專利名稱：流率測量方法和超聲流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用超聲波測量氣體或液體流率的方法并涉及一種實(shí)行該測量方法的超聲流量計(jì)。
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(jì)。該流量計(jì)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(dòng)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(shí)，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(shí)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(shí)間即被確定。將這兩個(gè)傳播時(shí)間代入一個(gè)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(jì)中，通過在以與流率無關(guān)的時(shí)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(jì)的功耗大，這引起短時(shí)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(shí)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(shí)間；(d)由傳播時(shí)間確定流率；(e)根據(jù)流率和延時(shí)之間的關(guān)系，設(shè)置對應(yīng)于該流率的延時(shí)，其中，延時(shí)隨流率的增大而減小；和(f)延時(shí)過后重復(fù)步驟(a)到(e)。
可以設(shè)置流率和延時(shí)之間的關(guān)系，使得延時(shí)隨流率的增大而線性地、逐步地或反比地減小。
根據(jù)本發(fā)明的另一種測量流率的方法包括以下步驟(a)以與流體流向相同或相反的方向發(fā)射超聲波；(b)接收該超聲波；(c)確定從發(fā)射到接收的傳播時(shí)間；(d)由傳播時(shí)間確定流率；(e)將該流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；(f)執(zhí)行步驟(a)到(e)至少兩次；(g)根據(jù)流率和延時(shí)之間的關(guān)系，其中延時(shí)隨流率的增大而減小，設(shè)置對應(yīng)于來自所存儲(chǔ)流率數(shù)據(jù)的流率的延時(shí)；和(h)延時(shí)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(shí)間；(d)由傳播時(shí)間確定流率；(e)將流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；(f)執(zhí)行步驟(a)到(e)至少兩次；(g)根據(jù)流率和延時(shí)之間的關(guān)系，其中延時(shí)隨流率的增大而減小，設(shè)置對應(yīng)于來自所存儲(chǔ)流率數(shù)據(jù)的流率的延時(shí)；(h)根據(jù)所存儲(chǔ)的多個(gè)流率數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前流率是增大還是減?。?h1)當(dāng)流率增大時(shí)，根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并縮短延時(shí)；(h2)當(dāng)流率減小時(shí)，根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并延長延時(shí)；和(i)經(jīng)過修正后的延時(shí)之后重復(fù)步驟(a)到(e)。
根據(jù)本發(fā)明的又一種測量流率的方法包括以下步驟(a)以與流體流向相同或相反的方向發(fā)射超聲波；(b)接收該超聲波；(c)確定超聲波從發(fā)射到接收的傳播時(shí)間；(d)由傳播時(shí)間確定流率；(e)將流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將最早存儲(chǔ)的流率數(shù)據(jù)抹掉；
(f)根據(jù)流率和延時(shí)之間的關(guān)系，其中重復(fù)數(shù)隨流率的增大而減小，由多個(gè)所存儲(chǔ)的流率數(shù)據(jù)重新設(shè)置重復(fù)數(shù)；和(g)重復(fù)步驟(a)到(f)。
根據(jù)本發(fā)明的又一種測量流率的方法包括以下步驟(a)以與流體流向相同或相反的方向發(fā)射超聲波；(b)接收該超聲波；(c)確定超聲波從發(fā)射到接收的傳播時(shí)間；(d)由傳播時(shí)間確定流率；(e)根據(jù)諸如有關(guān)一天中的時(shí)間和/或有關(guān)月份和日期等的時(shí)間信息與消耗流體的總量之間的關(guān)系，設(shè)置延時(shí)；和(f)延時(shí)過后重復(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(shí)間；(d)由傳播時(shí)間確定流率；(e)根據(jù)有關(guān)流體消耗量方面的信息設(shè)置延時(shí)；和(f)延時(shí)過后重復(fù)步驟(a)到(e)。
根據(jù)本發(fā)明的一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管；(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器，該發(fā)生器被安排在導(dǎo)管內(nèi)；(c)用于接收超聲波的接收器，根據(jù)流體的流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向；(d)第一計(jì)算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間；(e)第二計(jì)算裝置，用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率；(f)信號發(fā)生裝置，用于根據(jù)流率和時(shí)段之間的關(guān)系，其中時(shí)段隨流率的增大而減小，以對應(yīng)于流率的時(shí)段產(chǎn)生信號；和(g)驅(qū)動(dòng)裝置，響應(yīng)于信號驅(qū)動(dòng)發(fā)生器。
根據(jù)本發(fā)明的另一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管；(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器，該發(fā)生器被安置在導(dǎo)管內(nèi)；
(c)用于接收超聲波的接收器，根據(jù)流體的流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向；(d)第一計(jì)算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間；(e)第二計(jì)算裝置，用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率；(f)延時(shí)設(shè)置裝置，用于根據(jù)流率和延時(shí)之間的關(guān)系，其中延時(shí)通常隨流率的增大而減小，設(shè)置對應(yīng)于流率的延時(shí)；和(g)驅(qū)動(dòng)裝置，用于在延時(shí)過后驅(qū)動(dòng)發(fā)生器。
設(shè)置流率和測量時(shí)段或延時(shí)之間的關(guān)系，使得延時(shí)隨流率的增大線性地、逐步地成反比地減小。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管；(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器，該發(fā)生器被安置在導(dǎo)管內(nèi)；(c)用于接收超聲波的接收器，根據(jù)流體的流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向；(d)第一計(jì)算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間；(e)第二計(jì)算裝置，用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率；(f)存儲(chǔ)裝置，用于把由計(jì)算裝置確定的至少兩個(gè)流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；(g)延時(shí)設(shè)置裝置，用于根據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置中的流率數(shù)據(jù)以及流率和延時(shí)之間的關(guān)系，其中延時(shí)隨流率的增大而減小，設(shè)置延時(shí)；和(h)驅(qū)動(dòng)裝置，用于在延時(shí)過后驅(qū)動(dòng)發(fā)生器和接收器。
存儲(chǔ)有多個(gè)流率數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置，在新的流率數(shù)據(jù)存入時(shí)，優(yōu)選地將最早存儲(chǔ)的流率數(shù)據(jù)抹掉，使得延時(shí)的設(shè)置是根據(jù)所存儲(chǔ)流率數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行的。
超聲流量計(jì)優(yōu)選地包括判斷裝置，用于根據(jù)多個(gè)被存儲(chǔ)的流率數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前的流率是增大還是減??；修正裝置，用于在流率增大時(shí)根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并縮短延時(shí)，在流率減小時(shí)根據(jù)流率數(shù)據(jù)值修正并延長延時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管；
(b)一對超聲振蕩器，被安置在導(dǎo)管內(nèi)，使得根據(jù)流體流向一個(gè)振蕩器位于另一個(gè)振蕩器的上游方向，且每個(gè)振蕩器均能發(fā)射和接收超聲波；(c)流率測量裝置，用于根據(jù)超聲波從此振蕩器到彼振蕩器及從彼振蕩器到此振蕩器的傳播時(shí)間來確定流率；(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(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管；(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器，該發(fā)生器被安置在導(dǎo)管內(nèi)；(c)用于接收超聲波的接收器，根據(jù)流體流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向；(d)第一計(jì)算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間；(e)第二計(jì)算裝置，用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率；(f)輸出裝置，用于輸出至少是有關(guān)年、月、日的信息以及有關(guān)一天中的時(shí)間信息之一；(g)設(shè)置裝置，用于根據(jù)來自輸出裝置的信息設(shè)置延時(shí)；和(h)驅(qū)動(dòng)裝置，用于延時(shí)過后驅(qū)動(dòng)發(fā)生器和接收器。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管；(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器，該發(fā)生器被安置在導(dǎo)管內(nèi)；(c)用于接收超聲波的接收器，根據(jù)流體流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向；(d)第一計(jì)算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間；(e)第二計(jì)算裝置，用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率；(f)報(bào)告裝置，用于報(bào)告一種裝備的工作狀態(tài)，該裝備消耗流體且與導(dǎo)管相連；(g)延時(shí)設(shè)置裝置，用于根據(jù)工作狀態(tài)設(shè)置延時(shí)；和(h)驅(qū)動(dòng)裝置，用于延時(shí)過后驅(qū)動(dòng)發(fā)生器和接收器。
根據(jù)本發(fā)明的又一種超聲流量計(jì)包括(a)流體流經(jīng)的導(dǎo)管；(b)用于向流體發(fā)射超聲波的發(fā)生器，該發(fā)生器被安置在導(dǎo)管內(nèi)；(c)用于接收超聲波的接收器，根據(jù)流體流向該接收器在導(dǎo)管內(nèi)被安置于發(fā)生器的上游方向或下游方向；(d)第一計(jì)算裝置，用于確定超聲波從發(fā)生器到接收器的傳播時(shí)間；(e)第二計(jì)算裝置，用于根據(jù)傳播時(shí)間確定流率；(f)驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)生器；存儲(chǔ)裝置，用于將由第二計(jì)算裝置確定的流率作為流率數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；和(g)斷路器裝置，用于當(dāng)流率數(shù)據(jù)連續(xù)出現(xiàn)預(yù)定次數(shù)的零流率時(shí)，將第一計(jì)算裝置、第二計(jì)算裝置和驅(qū)動(dòng)裝置的至少任一電源切斷一段預(yù)定時(shí)間。
附圖簡述

圖1是描述對第一實(shí)施方案的超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的框圖；圖2描述流率和測量時(shí)段之間的關(guān)系(特性曲線)，其中，測量時(shí)段隨流率的增大而線性地減??；圖3描述流率和測量時(shí)段之間的另一種關(guān)系(特性曲線)，其中，測量時(shí)段隨流率的增大而逐步地減?。粓D4描述流率和測量時(shí)段之間的又一種關(guān)系(特性曲線)，其中，測量時(shí)段隨流率的增大而按反比例減??；圖5描述流率和延時(shí)之間的關(guān)系(特性曲線)，其中，延時(shí)隨流率的增大而線性地減?。粓D6描述流率和延時(shí)之間的另一種關(guān)系(特性曲線)，其中，延時(shí)隨流率的增大而逐步地減?。粓D7描述流率和延時(shí)之間的又一種關(guān)系(特性曲線)，其中，延時(shí)隨流率的增加而按反比例減??；圖8是描述對第二實(shí)施方案的超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的框圖；圖9是描述對圖8中超聲流量計(jì)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(shí)段(和延時(shí))之間的關(guān)系(特性曲線)；圖11是描述對第三實(shí)施方案的超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的框圖；圖12是描述對圖11中超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的部分流程圖；圖13是描述對第四實(shí)施方案的超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的框圖；圖14是描述對圖13中超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的部分流程圖；圖15是描述對第五實(shí)施方案的超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的框圖；圖16是描述對圖15中超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的流程圖；圖17是描述對第六實(shí)施方案的超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的框圖；和圖18是描述對圖17中超聲流量計(jì)進(jìn)行控制的流程圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳述參照附圖，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案將被描述。圖1是描述第一實(shí)施方案超聲流量計(jì)控制電路的框圖，其中，該超聲流量計(jì)通常由參照數(shù)1表示。在流量計(jì)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(dòng)。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(shí)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(shí)脈沖信號以激勵(lì)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(shí)間(傳播時(shí)間)相對應(yīng)。由參照數(shù)22表示的時(shí)間計(jì)數(shù)器根據(jù)比較器20的輸出信號計(jì)算傳播時(shí)間。由參照數(shù)24表示的流率計(jì)算器根據(jù)下文講述的算法，由傳播時(shí)間計(jì)算出在導(dǎo)管2內(nèi)流動(dòng)的流體的流率。由參照數(shù)26表示的時(shí)序控制器根據(jù)流率確定觸發(fā)器單元14輸出觸發(fā)信號的時(shí)序。本實(shí)施方案中，根據(jù)示于圖2的流率和測量時(shí)段的關(guān)系(特性曲線)，其中測量時(shí)段隨流率的增大而線性地減小，由測量時(shí)段確定時(shí)序。
下面將對流量計(jì)1的工作情況進(jìn)行描述。當(dāng)從觸發(fā)器單元14發(fā)出觸發(fā)信號時(shí)，根據(jù)該觸發(fā)信號發(fā)生器16產(chǎn)生并輸出一短時(shí)脈沖信號。振蕩器6被該短時(shí)脈沖信號激勵(lì)，向振蕩器8發(fā)射超聲波。超聲波被振蕩器8接收，并由放大器18對振蕩器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(shí)間的信號，并向時(shí)間計(jì)數(shù)器22輸出該信號。時(shí)間計(jì)數(shù)器22計(jì)算出傳播時(shí)間，隨后，流率計(jì)算器由傳播時(shí)間計(jì)算出流率。接著，根據(jù)示于圖2的關(guān)系，時(shí)序控制器26確定對應(yīng)于已確定流率的測量時(shí)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(shí)段被設(shè)置得更短些，而如果流率變小，測量時(shí)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(shí)段輸出觸發(fā)信號，以激勵(lì)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(jì)這樣的設(shè)備內(nèi)確定流率的累加值，這種氣量計(jì)要求以較高精度確定累加值，而并未考慮流率的測量誤差對累加值有很大影響。
下面將描述時(shí)間計(jì)數(shù)器22內(nèi)傳播時(shí)間的計(jì)算。假定超聲波在靜止流體中傳播的速度為(c)，流體的速度為(v)，則超聲波沿流體流動(dòng)方向的傳播速度為(c+v)。根據(jù)以下方程(1)得出超聲波從振蕩器6到振蕩器8的傳播時(shí)間t＝L/(c+v·cosφ) (1)方程(1)中，(L)是振蕩器6和8之間的距離。
方程(1)可被變形為以下方程(2)v＝(L/t-c)/cosφ (2)根據(jù)該方程，由于L和c已知，通過測量傳播時(shí)間t即可確定流速。另一方面，流率(Q)由以下方程(3)給出Q＝K·S·v(3)在方程(3)中，(S)是導(dǎo)管2的橫截面積，而(k)是修正系數(shù)。
流率和測量時(shí)段之間的關(guān)系可以是如圖3所示，測量時(shí)段隨流率的增大逐步地減小，也可以如圖4所示，測量時(shí)段與流率成反比。
在第一實(shí)施方案中，雖然根據(jù)流率和測量時(shí)段之間的預(yù)定關(guān)系由測定的流率在時(shí)序控制器26確定測量時(shí)段，由觸發(fā)器單元14輸出的觸發(fā)信號的延時(shí)可由測定的流率確定，使得觸發(fā)器單元14在延時(shí)過后被激勵(lì)。
流率和延時(shí)之間的關(guān)系，就延時(shí)通常隨流率的增大而減小這一點(diǎn)而論，可以是線性關(guān)系(圖5)、步進(jìn)關(guān)系(圖6)和反比關(guān)系(圖7)的其中之一。
第二實(shí)施方案圖8描述了第二實(shí)施方案的超聲流量計(jì)1A，包括許多與圖1的超聲流量計(jì)相同的元件，并且，由于相同的元件各自實(shí)現(xiàn)相似的功能，它們因此被標(biāo)識(shí)成相同的參照數(shù)。不過，超聲流量計(jì)1A增加了一種存儲(chǔ)單元28，用于存儲(chǔ)流率數(shù)據(jù)。在存儲(chǔ)單元28中，由流率計(jì)算器24計(jì)算出的預(yù)定數(shù)目的流率值作為流率數(shù)據(jù)被順序存儲(chǔ)，并且該數(shù)據(jù)通過用最新的流率數(shù)據(jù)代替最早的流率數(shù)據(jù)而得以刷新。根據(jù)多個(gè)所存儲(chǔ)的流率數(shù)據(jù)的平均值，利用圖2到圖4或圖5到圖7的任何一種關(guān)系，在時(shí)序控制器30對測量時(shí)段或延時(shí)進(jìn)行設(shè)置。
在考慮當(dāng)前流率是增大還是減小后，優(yōu)選地對流率和測量時(shí)段及流率和延時(shí)之間的關(guān)系進(jìn)行修正。例如，如圖9的流程圖所示，時(shí)序控制器30根據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元28中的流率數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前流率是增大還是減小。當(dāng)流率增大時(shí)，測量時(shí)段和延時(shí)被修正得短于那些流率未變時(shí)根據(jù)相同流率而設(shè)置的值；當(dāng)流率減小時(shí)，測量時(shí)段和延時(shí)被修正得更長。接著，根據(jù)已經(jīng)修正的測量時(shí)段或延時(shí)輸出一觸發(fā)信號。流率和通過這種方式修正的測量時(shí)段或延時(shí)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(shí)仍可以準(zhǔn)確測定流率的增大。
第三實(shí)施方案圖11描述了第三實(shí)施方案的超聲流量計(jì)1B，它具有許多與圖1中所示的超聲流量計(jì)相同的元件，由于相同元件各自實(shí)現(xiàn)相似功能，因而被標(biāo)識(shí)成相同的參照數(shù)。對超聲流量計(jì)1B，增加了一個(gè)函數(shù)，通過它根據(jù)它是否是氣流被特別消耗的時(shí)區(qū)而改變測量時(shí)段和延時(shí)。特別地，超聲流量計(jì)1B包括時(shí)鐘32，由時(shí)鐘32輸出的當(dāng)前時(shí)間被發(fā)送給時(shí)序控制器34。如圖12的流程圖所示，時(shí)序控制器34利用時(shí)間信息判斷是否處于氣流被大量消耗的時(shí)間。例如，一個(gè)從午夜十二點(diǎn)到早晨五點(diǎn)的午夜時(shí)區(qū)被設(shè)置成低氣流消耗時(shí)區(qū)，而其他被設(shè)置成高氣流消耗時(shí)區(qū)，并確定當(dāng)前是處于低的還是高的氣流消耗時(shí)區(qū)。當(dāng)當(dāng)前時(shí)間被判斷是屬于低氣流消耗時(shí)區(qū)時(shí)，測量時(shí)段(或延時(shí))以更長的預(yù)定時(shí)間被設(shè)置。眼下被設(shè)置的測量時(shí)段或延時(shí)與根據(jù)示于圖2到圖4(或圖5到圖7)的一種關(guān)系由流率所確定的時(shí)間相比是不同且無關(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(gè)關(guān)系中的一個(gè)，利用新近測定的流率設(shè)置新的測量時(shí)段或延時(shí)。
根據(jù)本實(shí)施方案，在未使用氣體的午夜時(shí)區(qū)，通過設(shè)置更長的測量時(shí)段或延時(shí)可以減少不必要的功耗。然而，如果氣流在午夜被消耗，流率將以與之對應(yīng)的某些測量時(shí)段或延時(shí)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(shí)間的信息，可由時(shí)鐘輸出并作為參照來控制流率的測量。
第四實(shí)施方案圖13描述了第四實(shí)施方案的超聲流量計(jì)1c，它具有許多與示于圖1的超聲流量計(jì)相同的元件，由于相同的元件各自實(shí)現(xiàn)相似的功能，因而被標(biāo)識(shí)成相同的參照數(shù)。在超聲流量計(jì)1c中，消耗氣流的裝備，例如加熱器36、爐子38和熱水源40等的工作狀態(tài)被輸入給時(shí)序控制器42。如圖14的流程圖所示，時(shí)序控制器42對氣流消耗裝備36、38或40是否解除激勵(lì)進(jìn)行判斷。當(dāng)判定所有的氣流消耗裝備均被解除激勵(lì)，測量時(shí)段(或延時(shí))被設(shè)置為預(yù)定的更長些的一段時(shí)間。用這種方法設(shè)置的測量時(shí)段(或延時(shí))與基于示于圖2到圖4(或圖5到圖7)的關(guān)系之一由流率而確定的時(shí)間相比是不同而且無關(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(shí)段或延時(shí)。根據(jù)本實(shí)施方案，通過在未消耗氣流時(shí)將測量時(shí)段或延時(shí)設(shè)置得更長些，減少了不必要的功耗。
第五實(shí)施方案圖15描述了第五實(shí)施方案的超聲流量計(jì)器，它具有許多與示于圖1的超聲流量計(jì)相同的元件，并且由于相同的元件各自實(shí)現(xiàn)相似的功能，因而被標(biāo)識(shí)成相同的參照數(shù)。在超聲流量計(jì)1D中，均具有發(fā)射和接收超聲波功能的振蕩器44和46沿直線12被彼此相對地安置在導(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(jì)1D的工作情況將被專門描述如下，假定由用于設(shè)置重復(fù)數(shù)的單元50將重復(fù)數(shù)設(shè)置為(n)，由切換單元48確立第一狀態(tài)。隨后，由觸發(fā)器單元14輸出觸發(fā)信號，并由發(fā)生器16輸出短時(shí)脈沖信號。由此，以預(yù)定延時(shí)由此振蕩器44向彼振蕩器46發(fā)射超聲波。由振蕩器46接收到的信號在放大器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(shí)間計(jì)數(shù)器22計(jì)算出超聲波的傳播時(shí)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(shí)間由時(shí)間計(jì)數(shù)器求和。另一方面，如果超聲波發(fā)射次數(shù)少于(n)，則由觸發(fā)器單元14再次輸出又一觸發(fā)信號，實(shí)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(shí)間被求和。
接著，根據(jù)第一狀態(tài)和第二狀態(tài)中傳播時(shí)間的和值或平均值確定流率。然后通過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(shí)施方案中流速和流速的計(jì)算。假定超聲流在靜止的流體中的速度為(c)，而流體的流速為(v)，則超聲波在流動(dòng)方向上的傳播速度為(c+v)，而超聲波在與流向相反的方向上的傳播速度為(c-v)。流動(dòng)方向上總的傳播時(shí)間T1以及與流向相反的方向上總的傳播時(shí)間T2分別由方程(4)和(5)給出。
T1=Σi=1nL/(c+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(huì)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(gè)大的重復(fù)數(shù)，而在高流率的情況下單元50設(shè)置一個(gè)小的重復(fù)數(shù)。流率和重復(fù)數(shù)之間的關(guān)系只可能是重復(fù)數(shù)通常隨流率的增大而減小，并且這一關(guān)系被設(shè)置成重復(fù)數(shù)隨流率的增大而線性地、逐步地或反比地減小。
一個(gè)振蕩器發(fā)射超聲波(n)次，然后另一振蕩器發(fā)射發(fā)射超聲波(n)次，對此已作過描述；然而，由一個(gè)振蕩器發(fā)射一次超聲波而后另一振蕩器發(fā)射一次超聲波的操作可以重復(fù)執(zhí)行達(dá)重復(fù)數(shù)之多。
第六實(shí)施方案圖17描述了第六實(shí)施方案的超聲流量計(jì)1E，它具有許多與示于圖1的超聲流量計(jì)相同的元件、由于相同元件各自實(shí)現(xiàn)相似的功能，因而被標(biāo)識(shí)成相同的數(shù)碼。流量計(jì)1E包括斷路器54，并且如圖18的流程圖所示，在流率計(jì)算器24中計(jì)算出的多個(gè)流率值作為流率數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器56中。當(dāng)根據(jù)存儲(chǔ)器56中的流率數(shù)據(jù)流率被判定為零時(shí)，流率被連續(xù)判定為零的次數(shù)被存儲(chǔ)。在流率被連續(xù)判定為零的次數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí)，斷路器54被驅(qū)動(dòng)，使之在一預(yù)定時(shí)間內(nèi)至少切斷觸發(fā)器單元、發(fā)生器16、放大器18、比較器20、時(shí)間計(jì)數(shù)器22和流率計(jì)算器24的電源中的一個(gè)。因此，只要流體不流動(dòng)，即可采用長的測量時(shí)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(shí)間測定所述流體的流量，其特征在于從時(shí)間信息設(shè)定測定所述流量的計(jì)測時(shí)間間隔；所述時(shí)間信息是有關(guān)時(shí)刻或年月日或時(shí)間帶的信息。
2.一種超聲波流量計(jì)，其特征在于具有設(shè)置在流體流經(jīng)的導(dǎo)管上的、對所述流體上發(fā)射超聲波的發(fā)射器；相對于所述流體的流動(dòng)方向設(shè)在所述發(fā)射器的上游一側(cè)或下游一側(cè)的所述導(dǎo)管上的、對所述超聲波進(jìn)行接收的接收器；求出所述超聲波從所述發(fā)射器傳播到所述接收器的傳播時(shí)間、再從所述傳播時(shí)間求出流量的流量計(jì)算部；輸出時(shí)間信息的計(jì)時(shí)部；按照來自所述計(jì)時(shí)部的信息設(shè)定測定所述流量的計(jì)測時(shí)間間隔的時(shí)序控制部，所述時(shí)間信息是有關(guān)時(shí)刻或年月日或時(shí)間帶的信息。
全文摘要
一種超聲流量計(jì)包括流體流經(jīng)的導(dǎo)管(2)，超聲發(fā)生器(6)，用于在發(fā)生器上游或下游方向接收超聲波的接收器(8)，用于確定超聲波傳播時(shí)間的時(shí)間計(jì)數(shù)器(32)，用于由傳播時(shí)間計(jì)算流率的流率計(jì)算器(24)，和時(shí)序控制器(26)。由事先設(shè)置的流率和測定的延時(shí)之間的關(guān)系，時(shí)序控制器(26)設(shè)置對應(yīng)于所測定流率的延時(shí)。經(jīng)過此延時(shí)之后，根據(jù)由觸發(fā)器單元(14)輸出的驅(qū)動(dòng)信號，由發(fā)生器(6)發(fā)射超聲波，而流率得以確定。因?yàn)椴捎昧诉m于流率的延時(shí)來如此測量流率，流率因此可被準(zhǔn)確確定，并且減少了功耗。
文檔編號G01F1/66GK1693854SQ20051007785
公開日2005年11月9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 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社