流测量装置制造方法
流测量装置制造方法
【专利摘要】流体流检测装置具有：时间差计时单元(13)，其对从发送开始起直到接收后的接收波达到超过基准电压后的零交叉点为止的时间进行计时；以及基准设定单元(14)，其使该基准电压从最小向最大变化，根据当时的时间差计时单元(13)计时得到的时间差大幅变化的多个拐点来识别接收波的各波的峰值电压，并根据峰值电压之比将基准电压自动地设定为特定的两个波的峰值电压间的任意的点，其中，在重新设定基准时，仅使基准电压从两个波的峰值电压附近开始变化来重新识别峰值电压。
【专利说明】流测量装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用超声波测量燃气、水等的流体流的流体流测量装置。
【背景技术】
[0002] 以往的这种流体流测量装置一般如图11所示那样（例如，参照专利文献1)。
[0003] 该装置具备：设置于流体流动的流路31的第一超声波振子32和第二超声波振子 33 ;切换单元34,其对第一超声波振子32和第二超声波振子33的发送和接收进行切换；发 送单元35,其对第一超声波振子32和第二超声波振子33进行驱动；放大单元36,其将由接 收侧的超声波振子接收并通过了切换单元34的信号放大至规定的振幅；以及基准比较单 元37,其将通过放大单元36放大后的接收信号的电压与基准电压进行比较。
[0004] 另外，如图12所示，基准比较单元37将基准电压与放大后的接收信号A进行比 较，输出从大小关系反转的定时c至之后的首个零交叉点a的输出信号C，判断单元38在零 交叉点a向重复单元39输出输出信号D。
[0005] 重复单元39对来自该判断单元38的信号进行计数，计数预先设定的次数，并且将 来自判断单元38的信号输出至控制单元42。计时单元40对由重复单元39计数预先设定 的次数的时间进行计时，流量计算单元41根据计时单元40计时得到的时间来计算流量。
[0006] 而且，控制单元42构成为接受由流量计算单元41计算出的流量的输出以及来自 重复单元39的信号，并对发送单元35的动作进行控制。
[0007] 在该结构中，通过控制单元42使发送单元35进行动作并通过超声波振子32发送 的超声波信号在流体中传播并被第二超声波振子33接收，通过放大单元36放大后，在基准 比较单元37和判断单元38中进行信号处理，通过重复单元39被输入至控制单元42。将该 动作重复进行预先设定的η次，由计时单元40测定该期间的时间。
[0008] 然后，由切换单元34对第一超声波振子32和第二超声波振子33切换发送和接 收后进行同样的动作，测定被测流体自上游向下游（将该方向设为顺流）和自下游向上游 (将该方向设为逆流）各自的传播时间，求出被测流体的流速，通过式1求出流量Q。
[0009] 在此，当将超声波振子间的流动方向的有效距离设为L、将自上游向下游的η次的 测定时间设为tl、将自下游向上游的η次的测定时间设为t2、将被测流体的流速设为V、将 流路的截面积设为S、将超声波振子间的超声波的传播路径与被测流体流所形成的角度设 为9时，被测流体的流量Q用下式表示。
[0010] Q = S*v = S· L/2 · cos Φ ((n/tl) - (n/t2)) · · ·(式 1)
[0011] 实际上，将式1再乘以与流量相应的系数来计算流量。
[0012] 另外，关于放大单元36的增益，调整增益使得由接收侧的超声波振子接收到的信 号成为固定振幅，并进行调整使得接收信号的峰值电压值落入规定的电压范围。
[0013] 另外，像这样的流体流测量装置以电池作为电源，因此要求低功耗，且关于以往的 这种流体流测量装置，考虑再次设定基准电压（例如，参照专利文献2)。
[0014] 专利文献1 :日本特开2003-106882号公报
[0015] 专利文献2 :日本特许第4572546号公报
【发明内容】
[0016] 发明要解决的问题
[0017] 本发明的目的在于提供一种迅速且高精度地进行基准电压的设定并保持最佳的 基准电压且还支持燃气类型的低功耗的流体流测量装置。
[0018] 用于解决问题的方案
[0019] 本发明的流体流测量装置具备：第一振子和第二振子，该第一振子和第二振子设 置于流体管路，对超声波信号进行发送和接收；发送单元，其对上述第一振子、上述第二振 子进行驱动；切换单元，其对上述第一振子、上述第二振子的发送和接收进行切换；放大单 元，其将上述第一振子、上述第二振子的接收信号放大；计时单元，其对上述超声波信号的 重复发送和接收时的传播时间的累积时间进行计时；计算单元，其根据上述计时单元计时 得到的时间来计算流速和/或流量；基准比较单元，其将从上述放大单元输出的接收信号 的电压与基准电压进行比较，在其大小关系反转的时间点输出信号；判断单元，其在接收到 从上述基准比较单元输出的信号后，在判断出从上述放大单元输出的接收信号的电压从正 变为负的首个负零交叉点的时间点输出信号；时间差计时单元，其对从上述发送单元输出 信号起直到上述判断单元输出信号为止的时间差进行计时；基准设定单元，其将使上述基 准电压从设定范围的最小电压变化至最大电压时的使上述时间差计时单元计时得到的时 间差急剧变化的多个值识别为峰值电压，并且在多个上述峰值电压中的任意的第一峰值电 压的值与第二峰值电压的值之比为规定值的情况下，将上述第一峰值电压与上述第二峰值 电压的规定的比的值设定为上述基准电压；时间差存储单元，其在设定了上述基准电压时 存储上述时间差计时单元计时得到的时间差；峰值存储单元，其存储上述基准设定单元的 任意的第一峰值电压的值和第二峰值电压的值；以及基准重设单元，其将使上述基准电压 从设定范围的第一峰值电压的值附近变化至第二峰值电压的值附近时的使上述时间差计 时单元计时得到的时间差急剧变化的值重新识别为第一峰值电压和第二峰值电压，将上述 第一峰值电压与上述第二峰值电压的规定的比的值设定为上述基准电压，其中，如果在设 定上述基准电压后上述时间差计时单元计时得到的值与上述时间差存储单元所存储的值 之差为规定值以上，则使上述基准设定单元再次设定上述基准电压。
[0020] 本发明也能够作为流体流测量方法等来实施。
[0021] 发明的效果
[0022] 根据本发明，能够提供一种迅速且高精度地进行基准电压的设定并保持最佳的基 准电压且还支持燃气类型的低功耗的流体流测量装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是实施方式1中的流体流测量装置的框图。
[0024] 图2是说明该装置的动作的图。
[0025] 图3是表示该装置的初始设定时的增益调整方法的流程图。
[0026] 图4是表示该装置的更新时的增益调整方法的流程图。
[0027] 图5是说明改变基准电压来检测接收波的各波的峰值电压的方法的图。
[0028] 图6是说明接收波的各波的峰值电压之比的图。
[0029] 图7是将该装置的初始设定时与更新时的增益调整的电压设定范围进行比较的 图。
[0030] 图8是实施方式2中的流体流测量装置的框图。
[0031] 图9是表示该装置的更新时的增益调整方法的流程图。
[0032] 图10是实施方式3中的流体流测量装置的框图。
[0033] 图11是以往的流体流测量装置的框图。
[0034] 图12是以往的流体流测量装置的动作说明图。
[0035] 图13是以往的流体流测量装置的放大单元的动作说明图。
【具体实施方式】
[0036] 本发明的发明人们为了提供一种迅速且高精度地进行基准电压的设定并保持最 佳的基准电压且还支持燃气类型的低功耗的流体流测量装置而潜心地进行了研宄。其结果 得到以下的发现。
[0037] 首先，在专利文献1的结构中，假定采用如下的方式。
[0038] 图13是表示放大后的接收信号与各设定电压之间的关系的图。在此，在重复进行 重复单元39所设定的次数的测量的过程中，事先对如图13的用虚线表示的接收信号b所 示那样接收信号的峰值电压低于规定的电压范围的下限的次数以及同样如图13的用虚线 表示的接收信号c所示那样超过规定的电压范围的上限的次数进行计数，按照其大小关系 调整下一次流量测量时的增益。
[0039] 例如，如果低于下限的次数多则提高增益，使得如图13的用实线表示的接收信号 a那样进入电压范围的上限与下限之内。
[0040] 另外，与由放大单元36放大后的接收信号的电压进行比较的基准比较单元37的 基准电压用于确定由判断单元38检测的零交叉点的位置，以图13为例，将基准电压设定为 接收信号的第二波与第三波的峰值电压的中点的电压以由判断单元38检测出接收信号的 第三波的零交叉点a。由此即使由于某些原因而接收信号的第二波的峰值电压上升和/或 第三波的峰值电压减少，也能够针对双方取余量而能够由判断单元38稳定地检测出第三 波的零交叉点a。
[0041] 作为在基准比较单元37中与被放大为规定的振幅水平的接收信号进行比较的基 准电压的电压设定方法，以往的流体流测量装置多数使用了利用固定电阻器和半固定电阻 器来通过电阻分压进行设定的方法。然而，在该方法中，在监视基准电压的同时手动调节半 固定电阻器以产生规定的电压，因此基准电压设定耗费时间，还有可能产生调整错误。
[0042] 并且，还存在由于调整后的经年变化、受到机械振动、热冲击等而调整位置发生变 化的情况。而且，存在当由于温度变化、流量的变化和/或超声波振子的经年变化等而其灵 敏度发生变化时需要再次重新设定基准电压这样的课题。
[0043] 并且，以往的流体流测量装置是在测量过程中进行基准电压的调整，因此调整的 定时、频率对测量的影响大。另外，在调整时一边改变电压一边进行调整，因此处理多且频 繁地进行处理使电池的消耗加快。
[0044] 另外，根据燃气类型的不同而特性不同，电压的变动不同，因此还存在调整次数变 多的燃气类型。
[0045] 为了解决所述课题，本发明的流体流测量装置是使基准设定单元的基准电压从预 先存储的第一峰值电压和第二峰值电压的附近开始变化并重新识别峰值电压位置，根据该 峰值电压设定基准电压。
[0046] 另外，通过根据测量时间改变峰值间的比，能够设定依照与燃气类型的特性相应 的比的基准电压值，通过按燃气类型设定最佳的基准电压，能够减少重新调整的次数。
[0047] 由此，基准设定单元设定的基准电压根据超声波信号的接收波而被设定在与相邻 的两个特定的接收波对应的两个峰值电压之间。能够形成为如下一种流体流测量装置：无 需借助人手而迅速地进行设定为使时间差计时单元计时得到的时间差最佳的基准电压的 设定动作，并且将基准电压持续地保持最佳。
[0048] 第一发明是一种流体流测量装置，具备：第一振子和第二振子，该第一振子和第二 振子设置于流体管路，对超声波信号进行发送和接收；发送单元，其对上述第一振子、上述 第二振子进行驱动；切换单元，其对上述第一振子、上述第二振子的发送和接收进行切换； 放大单元，其将上述第一振子、上述第二振子的接收信号放大；计时单元，其对上述超声波 信号的重复发送和接收时的传播时间的累积时间进行计时；计算单元，其根据上述计时单 元计时得到的时间来计算流速和/或流量；基准比较单元，其将从上述放大单元输出的接 收信号的电压与基准电压进行比较，在其大小关系反转的时间点输出信号；判断单元，其在 接收到从上述基准比较单元输出的信号后，在判断出从上述放大单元输出的接收信号的电 压从正变为负的首个负零交叉点的时间点输出信号；时间差计时单元，其对从上述发送单 元输出信号起直到上述判断单元输出信号为止的时间差进行计时；基准设定单元，其将使 上述基准电压从设定范围的最小电压变化至最大电压时的使上述时间差计时单元计时得 到的时间差急剧变化的多个值识别为峰值电压，并且在多个上述峰值电压中的任意的第一 峰值电压的值与第二峰值电压的值之比为规定值的情况下，将上述第一峰值电压与上述第 二峰值电压的规定的比的值设定为上述基准电压；时间差存储单元，其在设定了上述基准 电压时存储上述时间差计时单元计时得到的时间差；峰值存储单元，其存储上述基准设定 单元的任意的第一峰值电压的值和第二峰值电压的值；以及基准重设单元，其将使上述基 准电压从设定范围的第一峰值电压的值附近变化至第二峰值电压的值附近时的使上述时 间差计时单元计时得到的时间差急剧变化的值重新识别为第一峰值电压和第二峰值电压， 将上述第一峰值电压与上述第二峰值电压的规定的比的值设定为上述基准电压，其中，如 果在设定上述基准电压后上述时间差计时单元计时得到的值与上述时间差存储单元所存 储的值之差为规定值以上，则使上述基准设定单元再次设定上述基准电压。通过所述结构 能够形成为迅速且高精度地进行基准电压的设定并能够针对超声波的接收信号的变动设 定为最稳定的基准电压的流体流测量装置。
[0049] 第二发明为，特别是在第一发明中，还具备电压比判断单元，该电压比判断单元根 据上述时间差存储单元的时间差来决定基准设定单元的上述第一峰值电压与上述第二峰 值电压的比值的关系。在所述结构中，通过根据时间差存储单元的时间差来变更比值，能够 设定与流体的特性对应的比，能够进行更稳定的测量。
[0050] 第三发明为，特别是在第一发明或第二发明中，还具备测量温度的温度测量单元， 在由上述温度测量单元测量出的温度的变动为某固定程度以上的情况下，进行上述基准电 压的调整动作。在所述结构中，通过还根据取决于温度的特性变化进行调整，能够设定稳定 的基准电压。
[0051] 第四发明为，特别是在第一?第三发明中的任一个发明中，在调整上述放大单元 的放大率后上述基准设定单元进行上述基准电压的变更。通过所述结构能够形成为如下 一种流体流测量装置：基准重设单元将基准电压的设定范围限定在特定的波的峰值电压之 间，该特定的波的峰值电压是调整了流体流测量装置主体的放大率时将基准电压设定在接 收波的特定的波之间时的特定的波的峰值电压，由此即使由于流量测量中的超声波的接收 信号的变动而基准电压与峰值电压的大小关系被破坏，也由于在调整放大率后重新设定基 准电压而能够保持最佳的基准电压。
[0052] 第五发明为，特别是在第一?第四发明中的任一个发明中，还具备时间差存储单 元，该时间差存储单元根据计时单元的累积时间求出上述时间差存储单元的存储值。在所 述结构中，通过对计时时间求平均能够进行精度更高的流体判断。
[0053] 下面，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施的方式。此外，本发明不限定于该实施方式。
[0054] (实施方式1)
[0055] 图1表示实施方式1中的流体流测量装置的框图。图2和图5是该实施方式的流 体流测量装置的动作说明图，图3和图4是其流程图。
[0056] 在图1中，在流路1的中途将发送超声波的第一超声波振子2(第一振子）和接收 超声波的第二超声波振子3 (第二振子）配置成超声波的传播路径相对于流动方向形成角 度9。
[0057] 流路1例如能够设为流路截面为矩形状的流路。流体不被特别地限定，例如能够 设为燃料气体等气体。
[0058] 从发送单元5输出的驱动信号被输出到通过切换单元4选择为发送侧的第一超声 波振子2或第二超声波振子3。另外，将由通过切换单元4选择为接收侧的第一超声波振 子2或第二超声波振子3接收到的信号通过放大单元6以遵照来自控制单元12的指示的 增益进行放大，由基准比较单元7将放大后的信号与基准电压进行比较并输出信号。
[0059] 切换单元4、发送单元5、放大单元6、基准比较单元7以及控制单元12例如能够由 逻辑IC构成。
[0060] 由判断单元8根据基准比较单元7的输出和由放大单元6放大后的接收信号来判 断超声波的到达时期，重复单元9对判断单元8的信号进行计数并以预先设定的次数向控 制单元12重复输出信号。计时单元10对由重复单元9计数出预先设定的次数的时间进行 计时，流量计算单元（计算单元）11根据计时单元10计时得到的时间检测流体的流速，再 考虑管路的大小、流的状态来计算流量。
[0061] 判断单元8、重复单元9、计时单元10以及流量计算单元（计算单元）11例如能够 由逻辑IC构成。
[0062] 另外，控制单元12接收来自流量计算单元11和重复单元9的信号并控制发送单 元5和放大单元6的动作。时间差计时单元13对发送单元5的输出与判断单元8的输出 的时间差进行计时，基准设定单元14设定基准比较单元7的基准电压且按照规定的电压比 设定接收信号的第三波与第四波的峰值电压的中间电压。时间差存储单元15存储基准设 定单元14设定了基准电压后的时间差计时单元13计时得到的时间差。
[0063] 时间差计时单元13、基准设定单元14以及时间差存储单元15例如能够由逻辑IC 构成。
[0064] 峰值存储单元16存储基准设定单元14中使用过的接收信号的第二波和第三波的 峰值电压，基准重设单元17在时间差存储单元15中的时间差为规定程度以上的情况下再 次设定基准电压。
[0065] 峰值存储单元16例如能够由逻辑IC构成。
[0066] 基准重设单元17例如能够由逻辑IC构成。
[0067] 下面，关于如以上那样构成的流体流测量装置，说明其动作、作用。
[0068] 首先，控制单元12通过未图示的用于模式切换的输入来在制造工序时以制造工 序专用的模式开始如下动作。
[0069] 在接通电源后，控制单元12设定临时的基准电压以用于增益调整（图3的步骤 1)。增益调整如图2所示那样例如是以使作为接收波的最大振幅的第五波的峰值电压成为 规定的电压值的方式调整并设定增益，此时的基准电压只要高于第一波的峰值电压并低于 第五波的峰值电压，则可以是任何值的电压。
[0070] 另外，在增益调整中，基准电压是固定的。这是为了防止由于变更基准电压而基准 电压变为第五波的峰值电压以上或者变为第一波的峰值电压以下而基准比较单元7和判 断单元8变得不正确地进行动作。
[0071] 流体流测量装置的增益调整本身能够设为与以往的例子相同，因此在本实施方式 中省略其说明。
[0072] 首先，在调整增益以使由接收侧的第二超声波振子3接收到的信号成为固定振幅 之后（步骤2)，基准设定单元14将基准电压设定为设定范围的最小电压（步骤3)。
[0073] 在设定为最低的基准电压之后，控制单元12将重复单元9的重复次数设定为1 次，使发送单元5进行动作来通过第一超声波振子2发送超声波信号（步骤4)。
[0074] 通过第一超声波振子2发送的超声波信号在流路1的流中传播，被第二超声波振 子3接收，通过放大单元6放大后输出至基准比较单元7和判断单元8。
[0075] 图2表示放大后的接收信号，如图2所示，时间差计时单元13当接收到作为计时 开始定时的来自发送单元5的输出信号E时，开始计时（步骤5)，基准比较单元7将放大单 元6的输出（接收信号A)与基准电压进行比较（图3的步骤6)，在其大小关系反转的时刻 (定时c)将输出信号C输出至时间差计时单元13和判断单元8。
[0076] 判断单元8将定时c以后的放大单元6输出的符号从正变为负的首个负的零交叉 点a判断为超声波的到达点（步骤7)，并将输出信号D输出至重复单元9和时间差计时单 元13〇
[0077] 时间差计时单元13当接收到该判断单元8的输出信号D时结束计时（步骤8)，将 计时得到的时间差Td(即，从超声波的发送开始直到零交叉点c为止的时间）输出至基准 设定单元14。
[0078] 基准设定单元14使基准电压增加基准电压的可变范围的1个控制单位的量（例 如2mV)(步骤9)。
[0079] 由于对重复单元9设定的重复次数是1次，因此从重复单元9对控制单元12输入 表示重复动作已结束这种意思的信号，控制单元12再次使发送单元5进行动作，通过第一 超声波振子2发送超声波信号。
[0080] 然后，重复到目前为止的动作直到基准设定单元14将基准电压设定为基准电压 的设定范围的最大电压为止。
[0081] 当基准设定单元14的直到设定为基准电压的最大电压的设定结束时，在基准设 定单元14使基准电压从设定范围的最小电压变化至最大电压的期间，存在多个时间差计 时单元13计时得到的时间差大幅变化的拐点。
[0082] 使用图5和图6说明存在多个该拐点的情形。图5是表示基准设定单元14使基 准电压从设定范围的最小电压变化至最大电压时的基准电压和从来自基准比较单元7的 输出信号C的输出时间点（S卩，定时c)至零交叉点a的时间（以后记为时间A)的图。
[0083] 关于时间A，在基准电压处于峰值电压附近（图6中的各个峰值pl、p2、p3、· · ·） 的情况下，时间最小（与Pl、p2、p3、· · ·对应地分别设为Tpl、Tp2、Tp3、· · ·），其值为 超声波的周期的大约1/4 (在驱动频率是500ΚΗζ的情况下，为500ns)。
[0084] 此后使基准电压增加，当超过各波的峰值电压时，该时间A急剧变大，如图5所示 那样表现为时间A的拐点（时间A最小的Tpl、Tp2、Tp3、· · ·）。而且，该时间A如图5 所示那样在拐点处变化了 1. 3倍以上。
[0085] 例如在基准电压处于第二波的峰值ρ2附近（但未超过ρ2)的情况至超过了第二 波的峰值电压Ρ2的情况下，拐点为Τρ2。这意味着形成时间差的拐点的基准电压为接收信 号的各波的峰值电压附近的电压。
[0086] 通过实验确认了这些峰值电压之比不取决于流路和传感器而为大致固定的值。例 如图6所示那样是第一波的峰值电压pi与第二波的峰值电压ρ2之比p2/pl ~ 2. 5、第二波 的峰值电压Ρ2与第三波的峰值电压ρ3之比ρ3/ρ2?1. 8以及第三波的峰值电压ρ3与第 四波的峰值电压ρ4之比ρ4/ρ3 ~ 1. 3这样的情况。
[0087] 这样，由于各波的峰值电压之比示出固定的值，因此能够识别接收波的各波。也就 是说，某峰值电压与前一个（基准电压低的方向的前一个）峰值电压之比为2.5倍左右的 峰值电压是第二波的峰值电压，某峰值电压与前一个（基准电压低的方向的前一个）峰值 电压之比为1. 8倍左右的峰值电压是第三波的峰值电压。
[0088] 基准设定单元14如以上那样确认峰值电压之比，根据该峰值电压比来识别接收 波的特定的波（第二波和第三波）的峰值电压，将基准电压设定为以该特定的波（第二波、 第三波）的峰值电压的规定比求出的Vref (图3的步骤11)。
[0089] 然后，时间差存储单元15存储将基准电压设定为该特定的波（第二波、第三波） 的峰值电压的规定比的Vref之后由时间差计时单元13计时得到的时间差，另外，基准设定 单元存储第二波的峰值电压和第三波的峰值电压（基准电压的设定范围）（步骤12)，从而 结束制造工序专用的模式。
[0090] 通过存储第二波的峰值电压和第三波的峰值电压，来存储能够检测用于检测制造 工序时的超声波信号的到达时间的点（例如图2中的第三波的负的零交叉点a)的基准电 压的可设定范围。
[0091] 将基准电压设定在第二波的峰值电压与第三波的峰值电压之间的意图如下所述。 即，如果在峰值电压的宽度最宽的基准电压范围（在图6中为第二波的峰值电压至第三波 的峰值电压的范围）内设定基准电压，则设定在接收信号的各波的峰值电压差最大的部 分。例如，在图5中如果将基准电压设定为第二波、第三波的峰值电压的规定比的VrefJJ 能够在第二波和第三波的峰值电压与基准电压之间取大的余量。在此，第二波、第三波的峰 值电压的规定比用（Vref-P2) : (P3-Vref)表示，例如对Vref进行设定以使该比为55:45。 因此，对于接收信号的电压变动，判断单元8能够最稳定地检测超声波的接收信号的到达 时间。另外，也能够以第三波和第四波的峰值进行测量，在该情况下，虽然范围窄，但零交叉 点a处的倾斜变得陡峭，因此能够进行更高精度的测量。
[0092] 而且，当在制造工序中设定基准电压后在流体流测量装置的设置现场通过未图示 的用于模式切换的输入而控制单元12切换为普通模式之后接通电源时，流体流测量装置 如下面那样开始进行动作。
[0093] 首先，在调整增益以使由接收侧的超声波振子接收到的信号成为固定振幅之后 (如果已经通过流量测量进行了调整，则可以省略该动作）（图4的步骤21)，在测量中的时 间差计时单元13的值超过规定的时间的情况下、或时间差计时单元13计时得到的值与时 间差存储单元15所存储的值的差为规定值以上的情况下，通过图4说明开始进行基准重设 动作之后的基准重设单元17的动作。
[0094] 当开始进行动作时，基准重设单元17设定为所存储的第二波峰值附近的电压，控 制单元12使发送单元5进行动作来通过第一超声波振子2发送超声波信号（步骤22)，利 用使时间差计时单元13计时得到的时间差突然变大的电压来更新第二波的峰值电压（步 骤23、24)。同样地从第三波的峰值电压附近开始设定电压并更新第三波的峰值电压（步骤 25、26、27)。
[0095] 图7图示了基准电压更新时的电压测量的范围，可知与在制造工序中进行的初始 时的从电压测量的最小电压至最大电压的范围相比，在设置时进行更新的更新时的电压测 量的范围非常小。
[0096] 根据所得到的第二波-第三波的峰值电压再次求出规定比的电压来设定基准电 压，并更新时间差存储单元的时间（步骤28)。此后，转移至流速测量和流量运算的处理。
[0097] 也就是说，如果被测流体、结构部件的特性等条件与在制造时在时间差存储单元 15中进行存储时没有变化，则增益调整后的接收波与基准电压的关系没有变化，从而存储 在时间差存储单元15中的时间差与测量时的时间差相同。但是，在由于某些原因而两个时 间差相差规定值以上的情况下，重新进行基准电压的设定。
[0098] 如上所述，在重新设定基准时，仅使基准电压从第三波和第四波的峰值电压附近 开始变化来重新识别峰值电压，由此能够缩短调整时间，能够在流量测量过程中不使流量 测量中断而在短时间内进行基准电压的重设。
[0099] 即，本实施方式的流体流测量装置具有基准设定单元，该基准设定单元使基准电 压从最小向最大变化，根据当时的时间差计时单元计时得到的时间差大幅变化的多个拐点 来识别接收波的各波的峰值电压，根据峰值电压的比将基准电压自动地设定为特定的两个 波的峰值电压间的任意点，其中，在重新设定基准时，仅使基准电压从这两个波的峰值电压 附近开始变化来重新识别峰值电压，由此能够缩短调整时间，能够在流量测量过程中不使 流量测量中断而在短时间内进行基准电压的重设。
[0100] 因而，能够形成如下一种流体流测量装置：能够不借助人手而迅速地进行基准电 压的设定，并且在设定后进行流量测量时也能够在测量空闲时在短时间内且省电地将基准 电压保持为最佳的电压。
[0101] (实施方式2)
[0102] 接着，使用图8、图9说明第二实施方式。
[0103] 图8是该实施方式的框图，图9是基准重设时的流程图。
[0104] 与实施方式1的不同点在于，具备电压比判断单元18,该电压比判断单元18在图 9中根据由时间差计时单元13测量出的时间差，利用预先设定或存储的表对基准重设单元 17设定规定比（步骤32)。
[0105] 电压比判断单元18例如能够由逻辑IC构成。
[0106] 该电压比判断单元18例如对基准重设单元17进行如下设定：如果由时间差计时 单元13测量出的时间为200 μ s以上，则将峰值电压间的50%的电压设定为基准电压，如果 小于200 μ，则将峰值电压间的75%的电压设定为基准电压等。
[0107] (实施方式3)
[0108] 接着，使用图10说明第三实施方式。
[0109] 本实施方式与实施方式1、实施方式2的不同点在于具有温度测量单元19。
[0110] 对于时间差，使用将计时单元10的累积时间除以重复次数得到的平均值并存储 到时间差存储单元15中。另外，能够将该平均值使用于电压比判断单元18中。
[0111] 另外，能够由控制单元利用温度测量单元19定期地测量温度，在为规定温度差以 上时指示基准重设单元17进行重新判断动作。
[0112] 温度测量单元19例如能够由逻辑IC构成。
[0113] 如上所述，在本实施方式中，能够形成如下一种流体流测量装置：能够不借助人手 而迅速地进行基准电压的设定，并且在设定后也能够在流量测量时将基准电压保持为最佳 的电压。并且，能够事先存储峰值电压，在峰值电压附近更新峰值电压，因此能够缩短时间， 并能够在流量测量中的空闲时更新基准电压，从而作为系统能够高精度地进行测量。
[0114] 另外，通过形成保存有用于执行本实施方式的流体流测量装置的动作的程序的记 录介质，还能够灵活地应对控制单元12、基准设定单元14所使用的规定比率及重复单元9 所使用的重复次数等设定值的变更、超声波振子的变更以及经年变化等。
[0115] 根据上述说明，对于本领域技术人员来说，本发明的很多改进、其它的实施方式是 显而易见的。因而，上述说明应被解释为仅是例示，是为了向本领域技术人员教导执行本发 明的优选方式而提供的。能够不脱离本发明的精神地实质地变更其构造和/或功能的详细 内容。
[0116] 产业h的可利用件
[0117] 如上所述，本发明所涉及的流体流测量装置能够迅速且高精度地进行基准电压的 设定，因此能够应用于燃气、水等流体的流速、流量等的测量。
[0118] 附图标记说明
[0119] 1 :流路；2 :第一超声波振子（第一振子）；3 :第二超声波振子（第二振子）；4 :切 换单元；5 :发送单元；6 :放大单元；7 :基准比较单元；8 :判断单元；9 :重复单元；10 :计时 单元；11 :流量计算单元（计算单元）；12 :控制单元；13 :时间差计时单元；14 :基准设定单 元；15 :时间差存储单元；16 :峰值存储单元；17 :基准重设单元；18 :电压比判断单元；19 : 温度测量单元。
【权利要求】
1. 一种流体流测量装置，具备： 第一振子和第二振子，该第一振子和第二振子设置于流体管路，对超声波信号进行发 送和接收； 发送单元，其对上述第一振子、上述第二振子进行驱动； 切换单元，其对上述第一振子、上述第二振子的发送和接收进行切换； 放大单元，其将上述第一振子、上述第二振子的接收信号放大； 计时单元，其对上述超声波信号的重复发送和接收时的传播时间的累积时间进行计 时； 计算单元，其根据上述计时单元计时得到的时间来计算流速和/或流量； 基准比较单元，其将从上述放大单元输出的接收信号的电压与基准电压进行比较，在 其大小关系反转的时间点输出信号； 判断单元，其在接收到从上述基准比较单元输出的信号后，在判断出从上述放大单元 输出的接收信号的电压从正变为负的首个负零交叉点的时间点输出信号； 时间差计时单元，其对从上述发送单元输出信号起直到上述判断单元输出信号为止的 时间差进行计时； 基准设定单元，其将使上述基准电压从设定范围的最小电压变化至最大电压时的使上 述时间差计时单元计时得到的时间差急剧变化的多个值识别为峰值电压，并且在多个上述 峰值电压中的任意的第一峰值电压的值与第二峰值电压的值之比为规定值的情况下，将上 述第一峰值电压与上述第二峰值电压的规定的比的值设定为上述基准电压； 时间差存储单元，其在设定了上述基准电压时存储上述时间差计时单元计时得到的时 间差； 峰值存储单元，其存储上述基准设定单元的任意的第一峰值电压的值和第二峰值电压 的值；以及 基准重设单元，其将使上述基准电压从设定范围的第一峰值电压的值附近变化至第二 峰值电压的值附近时的使上述时间差计时单元计时得到的时间差急剧变化的值重新识别 为第一峰值电压和第二峰值电压，将上述第一峰值电压与上述第二峰值电压的规定的比的 值设定为上述基准电压， 其中，如果在设定上述基准电压后上述时间差计时单元计时得到的值与上述时间差存 储单元所存储的值之差为规定值以上，则使上述基准设定单元再次设定上述基准电压。
2. 根据权利要求1所述的流体流测量装置，其特征在于， 还具备电压比判断单元，该电压比判断单元根据上述时间差存储单元的时间差来决定 基准设定单元的上述第一峰值电压与上述第二峰值电压的比值的关系。
3. 根据权利要求1或2所述的流体流测量装置，其特征在于， 还具备测量温度的温度测量单元，在由上述温度测量单元测量出的温度的变动为某固 定程度以上的情况下，进行上述基准电压的调整动作。
4. 根据权利要求1?3中的任一项所述的流体流测量装置，其特征在于， 在调整上述放大单元的放大率后上述基准设定单元进行上述基准电压的变更。
5. 根据权利要求1?4中的任一项所述的流体流测量装置，其特征在于， 还具备时间差存储单元，该时间差存储单元根据计时单元的累积时间求出上述时间差 存储单元的存储值。
【文档编号】G01F1/66GK104428637SQ201380034439
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】木场康雄, 竹村晃一, 渡边葵, 藤井裕史 申请人:松下知识产权经营株式会社
【专利摘要】流体流检测装置具有：时间差计时单元(13)，其对从发送开始起直到接收后的接收波达到超过基准电压后的零交叉点为止的时间进行计时；以及基准设定单元(14)，其使该基准电压从最小向最大变化，根据当时的时间差计时单元(13)计时得到的时间差大幅变化的多个拐点来识别接收波的各波的峰值电压，并根据峰值电压之比将基准电压自动地设定为特定的两个波的峰值电压间的任意的点，其中，在重新设定基准时，仅使基准电压从两个波的峰值电压附近开始变化来重新识别峰值电压。
【专利说明】流测量装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用超声波测量燃气、水等的流体流的流体流测量装置。
【背景技术】
[0002] 以往的这种流体流测量装置一般如图11所示那样（例如，参照专利文献1)。
[0003] 该装置具备：设置于流体流动的流路31的第一超声波振子32和第二超声波振子 33 ;切换单元34,其对第一超声波振子32和第二超声波振子33的发送和接收进行切换；发 送单元35,其对第一超声波振子32和第二超声波振子33进行驱动；放大单元36,其将由接 收侧的超声波振子接收并通过了切换单元34的信号放大至规定的振幅；以及基准比较单 元37,其将通过放大单元36放大后的接收信号的电压与基准电压进行比较。
[0004] 另外，如图12所示，基准比较单元37将基准电压与放大后的接收信号A进行比 较，输出从大小关系反转的定时c至之后的首个零交叉点a的输出信号C，判断单元38在零 交叉点a向重复单元39输出输出信号D。
[0005] 重复单元39对来自该判断单元38的信号进行计数，计数预先设定的次数，并且将 来自判断单元38的信号输出至控制单元42。计时单元40对由重复单元39计数预先设定 的次数的时间进行计时，流量计算单元41根据计时单元40计时得到的时间来计算流量。
[0006] 而且，控制单元42构成为接受由流量计算单元41计算出的流量的输出以及来自 重复单元39的信号，并对发送单元35的动作进行控制。
[0007] 在该结构中，通过控制单元42使发送单元35进行动作并通过超声波振子32发送 的超声波信号在流体中传播并被第二超声波振子33接收，通过放大单元36放大后，在基准 比较单元37和判断单元38中进行信号处理，通过重复单元39被输入至控制单元42。将该 动作重复进行预先设定的η次，由计时单元40测定该期间的时间。
[0008] 然后，由切换单元34对第一超声波振子32和第二超声波振子33切换发送和接 收后进行同样的动作，测定被测流体自上游向下游（将该方向设为顺流）和自下游向上游 (将该方向设为逆流）各自的传播时间，求出被测流体的流速，通过式1求出流量Q。
[0009] 在此，当将超声波振子间的流动方向的有效距离设为L、将自上游向下游的η次的 测定时间设为tl、将自下游向上游的η次的测定时间设为t2、将被测流体的流速设为V、将 流路的截面积设为S、将超声波振子间的超声波的传播路径与被测流体流所形成的角度设 为9时，被测流体的流量Q用下式表示。
[0010] Q = S*v = S· L/2 · cos Φ ((n/tl) - (n/t2)) · · ·(式 1)
[0011] 实际上，将式1再乘以与流量相应的系数来计算流量。
[0012] 另外，关于放大单元36的增益，调整增益使得由接收侧的超声波振子接收到的信 号成为固定振幅，并进行调整使得接收信号的峰值电压值落入规定的电压范围。
[0013] 另外，像这样的流体流测量装置以电池作为电源，因此要求低功耗，且关于以往的 这种流体流测量装置，考虑再次设定基准电压（例如，参照专利文献2)。
[0014] 专利文献1 :日本特开2003-106882号公报
[0015] 专利文献2 :日本特许第4572546号公报
【发明内容】
[0016] 发明要解决的问题
[0017] 本发明的目的在于提供一种迅速且高精度地进行基准电压的设定并保持最佳的 基准电压且还支持燃气类型的低功耗的流体流测量装置。
[0018] 用于解决问题的方案
[0019] 本发明的流体流测量装置具备：第一振子和第二振子，该第一振子和第二振子设 置于流体管路，对超声波信号进行发送和接收；发送单元，其对上述第一振子、上述第二振 子进行驱动；切换单元，其对上述第一振子、上述第二振子的发送和接收进行切换；放大单 元，其将上述第一振子、上述第二振子的接收信号放大；计时单元，其对上述超声波信号的 重复发送和接收时的传播时间的累积时间进行计时；计算单元，其根据上述计时单元计时 得到的时间来计算流速和/或流量；基准比较单元，其将从上述放大单元输出的接收信号 的电压与基准电压进行比较，在其大小关系反转的时间点输出信号；判断单元，其在接收到 从上述基准比较单元输出的信号后，在判断出从上述放大单元输出的接收信号的电压从正 变为负的首个负零交叉点的时间点输出信号；时间差计时单元，其对从上述发送单元输出 信号起直到上述判断单元输出信号为止的时间差进行计时；基准设定单元，其将使上述基 准电压从设定范围的最小电压变化至最大电压时的使上述时间差计时单元计时得到的时 间差急剧变化的多个值识别为峰值电压，并且在多个上述峰值电压中的任意的第一峰值电 压的值与第二峰值电压的值之比为规定值的情况下，将上述第一峰值电压与上述第二峰值 电压的规定的比的值设定为上述基准电压；时间差存储单元，其在设定了上述基准电压时 存储上述时间差计时单元计时得到的时间差；峰值存储单元，其存储上述基准设定单元的 任意的第一峰值电压的值和第二峰值电压的值；以及基准重设单元，其将使上述基准电压 从设定范围的第一峰值电压的值附近变化至第二峰值电压的值附近时的使上述时间差计 时单元计时得到的时间差急剧变化的值重新识别为第一峰值电压和第二峰值电压，将上述 第一峰值电压与上述第二峰值电压的规定的比的值设定为上述基准电压，其中，如果在设 定上述基准电压后上述时间差计时单元计时得到的值与上述时间差存储单元所存储的值 之差为规定值以上，则使上述基准设定单元再次设定上述基准电压。
[0020] 本发明也能够作为流体流测量方法等来实施。
[0021] 发明的效果
[0022] 根据本发明，能够提供一种迅速且高精度地进行基准电压的设定并保持最佳的基 准电压且还支持燃气类型的低功耗的流体流测量装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是实施方式1中的流体流测量装置的框图。
[0024] 图2是说明该装置的动作的图。
[0025] 图3是表示该装置的初始设定时的增益调整方法的流程图。
[0026] 图4是表示该装置的更新时的增益调整方法的流程图。
[0027] 图5是说明改变基准电压来检测接收波的各波的峰值电压的方法的图。
[0028] 图6是说明接收波的各波的峰值电压之比的图。
[0029] 图7是将该装置的初始设定时与更新时的增益调整的电压设定范围进行比较的 图。
[0030] 图8是实施方式2中的流体流测量装置的框图。
[0031] 图9是表示该装置的更新时的增益调整方法的流程图。
[0032] 图10是实施方式3中的流体流测量装置的框图。
[0033] 图11是以往的流体流测量装置的框图。
[0034] 图12是以往的流体流测量装置的动作说明图。
[0035] 图13是以往的流体流测量装置的放大单元的动作说明图。
【具体实施方式】
[0036] 本发明的发明人们为了提供一种迅速且高精度地进行基准电压的设定并保持最 佳的基准电压且还支持燃气类型的低功耗的流体流测量装置而潜心地进行了研宄。其结果 得到以下的发现。
[0037] 首先，在专利文献1的结构中，假定采用如下的方式。
[0038] 图13是表示放大后的接收信号与各设定电压之间的关系的图。在此，在重复进行 重复单元39所设定的次数的测量的过程中，事先对如图13的用虚线表示的接收信号b所 示那样接收信号的峰值电压低于规定的电压范围的下限的次数以及同样如图13的用虚线 表示的接收信号c所示那样超过规定的电压范围的上限的次数进行计数，按照其大小关系 调整下一次流量测量时的增益。
[0039] 例如，如果低于下限的次数多则提高增益，使得如图13的用实线表示的接收信号 a那样进入电压范围的上限与下限之内。
[0040] 另外，与由放大单元36放大后的接收信号的电压进行比较的基准比较单元37的 基准电压用于确定由判断单元38检测的零交叉点的位置，以图13为例，将基准电压设定为 接收信号的第二波与第三波的峰值电压的中点的电压以由判断单元38检测出接收信号的 第三波的零交叉点a。由此即使由于某些原因而接收信号的第二波的峰值电压上升和/或 第三波的峰值电压减少，也能够针对双方取余量而能够由判断单元38稳定地检测出第三 波的零交叉点a。
[0041] 作为在基准比较单元37中与被放大为规定的振幅水平的接收信号进行比较的基 准电压的电压设定方法，以往的流体流测量装置多数使用了利用固定电阻器和半固定电阻 器来通过电阻分压进行设定的方法。然而，在该方法中，在监视基准电压的同时手动调节半 固定电阻器以产生规定的电压，因此基准电压设定耗费时间，还有可能产生调整错误。
[0042] 并且，还存在由于调整后的经年变化、受到机械振动、热冲击等而调整位置发生变 化的情况。而且，存在当由于温度变化、流量的变化和/或超声波振子的经年变化等而其灵 敏度发生变化时需要再次重新设定基准电压这样的课题。
[0043] 并且，以往的流体流测量装置是在测量过程中进行基准电压的调整，因此调整的 定时、频率对测量的影响大。另外，在调整时一边改变电压一边进行调整，因此处理多且频 繁地进行处理使电池的消耗加快。
[0044] 另外，根据燃气类型的不同而特性不同，电压的变动不同，因此还存在调整次数变 多的燃气类型。
[0045] 为了解决所述课题，本发明的流体流测量装置是使基准设定单元的基准电压从预 先存储的第一峰值电压和第二峰值电压的附近开始变化并重新识别峰值电压位置，根据该 峰值电压设定基准电压。
[0046] 另外，通过根据测量时间改变峰值间的比，能够设定依照与燃气类型的特性相应 的比的基准电压值，通过按燃气类型设定最佳的基准电压，能够减少重新调整的次数。
[0047] 由此，基准设定单元设定的基准电压根据超声波信号的接收波而被设定在与相邻 的两个特定的接收波对应的两个峰值电压之间。能够形成为如下一种流体流测量装置：无 需借助人手而迅速地进行设定为使时间差计时单元计时得到的时间差最佳的基准电压的 设定动作，并且将基准电压持续地保持最佳。
[0048] 第一发明是一种流体流测量装置，具备：第一振子和第二振子，该第一振子和第二 振子设置于流体管路，对超声波信号进行发送和接收；发送单元，其对上述第一振子、上述 第二振子进行驱动；切换单元，其对上述第一振子、上述第二振子的发送和接收进行切换； 放大单元，其将上述第一振子、上述第二振子的接收信号放大；计时单元，其对上述超声波 信号的重复发送和接收时的传播时间的累积时间进行计时；计算单元，其根据上述计时单 元计时得到的时间来计算流速和/或流量；基准比较单元，其将从上述放大单元输出的接 收信号的电压与基准电压进行比较，在其大小关系反转的时间点输出信号；判断单元，其在 接收到从上述基准比较单元输出的信号后，在判断出从上述放大单元输出的接收信号的电 压从正变为负的首个负零交叉点的时间点输出信号；时间差计时单元，其对从上述发送单 元输出信号起直到上述判断单元输出信号为止的时间差进行计时；基准设定单元，其将使 上述基准电压从设定范围的最小电压变化至最大电压时的使上述时间差计时单元计时得 到的时间差急剧变化的多个值识别为峰值电压，并且在多个上述峰值电压中的任意的第一 峰值电压的值与第二峰值电压的值之比为规定值的情况下，将上述第一峰值电压与上述第 二峰值电压的规定的比的值设定为上述基准电压；时间差存储单元，其在设定了上述基准 电压时存储上述时间差计时单元计时得到的时间差；峰值存储单元，其存储上述基准设定 单元的任意的第一峰值电压的值和第二峰值电压的值；以及基准重设单元，其将使上述基 准电压从设定范围的第一峰值电压的值附近变化至第二峰值电压的值附近时的使上述时 间差计时单元计时得到的时间差急剧变化的值重新识别为第一峰值电压和第二峰值电压， 将上述第一峰值电压与上述第二峰值电压的规定的比的值设定为上述基准电压，其中，如 果在设定上述基准电压后上述时间差计时单元计时得到的值与上述时间差存储单元所存 储的值之差为规定值以上，则使上述基准设定单元再次设定上述基准电压。通过所述结构 能够形成为迅速且高精度地进行基准电压的设定并能够针对超声波的接收信号的变动设 定为最稳定的基准电压的流体流测量装置。
[0049] 第二发明为，特别是在第一发明中，还具备电压比判断单元，该电压比判断单元根 据上述时间差存储单元的时间差来决定基准设定单元的上述第一峰值电压与上述第二峰 值电压的比值的关系。在所述结构中，通过根据时间差存储单元的时间差来变更比值，能够 设定与流体的特性对应的比，能够进行更稳定的测量。
[0050] 第三发明为，特别是在第一发明或第二发明中，还具备测量温度的温度测量单元， 在由上述温度测量单元测量出的温度的变动为某固定程度以上的情况下，进行上述基准电 压的调整动作。在所述结构中，通过还根据取决于温度的特性变化进行调整，能够设定稳定 的基准电压。
[0051] 第四发明为，特别是在第一?第三发明中的任一个发明中，在调整上述放大单元 的放大率后上述基准设定单元进行上述基准电压的变更。通过所述结构能够形成为如下 一种流体流测量装置：基准重设单元将基准电压的设定范围限定在特定的波的峰值电压之 间，该特定的波的峰值电压是调整了流体流测量装置主体的放大率时将基准电压设定在接 收波的特定的波之间时的特定的波的峰值电压，由此即使由于流量测量中的超声波的接收 信号的变动而基准电压与峰值电压的大小关系被破坏，也由于在调整放大率后重新设定基 准电压而能够保持最佳的基准电压。
[0052] 第五发明为，特别是在第一?第四发明中的任一个发明中，还具备时间差存储单 元，该时间差存储单元根据计时单元的累积时间求出上述时间差存储单元的存储值。在所 述结构中，通过对计时时间求平均能够进行精度更高的流体判断。
[0053] 下面，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施的方式。此外，本发明不限定于该实施方式。
[0054] (实施方式1)
[0055] 图1表示实施方式1中的流体流测量装置的框图。图2和图5是该实施方式的流 体流测量装置的动作说明图，图3和图4是其流程图。
[0056] 在图1中，在流路1的中途将发送超声波的第一超声波振子2(第一振子）和接收 超声波的第二超声波振子3 (第二振子）配置成超声波的传播路径相对于流动方向形成角 度9。
[0057] 流路1例如能够设为流路截面为矩形状的流路。流体不被特别地限定，例如能够 设为燃料气体等气体。
[0058] 从发送单元5输出的驱动信号被输出到通过切换单元4选择为发送侧的第一超声 波振子2或第二超声波振子3。另外，将由通过切换单元4选择为接收侧的第一超声波振 子2或第二超声波振子3接收到的信号通过放大单元6以遵照来自控制单元12的指示的 增益进行放大，由基准比较单元7将放大后的信号与基准电压进行比较并输出信号。
[0059] 切换单元4、发送单元5、放大单元6、基准比较单元7以及控制单元12例如能够由 逻辑IC构成。
[0060] 由判断单元8根据基准比较单元7的输出和由放大单元6放大后的接收信号来判 断超声波的到达时期，重复单元9对判断单元8的信号进行计数并以预先设定的次数向控 制单元12重复输出信号。计时单元10对由重复单元9计数出预先设定的次数的时间进行 计时，流量计算单元（计算单元）11根据计时单元10计时得到的时间检测流体的流速，再 考虑管路的大小、流的状态来计算流量。
[0061] 判断单元8、重复单元9、计时单元10以及流量计算单元（计算单元）11例如能够 由逻辑IC构成。
[0062] 另外，控制单元12接收来自流量计算单元11和重复单元9的信号并控制发送单 元5和放大单元6的动作。时间差计时单元13对发送单元5的输出与判断单元8的输出 的时间差进行计时，基准设定单元14设定基准比较单元7的基准电压且按照规定的电压比 设定接收信号的第三波与第四波的峰值电压的中间电压。时间差存储单元15存储基准设 定单元14设定了基准电压后的时间差计时单元13计时得到的时间差。
[0063] 时间差计时单元13、基准设定单元14以及时间差存储单元15例如能够由逻辑IC 构成。
[0064] 峰值存储单元16存储基准设定单元14中使用过的接收信号的第二波和第三波的 峰值电压，基准重设单元17在时间差存储单元15中的时间差为规定程度以上的情况下再 次设定基准电压。
[0065] 峰值存储单元16例如能够由逻辑IC构成。
[0066] 基准重设单元17例如能够由逻辑IC构成。
[0067] 下面，关于如以上那样构成的流体流测量装置，说明其动作、作用。
[0068] 首先，控制单元12通过未图示的用于模式切换的输入来在制造工序时以制造工 序专用的模式开始如下动作。
[0069] 在接通电源后，控制单元12设定临时的基准电压以用于增益调整（图3的步骤 1)。增益调整如图2所示那样例如是以使作为接收波的最大振幅的第五波的峰值电压成为 规定的电压值的方式调整并设定增益，此时的基准电压只要高于第一波的峰值电压并低于 第五波的峰值电压，则可以是任何值的电压。
[0070] 另外，在增益调整中，基准电压是固定的。这是为了防止由于变更基准电压而基准 电压变为第五波的峰值电压以上或者变为第一波的峰值电压以下而基准比较单元7和判 断单元8变得不正确地进行动作。
[0071] 流体流测量装置的增益调整本身能够设为与以往的例子相同，因此在本实施方式 中省略其说明。
[0072] 首先，在调整增益以使由接收侧的第二超声波振子3接收到的信号成为固定振幅 之后（步骤2)，基准设定单元14将基准电压设定为设定范围的最小电压（步骤3)。
[0073] 在设定为最低的基准电压之后，控制单元12将重复单元9的重复次数设定为1 次，使发送单元5进行动作来通过第一超声波振子2发送超声波信号（步骤4)。
[0074] 通过第一超声波振子2发送的超声波信号在流路1的流中传播，被第二超声波振 子3接收，通过放大单元6放大后输出至基准比较单元7和判断单元8。
[0075] 图2表示放大后的接收信号，如图2所示，时间差计时单元13当接收到作为计时 开始定时的来自发送单元5的输出信号E时，开始计时（步骤5)，基准比较单元7将放大单 元6的输出（接收信号A)与基准电压进行比较（图3的步骤6)，在其大小关系反转的时刻 (定时c)将输出信号C输出至时间差计时单元13和判断单元8。
[0076] 判断单元8将定时c以后的放大单元6输出的符号从正变为负的首个负的零交叉 点a判断为超声波的到达点（步骤7)，并将输出信号D输出至重复单元9和时间差计时单 元13〇
[0077] 时间差计时单元13当接收到该判断单元8的输出信号D时结束计时（步骤8)，将 计时得到的时间差Td(即，从超声波的发送开始直到零交叉点c为止的时间）输出至基准 设定单元14。
[0078] 基准设定单元14使基准电压增加基准电压的可变范围的1个控制单位的量（例 如2mV)(步骤9)。
[0079] 由于对重复单元9设定的重复次数是1次，因此从重复单元9对控制单元12输入 表示重复动作已结束这种意思的信号，控制单元12再次使发送单元5进行动作，通过第一 超声波振子2发送超声波信号。
[0080] 然后，重复到目前为止的动作直到基准设定单元14将基准电压设定为基准电压 的设定范围的最大电压为止。
[0081] 当基准设定单元14的直到设定为基准电压的最大电压的设定结束时，在基准设 定单元14使基准电压从设定范围的最小电压变化至最大电压的期间，存在多个时间差计 时单元13计时得到的时间差大幅变化的拐点。
[0082] 使用图5和图6说明存在多个该拐点的情形。图5是表示基准设定单元14使基 准电压从设定范围的最小电压变化至最大电压时的基准电压和从来自基准比较单元7的 输出信号C的输出时间点（S卩，定时c)至零交叉点a的时间（以后记为时间A)的图。
[0083] 关于时间A，在基准电压处于峰值电压附近（图6中的各个峰值pl、p2、p3、· · ·） 的情况下，时间最小（与Pl、p2、p3、· · ·对应地分别设为Tpl、Tp2、Tp3、· · ·），其值为 超声波的周期的大约1/4 (在驱动频率是500ΚΗζ的情况下，为500ns)。
[0084] 此后使基准电压增加，当超过各波的峰值电压时，该时间A急剧变大，如图5所示 那样表现为时间A的拐点（时间A最小的Tpl、Tp2、Tp3、· · ·）。而且，该时间A如图5 所示那样在拐点处变化了 1. 3倍以上。
[0085] 例如在基准电压处于第二波的峰值ρ2附近（但未超过ρ2)的情况至超过了第二 波的峰值电压Ρ2的情况下，拐点为Τρ2。这意味着形成时间差的拐点的基准电压为接收信 号的各波的峰值电压附近的电压。
[0086] 通过实验确认了这些峰值电压之比不取决于流路和传感器而为大致固定的值。例 如图6所示那样是第一波的峰值电压pi与第二波的峰值电压ρ2之比p2/pl ~ 2. 5、第二波 的峰值电压Ρ2与第三波的峰值电压ρ3之比ρ3/ρ2?1. 8以及第三波的峰值电压ρ3与第 四波的峰值电压ρ4之比ρ4/ρ3 ~ 1. 3这样的情况。
[0087] 这样，由于各波的峰值电压之比示出固定的值，因此能够识别接收波的各波。也就 是说，某峰值电压与前一个（基准电压低的方向的前一个）峰值电压之比为2.5倍左右的 峰值电压是第二波的峰值电压，某峰值电压与前一个（基准电压低的方向的前一个）峰值 电压之比为1. 8倍左右的峰值电压是第三波的峰值电压。
[0088] 基准设定单元14如以上那样确认峰值电压之比，根据该峰值电压比来识别接收 波的特定的波（第二波和第三波）的峰值电压，将基准电压设定为以该特定的波（第二波、 第三波）的峰值电压的规定比求出的Vref (图3的步骤11)。
[0089] 然后，时间差存储单元15存储将基准电压设定为该特定的波（第二波、第三波） 的峰值电压的规定比的Vref之后由时间差计时单元13计时得到的时间差，另外，基准设定 单元存储第二波的峰值电压和第三波的峰值电压（基准电压的设定范围）（步骤12)，从而 结束制造工序专用的模式。
[0090] 通过存储第二波的峰值电压和第三波的峰值电压，来存储能够检测用于检测制造 工序时的超声波信号的到达时间的点（例如图2中的第三波的负的零交叉点a)的基准电 压的可设定范围。
[0091] 将基准电压设定在第二波的峰值电压与第三波的峰值电压之间的意图如下所述。 即，如果在峰值电压的宽度最宽的基准电压范围（在图6中为第二波的峰值电压至第三波 的峰值电压的范围）内设定基准电压，则设定在接收信号的各波的峰值电压差最大的部 分。例如，在图5中如果将基准电压设定为第二波、第三波的峰值电压的规定比的VrefJJ 能够在第二波和第三波的峰值电压与基准电压之间取大的余量。在此，第二波、第三波的峰 值电压的规定比用（Vref-P2) : (P3-Vref)表示，例如对Vref进行设定以使该比为55:45。 因此，对于接收信号的电压变动，判断单元8能够最稳定地检测超声波的接收信号的到达 时间。另外，也能够以第三波和第四波的峰值进行测量，在该情况下，虽然范围窄，但零交叉 点a处的倾斜变得陡峭，因此能够进行更高精度的测量。
[0092] 而且，当在制造工序中设定基准电压后在流体流测量装置的设置现场通过未图示 的用于模式切换的输入而控制单元12切换为普通模式之后接通电源时，流体流测量装置 如下面那样开始进行动作。
[0093] 首先，在调整增益以使由接收侧的超声波振子接收到的信号成为固定振幅之后 (如果已经通过流量测量进行了调整，则可以省略该动作）（图4的步骤21)，在测量中的时 间差计时单元13的值超过规定的时间的情况下、或时间差计时单元13计时得到的值与时 间差存储单元15所存储的值的差为规定值以上的情况下，通过图4说明开始进行基准重设 动作之后的基准重设单元17的动作。
[0094] 当开始进行动作时，基准重设单元17设定为所存储的第二波峰值附近的电压，控 制单元12使发送单元5进行动作来通过第一超声波振子2发送超声波信号（步骤22)，利 用使时间差计时单元13计时得到的时间差突然变大的电压来更新第二波的峰值电压（步 骤23、24)。同样地从第三波的峰值电压附近开始设定电压并更新第三波的峰值电压（步骤 25、26、27)。
[0095] 图7图示了基准电压更新时的电压测量的范围，可知与在制造工序中进行的初始 时的从电压测量的最小电压至最大电压的范围相比，在设置时进行更新的更新时的电压测 量的范围非常小。
[0096] 根据所得到的第二波-第三波的峰值电压再次求出规定比的电压来设定基准电 压，并更新时间差存储单元的时间（步骤28)。此后，转移至流速测量和流量运算的处理。
[0097] 也就是说，如果被测流体、结构部件的特性等条件与在制造时在时间差存储单元 15中进行存储时没有变化，则增益调整后的接收波与基准电压的关系没有变化，从而存储 在时间差存储单元15中的时间差与测量时的时间差相同。但是，在由于某些原因而两个时 间差相差规定值以上的情况下，重新进行基准电压的设定。
[0098] 如上所述，在重新设定基准时，仅使基准电压从第三波和第四波的峰值电压附近 开始变化来重新识别峰值电压，由此能够缩短调整时间，能够在流量测量过程中不使流量 测量中断而在短时间内进行基准电压的重设。
[0099] 即，本实施方式的流体流测量装置具有基准设定单元，该基准设定单元使基准电 压从最小向最大变化，根据当时的时间差计时单元计时得到的时间差大幅变化的多个拐点 来识别接收波的各波的峰值电压，根据峰值电压的比将基准电压自动地设定为特定的两个 波的峰值电压间的任意点，其中，在重新设定基准时，仅使基准电压从这两个波的峰值电压 附近开始变化来重新识别峰值电压，由此能够缩短调整时间，能够在流量测量过程中不使 流量测量中断而在短时间内进行基准电压的重设。
[0100] 因而，能够形成如下一种流体流测量装置：能够不借助人手而迅速地进行基准电 压的设定，并且在设定后进行流量测量时也能够在测量空闲时在短时间内且省电地将基准 电压保持为最佳的电压。
[0101] (实施方式2)
[0102] 接着，使用图8、图9说明第二实施方式。
[0103] 图8是该实施方式的框图，图9是基准重设时的流程图。
[0104] 与实施方式1的不同点在于，具备电压比判断单元18,该电压比判断单元18在图 9中根据由时间差计时单元13测量出的时间差，利用预先设定或存储的表对基准重设单元 17设定规定比（步骤32)。
[0105] 电压比判断单元18例如能够由逻辑IC构成。
[0106] 该电压比判断单元18例如对基准重设单元17进行如下设定：如果由时间差计时 单元13测量出的时间为200 μ s以上，则将峰值电压间的50%的电压设定为基准电压，如果 小于200 μ，则将峰值电压间的75%的电压设定为基准电压等。
[0107] (实施方式3)
[0108] 接着，使用图10说明第三实施方式。
[0109] 本实施方式与实施方式1、实施方式2的不同点在于具有温度测量单元19。
[0110] 对于时间差，使用将计时单元10的累积时间除以重复次数得到的平均值并存储 到时间差存储单元15中。另外，能够将该平均值使用于电压比判断单元18中。
[0111] 另外，能够由控制单元利用温度测量单元19定期地测量温度，在为规定温度差以 上时指示基准重设单元17进行重新判断动作。
[0112] 温度测量单元19例如能够由逻辑IC构成。
[0113] 如上所述，在本实施方式中，能够形成如下一种流体流测量装置：能够不借助人手 而迅速地进行基准电压的设定，并且在设定后也能够在流量测量时将基准电压保持为最佳 的电压。并且，能够事先存储峰值电压，在峰值电压附近更新峰值电压，因此能够缩短时间， 并能够在流量测量中的空闲时更新基准电压，从而作为系统能够高精度地进行测量。
[0114] 另外，通过形成保存有用于执行本实施方式的流体流测量装置的动作的程序的记 录介质，还能够灵活地应对控制单元12、基准设定单元14所使用的规定比率及重复单元9 所使用的重复次数等设定值的变更、超声波振子的变更以及经年变化等。
[0115] 根据上述说明，对于本领域技术人员来说，本发明的很多改进、其它的实施方式是 显而易见的。因而，上述说明应被解释为仅是例示，是为了向本领域技术人员教导执行本发 明的优选方式而提供的。能够不脱离本发明的精神地实质地变更其构造和/或功能的详细 内容。
[0116] 产业h的可利用件
[0117] 如上所述，本发明所涉及的流体流测量装置能够迅速且高精度地进行基准电压的 设定，因此能够应用于燃气、水等流体的流速、流量等的测量。
[0118] 附图标记说明
[0119] 1 :流路；2 :第一超声波振子（第一振子）；3 :第二超声波振子（第二振子）；4 :切 换单元；5 :发送单元；6 :放大单元；7 :基准比较单元；8 :判断单元；9 :重复单元；10 :计时 单元；11 :流量计算单元（计算单元）；12 :控制单元；13 :时间差计时单元；14 :基准设定单 元；15 :时间差存储单元；16 :峰值存储单元；17 :基准重设单元；18 :电压比判断单元；19 : 温度测量单元。
【权利要求】
1. 一种流体流测量装置，具备： 第一振子和第二振子，该第一振子和第二振子设置于流体管路，对超声波信号进行发 送和接收； 发送单元，其对上述第一振子、上述第二振子进行驱动； 切换单元，其对上述第一振子、上述第二振子的发送和接收进行切换； 放大单元，其将上述第一振子、上述第二振子的接收信号放大； 计时单元，其对上述超声波信号的重复发送和接收时的传播时间的累积时间进行计 时； 计算单元，其根据上述计时单元计时得到的时间来计算流速和/或流量； 基准比较单元，其将从上述放大单元输出的接收信号的电压与基准电压进行比较，在 其大小关系反转的时间点输出信号； 判断单元，其在接收到从上述基准比较单元输出的信号后，在判断出从上述放大单元 输出的接收信号的电压从正变为负的首个负零交叉点的时间点输出信号； 时间差计时单元，其对从上述发送单元输出信号起直到上述判断单元输出信号为止的 时间差进行计时； 基准设定单元，其将使上述基准电压从设定范围的最小电压变化至最大电压时的使上 述时间差计时单元计时得到的时间差急剧变化的多个值识别为峰值电压，并且在多个上述 峰值电压中的任意的第一峰值电压的值与第二峰值电压的值之比为规定值的情况下，将上 述第一峰值电压与上述第二峰值电压的规定的比的值设定为上述基准电压； 时间差存储单元，其在设定了上述基准电压时存储上述时间差计时单元计时得到的时 间差； 峰值存储单元，其存储上述基准设定单元的任意的第一峰值电压的值和第二峰值电压 的值；以及 基准重设单元，其将使上述基准电压从设定范围的第一峰值电压的值附近变化至第二 峰值电压的值附近时的使上述时间差计时单元计时得到的时间差急剧变化的值重新识别 为第一峰值电压和第二峰值电压，将上述第一峰值电压与上述第二峰值电压的规定的比的 值设定为上述基准电压， 其中，如果在设定上述基准电压后上述时间差计时单元计时得到的值与上述时间差存 储单元所存储的值之差为规定值以上，则使上述基准设定单元再次设定上述基准电压。
2. 根据权利要求1所述的流体流测量装置，其特征在于， 还具备电压比判断单元，该电压比判断单元根据上述时间差存储单元的时间差来决定 基准设定单元的上述第一峰值电压与上述第二峰值电压的比值的关系。
3. 根据权利要求1或2所述的流体流测量装置，其特征在于， 还具备测量温度的温度测量单元，在由上述温度测量单元测量出的温度的变动为某固 定程度以上的情况下，进行上述基准电压的调整动作。
4. 根据权利要求1?3中的任一项所述的流体流测量装置，其特征在于， 在调整上述放大单元的放大率后上述基准设定单元进行上述基准电压的变更。
5. 根据权利要求1?4中的任一项所述的流体流测量装置，其特征在于， 还具备时间差存储单元，该时间差存储单元根据计时单元的累积时间求出上述时间差 存储单元的存储值。
【文档编号】G01F1/66GK104428637SQ201380034439
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】木场康雄, 竹村晃一, 渡边葵, 藤井裕史 申请人:松下知识产权经营株式会社
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