流量測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的流量測量裝置具備：流量信號檢測部，其檢測在流路(1)中流動的被測定流體的流量信號；流量運算部(11)，其根據(jù)由流量信號檢測部檢測出的流量信號計算流量；以及振蕩電路(21)，其產(chǎn)生基準(zhǔn)時鐘。還具備：溫度運算部(22)，其根據(jù)振蕩電路(21)的由溫度變化引起的頻率變化來求出溫度；流量校正部(23)，其根據(jù)由溫度運算部(22)計算出的溫度求出期望溫度下的偏移流量來對由流量運算部(11)計算出的流量進行校正。由此，能夠提高流量測量的精度。
【專利說明】流量測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用時間測量來對燃氣、水等被測定流體的流量進行測量的流量測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為這種流體的流量測量裝置，一般為下面使用圖9進行說明的流量測量裝置(例如，參照專利文獻I)。圖9是以往的流量測量裝置的框圖。
[0003]如圖9所示，以往的流量測量裝置由在流路101的上游側(cè)和下游側(cè)相向設(shè)置的第一振子102和第二振子103構(gòu)成。此時，流路101內(nèi)的空心箭頭104表示在流路101內(nèi)流動的流體的流動方向。而且，第一振子102和第二振子103被配置成從第一振子102和第二振子103發(fā)送以及由第一振子102和第二振子103接收的超聲波的傳播路徑105以角度Θ與流路101內(nèi)的流體的用一點劃線表示的流動方向相交叉。
[0004]下面，參照圖9說明利用以往的流量測量裝置測量流體的流量的動作。
[0005]首先，如圖9所示，將發(fā)送信號從發(fā)送部107經(jīng)由切換部108傳遞到上游側(cè)的第一振子102。通過發(fā)送信號驅(qū)動第一振子102，向流路I內(nèi)發(fā)送基于發(fā)送信號的超聲波。
[0006]然后，在流路101內(nèi)傳播的超聲波被設(shè)置于下游側(cè)的第二振子103接收。接收到的該超聲波信號經(jīng)由切換部108被傳遞到接收部109。此時，時間測量部110對從第一振子102發(fā)送超聲波直到由第二振子103接收超聲波為止的時間進行測量。
[0007]接著，將發(fā)送信號從發(fā)送部107經(jīng)由切換部108傳遞到下游側(cè)的第二振子103。通過發(fā)送信號驅(qū)動第二振子103，向流路101內(nèi)發(fā)送基于發(fā)送信號的超聲波。
[0008]然后，在流路101內(nèi)傳播的超聲波被上游側(cè)的第一振子102接收。接收到的超聲波信號經(jīng)由切換部108被傳遞到接收部109。此時，時間測量部110與上述同樣地，對從第二振子103發(fā)送超聲波直到由第一振子102接收超聲波為止的時間進行測量。
[0009]此外，在想要提高時間分辨率的情況下，利用所謂的回振測量方法?；卣駵y量方法是一種重復(fù)將由接收部109接收到的超聲波信號經(jīng)由時間測量部110傳遞到發(fā)送部7的動作例如2次?256次來進行測量的方法。此時，時間測量部110對將超聲波信號從接收部109傳遞到發(fā)送部107的動作的重復(fù)次數(shù)和總時間進行測量。
[0010]下面，利用流量測量裝置具體地說明被測定流體的流量和流速的一般的運算方法。
[0011]此外，將第一振子102與第二振子103之間的有效距離設(shè)為L，將流體的流速設(shè)為V，將在流體中傳播的超聲波的聲速設(shè)為C，將流體的流動方向與超聲波的傳播方向的交叉角設(shè)為Θ。
[0012]此時，超聲波從上游側(cè)的第一振子102向下游側(cè)的第二振子103的傳播時間Ta以及超聲波從下游側(cè)的第二振子103向上游側(cè)的第一振子102的傳播時間Tb表示如下。
[0013]Ta = L/ (C+Vcos Θ )......(I)
[0014]Tb = L/ (C-Vcos Θ )......(2)
[0015]然后，當(dāng)對上述式(I)、式(2)進行變形時，得到下面的式子。
[0016]C+Vcos Θ = L/Ta........(3)
[0017]C-Vcos θ = L/Tb........(4)
[0018]并且，當(dāng)將上述的式⑶、式⑷相加時得到下面的式子。
[0019]2XC = L(l/Ta+1/Tb)
[0020]由此，如式(5)所示那樣求出超聲波的聲速C。
[0021]C= (L/2) X (l/Ta+1/Tb)..(5)
[0022]另外，當(dāng)將上述式(3)、式⑷相減時，得到流體的流速V。
[0023]2 X Vcos ( Θ ) = L (l/Ta-1/Tb)
[0024]由此，流體的流速V能夠根據(jù)以下示出的式(6)求出。
[0025]V = L/2Xcos θ X (l/Ta—1/Tb)..(6)
[0026]在此，由第一振子102和第二振子103構(gòu)成的超聲波收發(fā)器之間的有效距離L和交叉角Θ是預(yù)先決定的常數(shù)。
[0027]因而，如果通過時間測量部110測量出超聲波的傳播時間Ta和傳播時間Tb，則能夠根據(jù)式(6)求出流體的流速V。
[0028]另外，如果乘以預(yù)先決定的流路101的截面積，則能夠求出流體的流量Q。
[0029]通過如圖9所示的流量運算部111執(zhí)行以上說明的運算處理，能夠求出流體的流速V、流體的流量Q。
[0030]下面，使用圖10說明以往的流量測量裝置中的超聲波信號的傳播時間的一般測量方法。
[0031]圖10是表示以往的流量測量裝置的接收波的時序圖。
[0032]此外，圖10示出了通過第一振子102和第二振子103發(fā)送或接收的信號波形。圖10中的矩形波113通過電壓值表示對第一振子102或第二振子103施加的發(fā)送信號。另夕卜，圖10中的正弦波狀的接收信號114通過電壓值表示由第一振子102或第二振子103接收并放大后的接收信號114。
[0033]此時，如圖10所示，一般作為時間測量的接收點，多數(shù)情況下使用正弦波狀的接收信號114超過虛線115所示的規(guī)定閾值的電壓值后的緊接著的零交叉點116。
[0034]也就是說，圖10所示的發(fā)送信號的矩形波113的上升時間點為發(fā)送開始時的時間Tst、零交叉點116為接收時的時間Tar。
[0035]因而，作為所測量的超聲波信號的接收信號114的傳播時間Ta、Tb為時間Tar與時間Tst之間的時間、即Ta、Tb = Tar-Tst。
[0036]但是，如從圖10的接收信號114顯而易見的那樣，傳播過來的超聲波被第一振子102或第二振子103接收到的時間準(zhǔn)確地說是作為接收信號114的開頭的時間Tre。也就是說，圖10所示的時間Tre與時間Tar之間的時間延遲Td能夠考慮為超聲波到達接收側(cè)的第一振子102或第二振子103之后到被接收部109接收為止的時間延遲Td。
[0037]此時，時間延遲Td很大程度地依賴于第一振子102或第二振子103各自的特性。因此，在超聲波從上游側(cè)的第一振子102向下游側(cè)的第二振子103傳播的傳播時間Ta中包含由作為接收側(cè)的超聲波收發(fā)器的下游側(cè)的第二振子103的特性決定的時間延遲(記為Td9)。另外,在超聲波從下游側(cè)的第二振子103向上游側(cè)的第一振子102傳播的傳播時間Tb中包含由作為接收側(cè)的超聲波收發(fā)器的上游側(cè)的第一振子102的特性決定的時間延遲(記為Td8)。此外,在圖10中圖不為第二振子103的時間延遲Td9與第一振子102的時間延遲TdS相同，但是通常這些時間延遲根據(jù)第一振子102或第二振子103的特性而不同。
[0038]因此，以往的流量測量裝置如圖9所示那樣將由第一振子102或第二振子103等超聲波收發(fā)器的特性決定的固有的時間延遲Td8和時間延遲Td9作為偏移值預(yù)先存儲到偏移值存儲部112。然后，在上述說明的流量運算部111中的流量運算時，進行對由第一振子102或第二振子103測量出的超聲波的傳播時間Ta和傳播時間Tb減去各自的偏移值Td8和偏移值Td9的處理。由此，得到了更加準(zhǔn)確的超聲波的傳播時間(Tpr)。其結(jié)果，能夠運算更準(zhǔn)確的被測定流體的流量值。
[0039]具體地說，將上游側(cè)和下游側(cè)的偏移值設(shè)為相當(dāng)于由第一振子102和第二振子103分別接收到的接收波形的周期的2.5倍的時間。而且，將測量出的超聲波的傳播時間減去接收側(cè)的超聲波收發(fā)器的偏移值。由此，能夠高精度地運算被測定流體的流量值，從而實現(xiàn)精度高的流量測量裝置。
[0040]然而，在預(yù)先設(shè)定根據(jù)第一振子102和第二振子103各自的特性而產(chǎn)生的偏移值來校正流量測量的情況下，存在無法應(yīng)對發(fā)生溫度變化的情況這樣的問題。也就是說，在以往的流量測量裝置中存在在發(fā)生微小的溫度變化的情況下無法對伴隨包含接收側(cè)部分的電路在內(nèi)的溫度變化而產(chǎn)生的溫度偏移進行校正這樣的問題。
[0041]專利文獻1:日本特開平11-304559號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0042]為了解決上述問題，本發(fā)明的流量測量裝置具備:流量信號檢測部，其檢測在流路中流動的被測定流體的流量信號；流量運算部，其根據(jù)由流量信號檢測部檢測出的流量信號計算流量；以及振蕩電路，其產(chǎn)生基準(zhǔn)時鐘。還具備:溫度運算部，其根據(jù)振蕩電路的由溫度變化引起的頻率變化來求出溫度；流量校正部，其根據(jù)由上述溫度運算部計算出的溫度求出期望溫度下的偏移流量來對由上述流量運算部計算出的上述流量進行校正。
[0043]由此，能夠通過期望溫度下的偏移流量對計算出的流量進行校正。其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)提高了流量的測量精度的流量測量裝置。
[0044]另外，本發(fā)明的流量測量裝置具備:一對振子，該一對振子設(shè)置于被測定流體流過的流路，發(fā)送和接收超聲波信號；發(fā)送部，其驅(qū)動一對振子中的某一方的振子；接收部，其接收來自一對振子中的另一方的振子的超聲波信號；時間測量部，其對超聲波信號的發(fā)送和接收的傳播時間進行計時；以及流量運算部，其根據(jù)由時間測量部測量出的傳播時間測量被測定流體的流速，根據(jù)流速計算流量。并且，具備:振蕩電路，其產(chǎn)生用于測量傳播時間的基準(zhǔn)時鐘；溫度運算部，其根據(jù)振蕩電路的由溫度變化引起的頻率變化來求出溫度；以及流量校正部，其根據(jù)由溫度運算部計算出的溫度求出期望溫度下的偏移流量來對由流量運算部計算出的流量進行校正。
[0045]由此，能夠?qū)崿F(xiàn)不受溫度變化等影響的高精度的流量測量裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1是本發(fā)明的實施方式中的流量測量裝置的框圖。
[0047]圖2是表示該流量測量裝置中的發(fā)送波和接收波的時序圖。
[0048]圖3是表示該流量測量裝置中的接收波的圖。
[0049]圖4是該流量測量裝置中的基準(zhǔn)時鐘和發(fā)送波的時序圖。
[0050]圖5是該流量測量裝置中的基準(zhǔn)時鐘和接收波的時序圖。
[0051]圖6是表示該流量測量裝置中的基準(zhǔn)時鐘和基準(zhǔn)時鐘B的動作的時序圖。
[0052]圖7是表示該流量測量裝置中的基準(zhǔn)時鐘B的頻率與溫度的關(guān)系的圖。
[0053]圖8是說明該流量測量裝置中的偏移流量的校正的時序圖。
[0054]圖9是以往的流量測量裝置的框圖。
[0055]圖10是表示以往的流量測量裝置的接收波的時序圖。

【具體實施方式】
[0056]下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。此外，本發(fā)明不限定于本實施方式。
[0057](實施方式)
[0058]下面，使用圖1說明本發(fā)明的實施方式中的流量測量裝置。
[0059]圖1是本發(fā)明的實施方式中的流量測量裝置的框圖。
[0060]如圖1所示，本實施方式的流量測量裝置至少由測定裝置6和測量運算裝置25構(gòu)成。
[0061]而且，流量測量裝置的測定裝置6具備由設(shè)置于流路I的中途的對超聲波進行發(fā)送和接收的第一振子2及第二振子3構(gòu)成的一對振子、發(fā)送部7、切換部8、接收部9以及控制部20，構(gòu)成了流量信號檢測部。此時，例如一方的第一振子2被配置在流路I的上游側(cè)，另一方的第二振子3被配置在流路I的下游側(cè)，并相向地設(shè)置。發(fā)送部7驅(qū)動第一振子2或第二振子3。接收部9接收來自第一振子2或第二振子3的超聲波信號。切換部8將發(fā)送部7的驅(qū)動信號切換供給到第一振子2或第二振子3并將第二振子3或第一振子2所接收到的超聲波信號切換供給到接收部9。具體地說，在通過切換部8將發(fā)送部7的驅(qū)動信號切換供給到第一振子2的情況下，切換部8將第二振子3所接收到的超聲波信號切換供給到接收部9。此外，流路I內(nèi)的空心箭頭4表示在流路I內(nèi)流動的流體的流動方向。而且，第一振子2和第二振子3被配置成從第一振子2和第二振子3發(fā)送以及由第一振子2和第二振子3接收的超聲波的傳播路徑5以角度Θ與流路I內(nèi)的流體的用一點劃線表示的流動方向相交叉。
[0062]另外，流量測量裝置的測量運算裝置25至少由時間測量部10、流量運算部11、振蕩電路21、溫度運算部22以及流量校正部23構(gòu)成。時間測量部10對第一振子2與第二振子3之間的超聲波信號的發(fā)送和接收的傳播時間進行計時。流量運算部11根據(jù)由時間測量部10測量出的傳播時間測量流體的流速，再根據(jù)流速計算流量。振蕩電路21產(chǎn)生用于由時間測量部10測量傳播時間的基準(zhǔn)時鐘。溫度運算部22根據(jù)在下面詳細說明的、振蕩電路21中的由溫度變化引起的頻率變化(具體地說，作為基準(zhǔn)時鐘的基礎(chǔ)的振蕩器的頻率變化)來求出溫度。流量校正部23根據(jù)由溫度運算部22計算出的溫度，基于由流量運算部11計算出的流量求出期望溫度下的偏移流量，來對測量出的作為被測定流體的流體的流量進行校正。
[0063]根據(jù)上述內(nèi)容，構(gòu)成本實施方式的流量測量裝置。
[0064]下面，以通常的流速或流量的測量動作為例，參照圖1并使用圖2說明利用本實施方式的流量測量裝置求出超聲波的傳播時間的方法。
[0065]圖2是表示該流量測量裝置中的發(fā)送波和接收波的時序圖。
[0066]首先，如圖2所示，發(fā)送部7從控制部20接收開始信號(圖2的(a)控制部所示的從H(Hi 高”)變?yōu)長(Low 低”)的變化時間點)，對通過切換部8切換的第一振子2進行一定時間的脈沖驅(qū)動(參照圖2的(b)發(fā)送波)。與此同時地時間測量部10利用振蕩電路21的基準(zhǔn)時鐘開始時間測量。
[0067]然后，從被脈沖驅(qū)動的第一振子2向流路I內(nèi)發(fā)送超聲波。從第一振子2發(fā)送的超聲波在被測定流體中傳播后被第二振子3接收。
[0068]作為被第二振子3接收并從第二振子3輸出的超聲波信號的接收信號經(jīng)由切換部8被輸入到接收部9。輸入到接收部9的接收信號在接收部9中被放大。之后，在放大后的接收信號達到了預(yù)先決定的接收時機的信號水平的時間點確定接收動作的完成。
[0069]然后，在確定出超聲波信號的接收動作完成的時間點停止時間測量部10的動作。具體地說，接收部9由通常的比較器等構(gòu)成，將規(guī)定的基準(zhǔn)電壓與接收信號的電壓值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果確定超聲波信號的接收動作的完成。
[0070]接著，根據(jù)時間測量部10開始進行動作直到停止為止的時間信息t來通過下式
(7)求出流速。
[0071]在此，將從時間測量部10獲得的測量時間設(shè)為t,將第一振子2與第二振子3之間的流動方向的有效距離設(shè)為L，將流體的流動方向與超聲波的傳播方向的交叉角設(shè)為Θ，將聲速設(shè)為C，將被測定流體的流速設(shè)為V。由此，通常根據(jù)式(7)求出被測定流體的流速V。
[0072]V= (Ι/cos Θ ) X (L/t)-C...(7)
[0073]另外，如上所述，切換第一振子2與第二振子3之間的發(fā)送、接收方向來測量被測定流體的從上游向下游的傳播時間和從下游向上游的傳播時間。由此，根據(jù)下式(8、9、10)能夠求出被測定流體的流速V。
[0074]tl = L/(C+VXcos Θ )........(8)
[0075]t2 = L/ (C-VX cos θ )........(9)
[0076]V= (L/2Xcos θ ) X (l/tl_l/t2)...(10)
[0077]在此，11是從上游向下游的測定時間，t2是從下游向上游的測定時間。
[0078]如從式(10)可知，根據(jù)上述的方法，能夠不受被測定流體的聲速C的變化的影響來測定流速V。因此，在流速、流量、距離等的測量中廣泛地利用。
[0079]并且，當(dāng)根據(jù)式(10)求出被測定流體的流速V時，通過將流速V乘以流路I的截面積，能夠?qū)С隽髁縌。
[0080]下面，參照圖2的時序圖并使用圖3說明以往的傳播時間的測量動作。圖3是表示該流量測量裝置中的接收波的圖。
[0081]首先，如圖2的(a)控制部20所示，從時間t0的開始信號開始，開始進行超聲波信號的時間的測量。同時，如圖2的(b)發(fā)送波所示，將脈沖經(jīng)由發(fā)送部7供給到第一振子2，驅(qū)動第一振子2使其產(chǎn)生超聲波信號。
[0082]由第一振子2產(chǎn)生的超聲波信號在流路I內(nèi)傳播，如圖2的(C)接收波所示，在時間tl被第二振子3作為接收信號檢測到。
[0083]具體地說，如圖3所示，由第二振子3檢測到的接收信號在接收部9中被放大。當(dāng)放大后的接收信號的例如電壓等信號水平變?yōu)轭A(yù)先決定的閾值(Vref)以上時，判斷為接收波到達，并將超過閾值(Vref)后的首個零交叉點16設(shè)為接收點。而且，通過時間測量部10對直到零交叉點16為止的時間tl進行計時。
[0084]接著，由切換部8切換第一振子2與第二振子3之間的發(fā)送和接收的功能并進行同樣的動作，由時間測量部10對直到由第一振子2檢測出的接收信號的零交叉點16為止的時間t2進行計時。然后，根據(jù)由時間測量部10計時出的時間t2和上述的時間tl，由流量運算部11利用式(10)等計算流速V和流量Q。
[0085]下面，使用圖4和圖5說明由本實施方式的流量測量裝置的振蕩電路21生成的基準(zhǔn)時鐘的動作。
[0086]圖4是該流量測量裝置中的基準(zhǔn)時鐘和發(fā)送波的時序圖。圖5是該流量測量裝置中的基準(zhǔn)時鐘和接收波的時序圖。此外，圖5是將圖2的時間tl附近放大的圖。
[0087]首先，在如圖4的(b)發(fā)送波所示的向第一振子2或第二振子3發(fā)送驅(qū)動信號(發(fā)送波)的時間t0，如圖4的(d)基準(zhǔn)時鐘所示那樣振蕩電路21進行動作。由此，產(chǎn)生作為傳播時間的測量的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)時鐘的時鐘波形。
[0088]然后，如圖5的(C)接收波所示，將作為被輸入到接收部9的接收信號的接收波通過作為基準(zhǔn)電壓的零點的點、即到達零交叉點16時設(shè)為接收點ta。此時，如圖5的(d)基準(zhǔn)時鐘所示，時間測量部10基于基準(zhǔn)時鐘來測量從發(fā)出發(fā)送波開始的時間to至到達接收點ta的時間tl為止的時間作為傳播時間。但是，如圖5的(d)基準(zhǔn)時鐘所示，傳播時間最大產(chǎn)生基準(zhǔn)時鐘的半個波長量的時間誤差。因此，為了減小誤差，需要提高基準(zhǔn)時鐘的分辨率。
[0089]但是，當(dāng)為了提聞基準(zhǔn)時鐘的分辨率而使振蕩電路21聞速振蕩時，需要很多的電力。因此，在例如燃氣表那樣的通過電池進行動作的流量測量裝置等設(shè)備中很難采用。
[0090]因此，在本實施方式的流量測量裝置中，作為基準(zhǔn)時鐘，基本上使用作為控制部20所利用的微計算機等的動作頻率的數(shù)MHz的振蕩以及圖5的(e)基準(zhǔn)時鐘B所示的僅在接收點ta附近高速地進行動作的基準(zhǔn)時鐘B來高精度地進行時間測量。
[0091]下面，參照圖5說明利用基準(zhǔn)時鐘B高精度地進行時間測量的方法。
[0092]首先，如圖5的(d)基準(zhǔn)時鐘所示，對從發(fā)出發(fā)送波的開始時間t0開始連續(xù)進行動作的基準(zhǔn)時鐘的到接收點ta的時間tl為止的時鐘數(shù)進行計數(shù)。此時，如圖5的(e)基準(zhǔn)時鐘B所示，當(dāng)接收波通過零交叉點16時使例如下面說明的環(huán)形振蕩器等進行動作，產(chǎn)生比基準(zhǔn)時鐘更高速的基準(zhǔn)時鐘B的脈沖。然后，對基準(zhǔn)時鐘B的脈沖數(shù)計數(shù)來測量從接收點ta的時間tl至下一個基準(zhǔn)時鐘的上升時間tl2為止的時間。
[0093]接著，從到時間tl2為止的通過基準(zhǔn)時鐘的時鐘數(shù)計數(shù)得到的時間減去在時間tl至?xí)r間tl2之間由基準(zhǔn)時鐘B計數(shù)得到的時間來求出傳播時間。由此，能夠高精度且省電力地測量傳播時間。
[0094]在這種情況下，基準(zhǔn)時鐘B需要在到達時間tl的時間點開始振蕩。因此，如普通的石英振子那樣的振蕩電路由于上升延遲而很難用作產(chǎn)生基準(zhǔn)時鐘B的元件。并且，需要不同步地開始基準(zhǔn)時鐘B的振蕩。因此，在本實施方式的流量測量裝置中，利用例如環(huán)形振蕩器等作為基準(zhǔn)時鐘B的振蕩電路來進行測量。
[0095]然而，像環(huán)形振蕩器那樣的通過半導(dǎo)體實現(xiàn)的振蕩電路存在溫度依賴性。因此，很難使環(huán)形振蕩器等的振蕩頻率在流量測量裝置等的動作溫度的規(guī)定范圍內(nèi)固定。
[0096]因此，本實施方式的振蕩電路21如圖6的⑷基準(zhǔn)時鐘所示，使用溫度依賴性非常小的例如由石英振子等構(gòu)成的基準(zhǔn)時鐘。然后，以基準(zhǔn)時鐘的單位周期(例如，tal至tbl的一個周期)為基準(zhǔn)，定期地測量單位周期內(nèi)的基準(zhǔn)時鐘B的計數(shù)數(shù)。也就是說，測量基準(zhǔn)時鐘B的振蕩頻率、即脈沖寬度。由此，能夠準(zhǔn)確地掌握環(huán)形振蕩器的一個脈沖的時間間隔。
[0097]另外，通過定期地測量環(huán)形振蕩器的振蕩頻率，能夠利用環(huán)形振蕩器的溫度依賴性，通過溫度運算部22求出包括環(huán)形振蕩器在內(nèi)的測量電路的溫度。
[0098]下面，使用圖7具體地說明利用環(huán)形振蕩器的溫度依賴性來檢測溫度的方法。
[0099]圖7是表示該流量測量裝置中的基準(zhǔn)時鐘B的頻率與溫度的關(guān)系的圖。
[0100]如圖7所示，一般地，例如環(huán)形振蕩器等半導(dǎo)體內(nèi)部的振蕩動作存在溫度依賴性。因此，通過用圖6中說明的方法測量環(huán)形振蕩器的振蕩頻率、即基準(zhǔn)時鐘B的頻率，能夠根據(jù)頻率的變化運算求出溫度。
[0101]例如圖7所示，預(yù)先求出基準(zhǔn)時鐘B的振蕩頻率為fl時的溫度為Tl、為f2時的溫度為T2。由此，能夠利用內(nèi)插等估計任意的振蕩頻率fx時的溫度Tx。同樣地，即使在比fl高的振蕩頻率或比f2低的振蕩頻率的情況下，也能夠利用外插等進行插值來求出溫度。
[0102]此外，也可以是如下的結(jié)構(gòu):在檢查例如內(nèi)置有環(huán)形振蕩器的半導(dǎo)體時預(yù)先求出振蕩頻率與溫度的關(guān)系并保存到例如由EPROM等構(gòu)成的非易失性的存儲部中。由此，不用定期地測量基準(zhǔn)時鐘B的振蕩頻率而能夠從存儲部讀取來求出溫度。其結(jié)果，能夠容易地進行溫度運算部22的運算。
[0103]通過上述內(nèi)容，能夠利用振蕩電路21的溫度特性，通過溫度運算部22容易且準(zhǔn)確地求出溫度。
[0104]下面，使用圖8說明利用求出的溫度來校正偏移流量的方法。
[0105]圖8是說明該流量測量裝置中的偏移流量的校正的時序圖。
[0106]也就是說，如上所述，用作高速振蕩的基準(zhǔn)時鐘B的環(huán)形振蕩器等半導(dǎo)體具有溫度依賴性。同樣地，構(gòu)成測量運算裝置25等的電路也具有溫度依賴性。因此，作為用于檢測零交叉點的零點的基準(zhǔn)電壓也有可能根據(jù)溫度的變化而變動。
[0107]在例如圖8的(C)接收波所示、將通常被稱為室溫的溫度25°C下的基準(zhǔn)電壓設(shè)為零基準(zhǔn)P的情況下，根據(jù)電路的不同，例如在比室溫低的低溫下基準(zhǔn)電壓變?yōu)榱慊鶞?zhǔn)q。因此，作為傳播時間的零交叉點的通過時間與室溫時的時間tl相比提前為時間tlq。另一方面，例如在比室溫高的高溫下，基準(zhǔn)電壓變?yōu)榱慊鶞?zhǔn)r。因此，作為傳播時間的零交叉點的通過時間與室溫時的時間tl相比延遲為時間tlr。
[0108]并且，存在在上游側(cè)的第一振子2為發(fā)送側(cè)的情況和下游側(cè)的第二振子3為發(fā)送側(cè)的情況下由于發(fā)送部7到接收部9為止的路徑不同而零交叉點的特性中的溫度特性不同的情況。此時，不只是零基準(zhǔn)不同，傳播時間本身也產(chǎn)生差異。也就是說，當(dāng)傳播時間有差異時，如上述那樣在流量運算中流量產(chǎn)生偏移流量。
[0109]因此，通過流量校正部23利用由溫度運算部22求出的溫度和由流量運算部11求出的流量來校正上述偏移流量。由此，再次將校正后的流量返回到流量運算部11，從而能夠更加準(zhǔn)確地求出流量。
[0110]例如，在白天直射日光照射的情況下，燃氣表的溫度上升至近50°C附近。而且，在白天，燃氣表大致固定在上升后的溫度。另一方面，存在夜間下降為10°C附近、在寒冷地區(qū)的冬季等下降為-10°c以下且與白天同樣地為大致固定的溫度的情況。
[0111]另外，在上述的時間段，通常不使用燃氣的情況較多。因此，很多時候由流量測量裝置檢測的燃氣的流量持續(xù)為零。因此，在上述的時間段，在即使燃氣的使用為零的情況下由流量運算部11求出的流量也持續(xù)為非零的值時，則視為實際的流量為零。而且，將所測量出的非零的值的流量作為由第一振子和第二振子等測量裝置、構(gòu)成測量運算裝置的電路產(chǎn)生的偏移流量而與此時的溫度一起存儲到流量校正部23中。由此，存儲白天高溫時和夜間低溫時的兩個時點的溫度以及偏移流量。
[0112]另一方面，關(guān)于在白天高溫時和夜間低溫時以外的溫度下的偏移流量，利用如上述那樣由溫度運算部22使用振蕩電路21的基準(zhǔn)時鐘B而計算出的溫度，通過對例如高溫時和低溫時的兩個時點間的流量進行內(nèi)插，能夠估計偏移流量來進行校正。此時，溫度的測定能夠在傳播時間的測量中定期地測定圖6所示的頻率而求出。因此，能夠求出大致該時間內(nèi)的溫度。
[0113]此外，零流量持續(xù)的時間根據(jù)使用者而不同。因此，在如上述的白天、夜間那樣連續(xù)地持續(xù)流動預(yù)先決定的流量以下的某個固定流量的情況下，判斷為存在偏移流量成分。然后，將溫度和偏移流量存儲到流量校正部23的校正學(xué)習(xí)部來進行學(xué)習(xí)。具體地說，校正學(xué)習(xí)部至少在白天、夜間等兩個時點的溫度下存儲溫度與偏移流量的關(guān)系。
[0114]由此，依據(jù)溫度對零流量時的偏移流量進行校正，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的流量運笪
[0115]此外，也可以在制造流量測量裝置的過程、測量部(例如，電路基板等)的制造過程中預(yù)先測定不僅高溫時和低溫時的兩個時點還增加室溫時的三個時點的溫度下的偏移流量并進行存儲。由此，能夠?qū)y量部的溫度在進行了管理的狀態(tài)下進行存儲，因此能夠存儲與在設(shè)置狀態(tài)下自我學(xué)習(xí)相比更準(zhǔn)確的溫度。
[0116]另外，在本實施方式的流量測量裝置中，不需要另外設(shè)置如熱敏電阻、熱電偶那樣的專用的溫度檢測部，而能夠容易地求出溫度。
[0117]另外，在本實施方式的流量測量裝置中，能夠?qū)h(huán)形振蕩器等基準(zhǔn)時鐘B構(gòu)成在與實現(xiàn)從發(fā)送部7到流量運算部11的電路相同的半導(dǎo)體上。因此，能夠檢測半導(dǎo)體的溫度。其結(jié)果，能夠更高精度地對構(gòu)成有環(huán)形振蕩器等的由測量用半導(dǎo)體所構(gòu)成的測量電路部的溫度特性進行校正。此時，即使無法構(gòu)成在相同的半導(dǎo)體上，也可以構(gòu)成在相同的印刷電路板上，同樣能夠高精度地檢測附近的溫度。
[0118]此外，在上述實施方式中，說明了作為測量流量的方法利用超聲波的例子，但不限于此。例如，即使是熱式的流量測量裝置等利用其它方式的流量測量，只要是搭載有對時間進行管理的時鐘的流量測量裝置，就能夠應(yīng)用。特別是在數(shù)字式的情況下，基本上具備時鐘(振蕩器)，因此利用時鐘(振蕩器)的溫度特性，能夠進行同樣的偏移流量的調(diào)整。并且，在為了精密地測定時間而使用環(huán)形振蕩器的情況下，能夠獲得同樣的效果。
[0119]如以上說明的那樣，本發(fā)明的流量測量裝置具備:流量信號檢測部，其檢測在流路中流動的被測定流體的流量信號；流量運算部，其根據(jù)由流量信號檢測部檢測出的流量信號計算流量；以及振蕩電路，其產(chǎn)生基準(zhǔn)時鐘。還具備:溫度運算部，其根據(jù)振蕩電路的由溫度變化引起的頻率變化來求出溫度；以及流量校正部，其根據(jù)由溫度運算部計算出的溫度求出期望溫度下的偏移流量來對由流量運算部計算出的流量進行校正。
[0120]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠高精度地求出溫度，從而求出該溫度下的偏移流量。由此，能夠根據(jù)計算出的流量，通過期望溫度下的偏移流量來對測量出的流量進行校正。其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)不受溫度變化等影響的高精度的流量測量裝置。
[0121]另外，本發(fā)明的流量測量裝置具備:一對振子，該一對振子設(shè)置于被測定流體流過的流路，發(fā)送和接收超聲波信號；發(fā)送部，其驅(qū)動一對振子中的某一方的振子；接收部，其接收來自一對振子中的另一方的振子的超聲波信號；時間測量部，其對超聲波信號的發(fā)送和接收的傳播時間進行計時；以及流量運算部，其根據(jù)由時間測量部測量出的傳播時間測量被測定流體的流速，根據(jù)流速計算流量。并且，具備:振蕩電路，其產(chǎn)生用于測量傳播時間的基準(zhǔn)時鐘；溫度運算部，其根據(jù)振蕩電路的由溫度變化引起的頻率變化來求出溫度；以及流量校正部，其根據(jù)由溫度運算部計算出的溫度求出期望溫度下的偏移流量來對由流量運算部計算出的流量進行校正。
[0122]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)基于溫度計算出的流量，通過期望溫度下的偏移流量對測量出的流量進行校正。其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)不受溫度變化等影響的高精度的流量測量裝置。
[0123]另外，在本發(fā)明的流量測量裝置中，流量校正部具有校正學(xué)習(xí)部，該校正學(xué)習(xí)部對根據(jù)由時間測量部計時出的傳播時間和由溫度運算部求出的溫度而確定的偏移流量的校正值進行學(xué)習(xí)。
[0124]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，流量校正部具有對偏移量的校正值進行學(xué)習(xí)的校正學(xué)習(xí)部。由此，能夠?qū)W習(xí)由于溫度而產(chǎn)生的偏移量來進行校正。其結(jié)果，能夠提高校正的精度。
[0125]產(chǎn)業(yè)h的可利用件
[0126]根據(jù)本發(fā)明，能夠根據(jù)基于振蕩電路的頻率變化求出的溫度，通過期望溫度下的偏移流量對由流量運算部計算出的流量進行校正，從而能夠準(zhǔn)確地測量被測定流體等的流量。由此，在利用超聲波等的傳播時間的測量來測量燃氣、水等被測定流體的流量的流量測量裝置等的【技術(shù)領(lǐng)域】中是有用的。
[0127]附圖標(biāo)記說明
[0128]UlOl:流路；2、102:第一振子；3、103:第二振子；4、104:箭頭；5、105:傳播路徑；6:測定裝置;7、107:發(fā)送部;8、108:切換部;9、109:接收部;10、110:時間測量部；11、111:流量運算部；16、116:零交叉點；20:控制部；21:振蕩電路；22:溫度運算部；23:流量校正部；25:測量運算裝置；112:偏移值存儲部；113:矩形波；114:接收信號；115:虛線。
【權(quán)利要求】
1.一種流量測量裝置，具備: 流量信號檢測部，其檢測在流路中流動的被測定流體的流量信號； 流量運算部，其根據(jù)由上述流量信號檢測部檢測出的上述流量信號來計算流量； 振蕩電路，其產(chǎn)生基準(zhǔn)時鐘； 溫度運算部，其根據(jù)上述振蕩電路的由溫度變化引起的頻率變化來求出溫度；以及流量校正部，其根據(jù)由上述溫度運算部計算出的溫度求出期望溫度下的偏移流量來對由上述流量運算部計算出的上述流量進行校正。
2.一種流量測量裝置，具備: 一對振子，該一對振子設(shè)置于被測定流體流過的流路，發(fā)送和接收超聲波信號； 發(fā)送部，其驅(qū)動上述一對振子中的某一方的振子； 接收部，其接收來自上述一對振子中的另一方的振子的上述超聲波信號； 時間測量部，其對上述超聲波信號的發(fā)送和接收的傳播時間進行計時； 流量運算部，其根據(jù)由上述時間測量部測量出的上述傳播時間測量被測定流體的流速，根據(jù)上述流速計算流量； 振蕩電路，其產(chǎn)生用于測量上述傳播時間的基準(zhǔn)時鐘； 溫度運算部，其根據(jù)上述振蕩電路的由溫度變化引起的頻率變化來求出溫度；以及流量校正部，其根據(jù)由上述溫度運算部計算出的溫度求出期望溫度下的偏移流量來對由上述流量運算部計算出的上述流量進行校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流量測量裝置，其特征在于， 上述流量校正部具有校正學(xué)習(xí)部，該校正學(xué)習(xí)部對根據(jù)由上述時間測量部計時出的上述傳播時間和由上述溫度運算部求出的上述溫度而確定的上述偏移流量的校正值進行學(xué)習(xí)。
【文檔編號】G01F1/00GK104303023SQ201380025783
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月17日
【發(fā)明者】芝文一, 中林裕治, 竹村晃一, 藤井裕史 申請人:松下知識產(chǎn)權(quán)經(jīng)營株式會社