CN112903046A - 模块化超声耗量表 - Google Patents

Abstract

一种被布置成对流体的流速进行测量的耗量表，包括：管，管用于使流体在入口与出口之间通过；多个单个流量表，多个单个流量表布置在管处，以测量流体的分流速；第一控制电路和通信接口，通信接口被布置用于从多个流量表中的每一个接收测得的分流速，并且被布置成根据接收到的分流速来产生表明流体的流速的信号，多个单个流量表中的每一个都包括：布置在管处的流量表壳体；第一和第二超声换能器，布置在流量表壳体中，用于发送和接收传播通过流体的超声信号；第二控制电路，被布置用于操作第一和第二超声换能器，并且被布置成相应地产生表明流体的分流速的信号；以及通信接口，该通信接口被布置用于将表明分流速的信号发送给第一控制电路。

Description

模块化超声耗量表

技术领域

本发明涉及超声耗量表的领域。更具体地，本发明涉及超声耗量表或公用设施仪表的领域，这些公用设施仪表包括超声流量表，比如用于测量所供应的公用设施(例如，水、气、热量或供冷)的消耗数据的超声耗量表。

背景技术

超声耗量表用于精确测量与耗量表有关的流体流量，用于测量所供应的公用设施(例如，热量、供冷或水)的消耗量。超声耗量表测量超声信号的通过时间，以便通过使用已知的通过时间流量表的操作原理来确定在流动通道内流动的流体的流速。

耗量表可以简单地测量消耗量(例如，水量)，并且公用设施公司可以根据这个量为消费者计费。然而，对于热量表和供冷表，使用温度传感器来测量流体的温度，由此可以根据从所供应的液体中提取的能量来为消费者计费。这种超声耗量表可以与区域供热、区域供冷和/或分布式供水结合使用。

用作耗量表的一部分的典型的超声流量表具有仪表壳体，在该仪表壳体内部具有控制电路，控制电路电连接至两个或更多个间隔开的超声换能器，例如压电换能器。在流动通道上安装超声换能器，其方式是使得超声信号可以通过超声换能器中的一个被引入到流动通道内的流体中，并且沿着测量段行进以在通过之后由另一个超声换能器进行检测。通过与换能器电流连接的控制电路来控制超声换能器的操作。

尤其是对于较大的流量表，流动通道内部的流体的流量分布(flow profile)可能会根据连接到流量表的管道、流速等而有显著变化。因此，对于需要高精度流量测量的大型仪表，经常需要多组超声换能器。多组超声换能器分布在流动通道上以覆盖流动通道腔体的不同部分。超声换能器通常通过多条电缆而电连接到仪表壳体内部的控制电路，这些电缆的长度必须足够长，以连接远离测量电路放置的换能器。在电缆中传播的信号是模拟信号，这些模拟信号可能会由于电缆的特性或由于电磁耦合到电缆的噪声而在电缆中失真。测量电路将基于从所有超声换能器接收到的模拟信号来确定流速。

包围测量电路的仪表壳体优选是防水的，从而避免任何湿气导致仪表壳体内部的测量电路损坏。然而，使超声换能器与测量电路连接的电缆确实提供了将水引入仪表壳体的潜在通道。在仅轻微损坏电缆(比如电缆外层)的情况下，电缆就会提供允许水进入仪表壳体的通道。尤其是水表可能会被浸没或在高湿度环境下操作，但是热量表和供冷表也可能在潮湿环境中操作。

现有技术的仪表的流动通道通常是由比如黄铜、不锈钢或铸铁等金属制成的专门制造的元件。流动通道通常具有用于换能器壳体的安装座。安装座可以是流动通道内部或外部的平面表面，或者是用于固定换能器壳体的螺纹元件。为了将超声信号引入金属流动通道中，在流动通道的壁的开口中安装换能器壳体。将超声换能器连接到控制电路的缆线离开换能器壳体并进入仪表壳体。在流动通道上设置用于安装仪表壳体(包含用于仪表的控制电路)的另外的安装元件。流动通道通常是为流量表而专门制造的元件，需要比如模制和机加工等不同制造过程以及针对流量表的每种尺寸的变化的模具。可替代地，流动通道由尺寸对于要制造的流量表而言足够的预制管制成。对于大尺寸仪表尤其如此。预制管是仅需要被切割成适当长度的标准元件，这样消除了与制造流动通道相关的昂贵的专用工具和工艺的需求。然而，标准管在换能器壳体和仪表壳体上需要有孔和安装座。为了形成安装座，可以从管壁切出一段，并且在切出段的位置焊接新段，该新段包括用于接纳换能器组件的表面。制造流动通道成为昂贵的过程，从而使仪表总成本显著增加。

耗量表通常需要大量的单一部件，这样使组装过程复杂化。因此，现有技术的耗量表壳体涉及用于使换能器与耗量表的测量电路电连接的复杂连接结构(比如复杂的布线结构和/或单独的电连接元件)，这样使组装过程复杂化。

因此，改进的耗量表将会是有利的，并且尤其是由标准元件制成的更具成本效益的模块化耗量表将会是有利的。此外，耗量表必须是稳健的并且适合在高湿度环境下操作。提供耗量表以允许简单且经济的制造方法、并且允许在最后的制造步骤中将预制造好的模块化子组件放在一起将会是有利的。

发明目的

本发明的目的是提供现有技术的替代方案。

特别地，可以看到本发明的另一个目的是提供一种耗量表，该耗量表解决了现有技术的上述问题并且对已知的耗量表在制造过程、稳健性、部件成本，模块性和耐水性方面进行改进。

发明内容

因此，在本发明的第一方面中旨在通过提供一种被布置成对流体的流速进行测量的耗量表来实现上述目的和若干其他目的，该耗量表包括：管，该管具有贯通开口，用于使该流体在入口与出口之间通过；多个单个流量表，该多个单个流量表布置在该管处，以产生表明该流体的分流速的信号；以及第一控制电路，该第一控制电路包括通信接口，该通信接口被布置用于从该多个流量表中的每一个接收表明该分流速(sub-flow rate)的信号，并且被布置成根据该接收到的分流速来产生表明该流体的流速的信号，该多个单个流量表中的每一个都包括：布置在该管处的流量表壳体；第一超声换能器和第二超声换能器，该第一超声换能器和该第二超声换能器布置在该流量表壳体中，用于发送和接收传播通过该流体的超声信号；第二控制电路，该第二控制电路被布置用于操作该第一超声换能器和该第二超声换能器，并且被布置成相应地产生表明该流体的分流速的信号；以及通信接口，该通信接口被布置用于将表明该分流速的信号发送给该第一控制电路，其中，这些流量表布置在该管的同一纵向段(longitudinal section)上，或者至少布置在该管的重叠的纵向段上。

本发明特别地但非排他地有利的是获得一种包括多个呈单个流量表形式的单个密封且防水的模块的稳健的模块化耗量表。

这些单个流量表(每个单个流量表包括在流量表壳体内的第二控制电路、通信接口和超声换能器)具有以下优点：每个流量表都是单个稳健的整装式(self-contained)单元，能够独立于耗量表的任何其他元件来测量分流速。由这样的稳健模块构成的仪表具有稳健性提高和制造工艺更简单的优点。

每个单个流量表覆盖管的不同段，由此形成了多个测量路径，这具有测量准确度提高的优点。布置在流量管的同一纵向段或布置在流量管的至少重叠的纵向段上的流量表具有测量准确度提高的优点，这是因为流量分布可以沿着流量管的纵向方向改变。

单个流量表应解释为是被布置成与其他流量表无关地进行操作和测量流速的流量表。分流速是通过单一独立的流量表而在超声信号在管内传播的路径上测得的流速。这样，分流速是管中的流速的独立度量。单个流量表具有第二控制电路，该第二控制电路被布置成操作单个流量表的第一超声换能器和第二超声换能器以发送和接收通过该管的流体的超声信号。第二控制电路被进一步布置成基于已发送和接收的通过该管的流体的超声信号来产生表明流体的分流速的信号。

具有多个单个独立流量表的耗量表将能够测量多个分流速。这样做具有以下优点：可以在多个传播路径上测量分流速，由此产生多个表明分流速的信号。这些单个流量表优选地各自被布置成发送和接收在与其他单个流量表的路径不同的路径上传播的超声信号。表明分流速的每个信号提供关于管中流速的信息。表明分流速的多个信号具有以下优点：第一控制电路可以通过使多个分流速组合来产生改善的表明管中流速的信号。换句话说，第一控制电路被布置用于基于所接收的分流速来产生改善的或更准确的表明流体的流速的信号。特别地，在管中分层流动的情况下，第一控制电路通过使多个表明分流速的信号组合而将能够产生更精确的表明流速的信号。表明任何流速的信号可以将流速表示为单位时间的量或表示为一组累积量。

流量表壳体可以是防水和/或密封的外壳，这是有利的，因为耗量表由此适合于在潮湿环境中操作或甚至适合于水下操作。多个单个防水和/或密封流量表是特别有利的，这是因为渗透到一个流量表中的水不能通过比如电缆等连接而从该流量表扩散到耗量表的其他部分。如果一个流量表由于潮湿而损坏，则其他流量表可以继续运行。而且第一控制电路可以被布置成基于从仍在运行的流量表接收的分流速而产生改进的或更准确的表明流速的信号。

多个单个流量表中的每一个都可以进一步包括电池，该电池具有以下优点：流量表是能够独立于其他设备运行的一个整装式单元。进一步地，模块化流量表具有以下优点：它们可以根据客户的要求进行预生产、以现货方式放置并安装在耗量表上。作为在每个流量表中具有电池的替代方案，可以通过电感耦合接口、特别是谐振电感耦合而将能量耦合到流量表中。

通信接口可以是非电流耦合式通信接口。具有多个单个流量表、而其没有任何电缆或电流连接进入流量表壳体或仪表壳体的耗量表具有以下优点：耗量表是稳健的，并且没有水通过电缆或电缆开口进入任何壳体的风险。进一步地，如果水进入一个壳体，则水将不会通过电缆从一个壳体行进到另一个壳体，这意味着耗量表可以在流量表的数量减少的情况下继续运行。换句话说，流量表是整装式密封和/或防水的，没有电缆或其他电流连接部穿过流量表壳体的壁。因此，流量表被布置成在流量表壳体的内部与流量表壳体的外部之间没有电流连接。因此，流量表壳体在流量表壳体的内部与流量表壳体的外部之间提供电绝缘。流量表壳体是密封的和/或防水的应理解为流量表壳体没有允许进水的流量表壳体中的开口，并且流量表壳体的不同部分之间的机械连接是通过密封装置进行密封的或通过胶粘或焊接进行连接以防止进水。换句话说，流量表壳体是气密式密封/气密式封闭的。因此，流量表壳体是密封且防水的外壳，被布置成防止水进入流量表壳体的内部。非电流耦合式接口应被理解为并且可以是任何无线通信接口，特别是使用电磁辐射或通信场的通信接口。作为替代方案，通信接口可以使用声波来传输数据，特别是超声换能器可以用于接收和发送在流量表之间的、通过管中流体的携带数据信息的声波。

通信接口可以是比如RF通信接口或光通信接口等无线通信接口。RF接口是特别有利的，这是因为由于RF信号可以在空中传播而不需要特殊的通信介质。可替代地，可以提供外部天线或电缆或波导结构，以在通信接口之间引领或引导RF信号。

耗量表可以设置有通信接口，该通信接口是电感耦合或电容耦合式通信接口。电感或电容式通信接口是有利的，这是因为可以在接口上进行通信而不会向周围辐射任何大量的能量(例如RF信号)。可以提供内部线圈与外部线圈之间的耦合，由此可以通过感应通信接口来传递电磁信号。这具有使许可过程减少或更容易的优点。包括电容耦合板元件的电容耦合将具有类似的优点。进一步地，电感、电容、RF和光通信接口都具有非电流耦合的优点，即在第一控制接口与第二控制接口之间不需要比如电缆或连接器等电连接。

这些通信接口全部可以通过构成通信总线的单一通信线路连接，该通信总线使第一控制电路的通信接口与多个单个流量表互连。通信总线具有以下优点：包括与总线耦合的通信接口的耗量表的所有单元都可以在点对点的通信会话中彼此通信。

可以将耗量表布置成使得流量表围绕管的圆周基本上均匀地分布。可替代地，流量表可以围绕管的圆周不均匀地分布。流量表可以布置在管的同一纵向段上，以使分流速覆盖管的同一纵向段。覆盖同一纵向段具有以下优点：超声信号的不同传播路径提供了在管的同一纵向段内的多个分流速的量度，这样提高了由第一控制电路提供的表明流速的信号的准确度。由/沿着在管的入口的中心与出口的中心之间延伸的线路来限定管的纵向方向。可替代地，流量表可以布置在管的至少重叠的纵向段上。

作为替代方案，流量表可以布置在管的不同/不重叠的纵向段处。

第一控制电路可以被嵌入在流量表壳体中的一个流量表壳体中。这样具有减少壳体数量的优点，这是因为第一控制电路不需要其自己的壳体。进一步的优点是无需在耗量表上安装额外的壳体。嵌有第一控制电路的流量表壳体可以具有与其余流量表的壳体不同的另一形状因数。

多个独立流量表中的一个的第一控制电路和第二控制电路可以进一步共享公共通信接口。

耗量表可以被布置成使得流量表壳体具有延伸到管的壁中的换能器孔中的部分。这样具有以下优点：在包括超声换能器的流量表壳体与管中流体之间形成直接接口，由此超声信号可以在换能器与管中流体之间直接耦合。流量表壳体的壁可以在换能器与流体之间提供谐振窗(resonance window)或膜。

耗量表可以具有流量表壳体，该流量表壳体包括主壳体和换能器壳体，其中，该换能器壳体安装在该管的内壁上，并且具有延伸到该管的壁中的换能器孔中的部分，并且该主壳体安装在延伸到该换能器孔中的部分上以构成防水和/或密封的外壳。换能器壳体固定至管的壁，并且可以包括内部换能器壳体元件和内部换能器壳体元件，其被布置成通过管的壁中的换能器孔接合，由此使换能器壳体固定至管。这种布置具有以下优点：流量表壳体可以安装在比如无缝管或焊接管等标准预制管上。标准管只需要在壁中切制换能器孔并在管的末端形成适合该目的的凸缘即可。

第一控制电路可以进一步被布置成通过将至少一个测量时隙通过该通信接口传送给每个流量表而为这些流量表中的每一个分配测量时隙，设置针对每个流量表的测量时隙，以便在不同的时间点进行测量，由此使得这些流量表都不会同时执行流量测量。

换句话说，第一控制电路可以被布置成经由通信接口和/或通信总线来控制这些流量表中的每一个的测量定时，使得这些流量表不会同时进行分流速测量。

这样，流量表可以通过第一控制电路同步并且被控制以避免同时进行分流速测量。

这样具有以下效果：来自一个进行分流速测量的流量表的超声信号不会干扰同时进行分流速测量的另一个流量表的超声测量。

作为替代方案，流量表可以被布置成在随机时间点测量流量。进一步地，流量表可以被布置成检测来自其他流量表的超声波测量信号，并且丢弃与其他流量表进行的流量测量在时间上冲突的流量测量值。这样具有以下优点：耗量表不需要流量表之间的同步机构。

进一步地，耗量表可以包括布置在管内部的套筒。套筒被布置成使管的直径减小。这意味着流量管的腔体的直径减小，由此使流动速度增加。进一步地，套筒可以被制成具有比管更低的内径公差，由此提高测量精度。这在管是使用标准预制管制成的情况下是特别有利的，这是因为管的直径在各管之间可以略有变化。这样的效果是，可以使用管径精度较差的预制标准管。

耗量表可以进一步包括显示器，该显示器由第一控制电路控制以显示消耗数据。可以将显示器嵌入在流量表壳体中的一个流量表壳体中。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述根据本发明的耗量表。图中示出了实施本发明的一种方式，并且不应被解释为局限于落入所附权利要求的范围内的其他可能的实施例。

图1示出了具有三个单个流量表的耗量表；

图2a和图2b示出了呈封闭形式和切开形式的单个流量表壳体；

图3示出了具有切开的截面的耗量表，示出了安装在管上的流量表。

具体实施方式

现在参考图1，描述了一种模块化耗量表100，包括三个单个超声流量表200、第一控制电路以及通信线路302。

耗量表进一步包括具有入口102和出口103的管101、用于引导流体的腔体、以及凸缘104，这些凸缘布置在该管的每个端部，用于将耗量表连接到安装场所的管道。

单个流量表各自包括密封且防水的流量表壳体201、一组超声换能器204、第二控制电路、电池以及感应通信接口，其中密封且防水的流量表壳体201被布置成包围其他部件。流量表被布置成与布置在管101的外表面上的通信线路302感应耦合。流量表是整装式密封且防水的，没有电缆或连接部穿过流量表壳体，以此实现了稳健的模块化结构。

耗量表的第一控制电路布置在仪表壳体105中，该仪表壳体嵌入在流量表200中的一个流量表中或与其集成在一起。超声流量表被布置成测量流过管的腔体的流体的分流速，并且产生表明该分流速的信号并将该信号传送至第一控制电路。第一控制电路被布置成接收表明分流速的信号，并且根据所接收的分流速而产生表明管中流体的流速的信号。

单个流量表200布置在管处并且分布在管的圆周上，由此管的腔体的不同段被不同的流量表覆盖。由于在管的不同段中的流量可能不同，因此通过使覆盖管的不同段的分流量测量值相组合，可以获得更准确的流量测量值。

特别是对于大尺寸耗量表，在管的腔体内的流速在腔体的不同段之间可能会发生显著变化。通常将其描述为流量分布。流量分布是动态的，取决于流速、压力和温度等其他参数。

对于大尺寸流量表，尤其是在低流速下可能会出现分层流动，其中可能由于流体的温度差异而使流体分层，从而导致腔体的段之间的流动速度不同。具有不同温度的层将具有不同的流动速度。

耗量表所连接的装备的管道可能会影响管中的流量，以及导致无法预测的流量分布。

超声流量表测量超声信号通过流体从一个超声换能器到另一超声换能器的传播路径中的流速。这意味着在测量中仅包括腔体中被传播路径覆盖的段内的流体的流动速度。为了确保流量测量的足够的准确度，执行具有不同传播路径的多个分流量测量。分流量测量由单个流量表执行，这些流量表分布在管的圆周上，以覆盖腔体的不同段。

多个流量表的使用尤其与较大型流量表有关。管的直径可以在4-48英寸的范围内，并且被布置成测量高达1200M3/h的流速。

流量表可以均匀地分布在管的圆周上，或者它们可以具有另一种分布，以便优化流量计量。

流量表的数量取决于管的大小以及所需的准确度和流量分布。典型的耗量表可能包括多达5个流量表，但对于大型高精度耗量表，可能需要多达10个流量表才能达到期望的准确度。

流量表是传输时间流量表类型的超声流量表，其被布置成通过利用已知的传输时间流量表的操作原理来测量在管中流动的流体的流速，其中超声信号在一个超声换能器处被发射并且在另一个超声换能器处被接收，并且其中相反传播的信号之间的到达时间差被测量并且被转换成流速。使用传输时间或飞行时间原理的超声流量表在本领域中是公知的。

流量表200各自包括两个超声换能器204，例如压电换能器，其由也包括在流量表中的第二控制电路操作。基于所涉及的信号，第二控制电路产生了表明管内流体的流速的信号或值。

流量表还包括被流量表壳体包围的电池，并且是整装式的，不需要与其他元件或外部电源进行电流连接。流量表被包围在防水流量表壳体201中。流量表的所有元件(包括超声换能器204)都被流量表壳体201包围。流量表壳体不包括允许水进入的开口，并且流量表壳体的各部分之间的机械连接由密封装置(比如O形环、垫圈或其他密封装置)密封。可替代地，流量表壳体的各部分可以通过使用胶合、焊接、钎焊或其他合适的技术来进行机械连接以防止水进入。

流量表壳体201包括主壳体202和换能器壳体203。壳体的两个部分通过密封防水连接进行连接/接合。流量表200布置在管101处。该管具有换能器孔106，该换能器孔被布置用于接纳流量表壳体，使得换能器壳体延伸到换能器孔中，由此形成与管中流体的接触。换能器壳体203包括布置在管101的内表面处的内部换能器壳体元件207以及布置在管的外表面处的外部换能器壳体元件208。内部换能器壳体元件207和外部换能器壳体元件208被布置成通过管101的壁中的换能器孔106接合，使得换能器壳体203固定至管。换能器壳体的两个元件通过密封防水连接进行连接/接合。主壳体202被布置成与外部换能器壳体元件接合以构成封闭且密封的防水流量表壳体201。

流量表壳体201的所有元件使用比如O形环或垫圈等密封装置进行连接或接合。密封装置可以由橡胶或纤维材料制成。此外，在内部换能器壳体元件与管的内表面之间设置密封装置，以防止流体从管流过换能器孔。在这些图中未示出密封装置。

超声换能器204被第二控制电路激励以产生超声信号，该超声信号穿透内部换能器壳体元件207并传播到管内的流体中。内部换能器壳体元件207构成超声换能器与管中流体之间的谐振窗209。谐振窗确保超声换能器与管内流体之间的声阻抗匹配。作为谐振窗的替代方案，内部换能器壳体可以包括比如金属膜等膜，从而将超声换能器与管内流体隔开。

一个流量表的超声换能器204都布置在管101的同一侧。换能器不直接指向彼此，并且超声信号在管内的传播是基于反射的。通过布置在管内部的反射器来反射信号。此外，换能器相对于管的中心线以非垂直角度倾斜。作为反射器的替代方案，可以通过管的内壁来反射超声信号。作为超声换能器的非垂直角度的替代方案，反射器可以是倾斜的。在管内使用反射器以及超声换能器和反射器的倾斜是本领域公知的。

流量表壳体元件是由聚合物材料或可替代地由复合材料制成的。作为替代方案，流量表壳体或壳体的各部分可以由金属(比如，不锈钢、黄铜或其他合适的金属)制成。

流量表壳体元件可以由聚合物材料制成，该聚合物材料选自但不限于包括以下项的组：聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)和聚醚砜(PSU)。

应注意的是，聚合物材料的特性可以通过在模制过程之前添加某些添加剂来定制，从而影响了比如刚度、密度或声阻抗等材料特性。潜在的添加剂的示例包括比如玻璃纤维等增强材料、比如白垩(碳酸钙，CaCO3)等增加密度的填料、或提高材料的声阻抗的粉状不锈钢。

流量表进一步包括通信接口，用于将表明分流速的测量信号发送到第一控制电路。通信接口是不需要电流连接的感应耦合式通信接口，因此，不需要电线进入流量表壳体即可支持通信接口。通信接口包括在流量表壳体201内部的内部线圈210，该内部线圈被布置成与通信线路302的外部线圈301感应耦合，该外部线圈使流量表200与第一控制电路互连。

通信接口是双向通信接口，并且可以用于传送除分流速以外的其他数据，比如用于控制分流速的测量的配置数据和同步数据。可以通过通信接口传送进一步的流量表的SW更新和一般配置。在简化形式中，通信接口可以是单向通信接口，其中流量表仅将数据发送到第一控制电路。

当流量表发送数据时，通信接口在载波信号上调制数据(比如与分流速有关的数据)以形成调制信号。调制信号从通信线路302的内部线圈210感应耦合到外部线圈301。信号通过通信线路传播到另一个外部线圈301，该外部线圈与另一个流量表和/或第一控制电路的通信接口的内部线圈感应耦合。通信接口接收从外部线圈感应耦合到内部线圈的信号，并且对信号进行解调以提取数据内容。

载波信号的频率为200kHz。可以选择任何适当的载波频率。特别是在32kHz至500KHz范围内的载波频率具有以下优点：可以通过标准微控制器单元来调制信号，同时用于电感耦合的线圈保持相对小，并且微控制器的电流消耗与此同时保持低位。所使用的调制是开关键控(OOK)，但是比如频移键控(FSK)、相移键控(PSK)、幅移键控(ASK)等任何调制方案以及模拟调制方案也可以使用。信号以1200波特的数据速率进行调制，但是可以使用110波特到19200波特或甚至最高100000波特的替代波特率，这取决于载波频率、调制方案和电感耦合电路。

使用起始位和停止位的简单异步通信可以在物理层上使用。包括数据完整性检查的链路层协议被包括在内以确保数据完整性。可以包括传输层协议，以防止在通信链路上丢失数据。可以添加其他协议层以确保数据的真实性和机密性。进一步地，第一控制电路可以执行发现过程以识别连接到通信线路的所有流量表，或者可替代地，将流量表的识别配置到第一控制电路。数据通信协议是技术人员公知的，并且选择那些提供足够服务质量的协议是常规工作。

通过直接与线圈对接或通过一个或多个放大电路和滤波电路进行对接的标准微控制器来产生(调制)和检测(解调)调制信号。可替代地，可以使用专用的通信电路或芯片。

线圈与载波频率匹配，以在感应通信接口的线圈与通信线路之间产生谐振耦合。流量表的内部线圈210被实现在第二控制电路的印刷电路板(PCB)的导电层中。可替代地，线圈可以是绕线线圈，该绕线线圈安装在流量表壳体内部、直接安装在PCB上或连接至PCB。

通信线路302包括多个外部线圈301，这些外部线圈被布置用于与流量表的内部线圈210和/或第一控制电路耦合。

感应通信接口是技术人员公知的，并且几种类型的近场磁感应(NFMI)通信系统可以用于感应通信接口。此类技术的示例包括标准化技术，比如NFC、RFID、IO-Link或如EP1866605、EP 1393281、EP 0131732中公开的专有技术。

作为流量表与第一控制电路之间的感应通信接口的替代方案，使用射频通信的无线通信接口是可以使用的。RF通信可以根据比如无线MBus标准(EN13757-4 2013)、Zigbee、KNX或蓝牙等通信标准或专有通信协议。作为又另一替代方案，通信接口可以是电容耦合式或者是光通信接口。通信接口的本质特征是不需要有电线(即电流)连接到流量表壳体中。

通信链路可以进一步用于在流量表之间或在流量表与第一控制电路之间传递能量，以消除对所有部分中的电池的需求。通过感应接口的能量传递也是公知的，并且在上述感应通信接口的背景下进行了描述。

第一控制电路被布置成从流量表接收表明分流速的所有信号，以根据所接收的分流速来产生表明管中流体的流速的信号。表明流速的信号是基于对所接收到的分流速执行的计算。将流速计算为所有分流速的平均值，以使流速等于平均流速。可以使用更高级的方法或统计方法来执行流速的替代计算。特别地，可以丢弃明显偏离先前或之后的分流速或平均流速的分流速，以减少测得的错误的分流速的影响。

第一控制电路被布置成只要是接收到至少一个分流速，即使没有从一个或多个流量表接收到分流速，也继续进行流量计算。耗量表可以由相关的国家或地区主管部门批准，以基于活动流量表的数量、根据不同的标准、许可或准确度要求来测量消耗量和/或流速。

由单个流量表执行的流量测量可以在随机时间点以其最简单的形式执行。然而，可能会发生由不同流量表进行的测量时间冲突，这可能会干扰测量值。如上所述，可以检测并丢弃这种干扰的测量值。

可选地，为了避免冲突，可以使流量表同步，以避免两个流量表在同一时间点进行测量。第一控制电路控制耗量表的定时，并且包括具有连续运行计时器的计时器单元。第一控制电路向每个流量表发送时间同步信号，其中，第二控制电路接收该时间同步信号，该第二控制电路还包括计时器单元和连续运行计时器。进一步地，第一控制电路将测量时隙分配给每个流量表。测量时隙还通过通信接口传送到每个仪表。设置针对每个流量表的时隙，使得在不同的时间点执行测量，即，没有两个流量表将会在同一时间执行流量测量。

在替代的更简单的方法中，避免了测量冲突，这是因为第一控制电路被布置成在通信接口上发送对测量信号的请求。对于每个流量表单独地提出对测量信号的请求、并且当由所提出的流量表接收到时，开始进行流量测量，并且随后将所得到的表明分流速的信号发送到第一控制电路。

如图1所示，耗量表的第一控制电路布置在仪表壳体105中，该仪表壳体被嵌入或集成在这些流量表壳体中的一个流量表壳体中以成为组合壳体。这样，第一控制电路和流量表成为组合单元。第一控制电路与流量表共享通信接口、电池和其他公共部分，其与流量表集成以成为组合单元。组合单元的第一控制电路与第二控制电路之间的通信不需要耦合到可以通过组合壳体内部的通信线路。组合单元可以共享比如印刷电路板、微控制器、电源单元等另外元件。以此方式，组合单元的第一控制电路和第二控制电路可以成为一个组合电路。

作为替代方案，仪表壳体可以是布置在耗量表上的单独的壳体，或者作为远离耗量表布置的外部元件。然而，要求布置在仪表壳体中的第一控制电路可以访问通信链路。

耗量表可以进一步包括由第一控制电路控制的显示器。显示器可以被集成在仪表壳体中或者是外部显示器。

管由比如无缝/挤压管或焊接管等标准预制管制成。在管的末端焊接凸缘104，并且在管壁中例如通过激光切割来切制换能器孔。可替代地或另外地，管的末端可以被成形/加工或铣削以形成凸缘末端。

标准管可以是但不限于根据EN ISO 1127:1997或ANSI/ASME B 36.19:2004或ASTM A 530:2018或ASTM B677:2016设计和制造的标准管。

该管由金属合金制成，比如黄铜、红黄铜、不锈钢、铸铁或其他合适的合金。

在替代实施例中，管可以由聚合物制成。

套筒107布置在管内部。套筒使管的内径101减小。套筒具有被布置成与管中的换能器孔匹配的孔。换能器壳体207、208延伸到套筒中的孔中。套筒固定内部换能器壳体元件207以防止围绕换能器孔的中心点旋转。在套筒的外表面与管的内表面之间布置密封装置，以使套筒与管之间的空间内的流动最小化。用于反射超声信号的反射器布置在套筒的内表面上。作为替代方案，套筒可以仅在换能器孔之间的段中延伸，在那种情况下，不需要用于换能器壳体的孔。

耗量表可以是任何类型的公用设施仪表，比如用于冷水和/或热水的水表、气表、热量表、供冷表、能量表或智能表。耗量表可以与区域供热、区域供冷和/或分布式供水结合使用。能量表可以包括一个或多个温度传感器，以计算通过管流入和/或流出消耗场所的流体中的热能，由此可以计算能量消耗。

耗量表可以是合法的仪表，即受制于监管需求的仪表。这种法规需求可能是对测量精度的要求。

虽然已经结合特定实施例描述了本发明，但其不应被解释为以任何方式局限于所给出的示例。本发明的范围由所附权利要求书阐述。在权利要求的背景中，术语“包括(comprising)”或“包括(comprises)”不排除其他可能的元素或步骤。此外，提及比如“一个”或“一种”等不应被解释为排除多个。权利要求中关于附图中所指示的元素使用的附图标记也不应被解释为对本发明的范围进行限制。此外，可以可能有利地组合在不同权利要求中提到的各个特征，并且在不同的权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合是不可能和有利的。

Claims (15)

1.一种被布置成对流体的流速进行测量的耗量表，该耗量表包括：

-管(101)，该管具有贯通开口，用于使该流体在入口(102)与出口(103)之间通过；

-多个单个流量表(200)，该多个单个流量表布置在该管(101)处，以产生表明该流体的分流速的信号；以及

-第一控制电路，该第一控制电路包括通信接口，该通信接口被布置用于从该多个流量表(200)中的每一个接收表明该分流速的信号，并且被布置成根据该接收到的分流速来产生表明该流体的流速的信号，

该多个单个流量表中的每一个包括：

-布置在该管(101)处的流量表壳体(201)；

-第一超声换能器和第二超声换能器(204)，该第一超声换能器和该第二超声换能器布置在该流量表壳体(201)中，用于发送和接收传播通过该流体的超声信号；

-第二控制电路，该第二控制电路被布置用于操作该第一超声换能器和该第二超声换能器(204)，并且被布置成相应地产生表明该流体的分流速的信号；以及

-通信接口，该通信接口被布置用于将表明该分流速的信号发送给该第一控制电路，

其中，这些流量表布置在该管的同一纵向段上，或者布置在该管的至少重叠的纵向段上。

2.根据权利要求1所述的耗量表，其中，该流量表壳体(201)是防水和/或密封的外壳。

3.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，其中，该多个单个流量表(200)中的每一个都进一步包括电池。

4.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，其中，该通信接口是非电流耦合式通信接口。

5.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，其中，该通信接口是比如RF通信接口或光通信接口的无线通信接口。

6.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，其中，该通信接口是电感耦合或电容耦合式通信接口。

7.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，进一步包括通信总线，该通信总线使该第一控制电路的通信接口与该多个单个流量表(200)互连。

8.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，其中，这些流量表(200)基本上均匀地分布在该管(101)的圆周上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，其中，该第一控制电路嵌入在这些流量表壳体(201)中的一个流量表壳体中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，其中，该多个单独流量表(200)中的一个的第一控制电路和第二控制电路共享公共通信接口。

11.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，其中，该流量表壳体(201)具有延伸到该管(101)的壁中的换能器孔中的部分。

12.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，其中，该流量表壳体(201)包括主壳体(202)和换能器壳体(203)，其中，该换能器壳体安装在该管的内壁上，并且具有延伸到该管的壁中的换能器孔中的部分，并且该主壳体(202)安装在延伸到该换能器孔中的部分上以构成防水和/或密封的外壳。

13.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，其中，该第一控制电路被布置成经由该通信接口和/或该通信总线来控制这些流量表中的每一个的测量定时，使得这些流量表不会同时进行测量。

14.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，其中，该第一控制电路被布置成通过将至少一个测量时隙通过该通信接口传送给每个流量表而为这些流量表中的每一个分配测量时隙，设置针对每个流量表的测量时隙，使得在不同的时间点进行测量，由此使得这些流量表都不会同时执行流量测量。

15.根据前述权利要求中任一项所述的耗量表，进一步包括显示器，该显示器由该第一控制电路控制以显示消耗数据。

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