干擾的高流速區(qū)中，一高流速被測(cè)量。因此，該校正系數(shù)的值可被減小。在高流速區(qū)和低流速區(qū)之間的校正系數(shù)的差異被減小。這樣，在一較寬的流率范圍上，校正系數(shù)K的特性被進(jìn)一步平坦化。
超聲發(fā)送接收器被從高度方向上測(cè)量流路的中心偏移向一彎曲部分的外周表面。通過(guò)該彎曲部分的離心力的作用，當(dāng)流速更高時(shí)，朝向彎曲部分的外周表面的偏移被更加高度地建立。這樣，在一高流速區(qū)中，校正系數(shù)被減小。在高流速區(qū)和低流速區(qū)之間的校正系數(shù)的差異被減小。這樣，在一較寬的流率范圍上，校正系數(shù)K的特性被進(jìn)一步平坦化。
工業(yè)可應(yīng)用性如上所述，本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量寬流速范圍的高精度的流量計(jì)。
本發(fā)明提供了一種用于減小在高流速區(qū)和低流速區(qū)之間的一過(guò)渡區(qū)中的校正系數(shù)的變化的流量計(jì)。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)15、根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的不同形狀部分，該不同形狀部分包括兩個(gè)分別設(shè)置在流路的兩個(gè)不同壁部分上的端部，兩個(gè)端部有不同的形狀，并且兩個(gè)壁部分在高度方向上是互相面對(duì)的。
16、根據(jù)權(quán)利要求15的流量計(jì)，其中在不同形狀部分的兩個(gè)端部中，一個(gè)做成為臺(tái)階形的，另一個(gè)是光滑地彎曲的。
17、根據(jù)權(quán)利要求15的流量計(jì)，其中該兩個(gè)端部在流體流動(dòng)的方向上是互相偏離的。
18、(刪除)19、(刪除)20、(刪除)21、根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的整流器，用于為流體流動(dòng)提供阻力，該阻力在流路的高度方向上是變化的。
22、根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中這對(duì)發(fā)送接收器各自設(shè)置在一個(gè)在高度方向上偏離于流路中央的位置上。
23、(刪除)24、根據(jù)權(quán)利要求22的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的用于使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向上抬高流路的彎曲部分，及這對(duì)發(fā)送接收器各自設(shè)置在一個(gè)向著該彎曲部分的外周表面偏移的位置上。
25、根據(jù)權(quán)利要求22的流量計(jì)，其中這對(duì)發(fā)送接收器各自具有一個(gè)用于發(fā)送和接收超聲波的矩形發(fā)送接收表面，及該發(fā)送接收表面小于高度方向上的流路尺寸。
26、根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該流體既沿著從上游位置到下游位置的前向流過(guò)流路，也沿著從下游位置到上游位置的后向流過(guò)流路，及該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)前向非對(duì)稱流動(dòng)建立部分，用于使沿前向流動(dòng)的流體的等流速區(qū)域在高度方向發(fā)生偏移，和一個(gè)后向非對(duì)稱流動(dòng)建立部分，用于使沿后向流動(dòng)的流體的等流速區(qū)域在高度方向發(fā)生偏稱。
27、根據(jù)權(quán)利要求26的流量計(jì)，其中該前向和后向非對(duì)稱流動(dòng)建立部分使等流速區(qū)域沿相同的方向偏移。
28、根據(jù)權(quán)利要求27的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的用于使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向抬高流路的上游彎曲部分，以及一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的用于使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向上抬高流路的下游彎曲部分，及該上游和下游彎曲部分沿相同的方向彎曲。
29、根據(jù)權(quán)利要求27的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的一個(gè)流路壁部分上的臺(tái)階和一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的一個(gè)流路壁部分上的臺(tái)階，以及一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的不同形狀部分和一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的不同形狀部分，每個(gè)不同形狀部分都有兩個(gè)分別設(shè)置在流路的兩個(gè)不同的壁部分上的端部，兩個(gè)端部有不同的形狀，并且兩個(gè)壁部分在高度方向上互相面對(duì)，
分別具有位于這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)臺(tái)階的兩個(gè)壁部分在同一邊上，及分別具有位于這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)不同形狀部分各自的一個(gè)端部的兩個(gè)壁部分在同一邊上，分別具有位于這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)不同形狀部分各自的另一個(gè)端部的兩個(gè)壁部分位在同一邊上。
30、根據(jù)權(quán)利要求1的流量計(jì)，其中該流路由一個(gè)具有一對(duì)開口的壁來(lái)確定，這對(duì)開口分別用于讓這對(duì)發(fā)送接收器暴露于流路，及該流路還包括一對(duì)分別設(shè)置在這對(duì)開口與流路之間的開孔整流器，用于減少流入這對(duì)開口的流體量和避免流過(guò)流路的流體的流動(dòng)受到干擾。
31(修改)、根據(jù)權(quán)利要求30的流量計(jì)，其中在這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)或下游側(cè)中至少之一設(shè)置一個(gè)包括一些細(xì)微通路開口的流動(dòng)偏移限制部分。
32、(刪除)33、根據(jù)權(quán)利要求30的流量計(jì)，其中這對(duì)開孔整流器各自都帶有一些細(xì)微的超聲開口，及分別設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)和下游側(cè)的開孔整流器中的細(xì)微超聲開口有不同的開口尺寸或形狀。
34、根據(jù)權(quán)利要求30的流量計(jì)，其中設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的開孔整流器中的細(xì)微超聲開口的尺寸大于設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的開孔整流器中的細(xì)微超聲開口的尺寸。
權(quán)利要求
1.一種流量計(jì)，包括一個(gè)流體在其中流動(dòng)的流路；一對(duì)發(fā)送接收器，用于發(fā)送和接收通過(guò)該流路傳播的超聲波；以及一個(gè)流率計(jì)算部分，用于根據(jù)這對(duì)發(fā)送接收器發(fā)送和接收超聲波的結(jié)果來(lái)計(jì)算流經(jīng)該流路的流體的流率，其中該流路具有一個(gè)等流速區(qū)域，在該區(qū)域中流體在從高流率區(qū)域到低流率區(qū)域的完整流率區(qū)域范圍上基本上以相同的流速流動(dòng)，及這對(duì)發(fā)送接收器發(fā)送和接收超聲波以使該超聲波在該等流速區(qū)域中傳播。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的流量計(jì)，其中該等流速區(qū)域設(shè)置在一個(gè)在高度方向上偏離于流路中央的位置上，及這對(duì)發(fā)送接收器各自都設(shè)置在一個(gè)在高度方向上偏離于流路中央的位置上，使得該對(duì)發(fā)送接收器中的各個(gè)在高度方向上的位置與等流速區(qū)域在高度方向上的位置基本相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的流量計(jì)，其中該流路的橫截面是一個(gè)四邊形，該四邊形由兩條高度方向上延伸的短邊和兩條寬度方向上延伸的長(zhǎng)邊所確定，及這對(duì)發(fā)送接收器分別設(shè)置在兩條短邊上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的流量計(jì)，其中這對(duì)發(fā)送接收器發(fā)送和接收沿兩條長(zhǎng)邊方向傳經(jīng)該流路的超聲波。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的流量計(jì)，其中該流路的橫截面是一個(gè)四邊形，該四邊形由兩條高度方向上延伸的短邊和兩條寬度方向上延伸的長(zhǎng)邊所確定，這對(duì)發(fā)送接收器各自具有一個(gè)用于發(fā)送和接收超聲波的矩形發(fā)送接收表面，及每個(gè)發(fā)送接收器在高度方向上偏離流路中央的偏離量L1滿足關(guān)系式(H-W)×0.3≤L1≤(H-W)×0.7，且最好滿足關(guān)系式(H-W)×0.4≤L1≤(H-W)×0.6，其中H是該橫截面沿高度方向延伸的各兩短邊的長(zhǎng)度，W是發(fā)送接收器的矩形發(fā)送接收表面沿高度方向上的長(zhǎng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的流量計(jì)，其中該流路的橫截面是一個(gè)四邊形，該四邊形由兩條沿高度方向延伸的短邊和兩條沿寬度方向延伸的長(zhǎng)邊所確定，及各兩長(zhǎng)邊與各兩短邊的長(zhǎng)度的比值在1.1至5之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的流量計(jì)，其中該流路的橫截面是一個(gè)四形邊，該四邊形由兩條沿高度方向延伸的短邊和兩條沿寬度方向延伸的長(zhǎng)邊所確定，這對(duì)發(fā)送接收器各自具有一個(gè)用于發(fā)送和接收超聲波的矩形發(fā)送接收表面，及每個(gè)發(fā)送接收器的發(fā)送接收表面的長(zhǎng)度W和該流路沿高度方向延伸的每條短邊的長(zhǎng)度H滿足關(guān)系式0.3×H≤W≤0.7×H。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的流量計(jì)，其中該流路的高度方向是重力方向，及這對(duì)發(fā)送接收器沿相反于重力方向的方向偏移。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的流量計(jì)，還包括有一個(gè)非對(duì)稱流動(dòng)建立部分，用于使等流速區(qū)域在流路的高度方向上發(fā)生偏移，使得每個(gè)發(fā)送接收器在流路的高度方向上的位置基本匹配于等流速區(qū)在高度方向上的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該流路包括有一個(gè)位于這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的入口部分，而該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分則使測(cè)量流路相對(duì)于該入口部分發(fā)生偏移。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的流量計(jì)，其中該流路包括有分別設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)和下游側(cè)的一個(gè)入口部分和一個(gè)出口部分，及入口部分和出口部分設(shè)置得互相同軸或互相平行。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的彎曲部分，用于使流路發(fā)生彎曲從而使該流路在高度方向上升高。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的流路壁上的臺(tái)階。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的不同形狀部分，該不同形狀部分包括兩個(gè)分別設(shè)置在流路的兩個(gè)不同壁部分上的端部，兩個(gè)端部有不同的形狀，并且兩個(gè)壁部分在高度方向上是互相面對(duì)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的流量計(jì)，其中在不同形狀部分的兩個(gè)端部中，一個(gè)做成為臺(tái)階形的，另一個(gè)是光滑地彎曲的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的流量計(jì)，其中該兩個(gè)端部在流體流動(dòng)的方向上是互相偏離的。
18.根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)的流路壁部分上的臺(tái)階，以及一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的不同形狀部分，該不同形狀部分包括兩個(gè)分別設(shè)置在兩個(gè)不同的流路壁部分上的端部，兩個(gè)端部具有不同的形狀，并且兩個(gè)壁部分在高度方向上互相面對(duì)。
19.根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的用來(lái)使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向上抬高流路的彎曲部分，以及一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的流路壁部分上的臺(tái)階。
20.根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的用來(lái)使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向上抬高流路的彎曲部分，一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的流路壁部分上的臺(tái)階，以及一個(gè)不同形狀部分，后者有兩個(gè)分別設(shè)置在兩個(gè)不同的流路壁部分上的端部，兩個(gè)端部具有不同的形狀，并且兩個(gè)壁部分在高度方向上互相面對(duì)。
21.根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的整流器，用于為流體流動(dòng)提供阻力，該阻力在流路的高度方向上是變化的。
22.根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中這對(duì)發(fā)送接收器各自設(shè)置在一個(gè)在高度方向上偏離于流路中央的位置上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的流量計(jì)，其中這對(duì)發(fā)送接收器各自設(shè)置在一個(gè)在高度方向上偏離于流路中央的位置上，使得被非對(duì)稱流動(dòng)建立部分在流路高度方向上偏移了的等流速區(qū)域位置基本上匹配于兩個(gè)發(fā)送接收器各自在高度方向上的位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的用于使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向上抬高流路的彎曲部分，及這對(duì)發(fā)送接收器各自設(shè)置在一個(gè)向著該彎曲部分的外周表面偏移的位置上。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的流量計(jì)，其中這對(duì)發(fā)送接收器各自具有一個(gè)用于發(fā)送和接收超聲波的矩形發(fā)送接收表面，及該發(fā)送接收表面小于高度方向上的流路尺寸。
26.根據(jù)權(quán)利要求9的流量計(jì)，其中該流體既沿著從上游位置到下游位置的前向流過(guò)流路，也沿著從下游位置到上游位置的后向流過(guò)流路，及該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)前向非對(duì)稱流動(dòng)建立部分，用于使沿前向流動(dòng)的流體的等流速區(qū)域在高度方向發(fā)生偏移，和一個(gè)后向非對(duì)稱流動(dòng)建立部分，用于使沿后向流動(dòng)的流體的等流速區(qū)域在高度方向發(fā)生偏稱。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的流量計(jì)，其中該前向和后向非對(duì)稱流動(dòng)建立部分使等流速區(qū)域沿相同的方向偏移。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的用于使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向抬高流路的上游彎曲部分，以及一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的用于使流路發(fā)生彎曲從而在高度方向上抬高流路的下游彎曲部分，及該上游和下游彎曲部分沿相同的方向彎曲。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的流量計(jì)，其中該非對(duì)稱流動(dòng)建立部分包括一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的一個(gè)流路壁部分上的臺(tái)階和一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的一個(gè)流路壁部分上的臺(tái)階，以及一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的不同形狀部分和一個(gè)設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的不同形狀部分，每個(gè)不同形狀部分都有兩個(gè)分別設(shè)置在流路的兩個(gè)不同的壁部分上的端部，兩個(gè)端部有不同的形狀，并且兩個(gè)壁部分在高度方向上互相面對(duì)，分別具有位于這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)臺(tái)階的兩個(gè)壁部分在同一邊上，及分別具有位于這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)不同形狀部分各自的一個(gè)端部的兩個(gè)壁部分在同一邊上，分別具有位于這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)不同形狀部分各自的另一個(gè)端部的兩個(gè)壁部分位在同一邊上。
30.根據(jù)權(quán)利要求1的流量計(jì)，其中該流路由一個(gè)具有一對(duì)開口的壁來(lái)確定，這對(duì)開口分別用于讓這對(duì)發(fā)送接收器暴露于流路，及該流路還包括一對(duì)分別設(shè)置在這對(duì)開口與流路之間的開孔整流器，用于減少流入這對(duì)開口的流體量和避免流過(guò)流路的流體的流動(dòng)受到干擾。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的流量計(jì)，其中在這對(duì)發(fā)送接收器的上游側(cè)設(shè)置一個(gè)包括一些細(xì)微通路開口的流動(dòng)偏移限制部分。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的流量計(jì)，其中在這對(duì)發(fā)送接收器的下游側(cè)設(shè)置在一個(gè)包括一些細(xì)微通路開口的流動(dòng)偏移限制部分。
33.根據(jù)權(quán)利要求30的流量計(jì)，其中這對(duì)開孔整流器各自都帶有一些細(xì)微的超聲開口，及分別設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)和下游側(cè)的開孔整流器中的細(xì)微超聲開口有不同的開口尺寸或形狀。
34.根據(jù)權(quán)利要求30的流量計(jì)，其中設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器上游側(cè)的開孔整流器中的細(xì)微超聲開口的尺寸大于設(shè)置在這對(duì)發(fā)送接收器下游側(cè)的開孔整流器中的細(xì)微超聲開口的尺寸。
全文摘要
一種流量計(jì)包含一個(gè)流體在其中流動(dòng)的流路；一對(duì)用于發(fā)送和接收通過(guò)該流路傳播的超聲波的發(fā)送接收器；以及一個(gè)能根據(jù)這對(duì)發(fā)送接收器發(fā)送和接收超聲波的結(jié)果來(lái)計(jì)算流經(jīng)該流路的流體的流率的流率計(jì)算部分。該流路具有一個(gè)等流速區(qū)域，在該區(qū)域中流體在從高流率區(qū)域到低流率區(qū)域的全部流率區(qū)域范圍內(nèi)基本上以相同的流速流動(dòng)。這對(duì)發(fā)送接收器發(fā)送和接收的超聲波在該等流速區(qū)域中傳播。
文檔編號(hào)G01F1/66GK1395678SQ01803069
公開日2003年2月5日 申請(qǐng)日期2001年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月10日
發(fā)明者新村紀(jì)夫, 巖永茂, 長(zhǎng)岡行夫 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社