CN103261848A - 流量测量装置 - Google Patents

Abstract

在本发明所涉及的流量测量装置中，流量测量装置的计时部具有：第一计数器，其在测量传播时间的起点开始计数；以及第二计数器，其在测量传播时间的终点开始计数且与第一计数器相比以高速进行计数。而且，通过用由第一计数器测量的从起点到在终点之后完成计数为止的时间(T)减去由第二计数器测量的从终点起到上述第一计数器完成计数为止的时间(Δt)，来最终获取传播时间(T0)。流量运算部使用该传播时间(T0)来高精度地运算流量。由此，能够更进一步提高低耗电化以及流量测量的高精度化。

Description

流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种利用超声波对气体等流体的流量进行测量的流量测量装置。

背景技术

提出各种使用超声波对气体等流体的流量进行测量的流量测量装置并进行了实际应用。这种流量测量装置的典型结构是在测量流路上设置一对超声波发送接收器，使它们交替地发送接收脉冲状的超声波。由此，能够根据正向的传播时间与逆向的传播时间之差来测量流体的流速，因此能够利用该流速以及测量流路的管径来测量流体的流量。

在这种流量测量装置中，低耗电且得到高精度的流量值从以往起就是课题所在。例如，专利文献1中公开了一种流量测量装置，该流量测量装置构成为具备：次数设定单元，其变更重复进行超声波发送接收器的交替进行发送接收的次数；第一计时单元，其在重复开始时对低频振荡器的信号进行计数；第二计时单元，其在上述第一计时单元的设定时间之后开始对来自高频振荡器的信号进行计数并在重复结束时停止计数；以及流量运算单元，其根据上述第一计时单元和上述第二计时单元计算出总时间，基于各个总时间之差求出流量，其中，上述第一计时单元的设定时间根据次数设定单元的值而变更。

根据上述结构，测量所需的时间中大半时间使用频率低的第一计时单元，仅在需要精度时启动高频率的第二计时单元，因此低耗电且能够得到高分辨率。

专利文献1：日本特许第3689973号公报

发明内容

发明要解决的问题

另外，近年来，在对流量测量装置测量出的流量进行抄表时使用通信网络，或者，例如若流量测量装置为燃气表则使其与燃气泄漏警报器等联动等，流量测量装置不断多功能化。然而，流量测量装置具备内部电池作为电源，在几乎不维护的状态下使用数年之久，因此随着上述多功能化，以低耗电实现高精度的流量测量的要求与以往相比变得更加强烈。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够更进一步提高低耗电化以及流量测量的高精度化的流量测量装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明所涉及的流量测量装置具备：一对超声波发送接收器，该一对超声波发送接收器配置于测量流路的上游侧和下游侧；发送接收切换部，其对该超声波发送接收器的发送接收进行切换；发送部，其驱动成为发送侧的上述超声波发送接收器以使该超声波发送接收器发送超声波；接收部，其对由成为接收侧的上述超声波发送接收器接收到的上述超声波进行检测；计时部，其对在上述一对超声波发送接收器之间发送接收的超声波的传播时间进行测量；以及流量运算部，其根据上述传播时间来运算上述流体的流量值，其中，上述计时部构成为具有：第一计数器，其在测量上述传播时间的起点开始计数；以及第二计数器，其在测量上述传播时间的终点开始计数且与上述第一计数器相比以高速来进行计数，并且，上述计时部通过用由上述第一计数器测量的时间减去由上述第二计数器测量的时间来测量上述传播时间，其中，由上述第一计数器测量的时间是从上述起点到上述终点之后完成计数为止的时间，由上述第二计数器测量的时间是从上述终点到上述第一计数器完成计数为止的时间。

在上述结构中，只要构成为以下结构即可：上述第二计数器在上述终点之后紧接在上述第一计数器完成计数之后停止。

在上述结构中，只要构成为以下结构即可：在将上述终点设为成为接收侧的上述超声波发送接收器中的接收波形的零交叉点时，上述计时部分别测量到多个上述零交叉点为止的时间来获取多个传播时间，上述流量运算部使用将上述计时部获取到的多个上述传播时间进行平均所得的平均传播时间来运算上述流量。

在上述结构中，只要构成为以下结构即可：上述计时部在作为多个上述零交叉点而使从正向负的零交叉点与从负向正的零交叉点的数量彼此相同的基础上获取多个上述传播时间。

在上述结构中，只要构成为以下结构即可：上述第一计数器的计数频率被设定为从上述超声波发送接收器发送的超声波的频率的两倍以上。

参照附图，通过以下的优选实施方式的详细说明来明确本发明的上述目的、其它目的、特征以及优点。

发明的效果

如上所述，在本发明中起到能够提供一种能够更进一步提高低消电化以及流量测量的高精度化的流量测量装置的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的流量测量装置的结构的代表性的一例的框图。

图2是表示基于图1所示的流量测量装置中的超声波的发送波形、接收波形以及计数器的计数动作的关系的超声波的传播时间测量的一例的时序图。

图3是表示在图1所示的流量测量装置中设定多个零交叉点并测量各个传播时间的例子的时序图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的优选实施方式。此外，下面对所有附图中相同或者相当的元素附加相同的参照标记，省略其重复说明。

[流量测量装置的结构]

参照图1来具体说明本发明的实施方式所涉及的流量测量装置的结构。如图1所示，本实施方式所涉及的流量测量装置10具备一对超声波发送接收器11、12、发送部13、切换部14、接收部15、计时部16、流量运算部17以及测量控制部18。一对超声波发送接收器11、12以与测量流路20交叉的方式对置地配置，测量对象的气体沿图中箭头F方向在该测量流路20中流动。在本实施方式中，如图1所示，第一超声波发送接收器11和第二超声波发送接收器12以倾斜地与测量流路20交叉的方式对置地配置。此外，当将测量流路20内的气体的流动方向设为图中箭头F时，第一超声波发送接收器11和第二超声波发送接收器12的对置方向倾斜了角度φ。

第一超声波发送接收器11和第二超声波发送接收器12如图中箭头S所示，相互进行超声波的发送和接收。切换部14在测量控制部18的控制下以固定周期对一对超声波发送接收器11、12的发送接收进行切换。发送部13通过驱动被设定为发送侧的超声波发送接收器11、12中的一方，来使其向另一方发送超声波。接收部15对被设定为接收侧的超声波发送接收器11、12中的一方所接收到的超声波进行检测。

计时部16对接收部15所检测出的超声波的传播时间进行测量。在本实施方式中，计时部16具有：第一计数器161，其在测量传播时间的起点开始计数；以及第二计数器162，其在测量传播时间的终点开始计数且以高于第一计数器161的高速进行计数。流量运算部17根据由计时部16检测出的传播时间来计算气体的流量值。测量控制部18对流量测量动作进行控制。

发送部13、切换部14、接收部15、计时部16、第一计数器161、第二计数器162、流量运算部17以及测量控制部18的具体结构并没有特别限定，能够适当利用在使用超声波的流量测量装置的领域内公知的各种电路、元件、运算器等。

[流量测量装置的动作]

接着，参照图2和图3来具体说明本实施方式所涉及的流量测量装置的动作。此外，在图2和图3中，在发送波形和接收波形中横轴为时间，纵轴为电压。

例如，若设第一超声波发送接收器11为发送侧、设第二超声波发送接收器12为接收侧，则从发送侧的第一超声波发送接收器11以图2所示的三个脉冲的驱动波形发送超声波，由第二超声波发送接收器12以图2所示的接收波形接收该超声波。此时，将驱动波形的开始时刻设为传播时间的测量的起点，将与三个脉冲的驱动波形对应的接收波形的第三个波的结束时刻、即零交叉点设为传播时间的测量的终点。

以相对低的低速进行计数的第一计数器161从上述起点开始计数，测量到上述终点结束后完成计数为止的时间T1。以相对高的高速进行计数的第二计数器162从上述终点开始计数，测量到第一计数器161完成计数为止的时间Δt。然后，计时部16通过用时间T1减去Δt来计算基准传播时间T(T=T1-Δt)，用该基准传播时间减去与驱动波形对应的第一至第三波的接收波形的长度Ta来获取超声波的传播时间T0(T0=T-Ta)。

流量运算部17使用这样获取到的传播时间来运算气体等流体的流量。具体地说，在图1中，在将声速设为C、将流体的流速设为v、将超声波发送接收器11、12之间的距离设为L、将从第一超声波发送接收器11发送超声波并由第二超声波发送接收器12接收超声波的情况下的传播时间设为t1、将逆向的传播时间设为t2的情况下，由于超声波的传播方向(图1的箭头S)与流体的流动方向(图1的箭头F)形成角度φ，因此传播时间t1和t2能够利用下面的式1和式2求出。

然后，根据从该式1和式2导出的下面的式3能够求出流体的流速v。只要将得到的流速v乘以测量流路20的截面积，就能够求出流体的流量。

在本实施方式中，如上所述，使用第一计数器161和第二计数器162来测量传播时间。因此，测量传播时间所需的时间中大半时间使用第一计数器161，仅在需要精度时使用第二计数器162。而且，第二计数器162从作为终点的接收波形的零交叉点开始计数，因此与专利文献1所公开的技术相比能够优化第二计数器162的计数开始时间。因此，能够提高低耗电化以及流量测量的高精度化。

除此以外，第二计数器162若构成为在上述终点之后紧接在第一计数器161完成计数后停止计数，则第一计数器161和第二计数器162均仅在接近所需要最低限度的期间内进行动作。因此，能够更进一步提高低耗电化以及流量测量的高精度化。

进一步如图3所示，计时部16并非仅以与驱动波形的脉冲数对应的接收波形的波数结束的零交叉点为基准来利用第二计数器162测量传播时间，而是能够以接收波形的多个零交叉点为基准来测量多个传播时间。由此，在流量运算部17中能够使用将计时部16获取到的多个传播时间进行平均所得的平均传播时间来运算流量，因此能够进一步提高流量的测量精度。

在此，获取多个传播时间的方法并未特别进行限定，优选的是，如图3所示那样，作为多个上述零交叉点，使从正向负的零交叉点与从负向正的零交叉点的数量彼此相同。在图3所示的例子中，零交叉点a和c是从正向负的零交叉点，零交叉点b和d是从负向正的零交叉点。

在本例中，第二计数器162对以从正向负的零交叉点为基准的Δta和Δtc进行测量，第一计数器161对与它们对应的时间Ta和Tc进行测量，据此获取两个传播时间。另外，对以从负向正的零交叉点为基准的Δtb和Δtd进行测量，第一计数器161对与它们对应的时间Tb和Td进行测量，据此获取两个传播时间。由此，得到共计四个传播时间，流量运算部17根据这四个传播时间的平均值来运算流量。

这样，在以多个零交叉点为基准的情况下，如果使从正向负的零交叉点与从负向正的零交叉点的数量彼此相同，则能够实现不受零交叉基准电位变动影响的高精度的测量。例如，在图3所示的例子中，在基准电位向上方偏移的情况下，时间Ta和Tc减少而时间Tb和Td增加。因此，如果获取这四个时间的平均值作为传播时间，则能够获得与基准电位没有偏移的情况大致相同的传播时间，因此能够更进一步提高测量精度。此外，在相反的情况(基准电位向下方偏移的情况)下也相同。

此外，在上述结构中，尤其优选将第一计数器161的计数的频率设定为从超声波发送接收器11、12发送的超声波的频率的两倍以上。当第一计数器161的计数的频率未达到超声波的频率的两倍时，无法确保第二计数器162的暂停期间。因而，通过如上所述那样设定第一计数器161的频率，能够使第一计数器161和第二计数器162高效运转，能够更进一步提高流量的测量精度。

此外，本发明并不限定于上述实施方式的记载，在权利要求书所示的范围内能够进行各种变更，适当地组合在不同的实施方式、多个变形例中分别公开的技术手段而得到的实施方式也属于本发明的技术范围。

另外，根据上述说明，对本领域技术人员来说，本发明的许多改良和其它实施方式是显而易见的。因而，上述说明应解释为只是例示，是以向本领域技术人员说明执行本发明的优选方式为目的而提供的。能够在不脱离本发明的精神的情况下实质性地改变其结构和/或功能的详细内容。

产业上的可利用性

本发明能够适当地广泛应用于燃气表等利用超声波的流量测量装置的领域。

附图标记说明

10：流量测量装置；11：第一超声波发送接收器；12：第二超声波发送接收器；13：发送部；14：切换部；15：接收部；16：计时部；17：流量运算部；18：测量控制部；20：测量流路；161：第一计数器；162：第二计数器。

Claims (5)

1.一种流量测量装置，其特征在于，具备：

一对超声波发送接收器，该一对超声波发送接收器配置于测量流路的上游侧和下游侧；

发送接收切换部，其对该超声波发送接收器的发送接收进行切换；

发送部，其驱动成为发送侧的上述超声波发送接收器以使该超声波发送接收器发送超声波；

接收部，其对由成为接收侧的上述超声波发送接收器接收到的上述超声波进行检测；

计时部，其对在上述一对超声波发送接收器之间发送接收的超声波的传播时间进行测量；以及

流量运算部，其根据上述传播时间来运算上述流体的流量值，

其中，上述计时部构成为具有：第一计数器，其在测量上述传播时间的起点开始计数；以及第二计数器，其在测量上述传播时间的终点开始计数且与上述第一计数器相比以高速来进行计数，并且，上述计时部通过用由上述第一计数器测量的时间减去由上述第二计数器测量的时间来测量上述传播时间，其中，由上述第一计数器测量的时间是从上述起点到上述终点之后完成计数为止的时间，由上述第二计数器测量的时间是从上述终点到上述第一计数器完成计数为止的时间。

2.根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于，

上述第二计数器构成为在上述终点之后紧接在上述第一计数器完成计数之后停止。

3.根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于，

在将上述终点设为成为接收侧的上述超声波发送接收器中的接收波形的零交叉点时，

上述计时部分别测量到多个上述零交叉点为止的时间来获取多个传播时间，

上述流量运算部构成为使用将上述计时部获取到的多个上述传播时间进行平均所得的平均传播时间来运算上述流量。

4.根据权利要求3所述的流量测量装置，其特征在于，

上述计时部构成为在作为多个上述零交叉点而使从正向负的零交叉点与从负向正的零交叉点的数量彼此相同的基础上获取多个上述传播时间。

5.根据权利要求4所述的流量测量装置，其特征在于，

上述第一计数器的计数频率被设定为从上述超声波发送接收器发送的超声波的频率的两倍以上。

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