[发明专利]流体的流动计测装置

说明书

技术领域

本发明涉及根据超声波信号的传播时间计测流速或流量的流体的流动计测装置。

背景技术

以往，在这种流量计中，公开有利用如下的所谓声循环法的流量计，该声循环法通过多次反复一对振动器之间的发送接收信号来提高计测分辨能力。

图9表示利用声循环法的现有的流体的流动计测装置，在流体管路51的途中设有发送超声波的第一振动器52、接收所发送的超声波的第二振动器53以及计测所述一对振动器52、53之间的超声波的传播时间的计测控制部54而构成。

在这里，设声速为C，流速为v，一对振动器之间的距离为L，超声波的传播方向和流动方向所成的角度为θ。在设从配置于流体管路的上游侧的振动器发送超声波，由配置于下游侧的振动器接收信号时的传播时间为ta，反方向的传播时间为tb的情况下，可如下所述地求出ta及tb。

即，ta＝L/(C+v×cosθ)，tb＝L/(C-v×cosθ)。

并且，可从求解传播时间ta及tb的公式中求出流速v，成为v＝L×(1/ta-1/tb)/2cosθ。在由该式求出的流速v的值上乘以流体管路的截面积S和校正系数K，能够求出流体的瞬时流量Q，即单位时间内的流量。即，流体的瞬时流量Q可表示为Q＝v×S×K。

在这里，流速v较小时，ta和tb之差非常微小，难以准确地测量。因此需要设定较多的测定次数来平均化，由此使误差较小，同时提高分辨能力。

即，从上游侧朝向下游侧的超声波的传播反复n次，将该n次反复发送接收信号的所需时间设为Ta。并且，从下游侧朝向上游侧的超声波的传播反复n次，将该n次反复发送接收信号的所需时间设为Tb。然后，将Ta、Tb除以n而求出每次的传播时间ta和tb。通过将这样得到的平均化的传播时间ta和tb代入求解流体的瞬时流量Q的公式中来求出准确的流量。

并且，通过间歇性地以一定周期τ(例如2秒)进行这样的反复计测，求出流体的瞬时流量Q和间歇周期τ的积，可求出在间歇周期τ期间通过流体通路1的流体流量。然后，通过对该值进行累计而可求出流体流量的累计值。

但是，在上述方法中，在流动存在周期变动的情况下，由于在间歇周期τ期间流速始终变动，因而根据变动波形的哪个相位进行计测会导致计测值产生较大误差。

因此，作为无遗漏地捕捉变动波形的相位，求出流速的平均值而求出准确的流量值的方法，在日本特开2003-28685号公报中公开了如下的方法。图10是说明该方法的时间图，表示流速变化和计测时间的关系。在时间τ_a1，首先将流动上游侧的第一振动器52作为发送侧，将下游侧的第二振动器53作为接收侧而进行4次反复计测后，计测控制部54切换第一振动器52、第二振动器53的功能，并在时间τ_b1执行4次反复计测。

然后，将改变该方向进行的1组计测作为第一组而仅进行预定的组数的计测。即，在图10中，在时间τ_a2，执行将第一振动器52作为发送侧、将第二振动器53作为接收侧的反复计测。并且，在时间τ_b2，执行将第一振动器52作为接收侧、将第二振动器53作为发送侧的反复计测。其成为第二组的计测。

如上所述，改变方向的计测总共执行m(m为整数)组，在计测控制部4中，分别求出时间τ_am下的上游侧发送的传播时间计测值的总值Ta和时间τ_bm下的下游侧发送的传播时间的总值Tb后，将该值除以各计测次数(4×m)而求出每1次计测的平均值ta、tb。然后，求出流体的流量平均值，对这些一系列计测以一定的间歇周期进行计测并求出累计流量。

此时，由于可通过适当确定各计测组之间的计测间隔、计测组数来无遗漏地捕捉流速的变动波形的各相位，因而能够求出准确的流量。

但是，在现有的结构中，需要在由确定的组数构成的一系列计测处理期间，例如以诸如数ms的非常短的时间间隔执行取样动作，并且对各取样结果进行累计。并且，为了进行计测间隔的控制、计测组数的控制、累计值的存储，需要向构成计测控制部的电子电路持续供给电源。

因此，在电子电路中消耗的电力变大，特别在屋外设置煤气表等情况下，需要大容量的电池。

发明内容