CN103988055A - 流量测量装置 - Google Patents

Abstract

流量测量装置的测量控制部通过测量块分割部将采样周期(Tc)分割为三个以上、例如四个等间隔的测量块(Tb)，使流量测量部针对每个该测量块(Tb)进行流量测量。流量测量部的流量计算部针对每个采样周期(Tc)计算在所有的测量块内获得的流量值的平均值来作为该采样周期(Tc)的流量值。由此，在估计式燃气表等利用传播时间倒数差法的流量测量装置中，能够更有效地减轻脉动的影响，更进一步地提高流量测量的精度。

Description

流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种利用超声波测量燃气等流体的流量的流量测量装置，特别是涉及一种针对被设定为用于上述流量测量的最小时间单位的每个采样周期进行流量测量的流量测量装置。

背景技术

作为利用超声波测量流体的流量的流量测量装置之一，已知有利用传播时间倒数差法的装置。在传播时间倒数差法中，在作为流量测量对象的流路(测量流路)的上游侧和下游侧分别设置超声波收发器，交替地发送和接收脉冲状的超声波。由此，能够利用正方向和反方向各自的传播时间来测量流体的流速，因此能够利用该流速和测量流路的截面积来测量流体的流量。

作为利用传播时间倒数差法的流量测量装置的具体例，典型地列举估计式(或推测式)燃气表。估计式燃气表一般构成为在作为测量流路的配管内间歇性地对燃气的流量进行采样测量，计算其测量值的平均值并进行累计，由此获取燃气使用量(流量累计值)。此外，基本上针对预先设定的每个采样周期进行一次采样测量。也就是说，采样周期是指被设定为用于流量测量的最小时间单位的周期。

上述结构的估计式燃气表与以往的实际容量式(实测式)燃气表(例如膜式燃气表)相比，不需要具备用于流量测量的机械运转部。因而，能削减部件件数，因此能够实现小型化以及低成本化。

另外，燃气是不同于水等液体而能够压缩的流体，因此在通过燃气机热泵(GHP：Gas Engine Heat Pump)等使燃气压缩的设备的过程中，燃气流容易产生脉动。在估计式燃气表中已知如下情形：当该脉动与采样周期重叠时，在燃气的流量测量中产生误差。

特别地，当脉动周期性地产生时，如果脉动的周期与采样周期一致或相接近，或者脉动的周期为采样周期的整数倍，则有可能作为燃气的流量值只测量到脉动的峰值或谷值。在这种情况下，燃气的流量值的误差相对较大，如果再对含有误差的流量值进行累计，则导致作为其累计值的燃气使用量与实际的使用量大幅偏离。

因此，以往提出了各种技术用于即使燃气流产生脉动也获得正确的燃气流量值。例如，在专利文献1中公开了一种使测量期间的开始相位基于规定的规则性发生变化的流量测量方法和流量测量装置。具体地说，在各测量期间T之间设置时间间隔Td，使多个测量时间T的开始定时的周期或相位基于预先决定的规定的规则性发生变化以与实际测量到的脉动的周期或相位不同。

专利文献1：日本特开2001-174306号公报

发明内容

发明要解决的问题

另外，近年来，在燃气表的抄表器中正在利用通信网络，因此提出对燃气表赋予各种通信功能的技术，并被实际应用。利用传播时间倒数差法的估计式燃气表能够通过超声波的发送和接收来在几秒内进行燃气的流量测量，而且能够以数字数据获取测量出的流量值，因此能够借助通信功能与各种网络连接，或者与其它设备连接来构成***。

特别地，如果通过网络连接或***化来使估计式燃气表与燃气泄漏警报机或其它警报设备连动，则该估计式燃气表还能够具备各种安保功能。为了应对这样的使用状况，要求估计式燃气表以更高精度进行流量测量。

如果是目前为止的使用状况，则通过使用专利文献1所公开的技术，能够实现有效地减轻脉动的影响的估计式燃气表。然而，专利文献1所公开的技术如上述那样是在每个采样周期使流量测量(测量期间T)的开始定时偏移时间间隔Td的结构。因此，在该结构中，例如在产生单发产生的脉动、或者周期与设想周期不同的脉动的情况下，有可能无法充分地应对。因而，在今后设想的使用状况中，需要更进一步地减轻脉动的影响。

本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，在估计式燃气表等利用传播时间倒数差法的流量测量装置中，更有效地减轻脉动的影响，更进一步地提高流量测量的精度。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题，本发明所涉及的流量测量装置被构成为具备：流量测量部，其包括与作为测量对象的流体所流动的测量流路相交叉地相向配置的一对的超声波收发器，通过在上述超声波收发器之间发送和接收超声波来进行上述流体的流量测量；以及测量控制部，其进行控制以使上述流量测量部针对被设定为用于上述流量测量的最小时间单位的每个采样周期进行上述流量测量，其中，该测量控制部将上述采样周期分割为3个以上的等间隔的测量块，使上述流量测量部针对每个该测量块进行上述流量测量，并且上述流量测量部针对每个上述采样周期计算在所有的上述测量块内获得的流量值的平均值来作为该采样周期的流量值。

在上述结构的流量测量装置中，也可以是，构成为上述测量控制部控制上述流量测量部使其针对每个上述测量块在随机的定时进行上述流量测量。

在上述结构的流量测量装置中，也可以是，上述流量测量部至少包括：上述一对的超声波收发器；发送和接收切换部，其对该超声波收发器的发送和接收进行切换；振荡驱动部，其对作为发送侧的上述超声波收发器进行驱动，使其进行超声波的发送；超声波检测部，其检测由作为接收侧的上述超声波收发器接收到的上述超声波；传播时间测量部，其测量在上述一对的超声波收发器之间发送和接收的超声波的传播时间；以及流量计算部，其根据上述传播时间计算上述流体的流量值。

在上述结构的流量测量装置中，也可以是，上述流量计算部包括：测量块流量计算部，其针对每个上述测量块计算流量值并存储；以及采样周期流量计算部，其针对每个上述采样周期计算由上述测量块流量计算部存储的流量值的平均值。

在参照添附附图的基础上，通过下面的优选实施方式的详细说明，本发明的上述目的、其它目的、特征以及优点将变得清楚。

发明的效果

如上所述，本发明起到如下效果：在估计式燃气表等利用传播时间倒数差法的流量测量装置中，能够更有效地减轻脉动的影响，更进一步地提高流量测量的精度。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的流量测量装置的结构的框图。

图2A是表示图1所示的流量测量装置中的采样周期和测量块的结构例与脉动的关系的一例的时序图，图2B是表示以往的流量测量装置中的采样周期与脉动的关系的时序图。

图3是表示图1所示的流量测量装置中的采样周期和测量块的结构例与脉动的关系的另一例的时序图。

图4是表示本发明的实施方式2所涉及的流量测量装置的结构的框图。

图5是表示图4所示的流量测量装置中的采样周期和测量块的结构例的时序图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的优选的实施方式。此外，下面，在所有的图中对相同或相当的要素附加相同的参照标记，并省略其重复的说明。

(实施方式1)

[流量测量装置的结构]

参照图1具体说明本发明的实施方式1所涉及的流量测量装置的结构。本实施方式所涉及的流量测量装置是利用传播时间倒数差法的估计式燃气表，作为测量对象的流体是燃气。如图1所示，该流量测量装置具备流量测量部10和测量控制部20。

流量测量部10具备一对超声波收发器11、12、发送和接收切换部13、振荡驱动部14、超声波检测部15、传播时间测量部16以及流量计算部17。一对超声波收发器11、12与作为测量对象的燃气所流动的测量流路30相交叉地相向配置。在本实施方式中，如图1所示，将第一超声波收发器11和第二超声波收发器12以与测量流路30倾斜交叉的方式相向地配置。此外，当将测量流路30内的燃气的流动方向设为图中的箭头F时，第一超声波收发器11和第二超声波收发器12的相向方向以φ角度倾斜。

第一超声波收发器11和第二超声波收发器12相互进行超声波的发送和接收。不对这些超声波收发器11、12的具体结构进行限定，能够使用能进行超声波的发送和接收双方的公知的超声波振荡元件。在本实施方式中，使用公知的压电陶瓷振子。

发送和接收切换部13通过测量控制部20的控制来以固定的周期对一对超声波收发器11、12的发送和接收进行切换。振荡驱动部14通过驱动被设定为发送侧的超声波收发器11、12中的一方，来向另一方发送超声波。超声波检测部15检测由被设定为接收侧的超声波收发器11、12中的一方接收到的超声波。

更具体地说，例如，如果通过发送和接收切换部13将第一超声波收发器11设定为发送侧、将第二超声波收发器12设定为接收侧，则振荡驱动部14驱动第一超声波收发器11，使其向第二超声波收发器12发送超声波(参照图中的双向箭头Ss)。第二超声波收发器12接收从第一超声波收发器11发送的超声波，由超声波检测部15检测该超声波。之后，如果通过发送和接收切换部13将第二超声波收发器12设定为发送侧、将第一超声波收发器11设定为接收侧，则进行同样的超声波的发送和接收以及检测。

传播时间测量部16测量由超声波检测部15检测出的超声波的传播时间。也就是说，如果是将第一超声波收发器11设定为发送侧、将第二超声波收发器12设定为接收侧的例子，则测量由第一超声波收发器11发送的超声波被第二超声波收发器12接收为止的时间。流量计算部17根据由传播时间测量部16检测出的传播时间来计算燃气的流量值。在本实施方式中，流量计算部17包括测量块流量计算部171和采样周期流量计算部172。稍后记述这些流量计算部171、172中的流量计算。

发送和接收切换部13、振荡驱动部14、超声波检测部15、传播时间测量部16以及流量计算部17的具体结构不特别地进行限定，能够优选使用在超声波振荡元件的领域中公知的切换电路、驱动电路、接收电路、测量电路、运算电路等。另外，发送和接收切换部13、振荡驱动部14、超声波检测部15、传播时间测量部16以及流量计算部17可以构成为各自独立的电路等，也可以安装在一个基板上而构成为一体。或者，如果流量计算部17是CPU等运算元件以及存储器等存储部，则也可以是发送和接收切换部13、振荡驱动部14、超声波检测部15以及传播时间测量部16的至少一部分的结构为通过运算元件依照保存在存储部中的程序进行动作来实现的结构、即运算元件的功能结构。

此外，流量测量部10的具体结构不限定于图1所示的结构，能够采用公知的其它结构。因而，在本发明中，流量测量部10只要构成为通过在一对超声波收发器11、12之间发送和接收超声波来进行流体的流量测量即可，从而也可以是不具备发送和接收切换部13、振荡驱动部14、超声波检测部15、传播时间测量部16以及流量计算部17中的至少一部分的结构，还可以是具备除了这些结构以外的结构要素的结构。

测量控制部20包括发送和接收控制部21、采样周期设定部22以及测量块分割部23。发送和接收控制部21通过控制发送和接收切换部13、振荡驱动部14、传播时间测量部16以及流量计算部17(具体地说是采样周期流量计算部172)的动作，使得在第一超声波收发器11和第二超声波收发器12之间发送和接收超声波，从而进行流量测量。此外，根据超声波检测部15(以及测量块流量计算部171)的结构的不同，它们的动作也可以通过发送和接收控制部21来进行控制。

采样周期设定部22设定作为用于流量测量的最小时间单位的采样周期。发送和接收控制部21针对所设定的每个采样周期控制发送和接收切换部13等的动作，使得在超声波收发器11、12之间发送和接收超声波。测量块分割部23将采样周期分割为多个测量块。测量块为等间隔的时间段，测量块分割部23将采样周期分割为3个以上的测量块。发送和接收控制部21使得在等间隔分割所得到的可以称为采样周期的下位周期的各个测量块中进行超声波的发送和接收。

测量控制部20基本上只要构成为使流量测量部10针对每个采样周期进行流量测量即可，对于这里所说的流量测量，不是在每个测量块的流量测量中计算出的流量值，而是整个采样周期的流量值。如果将前者称为块流量值、将后者称为周期流量值，则将周期流量值计算为一个采样周期中的块流量值的平均值。

发送和接收控制部21、采样周期设定部22以及测量块分割部23的具体结构不特别地进行限定。例如，也可以为发送和接收控制部21由CPU等运算元件以及存储器等存储部构成，采样周期设定部22和测量块分割部23分别以由公知的开关元件、减法器、比较器等构成的逻辑电路等构成。或者，如果测量控制部20由CPU等运算元件构成，则发送和接收控制部21、采样周期设定部22以及测量块分割部23也可以是测量控制部20的功能结构。在这种情况下，通过由运算元件依照保存在存储部中的程序进行动作来实现发送和接收控制部21、采样周期设定部22以及测量块分割部23。

[采样周期和测量块]

接着，参照图2A和图2B具体说明上述的采样周期和测量块以及流量测量的方法(也包含测量块流量计算部171和采样周期流量计算部172的结构的说明)。

在专利文献1所公开的以往的流量测量装置(以下称为以往的流量测量装置)中，如图2B所示，针对固定时长的每个采样周期Tc，以图中斜线的区域所示的流量测量动作时间Tm进行一次流量测量。此外，图2A、图2B中均为横轴表示经过时间t、将采样周期Tc图示为带状。在本实施方式中，例如设定为采样周期Tc＝2秒，设定为流量测量动作时间Tm＝大约200毫秒。

采样周期Tc如上述那样被设定为用于流量测量的最小时间单位，但是这取决于估计式燃气表的电源是内置型的电池而非外部供电。也就是说，估计式燃气表从其使用条件来看需要将电源设为电池，因此如果消耗电力大，则导致电池在短期间内消耗完。因此，需要尽可能地削减估计式燃气表的消耗电力。另一方面，需要以能够确保良好的燃气流量值的精度的频率进行流量测量。因此，以能够兼顾消耗电力的削减以及流量测量的精度的方式设定采样周期Tc。典型地说，采样周期Tc如上述那样被设定为2秒，但是当然不限定于此，能够与使用环境或测量对象的流体相应地设定为不同的长度。

在此，在以往的流量测量装置中，如上述那样进行控制以使流量测量动作时间Tm(在专利文献1中为测量时间T)的开始定时偏移时间间隔Td。如果在本实施方式中将该时间间隔Td称为延迟时间Td，则该延迟时间Td的长度如图2B所示那样在每次的采样周期Tc中不同，因此在每次的采样周期Tc中随机地开始流量测量。

其中，在以往的流量测量装置中，延迟时间Td的最大值被设定为最大延迟时间Ts(例如Ts＝300毫秒)，因此，换句话说，在每次的采样周期Tc中，流量测量的开始定时被设定在0毫秒～300毫秒的范围内。

此时，如图2B的最下部所示那样，设为产生了与采样周期Tc同步的脉动。在图2B所示的例子中，由于脉动的上升时期始终与延迟时间Td重叠，因此导致即使使流量测量的开始随机地变化，流量测量动作时间Tm也与脉动同步。在到目前为止的使用环境的情况下，即使是以往的流量测量装置也能够确保经得起实际使用的良好的测量精度，但是在今后设想的使用状况中，需要更进一步地减轻脉动的影响。

与此相对地，本实施方式所涉及的流量测量装置如图2A所示那样，通过测量控制部20的测量块分割部23将采样周期Tc分割为3个以上的等间隔的测量块Tb(在图2A中为4个)，发送和接收控制部21使流量测量部10针对每个该测量块Tb进行流量测量。

例如图2A中的将首个采样周期Tc放大的上部所示，通过测量块分割部23将采样周期Tc分割为4个测量块Tb(Tb＝0.5秒)。

发送和接收控制部21使流量测量部10在第一～第四个测量块Tb内进行流量测量。即，如图2A所示那样在标记为“○”的所有块内进行测量。

而且，流量计算部17中的测量块流量计算部171计算在第一～第四测量块的所有测量块内测量出的燃气的流量值并进行存储。之后，流量计算部17中的采样周期流量计算部172获取来自发送和接收控制部21的与采样周期Tc有关的信息，从测量块流量计算部171获取在第一～第四测量块的所有测量块内测量流量得到的流量值，计算它们的平均值，并获取该平均值作为采样周期Tc的流量值。

而且，在图2A的最下部示出了与采样周期Tc同步的脉动，但是如从图2A中显而易见地，脉动与测量块Tb不同步，从而能够通过测量块Tb实质随机地进行流量测量。由此，与以往相比能够更有效地减轻脉动的影响，并能够进一步地提高流量测量的精度。

也就是说，在本发明中，不是在采样周期Tc中仅进行一次流量测量，而是将采样周期Tc分割为多个测量块Tb，在所有的该块中进行流量测量，由此与以往相比能够更随机地进行流量测量。

如图2B所示，在以往，针对每个采样周期Tc使流量测量的开始时间偏移，因此各个采样周期Tc中的流量测量的开始定时是随机的。可是，如果就连续的采样周期Tc整体来看，则随机的开始定时收敛在从采样周期Tc的开始起至最大延迟时间Ts为止的期间这样的特定的周期内。因此，与以往相比，本发明能够更随机地进行流量测量。

另外，在本实施方式中，采样周期Tc被分割为4个测量块Tb，但是分割数不限定于此，只要是3个以上即可。分割数的上限不特别地进行限定，能够与流量测量动作时间Tm的长度、消费电力的上限、或者所要求的流量测量的频率等各种条件相应地自行决定上限值。具体地说，例如图3所示，可以将采样周期Tc分割为3个测量块Tb(参照图3的第二个采样周期Tc)、或者也可以分割为5个测量块Tb(参照图3的第四个采样周期Tc)，虽然没有图示，但是也可以分割为6个以上的测量块Tb。

另外，在图2所示的例子中，采样周期Tc每次被分割为4个测量块Tb，但是在图3所示的例子中，第一个、第三个以及第五个采样周期Tc被分割为4个测量块Tb，第二个采样周期Tc被分割为3个测量块Tb，第四个采样周期Tc被分割为5个测量块Tb。在本发明中，也可以像这样针对每个采样周期Tc改变测量块Tb的数量(分割数)。此时的测量块Tb的数量可以随机地变化，也可以按规定的顺序周期性地变化。

另外，在本实施方式中，一对超声波收发器11、12为以φ角度与测量流路30相交叉地相向配置的结构，但是例如也可以是配置在测量流路30的同侧的结构。在该结构中，从发送侧的超声波收发器11、12发送的超声波经测量流路30的内壁反射后被接收侧的超声波收发器11、12接收。另外，测量流路30也可以与超声波收发器11、12形成为一体来构成超声波测量部件。

并且，在本实施方式中，作为流量测量装置，例示了估计式燃气表，但是本发明不限定于此，能够广泛地适用于具备一对超声波收发器并通过超声波的发送和接收来测量流体的流量的流量测量装置。

(实施方式2)

参照图4和图5具体地说明本发明的实施方式2所涉及的流量测量装置。本实施方式所涉及的流量测量装置如图4所示那样基本上与上述实施方式1所涉及的流量测量装置相同，不同点在于测量控制部20包括测量定时设定部24。

测量定时设定部24设定针对每个测量块进行的流量测量的定时。发送和接收控制部21在针对每个测量块进行流量测量时，在测量定时设定部24所设定的定时进行各测量块内的流量测量。此时，测量定时设定部24可以设定定时使得在各测量块内始终在相同的定时进行流量测量，但是当各自设定使得各测量块内的流量测量的定时随机时，能够更进一步地提高流量测量的随机性。

具体地说，假设与上述实施方式1同样地将采样周期Tc分割为四个测量块Tb。如图5所示，如果用斜线的区域表示各测量块Tb内的流量测量动作时间Tm，则在第一个～第四个测量块的各测量块Tb内进行流量测量的定时不同。

这样，通过针对每个测量块改变流量测量的定时，即使脉动短至与测量块Tb的长度同步的程度，也能够降低该脉动与流量测量动作时间Tm同步的可能性。

此外，测量定时设定部24的具体结构不特别地进行限定，如上述实施方式1所说明的那样，可以与发送和接收控制部21、采样周期設定部22以及测量块分割部23同样地以由公知的开关元件、减法器、比较器等构成的逻辑电路等来构成，如果测量控制部20由运算元件构成，则也可以是测量控制部20的功能结构。

对于本领域技术人员来说，基于上述说明可知本发明的很多改进、其它的实施方式。因而，上述说明应该被解释为仅是例示，是为了教给本领域技术人员执行本发明的优选方式而提供的。不脱离本发明的精神而能够实质地变更其结构和/或功能的详细内容。

产业上的可利用性

本发明不仅能够适用于估计式燃气表等利用传播时间倒数差法的燃气的流量测量的领域，还能够广泛地使用于可能产生脉动的流量的测量领域。

附图标记说明

10：流量测量部；11：第一超声波收发器；12：第二超声波收发器；13：发送和接收切换部；14：振荡驱动部；15：超声波检测部；16：传播时间测量部；17：流量计算部；20：测量控制部；21：发送和接收控制部；22：采样周期设定部；23：测量块分割部；24：测量定时设定部；30：测量流路；171：测量块流量计算部；172：采样周期流量计算部；Tc：采样周期；Tb：测量块。

Claims (4)

1.一种流量测量装置，具备：

流量测量部，其包括与作为测量对象的流体所流动的测量流路相交叉地相向配置的一对的超声波收发器，通过在上述超声波收发器之间发送和接收超声波来进行上述流体的流量测量；以及

测量控制部，其进行控制以使上述流量测量部针对被设定为用于上述流量测量的最小时间单位的每个采样周期进行上述流量测量，

其中，该测量控制部将上述采样周期分割为3个以上的等间隔的测量块，使上述流量测量部针对每个该测量块进行上述流量测量，并且

上述流量测量部针对每个上述采样周期计算在所有的上述测量块内获得的流量值的平均值来作为该采样周期的流量值。

2.根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于，

上述测量控制部控制上述流量测量部使其针对每个上述测量块在随机的定时进行上述流量测量。

3.根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于，

上述流量测量部至少包括：

上述一对的超声波收发器；

发送和接收切换部，其对该超声波收发器的发送和接收进行切换；

振荡驱动部，其对作为发送侧的上述超声波收发器进行驱动，使其进行超声波的发送；

超声波检测部，其检测由作为接收侧的上述超声波收发器接收到的上述超声波；

传播时间测量部，其测量在上述一对的超声波收发器之间发送和接收的超声波的传播时间；以及

流量计算部，其根据上述传播时间计算上述流体的流量值。

4.根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于，

上述流量计算部包括：

测量块流量计算部，其针对每个上述测量块计算流量值并存储；以及

采样周期流量计算部，其针对每个上述采样周期计算由上述测量块流量计算部存储的流量值的平均值。