超声流量计的制作方法-尊龙凯时官方app下载

文档序号:6415533阅读:306来源:国知局
专利名称:超声流量计的制作方法
技术领域
本发明涉及超声流量计,用于通过超声波的使用来测量流体的流量。
上述类型的一种常规超声流量计例如在日本特许公开no.8-233628中披露。在该超声流量计中,如图27a和27b所示,超声波振荡器2和3被相互面对地设置在流动通路1的一部分中,该流动通路1是部件4中的矩形。流量计算装置5利用两种传输时间之间的差对流体的速度进行计算,该两种传输时间是超声波振荡器3接收到从超声波振荡器2发出的超声波的传输时间和超声波振荡器2接收到从超声波振荡器3发出的超声波的传输时间。同时,根据流体的雷诺数推断流动通路1中的流速分布,以获得矫正系数并从而计算流量。
但是常规超声流量计有下列问题。被从流动通路内壁反射的反射波的传输距离不同于没有被反射地传输的直射波的传输距离。因此在反射波和直射波之间产生相位差。由于反射波和直射波的合成波被作为接收的波观测到,因此接收的波的幅度依赖于反射波和直射波之间的相位差增大或减小,而且其时间段也依赖于所述相位差而变化。这使测量精度以及可测量流量的范围变窄。
为解决上述问题,本发明包括流量测量部件和一对超声波振荡器,它们被构造成使直射波和反射波之间的相位差对测量结果的影响减小。
根据上述本发明,由于可减小流动通路的测量部件中反射波的影响,因此可以在一个宽范围内提高测量精度。
根据本发明第一实施例的超声流量计包括一对超声波振荡器;测量部件,用于测量超声波在该对超声波振荡器之间传输的时间;以及计算部件,用于根据来自测量部件的输出计算在流量测量部件中流动的流体的流量,其中,流量测量部件和该对超声波振荡器被构造成使从流量测量部件的壁反射的反射波对测量结果的影响减小。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
根据本发明第二实施例的用于通过超声波的使用测量流体的流量的超声流量计,包括一对超声波振荡器;测量部件,用于测量超声波在该对超声波振荡器之间传输的时间;以及计算部件,用于根据来自测量部件的输出计算在流量测量部件中流动的流体的流量,其中,在直射波和从流量测量部件的壁反射的反射波之间的相位差影响测量结果的构造中,其中所述直射波是指不被流量测量部件的壁反射地在在流量测量部件中流动的流体中传输的波,流量测量部件和该对超声波振荡器被构造成使直射波和反射波之间的相位差对测量结果的影响减小。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
根据本发明第三实施例的用于通过超声波的使用测量流体的流量的超声流量计,包括一对超声波振荡器;测量部件,用于测量超声波在该对超声波振荡器之间传输的时间;以及计算部件,用于根据来自测量部件的输出计算在流量测量部件中流动的流体的流量,其中,直射波和从流量测量部件的壁反射的反射波之间的相位差影响测量结果的构造中,其中所述直射波是指在不被流量测量部件的壁反射地在在流量测量部件中流动的流体中传输的波,有关该对超声波振荡器的频率、该对超声波振荡器之间的距离和流量测量部件的横截面形状的参数被组合,并且其中使直射波和反射波之间的相位差对测量结果的影响减小。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第四实施例的超声流量计中,基于第三实施例的超声流量计,直射波是沿着连接该对超声波振荡器的中心的直线传输的波,反射波是沿着通过连接该对超声波振荡器的中心和流量测量部件的壁上的一点而形成的等腰三角形的两个相等侧边传输的波,并且由直射波传输距离和反射波的传输距离之间的差引起的传输相位差是3π/2或更大。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第五实施例的超声流量计中,基于第三实施例的超声流量计,直射波是沿着连接该对超声波振荡器的中心的直线传输的波,反射波是只从流量测量部件的壁反射一次的波,而且该对超声波振荡器的有效辐射表面的一边或直径短于流量测量部件的高度,从而使反射波的最短传输时间长于直射波的传输时间。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第六实施例的超声流量计中,基于第四或第五实施例的超声流量计,该对超声波振荡器的频率被设置为预定的值或更大。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,并提高时间分辨力,从而获得更高精度的超声流量计。
在根据本发明第七实施例的超声流量计中,基于第三实施例的超声流量计,直射波是沿着连接该对超声波振荡器的中心的直线传输的波,反射波是沿着通过连接该对超声波振荡器的中心和流量测量部件的壁上的一点而形成的等腰三角形的两个相等侧边传输的波,并且直射波的传输距离和反射波的传输距离之间的传输相位差是0.2π或更小。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第八实施例的超声流量计中,基于第七实施例的超声流量计,超声流量计还包括至少一个或更多个分隔板,用于将流量测量部件分隔成多个部分。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第九实施例的超声流量计中,基于第八实施例的超声流量计,该对超声波振荡器的频率被设置为预定的值或更小。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第十实施例的超声流量计中,基于第一到第五以及第七实施例的任意一个的超声流量计,流量测量部件的截面形状是矩形,并且有关流量测量部件的截面形状的参数是该矩形的高度。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第十一实施例的超声流量计中,基于第一到第五以及第七实施例的任意一个超声流量计,流量测量部件的截面形状是圆形,并且有关流量测量部件的截面形状的参数是该圆形的直径。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第十二实施例的超声流量计中,基于第一到第五以及第七实施例的任意一个超声流量计,将该对超声波振荡器设置成使连接该对超声波振荡器的中心的线按预定方向相对于流量测量部件的横截面的中心线偏移。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第十三实施例的超声流量计中,基于第十二实施例的超声流量计,连接该对超声波振荡器的中心的线和在预定方向上的流量测量部件的横截面的中心线相互平行。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第十四实施例的超声流量计中,基于第十二实施例的超声流量计,连接该对超声波振荡器的中心的线和在预定方向上的流量测量部件的横截面的中心线以预定的角度相交。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第十五实施例的超声流量计中,基于第一或第二实施例的超声流量计,超声流量计还包括用于阻止只从流量测量部件的壁反射一次的反射波的产生的构件。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第十六实施例的超声流量计中,基于第十五实施例的超声流量计,连接该对超声波振荡器的中心的线和在预定方向上的流量测量部件的横截面的中心线以预定的角度相交。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第十七实施例的超声流量计中,基于第一或第二实施例的超声流量计,超声流量计还包括至少一个设置在流量测量部件中的构件。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第十八实施例的超声流量计中,基于第十七实施例的超声流量计,该至少一个构件设置在该对超声波振荡器的附近。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第十九实施例的超声流量计中,基于第十七实施例的超声流量计,该至少一个构件设置在流量测量部件的壁上。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第二十实施例的超声流量计中,基于第一或第二实施例的超声流量计,至少一个或更多个凹入或凸出部设置在流量测量部件的壁上。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第二十一实施例的超声流量计中,基于第二十实施例的超声流量计,超声流量计还包括覆盖该凹入部的网孔构件。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第二十二实施例的超声流量计中,基于第一或第二实施例的超声流量计,将该对超声波振荡器设置成使连接该对超声波振荡器的中心的线和代表该对超声波振荡器的至少一个的方向性的方向以预定的角度相交。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在根据本发明第二十三实施例的超声流量计中,基于第一到第五以及第七实施例的超声流量计,超声流量计还包括调整装置,用于至少在流量测量部件的上流侧调整流动方向。因此,可以使流量测量部件中流动的方向一致化,从而获得更高精度的超声流量计。


图1是根据本发明例1的超声流量计的结构图。
图2是沿上述流量计的a-a’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图3是沿上述流量计的b-b’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图4a和4b是示出流量测量部件中超声波传输路径分布的计算结果的图。
图5a和5b是示出所接收的超声波的计算结果的图。
图6是示出流量计的相对接收电压的特性曲线图。
图7是示出流量计的接收电压的变化的特性曲线图。
图8是沿根据本发明例2的超声流量计的a-a’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图9是沿上述流量计的b-b’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图10是示出流量计的相对接收电压的特性曲线图。
图11是示出流量计的接收电压的变化的特性曲线图。
图12是沿根据本发明例3的超声流量计的a-a’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图13是沿上述流量计的b-b’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图14是沿根据本发明例4的超声流量计的b-b’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图15是沿根据本发明例5的超声流量计的b-b’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图16是根据本发明例6的超声流量计的顶视图。
图17是沿上述流量计的c-c’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图18是沿上述流量计的d-d’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图19是沿根据本发明例7的超声流量计的a-a’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图20是沿上述流量计的b-b’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图21是沿根据本发明例8的超声流量计的a-a’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图22是沿上述流量计的b-b’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图23是沿根据本发明例9的超声流量计的a-a’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图24是沿上述流量计的b-b’线作出的从其一侧看去的剖视图。
图25是根据本发明例10的超声流量计的从其顶部看去的剖视图。
图26是示出将根据本发明例11的超声流量计安装到管道系统上的局部剖视图。
图27a和27b是常规超声流量计的结构图。
下面,将参照相关附图以实例的方式描述本发明。在所有附图中用相同的参考标号代表相同的元件,并省略对相同元件的详细说明。
(例1)图1是根据本发明例1的超声流量计的结构图。图2是沿图1的流动通路6的a-a’线所作的从其一侧看去的剖视图。参看图1,参考标号6代表流动通路,7代表流量测量部件,8和9代表流动通路6的侧壁部件,而10和11代表安装在侧壁部件8和9中的超声波振荡器。参考标号12代表与超声波振荡器10和11连接的测量部件,而13代表与测量部件12连接的计算部件。参看图2,参考标号14代表流动通路6的下板部件,15代表固定到侧壁部件8和9上的上板部件。流量测量部件7的截面形状是宽度为w0和高度为h0的矩形。
下面将参照图1和2描述制成具有上述构造的超声流量计的流动通路的方法的例子。构成流动通路6的侧壁部件8和9、下板部件14和上板部件15由与目标流体接触时不会起化学变化的材料制成。在本例中,由于例如将空气用做目标流体,因而选择abs树脂作为该材料。借助于密封物将上板部件15固定到侧壁部件8和9的端面上,从而构成其横截面形状是矩形的流量测量部件7。借助于密封物将超声波振荡器10和11紧固到在侧壁部件8、9中设置的固定件10a、11a上,以使其发射和接收表面相互面对。
下面描述具有上述构造的超声流量计的工作。用l代表连接超声波振荡器10和超声波振荡器11的中心的线的长度,并用θ代表上述线相对于作为流动方向的流量测量部件7的纵向的角度。同时,用c代表在处于无风状态下的作为目标流体的空气中的声速,用v代表空气在流量测量部件7中的流速。从设置在流动通路6的上流侧上的超声波振荡器10发射的超声波斜穿流量测量部件7,从而被设置在其下流侧上的超声波振荡器11接收。在这种情况下传输时间t1用下式表示
之后,超声波振荡器的发射和接收功能相互交换,从而超声波振荡器11发射超声波,同时超声波振荡器10接收该超声波。在这种情况下传输时间t2用下式表示
当从传输时间t1和t2的公式中消去空气中的声速c时,获得下面公式
如果已知l和θ,通过用测量部件12测量t1和t2来获得流速v。
根据流速v,利用计算部件13通过下面计算来获得流量qq=ksv其中,s代表流量测量部件7的截面面积,而k代表校正系数。
下面将参照图3描述在按照上述工作原理对流量进行测量的超声流量计的流量测量部件7中超声波的传输。图3是沿图1中所示流动通路6的b-b’线所作的从其一侧看去剖视图。
由于超声波振荡器10具有方向性,因此通常所发射的超声波在扩展的同时在流量测量部件7中传输。因此,由超声波振荡器11接收的超声波包括例如在流量测量部件7中沿传输路径17传输的直射波,和沿传输路径18传输的反射波,在该传输路径18中例如超声波被从上板部件15的内表面反射一次并被接收。传输路径17和18代表典型的传输路径。还存在沿着除传输路径17以外的路径传输的直射波和沿着除传输路径18以外的路径传输的反射波。例如,还存在被从下板部件14反射并传输的反射波,或者在被不止一次,而是两次或更多次反射后被接收的反射波。结果,由超声波振荡器11接收的波被作为直射波和反射波的合成波观测。如从传输路径17和18显示出的,直射波的传输距离不同于反射波的传输距离。传输路径17和传输路径18的传输距离之间的差δl用下式表示
当通过使用超声波振荡器的波长λ将典型传输路径17和18的传输距离之间的差转变成传输相位的差δθ时,获得下面的公式
因此,在流量测量部件7中传输的超声波中存在传输相位差。因此认为所接收的波作为沿所有可能的传输路径传输的直射波和反射波的叠加,受由传输相位差造成的干涉的影响。
为估算反射波对直射波的影响,对直射波和反射波的传输路径分布以及相应的波形进行计算。在这种计算中,假设超声波振荡器10和11的辐射表面的形状是方形(固定的),超声波振荡器10和11之间的距离是l,并且流量测量部件7由无限扩展的两个平行板构成。同时还假设目标流体不流动。
图4a和4b示出当改变高度(h0)以使传输路径17和18之间的传输相位差例如是0.7π到2.2π时获得的由超声波振荡器10发射并由超声波振荡器11接收的超声波的传输路径分布的计算结果。实线代表直射波,虚线代表一次反射波,而一-点链线代表两次反射波。图4a和4b的每一个的横轴代表各传输路径的传输距离,而其纵轴代表每个路径的相对强度。
由于超声波振荡器10和11的形状是固定的,因此没有观察到直射波的传输路径分布的变化。一次反射波的传输路径分布比直射波宽。此外,随着传输相位差更大,分布往往更宽。两次反射波的传输路径分布又比一次反射波宽。此外,直射波的每个路径的强度最大时的距离基本等于传输路径17的距离。并且,一次反射波的每个路径的强度最大时的距离基本等于传输路径18的距离。
图5a和5b示出通过将超声波振荡器10和11的脉冲响应特性分别加入图4a和4b的计算结果而计算的接收的波的波形。假设超声波振荡器10和11的频率是270khz。实线代表直射波,虚线代表一次反射波,一-点链线代表两次反射波。传输相位差越大,一次反射波的幅度就越小。两次反射波又比一次反射波小。这是因为典型传输路径17和18之间的传输相位差越大,传输路径分布就越宽,而且其斜度也越小,如图4a和4b所示。当考虑了所有可能的传输路径时,发现传输相位差在一个宽的范围内,并因反射波的相互干涉而被消除。
从图5a和5b还发现,随着传输相位差越大,反射波的出现往往被直射波晚。
根据上述计算结果,发现可以通过设定高度(h0)以使反射波的传输路径分布变宽或通过设定高度(h0)以使传输路径17和18之间的传输相位差变大来减小对直射波的影响。通过使超声波振荡器的辐射表面的高度低于高度(h0)可以进一步减小反射波对直射波的影响。
图6和7示出为证实反射波对直射波的影响而进行的实验的结果。实验是在下列条件下使用空气完成的超声波振荡器10和11之间的距离为l;超声波振荡器10和11的有效辐射表面是方形;宽度是w0(固定的);并且高度(h0)被设定成使传输路径17和18之间的传输相位差是0.7π到2.2π。超声波振荡器10和11的频率是270khz。
图6和7的每一个的横轴是用公式5计算的直射波的传输路径17和反射波的传输路径18之间的传输相位差。在计算中,λ代表在室温时无气流条件下获得的超声波振荡器10和11的波长。图6的纵轴代表当超声波振荡器10和11设置在流动通路6中时获得的接收电压相对于在将它们设置在开放的空间时的接收电压的相对接收电压。测量是在无气流条件下进行的。图7的纵轴代表在约为6000升/小时的流量下获得的接收电压相对于无气流情况下获得的接收电压的变化。
如从图6可看到的,当传输相位差在约为π到1.4π范围内时,在无气流情况下获得的电压趋于最低。从图7所示的由于气流而引起的接收电压的变化可看出,对于超声波振荡器10作为发射器而超声波振荡器11作为接收器的组合情况,当传输相位差在约为0.8π到1.2π范围内时,接收电压是最低的。相反,对于超声波振荡器11作为发射器而超声波振荡器10作为接收器的组合情况,接收电压在上述范围内是最高的。如果在直射波和反射波之间的叠加中不存在相位影响,则接收电压的这种增加的现象就不会出现。
对于超声波振荡器10作为发射器而超声波振荡器11作为接收器的组合以及超声波振荡器11作为发射器而超声波振荡器10作为接收器的两种组合情况,当传输相位差是3π/2或更多时,接收电压趋于减小。这被推断是因为超声波振荡器10和11的每个的方向性已由于气流而被偏转。
从上述结果,发现对于直射波的传输路径17和反射波的传输路径18之间的传输相位差为约0.8π到1.4π范围内时的高度(h0),在一个宽的范围内高精度的流量测量是困难的,因为在此高度时反射波的影响很大。相反,如果超声波振荡器10和11的频率、超声波振荡器10和11之间的距离(l)以及高度(h0)适当地组合,使传输相位差为约3π/2或更多,则在一个宽范围上高精度的流量测量和反射波影响的减小是可能的。如果距离(l)和高度(h0)是固定的,则更高精度的流量测量是可能的。这是因为随着超声波振荡器10和11的频率被设定得更高,可以使传输相位差更大。
这样,根据本发明,在直射波和反射波之间的传输相位差对测量结果有影响的超声流量计中,通过有选择地组合流量测量部件7的高度(h0)、超声波振荡器10和11之间的距离以及其频率,可以以简单的结构减小反射波的影响,使得能够在短时间内在一个宽的范围上以高精度测量目标流体的流量,从而使传输路径17和传输路径18之间的传输相位差为3π/2或更多。此外,由于在流量测量部件7中没有形成凹入或凸出部,因而不会出现流动的干扰,也不会出现压力损失的增加。
在例1中,选择传输路径17和18之间的传输相位差在0.7π到2.2π范围内时的高度(h0)。另一方面,可以选择传输路径17和18之间的传输相位差在2.2π范围内或更高时的高度(h0)。另外,可以选择超声波振荡器10和11之间的距离(l)或其频率。
(例2)下面,将参照图8和9描述根据本发明的例2。
图8是沿着根据本发明例2的超声流量计的流动通路6的a-a’线所作的从其一侧看去的剖视图。图9是沿着流动通路6的b-b’线所作的从其一侧看去的剖视图。参看图8,参考标号8、9、14和15代表侧壁部件、下板部件和上板部件,它们基本上与图2的构造相同。参看图9,参考标号10和11代表超声波振荡器,它们基本上与图3的构造相同。用于制成具有上述构造的超声流量计的流动通路的方法和其工作原理基本上与例1的相同,并因此在此省略。
通常,为减小压力损失,使流量测量部件7的横截面面积基本上与用于提供目标流体的管的内径相同,并且在某些情况下,从流速分布的角度考虑希望增大高度(h1)与宽度(w1)的宽高比(w1/h1)。在这种情况下,有时有可能有选择地将超声波振荡器10和11之间的距离(l)、高度(h1)和频率组合,从而使传输路径19和传输路径20之间的传输相位差为3π/2或更大。然后,考虑用于在增大宽高比的同时减小反射波的影响的装置。
图10和11示出为证实反射波对直射波的影响而进行的实验的结果。象在例1中那样,实验是在下列条件下使用空气完成的超声波振荡器10和11之间的距离为l;超声波振荡器10和11的有效辐射表面是方形;宽度是w1(固定的);并且高度(h1)被设定成使传输路径19和20之间的传输相位差在0.05π到0.7π的范围内。超声波振荡器10和11的频率是270khz。
图10和11的横轴代表由公式5计算的直射波的传输路径19和反射波的传输路径20之间的传输相位差。在计算中,λ代表在室温时无气流条件下获得的超声波振荡器10和11的波长。图10的纵轴代表当超声波振荡器10和11设置在流动通路6中时测量的接收电压相对于在将它们设置在开放的空间时测量的其接收电压的相对接收电压。测量是在无气流条件下进行的。图11的纵轴代表在约为6000升/小时的流量下获得的接收电压相对于无气流情况下获得的接收电压的变化。
如从图10可看到的,当传输相位差越小时,接收电压也越小。这被认为是因为由于在高度(h1)减小的同时超声波振荡器10和11的有效辐射表面是固定的,因此超声波振荡器10和11的一部分被下板部件14和上板部件15挡住。
如从图11可看出的,当传输相位差为0.2π或更大时,超声波振荡器10作为发射器而超声波振荡器11作为接收器的组合与超声波振荡器11作为发射器而超声波振荡器10作为接收器的组合之间具有不同的变化。相反,当传输相位差低于0.2π时,超声波振荡器10作为发射器而超声波振荡器11作为接收器的组合与超声波振荡器11作为发射器而超声波振荡器10作为接收器的组合之间的变化基本相等。上述基本相等的变化表明,不管超声传输速度被气流加速还是减速,在反射波叠加在直射波上时都没有观察到相位影响。因此认为反射波对直射波的影响被减小。
从上述结果,发现如果超声波振荡器10和11的频率、超声波振荡器10和11之间的距离(l)以及高度(h1)适当地组合,使传输路径19和20之间的传输相位差为约0.2π或更小,则可以减小反射波的影响,从而在一个宽范围上实现高精度流量测量。如果距离(l)和高度(h1)固定,则更高精度的流量测量是可能的。这是因为随着超声波振荡器10和11的频率被设定得更低,可以使传输相位差更小。
在例2中,选择传输路径19和20之间的传输相位差在0.05π到0.7π范围内时的高度(h1)。另一方面,可以选择传输路径19和20之间的传输相位差是0.05π或更小时的高度(h1)。另外,可以选择超声波振荡器10和11之间的距离(l)或其频率。
(例3)下面,将参照相关附图描述根据本发明的例3。
图12是沿着根据本发明例3的超声流量计的流动通路6的a-a’线所作的从其一侧看去的剖视图。参看图12,参考标号8、9、14和15代表流动通路6的侧壁部件、下板部件和上板部件,它们基本上与图2的构造相同。与图2的不同点在于流量测量部件的横截面被分隔板21a和21b分成三部分,从而形成分流量测量部分22a到22c。
当使高度(h2)与宽度(w2)的宽高比(w2/h2)更大,同时流量测量部件7的横截面面积基本上与用于提供目标流体的管的内径相同时,有时难于减小流动通路6的尺寸。为克服这种问题,考虑用于将流量测量部件7的横截面分成多个部分,从而增大各分流量测量部分的高度与宽度的宽高比的装置。
首先,将简要描述用于制造超声流量计的流动通路6的方法的实例。在高度(h2)与宽度(w2)的宽高比(w2/h2)为5的流量测量部件7中,例如,由厚度为0.2mm的sus制成的分隔板21a和21b被用粘合剂固定到侧壁部件8和9上,使之与下板部件14的内表面平行。在将分隔板21a、21b固定到侧壁部件8、9上后,借助于密封剂将上板部件15固定在侧壁部件8、9的端面。将各高度(h2a、h2b、h2c)设定成使分流量测量部分(22a、22c)的宽高比为约20,并且分流量测量部分(22b)的宽高比为约17。
选择超声波振荡器10、11之间的距离(l),使得在分流量测量部分(22b)中传输路径23和传输路径24之间产生约为0.04π的传输相位差,并且在分流量测量部分(22a)中传输路径25和传输路径26之间产生约为0.1π的传输相位差。假设超声波振荡器10、11的有效辐射表面是方形,而且其频率是270khz。用于在具有上述构造的超声流量计中安装超声波振荡器的方法以及其工作原理基本与例1的相同,并因此在此省略。
然后,将利用图13中所示传输路径23到26描述在分流量测量部分22中超声波的传输。应明白传输路径23到26代表典型的传输路径。与例1中相同,存在其它未示出的传输路径。图13是沿流动通路6的b-b’线所作的从其一侧看去的剖视图。
在分流量测量部分22b中,直射波沿着如传输路径23这样的路径传输,而反射波沿着如传输路径24这样的路径传输,在该路径24中反射波被分隔板21b反射。同样,在分流量测量部分22a中,直射波沿着如传输路径25这样的路径传输,而反射波沿着如传输路径26这样的路径传输,在该路径26中反射波被上板部件15反射。由于流量测量部分22c的高度(h2c)被设定成与分流量测量部分22a的高度(h2a)相等,因此直射波与反射波之间的关系基本上与分流量测量部分22a中相同。
超声波振荡器11将在分流动通路(h2a、h2b、h2c)中传输的所有直射波和反射波的合成波作为接收的波进行观测。如在例2中那样,分流量测量部分(22a到22c)被设定成使直射波和反射波之间的传输相位差为0.2π或更小。因此,在直射波和反射波的叠加中相位关系不受气流的影响,由此减小了反射波对直射波的影响。
在下列条件下进行实验,即象上述构造那样流量测量部件被分成三部分,并且作为目标流体的空气以约6000升/小时流动。从实验结果证实,在超声波振荡器10作为发射器而超声波振荡器11作为接收器的组合的情况下,变化基本上与在超声波振荡器11作为发射器而超声波振荡器10作为接收器的组合的情况下的变化相等。
这样,根据本发明,通过用分隔板将流量测量部件分成多个部分,可以减小反射波的影响。此外,可以实现流动的稳定化,使得目标流体的流量能被在短时间以高精度测量。
在例3中,尽管流量测量部件被分成三部分,但只要可以减小直射波和反射波之间的相位差,流量测量部件也可被分成两个、四个或更多个。可以适当改变高度值(h2a到h2c)。在本例中,假设超声波在所有分流量测量部分中传输。但是,只要流量测量部件的精度是令人满意的,超声波就不一定在所有分测量部分中传输。
(例4)下面,将参照相关附图描述根据本发明的例4。
图14是沿着根据本发明例4的超声流量计的流动通路6的b-b’线所作的从其一侧看去的剖视图。参看图14,参考标号8、9、14、15代表流动通路6的侧壁部件、下板部件和上板部件,它们基本上与图3的构造相同。其与图3的构造的不同在于超声波振荡器10、11设置在侧壁部件8和9中,使连接超声波振荡器10、11的中心的线27和高度(h3)的中心线29相互平行但相互不一致。
为获得高精度流量计,需要减小反射波的影响。为此目的,考虑产生来自下板部件14的内表面的反射波和来自上板部件15的反射波之间的传输相位差。作为用于实现此目的的一个方法,令连接该对超声波振荡器的中心的线27从流量测量部件28的高度(h3)的中心线29开始平行的移动,从而使来自下板部件14的内表面的反射波和来自上板部件15的反射波分别以不同的相位到达超声波振荡器。
下面将描述形成具有上述构造的超声流量计的流动通路的方法的例子。例如,借助于密封剂将超声波振荡器10、11固定到侧壁部件8和9上,从而使直射波的传输路径27和从下板部件14反射的反射波的传输路径30之间的传输相位差是0.7π,而传输路径27和从上板部件15反射的反射波的传输路径31之间的传输相位差是2.2π。借助于密封剂将上板部件15固定到侧壁部件8和9的端面上。超声波振荡器10、11之间的距离,其有效辐射表面的形状,其频率和目标流体与例1中的相同。具有上述构造的超声流量计的工作原理基本上与例1中相同,并因此在此省略。
下面将使用示范性传输路径描述在流量测量部件28中超声波的传输。直射波沿着连接超声波振荡器的中心的线27传输。反射波具有从下板部件14的内表面反射的传输路径30,和从上板部件15的内表面反射的传输路径31。这种反射波在超声波振荡器11的中心附近被接收。所示出的直射波和反射波的传输路径是典型的传输路径。与在例1中一样,存在其它未示出的传输路径。如果连接中心的线27和中心线29相互一致,则传输路径30和传输路径31的传输距离相互相等,不产生传输相位差。相反,如果连接中心的线27和中心线29相互不一致,则传输路径30和传输路径31的传输距离相互不同,产生传输相位差。因此,这些反射波相互干涉和影响,结果反射波对直射波的影响减小。
在上述构造下通过使空气以约6000升/小时流动而进行的实验中,证实获得了基本上与传输相位差为2.2π的图8中所示的相同的结果。
这样,根据本发明,通过将超声波振荡器设置为使连接其中心的线从流量测量部件的高度(h3)的中心线平行地偏移,可以使从下板部件反射的反射波的传输相位差不同于从上板部件反射的反射波的传输相位差。这使得能够减小反射波对直射波的影响,并从而能够在短时间里以高精度测量目标流体的流量。
在例4中,连接超声波振荡器的中心的线27从流量测量部件的高度(h3)的中心线29平行地偏移,使直射波的传输路径27和从下板部件14反射的反射波的传输路径30之间的传输相位差是0.7π,并且传输路径27和从上板部件15反射的反射波的传输路径31之间的传输相位差是2.2π。本发明不限于上述条件,而可以适当地改变上述条件。
(例5)下面,将参照相关附图描述根据本发明的例5。
图15是沿着根据本发明例5的超声流量计的流动通路6的b-b’线所作的从其一侧看去的剖视图。参看图15,参考标号8、9、14、15代表流动通路6的侧壁部件、下板部件和上板部件,它们基本上与图3的构造相同。与图3的构造的不同在于超声波振荡器10、11被设置成倾斜状态,从而使连接超声波振荡器10、11的中心的线32和流量测量部件36的高度(h4)的中心线33以预定角度(θ4)相交。
象例4中那样,为获得高精度流量计,需要减小反射波的影响。为达到此目的,考虑产生来自下板部件14的内表面的反射波和来自上板部件15的反射波之间的传输相位差。产生本例所选择的传输相位差的一个方法是,将超声波振荡器10、11设置成使连接超声波振荡器10、11的中心的线32和高度(h4)的中心线33以预定角度(θ4)相交。
下面将描述形成具有上述构造的超声流量计的流动通路的方法的例子。例如,借助于密封剂将超声波振荡器10、11固定到侧壁部件8、9上,从而使连接超声波振荡器10、11的中心的线32相对于高度(h4)的中心线33倾斜约2.5度。然后借助于密封剂将上板部件15固定到侧壁部件8、9的端面上。超声波振荡器10、11之间的距离,其有效辐射表面的形状,其频率和目标流体与例1中的相同。具有上述构造的超声流量计的工作原理基本上与例1中描述的相同,并因此在此省略。
将使用示范性传输路径描述在流量测量部件36中超声波的传输。直射波例如沿着连接中心的线32传输。作为反射波的典型传输路径,传输路径34和传输路径35从超声波振荡器10的中心附近开始分别沿着朝向下板部件14和上板部件15的方向延伸,以相同的角度相交。所示出的直射波和反射波的传输路径是典型的传输路径。与在例1中一样,存在其它未示出的传输路径。沿着传输路径34传输的超声波被从下板部件14反射,而沿着传输路径35传输的超声波被从上板部件15反射。由于具有不同的传输距离,沿着传输路径34和传输路径35传输的反射波产生传输相位差。
如果连接中心的线32和中心线33相互一致,则传输路径34和传输路径35的传输距离相互相等。这样不产生传输相位差,而且超声波振荡器11在其同一位置接收两种反射波。但是,在本例中,由于连接中心的线32和中心线33相互以2.5度倾斜,因此传输路径34和传输路径35的传输距离相互不同,引起传输相位差。此外,超声波振荡器11在不同的位置接收各反射波。因此,这些反射波相互干涉和影响,结果反射波对直射波的影响减小。
在例5中,连接超声波振荡器10、11的中心的线32以约2.5度相对于高度(h4)的中心线33倾斜。本发明不局限于上述条件,而可以使倾斜角度大于或小于2.5度。
(例6)下面,将参照相关附图描述根据本发明的例6。
图16是根据本发明例6的超声流量计的流动通路的顶视图。图17是沿图16中的流动通路的c-c’线所做的从其一侧看去的剖视图。图18是沿图16中的流动通路的d-d’线所做的从其一侧看去的剖视图。在这些图中,参考标号37代表流动通路,38代表流动通路37的上板部件,39代表用于设置在上板部件38上的超声波振荡器10的固定件a,40代表流动通路37的下板部件,41代表用于设置在下板部件40上的超声波振荡器11的安装件b,42和43代表流动通路37的侧壁部件,而44代表流量测量部件。
为获得高精度流量计,需要减小反射波的影响。减小反射波中一次反射波的影响尤其重要。在有些情况下,从流速分布来看,需要增大高度(h5)与宽度(w5)的宽高比(w5/h5)。为达到此目的,考虑用于将一对超声波振荡器设置在这样的位置的方法,其中不论流量测量部件44的形状如何,都不产生在流量测量部件44中只反射一次的反射波。
下面将描述形成具有上述构造的超声流量计的流动通路的方法的例子。构成流动通路37的上板部件38、下板部件40、固定件39、41和侧壁部件42、43由相对于目标流体不起化学变化的材料制成。在本例中,由于空气例如被用做目标流体,选择abs树脂作为该材料。首先,将固定件固定到上板部件38上,使上板部件38的纵轴方向与超声波振荡器10的安装方向d-d’相交的角(θ5)例如为30度。类似地,将固定件41固定到下板部件40上,使下板部件40的纵轴方向与超声波振荡器11的安装方向d-d’相交的角(θ5)为30度。借助于密封物将上板部件38固定到侧壁部件42、43的端面上,从而构成其横截面形状为矩形的流量测量部件44。然后借助于密封物45、46将超声波振荡器10、11固定到固定件39、40上,使连接超声波振荡器10、11中心的线47与d-d’横截面的高度(h5)的中心线的(θ6)交角为30度。超声波振荡器10、11之间的距离,其有效辐射表面的形状和其频率与例1中的基本相同。具有上述构造的超声流量计的工作原理基本上与例1中描述的基本相同,并因此在此省略。
将使用图18中所示示范性传输路径47到49描述在流量测量部件44中超声波的传输。传输路径47到49是典型的传输路径。存在其它未示出的传输路径。从超声波振荡器10发出的直射波沿着传输路径47向超声波振荡器11传输。在从超声波振荡器10发出的超声波传输时,它们通常会扩展,并因此它们中的一些沿着传输路径48和49传输。但是,沿着传输路径48传输并被下板部件40反射的超声波在从流量测量部件44的壁再次反射后绝不会到达超声波振荡器11。类似的,沿着传输路径49传输并被侧壁部件42反射的超声波在从流量测量部件44的壁再次反射后也绝不会到达超声波振荡器11。在按上述位置关系设置的超声波振荡器10、11中,只被从流量测量部件44反射一次的反射波不会被超声波振荡器11接收。因此,影响直射波的反射波已被反射了两次或更多次。被反射两次或更多次的反射波对直射波的影响明显小于只被反射一次的反射波。这使得能够减小反射波的影响。
在使用具有上述构造的流量测量部件44,通过使作为目标流体的空气以约6000升/小时流动而进行的实验中,证实了与在其中传输相位差为2.2π的例1基本相同的结果。从上述结果发现,通过分别在相对于流动通路37的纵轴方向和流量测量部件44的高度(h5)方向形成角度(θ5、θ6)并且不产生一次反射波的位置设置一对超声波振荡器10、11,无论流量测量部件44的横截面尺寸如何,都可以以高精度在一个宽的范围内测量目标流体的流量。
在例6中,尽管流动通路37的纵轴方向与超声波振荡器的安装方向d-d’的交角(θ5)被设定为30度,并且连接一对超声波振荡器的线47与高度(h5)的中心线的交角(θ6)被设定为30度,但本发明不局限于上述条件,也可以使用适当的角度。
(例7)下面,将参照相关附图描述根据本发明的例7。
图19是沿着例7的超声流量计的流动通路6的a-a’线所作的从其一侧看去的剖视图。参看图19,参考标号8、9、14、15代表流动通路6的侧壁部件、下板部件和上板部件,它们基本上与图2的构造相同。与图2的不同点在于具有没有将流量测量部件52分成层的尺寸的构件50、51被固定于侧壁部件8、9上。
为减小反射波的影响,考虑在流量测量部件52中设置反射板,从而能够将直射波和反射波之间的传输相位差设定为希望的值。
下面描述制造具有上述构造的超声流量计的流动通路的方法的例子。例如,在流量测量部件52中,用粘合剂将由厚度为0.2mm、长度(l6)为7mm的sus制成的构件50a、50b固定在设置了超声波振荡器10的侧壁部件8上,使之与下板部件14的内表面平行。类似的,用粘合剂将构件51a、51b固定在设置了超声波振荡器11的侧壁部件9上。在将构件50和构件51固定到侧壁部件8和9上后,借助于密封物将上板部件15固定到侧壁部件8和9的端面上。超声波振荡器10、11之间的距离,其有效辐射表面的形状、其频率和目标流体与例1中的相同。将超声波振荡器安装到具有上述构造的超声流量计上的方法,以及超声流量计的工作原理基本上与例1中描述的相同,并因此在此省略。
将使用图20中所示示范性传输路径53和54描述在流量测量部件52中超声波的传输。传输路径53和54是典型的传输路径。与例1中一样,存在其它未示出的传输路径。图20是沿着流动通路6的b-b’线所做的从其一侧看去的剖视图。直射波沿着传输路径53传输。反射波例如沿着传输路径54传输,在该路径54中反射波被构件50a和随后被下板部件14重复反射。沿传输路径54传输的反射波具有长于只被上板部件15反射一次的反射波的传输距离。尽管未示出,但还存在其接收被构件51阻挡的反射波的传输路径。这使得能够减小反射波对入射波的影响。
如上所述,根据本发明,通过设置各构件,可以将直射波和反射波之间的传输相位差设定为希望的值。这使得能够减小反射波的影响,并在短时间里进行高精度的目标流体的流量的测量。
在例7中,使用了由厚度为0.2mm和长度(l6)为7mm的sus制成的构件。本发明不局限于上述条件,而是可以使用适当的尺寸和材料。在本例中,构件59、51被固定到侧壁部件8、9上。另一方面,这些构件也可以设置在除侧壁部件8、9之外的其它位置上。在本例中,使用了总共四个构件。另一方面,可以使用一个或更多个的任意数量的构件。
(例8)下面,将参照相关附图描述根据本发明的例8。
图21是沿着例8的超声流量计的流动通路6的a-a’线所作的从其一侧看去的剖视图。参看图21,参考标号8、9、14、15代表流动通路6的侧壁部件、下板部件和上板部件,它们基本上与图2的构造相同。与图2的构造的不同在于在下板部件14和上板部件15上设置了没有将流量测量部件56分成层的构件55a、55b。
为获得高精度流量计,需要减小反射波的影响。为此目的,考虑在流量测量部件56中提供反射板,以使反射波不容易被接收的方法。
下面描述制造具有上述构造的超声流量计的流动通路的方法的例子。用粘合剂将由厚度为0.2mm、长度(l7)为1mm的sus制成的构件55a、55b固定在宽度(w7)的中心附近,使之与下板部件14和上板部件15的内表面垂直。在固定构件55后,借助于密封物将上板部件15固定到侧壁部件8和9的端面上。超声波振荡器10、11之间的距离,其有效辐射表面的形状、其频率和目标流体与例1中的相同。将超声波振荡器安装到具有上述构造的超声流量计上的方法,以及超声流量计的工作原理基本上与例1中描述的相同,并因此在此省略。
将使用图22中所示示范性传输路径57和58描述在流量测量部件56中超声波的传输。传输路径57和58是典型的传输路径。但是,与例1中一样,存在其它未示出的传输路径。图22是沿着流动通路6的b-b’线所做的从其一侧看去的剖视图。从超声波振荡器10发出的直射波传输并扩展。例如,直射波沿着传输路径57传输。扩展的超声波被上板部件15和下板部件14反射,从而被超声波振荡器11作为反射波接收。但通过在上板部件15上设置构件55a,沿传输路径58传输的反射波的传输例如被构件55a阻挡。因此,沿传输路径58传输的反射波不会被超声波振荡器11接收。尽管还存在除传输路径58之外的其它反射波的传输路径,但一些反射波的传输可以被构件55a和55b阻挡。这使得能够减小反射波对直射波的影响。
这样,根据本发明,由于可以用构件阻挡一些反射波的传输,因此可以通过适当选择所设置的构件的位置和数量来减小反射波的影响。这使得能够在短时间里进行高精度的目标流体的流量的测量。
在例8中,尽管是在宽度(w7)的中心附近设置了由厚度为0.2mm和长度(l7)为1mm的sus制成的构件55a、55b,但本发明不局限于上述条件,而是可以使用适当的尺寸、位置和材料。在本例中,可以在除下板部件和上板部件之外的位置上设置各构件。在本例中,设置了两个构件。另一方面,可以使用一个或更多个的任意数量的构件。
(例9)下面,将参照相关附图描述根据本发明的例9。
图23是沿着例9的超声流量计的流动通路6的a-a’线所作的从其一侧看去的剖视图。参看图23,参考标号8、9、14、15代表流动通路6的侧壁部件、下板部件和上板部件,它们基本上与图2的构造相同。与图2的构造的不同在于凹入部59形成在下板部件14中,并被网孔构件60所覆盖。
为在增大流量测量部件61的高度(h8)与宽度(w8)的宽高比(w8 h8)的情况下减小反射波的影响,考虑在流量测量部件61中形成凹入部和覆盖凹入部以使流动不受凹入部干扰的网孔构件的方法。
下面描述制造具有上述构造的超声流量计的流动通路的方法的例子。使用铰刀在宽高比(w8/h8)例如为5的流量测量部件61的下板部件14的中心附近形成凹入部59,从而使传输路径62和传输路径63之间的传输相位差为2.2π。将覆盖凹入部59的网孔构件固定,以防止作为目标流体的空气流入其中。网孔构件应具有例如为no.100的网孔尺寸,以使超声波能够通过。借助于密封物将上板部件15固定到侧壁部件8、9的端面上,以使传输路径62和传输路径64之间的传输相位差为1.2π。超声波振荡器10、11之间的距离,其有效辐射表面的形状、其频率和目标流体与例1中的相同。将超声波振荡器安装到具有上述构造的超声流量计上的方法,以及超声流量计的工作原理基本上与例1中描述的相同,并因此在此省略。
将使用图24中所示示范性传输路径描述在流量测量部件61中超声波的传输。图24是沿着流动通路6的b-b’线所做的从其一侧看去的剖视图。直射波沿着传输路径63传输。由下板部件14反射的反射波例如沿着传输路径63传输,在该路径63中该反射波被凹入部59的底部反射。由上板部件15反射的反射波例如沿着传输路径64传输。尽管传输路径62到64是典型传输路径,但与例1中相同,还存在其它未示出的传输路径。一些反射波被网孔构件60的表面反射,而不穿过网孔构件60。
由于传输路径62和传输路径63之间的传输相位差被设定为2.2π,而传输路径62和传输路径64之间的传输相位差被设定为1.2π,因此这些反射波的传输路径的分布不同。这导致从下板部件14和上板部件15反射的反射波相互干涉和影响。以这种方式,通过形成下板部件14和上板部件15的不对称构造,可以减小反射波对直射波的影响。由于网孔构件60覆盖凹入部59,因此空气流过流量测量部件61,而不流入凹入部59。因此,气流不被干扰。另一方面,超声波可以在包括凹入部59的流量测量部件61中传输。
这样,根据本发明,由于可以通过形成该构件将直射波和反射波之间的传输相位差设定为希望的值,因而在一个被测量的流量范围内获得了稳定的流量分布。这使得能够减小反射波的影响,并在短时间里以高精度测量目标流体的流量。
在例9中,形成凹入部59,从而使传输路径62和传输路径63之间的传输相位差为2.2π。本发明不局限于上述条件,而是可以使用适当的值。在本例中,形成覆盖凹入部59的网孔尺寸为no.100的网孔构件60或类似构件。另一方面,除非凹入部59对气流的影响达到在测量时带来问题的程度,否则就不需要网孔构件。在本例中,凹入部59形成在下板部件14的中心附近。但只要实现反射波影响的减小,就可以在任何位置形成任何数量的这种凹入部。例如,可以在上板部件15上形成凹入部,或除了凹入部59外,可以形成凸出部。
(例10)下面,参照相关附图描述根据本发明的例10。
图25是例10的超声流量计的流动通路6的从其一侧看去的剖视图。参看图25,参考标号6代表流动通路,8和9代表流动通路6的侧壁部件,它们基本上与图1的构造相同。与图1的构造的不同在于超声波振荡器10的中心方向66相对于连接超声波振荡器10和11的中心的线65向上流偏移角度θ10(约5度),而超声波振荡器11的中心方向67相对于线65向下流偏移角度θ11(约5度)。制成该流动通路的方法,安装超声波振荡器的方法,以及工作原理基本上与例1中的相同,并因此在此省略其说明。超声波振荡器10、11之间的距离,其有效辐射表面的形状、其频率和目标流体与例1中的相同。
通常,超声波振荡器往往朝向其中心方向有强的方向性。因此,在开放的空间里,当超声波振荡器10、11被设置成相互面对以与其方向性一致时,则获得最大的接收电压。但是,当超声波在如流动通路6这样的封闭空间里被发射和接收时,即使是反射波也有较强的方向性,并因此可提供大的接收电压。这造成对直射波有大的影响。为解决这一问题,将超声波振荡器10、11设置成使其中心方向66、67相对于连接其中心的线65以角度θ10、θ11偏移。在这种构造下,尽管直射波的接收电压减小了,但反射波有较弱的方向性,并且反射波的接收电压也降低。这样,减小了反射波的影响。
在超声波振荡器10的中心方向66以约5度向下流偏移,并且超声波振荡器11的中心方向67以约5度向上流偏移,同时象在例1中那样使空气以约6000升/小时流动的条件下进行实验。结果,获得与传输相位差约为2π的图7中所示的基本相同的结果。
这样,根据本发明,通过将超声波振荡器设置成使其中心线从连接其中心的线偏移,可以减小反射波对直射波的影响,并可以在短时间里以高精度测量目标流体的流量。
在例10中,中心线66、67相对于连接超声波振荡器的中心的线65以5度偏移。本发明不局限于上述条件,而是可以使用适当的角度。在本例中,超声波振荡器10、11的中心线向上流和向下流偏移。另一方面,它们可以朝着下板部件和上板部件偏移。此外,可以使用任何方向的组合。
(例11)下面参照相关附图描述根据本发明的例11。
图26是说明在管道系统中安装根据本发明的例11的超声流量计的局部剖视图。参看图26,参考标号10a、11a代表固定件,14、15代表流动通路6的下板部件和上板部件,68代表调整装置,69代表流量测量部件,70、71代表管。该图中未示出的流量测量部件69的构造基本上与例1到10的任何一个的构造相同。与例1到10的任何一个的构造的不同在于在流量测量部件69中设置了调整装置68。调整装置由铝蜂窝构件构成,并被用粘合剂固定到下板部件14、上板部件15和侧壁部件(未示出)上,从而不会因空气流而移动。制成超声流量计的该流动通路的方法,安装超声波振荡器的方法,以及工作原理基本上与例1中的相同,并因此在此省略。
下面将描述调整装置的工作。在流量测量中,通常,为稳定流速的分布和流动的方向,在流量测量部件的上流侧形成与管的直径相比足够长(约十倍)的直管部分。由于超声流量计的尺寸的减小和其安装位置的限制,难于在流量测量部件69的上流侧设置与管的直径相比足够长的直管部分。此外,在某些情况下,管70被设置成与流动通路6垂直。在这种构造中,空气在流量测量部件69中流动,与此同时其流动方向受到干扰,并且这些导致对测量精度的影响。
提供具有蜂窝构件的调整装置68,以便在从管70流入流量测量部件69时稳定空气流。使已通过调整装置68的空气的流动方向均匀,以便基本使其与下板部件14和上板部件15平行。
这样,根据本发明,通过将调整装置68设置在流量测量部件69的上流侧,可以使流动方向稳定。通过将调整装置与例1到10的任意一个中描述的减小反射波影响的装置组合,可以在短时间里以高精度测量目标流体的流量。
在例11中,将铝制蜂窝构件用做调整装置68。但只要可达到调整效果,也可以使用管、网孔构件或板。同时,诸如sus这样的金属、树脂或复合材料可以用做该材料。在本例中,管70、71与上板部件15垂直地安装。另一方面,可以将它们安装于除上板部件15之外的其它部件,或者将它们在该部件上水平地安装。在本例中,在上流侧设置调整装置68。另一方面,可以在下流侧和上流侧都设置调整装置。
在例1到3和例7中,尽管说明了高度(h0、h1、h2、h6)与超声波振荡器10、11的高度相等,但超声波振荡器10、11的高度也可以小于或大于高度(h0、h1、h2、h6)。
在例1到5和例7到11中,将超声波振荡器10、11相对于气流倾斜地设置在侧壁部件8、9中。另一方面,只要可测量流量,就可以将它们设置在除侧壁部件8、9以外的位置上,或者将它们与气流相平行地设置,。如果超声波振荡器10、11与气流相平行地设置,该部件可以是圆形的或椭圆的。
在例1到11中,超声波振荡器10、11的有效辐射表面是方形的。本发明并不局限于上述条件,而可以使用圆形、椭圆形或任意多边形。在上述例子中,超声波振荡器10、11的频率是270khz。本发明不局限于此,而可以使用高于或低于270khz的频率。在上述例子中,流量测量部件的截面是矩形的。本发明不局限于此形状,而还可以使用通过将矩形的一部分变形获得的形状,或者除矩形以外的多边形。在上述例子中,目标流体是空气。另一方面,可以使用除空气以外的气体,如lp气体和城市煤气,或者如水这样的液体。在上述例子中,将abs树脂用做流动通路6的材料。另一方面,只要其相对于目标流体不起化学变化,可以使用任何材料。如果目标流体是lp气体、城市气体或类似气体,可以使用金属,如sus和压铸铝。通常,为减小压力损耗,流量测量部件的横截面面积基本与用于提供目标流体的管的内径相同。另一方面,横截面面积可以按需要更大或更小。根据本发明的超声流量计可以被用做超声气体计,如家用气体计,和用于测量目标流体的流速的流速计。无需赘述,本发明可以是上述例子的任意组合的构造。
如上所述,根据本发明的第一超声流量计包括一对超声波振荡器;测量部件,用于测量超声波在该对超声波振荡器之间传输的时间;和计算部件,用于根据来自测量部件的输出计算在流量测量部件中流动的流体的流量,其中,这样构造流量测量部件和该对超声波振荡器,使从流量测量部件的壁反射的反射波对测量结果的影响减小。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
用于通过超声波的使用测量流体的流量的第二超声流量计包括一对超声波振荡器;测量部件,用于测量超声波在该对超声波振荡器之间传输的时间;以及计算部件,用于根据来自测量部件的输出计算在流量测量部件中流动的流体的流量,其中,在直射波和从流量测量部件的壁反射的反射波之间的相位差影响测量结果的构造中,其中所述直射波是指不被流量测量部件的壁反射地在在流量测量部件中流动的流体中传输的的波,流量测量部件和该对超声波振荡器被构造成使直射波和反射波之间的相位差对测量结果的影响可以被减小。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
用于通过超声波的使用测量流体的流量的第三超声流量计,包括一对超声波振荡器;测量部件,用于测量超声波在该对超声波振荡器之间传输的时间;以及计算部件,用于根据来自测量部件的输出计算在流量测量部件中流动的流体的流量,其中,在直射波和从流量测量部件的壁反射的反射波之间的相位差影响测量结果的构造中,其中所述直射波是指不被流量测量部件的壁反射地在在流量测量部件中流动的流体中传输的波将有关该对超声波振荡器的频率、该对超声波振荡器之间的距离和流量测量部件的横截面形状的参数组合,使直射波和反射波之间的相位差对测量结果的影响可以被减小。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第四超声流量计中,基于第三超声流量计,直射波是沿着连接该对超声波振荡器的中心的直线传输的波,反射波是沿着通过连接该对超声波振荡器的中心和流量测量部件的壁上的一点而形成的等腰三角形的两个相等侧边传输的波,并且由直射波传输距离和反射波的传输距离之间的差引起的传输相位差是3π/2或更大。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第五超声流量计中,基于第三超声流量计,直射波是沿着连接该对超声波振荡器的中心的直线传输的波,反射波是只从流量测量部件的壁反射一次的波,而且该对超声波振荡器的有效辐射表面的一边或直径短于流量测量部件的高度,从而使反射波的最短传输时间长于直射波的传输时间。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第六超声流量计中,基于第四或第五超声流量计,该对超声波振荡器的频率被设定为预定的值或更大。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,并提高时间分辨力,从而获得更高精度的超声流量计。
在第七超声流量计中,基于第三超声流量计,直射波是沿着连接该对超声波振荡器的中心的直线传输的波,反射波是沿着通过连接该对超声波振荡器的中心和流量测量部件的壁上的一点而形成的等腰三角形的两个相等侧边传输的波,并且直射波的传输距离和反射波的传输距离之间差引起的传输相位差是0.2π或更小。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第八超声流量计中,基于第七超声流量计,超声流量计还包括至少一个或更多个分隔板,用于将流量测量部件分隔成多个部分。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第九超声流量计中,基于第八超声流量计,该对超声波振荡器的频率被设定为预定的值或更小。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第十超声流量计中,基于第一到第五或第七的任意一个超声流量计,流量测量部件的截面形状是矩形,并且有关流量测量部件的截面形状的参数是矩形的高度。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第十一超声流量计中,基于第一到第五或第七的任意一个超声流量计,流量测量部件的截面形状是圆形,并且有关流量测量部件的截面形状的参数是该圆形的直径。因此,可以以简单的结构减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第十二超声流量计中,基于第一到第五或第七的超声流量计,将该对超声波振荡器设置成使连接该对超声波振荡器的中心的线按预定方向相对于流量测量部件的横截面的中心线偏移。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第十三超声流量计中,基于第十二超声流量计,连接该对超声波振荡器的中心的线和在预定方向上的流量测量部件的横截面的中心线相互平行。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第十四超声流量计中,基于第十二超声流量计,连接该对超声波振荡器的中心的线和在预定方向上的流量测量部件的横截面的中心线以预定的角度相交。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第十五超声流量计中,基于第一或第二超声流量计,超声流量计还包括用于阻止只从流量测量部件的壁反射一次的反射波的产生的构件。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第十六超声流量计中,基于第十五超声流量计,连接该对超声波振荡器的中心的线和在预定方向上的流量测量部件的横截面的中心线以预定的角度相交。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第十七超声流量计中,基于第一或第二超声流量计,超声流量计还包括至少一个设置在流量测量部件中的构件。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第十八超声流量计中,基于第十七超声流量计,该至少一个构件设置在该对超声波振荡器的附近。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第十九超声流量计中,基于第十七超声流量计,该至少一个或更多个构件设置在流量测量部件的壁上。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第二十超声流量计中,基于第一或第二超声流量计,至少一个或更多个凹入或凸出部设置在流量测量部件的壁上。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第二十一超声流量计中,基于第二十超声流量计,超声流量计还包括覆盖该凹入部的网孔构件。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第二十二超声流量计中,基于第一到第五或第七的任意一个的超声流量计,将该对超声波振荡器设置成使连接该对超声波振荡器的中心的线和代表该对超声波振荡器的至少一个的方向性的方向以预定的角度相交。因此,可以减小流量测量部件中反射波的影响,从而获得高精度的超声流量计。
在第二十三超声流量计中,基于第一到第二十二的任意一个的超声流量计,超声流量计还包括调整装置,用于至少在流量测量部件的上流侧调整流动的方向。因此,可以使流量测量部件中流动的方向一致化,从而获得更高精度的超声流量计。
权利要求
1.用于通过超声波的使用测量流体的流量的超声流量计,包括一对超声波振荡器;测量部件,用于测量超声波在该对超声波振荡器之间传输的时间;以及计算部件,用于根据来自测量部件的输出计算在流量测量部件中流动的流体的流量,其中,流量测量部件和该对超声波振荡器被构造成使从流量测量部件的壁反射的反射波对测量结果的影响减小。
2.用于通过超声波的使用测量流体的流量的超声流量计,包括一对超声波振荡器;测量部件,用于测量超声波在该对超声波振荡器之间传输的时间;以及计算部件,用于根据来自测量部件的输出计算在流量测量部件中流动的流体的流量,其中,在直射波和从流量测量部件的壁反射的反射波之间的相位差影响测量结果的构造中,其中所述直射波是指不被流量测量部件的壁反射地在在流量测量部件中流动的流体中传输的波,流量测量部件和该对超声波振荡器被构造成使直射波和反射波之间的相位差对测量结果的影响减小。
3.用于通过超声波的使用测量流体的流量的超声流量计,包括一对超声波振荡器;测量部件,用于测量超声波在该对超声波振荡器之间传输的时间;以及计算部件,用于根据来自测量部件的输出计算在流量测量部件中流动的流体的流量,其中,在直射波和从流量测量部件的壁反射的反射波之间的相位差影响测量结果的构造中,其中所述直射波是指不被流量测量部件的壁反射地在在流量测量部件中流动的流体中传输的波,有关该对超声波振荡器的频率、该对超声波振荡器之间的距离和流量测量部件的截面形状的参数被组合,并且其中使直射波和反射波之间的相位差对测量结果的影响减小。
4.如权利要求3的的超声流量计,其特征在于,直射波是沿着连接该对超声波振荡器的中心的直线传输的波,反射波是沿着通过连接该对超声波振荡器的中心和流量测量部件的壁上的一点而形成的等腰三角形的两个相等侧边传输的波,并且由直射波的传输距离和反射波的传输距离之间的差引起的传输相位差是3π/2或更大。
5.如权利要求3的超声流量计,其特征在于,直射波是沿着连接该对超声波振荡器的中心的直线传输的波,反射波是只从流量测量部件的壁反射一次的波,而且该对超声波振荡器的有效辐射表面的一边或直径短于流量测量部件的高度,从而使反射波的最短传输时间长于直射波的传输时间。
6.如权利要求4或5的超声流量计中,其特征在于,该对超声波振荡器的频率被设定为预定的值或更大。
7.如权利要求3的超声流量计,其特征在于,直射波是沿着连接该对超声波振荡器的中心的直线传输的波,反射波是沿着通过连接该对超声波振荡器的中心和流量测量部件的壁上的一点而形成的等腰三角形的两个相等侧边传输的波,并且由直射波的传输距离和反射波的传输距离之间的差引起的传输相位差是0.2π或更小。
8.权利要求7的超声流量计,其特征在于,超声流量计还包括至少一个或更多个分隔板,用于将流量测量部件分隔成多个部分。
9.如权利要求8的超声流量计,其特征在于,该对超声波振荡器的频率被设定为预定的值或更小。
10.如权利要求1到5和7的任意一个的超声流量计,其特征在于,流量测量部件的截面形状是矩形,并且有关流量测量部件的截面形状的参数是该矩形的高度。
11.如权利要求1到5和7的任意一个的超声流量计,其特征在于,流量测量部件的截面形状是圆形,并且有关流量测量部件的截面形状的参数是该圆形的直径。
12.如权利要求1到5和7的任意一个的超声流量计,其特征在于,将该对超声波振荡器设置成使连接该对超声波振荡器的中心的线按预定方向相对于流量测量部件的横截面的中心线偏移。
13.如权利要求12的超声流量计,其特征在于,连接该对超声波振荡器的中心的线和在预定方向上的流量测量部件的横截面的中心线相互平行。
14.如权利要求12的超声流量计,其特征在于,连接该对超声波振荡器的中心的线和在预定方向上的流量测量部件的横截面的中心线以预定的角度相交。
15.如权利要求1或2的超声流量计,其特征在于,超声流量计还包括用于阻止只从流量测量部件的壁反射一次的反射波的产生的构件。
16.如权利要求15的超声流量计,其特征在于,连接该对超声波振荡器的中心的线和在预定方向上的流量测量部件的横截面的中心线以预定的角度相交。
17.如权利要求1或2的超声流量计,其特征在于,超声流量计包括至少一个设置在流量测量部件中的构件。
18.如权利要求17的超声流量计,其特征在于,该至少一个构件设置在该对超声波振荡器的附近。
19.如权利要求17的超声流量计中,其特征在于,该至少一个构件设置在流量测量部件的壁上。
20.如权利要求1或2的超声流量计,其特征在于,至少一个或更多个凹入或凸出部设置在流量测量部件的壁上。
21.如权利要求20的超声流量计,其特征在于,超声流量计还包括覆盖该凹入部的网孔构件。
22.如权利要求1或2的超声流量计,其特征在于,该对超声波振荡器被设置成使连接该对超声波振荡器的中心的线和代表该对超声波振荡器的至少一个的方向性的方向以预定的角度相交。
23.如权利要求1到5和7的任意一个的超声流量计,其特征在于,超声流量计还包括调整装置,用于至少在流量测量部件的上流侧调整流动方向。
全文摘要
超声流量计包括:一对超声波振荡器;测量部件,用于测量超声波在该对超声波振荡器之间传输的时间;以及计算部件,用于根据来自测量部件的输出计算在流量测量部件中流动的流体的流量。流量测量部件和该对超声波振荡器被构造成使从流量测量部件的壁反射的反射波对测量结果的影响减小。
文档编号g06f17/30gk1229469sq98800849
公开日1999年9月22日 申请日期1998年4月16日 优先权日1997年4月18日
发明者足立明久, 中林裕治, 桥本雅彦, 佐藤利春, 岩永茂 申请人:松下电器产业株式会社
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