[发明专利]流量测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对超声波信号的传输时间进行测量，基于流体的流速对流体的流量进行测量的流量测量装置。

背景技术

以往，提出一种使用称为回振法(Sing-around Method)的方法的流量测量装置，该方法通过将两个振子之间的发送接收重复多次来提高测量分辨率。

下面，使用图6来说明应用于家庭用燃气表的以往的流量测量装置的例子。

图6是使用以往的回振法的流量测量装置的框图。如图6所示，流量测量装置由设置于流体管路41的第一振子42和第二振子43、测量部44、控制部45以及运算部46构成。而且，发送(发出)超声波的第一振子42和接收所发送的超声波的第二振子43与流体管路41中流动的流体的流动方向相对置地配置。测量部44对在第一振子42与第二振子43之间传播的超声波的传输时间进行测量。控制部45对测量部44进行控制。运算部46基于测量部44的测量结果来计算流体管路41中流动的流体的流量。

下面，说明计算流体管路41中流动的流体的流量的方法。

此外，如图6所示，将音速设为C，将流体的流速设为v，将第一振子42与第二振子43之间的距离设为L，将超声波的传播方向与流动的方向所形成的角度设为θ。

而且，将从配置于流体管路41的上游侧的第一振子42发送超声波、利用配置于下游侧的第二振子43来进行接收的情况下的传输时间设为t12。另外，将从配置于流体管路41的下游侧的第二振子43发送超声波、利用配置于上游侧的第一振子42来进行接收的、方向与流体的流动方向相反的情况下的传输时间设为t21。

此时，利用下式求出传播时间t12和反向的传播时间t21。

t12=L/(C+vcosθ)  (式1)

t21=L/(C-vcosθ)  (式2)

接着，将(式1)和(式2)变形，通过(式3)求出流体的流速v。

v=L×(1/t12-1/t21)/2cosθ  (式3)

然后，若将(式3)中求出的流速的值与流体管路41的截面积相乘，则可以求出流体的流量。此时，能够将(式3)括号内的项变形为(式4)那样。

(t21-t12)/t12×t21  (式4)

在此，(式4)的分母项与流体的流速变化无关而为大致固定的值，而(式4)的分子项为与流体的流速大致成比例的值。

因而，为了正确地测量流体的流速，需要高精度地测量传播时间t12与反向的传播时间t21之差。也就是说，流体的流速越慢，越需要求出传播时间的微小的差。因此，在以单次测量传播时间t12与反向的传播时间t21之差的情况下，要求测量部44具有以例如纳米秒(ns)数量级的时间分辨率来进行测量的性能。

但是，通常情况下难以实现纳米秒(ns)数量级的时间分辨率。另外，即使实现了纳米秒(ns)数量级的时间分辨率，也会产生由于高速的处理而耗电增加等问题。

因此，为了解决上述问题，开发了如下一种流量测量装置：通常，首先，将超声波的发送接收重复执行多次，由测量部44重复地测量传播时间。然后，通过求出由测量部44测量出的传播时间的平均值来实现所需的时间分辨率。即，当将测量部44的时间分辨率设为TA、将超声波的发送接收的重复次数设为M时，通过在重复测量期间使测量部44连续动作，能够使传输时间的时间分辨率为TA/M。由此，能够在流体管路41内的压力稳定时实现精度高的传播时间的测量。

但是，在将上述流量测量装置应用于测量例如作为能源而供给到一般家庭的燃气的流量的燃气表的情况下，会面临所谓的被称为脉动现象的固有问题。脉动现象例如是如下一种现象：如使用了被称为GHP(Gas Heat Pump：燃气热泵)的燃气发动机(gas engine)的空调设备那样，与燃气发动机的转动同步地引起周边的燃气供给配管内的压力发生变动。

而且，在产生脉动现象的情况下，即使在没有使用燃气器具的情况下，燃气也会与压力的变动同步地在燃气供给配管内移动。其结果是存在如下问题：如同燃气在燃气供给配管内流动一样，流量测量装置检测到流量。