CN1474164A - 流量计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明的流量计量装置根据超声波沿流体管路的的传播时间来计量流体管路中流过的流体流量，将接收到的超声波信号与基准电压进行比较而检测出超声波的到达时刻。电压设定单元根据使基准电压变化时对从超声波开始发射到判断装置的输出为止的超声波在流体管路的传播时间进行计时的传播计时单元的输出确定合适的基准电压。从而使基准电压能够又快又准地设定好，流量计量装置总是能在最合适的基准电压上对流量进行计量。

Description

流量计量装置

技术领域

本发明涉及利用超声波对煤气等流体的流量进行计量的流量计量装置。

背景技术

现有的流量计量装置如图20中所示。在煤气等流体流经的流路31上设置有用于发射/接收超声波的第1超声波振荡器32及第2超声波振荡器33。切换装置34用于切换第1超声波振荡器32和第2超声波振荡器33的超声波发射/接收操作。发送装置35驱动第1超声波振荡器32或第2超声波振荡器33发射出超声波。放大装置36将从接收超声波的超声波振荡器经切换装置34送来的信号放大到规定的振幅。基准比较装置37将由放大装置36放大后输出的接收信号电压与一个基准电压相比较。判断装置38如图21中所示在基准比较装置37中接收信号超过基准电压后的最初的过零点Ta上送出输出信号D。重复装置39对来自判断装置38的信号D进行计数，在计满预先设定的次数后将信号D输出至控制装置42。计时装置40对重复装置39完成对信号D进行预先设定的上述次数的计数所花的时间进行计时。流量计算装置41根据计时装置40计得的时间计算出流体的流量。控制装置42根据流量计算装置41计算出的流量输出和来自重复装置39的信号对发送装置35进行控制。

下面描述该计量装置的工作情况。首先，控制装置42使发送装置35和切换装置34工作，使第1超声波振荡器32发射出超声波。该超声波在流体中传播，并由第2超声波振荡器33加以接收，由放大装置36进行放大。基准比较装置37在放大装置36的输出大于基准电压的时间点上输出下降信号C。判断装置38在放大装置36的输出大于基准电压后的最初的过零点Ta上输出下降信号D。重复装置39将来自判断装置38的信号D输入到控制装置42中。这一操作将重复进行预先设定的N次，此间的时间由计时装置40进行测定。接下来，切换装置34使第1超声波振荡器32和第2超声波振荡器33中的超声波的发射/接收操作发生交换，再进行同样的操作。流量计算装置41测出由计时装置40计得的从流体的上游至下游(此方向为顺流)和下游至上游(此方向为逆流)各自的传播时间，由下面的公式1求出流量Q。 $Q=K\·S\·v=K\·S\·L/2\·(\frac{n}{t1}-\frac{n}{t2})\·\cos \mathrm{\φ}$ …(公式1)这里，L为超声波振荡器2、3之间的流体流动方向上的有效距离，t1为从上游至下游的N次信号D的的时间，t2为从下游至上游的N次信号D的的时间，v为被测定流体的流速，S为流路的截面积，φ为连结超声波振荡器2、3的直线和流体的流动方向之间的角度，K为与流量有关的系数。

为了使接收侧的超声波振荡器接收到的信号在一定振幅上输出，需对放大装置36进行增益调整，将接收信号的峰值电压值调整到规定的电压范围内。具体说来，在对信号D进行的重复装置39中设定的次数的计数过程中，对图22中的虚线所示的接收信号AL那样接收信号的峰值电压值低于规定的电压范围的下限的次数和图22的虚线所示的接收信号AH那样接收信号的峰值电压值超过规定的电压范围的上限的次数进行计数，根据该结果调整下一次的流量计量时的增益。例如，峰值电压值低于下限的次数多时提高增益，将接收信号调整到电压的上限和下限之间，如图22中的实线所表示的接收信号A那样。

与放大装置36的输出电压进行比较的基准比较装置37的基准电压以判断装置38能检测到过零点的位置为基准来决定。在图21中，为了能使判断装置38检测到接收信号的第3个峰值P3后的最初的过零点Ta，基准电压设定为接收信号的第2和第3个峰值电压之间的中间点电压左右。这样一来，即使因流量的变化以及流体的温度变化等因素导致接收波形发生变化，接收信号的第2个波峰值电压上升或者第3个波峰值P3的电压减少时，基准电压相对于这两个波峰值都能确保一定的余量，判断装置38能够检测到过零点Ta。

但是，在上述的现有流量计量装置中，与放大到规定振幅的接收信号进行比较的基准电压是用固定电阻和半固定电阻通过电阻分压来设定的。采用此方法时，为了形成规定的基准电压，需要一边监视基准电压一边通过手动方式调节半固定电阻，故基准电压设定比较费时间，且容易发生调整误差。另外，流量的计测过程中基准电压是固定的，将接收信号进行放大的放大装置的增益也是固定的。因此，流量计量过程中超声波的接收信号的振幅变化时，基准电压和接收信号的振幅之间的相对关系也发生变化。例如，在接收信号的振幅电平变动较大的场合下，变化前能超过基准电压的接收波的第3个峰值P3的电压就可能变得低于基准电压。其结果，基准比较装置将会在接收信号的第4个峰值P4之后才输出信号C，判断装置将检测出第4个峰值P4以后的最初过零点。由此，计时装置将会对该段错误的时间进行计时，流量计算装置将根据该时间计算出错误的流量。

发明内容

本发明的流量计量装置对在流路上流动的流体的流量进行计量，它包括：设置在流路上的、发射和接收超声波信号的第1振荡器及第2振荡器；驱动第1和第2振荡器的发送装置；切换第1和第2振荡器的超声波信号的发射/接收的切换装置；将第1和第2振荡器的接收信号进行放大的放大装置；根据超声波信号在第1和第2振荡器之间的传播时间计算出流量的流量计算装置；将经放大的接收信号电压和基准电压进行比较、并且输出表示接收信号的电压与基准电压之间的大小关系发生变化的时间点的信号的基准比较装置；从基准比较装置输出的信号和放大装置的输出信号判定超声波信号到达第1或第2振荡器的时间点、并且输出表示到达该时间点的信号的判断装置；以及包括对从开始发射超声波信号到判断装置判定出到达时间点为至的超声波信号在流路上的传播时间进行计时的传播计时单元/及根据上面计得的传播时间确定基准电压、并将基准电压送至基准比较装置的电压设定单元的基准设定装置。

在本发明的流量计量装置中，基准电压被自动地设定在相对于接收信号的振幅变动能够确保较大的余量的位置上，而且根据流量计量过程中接收信号的振幅变动能迅速且高精度地设定基准电压。因此，判断装置能够可靠地检测出接收波上的任意的时间点(如第3个峰值之后的过零点)，流量计量装置即使在接收信号的振幅变动时也能保持很高的计测精度。

附图说明

图1为本发明的第1实施例中的流量计量装置的方框图。

图2为用于说明第1实施例中的流量计量装置的操作情况的示意图。

图3为本发明的第2实施例中的流量计量装置的方框图。

图4为用于说明第2实施例中的流量计量装置的操作情况的示意图。

图5为用于说明第2实施例中的流量计量装置的操作情况的特性图。

图6为本发明的第3实施例中的流量计量装置的方框图。

图7为用于说明第3实施例中的流量计量装置的操作情况的示意图。

图8为用于说明第3实施例中的流量计量装置的操作情况的流程图。

图9为本发明的第4实施例中的流量计量装置的方框图。

图10为用于说明第4实施例中的流量计量装置的操作情况的示意图。

图11为用于说明第4实施例中的流量计量装置的操作情况的流程图。

图12为用于说明第4实施例中的流量计量装置的操作情况的流程图。

图13为用于说明第4实施例中的流量计量装置的操作情况的示意图。

图14为用于说明第4实施例中的流量计量装置的其他操作情况的流程图。

图15为本发明的第5实施例中的流量计量装置的方框图。

图16为用于说明第5实施例中的流量计量装置的操作情况的流程图。

图17为用于说明本发明的第6实施例中的流量计量装置的方框图。

图18为用于说明第6实施例中的流量计量装置的操作情况的示意图。

图19为用于说明第6实施例中的流量计量装置的操作情况的示意图。

图20为现有的流量计量装置的方框图。

图21为用于说明现有的流量计量装置的操作情况的示意图。

图22为用于说明现有的流量计量装置的操作情况的示意图。

具体实施方式

(实施例1)

图1为本发明的实施例1中的流量计量装置的方框图，图2为说明流量计量装置的操作情况的示意图。流体流经的流路1的途中配置有发射超声波的第1超声波振荡器2和接收超声波的第2超声波振荡器3，它们被设置成与流体的流动方向成一个角度φ。发送装置5驱动第1超声波振荡器2或第2超声波振荡器3发射出超声波。切换装置4使第1超声波振荡器2和第2超声波振荡器3中进行的超声波发射/接收操作发生交换。为使接收侧的超声波振荡器接收到的信号在一定振幅上输出，放大装置6的增益被进行调整。基准设定装置13将根据放大装置6的输出设定的基准电压送到基准比较装置7，基准比较装置7将放大装置6的输出信号和该基准电压进行比较。判断装置8从基准比较装置7的输出和放大装置6的输出信号判断超声波的到达时间点。重复装置9对判断装置8的输出信号进行预先设定的次数的计数，并将来自判断装置8的信号送到控制装置12。计时装置10对重复装置9完成对判断装置8的输出信号进行预先设定的次数的计数所需的时间进行计时。流量计算装置11根据计时装置10计得的时间并在考虑流路的尺寸及流体的流动状态之后计算出流体的流量。控制装置12根据流量计算装置11、重复装置9的输出信号对发送装置5和放大装置6进行控制。传播计时单元13b根据从控制装置12送来的超声波发射开始信号和来自判断装置8的输出对超声波在流路上的传播时间进行计时。电压设定单元13a根据传播计时单元13b的输出设定基准电压，并将其输出到基准比较装置7。传播计时单元13b和电压设定单元13a构成基准设定装置13。

下面说明实施例1中的流量计量装置中与基准电压设定有关的操作情况。

图2为用于说明实施例1中的流量计量装置的操作情况的示意图。流量计测开始时，控制装置12使发送装置5工作，从超声波振荡器2发射出超声波。第1超声波振荡器2发射出的超声波在流路1中的流体中传播，并由第2超声波振荡器3加以接收。放大装置6将与第2超声波振荡器3接收到的超声波相对应的输出信号进行放大，使之达到一定的振幅后送至基准比较装置7和判断装置8。

传播计时单元13b根据来自控制装置12的表示超声波开始发射的信号和判断装置8的输出对超声波在流路上的传播时间进行计测。

接下来，传播计时单元13b一边对传播时间进行计时，电压设定单元13a一边将基准电压下降至电压Vb，在该电压Vb上判断装置8能够检测到接收波的第2个峰值P2后最初的过零点T1。这样，基准比较装置7和判断装置8将分别输出信号B1和信号B2。这样一来，在判断装置8检测第3个峰值P3后最初的过零点的情况下，由传播计时单元13b计时的传播时间将缩短超声波的1周期，超声波如为500kHz的情况下将缩短2μs。

第1传播计时单元13b计测到的传播时间缩短超声波频率的1个周期的时间时，电压设定单元13a会将基准电压提高到Vc，在该电压上能够检测到接收波的第4个峰值P4后最初的过零点T2。这样，基准比较装置7和判断装置8将分别输出信号C1和信号C2。传播计时单元13b进行计时的传播时间由此将比判断装置8检测第3个峰值P3后最初的过零点的场合下延长超声波的1周期的时间。

使基准电压象上述那样发生变化时，基准电压将如图2中所示的那样在接收波的第2个峰值P2付近至第3个峰值P3付近之间发生变化。电压设定单元13a将基准电压设定在其中间点上，并将设定好的电压向基准比较装置7输出。基准比较装置7将该基准电压与放大装置6的输出相比较，并将表示放大装置6的输出大于基准电压的时间点的信号输出至判断装置8。判断装置8将上述的时间点以后的放大装置6的输出的符号从正变负的最初的过零点Ta判断为超声波的到达时间点，并将表示该时间点的信号输出到重复装置9中。

如上所述，在实施例1中，判断装置8能够检测出放大装置6的输出(接收波)中的特定时间点(如第3个峰值P3后最初的过零点)的基准电压范围是基准设定装置13一边使基准电压发生变化一边从传播时间中检测出来的，基准电压又被设定在该范围的中间点上，故计测装置可以稳定地检测出接收波中的特定时间点。由于计测装置中能够每进行一次流量计量或者定期地象上面所述的那样快速、高精度地设定基准电压，基准电压总是能保持在最合适的值上。

(实施例2)

图3为本发明的实施例2中的流量计量装置的方框图，图4及图5为说明该流量计量装置的操作情况的示意图。时间差计时单元13c对基准比较装置7的输出和判断装置8的输出之间的时间差进行计时。电压设定单元13a根据时间差计时单元13c的输出设定基准电压，并将设定好的电压输出至基准比较装置7。电压设定单元13a和时间差计时单元13c构成基准设定装置131。其他构成部分由于实施例1和相同，故省略对其的说明。

下面说明具有上述构成的流量计量装置的操作情况。流量计量开始时，控制装置12使发送装置5工作，从超声波振荡器2发射出超声波。由第1超声波振荡器2发射出的超声波在流路1中传播，并由第2超声波振荡器3所接收，再由放大装置6放大后，输出到基准比较装置7。放大装置6的增益由控制装置12进行控制，使接收信号达到一定的振幅。基准比较装置7将放大装置6的输出和基准电压Vc进行比较，并与实施例1中同样，在放大装置6的输出大于基准电压Vc时的时间点上向判断装置8和时间差计时单元13c输出图4中所示的信号C1。

判断装置8以基准比较装置7的输出为参考，将图4中所示的放大装置6的输出在上述时间点后的最初过零点Ta判定超声波的到达时间点，并向时间差计时单元13c输出信号C2。时间差计时单元13c从基准比较装置7的输出信号C1和判断装置8的输出信号C2对图4中所示的时间差td进行计时。电压设定单元13a一边输入时间差计时单元13c计测的时间差td，一边使基准电压Vc上下变化。如图5中所示，时间差td因基准电压Vc的变化而变化。

基准电压Vc设定为与判断装置8能够检测接收波的第2个峰值P2后的最初的过零点Tb的电平即峰值P2的值几乎相同的电压V2时，时间差tdo是接收波的1/4个周期，即500ns。然后，增大基准电压使之超过V2后再由判断装置8检测第3个峰值P3后最初的过零点Ta时，时间差td如图5中所示将成为最大值。这以后，随着基准电压的增加，时间差td将减小；当基准电压达到与第3个峰值P3的电压值几乎相同的电压V3时，时间差td再次成为tdo。

然后，电压设定单元13a把时间差td将成为基准电压变化时的时间差td的最大值和最小值(周期的1/4)之间的中间点电压设定为基准电压。通过进行这样的设定，时间差计时单元13c计得的时间差td将被设定在根据基准电压的变化而变化的范围的中间点上，这样，基准电压将被保持在能够稳定地检测接收波的特定过零点Ta的电平上，且基准电压可被迅速并且高精度地设定好。由于计测装置可以快速、高精度地在每次进行流量计量时或者定期地进行上述的基准电压的设定，故基准电压总是能够保持在最合适的电平上。

(实施例3)

图6为本发明的实施例3中的流量计量装置的方框图。图7为用来说明该流量计量装置的操作情况的示意图，图8为表示其操作情况的流程图。流路1上相对于流体的流动方向成一定角度φ设置有用于发射/接收超声波的第1超声波振荡器2和第2超声波振荡器3。发送装置5使第1超声波振荡器2或第2超声波振荡器3发射出超声波。切换装置4用于使第1超声波振荡器2和第2超声波振荡器3中的超声波发射/接收操作发生交换。放大装置6按照由控制装置12所控制的增益对接收侧的超声波振荡器所接收到的信号进行放大，基准比较装置7将经放大装置6放大了的信号与基准电压进行比较。判断装置8从基准比较装置7的输出和由放大装置6放大了的信号判断超声波的到达时刻。重复装置9对判断装置8的输出信号进行计数，在计满预先设定的次数的时间点上向控制装置12发出信号。计时装置10对重复装置9完成对判断装置8的输出信号计满预先设定的次数为至的时间进行计时。流量计算装置11根据计时装置10计得的时间并在考虑了管路的尺寸及流体的流动状态后，计算出流体的流量。控制装置12接收流量计算装置11、重复装置9发出的信号，对发送装置5和放大装置6进行控制。基准设定装置14由数/模(D/A)变换器、数控衰减器(Digital-Controlled Attenuator)等构成，用于设定基准比较装置7中的基准电压。基准设定装置14根据基准电压变化时的基准比较装置的输出来确定基准电压。

下面参照图8对具有上述构成的流量计量装置的操作情况进行说明。电源接通之后，控制装置12首先进行初始设定操作，即调整放大装置6的增益，设定基准电压。增益调整好以后，接收信号被放大成如图7中所示那样的(比方说)第5个峰值P5的电压达到规定的范围内。如图7所示，在接收信号高于上述范围的下限期间，放大装置6向控制装置12和基准设定装置14中输出峰值检测信号PD。为了使接收侧的超声波振荡器接收到的信号达到一定振幅，首先对放大装置6的增益进行调整，将其设定为第1增益(步骤1)。其后，对判断接收信号的到达时期而需检测的峰值(比方说)第3个峰值P3前面的第2个峰值P2的电压在流量计量过程中的变化幅度加以考虑，用比最初调整好的放大装置6的第1增益大的第2增益对接收波进行放大(步骤2)。被放大后的接收信号如图7中所示。

图7中的虚线为以第1增益放大的接收信号，实线为以第2增益放大的接收信号。基准设定装置14将用于与在第2增益上被放大的接收信号A相比较的图7中所示的基准电压Vref从最低基准电压增加1个控制单位(例如5mV)(步骤3)。在实施例3中，最低的基准电压Vref被设定为比接收信号A的第1个峰值P1的电压高但比第2个峰值P2的电压低。控制装置12将重复装置9的重复次数设定成1次后，使发送装置5工作，从第1超声波振荡器2发射出超声波信号(步骤4)。由第1超声波振荡器2发射出的超声波信号在流路1中传播，由第2超声波振荡器3加以接收，再经放大装置6放大后输出到基准比较装置7。如图7中所示，基准比较装置7将放大装置6的输出(接收信号A)和基准电压Vref进行比较，当放大装置6的输出大于基准电压Vref时向基准设定装置14和判断装置8输出信号C2，C3，C4，C5(步骤5)。基准设定装置14对基准比较装置7的输出信号C2至C5的个数进行计数(步骤6)，在放大装置6输出峰值检测信号(步骤7)之前重复执行上述的步骤5和步骤6。从放大装置6有峰值检测信号送来时，基准设定装置14判断基准比较装置7输出的信号的个数是不是为3个(步骤8)。如果信号的个数不是3个，将基准电压Vref增加1个控制单位(步骤3)，其后再重复执行步骤4至8。基准比较装置7输出的信号的个数达到3个时，将放大装置6的增益设置回第1增益(步骤9)。

当基准电压Vref处于接收信号的第2个峰值P2的电压以下时，基准比较装置7将输出4个信号C2～C5，直至放大装置6输出峰值检测信号为止。基准电压Vref超过接收波的第2个峰值P2的电压时，基准比较装置7将不输出信号C2，只输出3个信号C3～C5。在基准比较装置14的输出信号的个数从4变成3这一时间点上，基准设定装置14停止增加基准电压Vref。并且，在放大装置6的增益回到调整前的第1增益时，基准设定装置14的基准电压Vref比接收信号的第2个峰值P2的电压稍高一点点。基准电压Vref和第2个峰值P2的电压之间的差是考虑了第2个峰值P2的电压在流量计量过程中的变化幅度后设定的，使得流量计量过程中接收信号的振幅即使发生变动，第2个峰值P2的电压也不会超过基准电压Vref。这样，在此刻的基准电压Vref上，与第3个峰值P3的电压之间可以有很大的余量，判断装置8相对于接收信号的振幅变动能最稳定地检测出超声波接收信号的到达时刻。

如上所述，在本实施例中，基准设定装置14根据基准比较装置7的输出来设定基准电压，并在设定该基准电压时考虑到了为检测接收信号的到达时期而需检测的峰值的前1个峰值在流量计量过程中的振幅变动最大值。这样一来，为检测接收信号的到达时期而需检测的那个峰值的前1个峰值不会超过基准电压，为检测接收信号的到达时期而需检测的那个峰值和基准电压之间将有很大的余量。因此，在实施例3的流量计量装置中，计测过程不易受到接收信号的振幅变动的影响，能够高精度地对流量进行计量。另外，在实施例3中，对放大装置6的增益调整后，再用比其大的规定的增益对接收信号进行放大，进行基准电压设定。考虑到要检测接收信号的到达时期而需检测的峰值(例如第3个峰值P3)的前1个峰值(即第2个峰值P2)的电压在流量计测过程中的变动幅度，先将基准电压Vref设定成比最大变动时的第2个峰值P2的电压要高，并且基准电压发生变更时基准比较装置7的输出信号的个数表示出了接收信号的各峰值的电压。因此，控制装置12能够从基准比较装置7的输出信号的个数识别出接收信号和基准电压之间的相对关系。在对流量计量过程中发生的振幅变动加以考虑后，控制装置12也可以将基准电压Vref设定在要检测接收信号的到达时期而需检测的第3个峰值P3和前1个的第2个峰值P2的电压之间的任意电压上。

(实施例4)

图9为本发明的第4实施例中的流量计量装置的方框图。图10以及图13为表示该流量计量装置中的操作情况的示意图，图11及图12为其操作情况的流程图。

图9中，时间差计时装置15对基准比较装置7和判断装置8的输出之间的时间差进行计时。与实施例3不同的是，基准设定装置14根据时间差计时装置15的输出来设定基准比较装置7的基准电压。其他构成部分与图6中所示的实施例3相同，在此就省略对它们的说明。

下面借助图11来说明具有上述构成的流量计量装置的操作情况。电源接通后，控制装置12首先进行的初始设定操作是调整放大装置6的增益，设定基准电压。实施例4中的放大装置6的增益调整方式与实施例3中的相同，故在此就省略对其说明。

首先，由控制装置12调整放大装置6的增益(步骤101)，使接收侧的超声波振荡器接收到的信号达到规定的振幅。之后，基准设定装置14将基准电压设定在设定范围中的最低电压上(步骤102)。接下来，控制装置12将重复装置9的重复次数设定为1次后，使发送装置5工作，从第1超声波振荡器2发射出超声波信号(步骤103)。

由第1超声波振荡器2发射出的超声波信号在流路1中传播，并由第2超声波振荡器3加以接收，再由放大装置6加以放大后，输出到基准比较装置7中。

图10中示出了放大后的接收信号。基准比较装置7将放大装置6的输出(接收信号A)和基准电压进行比较(步骤104)，在信号A超过基准电压的时间点Tc上向时间差计时装置15和判断装置8输出信号C。时间差计时装置15接收到信号C后开始计时(步骤105)，判断装置8将时间点Tc以后的信号A的最初的过零点Ta判断为超声波的到达时间点(步骤106)，将信号D输出至重复装置9和时间差计时装置15中。输出时间差计时装置15在接收到信号D时停止计时(步骤107)，并将计得的时间差Td输出至基准设定装置14。基准设定装置14将基准电压增加可变范围中的1个控制单位(例如2mV)(步骤108)。由于重复装置9中设定的重复次数为1次，控制装置12从重复装置9接收到表示重复操作已完成的信息的信号，再次使发送装置5工作，从第1超声波振荡器2发射出超声波信号。接下来，重复进行步骤103至步骤108，直至基准设定装置14将基准电压设定到设定范围中的最大电压上为止。

基准设定装置14将基准电压设定成最大电压后，再将基准电压设置在其从最小变化到最大这段时间内时间差计时装置15计得的时间差发生很大变化(如与紧临着的前一个的时间差相比较有1.3倍以上的变化)的多个拐点中具有最大间隔的拐点之间的中间点上(步骤110)。

下面用图13来说明步骤110中的操作情况。图13中示出了基准设定装置14将基准电压从最小变成最大期间由时间差计时装置15计得的时间差。由于时间差计时装置15计得的时间差为图10中所示的基准比较装置7和判断装置8的输出之间的时间差，当基准电压被设定在接收信号的各个峰值(第1峰值P1，第2峰值P2，第3峰值P3…)的各个电压附近时，与各个峰值相对应的时间差TP1，TP2，TP3…将被计时。时间差TP1，TP2，TP3…将为超声波的周期的约1/4(驱动频率为500KHz时为500ns)。由此开始增加基准电压，超过各峰值电压时，时间差计时装置15计得的时间差将急剧地变大，出现图13中所示的时间差TP1，TP2，TP3…上的拐点。举例来说，基准电压从不超过第2个峰值付近的峰值P2的电压变化为超过第2个峰值P2的电压期间，在时间差TP2上将出现拐点。这意味着成为时间差的拐点的基准电压处于接收信号的各峰值电压付近。因此，拐点之间的幅度(基准电压幅度)为接收信号的各峰值的电压差。

图13中，拐点TP1，TP2之间的电压差为接收信号的第1个峰值P1至第2个峰值P2的电压差，拐点TP2，TP3之间的电压差为接收信号的第2峰值P2和第3峰值P3的电压差。这样，使基准电压从最小变化到最大时，时间差的变化中存在多个拐点。如果将基准电压设定在拐点之间的幅度最宽的范围内，即图13中第2个峰值P2和第3个峰值P2之间的电压之间的话，就能够将基准电压设定在接收信号的各峰值电压之间差值最大的部分上。例如，基准电压可以设定在图13中第2个峰值P2和第3个峰值P3的电压的中间点电压Vref上。这样一来，基准电压和第2个峰值及第3个峰值的电压之间将有很大的余量，对于接收信号的电压变动而言判断装置8可以最稳定地检测出超声波的接收信号的到达时期。

基准设定装置14如上面所述的那样上设定好基准电压时，控制装置12在重复装置9中设定正式的重复次数(例如256次)，流量计量即告开始。

下面利用图12说明流量计量开始后的基准设定装置14中的操作情况。流量计量开始后，控制装置12使发送装置5工作，从第1超声波振荡器2发射出超声波信号(步骤12)，第2超声波振荡器3接收到的超声波信号由放大装置6放大后输出至基准比较装置7及判断装置8。基准比较装置7将接收信号与基准电压进行比较(步骤13)，从接收信号大于基准电压的时间点起时间差计时装置13开始计时(步骤14)，这样的计时一直进行到判断装置8检测到其后最初的过零点为止(步骤15，16)。

判断装置8检测到过零点(超声波的到达时间点)后，控制装置12再次使发送装置5工作，从超声波振荡器2发射出超声波信号。从步骤12至16的一系列操作将重复进行预先设定的次数(步骤11)。初始设定操作中设定基准电压时，图13中的拐点TP2至拐点TP3之间的时间差(500ns～800ns)被设定为规定的范围。例如，可以将上述的规定范围设在上述时间差的20％从80％之间，即560ns(＝(800ns-500ns)×0.2+500)至740ns(＝(800ns-500ns)×0.8+500)之间。规定的重复次数完成之后，基准设定装置14判断在步骤12至16的操作重复执行预先设定的次数期间由时间差计时装置15计得的时间差中是否存在上述规定的范围以外的时间差，根据时间差的分布决定是否再设定基准电压。亦即，基准设定装置14判断是否存在比规定的范围短的时间差(不到560ns)(步骤17)，如果存在则象初始设定操作一样地再次设定基准电压(步骤19)。如果不存在更短的时间差，则基准设定装置14同样地判断是否存在比上述规定范围长的时间差(超过740ns)(步骤18)，如果存在，则象初始设定操作中那样再次设定基准电压(步骤19)。如果超出上述规定的范围之外的短时间差和长时间差都存在的话，控制装置12则重新进行初始设定操作。如不存在上述规定的范围外的时间差，则结束流量计量，由计时装置10对流量计量开始至完成规定的重复次数的时间进行测定。之后，第1超声波振荡器2和第2超声波振荡器3中进行的超声波信号的发射/接收操作由切换装置4进行切换，计测装置执行和上面同样的操作，测定出被测定流体从上游至下游的超声波传播时间和从下游至上游的传播时间，流量计算装置11根据这些时间差并在考虑到流路的尺寸和流动状态的基础上求出流量。

下面说明基准设定装置14的其他操作情况。图14为用于描述基准设定装置14的其他操作情况的流程图。步骤11～16的操作情况与图12的步骤11～16的操作情况相同。

超声波信号的发射/接收操作在完成重复装置9中预先设定的次数后，基准设定装置14对从时间差计时装置15在重复次数期间计得的时间差中是否存在初始设定操作中设定基准电压时2个拐点之间的时间差的幅度的规定的比率(与上述一样为20％)的范围的上限、下限双方向的范围之外的时间差进行判断(步骤21)。如果存在这样的时间差，基准设定装置14和初始设定操作中一样再次设定基准电压(步骤22)。

在不存在这样的时间差的场合下，基准设定装置14判断是否只存在比范围的上限(740ns)长的时间差(步骤23)。当存在较长的时间差时，判断其次数是否超过规定的次数(例如10次)(步骤24)。当其次数超过规定的次数时，基准设定装置14根据其次数增加基准电压，即1次增加1个控制单位(2mV)，2次增加2个控制单位(步骤25，26)；其次数不到规定的次数时，基准设定装置14使基准电压只增加1个控制单位(2mV)(步骤26)。

接下来，判断是否只存在比基准设定装置14范围的下限(560ns)短的时间差(步骤27)，在只存在较短的时间差的场合下，判断其次数是否在规定的次数(例如10次)以上(步骤28)。如果其次数在规定的次数以上，则基准设定装置14根据其次数减少基准电压，即1次减少1个控制单位(2mV)，2次则减少2个控制单位(步骤29，30)。如其次数不到规定的次数，则基准设定装置14使基准电压只减少1个控制单位(2mV)(步骤30)。然后，根据与范围的上限相比较(步骤23)以及和下限相比较(步骤27)的结果，如果计测到的所有的时间差在规定范围内的话，则不改变基准电压，过程结束。

这样，进行流量计量时，根据时间差计时装置15的计得的时间差脱离设定基准电压时的时间差决定的规定的时间差幅度的次数对基准电压进行再次设定。

实施例4中，将时间差计时装置15计得的时间差发生大幅度变化的多个拐点中具有最大间隔的拐点间的中间点设定为基准电压。如果接收信号的电压变动方向(增加或减少)上有偏向，如接收信号的电压变动不增加只减少，则基准电压可以不是设在时间差的拐点间的中点上，而是设在比其低的电压上。这样一来，对于接收信号的电压变动(减少)而言，与基准电压之间可以有很大的余量。在这样的场合下，基准电压即使设定在例如时间差的最大间隔的拐点间的1/3的电压上也可以，将基准电压根据接收信号的电压变动设定在任意的点上也是可以的。

通过上述的处理，可以将基准电压设定在超声波的接收波中相对于接收信号的电压变动最能稳定地检测超声波信号的到达时期的电压上。并且，基准电压的设定之后，当流量计量时由时间差计时装置15计得的时间差从根据基准电压设定好的时间差决定的规定时间差的范围脱离时基准电压将被进行再设定。这样一来，基准电压能被自动、迅速地设定好，设定好之后在流量计量装置进行流量计量时也可以将基准电压继续保持在最适合的电压上。

(实施例5)

图15为本发明的实施例5中的流量计量装置的方框图。图16为表示其计测装置的操作情况的流程图。

其中，基准设定装置14从控制装置12接收表示从第1振荡器及第2振荡器发射出的超声波方向的信号后，对设定的基准电压进行改变。由于其他构成要素与实施例4中相同，故省略其说明。

下面对具有上述构成的流量计量装置中与实施例4不同的基准设定装置14的操作情况进行说明。电源接通后，控制装置12首先进行的初始设定操作是调整放大装置6的增益，设定基准电压。和实施例4中一样，在基准电压设定操作中，基准设定装置14使基准电压从最小向最大变化，并将基准电压设定在时间差计时装置15计得的时间差发生很大变化的多个拐点中具有最大间隔的拐点间的中点上。然后，与实施例2中一样，控制装置12以重复装置9中设定的次数进行超声波的发射和接收，对流量进行计量(步骤51)。流量计量之后，控制装置12计算出时间差计时装置15计得的时间差的平均值(步骤52)。然后，控制装置12通过切换装置4使第1超声波振荡器2和第2超声波振荡器3进行切换(步骤53)，再以同样的过程对流量进行计量(步骤54)，其后，计算出时间差计时装置15计得的时间差的平均值(步骤55)。基准设定装置14将第1超声波振荡器2及第2超声波振荡器3的各个发射方向的平均时间差进行比较(步骤56)。平均时间差大于规定的值时，例如一方的时间差为600ns，另一方的时间差为670ns，存在10％以上的差时，基准设定装置14设定每个发射方向上的基准电压(步骤57)，以后根据不同的方向分别采用不同的基准电压。

如上所述，从上游向下游方向以及从下游向上游方向发射超声波信号时，在各个发射方向上因流过流路的流体流量不同接收信号的灵敏度也不同，接收波的电压和基准电压的关系也将发生变化。因此，实施例5中，时间差计时装置计得的时间差在超声波信号发射方向不同的场合下，能够在各个方向上设定最适的基准电压。采用实施例5中的流量计量装置的话，即便因超声波信号的发射方向不同引起上述的接收信号电压上的差异，也能将基准电压保持在最合适的电压上。

(实施例6)

图17为本发明的实施例6中的流量计量装置的方框图。图18，图19为说明流量计量装置的操作情况即基准电压的决定操作的示意图。图17中，基准设定单元7a由预先设定基准电压或者改变基准电压的设定的数控衰减器等构成。比较单元7b将基准设定单元7a中设定的基准电压和接收侧振荡器的接收信号电压进行比较。时间差计时单元7c对比较单元7b的输出和判断装置8的输出之间的时间差进行计时。与其他实施例不一样的是，在实施例6中的流量计量装置中，基准比较装置7由基准设定单元7a、比较单元7b和时间差计时单元7c构成。信号幅度检测装置16用于计算出基准比较装置7的输出之后放大装置6的输出的任意的时间点之间的时间。其他构成要素由于与实施例3中相同，故省略对其的说明。

下面说明具有上述构成的流量计量装置的操作情况。基准比较装置7通过以下的方式决定基准电压。控制装置12在电源接通时的初始设定操作、流量计算装置11计算出了异常值及判断装置8不能判别出超声波信号的到达时期的场合下向基准比较装置7发出设定基准电压的指示，将基准比较装置7设定[基准电压决定操作]模式。当基准比较装置7在控制装置12的指示下进入[基准电压决定操作]模式时，基准设定单元7a将基准电压设定在经放大装置6放大后的超声波接收信号的峰值电压付近。例如，如图18中所示，第4个峰值P4为整个接收波的峰值的场合下，基准设定单元7a将基准电压设定在峰值P4的电压Vrefs上。然后，基准设定单元7a一边将基准电压从电压Vrefs逐渐降低，时间差计时单元7c一边对比较单元7b的输出信号和判断装置8的输出信号之间的时间差进行计时。

举例来说，基准电压位于图18的虚线中所示的Vrefp的场合下，判断装置8在放大装置6输出的接收波达到电压Vrefp以后最初的过零点Ta处输出下降信号E。此时，时间差计时单元7c对比较单元7b的输出信号C和判断装置8的输出信号E之间的时间差td进行计时。

图19中示出了基准电压如上面所述的那样下降时时间差计时单元7c中计得的时间差td。当基准电压处在超声波接收信号的各个峰值(第2个峰值P2，第3个峰值P3…)上时，时间差td为超声波频率的1/4周期，处于其他部分上时则随着基准电压的下降时间差将变长。

如上所述，时间差td和基准电压之间存在一定相关关系，时间差td为超声波的1/4周期时的基准电压为超声波接收信号的各峰值电压。基准设定单元7a将第3个峰值和第2个峰值的电压中间的基准电压Vr2及第2个峰值和第1个峰值P1的电压中间的基准电压Vr1存贮起来后，基准比较装置7的「基准电压决定操作模式」即告结束。

为了检测接收信号的到达时期要检测比方说第3个峰值P3时，控制装置12将峰值P3的电压和其前1个峰值即第2个峰值P2的电压之间的中间电压Vr2设定为基准电压后，进行流量计量。另外，在实施例6中，对放大装置6的增益进行调整后，在「基准电压决定操作模式」中最初设定成将基准电压从接收信号的整体上的峰值电压开始逐渐减少。但是，与此相反，从接收信号振幅最小的第1个峰值P1付近开始逐渐增加电压，根据时间差计时单元7c计得的时间差将基准电压设定在规定的峰值之间(如峰值P2，P3之间)的中间电压上的话也可以达到同样的效果。

此外，虽然在实施例6中象上面所述的那样基准电压是被设置在接收信号中的峰值电压的中间点上的，但是，象实施例2中所述的那样，接收信号的电压(振幅)变动方向(增加或减少)有偏向时，也可以将基准电压设定在相对于接收信号的电压变动在特定的峰值电压间能和基准电压取得很大差值的任意电压上。比方说，可以如实施例2中所述的那样，将基准电压设定在规定的特定峰值间的电压的1/3上。

如上所述，在实施例6中，在电源接通时的初始设定操作及其后的基准电压设定操作时，时间差计时单元7c从进行计时的比较单元7b和判断装置8的输出信号之间的时间差决定基准设定单元7a的基准电压并将其存贮起来。由于该基准电压是根据实际的超声波信号的接收波来决定的，故实施例6中的流量计量装置能够在最合适的基准电压上对流量进行计量。

Claims (11)

1.一种对在流路上流动的流体的流量进行计量的流量计量装置，其特征在于包括：

设置在所述流路上的、发射和接收超声波信号的第1振荡器及第2振荡器；

驱动所述第1和第2振荡器的发送装置；

切换所述第1和第2振荡器的超声波信号的发射/接收的切换装置；

将所述第1和第2振荡器的接收信号进行放大的放大装置；

根据所述超声波信号在所述第1和第2振荡器之间的传播时间计算出流量的流量计算装置；

将所述的经放大的接收信号电压和基准电压进行比较，并且输出表示所述接收信号的所述电压与所述基准电压之间的大小关系发生变化的时间点的信号的基准比较装置；

从所述基准比较装置输出的所述信号和所述放大装置的输出判定所述超声波信号到达所述第1或第2振荡器的时间点，并且输出表示所述到达时间点的信号的判断装置；以及

包括对从开始发射所述超声波信号到所述判断装置判定出所述到达时间点为至的、所述超声波信号在所述流路上的传播时间进行计时的传播计时单元；及根据上面计得的传播时间确定所述基准电压，并将所述基准电压送至所述基准比较装置的电压设定单元的基准设定装置。

2.如权利要求1所述的流量计量装置，其特征在于：所述基准设定装置还包括对所述基准比较装置输出的所述信号与所述判断装置输出的所述信号之间的时间差进行计时的时间差计时单元，

所述电压设定单元根据所述时间差计时单元的输出确定所述基准电压。

3.如权利要求2中所述的流量计量装置，其特征在于：所述基准设定装置根据使所述基准电压变化时所述时间差计时装置计得的所述时间差发生很大变化的多个拐点来设定所述基准电压。

4.如权利要求3所述的流量计量装置，其特征在于：所述基准设定装置将所述基准电压设定在所述多个拐点中具有最大间隔的拐点之间。

5.如权利要求4所述的流量计量装置，其特征在于：所述基准设定装置将所述基准电压设定在具有最大间隔的所述拐点之间的中点上。

6.如权利要求3所述的流量计量装置，其特征在于：所述基准设定装置在所述时间差计时装置计得的所述时间差偏离规定的范围时改变所述的基准电压。

7.如权利要求3所述的流量计量装置，其特征在于：所述基准设定装置将所述基准电压设定成，当所述基准电压从设定范围的最小变化至最大时，所述时间差计时装置输出的所述时间差既包括规定范围的最大值付近的值也包括最小值付近的值。

8.如权利要求3所述的流量计量装置，其特征在于：使所述基准电压从设定范围的最小变化到最大时所述时间差计时装置计得的所述时间差偏离出规定的范围一定的次数时，所述基准设定装置将使所述基准电压改变。

9.如权利要求3项所述的流量计量装置，其特征在于：当所述时间差计时装置计得的所述时间差在超声波信号的发射/接收的各个方向上的差值大于规定值的场合下，对于所述超声波信号的发射/接收的方向分别设定所述基准电压。

10.一种对在流路流动的流体的流量进行计量的流量计量装置，其特征在于：

设置在所述流路上的、发射/接收超声波信号的第1振荡器及第2振荡器；

驱动所述第1和第2振荡器的发送装置；

切换所述第1和第2振荡器的超声波信号的发射/接收操作的切换装置；

将所述第1和第2振荡器的接收信号进行放大的放大装置；

根据所述超声波信号在所述第1和第2振荡器之间的传播时间计算出流量的流量计算装置；

将经放大的接收信号电压与基准电压进行比较，并输出表示所述接收信号的所述电压与所述基准电压之间的大小关系发生改变的时间点的信号的基准比较装置；

从所述基准比较装置的输出和所述放大装置的输出判定所述超声波信号到达所述第1或第2振荡器的时间点，并输出表示所述到达时间点的信号的判断装置；以及

根据使所述基准电压变化时的所述基准比较装置的输出信号设定所述基准电压的基准设定装置。

11.一种用于对在流路上流动的流体的流量进行计量的流量计量装置，其特征在于包括：

设置在所述流路上的、用于发射和接收超声波信号的第1振荡器及第2振荡器；

驱动所述第1和第2振荡器的发送装置；

切换所述第1或第2振荡器的超声波信号发射/接收操作的切换装置；

将所述第1和第2振荡器的接收信号进行放大的放大装置；

根据所述超声波信号在所述第1和第2振荡器之间的传播时间计算出流量的流量计算装置；

将经放大的所述接收信号的电压与基准电压进行比较，并输出表示所述接收信号的电压与所述基准电压之间的大小关系发生变化的时间点的信号的基准比较装置；

从所述基准比较装置的输出的所述信号和所述放大装置的输出判定所述超声波信号到达所述第1和第2振荡器的时间点，并输出表示所述到达时间点的信号的判断装置；

对所述基准比较装置的输出的所述信号和所述判断装置输出的所述信号之间的时间差进行计时的时间差计时单元；以及

根据所述基准电压从被放大的所述接收信号的峰值付近的电压开始逐渐减少时所述时间差计时单元计得的所述时间差来设定所述基准电压的基准设定单元。

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