CN100360907C - 使用超声波气量计测量气体流量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明气体流量的测量方法，准备具有小管径测定流路的超声波气量计1，将其测定流路4部分由中管径或大管径的气体流路11上形成的开口部位12，插入导管11的内部。小管径用的超声波气量计1的指示值Q0和气体导管11中流过的气体流量Q的对应关系以线性近似式形态预先存储起来。实际测量时，依据超声波气量计1的指示值Q0与线性近似式，算出气体流量。对于不同管径的气体导管，都可小管径用的超声波气量计，实现了高度通用性。

Description

使用超声波气量计测量气体流量的方法

技术领域

本发明涉及超声波气量计，特别是涉及通过使用同一规格的超声波气量计，测量不同管径的气体导管内流过的气体流量的测量的方法。

背景技术

迄今为止的超声波气量计，需要根据作为测量对象的气体导管的管径大小来设计最适当的测定流路。例如，图14所示，气体导管为小管径、中管径及大管径不同的场合，都必须分别选用相应的最适当的超声波元件、对超声波元件所施加的电压、测量线的长度、测量线放置的角度、流路的截面面积、以及流路截面的纵横比等。

因此，过去，由主流路和副流路所形成的超声波气量计与气体导管，同轴状态下连接，当该气体导管流过的气体流入主流路及副流路，超声波气量计对气体流量进行测量(参照下列专利文献图7)。由于主流路和副流路流过气体的分流比已被预先测定，当副流路安装的超声波元件对该副流路流过的气体流量测出后，依据测量数值和分流比，计算出气体导管中流过气体的流量。

这样构成的超声波气量计，因为进行超声波计量的副流路的管径是一定的，所以无论气体流路的管径有怎样的变动，超声波气体流量表也不必重新设计。

专利文献：特开2002--243520号公报

发明内容

本发明的目的是提供高通用性的气体流量测量方法，该方法使用只配置了测定流路的超声波气体流量表，计测不同管径气体导管中流过的气体的流量。

为解决上述课题，本发明使用超声波气体流量表测量气体流量的方法，利用小管径用的超声波气体流量表，构成中管径及大管径用的超声波气体流量表。

为此，本发明将中管径气体导管或大管径气体导管中流过的气体的至少一部分流向小管径用的超声波气量计(标准超声波气量计)的测定流路，进行测量该气体流量，据此，计算出中管径或大管径气体导管中流过的气体流量。为了由超声波气量计的指示数值计算出中管径或大管径气体导管中流过的气体流量，预先求得超声波气量计的指示数值与导管流过的实际气体流量的对应关系，依据该对应关系例如计算公式，可从超声波气量计的指示数值计算出流过气体导管的气体流量。

根据本发明的一个方面，一种使用超声波气量计测量气体流量的方法，其特征在于：准备具有标准管径测定流路的标准超声波气量计；使比上述标准管径大的管径的气体流路向外侧形成分支后，在上述气体流路的下游侧的部分合流，而形成分支流路；将上述标准超声波气量计的上述测定流路插入到上述分支流路中；通过使流过上述气体流路的气体的一部分流经上述分支流路，预先求得上述标准超声波气量计气体流量的指示数值与流经上述气体流路中实际气体流量的第1对应关系；通过使流过上述气体流路的气体的全部流经上述分支流路，预先求得上述标准超声波气量计气体流量的指示数值与流经上述气体流路中实际气体流量的第2对应关系；当流过上述气体流路的气体流量超过规定流量时，使流过上述气体流路的气体的一部分流经上述分支流路，根据上述标准超声波气量计的指示数值与上述第1对应关系，算出上述气体流路中流过的气体流量；当流过上述气体流路的气体流量在规定流量以下时，使流过上述气体流路的气体的全部流经上述分支流路，根据上述标准超声波气量计的指示数值与上述第2对应关系，算出上述气体流路中流过的气体流量。

根据本发明的另一方面，一种使用超声波气量计测量气体流量的方法，其特征在于：准备具有标准管径测定流路的标准超声波气量计；形成第一分支流路和大于该第一分支流路管径的第二分支流路，以作为使大于上述标准管径大的管径的气体流路向外侧形成分支后在上述气体流路的下游侧的部分合流的分支流路，将上述标准超声波气量计的上述测定流路插入上述第一分支流路；通过使流过上述气体流路的气体的全部流经上述第一分支流路，预先求得上述标准超声波气量计气体流量的指示数值与流经上述气体流路中实际气体流量的第1对应关系；通过使流过上述气体流路的气体的全部流经上述第一和第二分支流路，预先求得上述标准超声波气量计气体流量的指示数值与流经上述气体流路中实际气体流量的第2对应关系；通过使流过上述气体流路的气体的一部分流经上述第一和第二分支流路，预先求得上述标准超声波气量计气体流量的指示数值与流经上述气体流路中实际气体流量的第3对应关系；当流过上述气体流路的气体流量在第一流量以下时，使流过上述气体流路的全部气体流经上述第一分支流路，根据上述标准超声波气量计的指示数值与上述第1对应关系，算出上述气体流路中流过的气体流量；当流过上述气体流路的气体流量超过上述第一流量而在第二流量以下时，使流过上述气体流路的全部气体流经上述第一分支流路及第二分支流路，根据上述标准超声波气量计的指示数值与上述第2对应关系，算出上述气体流路中流过的气体流量；当流过上述气体流路的气体流量超过上述第二流量时，使流过上述气体流路的气体的一部分流经上述第一及第二分支流路，根据上述标准超声波气量计的指示数值与上述第3对应关系，算出上述气体流路中流过的气体流量。

对应关系，例如，依据线性近似式进行近似，据此线性近似式能够计算并求证出气体流量。

这里，将上述标准超声波气量计的上述测定流路，插入上述气体流路内，流过气体流路气体的一部分能够流入上述测定流路。

并且，上述气体流路内分成多个分流路，上述标准超声波气量计的上述测定流路也可以插入其中的一个上述分流路。

取代将上述标准超声波气量计的上述测定流路插入上述气体流路内，可在上述气体流路向外测分支后，将上述气体流路下游侧的部分合流而形成分支流路，在上述分支流路中插入上述标准超声波气量计的上述测定流路。

在此场合，上述气体流路流过气体流量在所定流量以下的场合，使上述气体流路的全部流过气体经由上述分支流路流过，从而能高精度测量出小流量的气体流量。

再则，作为在上述分支流路，可形成第一分支流路和比第一分支流路管径大的第二分支流路，上述标准超声波气量计的上述测定流路插入上述第一分支流路。

在此场合，上述气体流路流过气体的流量，在第一流量以下(小流量)时，使流过上述气体流路的全部气体，流经由上述第一分支流路。又，上述气体流路流过的气体流量超过第一流量而在第二流量以下(中流量)时，使流过上述气体流路的全部气体，流经上述第一和第二分支流路。再者，上述气体流路流过的气体流量超过上述第二流量(大流量)时，使流过上述气体流路气体的一部分流经由上述第一和第二个分支流路。如此，能够高精度测量出从小流量到大流量的气体流量。

附图说明

图1是本发明的实施方式1气体流量测量方法的示意图。

(a)是小管径用超声波气量计(标准超声波气量计)的示意图。(b)是测量小管径气体导管的气体流量场合的示意图。(c)是测量中管径或大管径气体导管的气体流量场合的示意图。

图2是超声波气量计的基本测量原理示意图。

图3表示求出小管径用超声波气量计的指示值和流过气体导管的气体流量的对应关系时的示意图。

图4是小口径用的超声波气量计的指示值和流过气体导管的气体流量间对应关系的线性近似式表示的图表。

图5是图1的小管径用的超声波气量计插入状态示例的示意图。

图6是图1的气体流量计测方法的变形示例的示意图。

图7是适用于本发明的实施方式2的示意图。

图8是分支流路中气体流的一部分使用整流版导引的示意图。

图9是分支流路中气体流的一部分利用压力差导引的示意图。

图10是本发明的实施方式3的示意图。

图11是分支流路中气体流的一部分使用整流板导引时的示意图。

图12是分支流路中气体的一部分利用压力差导引时的示意图。

图13是本发明的实施方式4的示意图。

图14是气体导管管径不同的场合测定流路的示意图。

符号说明

1.小管径用超声波气量计

2.金属外壳

3.显示部

4.测定流路

5，6.超声波元件

11.气体导管

12.开口部

13.分流路

14.气体导管

15.分支流路

16.分支部位

17.合流部位

18.插入部位

19.整流板

20.截面收缩部分

31.气体导管

32.分支部位

33，34.分支流路

35.合流部位

36，37.挡板(瓣阀)

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的使用超声波气量计，测量气体流量方法的各实施方式。

实施例1

图1是实施方式1的气体流量测量方法的示意图。如图1(a)所示，在实施方式1中，小管径用的超声波气量计(标准超声波气量计)1，包括有：表壳2，装在表壳2表面上的显示部3，以及形成横向贯通表壳2状态的小管径(标准管径)的测定流路4。测定流路4中装有一对超声波元件(未图示)，该元件夹持测定流路4而相对配置。

图2是超声波气量计1的基本测量原理的示意图。超声波气量计1是利用超声波的到达时间随气体流速的变化来检测出流量的。如图2所示，气体在测定流路4内以速度v流动。超声波元件5、6相互发送超声波(速度c)，另一方超声波元件6、5接受该声波，测定到达时间(t1，t2)。根据到达时间，速度v由下列公式表示。

t1＝L/(c+vcosθ)

t2＝L/(c-vcosθ)

v＝(L/2cosθ)·(1/t1-1/t2)

其中，L是传送距离，t1是顺方向的传送时间，t2是逆方向的传送时间，v是气体流速，c是声速。气体流量Q，由流速v和流路的截面积s的乘积求得。

Q＝v·s

使用这样构成的小管径用超声波气量计1，测量小管径导管流过气体流量的场合，如图1(b)所示，可以将测定流路4直接连接气体导管。

其次，使用这种小管径用的超声波气量计1，测量中管径的气体导管和大管径的气体导管中流过气体流量的场合，如图1(C)所示，将小管径用超声波气量计1的测定流路4，按它的轴线4a平行于气体导管11的轴线11a，插入气体导管11内。即，在气体导管11上形成可插入小管径用超声波气量计1的测定流路4的一部分的开口部位12，由此，插入小管径用的超声波气量计1，开口部12和小管径用超声波气量计1的表壳2之间进行密封。

此后，如图3所示，使用标准器，在气体流路11的气体流量Q从零开始增加时，记录下来小管径用的超声波气量计1的指示值Q0(测量气体流量)。这样求出气体导管11的气体流量Q与小管径用超声波气量计1的指示数值Q0的对应关系，并在小管径用的超声波气量计1的存储器里存储。例如，该对应关系存储为线性近似公式(Q＝f(Q0)。图4是线性近似式一例所示的图表。

在实际的测量中，如图1(C)所示，气体导管11流过气体流量的一部分通过插入的小管径用的超声波气量计1的测定流路4，计测出从该测定流路4流过气体流量Q0，依据该Q0的数值和上述予先存储的气体流量Q0和气体流量Q的对应关系例如线性近似式，计算出来气体流量Q。计算出的气体流量Q在显示部3显示出来。

作为小管径用超声波气量计1的插入方法有，如图1(C)所示，在气体导管11内的外周侧的部分插入测定流路4的方法，和如图5所示，与气体导管11以同轴状态下插入测定流路4的方法。

再者，如图6所示，气体导管11的内部分割成多个的分流路13，可将小管径用的超声波气量计1的测定流路4插入一个分流路13，在这种场合，各分流路13的截面积和纵横比都具有相同的条件。

实施方式2

图7是，本发明实施方式2的气体流量测量方法的示意图。在实施方式2中，使用小管径用的超声波气量计1，测量中管径的气体导管和大管径的气体导管中流过的气体流量。

实施方式2中，从气体导管14向外测引出分支流路15，由分支部位16到下游侧气体导管14的部位(合流部位)17处，分支流路15再合流入该气体导管14内。在分支流路15上开设的插入部18，将小管径超声波气量计1的测定流路4以密封状态插入。

在此场合，预先将小管径用的超声波气量计1的指示数值Q0以及气体导管14内流过的全部气体流量Q的对应关系测定并存储下来。实际测量时，依据该对应关系，计算气体流量Q。

作为将气体导管14内流过气体的一部分导向分支流路15的方法，如图8所示，有从分支流路15的分支部位16处，向气体导管14的内部突出设置整流板19的方法。还有，如图9所示，在分支流路15的分支部位16至合流部位17之间，使气体导管14的内部形成截面收缩部分(节流部)20，从而利用压力差引导气体流的方法。

实施方式3

图10是本发明的实施方式3的气体流量测量方法的示意图。实施方式3的基本构成与实施方式2相同，对应的部位使用相同的符号，所以这里省略说明。

实施方式3中，在分支流路15的分支部位16稍稍靠近下游侧气体导管14的内部，配置有能够开闭该气体导管部分的挡板21。该挡板21具有功能，例如，当气体流的力(气体流动时运动的能量)变大时自动开启，流过的力变弱时自动关闭。在挡板近旁安装有传感器，探测挡板21在开启位置还是关闭的位置，基于传感器的输出，可由小管径用的超声波气量计1进行检测还可代替这种形式，通过小管径用的超声波气量计1的控制，当气体导管11流过的气体流量在预定流量以下的小流量的场合，气体导管11处于全关闭状态，当气体流量超出预定流量状态时，挡板21可以保持全开启状态。总之无论在那种场合，当挡板21关闭，气体流量全部经由分支流路15，从而，小流量的气体流量的测量精度能够提高。相反，挡板21开启时，仅有一部分气体流经分支流路15流过。

在实施方式3中，作为使气体流流入分支流路15的方法有，如图11所示，使用整流板19的方法，以及如图12所示，利用气体导管内部截面收缩部分20形成压力差的方法。

实施方式4

图13是本发明的实施方式4的气体流量测量方法的示意图。在此方法中，也是使用小管径用超声波气量计1，对中管径或大管径的气体导管31中流过的气体流量进行测量。

本实施例中，气体导管31上，在同一部位(分支部位32)分出2个分支流路33和34，这些分支流路33和34在同一部位(合流部位35)再与气体导管31合流。分支流路33为小截面导管，分支流路34的截面比分支流路33的大但比气体导管31的截面小。

在分支部位32稍向下游侧的部位，气体导管31安装有为开启和关闭气体导管31该部分的挡板36，分支流路34的上流侧端也安装有仅为分支流路34开启和关闭的挡板37。小截面的分支流路33上，插入小管径用的超声波气量计1的测定流路4并密封。挡板36和37在气体流的力变大时自然开启，气体流的力变小时自然关闭。挡板36和37开启位置或关闭的部位，安装了位置传感器，小管径用的超声波气量计1可以进行检测。还可取而代之，通过小管径用的超声波气量计1控制挡板的开闭。

也就是说，气体导管31流过的气体流量在预定的第1流量以下的场合时(小流量的场合)，挡板36和37关闭，气体流全部经由小截面的分支流路33流过。其结果，能够提高小流量区域内气体流量的测量精度。

其次，经由气体导管31流过的气体流量超过第1流量而在第2流量以下的场合时(中流量的场合)，只有挡板36关闭。其结果，使气体经由分支流路33和34流过。在此，小管径用的超声波气量计1的存储器预先存储了指示数值和两个分支流路33及34中流过的气体流量的对应关系。依据该对应关系，可求出在中流量区域中的气体流量。

另一方面，流经气体导管31的气体流量超过第2流量时(大流量场合)，挡板36和37保持开启状态。从而，气体流的一部分流经分支流路33和34。小管径用的超声波气量计1的存储器预先存储了对应于该场合的指示值和气体流量的对应关系，依据该对应关系，可求出大流量区域的气体流量。

如上所述，本发明所用的超声波气量计测量气体流量的方法是，将标准超声波气量计的测定流路插入比它有大管径的气体导管中，或者插入从气体导管引出的分支流路中，将流经气体导管的气体流量与标准超声波气量计的指示值的对应关系预先求出并存储起来，流经气体导管的气体流量依据超声波气量计的指示值和被存储的对应关系计算出来。

根据本发明，通过将标准超声波气量计安装在测定对象的气体导管或由导管引出的分支流路，可测量流过不同管径导管的气体流量。因此，即使被测对象的气体导管的管径不同，标准超声波气量计都不必改变规格或设计。实现了高度通用性的气体流量测量方法。

Claims (2)

1.一种使用超声波气量计测量气体流量的方法，其特征在于：

准备具有标准管径测定流路的标准超声波气量计，

使比上述标准管径大的管径的气体流路向外侧形成分支后，在上述气体流路的下游侧的部分合流，而形成分支流路，

将上述标准超声波气量计的上述测定流路插入到上述分支流路中，

通过使流过上述气体流路的气体的一部分流经上述分支流路，预先求得上述标准超声波气量计气体流量的指示数值与流经上述气体流路中实际气体流量的第1对应关系，

通过使流过上述气体流路的气体的全部流经上述分支流路，预先求得上述标准超声波气量计气体流量的指示数值与流经上述气体流路中实际气体流量的第2对应关系，

当流过上述气体流路的气体流量超过规定流量时，使流过上述气体流路的气体的一部分流经上述分支流路，根据上述标准超声波气量计的指示数值与上述第1对应关系，算出上述气体流路中流过的气体流量，

当流过上述气体流路的气体流量在规定流量以下时，使流过上述气体流路的气体的全部流经上述分支流路，根据上述标准超声波气量计的指示数值与上述第2对应关系，算出上述气体流路中流过的气体流量。

2.一种使用超声波气量计测量气体流量的方法，其特征在于：

准备具有标准管径测定流路的标准超声波气量计，

形成第一分支流路和大于该第一分支流路管径的第二分支流路，以作为使大于上述标准管径的管径的气体流路向外侧形成分支后在上述气体流路的下游侧的部分合流的分支流路，

将上述标准超声波气量计的上述测定流路插入上述第一分支流路，

通过使流过上述气体流路的气体的全部流经上述第一分支流路，预先求得上述标准超声波气量计气体流量的指示数值与流经上述气体流路中实际气体流量的第1对应关系，

通过使流过上述气体流路的气体的全部流经上述第一和第二分支流路，预先求得上述标准超声波气量计气体流量的指示数值与流经上述气体流路中实际气体流量的第2对应关系，

通过使流过上述气体流路的气体的一部分流经上述第一和第二分支流路，预先求得上述标准超声波气量计气体流量的指示数值与流经上述气体流路中实际气体流量的第3对应关系，

当流过上述气体流路的气体流量在第一流量以下时，使流过上述气体流路的全部气体流经上述第一分支流路，根据上述标准超声波气量计的指示数值与上述第1对应关系，算出上述气体流路中流过的气体流量，

当流过上述气体流路的气体流量超过上述第一流量而在第二流量以下时，使流过上述气体流路的全部气体流经上述第一分支流路及第二分支流路，根据上述标准超声波气量计的指示数值与上述第2对应关系，算出上述气体流路中流过的气体流量，

当流过上述气体流路的气体流量超过上述第二流量时，使流过上述气体流路的气体的一部分流经上述第一及第二分支流路，根据上述标准超声波气量计的指示数值与上述第3对应关系，算出上述气体流路中流过的气体流量。

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