CN107228693A - 用于测定气体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于测定气体的系统包括流量传感器和控制器。流量传感器设置在管道中，与通过管道的气体流处于流体连接。流量传感器包括加热器和温度感测元件，并且基于气体流来产生电输出。控制器控制加热器的运行，并且可在测量前模式和多个测量模式中运行。控制器在测量前模式中使加热器以测量前设定运行。控制器在测量模式中使加热器以对应的测量设定运行，对应的测量设定相对于测量前设定具有增加的功率水平和/或增加的运行持续时间。控制器在测量模式中构造成基于流量传感器的电输出的幅度特性和/或时间性特性来确定气体的流率。

Description

用于测定气体的系统和方法
技术领域
本公开的实施例涉及测量流体流，并且更特别地，涉及用于测定气体的系统和方法。
背景技术
目前，测定气体需要使用多种类型的流量感测装置。例如，质量流量感测装置测量质量流率(例如，千克/秒)，并且其它流量感测装置可包括基于涡流的感测，这基于涡流形成(或消减)的频率来确定流体的体积流率。已知的流量感测装置包括多种缺点。例如，质量流量感测装置基于幅度测量来确定气体的质量流率，而且不提供直接体积流率。虽然质量流量感测装置在低流量范围中提供高灵敏度的优点，但这样的质量流量感测装置的精度在较高流率下可受到现实考量的不利影响，诸如气体密度波动、湿气波动、气体混合物波动等。基于涡流的感测装置提供直接体积流量测量，但当气体的流速太低无法形成涡流时，测量受到不利的影响。
一些已知的流量感测装置使用建立温度梯度的热流量传感器来确定流体的流率。这样的热流量传感器典型地包括加热元件，加热元件产生热，热被流动的流体吸收。功率消耗对于许多热流量传感器都是关注点。例如，流量传感器可恒定地运行加热器，即使以定时时段进行流率测量。即使控制热流量传感器来提供工作循环(其中打开加热器进行测量，然后关闭它，直到下一个测量)，功率消耗仍然是效率低下的。例如，在加热器加温以达到指定稳定状态温度时，加热器消耗功率，并且在加热器达到稳定状态温度之前不进行流率测量。因而，消耗来使加热器加温的能量被浪费，因为在加温时期期间不提供流率测量。
此外，一些流量感测装置能够测量多种流参数，诸如能够测量质量流率，以及还有体积流率测量。不同流参数的测量可能需要不同的加热器设定，诸如不同的运行时间和不同的功率水平。但是，当前的流量感测装置不基于被测量的具体流参数来调节加热器设定，使得加热器可与必要的相比在更长的时期里工作，并且/或者以更高的功率水平工作，从而浪费额外的能量。由于功率消耗的效率低下，一些已知流量感测装置的电池可能一年至少需要更换和/或充电一次，这是昂贵且麻烦的。
发明内容
在一个实施例中，提供一种用于测定气体的系统。该系统包括流量传感器和控制器。流量传感器构造成设置在管道中，与通过管道的气体流处于流体连接。流量传感器包括加热器和至少一个温度感测元件。流量传感器构造成基于通过管道的气体流来产生电输出。控制器包括一个或多个处理器，一个或多个处理器操作性地连接到流量传感器上，并且构造成在多个测量时段控制加热器的运行。控制器可在测量前模式和多个测量模式中运行。控制器在测量前模式中以测量前设定运行加热器。控制器在测量模式中以对应的测量设定运行加热器，对应的测量设定相对于加热器的测量前设定具有增加的功率水平或更长的运行持续时间中的至少一个。控制器在测量模式中构造成基于流量传感器的电输出的幅度特性或时间性特性中的至少一个来确定气体的流率。
在另一个实施例中，提供一种用于测定气体的方法。该方法包括使流量传感器的加热器以测量前设定以脉冲的方式运行。流量传感器设置在管道中，与通过管道的气体流处于流体连接。流量传感器进一步包括至少一个温度感测元件，并且构造成基于通过管道的气体流来产生电输出。方法包括使用一个或多个处理器，分析在加热器的脉冲期间流量传感器的电输出中的动态响应。方法还包括，响应于动态响应的一个或多个特性在关于存储分布的指定阈值范围之外，控制加热器以测量设定运行，测量设定相对于加热器的测量前设定具有增加的功率水平或更长的运行持续时间中的至少一个。
技术方案1. 一种系统，包括：
流量传感器，其构造成设置在管道中，与通过所述管道的气体流处于流体连接，所述流量传感器包括加热器和至少一个温度感测元件，所述流量传感器构造成基于通过所述管道的气体流来产生电输出；以及
控制器，其包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器操作性地连接到所述流量传感器上，并且构造成在多个测量时段控制所述加热器的运行，所述控制器可在测量前模式和多个测量模式中运行，所述控制器在所述测量前模式中按测量前设定运行所述加热器，所述控制器在所述测量模式中按对应的测量设定运行所述加热器，所述对应的测量设定相对于所述加热器的测量前设定具有增加的功率水平或更长的运行持续时间中的至少一个，所述控制器在所述测量模式中构造成基于所述流量传感器的电输出的幅度特性或时间性特性中的至少一个来确定所述气体的流率。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，在各个测量时段期间，所述控制器在所述测量前模式中在一个或多个脉冲中启用和停用所述加热器，并且分析在所述一个或多个脉冲期间所述流量传感器的电输出中的动态响应。
技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，在各个测量时段期间，所述控制器在所述测量前模式中运行，并且构造成基于所述流量传感器对以所述测量前设定运行的所述加热器的电输出中的动态响应，来确定是否在当前测量时段期间在任何所述测量模式中运行。
技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述控制器在所述测量前模式中构造成分析所述流量传感器对以所述测量前设定运行的所述加热器的电输出中的动态响应，以及，响应于所述动态响应的一个或多个特性在关于存储分布的指定阈值范围之内，所述控制器构造成在所述当前测量时段期间不在任何所述测量模式中运行。
技术方案5. 根据技术方案4所述的系统，其特征在于，所述动态响应的所述一个或多个特性包括下者中的至少一个：所述电输出的动态响应的幅度、频率、斜率、波形形状，或者曲线下方的面积。
技术方案6. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，控制器在所述测量前模式中构造成分析所述流量传感器对以所述测量前设定运行的所述加热器的电输出中的动态响应，以及，响应于所述动态响应的所述一个或多个特性在关于所述存储分布的指定阈值范围之外，所述控制器构造成在所述当前测量时段期间在所述测量模式中的一个中运行，以在所述加热器以与所述一个测量模式相关联的对应的测量设定运行时，基于所述加热器的电输出来确定所述气体的流率。
技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述测量模式包括量热模式、涡流消减模式和交叉校正模式，其中，在各个测量时段期间，所述控制器最初在所述测量前模式中运行，并且构造成基于所述流量传感器对以所述测量前设定运行的所述加热器的电输出中的动态响应，来确定是否随后在所述量热模式、所述涡流消减模式或所述交叉校正模式中运行。
技术方案8. 根据技术方案7所述的系统，其特征在于，所述控制器在所述量热模式中使所述加热器运行第一运行持续时间，所述控制器在所述涡流消减模式和所述交叉校正模式中使所述加热器运行比所述第一运行持续时间更长的相应的运行持续时间。
技术方案9. 根据技术方案7所述的系统，其特征在于，所述控制器在所述涡流消减模式中使所述加热器以第一功率水平运行，所述控制器在所述量热模式和所述交叉校正模式中使所述加热器以高于所述第一功率水平的相应的功率水平运行。
技术方案10. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述至少一个温度感测元件包括第一温度感测元件和第二温度感测元件，所述第一温度感测元件沿通过所述管道的气体流的方向设置在所述加热器的上游，所述第二温度感测元件沿所述气体流的方向设置在所述加热器的下游。
技术方案11. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括构造成设置在所述管道中的流干扰器，所述流干扰器构造成对通过所述管道的气体流施加干扰。
技术方案12. 根据技术方案11所述的系统，其特征在于，所述管道限定主要通道和与所述主要通道处于流体连接的旁通通道，所述流干扰器设置在所述主要通道中，所述流量传感器沿着所述旁通通道设置。
技术方案13. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述流量传感器是微机电(MEMS)传感器。
技术方案14. 一种方法，包括：
使流量传感器的加热器以测量前设定以脉冲的方式运行，所述流量传感器设置在管道中，与通过所述管道的气体流处于流体连接，所述流量传感器进一步包括至少一个温度感测元件，并且构造成基于通过所述管道的气体流来产生电输出；
使用一个或多个处理器，分析在所述加热器的脉冲期间，所述流量传感器的电输出中的动态响应，以及
响应于所述动态响应的一个或多个特性在关于存储分布的指定阈值范围之外，控制所述加热器使其以测量设定运行，所述测量设定相对于所述加热器的测量前设定具有增加的功率水平或更长的运行持续时间中的至少一个。
技术方案15. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括响应于所述加热器以所述测量设定运行，基于所述流量传感器的电输出的幅度特性或时间性特性中的至少一个，来确定所述气体的流率。
技术方案16. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，响应于所述动态响应的所述一个或多个特性在关于所述存储分布的指定阈值范围之内，所述方法进一步包括控制所述加热器使其保持处于停用状态达剩余的测量时段，而在所述测量时段期间不以所述测量设定来控制所述加热器。
技术方案17. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，所述加热器的所述测量设定是量热设定、涡流消减设定或交叉校正设定中的一个，所述方法进一步包括基于在所述加热器的脉冲期间对所述流量传感器的动态响应的分析，确定是否以所述量热设定、所述涡流消减设定或所述交叉校正设定运行所述加热器。
技术方案18. 根据技术方案17所述的方法，其特征在于，控制处于所述量热设定的所述加热器，以使所述加热器运行第一运行持续时间，控制处于所述涡流消减设定和所述交叉校正设定的所述加热器，以使所述加热器运行比所述第一运行持续时间更长的相应的运行持续时间。
技术方案19. 根据技术方案17所述的方法，其特征在于，控制处于所述涡流消减设定的所述加热器，以使所述加热器以第一功率水平运行，控制处于所述量热设定和所述交叉校正设定的所述加热器，以使所述加热器器以高于所述第一功率水平的相应的功率水平运行。
技术方案20. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，所述流量传感器的所述至少一个温度感测元件包括第一温度感测元件和第二温度感测元件，所述第一温度感测元件沿通过所述管道的气体流的方向设置在所述加热器的上游，所述第二温度感测元件沿所述气体流的方向设置在所述加热器的下游。
附图说明
通过参照附图阅读非限制性实施例的以下描述，将更好地理解本文描述的有创造性主题，其中在下面：
图1是根据实施例的流量感测系统的示意图；
图2是根据实施例的描绘处于流过流量感测系统的气体的不同的流工况中的流量感测系统的流量传感器的响应的图形表示；
图3描绘根据实施例的图表，它显示与本文描述的不同的流率测量模式相关联的流量感测系统的加热器的功率设定；
图4是用于测定诸如通过管线的气体的方法的一个实施例的流程图；以及
图5是用于对气体的流率执行全面测量的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
现在将在下面详细参照有创造性主题的示例实施例，在附图中示出示例实施例的示例。在可能情况下，相同参考标号在图中表示相同或相似部件。
本文描述的一个或多个实施例涉及使用热流量传感器的流体流量感测系统。热流量传感器由功率供应提供功率，诸如一个或多个电池。在本文描述的系统和方法中，控制流量感测系统，以便与已知流量感测装置相比，降低功率消耗，这会增加功率供应的工作寿命，并且/或者允许相对于已知流量感测装置中的功率供应构件有更小的功率供应。例如，如果流体流量感测系统安装在住宅楼或商业楼的气体量计中来监测通到大楼中的气体的流率，则流体流量感测系统的电池可比用于传统流量感测装置的相同类型的电池具有更长的工作寿命，从而产生不那么频繁的更换。
在一个或多个实施例中，通过选择性地控制热流量传感器的加热器构件来降低流量感测系统的功率消耗。例如，热流量传感器包括至少加热器、一个或多个热传感器(例如，温度传感器)和控制器(例如，一个或多个处理器)。控制器基于控制器的运行模式按不同的加热器设定来控制加热器的运行持续时间和加热器的功率水平。在实施例中，控制器构造成针对各个流量测量，基于在加热器以测量前设定运行时，热传感器监测到的流体流的流特性，控制加热器起作用或运行的时长(例如，工作循环持续时间)和加热器的功率水平。例如，一旦加热器从关闭状态启用，以按测量前设定运行，控制器就构造成分析随着时间的推移而在传感器输出中的动态响应，以提取关于流体的流率的信息。控制器使用提取的流率信息来作出若干确定，包括采用哪种流量测量模式来测量流率，以及对加热器使用哪些设定。加热器设定包括加热器的功率水平和运行持续时间两者。例如，可确定功率设定，使得在足够的持续时间里提供足够的热量，以便能够在不消耗多余的能量的情况下产生满意的流量测量，以便降低功率消耗和延长功率供应的寿命。功率消耗相对于控制加热器以使其针对各个测量以相同的功率水平和持续时间运行的流率感测系统来说降低了，因为固定功率水平和/或持续时间可能需要比对一些测量模式来说必要的更多的能量，以产生精确的流率测量。
当加热器从停用状态启用到运行状态时，加热器的温度最初随着时间的推移朝稳定状态或均衡状况升高。在稳定状态状况下，加热器所发出的热(也称为加热器的温度)随着时间的推移可较恒定。例如，在稳定状态状况下，加热器所发出的热的波动可能不超过2%，不超过5%，或不超过10%。典型地，在加热器已经以规定功率水平起作用达指定持续时间之后进行流率测量，使得不(直接)使用在加热器的加温时期期间(以及在通往加热器的功率切断之后的冷却时期期间)排出的能量来产生流率测量。
在本文公开的一个或多个实施例中，控制器构造成在测定通过管道的气体流时，通过在测量前模式和多个测量模式两者中运行，来节约功率消耗。在各个测量时段期间，控制器最初在测量前模式中运行，使得控制器使加热器以测量前设定运行。加热器的测量前设定可包括一个或多个脉冲，其中加热器快速地连续启用和停用。控制器分析流量传感器的电输出对于以测量前设定运行的加热器的动态响应，以提取感测前信息。控制器使用感测前信息，首先确定是否在当前测量时段期间进行流率的全面测量。例如，如果动态响应的一个或多个特性在存储分布的指定阈值范围之内，诸如在在先测量时段期间记录的动态响应分布，则控制器可确定流率相对于存储分布无变化，而且在当前测量时段期间可不执行全面流率测量。通过跳过全面测量，与加热器在执行全面流率测量时起作用的时长相比，加热器在当前测量时段期间运行的持续时间减少，相对于使加热器运行恒定持续时间来在各个测量时段获得全面流率测量的流率感测系统，这降低了功率消耗。
另一方面，如果控制器基于对流量传感器对于以测量前设定运行的加热器的动态响应的分析，决定执行全面流率测量，则控制器使用提取的感测前信息来确定采用多个测量模式中哪个来确定流率。例如，本文描述的流量感测系统具有多个测量模式，包括用于低流率的基于幅度的量热测量模式、用于较高流率的时间性或基于频率的涡流消减测量模式，以及交叉校正测量模式，在交叉校正测量模式中进行基于幅度和基于频率的测量两者。对流量传感器在测量前模式期间的动态响应的分析可指示流体的流率是否在低流率范围内使得应当使用量热测量模式来测量流率，可指示流体的流率是否在高流率范围内使得应当使用涡流消减测量模式来测量流率，或者可指示流体的流率在低流率范围和高流率范围的交迭区域中使得应当使用交叉校正测量模式来测量流率。通过在产生对流率的全面测量之前确定使用哪个测量模式，可在即将发生的全面流率测量中针对所选择的测量模式来定制加热器设定和控制器计算。因而，与在各个测量时段消耗足够的功率，以使用所有可用模式来执行流率测量，并且随后决定哪个计算测量更精确的一些已知流量感测装置相比，执行更少计算，并且/或者加热器消耗更少功率。本文公开的流量感测系统可节约功率，因为避免了在不必要的类型的流量测量上花费能量，以及因为将供应给加热器的功率限制为对于所选择的流量测量来说必要的功率水平和运行持续时间。已知的感测装置典型地在安全方面有错误，而且根据最糟情形来运行加热器，最糟情形是比对于一些(如果不是大多数的话)流率的被测定气体来说必要的更高的功率水平和/或运行持续时间。
本文公开的流量感测系统和方法对于电池运行应用来说是有用的，在电池运行应用中，功率源与电力网络或电网是隔离开的。在示例中，流量感测系统可安装在天然气量计中。由于本文公开的流量感测系统和方法，天然气量计中的用于对电子器件提供功率的电池可具有较长的工作寿命，这降低了更换电池的成本。可选地，不是延长电池寿命，气体量计的电池而是可由能够实现与昂贵的电池相当的电池寿命的不那么贵的电池代替，因为本文公开的流量感测系统和方法提供了功率节约。
图1是根据实施例的流量感测系统100的示意图。流量感测系统100可用来测量或测定气体流。如本文使用，用语“测定”可用来表示确定气体的一个或多个流参数，包括(但不限于)质量流率、体积流率、气体的累积体积、每个确定时间单位的累积气体体积，或者它们的组合。流量感测系统100包括管道102、设置在管道102内的流干扰器108、流量传感器112和一个或多个处理器118。
管道102具有输入端口104和输出端口106。管道102构造成允许气体通过其中而在输入端口104和输出端口106之间流动。气体通过输入端口104流到管道102中，并且通过输出端口106流出管道102。因而，气体沿方向110(由箭头110表示)从输入端口104流到输出端口106。管道102可为管或壳体(未显示)的一部分。例如，管道102可联接到通过管道102供应气体的管线上，并且流量感测系统100构造成测定流过管线的气体。管线可为用于将诸如天然气的气体供应到大楼的民用或商用装备的一部分。例如，流量感测系统100可安装在隶属于民用或商用大楼的气体量计中，以便测定供应到大楼的气体。备选地，流量感测系统100可在其它应用中用来测量气体流，诸如在使用气体的工业过程和/或产品中。
管道102在输入端口104和输出端口106之间限定主要通道121。可选地，管道102还可包括与主要通道121处于流体连接的旁通通道122。旁通通道122具有入口124和在入口124下游的出口126，使得与入口124和输出端口106的接近性相比，出口126更加接近输出端口106。流过主要通道121的至少一些气体通过入口124进入旁通通道122且离开旁通通道122，从而通过出口126回到主要通道121。
流干扰器108设置在管道102内，并且构造成当流率足够高时，对气体施加干扰(例如，涡流、漩涡、涡卷、压力波动、速度波动等)。在示出的实施例中，流干扰器108设置在主要通道121中。备选地，流干扰器108可位于旁通通道122中。在示出的实施例中，流干扰器108位于旁通通道122的入口124的上游，但在备选实施例中可位于入口124的下游。虽然图1中示意性地显示的流干扰器108可具有多种形状中的一个，包括钝形流干扰器、平坦流干扰器、长方形流干扰器、它们的组合等。在其它实施例中，流干扰器可为由输入信号促动的主动促动器。例如，流干扰器108可为在相对侧壁之间延伸跨过管道102的主要通道121的杆。流干扰器108可选地可包括第一节段，它与第二节段间隔开一间隙。管道102中可包括不止一个流干扰器108。
流量传感器112由与气体处于流体连接的管道102保持。在实施例中，流量传感器112保持在旁通通道122中或沿着旁通通道122保持，并且暴露于旁通通道122内的气体。备选地，流量传感器112可保持在主要通道121中或者沿着主要通道121保持。流量传感器112构造成响应于流过管道102的气体的流特性来产生电信号(例如，电压信号)。流特性可为气体的质量流率、流干扰器108产生的气体中的干扰的频率等等，如本文更详细地描述的那样。由流量传感器112产生的电信号可具有幅度特性和时间性(或频率)特性。幅度特性可包括(但不限于)量级、标度、宽度或者它们的组合。类似地，时间性特性可包括(但不限于)周期、频率、过零率、相位、对信号的时间分辩解调、频率分辩解调，或者它们的组合。因而，如本文更详细地描述的那样，流量传感器112可为组合式质量流率传感器和体积流率传感器。
流量传感器112是热流量传感器，并且包括加热器114，加热器114构造成将热传递给流经加热器114的气体。流量传感器112进一步包括至少一个温度感测元件116，它监测流经相应的温度感测元件116的气体的温度。加热器114可为电阻器(例如，电阻元件)或包括电阻器，电阻器构造成响应于接收电流而发出热。各个温度感测元件116可为热电偶、电热调节器、温差电堆等等。在示出的实施例中，流量传感器112包括第一温度感测元件116A和第二温度感测元件116B。第一温度感测元件116A基于流向110设置在加热器114的上游，并且第二温度感测元件116B设置在加热器114的下游。温度感测元件116A、116B相对于加热器114的布置允许流量传感器112基于从气体提供给加热器114的热来检测第一温度感测元件116A和第二温度感测元件116之间的温度梯度。温度梯度受通过管道102的气体的流率影响。例如，较大流率的气体可产生较大的温度梯度。基于两个温度感测元件116A、116B所提供的相应的电压来检测温度梯度。
在实施例中，流量传感器112是微机电(MEMS)传感器。例如，加热器114和温度感测元件116A、116B设置在紧凑硅片上。例如，流量传感器112的传感器面积可选地可小于12mm2，诸如0.2 mm×0.3 mm。加热器114可为微型加热器。备选地，流量传感器112可为另一种类型的传感器，它测量诸如气体的流体流动时所处的速率。
流量传感器112进一步包括功率源128，它提供电功率(例如，电流)，以运行流量传感器112。例如，功率源128对加热器114和温度感测元件116A、116B提供功率。功率源128可包括一个或多个电池，使得功率源128具有存储在一个或多个电池中的电能的有限供应。在实施例中，功率源128保持在加热器114和温度感测元件116A、116B附近，在流量传感器112的公共壳体130内或公共壳体130上。因而，功率源128可能较小。备选地，功率源128可在壳体130远处，并且通过导电路径和/或感应路径(诸如一个或多个电线)而电连接到加热器114和温度感测元件116A、116B上。例如，功率源128可连接到控制器119上，并且控制器119可将来自功率源128的功率供应给流量传感器112。
流管道102、旁通通道122、流干扰器108和/或流量传感器112可构造成基于其相应的尺寸和相对位置具有几何关系。可选择流管道102、旁通通道122、流干扰器108和/或流量传感器112之间的几何关系，以允许在旁通通道122的入口124处的气体流的压力和旁通通道122的出口126处的气体流的压力之间建立相差。此外，可将具体相位差值作为目标，使得相位差提高由流量传感器112产生的电信号的信噪比。例如，可选择相位差，使得旁通通道122的入口124处的流压力和旁通通道122的出口126处的流压力彼此显著异相，这可协助抑制由流量传感器112产生的电信号中的共模噪声效应。
流量感测系统100的一个或多个处理器118操作性地连接到流量传感器112上，并且对流量感测系统100提供多种运算和控制功能。一个或多个处理器118可限定控制器119的一部分或包括控制器119的一部分。控制器119可包括单个处理器或多个处理器或者由它们组成，处理器彼此相互作用且与流量感测系统100的其它构件相互作用。控制器119表示硬件电路，硬件电路包括一个或多个处理器118且/或与其连接(例如，微处理器、现场可编程门阵列、集成电路或其它基于电子逻辑的装置)。因而，下面对控制器119的描述还可理解为表示包括控制器119的一个或多个处理器118。控制器119可包括至少一个存储器120且/或与至少一个存储器120连接，诸如计算机硬盘驱动器、计算机服务器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性存储器(例如，闪存)等等。例如，存储器120可存储用于控制器119的基于软件的指令，并且控制器119可执行指令。存储器120还可存储从流量传感器112或远程源中获得的测量数据。
控制器119控制流量传感器112的加热器114，诸如加热器114和加热器设定的启用和停用。例如，控制器119可将控制信号传输给加热器114，以启用和停用加热器114。此外，控制器119通信地接收流量传感器112响应于管道102中的气体的流特性而产生的电信号。控制器119可通过电子总线(未显示)与流量传感器112通信。控制器119进一步构造成基于接收到的电信号来确定气体通过管道102的流率。控制器119可基于一个或多个计算来确定流率。例如，控制器119的一个或多个处理器118可包括运算逻辑单元(ALU)，它是用来执行算术和逻辑运算的数字电路。可使用ALU，基于来自流量传感器112的电信号的一个或多个特性(诸如电信号的幅度特性、时间性特性，或者幅度特性和时间性特性两者)，来计算通过管道102的流率。
在一个示例中，一个或多个处理器118可为信号处理器。一个或多个处理器118可构造成对接收自流量传感器112的电信号执行频谱分析。可由一个或多个处理器118实现来执行频谱分析的信号处理技术的一些示例可包括(但不限于)快速傅里叶变换(FFT)、外差原理、相锁环或者它们的组合。
为了测定流过管道102的气体，流量感测系统100在规则的时段产生周期性流率测量，诸如每半秒、每秒或每两秒。由于流率测量是周期性的，所以控制器119可通过启用加热器114以进行流率测量以及停用加热器114直到进行后面的流率测量而使加热器114进行工作循环来节约能量。控制器119控制加热器114的启用和停用，包括加热器114为了进行各个流率测量所运行(例如，启用)的持续时间和加热器114在各个流率测量之间不运行(例如，停用)的持续时间。如本文使用，当加热器114主动接收电流时，加热器114运行，而当加热器114不接收电流时，加热器114不运行。
图2是根据实施例的图形表示200，它描绘了流量传感器112(在图1中显示)在流过流量感测系统100(图1)的气体的不同的流工况中的响应。与流量感测系统100的元件结合起来解释图2。图形表示200的x轴202表示流率，而y轴204表示由流量传感器112产生的电压信号的量级(V amp )和频率(V f )。由流量传感器112产生的电压信号的量级(V amp )和频率(V f )可表示传感器响应。如图形表示200中描绘的那样，第一流工况可由曲线206表示，并且第二流工况可由曲线208表示。可注意到，为了说明简洁，曲线206和208被示为直线，但它不应理解为表示流率202和传感器响应204之间有线性关系。
由曲线206表示的第一流工况具有低流量范围212。第一流工况中的流率的范围212可为0.01%-10%的可测流率标度。在一个实施例中，第一流工况中的流率的范围212可为大约0.01升每分钟(升/分钟)至大约10升/分钟。在另一个实施例中，流率的范围212可高于10升/分钟。第一流工况的特征在于通过管道102的基本层状的流体流，因为气体的流率低。气体的流率太低，以至于流干扰器108无法在气体流中施加干扰，诸如涡流。第一流工况中的气体流在旁通通道122的入口124和/或出口126处可具有基本稳定的压力(或者通过旁通通道122的稳定流)。
由曲线208表示的第二流工况具有高流量范围214，它高于第一流工况的低流量范围212。例如，虽然范围212、214在交迭范围216中交迭，但高流量范围214包括至少一些大于低流量范围212中的流率的流率。高流量范围214可延伸在可测流率标度的5%-100%之间。在一个实施例中，第二流工况中的流率的范围214可为大约3升/分钟至大约150升/分钟。低流量范围212和高流量范围214在图2中未按比例绘制。第二流工况的特征在于流率足够高，使得流干扰器108对管道102中的气体流施加干扰(例如，涡流和压力波动)。由第二流工况中的流干扰器108施加的干扰可在旁通通道122的入口124和/或出口126处引起振荡压力波动。这样的振荡压力波动可使得对流过旁通通道122的气体流进行可测频率调制。例如，涡流的频率可大体与通过管道102的气体的流率成比例。
如上面描述的那样，流量传感器112构造成响应于在管道102中流动的气体流而产生电输出。例如，电输出可具有电压(V)特性。在其中不形成涡流的第一流工况中，流量传感器112可产生对管道102中的气体流的幅度响应(V amp )。幅度响应是DC电压信号，它具有与流过管道102的气体的质量流率(例如，千克/秒)有关的量级。流量感测系统100构造成响应于确定气体流处于第一流工况，而在基于质量的量热测量模式中运行，以测量气体的质量流率。质量流率测量不产生直接体积流率测量，但可用对气体的密度的了解来确定气体的体积流率。但是，气体的密度可基本取决于与气体相关联的多种因素而改变，诸如压力、温度、气体成分或它们的组合。因此，在第一流工况中，气体的质量流率可能不是气体的体积流率清楚准确的指示。因此，下面描述的校准函数可用来将质量流率值转换成较精确的体积流率值，如下面描述的那样。由于校准函数，流参数可基本不受气体密度波动、水分波动、气体混合物波动等的影响。
在其中在流过流管道102的气体中形成涡流的第二流工况中，流量传感器112可产生对管道102中的气体流的时间性响应或基于频率的响应(Vf)。时间性响应是交流(AC)电压信号。AC电压信号的频率可与流过管道102的气体的体积流率(例如，升/秒)成比例，或者与它直接相关。流量感测系统100构造成响应于确定气体流处于第二流工况中，而在基于频率的涡流消减测量模式中运行，以测量气体的体积流率。简而言之，在第一流工况中，在管道102中流动的气体不形成涡流，并且流量传感器112可产生DC电压信号，它具有幅度特性(V amp )，诸如量级。在第二流工况中，在流过管道102的气体中形成涡流，并且流量传感器112产生AC电压信号，它具有时间性特性(V f )，诸如频率。
第一和第二流工况在交迭区域210处交迭。交迭区域210指示第三流工况。第三流工况的特征可为其中由流量传感器112产生的电输出的时间性特性和幅度特性可测的流率范围216。例如，在流率范围216中的气体流包括形成于气体中的涡流，使得AC电压信号可由流量传感器112产生。范围216中的气体流还允许测量幅度特性的量级，使得还可产生DC电压信号。
第三流工况中的气体流可用来建立校准函数，校准函数表示基于电压信号的频率(V f )所确定的体积流率和基于电压信号的幅度(V amp )所确定的质量流率之间的关系。由于第一流工况缺乏涡流且因此无法确定气体的体积流率，所以校准函数可允许流量感测系统100获得第一流工况和第三流工况中的体积流率。
在实施例中，校准函数可由流量感测系统100开始，从而针对第三流工况的范围216中的不同的流率，来确定气体的体积流率和气体的质量流率两者。控制器119分别基于流量传感器112针对对应于第三流工况的流率的不同的值所产生的电压信号的频率(V f )和幅度(V amp )两者而确定体积流率和质量流率两者。控制器119可基于体积流率值和质量流率值建立校准函数，诸如通过确定体积流率和质量流率之间的相互关联。校准函数可用来将第一流工况中的气体流的质量流率转换或转变成体积流率。因而，当控制器119在量热测量模式中运行来测量流率时，控制器119可使用校准函数而非气体的密度来确定体积流率。因此，气体密度波动不会影响测得的流率。
现在回头参照图1，根据一个或多个实施例的流量感测系统100的控制器119构造成控制流量传感器112，包括其加热器114，以便在规则的测量时段确定管道102中的气体流流率测量，同时还相对于已知的热气体感测系统节约功率消耗。功率消耗减少可降低功率供应成本，因为延长了功率源128的工作寿命，而且/或者允许使用较小较廉价的功率源128。现在将参照图4中显示的方法400更详细地描述下面描述的控制器119的运行。
在实施例中，在各个测量时段期间，控制器119最初在测量前模式中运行。控制器119在测量前模式中可使加热器114以脉冲的方式运行，使得加热器114启用和停用至少一次，使得加热器114起作用且运行比用于对气体执行全面流率测量相应的运行持续时间更短的持续时间。加热器114可选地还可按比用于执行全面流率测量的功率水平更低的功率水平运行。本文公开的实施例中的控制器119使用加热器114的脉冲活动来提取信息，控制器119使用该信息来确定是否在当前测量时段期间进行后面的流率测量，而且如果进行，确定如何在不浪费电能的情况下进行流率测量。控制器119基于在加热器114以脉冲的方式运行时，由流量传感器112产生的电输出中的动态响应而提取信息。流量传感器112的动态响应可包括传感器112的电输出的斜坡速率(在加热器114在脉冲期间加温时)、电输出的冷却速率(在加热器114在脉冲期间冷却时)，以及/或者在脉冲活动期间的整个动态响应分布。对测量前模式期间的动态响应的分析可提供流量传感器112上的温度梯度的快照，并且可选地可用来推断气体的流率的粗略估计或一般指示，同时消耗比根据一个测量模式执行全面流率测量所需的更少的能量。
在实施例中，控制器119通过比较动态响应的一个或多个特性与存储分布，来分析流量传感器112在测量前模式期间的电输出中的动态响应。存储分布可存储在存储器120或另一个存储装置中。存储分布可为从前面测量时段(诸如不久之前的测量时段)记录的流量传感器112的电输出中的动态响应。备选地，存储分布可接收自远程源的数据。例如，存储分布可包括与流率方式和/或测量模式(例如，量热模式、涡流消减模式和交叉校正测量模式)相关联的电特性。比较流量传感器112在当前测量时段期间的动态响应与存储分布可允许控制器119确定流量传感器112的电输出在前面的测量时段和当前测量时段之间是否有显著(例如不可忽略的)变化。
在实施例中，如果流量传感器112在当前测量时段期间的动态响应的一个或多个特性在存储分布的指定阈值范围之内，则控制器119可跳过在当前测量时段期间在任何测量模式中运行。因而，加热器114在当前时段期间不以任何测量设定运行，并且控制器119不确定气体的流率，这节约了原本用来在跳过的流率测量期间对加热器114和控制器119提供功率的能量。另一方面，如果动态响应的一个或多个特性在关于存储分布的指定阈值范围之外，则气体的流率可能已经发生了显著变化。作为响应，控制器119构造成在一个测量模式中运行来测量气体在当前测量时段期间的流率。
在切换到测量模式之后，控制器119按一个测量设定运行加热器114。加热器114的测量设定相对于加热器114的测量前设定包括加热器114的更高的功率水平和/或运行持续时间。加热器114的测量设定对于不同的测量模式可为不同的，如下面参照图3所描述的那样。在实施例中，除了用于确定是否在当前时段期间进行全面流率测量，控制器119还使用流量传感器112的动态响应来使加热器114在测量前模式期间以脉冲的方式运行，以确定使用哪个流量测量模式(例如，基于质量的量热测量模式、基于频率的涡流消减测量模式，或交叉校正测量模式)来计算气体的流率。控制器119可比较动态响应的一个或多个特性与和不同的测量模式相关联的一个或多个存储分布。例如，控制器119可响应于使与流量传感器的动态响应相关联的存储分布与图2中显示的低流量范围212中的气体流匹配(例如，最相似)的动态响应，来选择量热测量模式。类似地，控制器119可响应于使流量传感器的动态响应相关联的存储分布与高流量范围214(图2)中的气体流匹配的动态响应，来选择涡流消减测量模式，并且控制器119可响应于使与流量传感器的动态响应相关联的存储分布与交迭区域216(图2)中的气体流匹配的动态响应，来选择交叉校正测量模式。
图3描绘根据实施例的图表300，它显示了与本文描述的不同的流率测量模式相关联的加热器114的功率设定。图表300的y轴302表示加热器114的功率水平，而x轴304表示时间，诸如加热器114的运行时间。图表300是条形图，它包括：表示与加热器114的测量前模式相关联的测量前设定的条306；表示与加热器114的低流率的基于质量的量热测量模式相关联的量热设定的条308；表示与加热器114的较高流率的基于频率的涡流消减测量模式相关联的涡流消减设定的条310；以及表示与加热器114的交叉校正测量模式相关联的交叉校正设定的条324。显示图表300是为了说明功率设定在不同的模式之中如何改变的概念，而且不意于解释为确切设定或经验结果。
图300中显示的测量前设定306指示控制加热器114处于低功率设定312达第一运行持续时间314。测量前设定306可表示加热器114的一个或多个短持续时间脉冲。在量热设定308中，控制加热器114处于高功率设定316达第二运行持续时间318，以便使控制器119能够基于流量传感器的电输出的幅度特性来确定流率测量。在涡流消减设定310中，控制加热器114处于低功率设定312达第三运行持续时间320，以便能够基于流量传感器的电输出的时间性特性来确定流率测量。此外，控制成处于交叉校正设定324的加热器114以高功率水平316运行达第四运行持续时间322。注意，处于高功率水平316的加热器114大于(例如，更强烈，产生更多热，以及/或者消耗更多电能)处于功率水平312的加热器114，但高功率水平316可以不是加热器114的最高功率水平。另外，低功率水平312可选地可以不是加热器114的最低功率水平。
如图3中显示的那样，处于量热设定308和交叉校正设定324的加热器114以比处于测量前设定306和涡流消减设定310的加热器114更高的功率水平运行。处于涡流消减设定310和交叉校正设定324的加热器114的运行持续时间320、322大于感测前测量306和量热感测模式308的运行持续时间314、318。可选地，处于量热设定308的加热器114的功率水平与处于交叉校正设定324的加热器114的功率水平相同，并且/或者处于涡流消减设定310的加热器114的运行持续时间与处于交叉校正设定324的加热器114的运行持续时间相同。因而，为了测量交叉校正模式中的流率(包括基于流量传感器的电输出的幅度特性和时间性特性两者来计算流率)，加热器114以至少是量热设定308的高水平316的功率水平运行至少涡流消减设定310的运行持续时间320。在备选实施例中，处于测量前设定306的加热器114的功率水平与处于涡流消减设定310的加热器114的功率水平不相同，使得处于测量前设定306的功率水平大于或小于处于涡流消减设定310的功率水平。
图3指示在量热测量模式、涡流消减测量模式，或交叉校正测量模式中运行加热器114以执行流率测量所需的能量大大超过在测量前模式中以测量前设定306运行加热器114。例如，条306、308、310、324的面积可表示用于使加热器114以相应的加热器设定运行的相应的能量需求。表示三个测量模式的条308、310、324的面积各自大于表示测量前模式的条306的面积。因而，如果流量感测系统100能够跳过基于流量传感器的动态响应的全面测量，而使加热器114以测量前设定306运行，则流量感测系统100可节约原本用来执行流率测量的能量。此外，分别表示量热模式和涡流消减模式的条308、310的面积小于表示交叉校正模式的条324的面积。因而，即使控制器119执行流率测量，如果控制器119基于对流量传感器对以测量前设定306运行的加热器114的动态响应的分析，决定在量热测量模式或涡流消减测量模式运行(与交叉校正模式相反)，控制器119也仍然可节约功率(不牺牲精度)。
在备选实施例中，处于测量前设定306的加热器114可按等于或大于测量设定308、310、324中的一个或多个的功率水平的功率水平运行，并且以显著短于测量设定308、310、324的运行持续时间的运行持续时间运行。因而，由于运行持续时间较短，所以以测量设定308、310、324中的任一个运行加热器114都可能仍然需要比以测量前设定306运行加热器114更多的能量。
图4是用于测定诸如通过管线的气体的方法400的一个实施例的流程图。根据图1中显示的流量感测系统100来描述方法400。例如，方法400的至少一些步骤可由控制器119(例如，包括一个或多个处理器118)执行。方法400可在各个测量时段期间执行，以测定气体的流率。在402处，加热器114以脉冲的方式运行。控制器119在测量前模式中运行，以使加热器114以脉冲的方式运行。脉冲可包括启用加热器114，然后在较短的运行持续时间(诸如图3中显示的运行持续时间314)之后停用加热器114。在各个测量时段中，加热器114可以脉冲的方式运行一次或多次。控制器119可通过将控制信号传输给流量传感器112和/或加热器114来使加热器114以脉冲的方式运行。
在404处，分析流量传感器112的电输出对加热器114的脉冲的动态响应。动态响应可表示在加热器114加温或斜升时，在加热器114冷却时，或者随着脉冲的持续时间，流量传感器112的电输出。分析可包括比较动态响应的全部或一部分与存储在流量感测系统100(例如，存储在存储器120中)中的存储分布。存储分布可为流量传感器112在先前的测量时段期间测量的动态响应分布，诸如流量传感器112的电输出的在先前不久的流率测量期间的响应分布。该分析可比较动态响应的一个或多个特性(诸如斜率、幅度、频率、波形形状、曲线下方的面积等等)与存储分布的相关特性，以确定动态响应与存储分布的匹配或对齐性如何。
在406处，确定流量传感器112的电输出对加热器114的脉冲的动态响应是否在存储分布的指定阈值范围内。该确定可指示气体的流率自从在先测量时段以来是否有变化。指定阈值范围可选地可以不是固定数量或百分比。例如，指定阈值可取决于用来确定气体的在先流率测量和/或估计流率的测量模式而改变，因为相关联的不确定性在不同的流率下可能是不同的。例如，如果存储分布在用于低流量的量热测量模式中运行期间产生，则指定阈值范围可为存储分布的具体特性的+或-3%，而且如果存储分布在用于较高流量的涡流消减测量模式中运行期间产生，则指定阈值范围可为存储分布的具体特性的+或-1.5%。在另一个示例中，指定阈值范围可为动态响应的波形形状与存储分布的波形形状的相似度百分比。例如，如果动态响应的波形形状与存储分布的波形形状的不同不超过5%，则可确定动态响应在存储分布的阈值范围内。分析和比较可由控制器119执行。如果确定动态响应在存储分布的指定阈值范围内，则方法400的流程继续到408。
在另一个实施例中，流量传感器112对加热器114的脉冲的动态响应可由控制器119用来估计气体的流率。例如，控制器119可推断流量传感器112对脉冲的动态响应，以产生校准曲线，校准曲线用来提供估计流率值。例如可通过获得电压信号随着时间的推移的积分(例如，等于曲线下方的面积)以计算流率，来产生校准曲线。在406处，确定可指示来自测量前模式的估计流率是否在先前流率的指定阈值范围内。先前流率可来自在先前不久的测量时段或在先测量时段，其中，控制器119在测量模式中运行，并且确定全面流率测量(与估计流率相反)。
在408处，确定是否应用时间到准则。时间到准则(例如，步骤408)是可选的。时间到准则规定在其中确定流量传感器112的动态响应在存储分布的指定阈值范围内的指定数量的连续测量时段之后，则控制器119应当在一个测量模式中运行，并且执行全面流率测量，而不跳过流率测量。时间到准则可以是为了品质控制，以检验气体的实际流率相对于存储分布无显著变化。指定数量的连续测量时段可为10个时段、20个时段、40个时段等等。例如，如果时间到准则中的指定数量是20个时段，则在第二十次连续确定动态响应在存储分布的指定阈值范围内之后，应用时间到准则，并且方法400的流程前进到410，以启用加热器114执行全面流率测量。但是，在第十九次连续确定之后，不应用时间到准则，并且方法400的流程继续到416。
在416处，流量感测系统100等待指定间歇时期，直到当前测量时段结束。指定间歇时期可为每半秒、每秒、每两秒等等。在间歇时期过去之后，方法400的流程返回到402，并且加热器114再次以脉冲的方式运行。
现在回到406，如果确定动态响应在存储分布的指定阈值范围之外，则方法400的流程继续到410。在410处，加热器114以测量设定启用。测量设定可为量热设定308、涡流消减设定310或交叉校正设定324(全部在图3中显示)。因而，随着方法400前进到410，控制器119可从在测量前模式运行切换到在一个测量模式运行，以便产生气体的流率测量。控制器119可基于关于流量传感器112对加热器114的脉冲的动态响应的分析，来确定以哪个测量设定运行加热器114，这在图5中显示的方法500中有更详细的描述。在412处，对气体执行流率测量。流率测量可基于流量传感器112响应于加热器114以所选择的测量设定运行的电输出幅度特性和/或时间性特性。在实施例中，控制器119基于关于流量传感器112对加热器114的脉冲的动态响应的分析，确定采用哪个测量模式(例如，量热模式、涡流消减模式或交叉校正模式)来测量流率，在下面的图5中有更详细的描述。
在执行流率测量之后，加热器114在418处停用。可选地，在420处，流率测量在412处确定的流率值可存储在数据库中。例如，控制器119可将流率值存储在存储器120或可操作地联接到流量感测系统100上的另一个存储器中的数据库中。可选地可访问存储流率值，并且在一个或多个后面的测量时段期间用作存储分布，至少直到流率值由更新的流率值代替为止。流率值可存储在数据库中，以创建测得流率的日志或记录。在将流率值存储在数据库中之后，方法400的流程继续到416，并且流量感测系统100等待间歇时期的其余部分，然后开始另一个测量时段。
在其它实施例中，可适当地对前述步骤和/或系统元件进行替代、重新排序或删除，并且取决于特定应用的需要，可插入额外的步骤和/或系统元件。
在备选实施例中，加热器114在402处启用但不停用，使得加热器114不以脉冲的方式运行。在404处，分析流量传感器112对加热器114的启用和运行的动态响应。动态响应可包括流量传感器112对在加热器114加温之后，加热器114处于加温状态和/或稳定状态(或均衡状态) 的响应。在备选实施例中，加热器114在410处不启用，因为加热器114仍然在工作。因而，备选实施例中的方法400的流程跳过410。此外，在备选实施例中，如果确定406处的动态响应在存储分布的指定阈值范围内且时间到准则在408处不适用，则方法400中后面的步骤是停用加热器114，然后在416处等待指定间歇时期。
图5是用于对气体执行流率测量的方法500的一个实施例的流程图。描述了根据图1中显示的流量感测系统100的方法500。方法500可代替图4中显示的方法400的步骤410和412。在502处，分析流量传感器112对加热器114的脉冲的动态响应，就像在方法400的步骤404中那样。但是，在方法500中，可按与步骤404不同的方式分析动态响应，诸如通过比较动态响应与不同于步骤406中的存储分布的存储数据。例如，步骤502中的控制器119构造成分析动态响应，以确定哪个测量模式运行来执行流率测量。分析可包括比较动态响应的一个或多个特性与跟处于不同流率的传感器输出相关联的存储分布。例如，一个或多个存储分布可与响应于低流率范围(诸如图2中显示的范围212)中的气体流的传感器输出相关联，并且一个或多个其它存储分布可与响应于高流率范围(诸如图2中显示的范围214)中的气体流的传感器输出相关联。可选地，一个或多个其它存储分布可与响应于与低流率范围和高流率范围交迭的范围(诸如图2中显示的交迭范围216)中的气体流的传感器输出相关联。可基于流量感测系统100和/或其它流量感测系统收集到和积累的历史数据来确定存储分布。存储分布可与基于存储分布的标识特性(诸如波形形状、斜率、频率、幅度、曲线下方的面积等)不同的流率范围相关联。存储分布可存储在流量感测系统100的存储器120中。
在504处，确定流量传感器112对加热器114的脉冲的动态响应是否类似于低流量范围中的传感器输出。可通过比较流量传感器112的动态响应的一个或多个特性与跟不同流率范围中的传感器输出相关联的存储分布的特性来作出该确定。在实施例中，仅比较动态响应与跟低流量范围和高流量范围中的传感器输出相关联的存储分布，而不与跟交迭范围相关联的具体存储分布比较。控制器119确定与另一个存储分布(与另一个流率范围相关联)与动态响应的相似度相比，与动态响应更加相似的存储分布(与一个流率范围相关联)。可基于动态响应的一个或多个特性相对于不同存储分布的对应的特性的差百分比来确定相似度。可基于阈值来确定相似度，诸如在指定特性值的10%之内。阈值可基于比较特性和动态响应与哪个存储分布比较而改变。在示例中，如果在加热器114的脉冲期间，流量传感器112 动态响应分布的曲线下方的面积与跟低流率范围相关联的存储分布的不同是4%，并且阈值为10%，则确定动态响应分布类似于低流量范围中的传感器输出。如果确定动态响应类似于低流量范围中的传感器输出，则方法500的流程前进到514。
在514处，确定动态响应是否也类似于与高流率范围相关联的传感器输出。继续以上示例且假设用于比较流量传感器112的动态响应分布的曲线下方的面积与跟高流率范围相关联的存储分布的阈值为5%，如果动态响应分布的曲线下方的面积与存储分布的不同为11%，则确定动态响应不类似于高流量范围中的传感器输出。因而，由于动态响应类似于与低流量范围相关联的存储分布，但不类似于与高流量范围相关联的存储分布，方法500的流程继续到步骤506，并且选择量热测量模式。另一方面，如果确定动态响应类似于与低流量范围相关联的存储分布和与高流量范围相关联的存储分布两者，则方法500的流程前进到516，并且选择交叉校正测量模式。回到504，如果动态响应不类似于与低流量范围相关联的存储分布，则流程前进到508，并且选择涡流消减测量模式。
在备选实施例中，可比较流量传感器112对加热器114的脉冲的动态响应与跟低流率范围和高流率范围相关联的存储分布，而且还与跟交迭流率范围相关联的存储分布比较。在这种备选实施例中，控制器119可选择测量模式，以基于三个存储分布中的哪个最类似于流量传感器的动态响应(例如，比其它两个存储分布更类似于动态响应)，使用测量模式来测量流率。例如，如果与交迭范围相关联的存储分布具有的曲线下方的面积(或另一个指定特性)更接近流量传感器112的动态响应的曲线下方的面积，则方法500的流程可继续到516，以选择交叉校正测量模式。
现在回到方法500，如果在506处选择量热测量模式，则流程继续到510，并且加热器114以量热设定运行，量热设定由高功率水平和短持续时间组成。量热测量模式中的控制器119构造成在加热器114以量热设定运行时，基于流量传感器112的电输出的幅度特性来确定气体的流率。备选地，如果在508处选择涡流消减测量模式，则流程前进到512，并且加热器114以涡流消减设定运行，涡流消减设定由低功率水平和长持续时间组成。“低”功率水平和“高”功率水平和“长”持续时间和“短”持续时间仅仅用作相对用语。因而，低功率水平不必是加热器114的最低功率水平。涡流消减测量模式中的控制器119构造成在加热器114以涡流消减设定运行时，基于流量传感器112的电输出的时间性特性来确定气体的流率。此外，如果在516处选择交叉校正测量模式，则流程继续到518，并且加热器114以交叉校正设定运行，交叉校正设定由高功率水平和长持续时间组成。在图3中示出加热器114的量热设定、涡流消减设定和交叉校正设定的示例实施例。交叉校正测量模式中的控制器119构造成在加热器114以交叉校正设定运行时，基于流量传感器112的电输出的幅度特性和时间性特性两者，来确定气体的流率。例如，在交叉校正模式中，控制器119执行高流率测量和低流率测量两者，并且高流率测量用来校正低流率测量中的误差或不精确性。
因而，本文描述的流量感测系统100构造成通过借助于使加热元件以低功率水平和短持续时间以脉冲的方式运行，提取关于气体的流率的信息，并且使用那个信息来确定是否执行流率测量，来降低功率消耗。从以脉冲的方式运行的加热器中收集到的信息还可用来确定使用哪个测量模式测量流率，诸如用于低流率的测量模式、用于高流率的测量模式，或者用于交迭低流率范围和高流率范围的流率的测量模式。通过提前确定使用哪个测量模式，可基于所选择的测量模式来控制加热器，这避免了使加热器以不必要的高功率水平和持续时间运行，从而节约电能和延长对流量感测系统100供应功率的功率源的工作寿命。
在实施例中，系统(例如，用于测定气体)包括流量传感器和控制器。流量传感器构造成设置在管道中，与通过管道的气体流处于流体连接。流量传感器包括加热器和至少一个温度感测元件。流量传感器构造成基于通过管道的气体流来产生电输出。控制器包括一个或多个处理器，处理器操作性地连接到流量传感器上，并且构造成在多个测量时段控制加热器的运行。控制器可在测量前模式和多个测量模式中运行。控制器在测量前模式中使加热器以测量前设定运行。控制器在测量模式中使加热器以对应的测量设定运行，对应的测量设定相对于加热器的测量前设定具有增加的功率水平或更长的运行持续时间中的至少一个。控制器在测量模式中构造成基于流量传感器的电输出的幅度特性或时间性特性中的至少一个来确定气体的流率。
可选地，在各个测量时段期间，控制器在测量前模式中在一个或多个脉冲中启用和停用加热器，并且在一个或多个脉冲期间，分析流量传感器的电输出中的动态响应。
可选地，在各个测量时段期间，控制器在测量前模式中运行，并且构造成基于流量传感器的电输出对以测量前设定运行的加热器的动态响应，来确定在当前测量时段期间，是否在任何测量模式中运行。
可选地，控制器在测量前模式中构造成分析流量传感器的电输出对以测量前设定运行的加热器的动态响应。响应于动态响应的一个或多个特性在关于存储分布的指定阈值范围内，控制器构造成在当前测量时段期间不在任何测量模式中运行。
可选地，动态响应的一个或多个特性包括下者中的至少一个：电输出的动态响应的幅度、频率、斜率、波形形状或曲线下方的面积。
可选地，控制器在测量前模式中构造成分析流量传感器的电输出对以测量前设定运行的加热器的动态响应。响应于动态响应的一个或多个特性在关于存储分布的指定阈值范围之外，控制器构造成在当前测量时段期间在一个测量模式中运行，以基于加热器的电输出，来确定气体的流率，同时加热器以与一个测量模式相关联的对应的测量设定运行。
可选地，测量模式包括量热模式、涡流消减模式和交叉校正模式。在各个测量时段期间，控制器最初在测量前模式中运行，并且构造成基于流量传感器的电输出对以测量前设定运行的加热器的动态响应，确定是否随后在量热模式、涡流消减模式或交叉校正模式中运行。
可选地，控制器在量热模式中使加热器运行第一运行持续时间。控制器在涡流消减模式和交叉校正模式中使加热器运行比第一运行持续时间更长的相应的运行持续时间。
可选地，控制器在涡流消减模式中使加热器以第一功率水平运行。控制器在量热模式和交叉校正模式中使加热器以高于第一功率水平的相应的功率水平运行。
可选地，至少一个温度感测元件包括第一温度感测元件和第二温度感测元件。第一温度感测元件在气体流通过管道的方向上设置在加热器的上游。第二温度感测元件在气体流的方向上设置在加热器的下游。
可选地，系统进一步包括构造成设置在管道中的流干扰器。流干扰器构造成对通过管道的气体流施加干扰。
可选地，管道限定主要通道和与主要通道处于流体连接的旁通通道。流干扰器设置在主要通道中。流量传感器沿着旁通通道设置。
可选地，流量传感器是微机电(MEMS)传感器。
在另一个实施例中，一种方法(例如，用于测定气体)包括使流量传感器的加热器以测量前设定以脉冲的方式运行。流量传感器设置在管道中，与通过管道的气体流处于流体连接。流量传感器进一步包括至少一个温度感测元件，并且构造成基于通过管道的气体流来产生电输出。方法包括使用一个或多个处理器，在加热器的脉冲期间，分析流量传感器的电输出中的动态响应。方法还包括响应于动态响应的一个或多个特性在关于存储分布的指定阈值范围之外，控制加热器以测量设定运行，测量设定相对于加热器的测量前设定具有增加的功率水平或更长的运行持续时间中的至少一个。
可选地，方法进一步包括响应于以测量设定运行的加热器，基于流量传感器的电输出的幅度特性或时间性特性中的至少一个来确定气体的流率。
可选地，响应于动态响应的一个或多个特性在关于存储分布的指定阈值范围内，方法进一步包括控制加热器，使其在剩下的测量时段里保持处于停用状态，在测量时段期间不以测量设定控制加热器。
可选地，加热器的测量设定是量热设定、涡流消减设定或交叉校正设定中的一个。方法进一步包括在加热器的脉冲期间，基于对流量传感器的动态的响应分析，来确定是否以量热设定、涡流消减设定或交叉校正设定运行加热器。
可选地，控制处于量热设定的加热器，以使其运行第一运行持续时间。控制处于涡流消减设定和交叉校正设定的加热器，以使其运行比第一运行持续时间更长的相应的运行持续时间。
可选地，控制处于涡流消减设定的加热器，使其以第一功率水平运行。控制处于量热设定和交叉校正设定的加热器，使其以高于第一功率水平的相应的功率水平运行。
可选地，流量传感器的至少一个温度感测元件包括第一温度感测元件和第二温度感测元件。第一温度感测元件在通过管道的气体流的方向上设置在加热器的上游。第二温度感测元件在气体流的方向上设置在加热器的下游。
要理解的是，以上描述意于为说明性而非约束性的。例如，上面描述的实施例(和/或其示例)可彼此结合起来使用。另外，可作出许多修改，以使特定情形或材料适合有创造性的主题的教导，而不偏离其范围。虽然本文描述的材料的尺寸和类型意于限定有创造性的主题的参数，但它们决不是限制性的，而是示例性实施例。在审阅以上描述之后，许多其它实施例对本领域技术人员将是明显的。因此，应当参照所附权利要求以及这样的权利要求被赋予的等效方案的全部范围来确定有创造性的主题的范围。在所附权利要求中，用语“包括”和“其中”用作相应的用语“包含”和“在其中”的标准语言等效物。此外，在所附权利要求中，用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，并且它们不意于对它们的对象施加数字要求。另外，不以手段加功能的格式来书写权利要求的限制，并且不意于基于35U.S.C §112(f)来解释权利要求的限制，除非且直到这样的权利要求限制在没有另外的结构的功能的陈述的后面清楚地使用短语“意欲”。
本书面描述使用示例来公开有创造性的主题的若干实施例，并且还使本领域任何普通技术人员能够实践有创造性的主题的实施例，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。有创造性的主题的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无显著差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。
当结合附图阅读时，有创造性的主题的某些实施例的前述描述将变得更好理解。就图示出多种实施例的功能框的示意图而言，功能框未必指示硬件电路之间的分割。因而，例如，可在单件硬件或多件硬件(例如，通用信号处理器、微控制器、随机存取存储器、硬盘等)中实施功能框中的一个或多个(例如处理器或存储器)。类似地，程序可为单机程序，可作为子例程结合在操作系统中，可为安装好的软件包中的函数等。多种实施例不限于图中显示的布置和手段。
如本文使用，以单数叙述或以词语“一个”或“一种”开头的元件或步骤应理解为不排除所述元件或步骤的复数，除非明确陈述了这种排除。此外，对有创造性的主题的“一个实施例”的引用不排除也结合了所叙述的特征的额外的实施例的存在。除非明确陈述了相反的情况，否则 “包括”、“包含”或“具有”具有特定的属性的元件或多个元件的实施例可包括不具有那个属性的额外的这样的元件。
由于可在上面描述的在车辆组中传送数据的系统和方法中作出某些改变，而不偏离本文涉及的有创造性的主题的精神和范围，所以意于的是上面描述或附图中显示的所有主题都应仅仅解释为示出本文的有创造性的概念的示例，而不应理解为限制有创造性的主题。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
流量传感器，其构造成设置在管道中，与通过所述管道的气体流处于流体连接，所述流量传感器包括加热器和至少一个温度感测元件，所述流量传感器构造成基于通过所述管道的气体流来产生电输出；以及
控制器，其包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器操作性地连接到所述流量传感器上，并且构造成在多个测量时段控制所述加热器的运行，所述控制器可在测量前模式和多个测量模式中运行，所述控制器在所述测量前模式中按测量前设定运行所述加热器，所述控制器在所述测量模式中按对应的测量设定运行所述加热器，所述对应的测量设定相对于所述加热器的测量前设定具有增加的功率水平或更长的运行持续时间中的至少一个，所述控制器在所述测量模式中构造成基于所述流量传感器的电输出的幅度特性或时间性特性中的至少一个来确定所述气体的流率。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在各个测量时段期间，所述控制器在所述测量前模式中在一个或多个脉冲中启用和停用所述加热器，并且分析在所述一个或多个脉冲期间所述流量传感器的电输出中的动态响应。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在各个测量时段期间，所述控制器在所述测量前模式中运行，并且构造成基于所述流量传感器对以所述测量前设定运行的所述加热器的电输出中的动态响应，来确定是否在当前测量时段期间在任何所述测量模式中运行。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器在所述测量前模式中构造成分析所述流量传感器对以所述测量前设定运行的所述加热器的电输出中的动态响应，以及，响应于所述动态响应的一个或多个特性在关于存储分布的指定阈值范围之内，所述控制器构造成在所述当前测量时段期间不在任何所述测量模式中运行。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述动态响应的所述一个或多个特性包括下者中的至少一个：所述电输出的动态响应的幅度、频率、斜率、波形形状，或者曲线下方的面积。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，控制器在所述测量前模式中构造成分析所述流量传感器对以所述测量前设定运行的所述加热器的电输出中的动态响应，以及，响应于所述动态响应的所述一个或多个特性在关于所述存储分布的指定阈值范围之外，所述控制器构造成在所述当前测量时段期间在所述测量模式中的一个中运行，以在所述加热器以与所述一个测量模式相关联的对应的测量设定运行时，基于所述加热器的电输出来确定所述气体的流率。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量模式包括量热模式、涡流消减模式和交叉校正模式，其中，在各个测量时段期间，所述控制器最初在所述测量前模式中运行，并且构造成基于所述流量传感器对以所述测量前设定运行的所述加热器的电输出中的动态响应，来确定是否随后在所述量热模式、所述涡流消减模式或所述交叉校正模式中运行。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器在所述量热模式中使所述加热器运行第一运行持续时间，所述控制器在所述涡流消减模式和所述交叉校正模式中使所述加热器运行比所述第一运行持续时间更长的相应的运行持续时间。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器在所述涡流消减模式中使所述加热器以第一功率水平运行，所述控制器在所述量热模式和所述交叉校正模式中使所述加热器以高于所述第一功率水平的相应的功率水平运行。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个温度感测元件包括第一温度感测元件和第二温度感测元件，所述第一温度感测元件沿通过所述管道的气体流的方向设置在所述加热器的上游，所述第二温度感测元件沿所述气体流的方向设置在所述加热器的下游。
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