专利名称：流量计量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及利用超声波对煤气等的流量进行计量的流量计量装置。
背景技术：
作为现有的超声波流量计量装置，已知在配管中的被计量流体流的两侧配置有一对超声波振子，这一对超声波振子之间互相交替进行超声波的信号发送/接收，并根据其传播时间差来检测出流量。然而，在这样的流量计量装置中，如果误将一对超声波振子与电路相反地连接的话，则与正确连接时相比，传播时间差会得到相反的结果。因此，在检查模 式中，检查传播时间差的符号，如果判断出一对超声波振子与电路相反连接时，则可以更换计算结果的符号。通过这样的操作，即使一对超声波振子与电路被误连接，也能够得出正确的流量。其中的一例可参考日本实用新型专利第4，400，260号。
实用新型内容但是，上述操作只是判断一对超声波振子与电路误连接的情况，并不是当流量计量装置本身与配管相反连接时的对策。因此，配管系统与一对超声波振子与电路发生误连接时的解决措施就成为了问题。本实用新型中的流量计量装置包括一对超声波传感器、信号发送部、信号接收部、计时部、流量计算部、累计部、切换部和计量控制部。一对超声波传感器被沿着被计量流体流经的计量流道的被计量流体流间隔一定距离进行设置。信号发送部驱动设定为信号发送侧的超声波传感器并使其发送超声波信号。信号接收部检测由设定为信号接收侧的超声波传感器所接收到的超声波信号。计时部计量从一个超声波传感器发送的超声波信号被另一个超声波传感器接收的传播时间。流量计算部通过传播时间算出被计量流体的流量。累计部累计由流量计算部计算的流量。切换部用于切换一对超声波传感器作为信号发送侧或信号接收侧中的任意一方的设定。计量控制部控制切换部。累计部是对流量计算部计算的流量的绝对值进行累计。根据这样的结构，由于对流量计算部的流量的绝对值进行累计，从而无需设定计量流道中的被计量流体的流动方向便可开始流量计量装置的使用，从而能够提高流量计量装置的使用方便性。
图I为本实用新型实施例I中的流量计量装置的一个例子的方框图，图2为本实用新型实施例I中的流量计量装置的累计部的操作流程图，图3是表示本实用新型实施例I中的流量计量装置的U型配管的一个连接例子的连接图，图4是表示本实用新型实施例I中的流量计量装置的U型配管的另一个连接例子的连接图，[0010]图5是表示本实用新型实施例I中的流量计量装置的直线型配管的一个连接例子的连接图，图6是表示本实用新型实施例I中的流量计量装置的直线型配管的另一个连接例子的连接图，图7为本实用新型实施例2中的流量计量装置的累计部的操作流程图，图8为本实用新型实施例3中的流量计量装置的一个例子的方框图，图9是表示本实用新型实施例3中的流量计量装置中计算时的补正系数的一个例子的特性图，图10为本实用新型实施例3中的流量计量装置的累计部的操作流程图。·具体实施方式
·
·[0016]下面参照附图对本实用新型的较佳实施方式进行说明。此外，以下所有附图中相同或者相应的要素使用相同的参考符号，省略对其的重复说明。另外，本实用新型并不受这些实施例的限定。(实施例I)下面参照图I对本实用新型实施例I中的流量计量装置进行具体说明。图I是本实用新型实施例I中的流量计量装置的方框图。图2是表示本实用新型实施例I中的流量计量装置的累计部操作的流程图。〈流量计量装置的组成〉首先对本实用新型实施例中的流量计量装置的结构进行说明。如图I所示，本实施例中的流量计量装置包括计量流道I、超声波传感器2、3、信号发送部4、信号接收部5、计时部6、流量计算部7、累计部8、切换部9、和计量控制部10。计量流道I为被计量流体流经的流道。超声波传感器2 (第一超声波传感器)及超声波传感器3 (第二超声波传感器)被设置在计量流道I两侧并互相对准。在被计量流体沿着箭头A的方向在计量流道I中流动的场合下，超声波传感器2被配置在计量流道I的上游一侧，超声波传感器3被配置在测量流道I的下游一侧。信号发送部4在发送信号时，驱动超声波传感器2或者超声波传感器3发送出超声波信号。信号接收部5对由超声波传感器2或者超声波传感器3所接收的超声波信号进行检测。计时部6测量从一个超声波传感器2或超声波传感器3发送的超声波信号到由另一个超声波传感器2或超声波传感器3接收到的传播时间。流量计算部7通过传播时间计算出被计量流体的流量。累计部8对计算出的流量进行累计。切换部9将超声波传感器2或者超声波传感器3中的其中之一设定为信号接收侧，而另一个设定为信号发送侧。计量控制部10对通过超声波进行的被计量流体的流量计量进行控制。这里，超声波传感器2及超声波传感器3配置成相对于被计量流体流经的计量流道I的流道轴成角度Φ互相对置。〈流量计量装置的操作〉下面对具有上述结构的流量计量装置的操作进行说明。计量控制部10控制切换部9，首先将超声波传感器2设定为信号发送侧，将超声波传感器3设定为信号接收侧。并且，从信号发送部4输出的驱动信号被输入到设定为信号发送侧的超声波传感器2。从超声波传感器2发出超声波信号，发出的超声波信号向设定为信号接收侧的超声波传感器3发送。信号发送侧的超声波传感器2发出的超声波信号到信号接收侧的超声波传感器3接收信号所需要的传播时间由计时部6计量。此外，通过由计时部6对这样信号发送操作及信号接收操作反复进行一定的次数(η次)时所需时间进行计测，能提高计量精度。接下来，计量控制部10控制切换部9，转换超声波传感器2与超声波传感器3的发送/接收信号的设定。亦即，计量控制部10将超声波传感器3设定在信号发送侧，将超声波传感器2设定在信号接收侧。并且，从信号发送部4输出的驱动信号被输入至设定为信号发送侧的超声波传感器3。从超声波传感器3发出超声波信号，发出的超声波信号向设定为信号接收侧的超声波传感器2发送。信号发送侧的超声波传感器3发出的超声波信号到信号接收侧的超声波传感器2接收信号所需传播时间由计时部6计量。这样，计量控制部10通过控制切换部9对超声波传感器2、超声波传感器3在信号发送侧与信号接收侧的设定进行切换，对在各个设定中的超声波信号的传播时间如上所述进行测量。流量计算部7根据以下的公式一计算出流量Q。·Q=S · V= {S · L/ (2 · cos Φ)} {(1/tl) - (I/12)}...(公式一)其中，L为超声波信号在超声波传感器2与超声波传感器3之间传播的超声波的传播距离，tl为从上游一侧的超声波传感器2至下游一侧的超声波传感器3的超声波信号传播的传播时间，t2为从下游一侧的超声波传感器3至上游一侧的超声波传感器2的超声波信号传播的传播时间，V为被计量流体的流速，S为计量流道I的截面积，Φ为超声波传感器2及超声波传感器3的超声波信号的传播路径与计量流道I的轴形成的角度，Q为流量。从(公式一)可以看出，流量计算部7从通过传播时间tl (第一传播时间)计算的流量与通过传播时间t2 (第二传播时间)计算的流量的差计算被计量流体的流量Q，因此，计量流道I中的被计量流体流经的方向变成反方向时，传播时间tl与传播时间t2则互相交换，虽然流量Q的绝对值不变，但符号变成相反。另外，因为被计量流体的流动具有流速分布，所以上述测量到的流速V不能捕捉到平均流速时，(公式一)所求得的流量Q与实际的流量不同。因此，如下列公式(公式二)所示，一般会用上述流量Q乘以补正系数k,求得真正的流量Qt。Qt=k · Q ...(公式二)〈累计部的操作〉在本实施例的流量计量装置中，累计部8对由流量计算部7计算的流量的绝对值进行累计。下面使用图2对本实施例的流量计量装置中的累计部8的操作进行说明。在累计部8中，首先，开始计量时(步骤S101)，流量计算部7开始操作。然后，流量计算部7计量流量，并取得流量值qi (步骤S102)。接下来，累计部8对流量值qi的绝对值I qi I进行累计(步骤S103)。之后，显示该累计流量值(步骤S104)。最后，判断计量操作是否结束(步骤S105)。计量操作未结束时(步骤S105的NO)，则再回到步骤S102，接下来重复步骤S102 步骤S105的处理。计量操作结束时(步骤S105的YES)，计量操作结束(步骤S106)。—般，因为煤气表的流量不会为负，故超声波传感器2、3与信号发送部4、信号接收部5顺接时，计量到的流量值qi为正值。这时，流量值qi的绝对值也为正值，被进行流量值qi累计。另外，如果超声波传感器2、3与信号发送部4、信号接收部5反接时，计量的流量值qi为负值。但是，因为累计的是流量值qi的绝对值，故流量值qi作为正的值累计。这样，无论计量流道I内的被计量流体的流动方向为哪个方向，都能得到正确的累计流量值。上面所述的超声波传感器2、3与信号发送部4、信号接收部5 “顺接”指的是，图I中超声波传感器2配置在计量流道I的上游一侧，超声波传感器3配置在测量流道I的下游一侧的状态。另一方面，超声波传感器2、3与信号发送部4、信号接收部5 “反接”指的是，图I中的超声波传感器2配置在计量流道I的下游一侧，超声波传感器3配置在计量流道I的上游一侧的状态。亦即，图I表示的是顺接状态，箭头A变成相反方向的话，便表示反接的状态。图3以及图4是表示本实用新型实施例I中的流量计量装置的U型配管连接的一个例子的连接图。如前所述，在本实施例的流量计量装置中，计量流道I中的被计量流体无论流动方向哪个方向，通过累计流量值qi的绝对值都能测量流量。如图3所示，连接口 A作为被计量流体的入口一侧、连接口 B作为被计量流体的出口一侧时，与相反情况的如图4所示连接口 A作为被计量流体的出口一侧、连接口 B作为被计量流体的入口一侧时，被计量流体的流动方向相反。但是，采用本实施例的话，不管被计量流体的流动方向如何，都能正 确地测量出穿过流量计量装置的被计量流体的流量。图5以及图6是表示本实用新型实施例I中的流量计量装置的直线型配管连接的一个例子的连接图。如图5所示的连接口 C在被计量流体的入口一侧、连接口 D在被计量流体的出口一侧时，与相反情况的如图6所示连接口 C在被计量流体的出口一侧、连接口 D在被计量流体的入口一侧时，被计量流体的流动方向相反。但是，采用本实施例的话，不管被计量流体的流动方向如何，都能正确地测量出穿过流量计量装置的被计量流体的流量。亦即，采用本实施例的流量计量装置的话，无需判断流经计量流道I的被计量流体的流动方向。因此，无论流量计量装置的配管入口一侧在哪一边，都不用在意其方向，只要是同样的连接就能计量出穿过计量流道I的流量。这样，本实施例的流量计量装置通过对流量计算部7计算的流量绝对值进行累计，无需设定被计量流体的流动方向便可进行正确的测量，这样可以提高流量计量装置的使用方便性。(实施例2)〈流量计量装置的组成〉下面对本实用新型实施例2中的流量计量装置进行说明。由于本实施例中的流量计量装置的结构与图I中所示的实施例I的结构相同，故省略说明。另外，本实施例与实施例I中的累计部8的操作不同，故参照图7对本实施例中流量计量装置的累计部8的操作情况进行具体地说明。〈累计部的操作〉在本实施例的流量计量装置中，累计部8考虑由流量计算部7计算的流量的正或者负的符号，算出累计流量。之后，累计部8将累计流量的绝对值作为被计量流体的流量输出。具体操作如下。在累计部8中，首先，测量开始时(步骤S201)，流量计算部7也开始操作。然后，读取流量值qi (步骤S202)，再以考虑该流量值qi符号的值进行累计，计算累计流量值(Σ qi)(步骤S203)。之后,输出累计流量值(Σ qi)的绝对值(I Σ qi I )(步骤S204)，再显示该累计流量值(步骤S205)。最后，判断计量操作是否结束(步骤S206)。计量操作未结束时(步骤S206的NO)，则再回到步骤S202，接下来重复步骤S202 S206的处理。计量操作结束时(步骤S206的YES)，计量操作结束(步骤S207)。下面使用具体例子对图7所示的累计部8的操作进行说明。例如，流量值qi从“200升/小时”变化为“-10升/小时”时，考虑了符号的累计流量值(Σ qi)为“190升/小时”，累计流量值的绝对值(I Σ qi I )为“190升/小时”。另外，流量计量装置的配管入口侧与出口侧反接时，流量值qi从“-200升/小时”变化成“10升/小时”。即使在这样的情况下，考虑了符号的累计流量值(Σ qi)为“-190升/小时”，累计流量值的绝对值(I Σ qi I )为“190升/小时”。这样，由于考虑了流量的符号，即使流量产生负的值，考虑符号累计流量后，根据计算绝对值，无需判断流经计量流道I的被计量流体的流动方向，便能计量累计流量。亦即，无论流量计量装置的配管的入口侧在哪一边，都不用在意其方向，只要连接配管就能计 量出穿过计量流道I的累计流量。(实施例3)下面参照图8对本实用新型实施例3中的流量计量装置进行具体地说明。图8是表示本实用新型的实施例3中的流量计量装置的一个示例框图。〈流量计量装置的组成以及操作〉首先对本实用新型实施例中的流量计量装置的结构进行说明。如图8所示，本实施例中的流量计量装置为与实施例I中的流量计量装置基本相同的结构，不同之处在于具有流动方向判断部11。对于与实施例I中的流量计量装置相同的构成要素，这里省略对其的重复说明。流动方向判断部11考虑由流量计算部7计算得到的流量是正或者负的流量，从而判断出被计量流体的流动方向。流量计算部7根据判断的被计量流体的流动方向改变计算时的补正系数。计量流道I的形状关于被计量流体的流动方向为非对称时，补正系数也因被计量流体的流动方向不同而不同。图9是表示本实用新型实施例3中的流量计量装置中计算时的补正系数的一个例子的特性图。在图9中，计算时的补正系数K在顺流时为顺向补正系数K1，在逆流时为反向补正系数K2。这里的“顺流时”指的是超声波传感器2、3与信号发送部4、信号接收部5顺接的情况，“逆流时”指的是超声波传感器2、3与信号发送部4、信号接收部5反接时的情况。下面对本实用新型实施例中的流量计量装置的操作进行说明。本实施例的流量计量装置通过由流量计算部7计算的流量的正负来判断被计量流体的流动方向，流量计算部7再根据判断出的流动方向来改变计算时的补正系数K。下面使用图10对本实施例的流量计量装置中的累计部8的操作进行说明。图10是表示本实用新型实施例3中的流量计量装置的累计部操作的流程图。如图10所示,在累计部8中，首先，在测量开始时(步骤S301),流量计算部7也开始操作。接着，读入流量值qi (步骤S302)，再判断流量值qi的符号为正还是为负(步骤S303)。流量值qi的符号为正时(步骤S303的YES)，作为补正系数K采用顺向补正系数Kl (步骤S304)。相反，当流量值qi的符号为负时(步骤S303的NO)，作为补正系数K采用反向补正系数K2 (步骤S305)。接下来，以考虑符号的流量值qi进行累计，计算累计流量值(Σ qi)(步骤S306)。之后，输出累计流量值(Σ qi)的绝对值(I Σ qi I )(步骤S307)。之后，显示该累计流量值(步骤S308)。最后，判断计量操作是否结束。计量操作未结束时(步骤S309的NO)，则再回到步骤S302，接下来重复步骤S302 步 骤S309的处理。另一方面，计量操作结束时(步骤S309的YES )，则结束计量操作(步骤S310)。这样，根据计量流道I内的被计量流体的流动方向改变补正系数K时，无需确保计量流道I的上游或下游的流动方向的对称性。这样，无论被计量流体的流动方向如何，都能测量出高精度的流量。此外，虽然上述说明中示出了一对超声波传感器2以及超声波传感器3设置在计量流道I两侧相对配置的实施例，但是一对超声波传感器2以及超声波传感器3配置在计量流道I的一个侧面(同一面)上，利用对置的内壁面的反射亦可。另外，两个超声波传感器2以及超声波传感器3也可以设置在计量流道I的上游与下游相对配置，不是与超声波的传播路径相对于流动方向不是倾斜，而与计量流道I平行。这样，一对超声波传感器2以及超声波传感器3可以沿着计量流道I的被计量流体流隔开一定距离设置。此外，在上述说明中，虽然是用流量值对计量流道I中的被计量流体的流动方向进行判断，但是用传播时间来进行判断也是可以的。另外，本实用新型并不因上述实施方式记载的而被限定，还有各种变化的可能。将不同的实施方式或多个变形例中分别公开的技术方案适当的组合而得到的实施例也包含在本实用新型的技术范围内。如上所述，本实用新型的一种流量计量装置包括一对超声波传感器、信号发送部、信号接收部、计时部、流量计算部、累计部、切换部和测量控制部。一对超声波传感器沿着被计量流体流经的计量流道的被计量流体流隔开一定距离进行设置。信号发送部驱动设定为信号发送侧的超声波传感器使其发送超声波信号。信号接收部检测由设定为信号接收侧的超声波传感器接收到的超声波信号。计时部测量从一个超声波传感器发送的超声波信号到由另一个超声波传感器接收的传播时间。流量计算部通过传播时间计算被计量流体的流量。累计部累计由流量计算部计算的流量。切换部用于切换一对超声波传感器作为信号发送侧或信号接收侧中的任意一方的设定。计量控制部控制切换部。累计部对由流量计算部计算得到的流量的绝对值进行累计。根据这样的结构，由于是对流量计算部7得到的流量的绝对值进行累计，从而无需设定计量流道中的被计量流体的流动方向便可开始流量计量装置的使用。这样，能够提高流量计量装置的使用方便性。在本实用新型的流量计量装置中，一对超声波传感器由第一以及第二超声波传感器构成，计量控制部切换第一以及第二超声波传感器为信号发送部或信号接收部的设定，计时部计量从设定为信号发送侧的第一超声波传感器发出的超声波信号到设定为信号接收侧的第二超声波传感器接收信号的第一传播时间，与从设定为信号发送侧的第二超声波传感器发出的超声波信号到设定为信号接收侧的第一超声波传感器接收信号的第二传播时间，流量计算部从根据第一传播时间计算的被计量流体的流量与根据第二传播时间计算的被计量流体的流量的差计算被计量流体的流量亦可。根据这样的结构，从切换超声波信号的信号发送方向计量到的传播时间计算的流量的差求得流量，故可消除周围温度等计量条件的变动的影响。这样，能够提高被计量流体的流量的计量精度。本实用新型中的流量计量装置中，累计部将累计的累计流量的绝对值作为流量输出亦可。 根据这样的结构，对由流量计算部考虑了符号而计算的流量的绝对值进行累计，从而无需设定流动方向便可开始流量计量装置的使用。这样，能够提高流量计量装置的使用方便性。另外，即使被计量流体发生逆流时，因为考虑符号并进行累计，所以能够正确地
计量流量。本实用新型的流量计量装置中，还具有从传播时间判断被计量流体流动方向的流动方向判断部，流量计算部根据被计量流体的流动方向，变更计算时的补正系数亦可。根据这样的结构，即使计量流道为相对于正反流动方向并不对称的结构，也能够计量高精度的流量。因此，能够提高流道构成的自由度。综上所述，本实用新型中的流量计量装置，因为不管流体的流动方向都能测量高精度的流量，故只要是流体计量的领域，不管被计量流体是何物都能适用。
权利要求1.一种流量计量装置，其特征在于包括 沿着被计量流体流动的计量流道的被计量流体流隔开一定距离设置的一对超声波传感器； 驱动设定为信号发送侧的所述超声波传感器使其发送超声波信号的信号发送部； 检测由设定为信号接收侧的所述超声波传感器所接收到的超声波信号的信号接收部; 测量从一个所述超声波传感器发送的超声波信号被另一个所述超声波传感器接收到为止的传播时间的计时部； 通过所述传播时间计算所述被计量流体流量的流量计算部； 对由所述流量计算部计算的流量进行累计的累计部； 对一对所述超声波传感器作为信号发送侧或信号接收侧中的任意一方的设定进行切换的切换部；和 控制所述切换部的计量控制部， 其中，所述累计部对所述流量计算部计算的流量的绝对值进行累计。
2.根据权利要求I所述的流量计量装置，其特征在于 一对所述超声波传感器由第一以及第二超声波传感器构成， 所述计量控制部切换所述第一以及第二超声波传感器作为信号发送侧或信号接收侧的设定， 所述计时部测量从设定为信号发送侧的所述第一超声波传感器发出的超声波信号到设定为信号接收侧的所述第二超声波传感器接收信号的第一传播时间，和从设定为信号发送侧的所述第二超声波传感器发出的超声波信号到设定为信号接收侧的所述第一超声波传感器接收信号的第二传播时间， 所述流量计算部从根据所述第一传播时间计算的所述被计量流体的流量与根据所述第二传播时间计算的所述被计量流体的流量的差计算所述被计量流体的流量。
3.根据权利要求I所述的流量计量装置，其特征在于所述累计部将累计的累计流量的绝对值作为流量输出。
4.根据权利要求I 3中任意一项所述的流量计量装置，其特征在于还包括从所述传播时间判断所述被计量流体流动方向的流动方向判断部，所述流量计算部根据所述被计量流体的流动方向，变更计算时的补正系数。
专利摘要本实用新型公开了一种流量计量装置，其中的一对超声波传感器沿着被计量流体流经的计量流道的被计量流体流隔开一定距离设置而成。信号发送部驱动设定为信号发送侧的超声波传感器使其发送超声波信号。信号接收部检测由设定为信号接收侧的超声波传感器所接收到的超声波信号。计时部测量从一个超声波传感器发送的超声波信号到由另一个超声波传感器接收的传播时间。流量计算部通过传播时间计算被计量流体的流量。累计部对流量计算部计算的流量进行累计。累计部累计由流量计算部计算的流量的绝对值。
文档编号G01F1/66GK202693049SQ20122015778
公开日2013年1月23日 申请日期2012年4月13日 优先权日2011年4月14日
发明者竹村晃一 申请人:松下电器产业株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
