CN108431554B - 流体测量装置 - Google Patents

Abstract

即使在流体中的声速发生变化的情况下，也能够高精度地测量流体的流速。流体测量装置(1)具备：至少一对超声波发送接收单元，所述至少一对超声波发送接收单元向流体(102)发送超声波以及接收来自流体(102)的超声波；时间测量部(34)，其测量超声波的传播时间；以及流速测量部(36)，其根据超声波的传播时间来求出流体的流速，其中，时间测量部测量第一传播时间(Tf)和第二传播时间(Tr)，该第一传播时间(Tf)是超声波从上游侧的超声波发送接收单元(10a)传播到下游侧的超声波发送接收单元(10b)的时间，该第二传播时间(Tr)是超声波从下游侧的超声波发送接收单元传播到上游侧的超声波发送接收单元的时间。流速测量部以使用流速Va和流速Vb来消除误差的方式求出流体的流速V，其中，该流速Va是在测量第一传播时间后接着测量第二传播时间来求出的，该流速Vb是在测量第二传播时间后接着测量第一传播时间来求出的。

Description

流体测量装置

技术领域

本发明涉及一种利用超声波来测量流体的流速、流量的流体测量装置。

背景技术

一般来说，作为利用超声波来测量流体的流速、流量的方法，已知传播时间差法(例如，参照专利文献1)。在该方法中，针对流体的流，在顺流方向和逆流方向上发送和接收超声波，以利用以下现象：这两个方向的超声波的传播时间的差异根据流体的流速而发生变化。在专利文献1中公开了以下技术：多次实施超声波的发送和接收并对测定出的波形进行同步加法平均(日语：同期加算平均)，由此提高S/N比(信号与噪声之比：Signal toNoise Ratio)。

专利文献1：日本专利第5326697号公报

发明内容

发明要解决的问题

在传播时间差法中，超声波的声速不是固定的，而是受温度等其它物理量所影响而发生变化。因此若想要通过传播时间差法多次测定与流体相对的超声波的传播时间来提高S/N比，则存在以下问题：与测量时间变长相应地，长时间受温度变化所影响，测量误差变大。

本发明是鉴于这种问题而完成的，其目的在于提供一种即使在流体中的声速发生变化的情况下也能够高精度地测量流体的流速的流体测量装置。

用于解决问题的方案

本发明的流体测量装置的特征在于，具备：至少一对超声波发送接收单元，所述至少一对超声波发送接收单元向在配管内流动的流体发送超声波以及接收来自在配管内流动的流体的超声波；时间测量部，其测量由所述超声波发送接收单元发送和接收的超声波的传播时间；以及流速测量部，其根据由所述时间测量部测量出的超声波的传播时间来求出流体的流速，其中，所述一对超声波发送接收单元中的一个超声波发送接收单元配设于所述配管的上游，另一个超声波发送接收单元配设于所述配管的下游，所述时间测量部测量第一传播时间和第二传播时间，所述第一传播时间是超声波从所述上游侧的超声波发送接收单元传播到所述下游侧的超声波发送接收单元的时间，所述第二传播时间是超声波从所述下游侧的超声波发送接收单元传播到所述上游侧的超声波发送接收单元的时间，所述流速测量部以使用流速Va和流速Vb来消除误差的方式求出流体的流速，其中，所述流速Va是在测量第一传播时间后接着测量第二传播时间来求出的，所述流速Vb是在测量第二传播时间后接着测量第一传播时间来求出的。

根据该结构，即使在由于流体中的声速发生变化而导致流体的流速的测量结果产生误差的情况下，也能够通过以交换传播时间的测量顺序的方式测量流速Va和流速Vb，来使流速Va中产生的误差与流速Vb中产生的误差的正负相反。因此，能够通过使用流速Va和流速Vb来消除误差，因此能够多次测定超声波的传播时间来提高S/N比，从而高精度地测量流体的流速。

发明的效果

根据本发明，即使在流体中的声速发生变化的情况下，也能够高精度地测量流体的流速。

附图说明

图1是一个实施方式所涉及的流体测量装置的概要结构图。

图2A和图2B是随着时间经过的流体中的声速的变化的说明图。

图3A和图3B是表示上述实施方式所涉及的多对超声波发送接收单元的图。

图4A、图4B和图4C是表示比较例所涉及的流体的测量结果的图。

图5A、图5B和图5C是表示上述实施方式所涉及的流体的测量结果的图。

图6A、图6B和图6C是表示上述实施方式所涉及的流体的测量结果的图。

图7A、图7B和图7C是表示上述实施方式所涉及的流体的测量结果的图。

具体实施方式

下面，详细说明本发明的一个实施方式所涉及的流体测量装置。图1是一个实施方式的流体测量装置的概要结构图。

流体测量装置1使用超声波来测量在配管100内流动的流体102的流速。在配管100处，作为一对超声波发送接收单元，一对超声波探头10a、10b被配置为在相对于流体102的流倾斜的方向上相向。相对于配管100内的流体102的流而言，超声波探头10a配设于上游侧，超声波探头10b配设于下游侧。超声波探头10a、10b分别具备安装于配管100的楔12a、12b以及对楔12a、12b施加超声波的超声波振子11a、11b。

超声波振子11a经由开关部33a来与发送部31及接收部32连接，超声波振子11b经由开关部33b来与发送部31及接收部32连接。开关部33a、33b将超声波探头10a、10b的连接目的地切换为发送部31或接收部32，来将一对超声波探头10a、10b切换为发送用或接收用。

发送部31与时间测量部34连接，根据时间测量部34的指示来向超声波振子11a、11b输出驱动信号。接收部32与时间测量部34连接，将输入到超声波振子11a、11b的电信号输出到时间测量部34。

时间测量部34测量从由发送部31输出驱动信号起到由接收部32输入电信号为止的传播时间。开关部33a、33b分别与控制部35连接，根据来自控制部35的信号对开关33a、33b进行切换，使超声波探头10a、10b的发送接收关系相对。

在流体测量装置1中，根据时间测量部34的指示，从发送部31经由开关部33a向超声波振子11a施加与超声波的波形相应的驱动信号(电流)，来产生超声波。超声波透过楔12a和壁面101，以规定的角度ψ向配管100内的流体102入射。入射到配管100内的超声波沿着流体102的流被传播到与超声波探头10a相向的超声波探头10b。传播到超声波探头10b的超声波被超声波振子11b变换为电信号，经由开关33b被输入到接收部32。由此，在时间测量部34中，对从上游的超声波探头10a去向下游的超声波探头10b的超声波的传播时间Tf进行测量。

另外，当将超声波探头10a、10b切换为相反时，从发送部31经由开关部33b向超声波振子11b施加驱动信号来产生超声波。超声波透过楔12b和壁面101，以规定的角度ψ向配管100内的流体102入射后传播到超声波探头10a。输入到超声波振子11a的超声波被变换为电信号，经由开关33a被输入到接收部32。由此，在时间测量部34中，对从下游侧的超声波探头10b去向上游侧的超声波探头10a的超声波的传播时间Tr进行测量。

时间测量部34经由控制部35来与流速测量部36连接，流速测量部36与流量测量部37连接。流速测量部36根据超声波的传播时间Tf、Tr来计算流体102的流速，流量测量部37根据由流速测量部36求出的流体102的流速来计算流体102的流量。也可以在去除处理部(未图示)中对由流速测量部36求出的流体102的流速进行例如后述的阻尼处理等来去除其高频成分。由此，能够使测量结果稳定化，能够减小流体102的流速的测量结果中的误差。

此外，时间测量部34、控制部35、流速测量部36、流量测量部37由执行各种处理的处理器、存储器等构成。存储器根据用途而包括ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等的一个或多个存储介质。时间测量部34也可以由时间测量电路、时间测量器、时间测量装置等构成。控制部35也可以由控制电路、控制器、控制装置等构成。流速测量部36也可以由流速测量电路、流速测量器、流速测量装置等构成。流量测量部37也可以由流量测量电路、流量测量器、流量测量装置等构成。

接着，说明一般的流体102的流速V和流量Q的计算方法。已知的是，能够使用流体102的流速V、流体102中的声速C、从超声波探头10a到超声波探头10b的超声波的传播路径长度L、超声波的传播方向相对于流体102的流动方向的角度ψ，来如下那样表示传播时间Tr、Tf。

Tf＝L/(C+Vcosψ) (1)

Tr＝L/(C-Vcosψ) (2)

当根据式(1)、(2)对流体102的流速V进行求解时，示出式(3)。

V＝L/2cosψ×((1/Tf)-(1/Tr)) (3)

能够使用流体102的流速V、配管100的截面积A，来如式(4)那样表示流体的流量Q。

Q＝V×A (4)

能够使用配管100的内径D来如式(5)那样表示配管100的截面积A。

A＝(D/2)²×π (5)

在此，通过连续多次测量传播时间Tf或Tr并对测定出的波形进行同步加法平均，能够提高S/N比来改善测定精度。

然而，式(1)至式(3)所示的流体102的流速V的前提是流体102中的声速C是固定的。实际上已知流体102中的声速C例如根据流体102的温度而发生变化。在此，在相对于测量出传播时间Tf时的流体102中的声速C而言、考虑到音速的变化的测量出传播时间Tr′时的流体102中的声速变化为C+ΔC的情况下，能够如式(6)那样表示传播时间Tr′。

Tr′＝L/(C+ΔC-Vcosψ) (6)

当根据式(3)、式(6)求出流体102的流速V′时，如式(7)所示。

V′＝L/2cosψ×((1/Tf)-(1/Tr′))

＝(C+Vcosψ-(C+ΔC-Vcosψ))/2cosψ

＝V-(ΔC/2cosψ) (7)

如式(7)所示，流体102的流速V′产生-(ΔC/2cosψ)的误差。

若想要多次实施超声波的发送接收来提高S/N比，则对传播时间Tf、Tr进行测量的时间变长，长时间受声速C的变化所影响，存在流体102中的声速C的变化ΔC变大的趋势。因此，流体102的流速V′的误差增大。因此，在本实施方式中，即使在由于多次测定超声波的传播时间Tf、Tr而流体102的流速V′的误差变大的情况下，也通过以交换传播时间Tr、Tf的测量顺序的方式测量流体的流速来消除误差。

下面，详细说明流速测量部36对流体102的流速V的测量方法。在本实施方式中，流速测量部36使用在测量传播时间Tf后接着测量传播时间Tr来求出的流体102的流速Va以及在测量传播时间Tr后接着测量传播时间Tf来求出的流体102的流速Vb，来消除测量误差。

具体地说，最初由时间测量部34测量传播时间Tf1。接着由控制部35对开关部33a、33b进行切换，接着由时间测量部34测量传播时间Tr1。接着，由时间测量部34测定传播时间Tr2。再次由控制部35对开关部33a、33b进行切换，由时间测量部34测量传播时间Tf2。传播时间Tf1、Tr1、Tr2、Tf2被输入到流速测量部36，在时间测量部34中计算出流体102的流速V。

在此，如图2A所示，当设流体102中的声速从C分别变化为C+ΔC1、C+ΔC2、C+ΔC3时，传播时间Tf1、Tr1、Tr2、Tf2如式(8)至式(11)所示。此外，图2A的横轴表示时间，纵轴表示水中的声速，示出了水温延续规定的期间地发生变化的情况下的声速C的变化。

Tf1＝L/(C+Vcosψ) (8)

Tr1＝L/(C+ΔC1-Vcosψ) (9)

Tr2＝L/(C+ΔC2-Vcosψ) (10)

Tf2＝L/(C+ΔC3+Vcosψ) (11)

在此，当使由时间测量部34测量流体102(水)中的传播时间Tf1、Tr1、Tr2、Tf2的测量间隔固定时，由于各测量间隔短，因此各测量间隔中的流体102中的声速的变化量固定，当设ΔC1＝ΔC时，能够表示为ΔC2＝2ΔC、ΔC3＝3ΔC。

当将它们代入到式(8)至式(11)时，传播时间Tf1、Tr1、Tr2、Tf2如式(12)至式(15)所示。

Tf1＝L/(C+Vcosψ) (12)

Tr1＝L/(C+ΔC-Vcosψ) (13)

Tr2＝L/(C+2ΔC-Vcosψ) (14)

Tf2＝L/(C+3ΔC+Vcosψ) (15)

当将根据传播时间Tf1和Tr1求出的流体102的流速设为Va、将根据传播时间Tr2和Tf1求出的流体102的流速设为Vb并利用式(12)至式(15)对流体102的流速Va、Vb进行求解时，示出式(16)、(17)。

Va＝L/2cosψ×((1/Tf1)-(1/Tr1))

＝((C+Vcosψ)-(C+ΔC-Vcosψ)/2cosψ

＝V-(ΔC/2cosψ) (16)

Vb＝L/2cosψ×((1/Tf2)-(1/Tr1))

＝((C+3ΔC+Vcosψ)-(C+2ΔC-Vcosψ)/2cosψ

＝V+(ΔC/2cosψ) (17)

当使用式(16)、(17)并对流体102的流速Va和流速Vb进行平均从而求出流体的流速V′时，如式(18)所示。

V′＝(Va+Vb)/2

＝((V-(ΔC/2cosψ))+(V+(ΔC/2cosψ))/2

＝V (18)

这样，当求出流体102的流速Va时产生误差+(ΔC/2cosψ)，当求出流体102的流速Vb时产生误差-(ΔC/2cosψ)，因此能够通过取Va与Vb的平均来消除误差。本实施方式的流体测量装置1利用时间测量部34以交换传播时间Tf、Tr的测量顺序的方式测量传播时间，并利用流速测量部36求出流体102的流速Va和流速Vb来消除误差，由此能够高精度地求出流体的流速V。流量测量部37使用由流速测量部36计算出的流体102的流速V，利用上述式(4)来计算流体102的流量Q。

另外，也可以是，由控制部35对开关部33a、33b进行切换，由此由时间测量部34将传播时间如Tf1、Tr1、Tf2、Tr2、...那样交替地测量，由流速测量部36根据传播时间Tf1和Tr1来求出流体102的流速Va、根据传播时间Tr1和Tf2来求出流体102的流速Vb。如图2B所示，当设与传播时间Tr1、Tf2、...对应的流体102中的声速的变化为ΔC、2ΔC时，传播时间Tf1、Tr1、Tf2如式(19)至式(21)所示。

Tf1＝L/(C+Vcosψ) (19)

Tr1＝L/(C+ΔC-Vcosψ) (20)

Tf2＝L/(C+2ΔC+Vcosψ) (21)

当将根据传播时间Tf1和Tr1求出的流体102的流速设为Va、将根据传播时间Tr1和Tf2求出的流体102的流速设为Vb时，示出式(22)、(23)。

Va＝L/2cosψ×((1/Tf1)-(1/Tr1))

＝((C+Vcosψ)-(C+ΔC-Vcosψ)/2cosψ

＝V-(ΔC/2cosψ) (22)

Vb＝L/2cosψ×((1/Tf2)-(1/Tr1))

＝((C+2ΔC+Vcosψ)-(C+ΔC-Vcosψ)/2cosψ

＝V+(ΔC/2cosψ) (23)

当使用式(22)、(23)并对流体102的流速Va和流速Vb进行平均来求出流体的流速V′时，如式(24)所示。相比于上述的根据传播时间Tf1、Tr1、Tr2、Tf2来求出流体102的流速V，通过在流速Va和流速Vb的计算中使用共用的Tr1，能够减少传播时间的测量次数并消除误差。

V′＝(Va+Vb)/2

＝((V-(ΔC/2cosψ))+(V+(ΔC/2cosψ))/2

＝V (24)

并且，能够通过根据传播时间Tf2和Tr2求出流体102的流速Va、根据传播时间Tr2和Tf3(第三次的超声波从上游侧的超声波探头传播到下游侧的超声波探头的传播时间)求出流体102的流速Vb，来继续高精度地测量流体102的流速V。

另外，通过连续多次测量传播时间Tf并且连续多次测量传播时间Tr，能够提高S/N比，改善测定精度。

接着，参照图3A和图3B来说明使用多对超声波探头的测定方法。图3A和图3B是表示上述实施方式所涉及的多对超声波发送接收单元的图。图3A是配管的剖视图，图3B是配管的侧视图。如图3A和图3B所示，流体测量装置1利用3对超声波探头10a1-10a3、10b1-10b3在3个测线L1、L2、L3测量超声波的传播时间Tr、Tf。超声波探头10a1、10a2、10a3配设于配管100内的上游侧，超声波探头10b1、10b2、10b3配设于配管的下游侧。

下面，在图4A至图7C中示出使用具有3对超声波探头10a1-10a3、10b1-10b3的流体测量装置1来对在流体102中的声速发生变化的情况下产生的流体102的流速的误差进行仿真而得到的结果。将水用作流体102，模拟了水温以1秒钟1℃的比例变化了3秒钟的情况下的声速C的变化。对流体102的流速V＝0、配管100的内径为50mm的情况进行了仿真。

图4A、图4B和图4C是表示比较例所涉及的流体的测量结果的图。图4A表示时间与水中的声速变化的关系，图4B表示时间与水的流速的测量结果的关系，图4C表示对图4B的测量结果进行了阻尼运算的情况下的输出结果。在图4B中，按测线L1、测线L2、测线L3、测线L1、测线L2、测线L3、…的次序来进行水的流速的测量。在各线中最初测量出传播时间Tf，接着测量出Tr，使用流体102的流速Va求出流体102的流速V，未使用流速Vb。设各测线L1、L2、L3的权重均等，为1/3。

在图4C中，在阻尼运算中对图4B的测定结果进行了时间常数为5秒的运算。在此，阻尼运算是一阶滞后运算，能够得到与通过时间常数为5秒的一阶低通滤波器的情况下相同的效果。具有以下效果：去除流体102的流速V的测量结果中的高频成分，以简易的处理使测量结果稳定化。在该情况下，流体测量装置1设置进行阻尼处理的去除处理部(未图示)。此外，在图4A中，横轴表示时间，纵轴表示水中的声速C，在图4B中，横轴表示时间，纵轴表示水的流速V的测量结果，在图4C中，横轴表示时间，纵轴表示阻尼处理后的水的流速V的测量结果。

如图4A所示，在水温发生变化的0秒至3秒之间水中的声速C上升，在3秒以后水中的声速C变为固定。如图4B所示，在水温发生变化的0秒至3秒之间，相比于真值的水的流速V＝0，产生了与其相偏离的绝对值最大为0.35m/s的误差。如图4C所示，即使对图4B的测量结果进行阻尼运算也无法抑制误差，产生绝对值最大为0.15m/s的误差。

图5A、图5B和图5C是表示上述实施方式所涉及的流体的测量结果的图。图5A表示时间与水中的声速变化的关系，图5B表示时间与水的流速的测量结果的关系，图5C表示对图5B的测量结果进行了阻尼运算的情况下的输出结果。在图5B中，按测线L1、测线L2、测线L3、测线L1、测线L2、测线L3、…的次序进行了水的流速的测量。在各测线L1、L2、L3中，以交换传播时间Tf、Tr的顺序的方式进行测量，在各测线L1、L2、L3按次序将流体102的流速Va和流速Vb交替地测量。设各超声波探头对21、超声波探头对22、超声波探头对23的权重均等，为1/3。在图5C中，对图5B的测定结果进行了时间常数为5秒的阻尼运算。图5A至图5C的纵轴和横轴的值与图4A至图4C的纵轴和横轴的值相同。

如图5B所示，与图4B相比，误差从绝对值最大为0.35m/s被抑制为绝对值最大为0.12m/s。如图5C所示，在对图5B的测量结果进行了阻尼运算的情况下，与图5C相比，误差从绝对值最大为0.15m/s被大幅抑制为绝对值最大为0.01m/s。这样，能够通过使用多对超声波探头10a1-10a3、10b1-10b3对流速Va和流速Vb进行测量来消除误差，因此能够抑制测量误差。

接着，参照图6A、图6B和图6C来说明测线的权重不均等的情况下的测定方法。图6A、图6B和图6C是表示上述实施方式所涉及的流体的测量结果的图。图6A表示时间与水中的声速变化的关系，图6B表示时间与水的流速的测量结果的关系，图6C表示对图6B的测量结果进行了阻尼运算的情况下的输出结果。将测线L1和测线L3的权重设为0.4，将测线L2的权重设为0.2，使3个测线合计为1。在图6B中，按测线L1、测线L2、测线L3、测线L1、测线L2、测线L3、…的次序来进行水的流速的测量。在各测线L1、L2、L3中，以交换顺序的方式测量传播时间Tf、Tr，在各测线L1、L2、L3按次序将流体102的流速Va和流速Vb交替地测量。在图6C中，对图6B的测定结果进行了时间常数为5秒的阻尼运算。图6A至图6C的纵轴和横轴的值与图4A至图4C的纵轴和横轴的值相同。此外，已知在流速发生变化时流速分布发生变化，但是能够在各测线L1、L2、L3的权重中使用为了消除其影响而预先通过实验、经验或理论来求出的值。将测线L1和测线L3的权重设为0.4、将测线L2的权重设为0.2是一个例子，一般来说当测线的配置发生变化时权重也发生变化。

如图6B所示，与图5B相比，误差从绝对值最大为0.12m/s增加到绝对值最大为0.21m/s。如图6C所示，在对图6B的测量结果进行了阻尼运算的情况下，与图5C相比，误差从绝对值最大为0.01m/s稍微增加到绝对值最大为0.02m/s。这样，在各测线L1、L2、L3被赋予权重的情况下，虽然与图4A、图4B和图4C的比较例相比误差得到改善，但是与图5A、图5B和图5C相比误差稍微变大。在像这样权重不均等的情况下，根据权重来对各测线L1、L2、L3分配流速Va和流速Vb是有效的。

接着，参照图7A、图7B和图7C来说明根据测线L1、L2、L3的权重对各测线分配流速Va和流速Vb的情况。图7A、图7B和图7C是表示上述实施方式所涉及的流体的测量结果的图。图7A表示时间与水中的声速变化的关系，图7B表示时间与水的流速的测量结果的关系，图7C表示对图7B的测量结果进行了阻尼运算的情况下的输出结果。将测线L1和测线L3的权重设为0.4，将测线L2的权重设为0.2，使3个测线合计为1。在图7B中，按测线L1、测线L2、测线L3、测线L1、测线L2、测线L3、…的次序来进行水的流速的测量。将在权重大的测线L1测量的流体102的流速决定为Va，将在权重同样大的测线L3测量的流体102的流速决定为与测线L1相反的Vb，将在权重最小的测线L2测量的流体102的流速在每次测量时交替地切换为流速Va和流速Vb。即，按测线L1(Va)、测线L2(Va)、测线L3(Vb)、测线L1(Va)、测线L2(Vb)、测线L3(Vb)、测线L1(Va)、测线L2(Va)、…的次序来进行了测量。在图7C中，对图7B的测定结果进行了时间常数为5秒的阻尼运算。图7A至图7C的纵轴和横轴的值与图4A至图4C的纵轴和横轴的值相同。

如图7B所示，与图6B相比，误差从绝对值最大为0.21m/s被抑制为绝对值最大为0.14m/s。如图7C所示，在对图6B的测量结果进行了阻尼运算的情况下，与图6C相比，误差从绝对值最大为0.02m/s被抑制为绝对值最大为0.01m/s。这样，在各测线L1、L2、L3被赋予权重的情况下，通过根据权重来分配在各测线L1、L2、L3测量的流体102的流速Va和Vb，能够抑制测量误差。

此外，在根据权重来分配测线的情况下，也可以是，将在权重最大的一对超声波探头中测量的流速设定为流速Va和流速Vb中的任一方，对于权重的大小为第二大以后的各对超声波探头重复以下的设定顺序：将在连续2对超声波探头中测量的流速设定为流速Va和流速Vb中的另一方，将在之后的连续2对超声波探头中测量的流速设定为流速Va和流速Vb中的任一方。即，当按如下顺序来决定流速Va和Vb时，能够提高误差的抑制效果：将在权重最大的超声波探头对中测量的流速决定为Va和Vb中的某一个，将在权重第二大和第三大的超声波探头对中测量的流速决定为与在权重最大的超声波探头对中决定的流速Va或Vb不同的一方的Va或Vb，将在权重第四大和第五大的超声波探头对中测量的流速决定为与在权重最大的超声波探头对中决定的流速Va或Vb相同的Va或Vb，将在权重第六大和第七大的超声波探头对中测量的流速决定为与在权重最大的超声波探头对中决定的流速Va或Vb不同的一方的Va或Vb。

另外，也可以将在各对超声波探头中测量的流速按权重的次序交替地设定为流速Va和流速Vb。即，按如下顺序来决定流速Va和Vb也能够得到高的误差抑制效果：将在权重最大的超声波探头对中测量的流速决定为流速Va和Vb中的某一个，将在权重第二大的超声波探头对中测量的流速决定为与在权重最大的超声波探头对中决定的流速Va或Vb不同的一方的Va或Vb，将在权重第三大的超声波探头对中测量的流速决定为与在权重最大的超声波探头对中决定的流速Va或Vb相同的Va或Vb，将在权重第四大的超声波探头对中测量的流速决定为与在权重最大的超声波探头对中决定的流速Va或Vb不同的一方的Va或Vb。另外，也可以将在权重最小的一对超声波探头中测量的流速交替地设定为流速Va和流速Vb。由此，能够得到更高的误差抑制效果。

如以上那样，本实施方式的流体测量装置1即使在由于流体102中的声速C发生变化而流体102的流速V的测量结果产生误差的情况下，也能够通过以交换传播时间Tf、Tr的测量顺序的方式测量流速Va和流速Vb，来使流速Va中产生的误差与流速Vb中产生的误差的正负相反。因此，能够通过使用流速Va和流速Vb来消除误差，因此能够多次测定超声波的传播时间Tf、Tr来提高S/N比，从而高精度地测量流体102的流速V。

此外，本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变更来实施。在上述实施方式中，附图所图示的大小、形状等不限定于此，能够在发挥本发明的效果的范围内适当变更。除此以外，只要不脱离本发明的目的的范围，就能够适当地进行变更来实施。

下面对上述实施方式的特征点进行整理。

本发明的流体测量装置的特征在于，具备：至少一对超声波发送接收单元，所述至少一对超声波发送接收单元向在配管内流动的流体发送超声波以及接收来自在配管内流动的流体的超声波；时间测量部，其测量由所述超声波发送接收单元发送和接收的超声波的传播时间；以及流速测量部，其根据由所述时间测量部测量出的超声波的传播时间来求出流体的流速，其中，所述一对超声波发送接收单元中的一个超声波发送接收单元配设于所述配管的上游，另一个超声波发送接收单元配设于所述配管的下游，所述时间测量部测量第一传播时间和第二传播时间，所述第一传播时间是超声波从所述上游侧的超声波发送接收单元传播到所述下游侧的超声波发送接收单元的时间，所述第二传播时间是超声波从所述下游侧的超声波发送接收单元传播到所述上游侧的超声波发送接收单元的时间，所述流速测量部以使用流速Va和流速Vb来消除误差的方式求出流体的流速，其中，所述流速Va是在测量第一传播时间后接着测量第二传播时间来求出的，所述流速Vb是在测量第二传播时间后接着测量第一传播时间来求出的。

根据该结构，即使在由于流体中的声速发生变化而流体的流速的测量结果产生误差的情况下，也能够通过以交换传播时间的测量顺序的方式测量流速Va和流速Vb，来使流速Va中产生的误差与流速Vb中产生的误差的正负相反。因此，能够通过使用流速Va和流速Vb来消除误差，因此能够多次测定超声波的传播时间来提高S/N比，从而高精度地测量流体的流速。

在本发明的流体测量装置中，也可以是，所述时间测量部将第一传播时间和第二传播时间交替地测量，所述流速测量部根据连续的第一传播时间和第二传播时间来求出所述流速Va，根据该第二传播时间和随后的第一传播时间来求出所述流速Vb。根据该结构，能够减少超声波的传播时间的测量次数。

在本发明的流体测量装置中，也可以是，所述时间测量部多次测量超声波从所述上游侧的超声波发送接收单元传播到所述下游侧的超声波发送接收单元的传播时间来求出第一传播时间，多次测量超声波从所述下游侧的超声波发送接收单元传播到所述上游侧的超声波发送接收单元的传播时间来求出第二传播时间。根据该结构，能够提高S/N比，从而进一步提高测量精度。

在本发明的流体测量装置中，也可以是，具有多对超声波发送接收单元，在各对超声波发送接收单元中测量第一传播时间和第二传播时间，所述流速测量部在各对超声波发送接收单元中按顺序将所述流速Va和所述流速Vb交替地测量。根据该结构，能够通过在多对超声波发送接收单元中测量流速Va和流速Vb来消除误差。

在本发明的流体测量装置中，也可以是，对所述多对超声波发送接收单元的各对超声波发送接收单元赋予权重，根据权重的大小来将在各对超声波发送接收单元中测量的流速设定为所述流速Va和所述流速Vb中的任一方，通过加权求和来求出流体的流速。根据该结构，通过对各对超声波发送接收单元赋予权重地测量流体的流速，能够提高测量精度。

在本发明的流体测量装置中，也可以是，将在权重最大的一对所述超声波发送接收单元中测量的流速设定为所述流速Va和所述流速Vb中的任一方，对于权重的大小为第二大以后的各对所述超声波发送接收单元重复以下的设定顺序：将在连续2对所述超声波发送接收单元中测量的流速设定为所述流速Va和所述流速Vb中的另一方，将在之后的连续2对所述超声波发送接收单元中测量的流速设定为所述流速Va和所述流速Vb中的任一方。根据该结构，通过将在各对超声波发送接收单元中测量的流体的流速按权重的次序以规定的设定顺序设定，能够提高误差抑制效果。

在本发明的流体测量装置中，也可以是，将在各对所述超声波发送接收单元中测量的流速按权重的次序交替地设定为所述流速Va和所述流速Vb。根据该结构，通过将在各对超声波发送接收单元中测量的流体的流速按权重的次序以规定的设定顺序设定，能够提高误差抑制效果。

在本发明的流体测量装置中，也可以是，将在权重最小的一对所述超声波发送接收单元中测量的流速交替地设定为所述流速Va和所述流速Vb。根据该结构，能够提高误差抑制效果。

在本发明的流体测量装置中，优选的是，具有从由所述流速测量部求出的流体的流速去除高频成分的去除处理部。根据该结构，能够使测量结果稳定化，减小流体的流速的测量结果中的误差。

在本发明的流体测量装置中，优选的是，通过阻尼处理来去除高频成分。根据该结构，能够以简易的处理使测量结果稳定化，减小流体的流速的测量结果中的误差。

本申请基于在2016年5月26日申请的日本特愿2016-105029。在此包含其全部内容。

Claims (9)

1.一种流体测量装置，其特征在于，具备：

多对超声波发送接收单元，所述多对超声波发送接收单元向在配管内流动的流体发送超声波以及接收来自在配管内流动的流体的超声波；

时间测量部，其测量由所述超声波发送接收单元发送和接收的超声波的传播时间；以及

流速测量部，其根据由所述时间测量部测量出的超声波的传播时间来求出流体的流速，

其中，所述多对超声波发送接收单元中的各对超声波发送接收单元中的一个超声波发送接收单元配设于所述配管的上游，另一个超声波发送接收单元配设于所述配管的下游，

所述时间测量部测量第一传播时间和第二传播时间，所述第一传播时间是超声波从所述上游侧的超声波发送接收单元传播到所述下游侧的超声波发送接收单元的时间，所述第二传播时间是超声波从所述下游侧的超声波发送接收单元传播到所述上游侧的超声波发送接收单元的时间，

所述流速测量部以使用流速Va和流速Vb来消除误差的方式求出流体的流速，其中，所述流速Va是在测量第一传播时间后接着测量第二传播时间来求出的，所述流速Vb是在测量第二传播时间后接着测量第一传播时间来求出的，

其中，在各对所述超声波发送接收单元中测量第一传播时间和第二传播时间，对多对所述超声波发送接收单元的各对超声波发送接收单元赋予权重，根据权重的大小来将在各对超声波发送接收单元中测量的流速设定为所述流速Va和所述流速Vb中的任一方，通过加权求和来求出流体的流速。

2.根据权利要求1所述的流体测量装置，其特征在于，

所述时间测量部将第一传播时间和第二传播时间交替地测量，所述流速测量部根据连续的第一传播时间和第二传播时间来求出所述流速Va，根据该第二传播时间和随后的第一传播时间来求出所述流速Vb。

3.根据权利要求1或2所述的流体测量装置，其特征在于，

所述时间测量部多次测量超声波从所述上游侧的超声波发送接收单元传播到所述下游侧的超声波发送接收单元的传播时间来求出第一传播时间，多次测量超声波从所述下游侧的超声波发送接收单元传播到所述上游侧的超声波发送接收单元的传播时间来求出第二传播时间。

4.根据权利要求1或2所述的流体测量装置，其特征在于，

在各对所述超声波发送接收单元中按顺序将所述流速Va和所述流速Vb交替地测量。

5.根据权利要求1所述的流体测量装置，其特征在于，

将在权重最大的一对所述超声波发送接收单元中测量的流速设定为所述流速Va和所述流速Vb中的任一方，对于权重的大小为第二大以后的各对所述超声波发送接收单元重复以下的设定顺序：将在连续2对所述超声波发送接收单元中测量的流速设定为所述流速Va和所述流速Vb中的另一方，将在之后的连续2对所述超声波发送接收单元中测量的流速设定为所述流速Va和所述流速Vb中的任一方。

6.根据权利要求1所述的流体测量装置，其特征在于，

将在各对所述超声波发送接收单元中测量的流速按权重的次序交替地设定为所述流速Va和所述流速Vb。

7.根据权利要求1所述的流体测量装置，其特征在于，

将在权重最小的一对所述超声波发送接收单元中测量的流速交替地设定为所述流速Va和所述流速Vb。

8.根据权利要求1或2所述的流体测量装置，其特征在于，

具有从由所述流速测量部求出的流体的流速去除高频成分的去除处理部。

9.根据权利要求8所述的流体测量装置，其特征在于，

通过阻尼处理来去除高频成分。

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