确定流体流速的方法及电子流量计技术

电子流量计（５０），包括大规模集成电路的数字装置（１）和模拟装置（２）。数字装置（１）驱动两个声传感器（５、６），以便在要测量其流量的流体中发射声波信号，该声波信号在模拟装置（２）中被接收，到达时间是利用与接收信号相位相伴生的包络检测来确定的。信号的接收使得数字装置（１）中的计数器（２３）中止计数，计数器（２３）的数值反映声波信号在流体中的传输时间。流体流量数据存储在ＥＥＰＲＯＭ（４）中。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般来说涉及电子流量计，确切地说涉及一种民用和工业上用的气体流量计。传统的民用和工业用流量计通常包括象膜盒、叶轮或涡轮这样一些机械结构，该机械结构驱动一个加法机构。通常，机械式度盘机构显示流过该表的流体总体积。这种机械结构精度不高，特别是在低流率情况，例如需要维持气体指示灯光的场合。因而，在低流率测量的不精确就意味着将会相当大地损失供气和供水方面的收入。最近几年，已经提出一些为了明显提高流体流量测量精度而采用电子技术的方案。这类装置一般都包含一些超声波传感器，该传感器向上游和下游发射超声波信号，测量该信号的传输时间，由此计算流体的相对速度。这种用于测量液体流量的装置的实例可从美国专利第3，898，878号和第3，329，017号中获知，它们均采用以幅值为基础的测量。英国专利申请GB，2，222，254A确认，由于传感器之间幅值相当大的变化，而使得在气体流量测量中一般并不实用。这是由于，当信号被接收时，该时间的瞬时值的检测是困难的，并因此精确确定传输时间也是困难的。英国专利GB2，222，254公开了一种使用以信号包形式传输的超声波信号的装置，借此将相位变化夹入到每个信号包的中间，这样提供一个可识别的时间标志，由此可算出传输时间。然而，当在小的通道或管道中测量流体流量时，检测相位变化就会出现问题，这是因为超声波信号为管壁所反射形成多路传播。这种多路传播实际上改变到达接收传感器的能量信号的相位关系，因此，相位变化的计时是不能可靠检测的。此外，传播速度低于基波信号包的高次声波的发射干扰后面接续的信号。这导致进一步产生误差。本专利技术的目的是基本上克服或改善已有技术中的部分或全部问题。根据本专利技术提出的第一实施例公开了一种检测以一特定频率发射的声波信号包的抵达时间的方法，所述方法包括的步骤有检测波信号包并由此形成一个接收信号，对所接收信号进行整流和滤波以形成一包络信号，当所述包络信号越过一检测阈值时进行检测，借此起动检测所述接收信号越过一予定电平时所产生的跃变，越过所述予定电平所产生的跃变显示在所述声波信号包到达后，按所述特定频率的所述接收信号的可确定的周期数。根据本专利技术提出的第二实施例公开了一种电子流体流量计，包括位于流体内部的第一和第二传感器;发射装置，用以激励其中一个所述传感器，使之发射一个或多个声波信号包，为另一所述传感器所接收;控制装置，连接到所述发射装置，用于倒换所述声波信号包的发射方向;计时装置，其连接用于启动所述控制装置，以便测量每一所述声波信号包的传输时间，所述计时装置为连接到所述传感器的接收装置输出的触发信号所中止，所述接收装置检测所接收信号的包络信号上升段并根据所述包络信号越过予定阈值，利用所述接收信号越过予定电平所产生的下一次跃变输出信号。通常，所选择的多个声波信号包中的一个或多个被发射时，其所具有的相位或极性与其直接相邻的波信号包的相位或极性相反。这就基本上减少了高次声波传播的影响，高次声波传播干扰波信号包到达的检测并使实际时间的检测产生误差。通常，予定电平是由过零检测器所提供的过零点。由已知的传感器分离距离和所计算的传输时间的平均值，就能计算流体流量。最好，流量表包括一个能存储流量数据的存储装置。同时最好，流量表还包括一个接口装置，适于将存储在存储装置中的数据传输给另外装置。通常，电子流量计用电池工作，虽然能用市电电源，该电池装在外壳内部，将外壳中的温度上升降至最低，这种温度上升影响流量计中电子元件的工作。还可提供热补偿装置，对流体和外壳中的温度变化用电子方式进行补偿。对于民用测量气体供应量，最佳实施例是用电池供电的并包括各种减少能量损耗的装置，借此，保证电池长的寿命。例如，由低频石英晶体产生高频时钟信号，其消耗功率大大低于相应的高频晶体。还有，最好采用高增益、低品质因数Q的传感器，以减少所需驱动功率并以此降低能量消耗。对每小时0-7立方米流量范围，该最佳实施例提供基本上呈线性变化的效果。对12.5毫米管，精度一般在0.1%到0.15%之间，并且对应于75%的最大流量范围，不超过±2%。这些性能指标适合于每小时13升的指示气体流量的实用计量。以下将参照附图，介绍本专利技术的最佳实施例，其中附图说明图1是气体流量计最佳实施例的电气结构的方框图;图2是图1中的数字装置的方框图;图3是图1中的模拟装置的方框图;图4是由图1、2、3所示电路产生的信号的时间标记图;图5是气体流量计外壳的正视图;图6是气体流量计外壳的后视图;图7是气体流量计外壳的侧视图;图8是沿图5中Ⅷ-Ⅷ线所取的气体流量计的剖面图;图9是沿图5中Ⅸ-Ⅸ线所取的气体流量计的剖面图;图10A-10D表示对应于增益设定过程的波形图。本最佳实施例是在图5中看到的民用气体流量计，使用一个3.5伏D型锂电池51(图8)供电，使用寿命大约8年。流量计50通过测定在管52中的超声波脉冲群在两个方向上传输时间直接测定气流的速度，该管流过气体，如图6所示，其直径和长度是已知的。超声波传感器5和6分别配置在管52每端的2个气动外壳53和54内(参阅图6内部剖视图)并且，其功能即可作为超声波发射器，也可作为接收器。管52其内径为14.0毫米，并且，经过各自的带螺纹连接部分57和58的突出部分55和56接入到标准的25毫米(1英寸)瓦斯管中(未示出)。在该最佳实施例中，传感器5和6的间隔距离为175毫米。可用于该最佳实施例的合适的传感器类型公开在国际专利申请PCT/AU91/00157中。在流动条件下气体体积流量，像在已有技术所熟知的那样，通过测量气体速度和管52的尺寸能很容易地计算出来。为了达到预期的精度，按顺序发送一些超声波脉冲群或信号包，靠近在测量管的接收器端的前一个脉冲群到达，每一个新的脉冲群开始被触发。平均传输时间然后被确定是利用对作为一个整体的脉冲群序列进行计时并用所发射的脉冲群数相除而实现的。单一的超声波脉冲群的产生、发射和检测今后将称之为一个“环式循环”(ringaround)。气体流量的单次扫描检测由两组预定数量的环式循环组成，首先在一个方向上，然后在另一个方向上。在各次扫描之间的间隔要选择，以便在各次测量读数之间的整个期间内都达到所需精度。对民用表计，适当的中间扫描间隔一般为16秒。表计50装有一电子组件，其产生、检测超声波脉冲群并对超声波脉冲群计时。这里所述最佳实施例建立在两个应用特殊集成电路的大规模集成电路LSI基础上，一个模拟装置2和一个数字装置1。这两个装置1和2的功能可以容于一个LSI装置中，在现有技术中是熟知的，这将减少电子组件的单位成本。图1表示电子组件的整体方框图，数字装置1经过一些控制线10控制模拟装置2及两个超声波传感器5和6，一个液晶显示器(LCD)7和一个光学接口3。传感器5和6实际上配置在图6所示的气体传输管52中。一个EEPROM4(电子可擦编程存储器)为表计50提标定信息，一个簧片开关8在LCD7上方附加到防护盖59上(参阅图5)，以便当盖59打开时，接通LCD7。在数字装置1和模拟装置2之间的一些连线9允许从数字装置1向传感器5和6发射电脉冲，并且还允许所接收的信号通向模拟装置2。连线11从模拟装置2向数字装置1传输被放大的接收信号。连线12向数字装置1传输用于增益控制和计时控本文档来自技高网...

【技术保护点】
电子流量计（５０），包括大规模集成电路的数字装置（１）和模拟装置（２）。数字装置（１）驱动两个声传感器（５、６），以便在要测量其流量的流体中发射声波信号，该声波信号在模拟装置（２）中被接收，到达时间是利用与接收信号相位相伴生的包络检测来确定的。信号的接收使得数字装置（１）中的计数器（２３）中止计数，计数器（２３）的数值反映声波信号在流体中的传输时间。流体流量数据存储在ＥＥＰＲＯＭ（４）中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：N比格奈尔，AF科林斯，KJ休斯泰勒，BJ马丁，CW布拉芬，CM韦尔什，
申请(专利权)人：联邦科学及工业研究组织，AGL咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]