專利名稱：流率測量方法和超聲流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用超聲波測量氣體或液體流率的方法并涉及一種實行該測量方法的超聲流量計。
背景技術(shù)：
編號為4,483,202的美國專利公開了一種超聲流量計。該流量計包括一種流體流經(jīng)的導(dǎo)管和一對超聲換能器，這些超聲換能器沿相對于流體流動的方向以預(yù)定角度傾斜的直線被安排在導(dǎo)管內(nèi)。工作時，首先根據(jù)流向從安置于上游方向的超聲換能器向下游方向發(fā)射超聲波，并由位于下游方向的超聲換能器接收。然后，超聲波從發(fā)射到接收的傳播時間即被確定。接著，根據(jù)流向從安置于下游的超聲換能器向上游方向發(fā)射超聲波，并由位于上游的超聲換能器接收，超聲波從發(fā)射到接收的傳播時間即被確定。將這兩個傳播時間代入一個眾所周知的方程，即得出流體的速度，由此確定流率。
在上述這種眾所周知的超聲流量計中，通過在以與流率無關(guān)的時段發(fā)射超聲波來測量流速和流率。因此，傳統(tǒng)超聲流量計的功耗大，這引起短時間內(nèi)電池耗盡。
發(fā)明概述本發(fā)明目的在于提供一種用超聲波來測量流率的方法和設(shè)備，其中，通過以與某流率有關(guān)的適當(dāng)時段對流率進(jìn)行測量可將功耗減至最小。
根據(jù)本發(fā)明的超聲測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)射到接收的傳播時間；(d)由傳播時間確定流率；(e)根據(jù)流率和延時之間的關(guān)系，設(shè)置對應(yīng)于該流率的延時，其中，延時隨流率的增大而減??；和(f)延時過后重復(fù)步驟(a)到(e)。
可以設(shè)置流率和延時之間的關(guān)系，使得延時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)射到接收的傳播時間；(d)由傳播時間確定流率；(e)將該流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；(f)執(zhí)行步驟(a)到(e)至少兩次；(g)根據(jù)流率和延時之間的關(guān)系，其中延時隨流率的增大而減小，設(shè)置對應(yīng)于來自所存儲流率數(shù)據(jù)的流率的延時；和(h)延時過后重復(fù)步驟(a)到(e)。
根據(jù)本發(fā)明的又一種測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)射到接收的傳播時間；(d)由傳播時間確定流率；(e)將流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；(f)執(zhí)行步驟(a)到(e)至少兩次；(g)根據(jù)流率和延時之間的關(guān)系，其中延時隨流率的增大而減小，設(shè)置對應(yīng)于來自所存儲流率數(shù)據(jù)的流率的延時；(h)根據(jù)所存儲的多個流率數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前流率是增大還是減??；(h1)當(dāng)流率增大時，根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并縮短延時；(h2)當(dāng)流率減小時，根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并延長延時；和(i)經(jīng)過修正后的延時之后重復(fù)步驟(a)到(e)。
根據(jù)本發(fā)明的又一種測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)射到接收的傳播時間；(d)由傳播時間確定流率；(e)將流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并將最早存儲的流率數(shù)據(jù)抹掉；
(f)根據(jù)流率和延時之間的關(guān)系，其中重復(fù)數(shù)隨流率的增大而減小，由多個所存儲的流率數(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)射到接收的傳播時間；(d)由傳播時間確定流率；(e)根據(jù)諸如有關(guān)一天中的時間和/或有關(guān)月份和日期等的時間信息與消耗流體的總量之間的關(guān)系，設(shè)置延時；和(f)延時過后重復(fù)步驟(a)到(e)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種測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)射到接收的傳播時間；(d)由傳播時間確定流率；(e)根據(jù)有關(guān)流體消耗量方面的信息設(shè)置延時；和(f)延時過后重復(fù)步驟(a)到(e)。
根據(jù)本發(fā)明的一種超聲流量計包括(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)第一計算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時間；(e)第二計算裝置，用于根據(jù)傳播時間確定流率；(f)信號發(fā)生裝置，用于根據(jù)流率和時段之間的關(guān)系，其中時段隨流率的增大而減小，以對應(yīng)于流率的時段產(chǎn)生信號；和(g)驅(qū)動裝置，響應(yīng)于信號驅(qū)動發(fā)生器。
根據(jù)本發(fā)明的另一種超聲流量計包括(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)第一計算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時間；(e)第二計算裝置，用于根據(jù)傳播時間確定流率；(f)延時設(shè)置裝置，用于根據(jù)流率和延時之間的關(guān)系，其中延時通常隨流率的增大而減小，設(shè)置對應(yīng)于流率的延時；和(g)驅(qū)動裝置，用于在延時過后驅(qū)動發(fā)生器。
設(shè)置流率和測量時段或延時之間的關(guān)系，使得延時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)第一計算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時間；(e)第二計算裝置，用于根據(jù)傳播時間確定流率；(f)存儲裝置，用于把由計算裝置確定的至少兩個流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；(g)延時設(shè)置裝置，用于根據(jù)存儲于存儲裝置中的流率數(shù)據(jù)以及流率和延時之間的關(guān)系，其中延時隨流率的增大而減小，設(shè)置延時；和(h)驅(qū)動裝置，用于在延時過后驅(qū)動發(fā)生器和接收器。
存儲有多個流率數(shù)據(jù)的存儲裝置，在新的流率數(shù)據(jù)存入時，優(yōu)選地將最早存儲的流率數(shù)據(jù)抹掉，使得延時的設(shè)置是根據(jù)所存儲流率數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行的。
超聲流量計優(yōu)選地包括判斷裝置，用于根據(jù)多個被存儲的流率數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前的流率是增大還是減小；修正裝置，用于在流率增大時根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并縮短延時，在流率減小時根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并延長延時。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管；
(b)一對超聲振蕩器，被安置在導(dǎo)管內(nèi)，使得根據(jù)流體流向一個振蕩器位于另一個振蕩器的上游方向，且每個振蕩器均能發(fā)射和接收超聲波；(c)流率測量裝置，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間來確定流率；(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。對所說的重復(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)第一計算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時間；(e)第二計算裝置，用于根據(jù)傳播時間確定流率；(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)一天中的時間信息之一；(g)設(shè)置裝置，用于根據(jù)來自輸出裝置的信息設(shè)置延時；和(h)驅(qū)動裝置，用于延時過后驅(qū)動發(fā)生器和接收器。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計包括(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)第一計算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時間；(e)第二計算裝置，用于根據(jù)傳播時間確定流率；(f)報告裝置，用于報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)延時設(shè)置裝置，用于根據(jù)工作狀態(tài)設(shè)置延時；和(h)驅(qū)動裝置，用于延時過后驅(qū)動發(fā)生器和接收器。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計包括(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)第一計算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時間；(e)第二計算裝置，用于根據(jù)傳播時間確定流率；(f)驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動發(fā)生器；存儲裝置，用于將由第二計算裝置確定的流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；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，將第一計算裝置、第二計算裝置和驅(qū)動裝置的至少任一電源切斷一段預(yù)定時間。
附圖簡述

圖1是描述對第一實施方案的超聲流量計進(jìn)行控制的框圖；圖2描述流率和測量時段之間的關(guān)系(特性曲線)，其中，測量時段隨流率的增大而線性地減??；圖3描述流率和測量時段之間的另一種關(guān)系(特性曲線)，其中，測量時段隨流率的增大而逐步地減??；圖4描述流率和測量時段之間的又一種關(guān)系(特性曲線)，其中，測量時段隨流率的增大而按反比例減??；圖5描述流率和延時之間的關(guān)系(特性曲線)，其中，延時隨流率的增大而線性地減??；圖6描述流率和延時之間的另一種關(guān)系(特性曲線)，其中，延時隨流率的增大而逐步地減小；圖7描述流率和延時之間的又一種關(guān)系(特性曲線)，其中，延時隨流率的增加而按反比例減小；圖8是描述對第二實施方案的超聲流量計進(jìn)行控制的框圖；圖9是描述對圖8中超聲流量計進(jìn)行控制的部分流程圖；
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的測量時段(和延時)之間的關(guān)系(特性曲線)；圖11是描述對第三實施方案的超聲流量計進(jìn)行控制的框圖；圖12是描述對圖11中超聲流量計進(jìn)行控制的部分流程圖；圖13是描述對第四實施方案的超聲流量計進(jìn)行控制的框圖；圖14是描述對圖13中超聲流量計進(jìn)行控制的部分流程圖；圖15是描述對第五實施方案的超聲流量計進(jìn)行控制的框圖；圖16是描述對圖15中超聲流量計進(jìn)行控制的流程圖；圖17是描述對第六實施方案的超聲流量計進(jìn)行控制的框圖；和圖18是描述對圖17中超聲流量計進(jìn)行控制的流程圖。
優(yōu)選實施方案的詳述參照附圖，本發(fā)明的優(yōu)選實施方案將被描述。圖1是描述第一實施方案超聲流量計控制電路的框圖，其中，該超聲流量計通常由參照數(shù)1表示。在流量計1中，具有圓形橫截面的由參照數(shù)2表示的導(dǎo)管與一種氣體燃燒器(未標(biāo)出)相連，其中，供給該燃燒器的流體(即氣流)沿箭頭4所示方向流動。由參照數(shù)6表示的振蕩器是一種發(fā)射超聲波的發(fā)生器，而由參照數(shù)8表示的振蕩器是一種接收由振蕩器6發(fā)射的超聲波的接收器。振蕩器6和8在導(dǎo)管2內(nèi)沿直線12被面對面安置，直線12以一預(yù)定角φ與導(dǎo)管2的中心軸10相交。由參照數(shù)14表示的觸發(fā)器單元按由下述方法確定的時序輸出觸發(fā)信號。由參照數(shù)16表示的發(fā)生器接收到該觸發(fā)信號后，輸出一短時脈沖信號以激勵振蕩器6。由參照數(shù)18表示的放大器對超聲波進(jìn)行檢測，將振蕩器8接收到的信號放大。由參照號20表示的比較器產(chǎn)生并隨后輸出一信號，該信號與超聲波從振蕩器6的發(fā)射到振蕩器8接收的時間(傳播時間)相對應(yīng)。由參照數(shù)22表示的時間計數(shù)器根據(jù)比較器20的輸出信號計算傳播時間。由參照數(shù)24表示的流率計算器根據(jù)下文講述的算法，由傳播時間計算出在導(dǎo)管2內(nèi)流動的流體的流率。由參照數(shù)26表示的時序控制器根據(jù)流率確定觸發(fā)器單元1 4輸出觸發(fā)信號的時序。本實施方案中，根據(jù)示于圖2的流率和測量時段的關(guān)系(特性曲線)，其中測量時段隨流率的增大而線性地減小，由測量時段確定時序。
下面將對流量計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)信號時，根據(jù)該觸發(fā)信號發(fā)生器16產(chǎn)生并輸出一短時脈沖信號。振蕩器6被該短時脈沖信號激勵，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對振蕩器8的接收信號進(jìn)行放大。然后，比較器20產(chǎn)生一對應(yīng)于超聲波傳播時間的信號，并向時間計數(shù)器22輸出該信號。時間計數(shù)器22計算出傳播時間，隨后，流率計算器由傳播時間計算出流率。接著，根據(jù)示于圖2的關(guān)系，時序控制器26確定對應(yīng)于已確定流率的測量時段。特別地，如果當(dāng)前測量到的流率大于上次測量到的流率，測量時段被設(shè)置得更短些，而如果流率變小，測量時段被設(shè)置得更長些。然后，觸發(fā)器單元14按新近被設(shè)置的測量時段輸出觸發(fā)信號，以激勵振蕩器6發(fā)射超聲波。超聲波被振蕩器8檢測，流率得以測定。此后，上述過程重復(fù)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，隨流率增大它可更頻繁地被測量，因此，可以在象氣量計這樣的設(shè)備內(nèi)確定流率的累加值，這種氣量計要求以較高精度確定累加值，而并未考慮流率的測量誤差對累加值有很大影響。
下面將描述時間計數(shù)器22內(nèi)傳播時間的計算。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，通過測量傳播時間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)。
流率和測量時段之間的關(guān)系可以是如圖3所示，測量時段隨流率的增大逐步地減小，也可以如圖4所示，測量時段與流率成反比。
在第一實施方案中，雖然根據(jù)流率和測量時段之間的預(yù)定關(guān)系由測定的流率在時序控制器26確定測量時段，由觸發(fā)器單元14輸出的觸發(fā)信號的延時可由測定的流率確定，使得觸發(fā)器單元14在延時過后被激勵。
流率和延時之間的關(guān)系，就延時通常隨流率的增大而減小這一點而論，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。
第二實施方案圖8描述了第二實施方案的超聲流量計1A，包括許多與圖1的超聲流量計相同的元件，并且，由于相同的元件各自實現(xiàn)相似的功能，它們因此被標(biāo)識成相同的參照數(shù)。不過，超聲流量計1A增加了一種存儲單元28，用于存儲流率數(shù)據(jù)。在存儲單元28中，由流率計算器24計算出的預(yù)定數(shù)目的流率值作為流率數(shù)據(jù)被順序存儲，并且該數(shù)據(jù)通過用最新的流率數(shù)據(jù)代替最早的流率數(shù)據(jù)而得以刷新。根據(jù)多個所存儲的流率數(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，在時序控制器30對測量時段或延時進(jìn)行設(shè)置。
在考慮當(dāng)前流率是增大還是減小后，優(yōu)選地對流率和測量時段及流率和延時之間的關(guān)系進(jìn)行修正。例如，如圖9的流程圖所示，時序控制器30根據(jù)存儲于存儲單元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，測量時段和延時被修正得短于那些流率未變時根據(jù)相同流率而設(shè)置的值；當(dāng)流率減小時，測量時段和延時被修正得更長。接著，根據(jù)已經(jīng)修正的測量時段或延時輸出一觸發(fā)信號。流率和通過這種方式修正的測量時段或延時之間的關(guān)系，如圖10所示。對流率作如此修正是有益處的，例如，即使在流率驟增時仍可以準(zhǔn)確測定流率的增大。
第三實施方案圖11描述了第三實施方案的超聲流量計1B，它具有許多與圖1中所示的超聲流量計相同的元件，由于相同元件各自實現(xiàn)相似功能，因而被標(biāo)識成相同的參照數(shù)。對超聲流量計1B，增加了一個函數(shù)，通過它根據(jù)它是否是氣流被特別消耗的時區(qū)而改變測量時段和延時。特別地，超聲流量計1B包括時鐘32，由時鐘32輸出的當(dāng)前時間被發(fā)送給時序控制器34。如圖12的流程圖所示，時序控制器34利用時間信息判斷是否處于氣流被大量消耗的時間。例如，一個從午夜十二點到早晨五點的午夜時區(qū)被設(shè)置成低氣流消耗時區(qū)，而其他被設(shè)置成高氣流消耗時區(qū)，并確定當(dāng)前是處于低的還是高的氣流消耗時區(qū)。當(dāng)當(dāng)前時間被判斷是屬于低氣流消耗時區(qū)時，測量時段(或延時)以更長的預(yù)定時間被設(shè)置。眼下被設(shè)置的測量時段或延時與根據(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間相比是不同且無關(guān)的。接著，對流率是否變化進(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各個關(guān)系中的一個，利用新近測定的流率設(shè)置新的測量時段或延時。
根據(jù)本實施方案，在未使用氣體的午夜時區(qū)，通過設(shè)置更長的測量時段或延時可以減少不必要的功耗。然而，如果氣流在午夜被消耗，流率將以與之對應(yīng)的某些測量時段或延時被測定。
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)一天中時間的信息，可由時鐘輸出并作為參照來控制流率的測量。
第四實施方案圖13描述了第四實施方案的超聲流量計1c，它具有許多與示于圖1的超聲流量計相同的元件，由于相同的元件各自實現(xiàn)相似的功能，因而被標(biāo)識成相同的參照數(shù)。在超聲流量計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)被輸入給時序控制器42。如圖14的流程圖所示，時序控制器42對氣流消耗裝備36、38或40是否解除激勵進(jìn)行判斷。當(dāng)判定所有的氣流消耗裝備均被解除激勵，測量時段(或延時)被設(shè)置為預(yù)定的更長些的一段時間。用這種方法設(shè)置的測量時段(或延時)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間相比是不同而且無關(guān)的。接著，對流率是否變化進(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，由新近測定的流率設(shè)置新的測量時段或延時。根據(jù)本實施方案，通過在未消耗氣流時將測量時段或延時設(shè)置得更長些，減少了不必要的功耗。
第五實施方案圖15描述了第五實施方案的超聲流量計器，它具有許多與示于圖1的超聲流量計相同的元件，并且由于相同的元件各自實現(xiàn)相似的功能，因而被標(biāo)識成相同的參照數(shù)。在超聲流量計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)之間交替地對振蕩器進(jìn)行切換。用于設(shè)置重復(fù)數(shù)的單元50對振蕩器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。
參照圖16所示的流程圖，上述流量計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，并由發(fā)生器16輸出短時脈沖信號。由此，以預(yù)定延時由此振蕩器44向彼振蕩器46發(fā)射超聲波。由振蕩器46接收到的信號在放大器18中被放大，并在比較器20中與一參考信號相比較。然后，由時間計數(shù)器22計算出超聲波的傳播時間。接著，對振蕩器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間由時間計數(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，實行超聲波的發(fā)射和接收。
當(dāng)完成第一狀態(tài)的測量后，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間被求和。
接著，根據(jù)第一狀態(tài)和第二狀態(tài)中傳播時間的和值或平均值確定流率。然后通過將新近測定的流率與上次測定的流率進(jìn)行比較，對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對對應(yīng)于新近測定的流率的重復(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)確測量出。
以下將描述本實施方案中流速和流速的計算。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)。流動方向上總的傳播時間T1以及與流向相反的方向上總的傳播時間T2分別由方程(4)和(5)給出。
T1=Σi=1nL/(c+vi·cosφ)-----(4)]]>T2=Σi=1nL/(c-vi·cosφ)------(5)]]>方程(4)和(5)中，φ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，流率值的和隨測量次數(shù)的增大而增大。換句話說，即使在低流速情況下，由于增加測量次數(shù)會引起流率值和流速值的和增大，因此使包括在每次測量中的誤差相對變小。相反，在大流速的情況下，由于T1和T2之間的差較大，因此即使減少測量次數(shù)相對測量誤差依然保持很小。
因此，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)置一個大的重復(fù)數(shù)，而在高流率的情況下單元50設(shè)置一個小的重復(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、逐步地或反比地減小。
一個振蕩器發(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，對此已作過描述；然而，由一個振蕩器發(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)行達(dá)重復(fù)數(shù)之多。第六實施方案圖17描述了第六實施方案的超聲流量計1E，它具有許多與示于圖1的超聲流量計相同的元件、由于相同元件各自實現(xiàn)相似的功能，因而被標(biāo)識成相同的數(shù)碼。流量計1E包括斷路器54，并且如圖18的流程圖所示，在流率計算器24中計算出的多個流率值作為流率數(shù)據(jù)被存儲在存儲器56中。當(dāng)根據(jù)存儲器56中的流率數(shù)據(jù)流率被判定為零時，流率被連續(xù)判定為零的次數(shù)被存儲。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，斷路器54被驅(qū)動，使之在一預(yù)定時間內(nèi)至少切斷觸發(fā)器單元、發(fā)生器16、放大器18、比較器20、時間計數(shù)器22和流率計算器24的電源中的一個。因此，只要流體不流動，即可采用長的測量時段使功耗得以節(jié)省。
權(quán)利要求
1.一種流量測定方法，該方法根據(jù)從向流體發(fā)射超聲波到接收到所述超聲波為止的傳播時間測定所述流體的流量，其特征在于根據(jù)預(yù)先設(shè)定的流量和計測時間間隔的關(guān)系，決定與流量對應(yīng)的計測時間間隔。
2.如權(quán)利要求1所述的流量測定方法，其特征在于在計測時間間隔經(jīng)過后，再次決定計測時間間隔。
3.如權(quán)利要求1或2所述的流量測定方法，其特征在于流量和計測時間間隔的關(guān)系是，在流量增加時，將計測時間間隔縮短。
4.如權(quán)利要求1或2所述的流量測定方法，其特征在于流量和計測時間間隔的關(guān)系是，在流量增加時，將計測時間間隔分階段地縮短。
5.一種流量測定方法，該方法根據(jù)從向流體發(fā)射超聲波到接收到所述超聲波為止的傳播時間測定所述流體的流量，其特征在于存儲多個上述流量作為流量數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的流量和計測時間間隔的關(guān)系，決定與上述流量數(shù)據(jù)對應(yīng)的計測時間間隔。
6.如權(quán)利要求5所述的流量測定方法，其特征在于在計測時間間隔經(jīng)過后，再次決定計測時間間隔。
7.如權(quán)利要求5或6所述的流量測定方法，其特征在于在存儲新的流量數(shù)據(jù)時，將預(yù)先存儲的上述流量數(shù)據(jù)中最舊的流量數(shù)據(jù)刪去。
8.一種流量測定方法，該方法根據(jù)從向流體發(fā)射超聲波到接收到所述超聲波為止的傳播時間測定所述流體的流量，其特征在于根據(jù)預(yù)先設(shè)定的流量和延遲時間的關(guān)系，決定與流量對應(yīng)的延遲時間。
9.如權(quán)利要求8所述的流量測定方法，其特征在于在延遲時間經(jīng)過后，再次決定延遲時間。
10.如權(quán)利要求8或9所述的流量測定方法，其特征在于流量和延遲時間的關(guān)系是，在流量增加時，將延遲時間縮短。
11.如權(quán)利要求8或9所述的流量測定方法，其特征在于流量和延遲時間的關(guān)系是，在流量增加時，將延遲時間分階段地縮短。
12.一種流量測定方法，該方法根據(jù)從向流體發(fā)射超聲波到接收到所述超聲波為止的傳播時間測定所述流體的流量，其特征在于存儲多個上述流量作為流量數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的流量和延遲時間的關(guān)系，決定與上述流量數(shù)據(jù)對應(yīng)的延遲時間。
13.如權(quán)利要求12所述的流量測定方法，其特征在于在延遲時間經(jīng)過后，再次決定延遲時間。
14.如權(quán)利要求12或13所述的流量測定方法，其特征在于在存儲新的流量數(shù)據(jù)時，將預(yù)先存儲的上述流量數(shù)據(jù)中最舊的流量數(shù)據(jù)刪去。
全文摘要
一種超聲流量計包括流體流經(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間的時間計數(shù)器(32)，用于由傳播時間計算流率的流率計算器(24)，和時序控制器(26)。由事先設(shè)置的流率和測定的延時之間的關(guān)系，時序控制器(26)設(shè)置對應(yīng)于所測定流率的延時。經(jīng)過此延時之后，根據(jù)由觸發(fā)器單元(14)輸出的驅(qū)動信號，由發(fā)生器(6)發(fā)射超聲波，而流率得以確定。因為采用了適于流率的延時來如此測量流率，流率因此可被準(zhǔn)確確定，并且減少了功耗。
文檔編號G01F1/66GK1508519SQ0315488
公開日2004年6月30日 申請日期1995年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月19日
發(fā)明者長岡行夫, 名和基之, 黃地謙三, 三, 之 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社