CN1816735A

CN1816735A - 流动计测装置

Info

Publication number: CN1816735A
Application number: CNA2004800185318A
Authority: CN
Inventors: 梅景康裕; 乾善纪
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: JPWO2005005932A1; WO2005005932A1; JP4578406B2; TW200508574A; CN100374827C; TWI336769B

Abstract

本发明提供一种利用超声波计测空气、气体、水等流体的流速及流量的计测装置，能够实现小型化和低耗电化。在流路(17)内设置矩阵状划区的计测流路(18)，所述计测流路(18)在其侧面具有一对发送接收超声波的超声波发送接收机构(20、21)。另外，通过具有计测这些超声波发送接收机构(20、21)间的超声波的传送时间的计时机构(22)、和基于所述计时机构(22)的值推测沿着所述流路(17)流动的流体的平均流速及总流量的推测机构(23)，能够实现计测装置的小型化，另外能够谋求降低电力消耗。

Description

流动计测装置

技术领域

本发明涉及利用超声波计测空气、气体、水等流体的流速及流量的流动计测装置。

背景技术

作为利用超声波计测从小流量(小流速)到大流量(大流速)地计测流体的流动的装置，以往，如图8所示，将使流体流动的流入路1和流出路2的之间分支成多个流路3，同时在各个流路3上连接开关机构4(特开平11-287676号)。然后，基于分别配置在各流路3上的计测装置5的计测结果，计测流体的流量及/或流速。

另外，各开关机构4和各计测装置5由控制机构6控制。此处，由电源供给机构7向控制机构6供给电源。

在所述构成中，流路3是通过流量及/或流速切换，例如，在小流量时，通过只使用1个流路3计测，在大流量时通过使用全部的流路3计测，能够提高从小流量到大流量的流量或流速的计测精度。

此外，图9示出将连接在流路8上的小型测量器9的下游侧分支成3个流路10、11、12，在上述各流路10、11、12上分别安装有大型的超声波计测计13、14、15的装置(特开2001-133308号)。此时，在小型测量器9上并列连接遮断阀16。

在所述构成中，在小流量(流速)时关闭遮断阀16，通过小型测量器9计测流动，在大流量(流速)时打开遮断阀16，分流流体，用下游侧的超声波计测计13、14、15计测。

另外，在特开平9-43015号公报中公开了一种超声波式流量计，具有夹持流量测定部地配置的第1超声波振子、第2超声波振子和以振子的信号为基础计算流量的流量运算部，另外具备通过隔板层状划区流量测定部的多个流路。将流路分割成多个层状，是为了通过提高二维性提高计测精度。

但是，首先在上述以往的构成中，必须配置多个计测计，存在主体变大的问题。

此外，由于通过切换使用，所以存在控制复杂，并且耗电量增大的问题。

另外，具有夹持流量测定部地配置的第1超声波振子、第2超声波振子、和以振子的信号为基础计算流量的流量运算部，而具备通过隔板层状划区流量测定部的多个流路的超声波式流量计，可以说流路的尺寸(断面)受第1和第2超声波振子的性能的制约。即，如设备配管，如果与超声波振子的尺寸相比在大口径的配管的流路上，延长第1或第2超声波振子的设置距离，就降低S/N比，计测精度下降，因此第1或第2超声波振子的设置距离具有限制。而且，由于第1或第2超声波振子设在流路的侧壁上(图2)，所以流路必须在规定的尺寸(断面)以下。

发明内容

本发明的目的在于，在流动计测装置中通过在流路内内设计测计而实现小型化，及用流路的一部分的计测流路进行计测，从而降低电力消耗。

可解决上述问题的本发明，其构成具备：划区形成在流路内的计测流路；超声波发送接收机构，至少配设一对，用于计测沿该计测流路流动的流体的流速；推测机构，基于利用该超声波发送接收机构得出的计测结果，推测包括计测流路的流路整体的流体的总流量及平均流速。

在本发明的流动计测装置中，能用矩阵状划区形成在流路内的计测流路推测整体的流动。因此，能够促进计测部的小型化、紧凑化，同时也能够大大降低电力消耗。

附图说明

图1是表示根据本发明的第1实施方式的流动计测装置的流路纵剖面图和框图。

图2是表示根据本发明的第1实施方式的流动计测装置的流路横剖面图。

图3是表示进一步改进根据本发明的第1实施方式的流动计测装置后的流路横剖面图。

图4是表示根据本发明的第2实施方式的流动计测装置的流路纵剖面图和框图。

图5是表示根据本发明的第2实施方式的流动计测装置的流路横剖面图。(1)是偏向机构部分的横剖面图，(2)是从(1)的横断面的相反(背面)的方向看的横剖面图。

图6是表示根据本发明的第3实施方式的流动计测装置的流路纵剖面图和框图。

图7是表示根据本发明的第3实施方式的流动计测装置的流路横剖面图。

图8是根据以往技术的流量计的构成图。

图9是根据以往技术的流量计的构成图。

具体实施方式

根据本发明的流动计测装置，其构成具备：矩阵状划区形成在流路内的计测流路；超声波发送接收机构，至少配设一对，用于计测沿该计测流路流动的流体的流速；推测机构，基于利用所述超声波发送接收机构得到的计测结果，推测包括计测流路的流路整体的流体的总流量或平均流速。

因此，能够促进计测部分的小型化、紧凑化，同时也能够降低电力消耗。

在所述流动计测装置中，优选，将流路矩阵状分割成多个小流路，作为所述计测流路，利用这些小流路中的1个。考虑到配管作业性等，为维持高的计测精度，优选，圆形状形成流路的横断面形状，矩形形状形成所述计测流路的横断面形状。

另外，只要将所述小流路形成大致正方形形状，就能够均等地在各小流路流动流体。因此，在如此的流动计测装置中，只要计测作为代表流路，就能够高精度地推测整体的流量。

而且，通过在流路的计测流路的上游侧配置进行流体的整流的整流机构，能够抑制计测流路和流路整体之间的流速分布的偏差。另外，只要在计测流路的流入口侧配置第2整流机构，就能够谋求计测的更高的高精度化。

此外，通过代替所述整流机构设置偏向机构，所述偏向机构包括向回旋方向引导流动的固定翼，具有防止在特定的流速时流体附着在流路壁面，流速分布不均的现象的效果。于是，在本发明的流动计测装置中，能够稳定地、高精度地计测大范围的流量。

此外，只要在流路外配置计测超声波发送接收机构间的超声波传送时间的计时机构及基于该计时机构的输出推测流体的总流量及平均流速的推测机构，沿着分割成多个小流路的隔板引出连接所述计时机构和超声波发送接收机构的配线，该配线就几乎不妨碍流动。另外，通过用连接端子密封配线，能够防止流体的漏泄。

另外，由于电力消耗小，所以即使以电池作为电源，也能够长时间发挥稳定的性能。

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

第1实施方式

图1是表示根据本发明的第1实施方式的流动计测装置的流路纵剖面图和框图。图2是表示根据本发明的第1实施方式的流动计测装置的流路横剖面图。

在图1、图2中，在矩阵状划区形成在流路17内的计测流路18的对置的侧面19，配置一对发送接收超声波的超声波发送接收机构20、21。

优选流路17的横截面是圆形状。另外，利用隔板30划区流路17的内部，多个形成横截面大致为正方形的小流路29，优选将它们中的位于中央部的1个小流路29设定为计测流路18。

根据所述超声波发送接收机构20、21间的超声波的传送时间的信号，经由配线27送给计时机构22，通过该计时机构22计时传送时间。由计时机构22计时的传送时间的信号，输入给推测机构23。

推测机构23，将从根据所述传送时间的信号算出的计测流路18的流体流速看作是流路17的平均流速，以此为基础推测所述流路17的总流量。

电池24是计时机构22及推测机构23等的电源。

在流路7的所述计测流路18的上游侧，配置整流流体的流动的格子状的整流机构25。

流路17，通过凸缘26连接在前后管等上。流路17内的配线27和流路17外的配线27，通过连接端子28连接。由于连接端子28在被流路17的管壁封住(例如，密封)后，与配线27连接，所以能够防止来自流路17的泄漏。

此处，用软焊料连接配线27和连接端子28，优选形成不发生电接点闪光产生的火花的、也能够计测气体等流体的构成。

在所述第1实施方式的构成中，经由超声波发送接收机构20、21，计测计测流路18内的流体的流速。即，用计时机构22计测传送超声波的时间，以该时间值为基础，计时机构22计算看作流路17整体的平均流速的数值。例如，计时机构22，利用根据来自上游侧的超声波发送接收机构20的传送时间和来自下游侧的传送时间的倒数差计算的方法，求出计测流路18的流体流速的值。然后，推测机构23，从该流速值，根据预先测定求出的流量变换常数，推测沿着流路17的整体流动的流量，求出总流量。

在根据第1实施方式的流动计测装置中，由于矩阵状划区流路17内，用其一部形成计测流路18，所以能够非常小地构成装置整体。

此外，由于用1个计测流路18计测，所以能够将计测所需的电力抑制在低水平。另外，在第1实施方式的流动计测装置中，由于不包括流路切换等机构，所以也不需要进行切换作用的遮断阀等，结果能够抑制消耗电力。由此，能够使用电容量小的电池24，在户外等不能提供电源的场所，也能够设置根据本发明的流动计测装置。

此外，由于将流路17矩阵状分割成多个小流路29，作为计测流路18设定其1个，所以与用一对超声波发送接收机构计测大面积的流路相比，能够提高计测精度，能够推测精度高的平均流速及总流量。

此外，优选以达到与该计测流路18大致同等的截面积的方式，划区计测流路18以外的尽量多的小流路29。总之，是因为用计测流路18得到的值成为更恰当地代表整体的计测数据，能够进一步地提高计测精度。另外，由于只要将小流路29形成大致正方形形状，就能够利用各流路均等地流动流体，所以只要作为代表流路计测计测流路18，就能够高精度地推测整体的流量。

另外，如前所述，如果按大致正方形形状划区小流路29，有时在流路17周边的一部发生半端的微小流路。在此种情况下，也可以不划区该部分地如图3所示与接近的小流路结合，作为1个小流路29a。

整流机构25，是不管横截面上的位置如何都大致均等化其下游侧附近的流速分布的机构。整流机构25，例如只要是格子状的流动阻力体就可以。整流机构25被配置在计测流路18的上游侧，通过各小流路29分割接受具有其均等的流速分布的流动，能够在各小流路29流动均等流速的流体。

此外，将所属各隔板30设定成与计测流路18相同的长度，有助于在各小流路29按大致均等的流速流动上游侧的流体。

因此，也在计测流路18内流入均等流速的流体的分割的一部。由于流入的流量可称为适当代表整体流量的流量，所以可以说以计测流路18的计测值作为流路17的代表值是适当的。即，设置整流机构25能够提高推测的精度。

从整流机构25的下游侧端到小流路29的距离，优选按整流机构25的格子宽度的几倍设定。

另外，整流机构25，例如叙述为是格子状的流动阻力体，但也可以是网眼细的金属网。此外，也可以组合格子状的流动阻力体和金属网。

计测流路18，由于利用多个隔板30形成，所以即使在流路17的中央位置，也能够稳定保持。

另外，通过将计测流路16配置在流路17的大致中央，能够计测稳定的流速(分布)，因而能够以高计测精度计测。

而且，通过将计测流路18内设在流路17内的大致中央部，能够减小外部环境的影响。例如，即使对于外部的温度变化，计测流路18也不太受影响，能够进行稳定的高精度的计测。

优选沿着隔板30布线内设的超声波发送接收机构20、21的配线27。如此，是因为在配置超声波发送接收机构20、21时，不太妨碍流体的流动。

在根据第1实施方式的流动计测装置中，由于流路17的横断面是圆形状，因此容易进行与气体管等已设配管的连接。与此同时，由于计测流路18本身是矩形，所以能够减小流速分布的影响地计测，能够谋求提高计测精度。

可是，在配置超声波发送接收机构20、21的部分，由于有流动混乱的可能性，所以也可以形成堵塞(例如，用适当的充填材料)超声波发送接收机构20、21的收纳部的状态(参照图6、图7)。但是，此时，由于流路17整体的截面积实质上减小，所以有时在下游产生压力损失。为了减小该压力损失，在此种情况下，只要形成不是如图1所示的流路17的内壁那样的扁平的流路壁面，尤其在整流机构25的邻近上游逐渐扩大横断面积的具有倾斜的管壁的构成就可以。

第2实施方式

图4是表示根据本发明的第2实施方式的流动计测装置的流路纵剖面图和框图。图5是表示根据本发明的第2实施方式的流动计测装置的流路横剖面图。(1)是偏向机构部分的横剖面图，(2)是从(1)的横断面的相反(背面)的方向看的横剖面图。根据第2实施方式的流动计测装置，与根据第1实施方式的流动计测装置大致相同。因此，对于同一部位附加同一符号，并省略说明。

在第2实施方式中，代替图1所示的整流机构25，设定包含固定翼25a的偏向机构。如图5所示，在偏向机构上设置向回旋方向引导流动的固定翼25a。另外，优选以曲面构成固定翼25a的正反面。

如上所述，为降低流动计测装置造成的压力损失，有时设计成在流动计测装置的流入口附近管截面积缓慢扩大。在此种情况下，需指出，在特定的流速时因流体附着在流路壁面上，流速分布容易不均匀。

因此，如图4所示，如果在流路上设置包括向回旋方向引导流动的固定翼25a的偏向机构(参照图5)，能够防止在特定的流速时因流体附着在流路壁面上而使流速分布不均匀。所以，只要采用根据第2实施方式的流动计测装置，就能够在宽的流量范围稳定地、高精度地计测·推测。

第3实施方式

图6是表示根据本发明的第3实施方式的流动计测装置的流路纵剖面图和框图。图7是表示根据本发明的第3实施方式的流动计测装置的流路横剖面图。根据第3实施方式的流动计测装置，与根据第1实施方式的流动计测装置大致相同。因此，对于同一部位附加同一符号，并省略说明。

在图6和图7所示的根据第3实施方式的流动计测装置中，在计测流路18的上游侧的流入口附近，配置第2整流机构31。此处，超声波发送接收机构20、21被收纳在收纳部32内，流体在该收纳部32中不流动(例如，用适当的充填部件埋没间隙)。在收纳部32的外侧当然也存在小流路33。

如上所述，如果在计测流路18的流入部配置第2整流机构31，计测流路18内的流速分布就更加均匀，能够准确测定流路17的平均流速。因此，也能够在高精度下进行整体的总流量的推测。

此外，通过设定第2整流机构31的流动阻力和计测流路18周围的小流路33的流动阻力的平衡，能够将从低流量时到大流量时推测所用的流量变换常数设定在大致固定的值。

即，在小流量时，由于流路的中央部的流速快，周围的流速慢，因此无论怎样通常都以快速的流速向计测流路18流入，但由于第2整流机构31成为阻力，抑制流入，从而能够在计测流路18和周边的小流路33流动同等流速的流体。

此外，在大流量时，虽说也因第2整流机构31的阻力，流动常向周围偏向，但由于通过收纳部32减小周围的小流路33的面积，所以能够抑制该偏向，结果能够在计测流路18流入相当量的流体。

因而，由于能够从小流量到大流量的宽的流量范围，大致均等地保持小流路33和计测流路18的流速平衡，所以不将流量变换常数设定在大致固定的值也行。

如此，只要不将流量变换常数设定在大致固定的值也行，就不需要按每个流量调整流量变换常数，因此可减轻运算，降低消耗电力。此外，所谓不将流量变换常数设定在固定值也行，说的是流体的种类造成的影响小，即，说的是与不需要准备因空气或气体的差异而变动的流量变换常数的效果有关。

另外，通过安装在第1实施方式中说明的整流机构25，能够按该整流格子25的格子尺寸分布地控制流速分布，也能够大致固定地控制流入计测流路18的流速。即，例如，只要在整流机构25的中心部分配置间隔稍窄的格子，在周边部分配置间隔稍宽的格子，就能够相对慢速地调整中心部分的流速分布，相对快速地调整周边部分的流速。通过安装在第2实施方式中说明的偏向机构，调整该固定翼25a的片数或形状，也能够控制流速分布。

如上所述，根据本发明的流动计测装置，由于能够通过划区形成在流路内的计测流路的计测推测整体的流动，所以能够促进计测部的小型化、紧凑化，同时也能够大大降低电力消耗，能够用于从气体这样的气体流体到液体流体的多种用途的计测。

Claims

1.一种流动计测装置，具备：划区形成在流路内的计测流路；超声波发送接收机构，其至少配设一对，用于计测沿所述计测流路流动的流体的流速；推测机构，基于由所述超声波发送接收机构获得的计测结果，推测包括计测流路的流路整体的流体的平均流速及总流量。

2.如权利要求1所述的流动计测装置，其特征是：将所述流路分割成多个小流路，将这些小流路中的1个设定为所述计测流路。

3.如权利要求2所述的流动计测装置，其特征是：所述小流路被分割为矩阵状。

4.如权利要求1～3中任一项所述的流动计测装置，其特征是：将所述计测流路置于所述流路的中心区域。

5.如权利要求2～4中任一项所述的流动计测装置，其特征是：在流路外配置计测所述超声波发送接收机构间的超声波传送时间的计时机构、及基于该计时机构的输出而推测流体的平均流速及总流量的所述推测机构，沿着用于分割成多个所述小流路的隔板引导连接所述计时机构和所述超声波发送接收机构的配线。

6.如权利要求1～5中任一项所述的流动计测装置，其特征是：在所述流路中的所述计测流路的上游侧配置进行流体的整流的整流机构。

7.如权利要求6所述的流动计测装置，其特征是：在所述计测流路的流入口侧配置进行流体的整流的第2整流机构。

8.如权利要求1～7中任一项所述的流动计测装置，其特征是：将所述流路的横断面形状形成为圆形状，将所述计测流路的横断面形状形成为矩形形状。

9.如权利要求1～8中任一项所述的流动计测装置，其特征是：以电池作为电源。

10.如权利要求2或3所述的流动计测装置，其特征是：将所述小流路的横断面形状形成为大致正方形形状。

11.如权利要求6所述的流动计测装置，其特征是：替代所述整流机构而设有偏向机构，所述偏向机构包括朝回旋方向引导流动的固定翼。