CN102959365B - 超声波式流量测量装置 - Google Patents

Abstract

提供一种不使用热敏电阻等温度测定专用的传感器就能够检测温度、进行温度校正的超声波流量计。具备：第一超声波振子(12)和第二超声波振子(13)，其被配置于流量测量部(11)，配置为从其中一个超声波振子发送超声波，由另一个超声波振子接收超声波；计数器(17)，其用于对在第一超声波振子(12)与第二超声波振子(13)之间进行发送接收的传播时间进行测量；流量运算部(19)，其根据计数器(17)的测量值来计算流量；振荡电路(16)，其在计数器(17)计算传播时间时用作时间计数器；以及温度检测部(20)，其利用振荡电路(16)的随温度变化而产生的频率变化来进行温度检测。

Description

超声波式流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种进行超声波脉冲的发送接收的超声波振子以及使用该超声波振子对气体、液体的流量、流速进行测量的装置。

背景技术

以往，如图6所示，在这种超声波流量计中，根据来自控制部6的启动信号，振荡电路3以由频率控制单元4设定的动作频率进行固定时间的振荡来驱动第一超声波探头2。从第一超声波探头2发出的超声波在充满测定流路1的被测定流体中传播，在经过时间t之后被第二超声波探头7检测出。在比较器9中将检测出的接收信号与基准电压8进行比较，当基准电压8与接收信号的电压关系反转时，向计时器5发送停止信号，停止计时器5。

而且，将用于进行温度检测的热敏电阻10设置在测定路径1中来测定被测定流体的温度。

专利文献1：日本专利第3651110号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述以往的流量测量装置中，由于在测定路径中具备温度检测单元，因此导致被测定流体发生紊乱，在利用超声波进行时间测量的范围内被测定流体的密度分布散乱，不能均匀地发送接收超声波，由此有可能无法正确地测定超声波的传播时间。

本发明是为了解决上述以往问题而完成的，不使用热敏电阻就能够进行温度检测，并能够进行温度校正等。

用于解决问题的方案

为了解决上述以往问题，本发明的超声波式流量测量装置具备：流量测量部，被测定流体流过该流量测量部；一对超声波振子，其被配置于上述流量测量部，从其中一个超声波振子发送超声波，由另一个超声波振子接收超声波；传播时间测量部，其用于对在上述一对超声波振子之间进行发送接收的传播时间进行测量；流量运算部，其根据上述传播时间测量部的测量值来计算流量；以及温度检测部，其对构成上述传播时间测量部或者上述流量运算部的具有温度特性的部件的特性进行测定来进行温度检测，根据该结构，能够不需要用于检测温度的热敏电阻。

发明的效果

根据本发明的超声波式流量测量装置，利用振荡电路部的随温度变化而产生的频率变化来进行温度检测，因此不需要用于检测温度的热敏电阻，能够削减成本。另外，不需要在被测定流体环境中配置热敏电阻，因此还能够不破坏被测定流体的流动地测量流速、进行温度检测。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的超声波式流量测量装置的整体框图。

图2是表示该流超声波式流量测量装置的振荡电路部的频率与温度检测部的温度之间的关系的特性图。

图3是实施方式2所涉及的超声波式流量测量装置的结构图。

图4是该超声波式流量测量装置的截面图。

图5是该超声波式流量测量装置的流量测量部的截面图。

图6是以往的超声波式流量测量装置的整体框图。

具体实施方式

第一发明的超声波式流量测量装置具备：流量测量部，被测定流体流过该流量测量部；一对超声波振子，其被配置于上述流量测量部，从其中一个超声波振子发送超声波，由另一个超声波振子接收超声波；传播时间测量部，其用于对在上述一对超声波振子之间进行发送接收的传播时间进行测量；流量运算部，其根据上述传播时间测量部的测量值来计算流量；以及温度检测部，其对构成该超声波式流量测量装置的具有温度特性的部件的特性进行测定来进行温度检测，通过对构成超声波式流量测量装置的部件内的特性随温度变化而变化的部件(例如电阻、电容器、振子等)的特性进行测定，能够检测温度，不需要作为用于检测温度的专用部件的热敏电阻等，能够削减成本。

第二发明的特征在于，特别是在第一发明中，上述具有温度特性的部件是在上述传播时间测量部中测量传播时间时用作基准时钟的振荡电路部的振子，上述温度检测部测定上述振子的频率来进行温度检测，利用振荡电路部的随温度变化而发生的频率变化来进行温度检测，由此不需要作为用于检测温度的专用部件的热敏电阻等，能够削减成本。

第三发明是，特别是在第一或者第二发明中，上述具有温度特性的部件被配置在上述被测定流体的环境中，用于测定温度的部件易于受到被测定流体的温度的影响，温度检测部能够测定准确的温度。

第四发明是，特别是在第一发明至第三发明中的任一个发明中，还具备压力检测部，其对上述被测定流体的压力进行检测；以及热量计算部，其根据由上述流量运算部计算出的被测定流体的流量值、由上述温度检测部求出的温度以及由上述压力检测部检测出的被测定流体的压力值来计算上述被测定流体的热量，从而能够进行热量测量。

第五发明是，特别是在第二发明中，还具备：外壳主体，其具备流体供给部和流体排出部；流量测量部，其被配置在上述外壳主体内；整流构件，其被设置在上述流量测量部的供给侧；以及排出连接构件，其将上述流量测量部的排出侧与上述流体排出部连接，上述流量测量部的流路截面形成为矩形，超声波式流量测量装置形成为以下结构：上述一对超声波振子均配置在流路截面的短边侧，从其中一个超声波振子发送的超声波在流路的相对的短边侧的流路内壁反射后被另一个超声波振子接收，用绝缘层覆盖端子部和测量电路基板，上述端子部用于施加上述超声波振子的电压，上述测量电路基板包括上述传播时间测量部、上述振荡电路部以及上述温度检测部，通过将测量电路基板与流量测量部形成为一体并收纳在被测定流体环境中，能够容易地进行被测定流体的温度检测，能够确保绝缘性。

下面，参照附图说明本发明的实施方式所涉及的超声波式流量测量装置。此外，在附图中附加了相同的附图标记的部件是相同的部件，省略详细的说明。

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式1的超声波式流量测量装置的整体框图。在图1中，在流量测量部11的流路中沿着流动方向配置有用于发送超声波的第一超声波振子12和用于接收超声波的第二超声波振子13。控制部14在对驱动电路15输出测量开始信号的同时，驱动振荡电路16并使计数器17开始时间测量。当存在信号输入时，驱动电路15驱动第一超声波振子12来发送超声波。所发送的超声波在流体中传播，被第二超声波振子13接收。将接收到的超声波信号输入到接收检测电路18进行信号处理，之后输出到作为传播时间测量部的计数器17。

计数器17接收来自接收检测电路18的输入信号而停止时间测量，并使振荡电路16停止。在流量运算部19中，接收计数器17的时间测量结果并通过运算求出流量。

作为振荡电路部的振荡电路16由振子16a构成，在计数器17中测量传播时间时用作基准时钟。温度检测部20能够通过测定发送频率随温度变化而变化的振子16a的频率来检测温度。即，温度检测部20通过利用频率变化不易受到温度影响的振子(例如水晶振子)来测定振子16a的振荡频率，来运算被测定流体的环境温度。在这种情况下，振荡电路16相当于构成超声波式流量测量装置的具有温度特性的部件，被安装在测量电路基板22上且被配置在被测定流体的环境中。

另外，在热量计算部21中，根据由流量运算部19求出的流量值(体积流量)、由温度检测部20求出的被测定流体的温度以及由压力检测部23测量出的被测定流体的压力值来求出标准流量。并且，热量计算部21根据已知的被测定流体的密度和比热来运算被测定流体的热量。而且，将这些控制部14、驱动电路15、振荡电路16、计数器17、接收检测电路18、流量运算部19、温度检测部20、热量计算部21以及压力检测部23构成为配置在测量电路基板22上。

图2是示出振荡电路16的振子16a的温度与频率的关系(Xb)和频率变化不易受到温度影响的水晶振子的温度与频率的关系(Xa)。

通过对该水晶振子与振子16a的温度特性(Xa、Xb)进行比较也能够求出温度。

此外，在本实施方式中，作为构成超声波式流量测量装置的具有温度特性的部件，构成为利用振荡电路16的振子来测定频率的变化，但并不限定于此。当然也能够利用被配置在被测定流体的环境中、特性随温度(在此为被测定流体的环境温度)变化而示出规定变化的部件，例如设置在构成测量电路基板上的传播时间测量部或者流量运算部等的电路中的电阻元件的电阻值、电容器的容量值等。

(实施方式2)

图3是本发明的实施方式2的超声波式流量测量装置的结构图。

在外壳主体24上具备用于供给被测定流体的流体供给部25和用于排出被测定流体的流体排出部26。在外壳主体24内部收纳流量测量部11，该流量测量部11具备一对超声波振子(第一超声波振子12和第二超声波振子13)和测量电路基板22。在流量测量部11的供给侧设置有可装卸的整流构件27，在排出侧设置有与流体排出部26相连接的可装卸的排出连接构件28。在流量测量部11与外壳主体24之间设置有下部空间29。

图4是本实施方式中的超声波式流量测量装置的截面图。

如图4所示，流量测量部11具有以下结构：流路截面构成为矩形，相对于流体的流动方向的流路截面的纵方向的长度B比宽度方向的长度A长。而且，如图3所示，流量测量部11具有以下结构：一对超声波振子12、13均配置在流路截面的短边侧，从其中一个超声波振子发送的超声波在流路的相对的短边侧的流路内壁反射后被另一个超声波振子接收。并且，在流量测量部11中，为了保持对测量部中的测定流体流进行整流，以使纵横比变大的方式相对于纵向的面大致平行地排列多个分隔板32a、32b、32c来对流量测量部的流路30进行四分割。

在外壳主体24上设置有外壳盖33，用未图示的密封件对外壳主体24和外壳盖33进行密封，以避免被测定流体从气室31漏出。在外壳盖33上，用于将显示部34与测量电路基板22电连接的引线22a贯穿贯通部33a的孔与显示部34相连接，该显示部34显示由流量测量部11测量出的被测定流体的流量，用玻璃密封件35密封该贯通部33a。另外，为了保护显示部34，利用未图示的螺钉将主体盖36与外壳盖33一起安装到外壳主体24。

图5是流量测量部的放大图。如该图所示，利用具有绝缘性的绝缘构件37来涂敷端子部12a、13a和测量电路基板22，并与流路构件11a形成为一体，该端子部12a、13a用于施加第一超声波振子12和第二超声波振子13的电压。作为绝缘构件37的材料，使用除了绝缘性以外耐气体性、耐溶剂性也良好的材料。另外，绝缘构件37也可以为多层结构。

在绝缘构件37为多层结构的情况下，在减小对电路基板的压力方面优选将靠近被测定流体的层设为硬度高的材质。

接着，说明该超声波式流量测量装置38的作用。

在从流体供给部25供给的被测定流体进入整流构件27之前，由于将上游侧的气室31的容积形成得大，因此被测定流体流干扰而能够确保稳定的流动。另外，即使具有压力变动的被测定流体流入，压力也被缓和，因此能够稳定地进行流量测量。

另外，通过设置下部空间29，在沙子、水等测量对象以外的物质流入被测定流体的情况下，通过使沙子、水等蓄积在下部空间29，能够防止误测量。

此外，本发明在不脱离本发明的宗旨和范围的情况下由本领域技术人员根据说明书的记载以及公知的技术进行的各种变更、应用也是本发明预定的情况，包括在要求保护的范围内。另外，也可以在不脱离发明的宗旨的范围内将上述实施方式中的各结构要素任意地组合。

本申请以2010年6月24日申请的日本专利申请(特愿2010-143476)为基础，将其内容作为参照取入到本发明中。

产业上的可利用性

如上所述，与以往的超声波式流量测量装置的温度测量相比，本发明所涉及的超声波式流量测量装置能够廉价地实现，因此在流量测定基准器以及煤气表、热量计或者水表等用途中也能够应用。

附图标记说明

11：流量测量部；12：第一超声波振子(超声波振子)；12a、13a：端子部；13：第二超声波振子(超声波振子)；16：振荡电路(振荡电路部)；16a：振子；17：计数器(传播时间测量部)；19：流量运算部；20：温度检测部；22：测量电路基板；23：压力检测部；25：流体供给部；26：流体排出部；27：整流构件；28：排出连接构件；37：绝缘构件(绝缘层)；38：超声波式流量测量装置。

Claims (4)

1.一种超声波式流量测量装置，其具备：

流量测量部，被测定流体流过该流量测量部；

一对超声波振子，其被配置于上述流量测量部，从其中一个超声波振子发送超声波，由另一个超声波振子接收超声波；

传播时间测量部，其用于对在上述一对超声波振子之间进行发送接收的上述超声波的传播时间进行测量；

流量运算部，其根据上述传播时间测量部的测量值来计算流量；以及

温度检测部，其对构成该超声波式流量测量装置的具有温度特性的部件的特性进行测定来进行温度检测，

其中，上述具有温度特性的部件是在上述传播时间测量部中测量传播时间时用作基准时钟的振荡电路部的振子，

上述温度检测部测定上述振子的频率来进行温度检测。

2.根据权利要求1所述的超声波式流量测量装置，其特征在于，

上述具有温度特性的部件被配置在上述被测定流体的环境中。

3.根据权利要求1或2所述的超声波式流量测量装置，其特征在于，还具备：

压力检测部，其对上述被测定流体的压力进行检测；以及

热量计算部，其根据由上述流量运算部计算出的被测定流体的流量值、由上述温度检测部求出的温度以及由上述压力检测部检测出的被测定流体的压力值来计算上述被测定流体的热量。

4.根据权利要求1所述的超声波式流量测量装置，其特征在于，还具备：

外壳主体，其具备流体供给部和流体排出部，上述流量测量部被配置在上述外壳主体内；

整流构件，其被设置在上述流量测量部的供给侧；以及

排出连接构件，其将上述流量测量部的排出侧与上述流体排出部连接，

其中，上述流量测量部的流路截面形成为矩形，

该超声波式流量测量装置形成为以下结构：上述一对超声波振子均配置在流路截面的短边侧，从其中一个超声波振子发送的超声波在流路的相对的短边侧的流路内壁反射后被另一个超声波振子接收，

用绝缘层覆盖端子部和测量电路基板，其中，该端子部用于施加上述超声波振子的电压，该测量电路基板包括上述传播时间测量部、上述振荡电路部以及上述温度检测部。