CN1243961C - 浓度测量装置、浓度测量接触装置、浓度测量运算装置和浓度测量方法 - Google Patents

浓度测量装置、浓度测量接触装置、浓度测量运算装置和浓度测量方法 Download PDF

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Abstract

一种流动速率测量设备，包括：提供在一流体流径1上的流动速率检测部件2和3；用于测量来自该流动速率检测部件2和3的输出的测量部件10；用于设定该流动速率检测部件2和3的测量周期的周期设定部件9；用于设定该测量部件10的测量分辨率的分辨率设定部件7；流动速率计算部件11，用于基于来自该测量部件10的输出计算流动速率；和用于控制该每一个部件的测量控制部件12。

Description

流动速率测量设备
技术领域
本发明涉及一种流动速率测量设备，用于通过间歇性地驱动超声换能器和/或一热流传感器来测量气体等的流动速率。
背景技术
传统上，在现有技术中已知有使用超声波这一类型的流动速率测量设备，如日本公开出版号9-21667中公开的内容。如图12所示，在传统的流动速率测量设备中，作为流体泵1一部分的超声换能器2和3彼此相对，且超声换能器3沿流动方向在超声换能器2之前。该流动速率测量设备使换能器2沿流向产生一超声波。当换能器3检测到该超声波时，流动速率测量设备使换能器2再次产生该超声波，并重复该操作以测量持续时间。该流动速率测量设备基于持续时间的差值计算流体流动速率。在由电池驱动该传统流动速率测量设备的情况下，如果发射/接收该超声波消耗大量的功率，则电池会在很短的时间周期内被耗尽。因此，为降低功耗，要求根据测量流动速率基于一常数周期或可变周期来间歇性地进行测量操作。具体地，当流动速率为零时，测量周期的时间就长一些。在此情况下，会出乎意料地出现大的流动速率，因此要在常规测量的间歇期间进行探索测量(该探索测量的重复次数小于常规测量的重复次数)以检测意料不到的大流动速率。
然而，不仅在零流动速率的情况下，而且在具有一定流动速率值的情况下，如果测量周期太长，当在测量的间歇期间突然出现一流动速率变化时，该流动速率测量设备往往不能检测到该突变，从而引起测量的差异。
本发明解决了上述问题。本发明的目的是降低功耗并实现高精度的测量。
发明内容
本发明的流动速率测量设备包括：提供在一流体流径上的流动速率检测部件；用于测量来自该流动速率检测部件的输出的测量部件；用于设定该测量部件的测量周期的周期设定部件；用于设定该测量部件的测量分辨率的分辨率设定部件；一流动速率计算部件，用于基于来自该测量部件的输出计算流动速率；和一测量控制部件，用于控制所述每个部件，其中该测量控制部件包括：一常规测量部件，用于在该周期设定部件和分辨率设定部件内设定一预定值，以便基于由该设定所获得的值获得一测量流动速率；和一探索测量部件，用于在该常规测量部件的间歇期间，在该周期设定部件中设定一周期，该周期短于由该常规测量部件设定的周期，以及用于在该分辨率设定部件中设定一粗略的分辨率，以在该常规测量部件的间歇期间，基于由该设定所获得的值估计一流动速率。
使用上述结构，可通过进行探索测量来检测流动速率的变化，于是可降低使用常规测量的频率。由探索测量消耗的功率较小，且无需使用具有其它结构的附加的流动速率检测部件，因此能够降低功耗并实现高精度的测量。
该流动速率检测部件可包括用于发射一超声波信号的第一换能器和用于接收该超声波信号的第二换能器；该测量部件可重复在该第一换能器和第二换能器之间的超声波传播，以便测量该超声波传播的累计时间，该周期设定部件可设定用于该第一换能器和第二换能器的测量起动周期，且该分辨率设定部件可设定重复该超声波传播的次数。
使用上述结构，在探索测量中，可降低重复超声波传播的次数。在此情况下，探索测量的持续时间短于常规测量的持续时间，且该探索测量以非常即时的方式来进行。因此，例如，可检测到由液压的波动引起的脉冲流动速率的起伏，且有可能提高对流动速率变化的测量灵敏度。
所述流动速率测量设备还可包括：一热流传感器，该测量部件可测量该流动速率传感器的热输出，该周期设定部件可设定该流动速率传感器的测量周期，且该分辨率设定部件可设定输入到该流动速率传感器的热量，以便设定该测量部件的测量分辨率。
使用上述结构，在探索测量中，可降低输入到一加热器的热量。进行探索测量使得消耗的热量与进行常规测量情况下消耗的热量相比有所下降，于是有可能提高热流传感器的热线的耐久性和包括该热流传感器的热流动速率测量设备的可靠性。
该常规测量部件可将周期设定部件中的测量周期设定为在测量流动速率降低时持续一段较长的时间。此时，通过进行探索测量，可检测到在常规测量的间歇期间的流动速率变化，尤其是，当流动速率较小时，可将测量周期设定为持续一段较长的时间，以便降低操作频率，从而降低功耗。
该常规测量部件还可将周期设定部件中的该测量周期设定为在估计流动速率降低时持续一段较长的时间。此时，通过进行探索测量，可预测流动速率变化并改变常规测量周期，于是，尤其是当流动速率较小时，可降低功耗，并有可能提高对流动速率变化的测量灵敏度。
该常规测量部件还可在估计流动速率升高时，将分辨率设定部件中的测量分辨率设定为一粗略值。通过进行探索测量可预测流动速率的变化，尤其是，当流动速率较大时，可将测量周期设定为一粗略值，以便降低操作电流。从而降低功耗。
当所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值小于一预定值时，该常规测量部件可将周期设定部件中的测量周期设定为持续一段较长的时间。此时，通过进行探索测量，当流动速率变化较小时，可将测量周期设定为持续一段较长的时间，以便降低操作频率，从而降低功耗。
此外，当所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值小于一预定值时，该常规测量部件将分辨率设定部件中的测量分辨率设定为一粗略值。此时，通过进行探索测量，当流动速率变化较小时，可将测量分辨率设定为一粗略值，以便降低操作电流。从而降低功耗。
当所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值等于或大于一预定值时，该常规测量部件将分辨率设定部件中的测量分辨率设定为一精确值。此时，通过进行探索测量，当流动速率变化较大时，可将测量分辨率设定为一精确值，以便提高对流动速率变化的测量灵敏度。
此外，当所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值等于或大于一预定值时，该常规测量部件将周期设定部件中的测量周期设定得比较短。此时，通过进行探索测量，当流动速率变化较大时，可将测量周期设定得比较短，以便提高对流动速率变化的测量灵敏度。
本发明的流动速率测量设备还可包括一积分部件，用于仅使用测量流动速率来进行一积分处理。在由探索测量获得的流动速率变化较大的情况下，进行常规测量并对该常规测量所获得的值进行积分。由此可获得高精度的积分流动速率。
根据本发明的的流动速率测量设备还包括一积分部件，用于使用所测量的流动速率和所估计的流动速率来进行该积分处理，其中，该所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值等于或大于一预定值。在流动速率变化较大的情况下进行常规测量和积分，并将变化起始点的流动速率反映在一积分值中，由此可使用对流动速率变化的高灵敏度测量获得高精度的积分流动速率。
根据本发明的另一方面，提供一种流动速率测量设备，包括：提供在一流体流径上的流动速率检测部件；用于测量来自该流动速率检测部件的输出的测量部件；用于设定该流动速率检测部件的测量周期的周期设定部件；用于设定该测量部件的测量分辨率的分辨率设定部件；用于重复测量周期的重复部件；流动速率计算部件，用于基于来自该测量部件的输出计算流动速率；和测量控制部件，用于控制上述每一个部件，其中所述测量控制部件包括：常规测量部件，用于在所述分辨率设定部件中设定一预定值，以便基于由该设定获得的值获得一测量的流动速率；和探索测量部件，用于在所述分辨率设定部件中设定一分辨率，该分辨率比由所述常规测量部件设定的分辨率粗略，以便基于由该设定获得的值估计流动速率。
根据本发明的再一个方面，提供一种流动速率测量设备，包括：提供在一流体流径上的流动速率检测部件；用于测量来自该流动速率检测部件的输出的测量部件；用于设定该流动速率检测部件的测量周期的周期设定部件；用于设定该测量部件的测量分辨率的分辨率设定部件；用于重复测量周期的重复部件；流动速率计算部件，用于基于来自该测量部件的输出计算流动速率；和测量控制部件，用于控制上述每一个部件，其中该测量控制部件包括：探索测量部件，用于在所述分辨率设定部件中设定一粗略分辨率，以便基于由该设定获得的值估计流动速率；和常规测量部件，用于在该分辨率设定部件中设定一分辨率，该分辨率比由该探索测量部件设定的分辨率精确，以便基于由该设定获得的值测量一高精度的流动速率。
附图说明
图1为根据本发明例1的流动速率测量设备的方框图。
图2为示出根据本发明例2的流动速率测量设备的性能特征的图形。
图3为示出根据本发明例2的流动速率测量设备的另一性能特征的图形。
图4为根据本发明例3的流动速率测量设备的方框图。
图5为示出根据本发明例3的该流动速率测量设备的操作的时间图。
图6为示出根据本发明例4的一流动速率测量设备的操作的时间图。
图7为示出根据本发明例5的一流动速率测量设备的操作的时间图。
图8A为示出由根据本发明例5的流动速率测量设备测量的流动速率随时间变化的特征图。
图8B为示出使用根据本发明例5的流动速率测量设备中的积分部件，积分从上一次测量的结尾到当前测量期间的流动速率的方法的特征图。
图8C为示出使用根据本发明例5的流动速率测量设备中的积分部件，积分从当前测量到下一测量的结尾期间的流动速率的方法的特征图。
图8D为示出使用根据本发明例5的流动速率测量设备中的积分部件，通过确定在两个连续测量定时处获得的测量值之间的线性粗略来积分流动速率的方法的特征图。
图9A为示出根据本发明例6的流动速率测量设备的流动速率随时间变化的特征图。
图9B为示出使用根据本发明例6的流动速率测量设备中的积分部件，积分从上一次测量的结尾到当前测量期间的流动速率的方法的特征图。
图9C为示出使用根据本发明例6的流动速率测量设备中的积分部件，积分从当前测量到下一测量的结尾期间的流动速率的方法的特征图。
图9D为示出使用根据本发明例6的流动速率测量设备中的积分部件，通过确定在两个连续测量定时处获得的测量值之间的线性粗略来积分流动速率的方法的特征图。
图10为根据本发明例7的一流动速率测量设备的方框图。
图11为根据本发明例7的流动速率测量设备的流动速率传感器的方框图。
图12为一传统的流动速率测量设备的方框图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的几个例子。
(例1)
图1为根据本发明例1的一流动速率测量设备的方框图。在图1中，沿流体流径1的流向设置有一用于发射超声波的第一换能器2和接收该超声波的第二换能器3。在图1中，参考标号4表示第一换能器2的发射电路；参考标号5表示一接收电路，用于对由该第二换能器3接收的超声波进行信号处理；参考标号6表示一重复部件，用于在接收电路5检测到该超声波后，引起该第一换能器2多次重复地发射和第二换能器3多次重复地接收；参考标号7表示一分辨率设定部件，用于设定由该重复部件6引起的发射和接收的重复次数，即，测量分辨率；参考标号8表示一触发部件，用于给出开始间歇性测量的指令；参考标号9表示一周期设定部件，用于设定该触发部件8的输出周期；参考标号10表示一测量部件，用于测量由重复部件引起的执行多次的超声传播的持续时间；参考标号11表示一流动速率测量部件，用于从由该测量部件10获得的一测量值来确定一流动速率。参考标号12表示一测量控制部件，用于控制由参考标号2-11表示的每个元件，其包括一常规测量部件13和一探索测量部件14。该常规测量部件13和探索测量部件14通过根据如下所述的常规测量和探索测量方法设定该分辨率设定部件7和周期设定部件9中的数值，来控制测量操作。参考标号15表示一积分部件，用于通过积分由流动速率计算部件11所确定的流动速率值来获得一积分流动速率。
现在描述根据本发明例1的流动速率测量设备的操作和效能。每次经过由该周期设定部件9设定的一段时间后，触发部件都会通过重复部件6向发射电路4输出一测量起始触发信号。由换能器2发射的超声波信号，响应于从该发射电路4发出的脉冲信号，传播穿过一流体流。由第二换能器3接收该超声波信号，接着由接收电路5对其进行检测。其后，发射电路4再发射一脉冲信号。该脉冲信号通过接收电路5发射到重复部件6。重复部件6重复此循环，其重复此循环的次数由分辨率设定部件7预先设定。测量部件10测量周期重复的持续时间。当静止流体中的声速为c而流体流速为v时，超声波沿正向流动的传播速度可表示为(c+v)。换能器3和4之间的距离、由超声波传播轴线和流体泵(流体流径1)的中心轴线所形成的夹角θ以及超声波从第一换能器传播到第二换能器所需的时间t之间的关系可表示为：
t＝L/(c+v cosθ)......(1)
这里，t值是一个相对较小的值，因此很难从一次操作中获得足够的分辨率来测量超声波的传播。因此，使用多次重复发射和接收以获得一平均值的方法。在根据测量部件10的测量分辨率适当地重复接收和发射n次的情况下，可读取一测量值T，由(2)式表示：
T＝n×L/(c+v cosθ)......(2)
表达式(2)可转换为下式：
v＝(n×L/T-c)/cosθ)......(3)
使得如果L和θ为已知值，则可通过测量T值来确定流速v。由该流速，当横截面积为S且校正系数为K时，流动速率Q可表示为：
Q＝KSv......(4)
可通过增加重复的次数n来改进对流动速率Q的分辨率，这一点可由表达式(3)和(4)看出。流动速率计算部件11使用由测量部件10获得的测量值T来完成由表达式(3)和(4)表示的计算处理，以便确定在该采样时刻的流动速率。每次经过由周期设定部件9设定且存储在该部件9中的一段时间经过ta(sec)后，对上述顺序操作重复na次，所述顺序操作以触发部件8的触发输出开始，以流动速率计算部件11的计算处理结束，重复次数n由分辨率设定部件7根据常规测量部件13的指令来设定且存储在该分辨率设定部件7中。该操作所获得的流动速率称之为测量流动速率。在由周期设定部件9设定的周期ta结束之前，由探索测量部件14获得一粗略流动速率。该所获得的流动速率被称之为估计流动速率。获得该估计流动速率的过程基本与由常规测量部件13执行的过程相同，除了发射和接收重复不同的周期以及使用不同的测量周期之外。进行探索测量的目的是估计在常规测量部件的间歇期间的流动速率，因此必须在一短于常规测量所需的周期内执行该探索测量，并在精度仅有略微降低的情况下降低功耗。随着重复周期次数的增加，功耗也会增加。因此，可使探索测量的重复次数低于常规测量所需的重复次数。周期设定部件9设定用于该探索测量的周期tb并在其中存储该周期。触发部件8以常规测量时刻的触发输出开始，其在每经过一个周期tb(＜ta)后输出一触发信号。该分辨率设定部件7设定用于探索测量的重复发射/接收的次数nb(＜na)，并将该数字存储于其中。当发射和接收重复nb次之后，流动速率计算部件11基于由测量部件10获得的一测量结果获得一估计流动速率。
如上所述，可通过进行探索测量来检测流动速率的变化，由此降低使用常规测量的频率。探索测量所消耗的电功率较小，且没有必要使用具有其它结构的附加的流动速率检测部件，以便降低功耗并实现高精度测量。
进行探索测量可使得重复次数相对于进行常规测量时的情况有所降低，因此探索测量的持续时间短于常规测量的持续时间，所述探索测量以非常即时的方式完成。因此，例如，可检测到由流压波动引起的脉冲流动速率的起伏，且有可能提高对流动速率变化的测量精确度。
(例2)
图2为示出根据本发明例2的流动速率测量设备的操作的性能特征的图。图3为示出该同一流动速率测量设备的另一性能特征的图。根据本发明例2的流动速率测量设备的操作与图1所示的流动速率测量设备的操作的大体相同，因此这里省略对该相同部分的描述。例2的流动速率测量设备操作与例1的流动速率测量设备操作的不同之处在于例2的测量控制部件12根据由常规测量部件13测量的流动速率改变该常规测量部件13的操作周期和分辨率。
参考图1、2、3，以下将描述例2的流动速率测量设备的操作和效果。常规测量部件13根据当前流动速率或最近几次测量的平均流动速率改变常规测量周期，当前流动速率即由常规测量部件13在最近一次测量期间所获得的测量流动速率，最近几次测量的平均流动速率即由该常规测量部件13所获得的测量流动速率的平均值。如图2所示，当由常规测量部件13获得的流动速率降低时，该常规测量部件13的测量周期会持续一段较长的时间。即在流动速率的绝对值较小的区域，即使流动速率出现微小的差异，该差异也不会影响整个的积分流动速率。在这种情况下，即使当流动速率非常小且常规测量的周期被延长时，也可通过探索测量部件14安全地探索到该常规测量的间歇期间的流动速率变化。因此，与不进行探索测量的情况相比，可将该常规测量周期设定为持续一段较长的时间。
如上所述，通过进行探索测量，可检测到常规测量的间歇期间的流动速率变化，尤其是，当流动速率较小时，可设定测量周期以持续一段较长的时间，以便降低操作频率，从而降低功耗。
可根据由探索测量部件14获得的估计流动速率改变常规测量部件13的测量周期。在这种情况下，可基于该估计流动速率预先确定后续流动速率测量所需的测量周期。因此，即使在流动速率非常小且常规测量周期长的情况下，当在常规测量部件14的间歇期间流动速率较大时，可立即缩短常规测量周期，由此可更加安全地检测到流动速率的变化。
如上所述，通过进行探索测量，可预测常规测量部件间歇期间的流动速率变化，并可该变常规测量周期，因此，尤其是当流动速率较小时，可降低功耗并有可能提高对流动速率改变的测量精确度。
在例2中，测量周期是逐渐改变的，但测量周期的改变可能为一连续函数，如线性函数或一逆变化。
当由探索测量部件14获得的估计流动速率增加时，可由一确定部件16(图4)将重复次数设定为小于图3所示的次数，即将用于常规测量的测量分辨率设定为一粗略值。在一家用的煤气表中，最大值大约为最小值的一千倍的流动速率范围所需的精度高达±1至3％。所需的分辨率根据流动速率而有所不同，且随着流动速率的降低要求更精确的分辨率。于是，基于由探索测量部件14测量的估计流动速率来预测所需的分辨率，且常规测量的测量分辨率被设定为随着流动速率的降低越来越粗略。
如上所述，通过进行探索测量，可预测流动速率的变化，且尤其是当流动速率较大时，可将测量分辨率设定为一粗略值且降低操作电流，从而降低功耗。
在例2中，测量分辨率是逐渐改变的，但是该测量分辨率的变化可以为一连续函数，如线性函数或一逆变化。
(例3)
图4为根据本发明例3的流动速率测量设备的方框图。图5为示出例3的流动速率测量设备的操作的时间图。
在图4中，与图1中类似的元件由相同的参考标号来表示，因此这里省略对其的详细描述，以下描述着重于与图1所示不同的元件。图4不同于图1之处在于图4的测量控制部件12包括确定部件16，其基于由探索测量部件14获得的估计流动速率和由常规测量部件13获得的测量流动速率之间的差值来确定常规测量部件13的测量周期。
参考图4和图5，现在描述例3的流动速率测量设备的操作和效果。常规测量部件13可将测量周期设定为ti秒，并根据情况来改变该周期，该周期的初始值为2ti秒。探索测量部件14在常规测量部件13的间歇期间将探索测量周期设定为ti秒。下面，描述确定常规测量部件13的测量周期的方法。在图5中，时刻t1和t2代表常规测量部件13的测量定时。在t1和t2时刻所测得的流动速率值分别为Q1和Q2。时刻t11、t12、t13和t14代表探索测量部件的测量定时。该周期持续ti秒，在t11、t12、t13和t14时刻所测量的估计流动速率值分别为Q11、Q12、Q13和Q14。
首先，在时刻t1，确定部件16存储由常规测量所获得的流动速率Q1。尽管下一次常规测量的定时为t12，其距时刻t1为2ti秒，然而在下一次常规测量之前，在距时刻t1的时间为ti秒的t11时刻进行探索测量，从而获得一估计流动速率Q11此时，确定部件16使用下式从最近一次的流动速率Q1和估计流动速率Q11获得一流动速率变化值Δ(绝对值)：
Δ＝|Q11-Q1|/Q1......(5)
由于该变化量的绝对值小于一预定的变化量m，因此不认为有大的流动速率变化，所以取消最初定于t12时刻的常规测量，并将其重定于时刻t13处。ti秒之后，在t12时刻，再一次进行探索测量。基于由该探索测量获得的探索流动速率Q12和以类似方式在t11时刻获得的探索流动速率Q1之间的变化量来进行流动速率的确定。在该情况下，流动速率变化量还是小，于是将定于t13时刻的常规测量延迟至t14时刻。之后，重复同样的确定操作，如果流动速率变化小，则继续延迟测量周期。如果确定在t14时刻，探索流动速率Q14的变化量关于测量流动速率Q1来说比较大，则在ti秒之后的时刻t2进行常规测量。
如上所述，当通过进行探索测量确定流动速率变化小时，就将测量周期设定为持续一段较长的时间，从而降低操作频率，由此降低功耗。
在例3中，尽管是基于流动速率的变化率来确定是否缩短常规测量周期，当然，也可基于一绝对量值来进行确定。该确定值在不同的流动速率中可不同。
(例4)
图6为示出根据本发明例4的流动速率测量设备的操作的时间图。
参考图4和图6，现在描述例4的流动速率测量设备的操作和效果。图4中，与图3中类似的元件由相同的参考标号来表示，因此这里省略对其的详细描述，以下描述着重于与图3所示不同的元件。确定部件16基于由探索测量部件14获得的估计流动速率和由常规测量部件13获得的测量流动速率之间的差值来改变常规测量部件13的测量分辨率。常规测量部件13可通过单个重复来设定重复测量的次数，即测量的分辨率，并可根据情况改变重复测量的次数，这里，重复次数的初始值被设定为m。测量周期固定为2ti秒。探索测量部件14将在常规测量部件13的间歇期间的重复探索测量的次数设定为m/20，并设定探索测量的周期为ti秒。
参考图6，现在描述确定常规测量部件的测量周期的方法。首先，在t1时刻，由常规测量获得流动速率Q1。尽管下一常规测量的定时为t2，其距时刻t1的时间为2ti秒，然而在下一常规测量前，在时刻t11进行探索测量，从而获得一粗略流动速率Q11，该时刻t11具时刻t1的时间为ti秒。此时，确定部件16根据表达式(5)由Q1和Q11确定流动速率的变化值。当流动速率变化的绝对值小于一预定值时，不认为有大的流动速率变化，则将t2时刻常规测量的重复次数重设为m/2，于是该常规测量的分辨率被重新设定为降低了一半。在时刻t2进行该常规测量的重复次数为m/2，以便获得流动速率Q2，该时刻距t11为ti秒。ti秒之后，在t21时刻进行探索测量。流动速率的确定基于由该探索测量获得的探索流动速率Q21和以类似方式在时刻t11获得的探索流动速率Q2之间的变化量来完成。在此情况下，流动速率变化还是小，于是将定在t3时刻的下一常规测量的重复次数设定为m/4。之后，重复类似的确定操作，且如果流动速率变化较小，则降低常规测量的重复次数。当然，应基于流动速率的特定范围来确定一所需的分辨率。在接近当前流动速率时所需的最低分辨率为m/4的情况下，即使流动速率变化值在t4或更迟的时刻较小，也不必降低重复的次数。由于t41时刻的估计流动速率Q41的变化相对于t4时刻的流动速率Q4来说较大，则在下一时刻t5将重复测量的次数重新设定为初始值m。当出现流动速率变化时，测量分辨率被进一步设定得更加精确，由此增加对流动速率变化的测量灵敏度。
如上所述，在由探索测量获得的流动速率变化较小的情况下，通过将测量分辨率设定为一粗略值，可降低操作电流，由此降低功耗。
此外，在由探索测量获得的流动速率变化较大的情况下，将测量分辨率设定为一精确值，由此增加对流动速率变化的测量灵敏度。
在例4中，尽管对流动速率变化的确定是基于流动速率的变化率获得的，当然，也可基于一绝对量来进行确定。该确定值在不同的流动速率中可不同。
(例5)
图7所示为根据本发明例5的流动速率测量设备的操作的时间图。图8A-8D的每一个示出了积分部件的操作特性。参考图4、7和8A-8D描述例5的流动速率测量设备的操作和效果。在图4中，例5的流动速率操作设备中的与例3和例4中类似的功能元件使用与其同样的参考标号，因此这里省略对其的详细描述，以下描述将着重于不同于例3和例4中的功能元件。当由探索测量部件14获得的估计流动速率的变化达到这样一个程度，即超过由常规测量部件13获得的测量流动速率一预定值或超过量大于该预定值时，确定部件16缩短在周期设定部件9中设定的常规测量周期，且积分部件15使用一由该常规测量部件13获得的测量流动速率获得一流动速率积分值。
在图7中，时刻t1和t2代表常规测量部件13进行测量的时刻。该常规测量周期持续T秒，在t1和t2时刻的测量流动速率值分别为Q1和Q2。时刻t11、t12、t13和t21和t31为探索测量部件的测量定时，测量周期为T/4秒且在t11、t12、t13和t21和t31时刻所测量的估计流动速率值分别为Q11、Q12、Q13和Q21和Q31。确定部件16存储t1时刻的流动速率值Q1，然后根据表达式(5)获得流动速率Q1和分别在t11、t12、t13时刻获得的估计流动速率Q11、Q12、Q13之间的变化量。在此情况下，由于所获得的任意一个变化量的值均较小，因此在距t1时刻T秒的t2时刻执行下一次常规测量。在t2时刻，确定部件16以与在t1时刻类似的方式存储测量流动速率Q2，且在t21时刻，该确定部件获得估计流动速率Q21关于Q2的变化量。由于所获得的变化量的值超过预定值m，因此不在原定的常规测量时刻，即距时刻t2为T秒的t3’时刻，而是在时刻t3’之前的时刻t3进行该常规测量。获得t3’时刻的流动速率后，根据图2中所示的特征确定设定在周期设定部件9中的标准常规测量的周期。在图7中，常规测量周期被重新设定为T/2秒，且在t3’时刻进行下一次常规测量。尽管在图5中已经进行了描述，参考图7，该标准常规测量周期可根据测量流动速率进行变化，即使不管测量流动速率的大小将该标准常规测量周期固定为一常量(T秒)，下一次测量的定时仍迟于t3’时刻。即使在该情况下，仍是每T/4秒进行一次探索测量，因此，如果t31时刻的流动速率变化较大，仍可能将周期缩短为短于T秒。
如上所述，在由探索测量获得的流动速率变化较大的情况下，通过设定一短的测量周期，可提高对流动速率变化的测量灵敏度。
在例5中，尽管是基于流动速率变化率来确定流动速率的变化，当然，也可基于一绝对量来进行确定。该确定值在不同的流动速率中可不同。
以下描述积分部件16的积分操作。作为用于执行间歇性操作的流动速率计中的积分方法的代表性例子，提供了以下三种情况：
(a)一周期中紧邻暂停之前的流动速率为连续的情况(图8B；图8A中时刻t1和t2之间的流动速率被看作Q1的情况)；
(b)一周期中一暂停之后的流动速率为连续的情况(图8C；图8A中时刻t1和t2之间的流动速率被看作Q2的情况)；
(c)一周期中一暂停前后的流动速率线性变化的情况(图8D；图8A中认为具有流动速率变化的情况，该流动速率变化由在时刻t1和t2之间从Q1延伸到Q2的直线表示)；
参考图8B-8D来描述积分的方法。在上述的每种情况中，在未进行探索测量时，将执行周期为T秒的测量所获得的流动速率和执行周期为T/4的探索测量所获得的流动速率进行比较。在所有的情况下，都不对由探索测量所获得的估计流动速率进行积分。在图8B-8D的每个图中，由实线包围的区域代表进行探索测量时的积分流动速率，由虚线所包围的区域代表不进行探索测量时的积分流动速率。比较图8A中所示的流动速率波形和图8B-8D中所示的流动速率波形，在图8B-8D所示的所有情况下，代表进行探索测量情况的流动速率波形比代表不进行探索测量的情况的波形更为精确地反映在进行流动速率变化检测的时刻t12附近的流动速率。于是，当根据本发明进行探索测量时，可获得更精确的积分流动速率。在该实施例中，用于积分的所有的流动速率值都是高精度的，因为它们是由常规测量部件13获得的，从而它们也是可靠的。
如上所述，在通过探索测量获得的流动速率变化较大的情况下，通过积分由常规测量所获得的积分值，可获得高精度的积分流动速率。(例6)
图9A-9D的每一个示出了根据本发明例6的积分部件的操作特征。
例6与例5的不同之处在于例6的积分部件16使用由常规测量部件14获得的测量流动速率和检测一预定流动速率变化时获得的估计流动速率来获得一流动速率积分值。
在例6和例5中，同样参考标号代表的元件的结构相同，因此这里省略对其的描述。以与例5中类似的方式，将参考图9A-9D，考虑三种情况(a)-(c)来描述该积分方法。例6不同于例5之处在于将检测流动速率变化时在t21时刻的估计流动速率Q21反映在该流动速率积分中。
在9B-9D的每个图中，由实线包围的区域代表进行探索测量时的积分流动速率，由虚线所包围的区域代表不进行探索测量时的积分流动速率。比较图9A中所示的流动速率波形和图9B-9D中所示的流动速率波形，在图9B-9D所示的所有情况下，代表进行探索测量情况的流动速率波形比代表不进行探索测量情况的波形更为精确反映出在进行流动速率变化检测的时刻t21附近的流动速率。于是，当根据本发明进行探索测量时，可获得更精确的积分流动速率。可更加精确地表示时刻t1附近的流动速率变化，从而提高对流动速率变化的测量灵敏度。
如上所述，在由探索测量获得的流动速率变化较大时，通过进行常规测量和积分，可将变化起始点处的估计流动速率反映在一积分值中，于是可通过对流动速率变化具有高灵敏度的测量方法来获得高精度的积分流动速率。
尽管例1-6描述了气体流动速率测量方法，可以理解在液体流动速率测量设备中可具有同样的效果。
(例7)
图10为根据本发明例7的流动速率测量设备的方框图。图11为根据例7的流动速率测量设备的流动速率传感器的方框图。在图10中，参考标号21表示一流动速率传感器；参考标号22表示用于控制该流动速率传感器的电源的电源控制部件；参考标号7表示用于设定热量，即输入流动速率传感器21中的电流的分辨率设定部件；参考标号8表示一触发部件，用于给出开始间歇性测量的指令；参考标号9表示一周期设定部件，用于设定该触发部件8的输出周期；参考标号10表示一测量部件，用于测量来自流动速率传感器21的输出；参考标号11表示一流动速率计算部件，用于从由该测量部件10获得的一测量值获得一流动速率。参考标号12表示一测量控制部件，用于控制由参考标号2-11表示的每个部件，其包括一常规测量部件13和一探索测量部件14。该常规测量部件13和探索测量部件14通过根据如下所述的常规测量和探索测量方法设定该分辨率设定部件7和周期设定部件9中的数值，来控制测量操作。参考标号15表示一积分部件，用于通过积分由流动速率计算部件11所确定的流动速率值来获得一积分流动速率。
现在参考图11来描述流动速率传感器21的结构。流动速率传感器21包括第一温度传感器24和第二温度传感器25，其分别被提供在一加热器23的上游侧和下游侧，该加热器23被提供在一流体流径中。测量部件10测量由流体流动引起的第一温度传感器24和第二温度传感器25之间的温度差。
现在描述根据例7的流动速率测量设备的操作和效果。因为加热器要消耗大量的功率，所以通常以间歇的方式驱动热流动速率计。每次经过由周期设定部件9设定的一段时间后，触发部件8都会向电源控制部件22输出一个测量起始触发信号，且与此同时，分辨率设定部件7设定输入到加热器23中的热量。电源控制部件22控制电压或电流以便向该加热器23提供一热量，该热量的大小由分辨率设定部件7设定。当提供给加热器23的热量为一常量时，在流动速率较小的一个范围内，温度差值T正比于质量流动速率。当流动速率不变时，通过增加提供给加热器23的热量，可提高温度差，从而提高流动速率测量的分辨率。流动速率计算部件11通过将由测量部件10测量的温度差值T乘以用于输入热量的系数，且进一步通过将结果值乘以一比例常数来获得一瞬时流动速率值。常规测量部件13通过每次经过由周期设定部件9设定并存储在其内的一段时间ta(sec)后，向加热器23输入一设定并存储在分辨率设定部件7中的热量Pa，使上述的顺序操作得以执行，该顺序操作以触发器部件8的触发输出开始，以流动速率计算部件11的计算处理结束。该操作获得的流动速率称之为测量流动速率。在由周期设定部件9设定的周期ta结束之前，由探索测量部件14获得一粗略流动速率。该所获得的流动速率称之为估计流动速率。获得该估计流动速率的步骤除了输入到加热器23中的热量外，其它都基本与由常规测量部件13执行的步骤相同。进行探索测量是用于估计在常规测量部件的间歇期间的流动速率，因此必须在一短于常规测量所需的周期内执行该探索测量，并在精确度仅略微降低的情况下降低功耗。随着输入热量的增加，功耗也会增加。于是，进行探索测量时应使得输入到加热器23的热量少于进行常规测量时输入到加热器23的热量。周期设定部件9设定用于该探索测量的周期tb并存储该周期。以常规测量时刻的触发输出开始，触发部件8在每次该周期tb(＜ta)结束时，输出一触发信号。分辨率设定部件7设定待输入的用于探索测量的热量Pb(＜Pa)并存储该量。该热量被输入到加热器后，流动速率测量部件11基于由测量部件10获得的测量结果获得一估计流动速率。
以与上述超声波流动速率计中类似的方式，探索测量所消耗的电功率较小且无需使用具有其它结构的附加的流动速率检测部件，从而可降低功耗实现高精度的测量。
进行探索测量使得输入到加热器的热量与进行常规测量的情况相比得到降低，从而由探索测量消耗的电功率小于由常规测量消耗的电功率。于是，有可能提高加热器的耐久性和包括该加热器的热流动速率测量设备的可靠性。
从以上描述很明显，本发明的流动速率测量设备具有以下的效能。
本发明的流动速率测量设备包括一探索测量部件，用于使用一与常规测量部件相比更粗略的分辨率获得一较短周期内的估计流动速率。可通过进行该探索测量来检测流动速率的变化，由此降低使用常规测量的频率。探索测量所使用的功率较小且无需使用具有其它结构的附加流动速率检测部件，从而可降低功耗并实现高精度的测量。
本发明的流动速率测量设备包括一探索测量部件，用于获得在与常规测量部件的周期相比更短的周期内的估计流动速率。此外，探索测量的重复次数少于常规测量的重复次数。在此情况下，探索测量的持续时间短于常规测量的持续时间，且该探索测量以非常即时的方式进行。因此，例如，可检测到由流力波动引起的脉冲流动速率的起伏，且有可能提高对流动速率变化的测量精确度。
在热流传感器被用作一流动速率检测部件时，进行探索测量可使得所消耗的热量与进行常规测量情况下消耗的热量相比有所下降，于是有可能提高热流传感器的热线的耐久性和包括该热流传感器的热流动速率测量设备的可靠性。
当测量流动速率降低时，常规测量部件可将周期设定部件中的测量周期设定为持续一段较长的时间。此时，通过进行探索测量，可检测到常规测量的间歇期间的流动速率变化，尤其是当流动速率较小时，可将测量周期设定为持续一段较长的时间，由此降低操作频率，从而使功耗得到降低。
当估计流动速率降低时，常规测量部件可将周期设定部件中的测量周期设定为持续一段较长的时间。此时，通过进行探索测量，可预测流动速率的变化并改变常规测量周期，因此，尤其是当流动速率较小时，可降低功耗并有可能提高对流动速率变化的测量灵敏度。
当估计流动速率升高时，常规测量部件可将分辨率设定部件中的测量分辨率设定为一粗略值。可通过进行探索测量来预测流动速率的变化。尤其是当流动速率变化较大时，将测量分辨率设定为一粗略值，由此降低了操作电流。从而使功耗得到降低。
当所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值小于一预定值时，常规测量部件可将周期设定部件中的测量周期设定为持续一段较长的时间。此时，通过进行探索测量，当流动速率变化较小时，可将测量周期设定为持续一段较长的时间，由此降低了操作频率，从而使功耗得到降低。
此外，当所测量的流动速率和所估计的流动速率之差小于一预定值时，常规测量部件可将分辨率设定部件中的测量分辨率设定为一粗略值。此时，通过进行探索测量，当流动速率变化较小时，可将测量分辨率设定为一粗略值，由此降低了操作电流。从而使功耗得到降低。
当所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值等于或大于一预定值时，常规测量部件可将分辨率设定部件中的测量分辨率设定为一精确值。此时，通过进行探索测量，当流动速率变化较大时，可将测量分辨率设定为一精确值，由此提高对流动速率变化的测量灵敏度。
此外，当所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值等于或大于一预定值时，常规测量部件可将周期设定部件中的测量周期设定得较短。此时，通过进行探索测量，当流动速率变化较大时，可将测量周期设定得较短，由此提高对流动速率变化的测量灵敏度。
本发明的流动速率测量设备还包括一积分部件，用于仅使用该测量流动速率来执行一积分处理。在由该探索测量获得的流动速率变化较大的情况下，执行流动速率测量并对由常规测量获得的值进行积分。由此可获得该精度的积分流动速率。
本发明的流动速率测量设备还包括一积分部件，用于使用所测量的流动速率和所估计的流动速率来执行一积分处理，其中该所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值等于或大于一预定值。在流动速率变化较大时，进行常规测量和积分，且将变化起点处的估计流动速率反映在一积分值中，由此可使用对流动速率变化的高的测量灵敏度获得高精度的积分流动速率。

Claims (14)

1.一种流动速率测量设备，包括：
提供在一流体流径上的流动速率检测部件；
用于测量来自该流动速率检测部件的输出的测量部件；
用于设定该流动速率检测部件的测量周期的周期设定部件；
用于设定该测量部件的测量分辨率的分辨率设定部件；
用于重复测量周期的重复部件；
流动速率计算部件，用于基于来自该测量部件的输出计算流动速率；和
测量控制部件，用于控制上述每一个部件，
其中所述测量控制部件包括：
常规测量部件，用于在该周期设定部件和分辨率设定部件中设定一预定值，以便基于由该设定获得的值获得一测量流动速率；和
探索测量部件，用于在该周期设定部件中设定一周期，该周期短于由该常规测量部件设定的周期；以及用于在该分辨率设定部件中设定一粗略分辨率，以便基于由该设定获得的值估计一流动速率；
以及其中该测量控制部件根据由搜索测量部件获得的估计的流动速率，确定该常规测量部件的测量周期和测量分辨率。
2.根据权利要求1的流动速率测量设备，其中：
所述流动速率检测部件包括用于发射一超声波信号的第一换能器和用于接收该超声波信号的第二换能器；
所述重复部件重复该第一换能器和第二换能器之间的超声波传播，以便测量该超声波传播的累计时间；
所述周期设定部件设定用于该第一换能器和第二换能器的测量起动周期；且
所述分辨率设定部件设定重复该超声波传播的次数。
3.根据权利要求1的流动速率测量设备，其中：
所述流动速率检测部件包括一热流传感器；
所述测量部件测量该热流传感器的热输出；
所述周期设定部件设定该热流传感器的测量周期；且
所述分辨率设定部件设定输入到该热流传感器的热量，以便设定该测量部件的测量分辨率。
4.根据权利要求1的流动速率测量设备，其中，所述常规测量部件在测量流动速率降低时将周期设定部件中的测量周期设定为持续一段较长的时间。
5.根据权利要求1的流动速率测量设备，其中，所述常规测量部件在所估计的流动速率降低时将周期设定部件中的测量周期设定为持续一段较长的时间。
6.根据权利要求1的流动速率测量设备，其中，所述常规测量部件在所估计的流动速率升高时将分辨率设定部件中的测量分辨率设定为一粗略值。
7.根据权利要求1的流动速率测量设备，其中，当所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值小于一预定值时，所述常规测量部件将周期设定部件中的测量周期设定为持续一段较长的时间。
8.根据权利要求1的流动速率测量设备，其中，当所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值小于一预定值时，所述常规测量部件将分辨率设定部件中的测量分辨率设定为一粗略值。
9.根据权利要求1的流动速率测量设备，其中，当所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值等于或大于一预定值时，所述常规测量部件将分辨率设定部件中的测量分辨率设定为一精确值。
10.根据权利要求1的流动速率测量设备，其中，当所测量的流动速率和所估计的流动速率的差值等于或大于一预定值时，所述常规测量部件将周期设定部件中的测量周期设定得比较短。
11.根据权利要求10的流动速率测量设备，还包括一积分部件，用于仅使用所述测量流动速率进行积分处理。
12.根据权利要求10的一种流动速率测量设备，还包括一积分部件，用于使用所述测量流动速率和一估计流动速率进行积分处理，其中，该所测量的流动速率和所估计的流动速率之间的差值等于或大于一预定值。
13.一种流动速率测量设备，包括：
提供在一流体流径上的流动速率检测部件；
用于测量来自该流动速率检测部件的输出的测量部件；
用于设定该流动速率检测部件的测量周期的周期设定部件；
用于设定该测量部件的测量分辨率的分辨率设定部件；
用于重复测量周期的重复部件；
流动速率计算部件，用于基于来自该测量部件的输出计算流动速率；和
测量控制部件，用于控制上述每一个部件，
其中所述测量控制部件包括：
常规测量部件，用于在所述分辨率设定部件中设定一预定值，以便基于由该设定获得的值获得一测量的流动速率；和
探索测量部件，用于在所述分辨率设定部件中设定一分辨率，该分辨率比由所述常规测量部件设定的分辨率粗略，以便基于由该设定获得的值估计流动速率。
14.一种流动速率测量设备，包括：
提供在一流体流径上的流动速率检测部件；
用于测量来自该流动速率检测部件的输出的测量部件；
用于设定该流动速率检测部件的测量周期的周期设定部件；
用于设定该测量部件的测量分辨率的分辨率设定部件；
用于重复测量周期的重复部件；
流动速率计算部件，用于基于来自该测量部件的输出计算流动速率；和
测量控制部件，用于控制上述每一个部件，
其中该测量控制部件包括：
探索测量部件，用于在所述分辨率设定部件中设定一粗略分辨率，以便基于由该设定获得的值估计流动速率；和
常规测量部件，用于在该分辨率设定部件中设定一分辨率，该分辨率比由该探索测量部件设定的分辨率精确，以便基于由该设定获得的值测量一高精度的流动速率。
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