CN101535779B - 超声波流体测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有增加的测量精度的超声波流体测量装置。在该超声波流体测量装置(10)中，第一到第三超声波测量部分(16-18)具有第一超声波发射器-接收器(16A-18A)和第二超声波发射器-接收器(16B-18B)。第一和第二超声波发射器-接收器被置于测量流路(14)中。第一到第三超声波传播路径(36-38)连接第一超声波发射器-接收器(16A-18A)和第二超声波发射器-接收器(16B-18B)并且以不同角度与测量流路(14)中的流体(24)的流动方向相交。与流量(Q)相对应地，超声波流体测量装置(10)采用第一到第三超声波测量部分(16-18)中的任何一个的测量值。

Description

超声波流体测量装置
技术领域
本发明涉及一种超声波流体测量装置，该超声波流体测量装置被构造成使得超声波测量部分的第一超声波发射器-接收器和第二超声波发射器-接收器被提供给测量流路，从而利用该超声波测量部分测量流动通过该测量流路的流体的流速。 
背景技术
超声波流体测量装置是在以下这种情形中测量超声波的传播时间的装置，即，在流体流动通过测量流路时，使得超声波通过测量流路传播，并且然后基于测得的信息探测流体的流速。 
超声波发射部分和超声波接收部分分别地被提供给测量流路的矮侧的侧面，它们如同截面为矩形的方柱形状那样彼此相对。 
沿着以预定角度与测量流路的流动方向相交的线路布置超声波发射部分和超声波接收部分，以发射/接收超声波。 
而且，近来已经提出一种超声波流体测量装置，通过在测量流路中平行地布置多个分隔板，该装置的测量流路被构造成多层流路，以提高测量精度。 
而且，近来已经提出一种超声波流体测量装置，其中在测量流路中布置多个超声波测量部分(第一超声波发射器-接收器和第二超声波发射器-接收器)以获取多个测量值并且然后基于这些测量值推导出的平均值被用作最终测量值(专利文献1)。 
在专利文献1中，相应的超声波测量部分的测量流路的角度是不同的。 
专利文献1：JP-A-2002-257607 
发明内容
本发明所要解决的问题 
同时，在专利文献1中的以上技术中，虽然从三个超声波测量部分馈送的三个测量值中的任何一个都是被以高精度测量的，但是含有两个低精度的测量值的三个测量值的平均值仍然被用作最终测量值。因此，事实上，测量精度被降低。 
本发明已被提出用于解决以上问题，并且本发明的目的在于提供一种能够提高测量精度的超声波流体测量装置。 
用于解决所述问题的方案 
本发明的超声波流体测量装置包括：测量流路，其形成截面矩形的方柱；以及被提供给该测量流路的第一超声波测量部分和第二超声波测量部分；由此第一超声波测量部分和第二超声波测量部分分别地具有被提供给测量流路的第一超声波发射器-接收器和第二超声波发射器-接收器，并且，分别地连接第一超声波发射器-接收器和第二超声波发射器-接收器的第一超声波传播路径和第二超声波传播路径以不同角度与流动通过测量流路的流体的通过方向彼此相交，其中相应于流体的流量，使用第一超声波测量部分和第二超声波测量部分的测量值中的任一个。 
第一超声波测量部分的第一超声波传播路径和第二超声波测量部分的第二超声波传播路径分别地被设置成以不同角度与流动通过测量流路的流体的通过方向相交，并且然后相应于流量使用来自第一超声波测量部分和第二超声波测量部分的测量值中的任何一个。 
结果，能够响应于流体的流量而选择性地使用最佳测量值，并且能够以高精度获得测量值。 
而且，在本发明中，使用第一超声波测量部分和第二超声波测量部分的、适用于流量的任何一个测量值。 
在如此的本发明中，能够使用在第一超声波测量部分的测量值和第二超声波测量部分的测量值中的、适用于实际流量的测量值。因此，能够以高精度测量流体的流速。 
而且，在本发明中，通过与相应的超声波传播路径大致平行地包含在测量流路中的多个分隔板，在测量流路中层叠形成多个扁平流路，并且第一超声波测量部分和第二超声波测量部分被分隔板分隔。 
第一超声波测量部分和第二超声波测量部分分别地被分隔板分隔。因此，能够获得较高的测量精度。 
而且，在本发明中，第一超声波测量部分和第二超声波测量部分被布置成使得当沿着分隔板的厚度方向看时，第一超声波传播路径的传播路径中心和第二超声波传播路径的传播路径中心彼此重叠。 
当沿着分隔板的厚度方向看时，第一超声波传播路径的传播路径中心和第二超声波传播路径的传播路径中心彼此重叠。因此，第一超声波测量部分和第二超声波测量部分能够被布置成彼此邻近。 
结果，能够在相对小的空间中布置第一超声波测量部分和第二超声波测量部分，并且因此能够实现节省空间。 
本发明的优点 
根据本发明的超声波流体测量装置，能选择适用于流体流的率的超声波传播路径。因此，获得了如下优点，即，能够响应于流体的流量而获得最佳测量值，并且因此能够提高测量精度。 
附图说明
图1是示出根据本发明的超声波流体测量装置(第一实施例)的剖视图； 
图2是示出根据第一实施例的超声波流体测量装置的透视图； 
图3A是沿着图1中的线A-A截取的剖视图、图3B是沿着图1中的线B-B截取的剖视图，并且图3C是沿着图1中的线C-C截取的剖视图； 
图4是解释根据第一实施例的第一到第三超声波测量部分的特征的视图； 
图5是示出根据本发明的超声波流体测量装置(第二实施例)的剖视图； 
图6是示出根据本发明的超声波流体测量装置(第三实施例)的剖视图； 
图7A和7B是示出根据第四实施例的超声波流体测量装置的超声波测量部分的放大图和主要示意性透视图； 
图8A、8B和8C是示出根据第五实施例的超声波流体测量装置的超声波测量部分的放大图、主要示意性透视图和主要示意性平面图。 
附图标记说明 
10、50、60 超声波流体测量装置 
14 测量流路 
16 第一超声波测量部分 
16A、17A、18A 第一超声波发射器-接收器 
16B、17B、18B 第二超声波发射器-接收器 
17 第二超声波测量部分 
18 第三超声波测量部分 
36  第一超声波传播路径 
36A 第一超声波传播路径的传播路径中心 
37  第二超声波传播路径 
37A 第二超声波传播路径的传播路径中心 
38  第三超声波传播路径 
38A 第三超声波传播路径的传播路径中心 
21  第一分隔板(分隔板) 
22  第二分隔板(分隔板) 
31  第一扁平流路(扁平流路) 
32  第二扁平流路(扁平流路) 
33  第三扁平流路(扁平流路) 
Q  流量 
具体实施方式
将在下文中参考附图解释根据本发明实施例的、相应的超声波流体测量装置。 
(第一实施例) 
如在图1、图2和图3中所示，根据本发明第一实施例的超声波流体测量装置10包括利用左竖直流路和右竖直流路12、13和测量流路14以大致U形形状形成的流体流路11；被提供给测量流路14的第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18；以及作为多个分隔板而被包含在测量流路14中的第一分隔板21和第二分隔板22，并且然后响应于流体24的流量Q，使用第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18的测量值中的任一个。 
流体流路11在左竖直流路12上具有截流阀26。沿着(along)上壁部分和下壁部分14A、14B在测量流路14中以恒定间隔设置第一分隔板21和第二分隔板22。 
利用上壁部分和下壁部分14A、14B以及左侧壁和右侧壁14C、14D，测量流路14被成形为其截面是矩形的方柱。而且，因为在测量流路14中以恒定间隔与上壁部分和下壁部分14A、14B平行地设置第一分隔板21和第二分隔板22，通过在测量流路14中层叠为多个扁平流路而形成第一扁平流路31、第二扁平流路32和第三扁平流路33。 
第一扁平流路31、第二扁平流路32和第三扁平流路33被分别地形成为具有大致矩形形状的截面。 
在流体流路11中，当截流阀26从利用链状双点划线标明的关闭位置打开到利用实线标明的打开位置时，流体(例如天然气或者液化石油气)24通过测量流路14从左竖直流路12流动到右竖直流路13。 
如在图3A中所示，第一超声波测量部分16被提供给第一扁平流路31。具体地，第一超声波测量部分16具有被提供给右侧壁14D的第一超声波发射器-接收器16A和被提供给左侧壁14C的第二超声波发射器-接收器16B。第一超声波发射器-接收器16A被布置在第二超声波发射器-接收器16B的上游侧。 
第一超声波测量部分16，即，第一超声波发射器-接收器16A和第二超声波发射器-接收器16B，被连接到计算部分35。 
连接第一超声波发射器-接收器16A和第二超声波发射器-接收器16B的第一超声波传播路径36构成Z形路径，该Z形路径被与第一分隔板21平行地设置成以倾斜角θ1与流动通过测量流路14的流体24的通过方向(利用箭头标明)相交。 
在流体24流动通过测量流路14的状态中，超声波从第一超声波发射器-接收器16A传播到第二超声波发射器-接收器16B并且超声波 还从第二超声波发射器-接收器16B传播到第一超声波发射器-接收器16A。然后，利用计算部分35测量超声波的传播时间，并且基于测得的信息推导出流体的流速。 
如在图3B中所示，第二超声波测量部分17被提供给第二扁平流路32。具体地，第二超声波测量部分17具有被提供给右侧壁14D的第一超声波发射器-接收器17A和被提供给左侧壁14C的第二超声波发射器-接收器17B。第一超声波发射器-接收器17A被布置在第二超声波发射器-接收器17B的上游侧。 
第二超声波测量部分17，即，第一超声波发射器-接收器17A和第二超声波发射器-接收器17B，被连接到计算部分35。 
连接第一超声波发射器-接收器17A和第二超声波发射器-接收器17B的第二超声波传播路径37构成Z形路径，该Z形路径被与第一分隔板和第二分隔板21、22平行地设置成以倾斜角θ2与流动通过测量流路14的流体24的通过方向(利用箭头标明)相交。 
在流体24流动通过测量流路14的状态中，超声波从第一超声波发射器-接收器17A传播到第二超声波发射器-接收器17B并且超声波还从第二超声波发射器-接收器17B传播到第一超声波发射器-接收器17A。然后，利用计算部分35测量超声波的传播时间，并且基于测得的信息推导出流体的流速。 
如在图3C中所示，第三超声波测量部分18被提供给第三扁平流路33。具体地，第三超声波测量部分18具有被提供给右侧壁14D的第一超声波发射器-接收器18A和被提供给左侧壁14C的第二超声波发射器-接收器18B。第一超声波发射器-接收器18A被布置在第二超声波发射器-接收器18B的上游侧。 
第三超声波测量部分18，即，第一超声波发射器-接收器18A和第二超声波发射器-接收器18B，被连接到计算部分35。 
连接第一超声波发射器-接收器18A和第二超声波发射器-接收器18B的第三超声波传播路径38构成Z形路径，该Z形路径被与第二分隔板22平行地设置成以倾斜角θ3与流动通过测量流路14的流体24的通过方向(利用箭头标明)相交。 
在流体24流动通过测量流路14的状态中，超声波从第一超声波发射器-接收器18A传播到第二超声波发射器-接收器18B并且超声波还从第二超声波发射器-接收器18B传播到第一超声波发射器-接收器18A。然后，利用计算部分35测量超声波的传播时间，并且基于测得的信息推导出流体的流速。 
这里，第一超声波测量部分16和第二超声波测量部分17被第一分隔板21分隔。而且，第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18被第二分隔板22分隔。 
以此方式，因为第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18分别地被第一分隔板21和第二分隔板22分隔，所以能够获得较高的测量精度。 
在第一超声波传播路径36的倾斜角θ1、第二超声波传播路径37的倾斜角θ2和第三超声波传播路径38的倾斜角θ3之间满足下述关系：θ1＜θ2＜θ3。 
倾斜角θ1、θ2、θ3被分别地设定为0到90°的倾斜角。倾斜角θ1被设定为接近0°侧的小倾斜角，倾斜角θ2被设定为中倾斜角，并且倾斜角θ3被设定为接近90°侧的大倾斜角。 
即，第一超声波传播路径36、第二超声波传播路径37和第三超声波传播路径38被分别地设置成以不同的倾斜角θ1、θ2、θ3与流动通过测量流路14的流体24的通过方向相交。 
而且，第一超声波传播路径36、第二超声波传播路径37和第三超声波传播路径38被布置成使得当沿着第一分隔板21和第二分隔板22的厚度方向看时，第一超声波传播路径36的传播路径中心36A、第二超声波传播路径37的传播路径中心17A和第三超声波传播路径38的传播路径中心38A彼此重叠。 
因此，第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18能够布置成彼此邻近。 
结果，能够在相对小的空间中布置第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18，并且因此能够实现节省空间。 
下面，将在下面参考图4解释第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18应该被提供给超声波流体测量装置10的原因。 
在第一超声波测量部分16中，第一超声波传播路径36被设定为接近0°侧的小倾斜角θ1。 
当流体24以小流量Q1流动通过测量流路14时，第一超声波测量部分16能够适当地测量流体24的流速。 
具体地，第一超声波测量部分16能够以高精度测量具有在流量Q1中的小流量Q1A的流体24的流速，并且能够以稍稍良好的精度测量具有流量Q1B的流体24的流速。 
通过使用阈值S1区分流量QlA和流量Q1B。 
在第二超声波测量部分17中，第二超声波传播路径37被设定为中倾斜角θ2。 
当流体24以中流量Q2流动通过测量流路14时，第二超声波测量部分17能够适当地测量流体24的流速。 
具体地，第二超声波测量部分17能够以稍稍良好的精度测量具有在中流量Q2中的流量Q2A的流体24的流速，以高精度测量具有流量Q2B的流体24的流速，并且以稍稍良好的精度测量具有流量Q2C的流体24的流速。 
通过使用阈值S1区分流量Q2A和流量Q2B，并且通过使用阈值S2区分流量Q2B和流量Q2C。 
在第三超声波测量部分18中，第三超声波传播路径38被设为接近90°侧的大倾斜角θ3。 
当流体24以大流量Q3流动通过测量流路14时，第三超声波测量部分18能够适当地测量流体24的流速。 
具体地，第三超声波测量部分18能够以稍稍良好的精度测量具有在大流量Q3中的流量Q3A的流体24的流速，并且能够以高精度测量具有流量Q3B的流体24的流速。 
通过使用阈值S2区分流量Q3A和流量Q3B。 
超声波流体测量装置10被构造成使得当流动通过测量流路14的 流体24的流量低于阈值S1时，该仪器能够被切换到利用第一超声波测量部分测量流体24的流速。 
而且，超声波流体测量装置10被构造成使得当流动通过测量流路14的流体24的流量高于阈值S1但是低于阈值S2时，该仪器能够被切换到利用第二超声波测量部分测量流体24的流速。 
而且，超声波流体测量装置10被构造成使得当流动通过测量流路14的流体24的流量高于阈值S2时，该仪器能够被切换到利用第三超声波测量部分测量流体24的流速。 
因此，超声波流体测量装置10能够在第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18中选择(切换)适用于流体24的流量Q的超声波测量部分，并且能够利用选定的超声波测量部分测量流体24的流速。 
结果，超声波流体测量装置10能够在遍及小流量Q1、中流量Q2和大流量Q3的流量的全部范围中以高精度测量在测量流路14中的流量Q。 
当仅在阈值S1时切换第一超声波测量部分16和第二超声波测量部分17并且仅在阈值S2时切换第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18时，在流量Q变得分别地接近阈值S1、S2的情形中，相应的超声波测量部分16到18被频繁地切换(产生颤振)。 
因此，通过分别地向阈值S1、S2提供滞后，能够防止围绕阈值S1、S2频繁地切换第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18的这种事件。 
下面，将在下面参考图4解释第一实施例的超声波流体测量装置 10的操作。 
利用流量探测部分(未示出)探测流动通过测量流路14的流体24的流量Q，并且探测到的信息被传输到计算部分35。 
计算部分35决定所传输的信息对应于阈值S1或以下(即，Q＜S1)、阈值S1或以上但是阈值S2或以下(S1≤Q＜S2)或者阈值S2或以上(S2≤Q)中的哪一个。 
当探测到的流量Q为Q＜S1时，电路被切换成利用第一超声波测量部分16测量流速。第一超声波测量部分16能够以高精度测量在Q＜S1中的小流量Q1A中的流速。 
因此，能够以良好精度利用第一超声波测量部分16测量流量Q，并且能够获得具有高精度的测量值。 
当流率Q增加至S1≤Q＜S2时，电路被切换成利用第二超声波测量部分17测量流速。第二超声波测量部分17能够以高精度测量在S1≤Q＜S2中的中流量Q2B中的流速。 
因此，能够利用第二超声波测量部分17以良好精度测量流量Q，并且能够获得具有高精度的测量值。 
当流量Q进一步增加至S2≤Q时，电路被切换成利用第三超声波测量部分18测量流速。第三超声波测量部分18能够以高精度测量在S2≤Q中的大流量Q3B中的流速。 
因此，能够利用第三超声波测量部分18以良好精度测量流量Q，并且能够获得具有高精度的测量值。 
在本实施例中，第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18被分别地与第一分隔板21和第二分隔板22平行地设置。但是这些超声波测量部分的布置不限于这种构造。可以沿着第一分隔板21和第二分隔板22设置第一超声波传播路径36、第二超声波传播路径37和第三超声波传播路径38。 
下面，将在下文中参考图5和图6解释根据第二实施例和第三实施例的超声波流体测量装置。这里，在第二实施例和第三实施例中，相同的附图标记被固定用于与第一实施例的超声波流体测量装置10的相同构件，并且在这里将省略对它们的解释。 
(第二实施例) 
在根据第二实施例的图5中所示的超声波流体测量装置50中，通过从第一实施例的测量流路14移除第一分隔板21和第二分隔板22，测量流路14被构造为单层。其余配置类似于第一实施例。 
根据第二实施例的超声波流体测量装置50能够通过从测量流路14移除第一分隔板21和第二分隔板22而实现简化构造。 
另外，根据第二实施例的超声波流体测量装置50能够实现与第一实施例中的超声波流体测量装置10的相类似的优点。 
(第三实施例) 
在根据第三实施例的图6中所示超声波流体测量装置60中，第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18被布置成使得当沿着第一分隔板21和第二分隔板22的厚度方向看时，第一超声波传播路径36、第二超声波传播路径37和第三超声波传播路径38的相应的传播路径中心36A到38A并不相互重叠。其余配置类似于第一实施例。 
根据第三实施例的超声波流体测量装置60，不需要将第一超声波测量部分16的第一超声波传播路径36、第二超声波测量部分17的第二超声波传播路径37和第三超声波测量部分18的第三超声波传播路径38设为相互重叠。因此，当较大地保证在其中布置第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18的空间时，能够提高在决定第一超声波测量部分16、第二超声波测量部分17和第三超声波测量部分18的布局时的余地。 
另外，根据第三实施例的超声波流体测量装置60，能够实现与在第一实施例中的超声波流体测量装置10的相类似的优点。 
在以上实施例中，解释了其中在第一超声波发射器-接收器17和第二超声波发射器-接收器18之间的超声波传播路径19被设为对应于Z形路径的例子。本发明不限于该实施例。超声波传播路径19能够被设为对应于V形路径或者W形路径。 
而且，在以上实施例中示意出的测量流路14的形状和构造等不限于这些，并且它们可以被适当地改变。 
例如，本发明还涵盖图7A和7B中所示的第四实施例和图8A到8C中所示的第五实施例。 
根据第四实施例的图7A和7B所示中的超声波流体测量装置80具有第一超声波测量部分20A和第二超声波测量部分20B。相对于通过在由壁部分14A、14B、14C、14D形成的测量流路14中层叠为多个扁平流路而形成的第一到第六扁平流路132到137，在沿着层叠方向(即，竖直方向)在从中心竖直偏离的位置设置第一超声波测量部分20A和第二超声波测量部分20B。 
具体地，在第一超声波测量部分20A中，第一超声波发射器-接收 器51A和第二超声波发射器-接收器52A被布置成在互相邻近的第一到第三扁平流路132到134上延伸。 
相反，在第二超声波测量部分20B中，第一超声波发射器-接收器51B和第二超声波发射器-接收器52B被布置成延伸到互相邻近的第四到第六扁平流路135到137之上。 
因此，如在图7B中所示，在超声波流体测量装置80中，当沿着第一到第六扁平流路132到137的层叠方向看时，在第一超声波发射器-接收器51A和第二超声波发射器-接收器52A之间的超声波传播路径24A平行于在第一超声波发射器-接收器51B和第二超声波发射器-接收器52B之间的超声波传播路径24B设置。 
根据这种超声波流体测量装置80，当利用第一超声波测量部分20A和第二超声波测量部分20B测量第一到第六扁平流路132到137中的全部流体时，能够以更加良好的精度测量流体38的流速。 
而且，通常，通过仅使用第一超声波测量部分20A和第二超声波测量部分20B中的任一个测量流体38的流速。当需要高精度测量时，能够通过使用第一超声波测量部分20A和第二超声波测量部分20B这两者而以更加良好的精度测量流体38的流速。 
根据第五实施例的图8A到8C中所示超声波流体测量装置90是第四实施例的改型。第一超声波发射器-接收器51A、第二超声波发射器-接收器52A、第一超声波发射器-接收器51B和第二超声波发射器-接收器52B被布置(见图8B、8C)成使得当沿着第一到第六扁平流路132到137的层叠方向看时，超声波传播路径24A与超声波传播路径24B相交。 
根据这种超声波流体测量装置90，如第四实施例那样，当利用第 一超声波测量部分20A和第二超声波测量部分20B测量第一到第六扁平流路132到137中的全部流体时，能够以更加良好的精度测量流体38的流速。 
而且，通常，通过仅使用第一超声波测量部分20A和第二超声波测量部分20B中的任一个测量流体38的流速。当需要高精度测量时，能够通过使用第一超声波测量部分20A和第二超声波测量部分20B这两者而以更加良好的精度测量流体38的流速。 
而且，当选择性地使用适用于流体38的流量的第一超声波测量部分20A和第二超声波测量部分20B中的任何一个时，能够响应于流体的流量获得最佳测量值，并且因此能够提高测量精度。 
该申请是基于在2006年11月8日提交的日本专利申请(专利申请No.2006-303201)；其内容被结合在此，作为参考。 
工业适用性 
[0134] 本发明是适用于测量流动通过测量流路的流体例如天然气、液化石油气、空气、水等的流速的超声波流体测量装置。 

Claims (3)

1.一种超声波流体测量装置，包括：
测量流路，其形成截面是矩形的方柱；和
被提供给所述测量流路的第一超声波测量部分和第二超声波测量部分；
由此所述第一超声波测量部分和所述第二超声波测量部分分别具有被提供给所述测量流路的第一超声波发射器-接收器和第二超声波发射器-接收器；以及，
第一超声波传播路径和第二超声波传播路径，其中所述第一超声波传播路径连接所述第一超声波发射器-接收器，所述第二超声波传播路径连接所述第二超声波发射器-接收器，所述第一超声波传播路径和所述第二超声波传播路径以不同角度与流动通过所述测量流路的流体的通过方向彼此相交，
其中相应于所述流体的流量，使用所述第一超声波测量部分和所述第二超声波测量部分的测量值中的任一个，
其中通过与相应的超声波传播路径大致平行地包含在所述测量流路中的多个分隔板，在所述测量流路中层叠形成多个扁平流路，以及
所述分隔板将所述第一超声波测量部分和所述第二超声波测量部分彼此分隔。
2.根据权利要求1的超声波流体测量装置，其中使用所述第一超声波测量部分和所述第二超声波测量部分的、适合于流量的任何一个测量值。
3.根据权利要求1的超声波流体测量装置，其中所述第一超声波测量部分和所述第二超声波测量部分被布置成使得当沿着所述分隔板的厚度方向看时，所述第一超声波传播路径的传播路径中心和所述第二超声波传播路径的传播路径中心彼此重叠。
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