专利名称：流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及流量计，特别地涉及一种利用超声波来测量流体流率的流量计。
背景技术：
为了测量城市煤气LPG(液化石油气)的流率，广泛使用了利用超声波的流量计。日本专利公布出版物No.9-189589公开了一种利用超声波测量流率的普通流量计。图40示出了一个普通流量计900的纵向和垂直截面图，图41是该普通流量计900在高度方向的截面图。图41示出了流量计900的流路结构。图42是沿着图40中箭头A方向的横截面图。图42示出了当流率高的时候的流量计900的流路结构。流量计900含有规定了流路101的流路壁105，作为测量对象的流体即通过该流路流动。如图41所示，流路壁105规定了流路的横截面108是四边形的，该横截面有一对长边108A和一对短边108B。在流路壁105内提供了一对通常为平行六面体的发送接收器(transceivier)131，用于发送和接收通过流路101传播的超声波。两个发送接收器131分别设置在流路壁105的上游部分和下游部分。每个发送接收器131都有一个用来发送和接收通过流路101传播的超声波的四边形表面132。发送接收表面132沿着流路壁105短边108B方向上的长度基本上相同于短边108B的长度。每个发送接收器131都被设置得与短边108B对准。
流量计900含有一个流率计算部分123，它能根据由这对发送接收器131获得的超声波发送和接收结果来计算流经流路101的流体的流率。流率计算部分123又包含了一个连接在每个发送接收器131上的测量控制部分124和一个连接在测量控制部分124上的计算部分125。
具有上述结构的流量计900的操作如下。当一个作为测量对象的流体注经流路101时，一个由上游发送接收器131发送的超声波以倾斜于流体流动方向的方向传播并通过流路101到达下游发送接收器131。一个由下游发送接收器131发送的超声波以倾斜于流体流动方向反方向地传播并通过流路101到达上游发送接收器131。测量控制部分124测量两个传播时间，其中第一传播时间是超声波从上游发送接收器131传播到下游发送接收器131所需的时间，第二传播时间是从下游发送接收器131传播到上游发送接收器131所需的时间。当流体在流路101中流动时，第一和第二传播时间将互不相同。计算部分125根据测量控制部分124测得的第一和第二传播时间来计算流经流路101的流体的流率。
当流体以高流率流经流路101时，就得到一个沿着图42所示的流路横截面108的高流率流速分布尺。如图42所示，沿着流路横截面108的流率基本上是均匀的。当流体以低流率流动时，就得到一个沿图40所示流路横截面108的低流率流速分布S。如图40所示，愈靠近流路壁105流率愈低，在中央处流率为最大值。于是流率呈现抛物线分布。每个发送接收器131的发送接收表面132的沿着流路壁105短边108B方向的长度基本上相同于短边108B的长度。每个发送接收器131都被设置得对准于短边108B。因此，每个发送接收器131的接收超声波的表面的两条边对应于流路1的短边108B。因此每个发送接收器131都接收到全部该表面上的超声波。结果，完全可以测量出高流率流速分布R和低流率流速分布S。
不过，当流体以更高流率流经流路101时，可测的流率范围将被放大，于是该流路横截面108需要放大。每个发送接收器131的发送接收表面132也需要放大。这将要求制作具有更大发送接收表面132的发送接收器131，从而将提高成本。
当发送接收表面132的沿着流路横截面108短边108B的长度小于短边108B的长度时，就不能测量到完整的低流率流速分布S。为了能根据低流率流速分布S来获得真实的流率测量(平均流率)，基于第一和第二传播时间计算的流体流率将需要根据一个与流率有关的校正系数来校正。也不能完整地测量到高流率流速分布R。为了获得平均流率，也需要根据一个与流率有关的校正系数来校正计算得到的流率。在高流率区域和低流率区域，校正系数有很大的不同。在高流率区域与低流率区域之间的过渡区域中，校正系数变化很大。因此在过渡区域中，即使流率的测量只有小的误差，它也会被变化很大的校正系数所放大。结果，过渡区域中的流率测量精度不能保证。
为了解决这一问题，本发明的一个目的就是提供一种能以高精度测量宽广范围流率的流量计。
本发明的另一个目的是提供一种能减小高、低流率区域之间的过渡区域中的校正系数变化的流量计。
发明内容
根据本发明的一种流量计包含一个流体在其中流动的流路；一对用于发送和接收通过该流路传播的超声波的发送接收器；以及一个能根据这对发送接收器发送和接收超声波的结果来计算流经该流路的流体的流率的流率计算部分。该流路具有一个等流速区域，在该区域中流体在从高流率区域到低流率区域的全部流率区域范围内基本上以相同的流速流动。这对发送接收器发送和接收的超声波在该等流速区域中传播。这样便达到了上述目的。
等流速区域可以设置在一个在高度方向上偏离于流路中央的位置上。这对发送接收器各自都可以设置在一个在高度方向上偏离于流路中央的位置上。使得它们在高度方向上的位置与等流速区域在高度方向上的位置相匹配。
流路的横截面可以是一个四边形，该四边形由两条高度方向上的短边和两条宽度方向上的长边所确定。这对发送接收器可以分别设置在两条短边上。
这对发送接收器可以发送和接收沿两条长边方向传经流路的超声波。
流路的横截面可以是一个四边形，该四边形由两条高度方向上的短边和两条宽度方向上的长边所确定。这对发送接收器可以各自含有一个用于发送和接收超声波的矩形发送接收表面。每个发送接收器在高度方向上偏离流路中央的偏离量L1可以满足关系式(H-W)×0.3≤L1≤(H-W)×0.7，最好满足关系式(H-W)×0.4≤L1≤(H-W)×0.6，其中H是横截面沿高度方向的短边的长度，W是发送接收器的矩形发送接收表面沿高度方向的长度。
流路的横截面可以是一个四边形，该四边形由两条沿高度方向的短边和两条沿宽度方向的长边所确定。其中长边与短边之比值在1.1至5之间。
流路的横截面可以是一个四形边，该四边形由两条沿高度方向的短边和两条沿宽度方向的长边所确定。这对发送接收器各自都可以有一个用于发送和接收超声波的矩形发送接收表面。每个发送接收器的发送接收表面的长度W和流路沿高度方向上的每条短边的长度H可以满足关系式0.3×H≤W≤0.7×H。
流路的高度方向可以是重力方向。这对发送接收器可以沿相反于重力方向的方向偏移。
该流量计还可以含有一个非对称流动建立(promotion)部分，它可以使等流速区域在流路的高度方向上发生偏移。使得每个发送接收器在流路高度方向上的位置匹配于等流速区在高度方向上的位置。
流路中可以含有一个位于这对发送接收器上游侧的入口部分，而非对称流动建立部分则使测量流路相对于该入口部分发生偏移。
非对称流动建立部分可以设置在这对发送接收器的上游侧。
流路可以含有分别设置在这对发送接收器的上游侧和下游侧的一个入口部分和一个出口部分。入口部分和出口部分可以设置得互相同轴或互相平行。
非对称流动建立部分可以含有一个设置在这对发送接收器上游侧的弯曲部分，用于使流路发生弯曲从而在高度方向提高流路。
非对称流动建立部分可以含有一个设置在这对发送接收器上游侧的流路壁上的台阶。
非对称流动建立部分可以含有一个设置在这对发送接收器上游侧的不同形状部分，该不同形状部分含有两个分别设置在流路的两个不同壁部分上的端部，两个端部有不同的形状，并且两个壁部分在高度方向上是互相面对的。
在不同形状部分的两个端部中，一个可以做成为台阶形的，另一个可以是光滑地弯曲的。
两个端部在流体流动的方向上可以是互相偏离的。
非对称流动建立部分可以含有一个设置在这对发送接收器的上游侧的流路壁部分上的台阶，以及一个设置在这对发送接收器上游侧的不同形状部分，该不同形状部分有两个分别设置在两个不同的流路壁部分上的端部，两个端部具有不同的形状，并且两个壁部分在高度方向上互相面对。
非对称流动建立部分可以含有一个设置在这对发送接收器上游侧的用来使流路发生弯曲从而在高度方向上抬高流路的弯曲部分，以及一个设置在这对发送接收器上游侧的流路壁部分上的台阶。
非对称流动建立部分可以含有一个设置在这对发送接收器上游侧的用来使流路发生弯曲从而在高度方向上抬高流路的弯曲部分，一个设置在这对发送接收器上游侧的流路壁部分上的台阶，以及一个不同形状部分，后者有两个分别设置在两个不同的流路壁部分上的端部，两个端部具有不同的形状，并且两个壁部分在高度方向上互相面对。
非对称流动建立部分可以含有一个设置在这对发送接收器上游侧的整流器(rectifier)，它为流体流动提供阻力，该阻力在流路的高度方向上是变化的。
这对发送接收器各自都可设置在一个在高度方向上偏离于流路中央的位置上。
这对发送接收器各自都可设置在一个在高度方向上偏离于流路中央的位置上，使得被非对称流动建立部分在流路高度方向上偏移了的等流速区域位置能基本上匹配于两个发送接收器各自在高度方向上的位置。
非对称流动建立部分可以含有一个设置在这对发送接收器上游侧的用于使流路发生弯曲从而在高度方向上抬高流路的弯曲部分。这对发送接收器各自都可设置在一个向着该弯曲部分的外周表面偏移的位置上。
这对发送接收器各自都可以含有一个用于发送和接收超声波的矩形发送接收表面。该发送接收表面可以小于高度方向上的流路尺寸。
流体既可沿着从上游位置到下游位置的向前方向(前向)流过流路，也可沿着从下游位置到上游位置的向后方向(后向)流过流路。非对称流动建立部分可以含有一个前向非对称流动建立部分和一个后向非对流建立部分，前者用于使沿前向流动的流体的等流速区域在高度方向发生偏移，后者用于使沿后向流动的流体的等流速区域在高度方向发生偏称。
前向和后向非对称流动建立部分可以使等流速区域沿相同的方向偏移。
非对称流动建立部分可以含有一个设置在这对发送接收器上游侧的用于使流路发生弯曲从而在高度方向抬高流路的上游弯曲部分，以及一个设置在这对发送接收器下游侧的用于使流路发生弯曲从而在高度方向上抬高流路的下游弯曲部分。上游和下游弯曲部分沿相同的方向弯曲。
非对称流动建立部分可以含有一个设置在这对发送接收器上游侧的一个流路壁部分上的台阶和一个设置在这对发送接收器下游侧的一个流路壁部分上的台阶，以及一个设置在这对发送接收器上游侧的不同形状部分和一个设置在这对发送接收器下游侧的不同形状部分，每个不同形状部分都有两个分别设置在流路的两个不同的壁部分上的端部，两个端部有不同的形状，并且两个壁部分在高度方向上互相面对。分别含有位于这对发送接收器的上游侧和下游侧的两个台阶的两个壁部分可以在同一个边上。分别含有位于这对发送接收器上游侧和下游侧的两个不同形状部分各自的一个端部的两个壁部分可以在同一个边上，分别含有位于这对发送接收器的上游侧和下游侧的两个不同形状部分各自的另一个端部的两个壁部分位在同一个边上。
流路可以由一个含有一对开口的壁来定义，这对开口分别用于让这对发送接收器暴露于流路。流路还可以含有一对分别设置在这对开口与流路之间的开孔整流器，用于减少流入这对开口的流体量和避免流过流路的流体的流动受到干扰。
可以在这对发送接收器的上游侧设置一个含有一些细微通路开口的流动偏移限制部分。
可以在这对发送接收器的下游侧设置在一个含有一些细微通路开口的流动偏移限制部分。
这对开孔整流器各自都可以带有一些细微的超声开口。分别设置在这对发送接收器上游侧和下游侧的开孔整流器中的细微超声开口可以有不同的开口尺寸或形状。
设置在这对发送接收器上游侧的开孔整流器中的细微超声开口的尺寸可以大于设置在这对发送接收器下游侧的开孔整流器中的细微超声开口的尺寸。
附图的简单说明
图1说明本发明的基本原理。
图2A是根据本发明第一例的一个流量计的纵向和垂直截面图。
图2B是说明根据本发明第一例的流量计的流路结构的流量计高度方向截面图。
图3是说明当流率低时的流路结构的从图2A中箭头A方向看去的横截面图。
图4是说明当流率高时的流路结构的从图2A中箭头A方向看去的横截面图。
图5是说明在根据本发明第一例的流量计中流率与校正系数之间的关系的曲线图。
图6是说明可用于根据本发明第一例的流量计的一个发送接收器的结构的图。
图7是说明根据本发明第一例的另一个流量计的结构的图。
图8是说明根据本发明第一例的另一个流量计的流路结构的高度方向的截面图。
图9是说明根据本发明第一例的又一个流量计的结构的图。
图10是根据本发明第二例的一个流量计的纵向和垂直截面图。
图11是根据本发明第二例的流量计的纵向和水平截面图。
图12是说明当流率高时的流速分布的根据本发明第二例的流量计的纵向和垂直截面图。
图13是说明一个普通流量计中的流率与校正系数之间的关系的曲线图。
图14是说明根据本发明第二例的流量计中的流率与校正系数之间的关系的曲线图。
图15是根据本发明第二例的另一个流量计的纵向和垂直截面图。
图16是根据本发明第二例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图17是根据本发明第二例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图18是根据本发明第二例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图19是根据本发明第二例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图20是根据本发明第二例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图21是说明图20所示根据本发明第二例的流量计的一个发送接收器的详细结构的纵向和垂直截面图。
图22是根据本发明第三例的流量计的纵向和水平截面图。
图23是根据该第三例的流量计的纵向和水平截面图。
图24是说明当流率高时的流速分布的根据本发明第三例的流量计的纵向和垂直截面图。
图25是根据本发明第三例的另一流量计的纵向和垂直截面图。
图26是根据本发明第三例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图27是根据本发明第三例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图28是根据本发明第三例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图29是根据本发明第三例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图30是根据本发明第三例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图31是根据本发明第四例的一个流量计的纵向和垂直截面图。
图32是根据本发明第四例的流量计的纵向和水平截面图。
图33是根据本发明第四例的流量计中的一个流动偏移限制部分的平面图。
图34是根据本发明第四例的流量计中的一个波动限制部分的截面图。
图35是根据本发明第四例的流量计中的一个开孔整流元件的部分截面图。
图36是根据本发明第四例的另一个流量计的纵向和垂直截面图。
图37是根据本发明第四例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图38是根据本发明第四例的又一个流量计的纵向和垂直截面图。
图39是说明图38所示根据本发明第四例的流量计中的一个发送接收器的详细结构的纵向和垂直截面面。
图40是一个普通流计的纵向和垂直截面图。
图41是普通流量计的高度方向的截面图。
图42是说明当流率高时的流路结构的从图40中箭头A方向看去的横截面图。
具体实施例方式
首先将说明本发明的基本原理，根据本发明的流量计利用超声波来测量例如城市煤气、LPG、空气、或水这样的流体。图1示出本发明的基本原理。作为测量对象的流体流经一个由流路壁5所规定的流路1。当流体以低流率动时，流动沿着流动截面8呈现一个低流率流速分布S。如图1所示，在低流率流速分布S中，随着靠近流路壁5流率将减小，最大流率出现在中央处。于是低流率流速分布S呈现抛物线状。反之，当流体以高流率流经流动1时，流体沿着流路截面将呈现一个高流率流速分布R。如图1所示，在高流率流速分布R中，流率基本上是均匀的。
这样，在低、高流率流速分布S、R的交点P处，处于低流率区域的以低流率流经流路1的流体的流率等于处于高流率区域的高流率流经流路1的流体的流率。在交点P附近，过渡区域中的流率基本上等于低流率区域和高流率区域中的流率。因此，在P点周围的一个等流速区域P1中，流体基本上以相同于高流率流速分布R和低流率流速分布S中的流率流动。
在根据本发明的流量计中，由一对发送接收器(后面将说明)发送和接收的超声波X通过等流速区域P1。因此，低流率区域与高流率区域之间的过渡区域中的校正系数变化可被减小。为了让由一对发送接收器发送和接收的超声波X通过等流速区域P1，本发明提供了两种方法。第一种方法是偏移这对发送接收器的位置，使之基本上匹配于等流速区域P1的位置。第二种方法是偏移等流速区域P1的位置，使之匹配于这对发送接收器的位置。偏移这对发送接收器位置的第一种方法将在例1中详细说明，而偏移等流速区域P1位置的第二种方法则将在例2至例4中说明。(例1)
图2A是根据本发明第一例的一个流量计100的纵向和垂直截面图。图2B是流量计100的纵向和水平截面图。图3是从图2A中箭头A的方向看去的流量计100的横截面图。图3示出当流率低时流量计100的流路结构。图4也是从图2A中箭头A的方向看去的流量计100的横截面图。图4示出当流率高时流量计100的流路结构。
流量计100利用超声波来测量诸如城市煤气或LPG等流体的流率。流量计100有一个规定了流路1的流路壁5，作为测量对象的流体即通过该流路流路。如图2B所示，流路壁5规定了一个含有一对长边21和一对短边20的四边形的流路横截面图8。沿着流路壁5的两条短边20设置了一对通常为平行六面体的发送接收器31，用于发送和接收通过流路1传播的超声波。一个发送接收器31设置在流路壁5的一个上游部分中，另一个发送接收器31设置在流路壁5的一个下游部分中。每个发送器31都有一个四边形的发送接收表面32，用于发送和接收通过流路1传播的超声波。
如图2B所示，这对发送接收器31设置在相对于流路1在高度方向6上的中心线18向图2B的右侧偏离了L1的位置处。偏离量L1的确定原则是能使两个发送接收器31在高度方向6上的位置基本上分别匹配于等流速区域P1(见前面参考图1的说明)在高度方向上的位置。
流量计100含有一个流率计算部分23，它用于根据这对发送接收器31所获得的超声发送和接收结果来计算流经流路1的流路1的流体的流率。流率计算部分23又包含一个连接在每个发送接收器31上的测量控制部分24和一个连接在测量控制部分24上的计算部分25。
具有上述结构的流量计100按如下方式操作。当作为测量对象的流体流经流路1时，由上游发送接收器31发送的超声波相对于流体流动方向倾斜地传播通过流路1，并到达下游发送接收器31。由下游发送接收器31发送的超声波相对于流体流动方向倾斜地以相反的方向传播通过流路1，并到达上游发送接收器31。测量控制部分24测量从上游发送接收器31发送的超声波传播到达下游发送接收器31所需的第一传播时间和从下游发送接收器31发送的超声波传播到达上游发送接收器31所需的第二传播时间。当流体流动通过流路1时，第一与第二传播时间互不相同。计算部分25根据由测量控制部分24测得的第一和第二传播时间来计算流经流路1的流体的流率。
下面将详细说明计算部分25的操作。前面传播的超声波的传播速度为(C+V)，其中C是超声波在静止流体中的速度(声速)，V是流体的流速。
当这对发送接收器31之间的距离为L，超声波传播方向33与流体流经流路1的方向之间的夹角为θ时。超声波从上游发送接收器31传播到下游发送接收器31所需的第一传播时间t1为t1＝L/(C+Vcosθ)…(1)超声波从下游发送接收器31传播到上游发送接收器31所需的第二传播时间t2为t2＝L/(C+Vcosθ)…(2)通过把两个方程式中的t1的倒数减去t2的倒数，可消去声速C，得到方程式(3)V＝(L/2cosθ)(1/t1)-(1/t2)…(3)于是，当距离L和角度θ已知时，只要由测量控制部分24测量出第一和第二传播时间t1和t2，就可获得流速V。
在测量空气流率的情况下，有θ＝45°L＝70mm，声速C＝340m/s，流速V＝8m/s，t1＝2.0×10-4S和t2＝2.1×10-4S。瞬时测量是可能的。
然而，流速V是沿着穿过了流路1的超声波传播路径33的。沿着超声波传播路径33测得的平均流速不同于从流路1中的垂直于流动方向的全部流动横截面8上测得的平均流速。其原因在于，随着横截面上位置的不同流动的状态是不同的，并且流速不是对横截面高度方向6的全部来测量的。而且，超声波传播路径10中的超声波强度分布的特性使得，在超声发送接收器31的中央区域超声波强度比较大。因此，测量主要对超声波传播路径33的高度方向6上的中心线18进行。因此，流速V需要根据校正系数来校正。
计算部分25根据流速V利用方程式(4)计算出流率Q，在该方程式中，S代表流路1的横截面面积，K代表校正系数Q＝KSV……(4)流经流路1的流体的流动通常沿着流路横截面8有一个流速分布。流速分布随雷诺(Reynolds)数和上游流动的干扰发生变化。流速分布是按二维方向产生的。图2A示出一个低流率流速分布S，它是沿着流路横截面8的长边21产生的。如图3所示，低流率流速分布S也沿着短边20产生。图4示出当流率高时产生的一个高流率流速分布R。与低流率流速分布S相似，高流率流速分布R也随雷诺数和上游流动干扰发生变化，并且也是按二维方向产生的。在高流率流速分布R中，最大流速与最小流速的差值小于低流率流速分布S中的这一差值。当存在流速分布时，基于超声波传播时间计算出的流率对应于通过对流速分布积分所得到的平均流速。
如图2B和3所示，每个发送接收器31的发送接收表面32的沿着流路横截面8的短边20的长度W明显地小于短边20的长度H。因此，被发送接收器31发送和接收的超声波只通过了流路1的一部分。当两个发送接收器31都设置得以中心线18(流路1的高度方向6上的中心线)为其自身的中央时，发送接收器31只测量到了最大流速发生T位置及其邻近处的速度。在最大流速发生位置T处，流速是低流率流速分布S中的最大流速。因此，由发送接收器31测得的表观流率将大于真实流率(平均流率)。因此，对表观流率要用一个小于1的校正系数来作进一步计算。由于当流率高和流率低时流速是不同的，所以对于流率高和流率低的情况需用不同的校正系数。
在该第一例中，发送接收器31在流路1的高度方向6上的位置被偏移了一个量L1，使得这对发送接收器31所发送和接收的超声能通过等流速区域P1。结果，超声波将通过以低流率流速分布S流经流路1的流体中的具有平均流速的那个部分。通过把发送接收器31的位置偏移一个偏移量L1，即使当流体的流率、种类、或温度发生了变化，也能探测到低流率流速分布S的平均流速。
通常，每个发送接收器31的发送接收表面32的中央区域具有比周边区域好的灵敏度。因此，发送接收器31受到对应于发送接收表面32的中央区域的那个流体部分的流速的明显影响。这也是需要考虑到的。这对发送接收器31相对于流路1的高度方向6上的中心线18的偏移量L1最好能满足表达式(5)，更好的是能满足表达式(6)(H-W)×0.3≤L1≤(H-W)×0.7……(5)(H-W)×0.4≤L1≤(H-W)×0.6……(6)其中H是流路横截面8在高度方向6上的短边20的长度，W是每个发送接收器31的四边形发送接收表面32在高度方向6上的长度。
为了探测平均流率，每个发送接收器31的发送接收表面32的形状最好是四边形的。当发送接收表面32的尺寸太小时，要探测平均流率是困难的。当发送接收表面32的尺寸太大时，发送接收器31也变大，从而会增加成本。每个发送接收器31的发送接收面32在高度方向6上的长度W处于流路1在高度方向6上的短边20的长度的30％到70％之间。当发送接收表面32相对于流路1太小时，校正系数随流率的波动是不稳定的。当发送接收表面32的长度W接近于短边20的长度H时，发散的超声波将被规定了流路1的流路壁5反射。因此反射波将干扰直射波，从而对发送接收器31的接收灵敏度产生不利影响。
为了探测平均流率，流路横截面8的形状最好是四边形。当流路横截面8的长边21的长度与短边20的长度之比值在1.1至5范围内时，流动将是稳定的，从而可以稳定地计算出平均流率。流路横截面8的形状也可以是圆形的。
图5是说明在流量计100中流率与校正系数K之间的关系的曲线图。图中水平轴代表流经流路1的流体的流率，垂直轴代表校正系数K。图5示出在一些不同偏移比情况下得到的流率与校正系数K之间的关系曲线。这是，偏移比＝L1/(H-W)图5示出的是当发送接收器31在一个带有弯曲部分的流路(后面将有说明)中向着弯曲部分的外周表面偏移时的结果。校正系数的变化率随着流路入口部分形状的不同而不同。
可以看出，当偏移比为33％、42％和47时，校正系数K基本上是与流率无关的常量。在这几个偏移比下，这对发送接收器31在高度方向6上发生了偏移，使得它们在流路1的高度方向6上的位置基本上匹配于等流速区域P1在高度方向6上的位置。当没有偏移时，低流率区域中的校正系数K小于高流率区域中的K。在低流率区域中校正系数K约为0.7，在高流率区域中校正系数K约为1。所以当没有偏移时，低流率区域和高流率区域中的校正系数K明显不同。当偏移比增加到50％和67％时，低流率区域中的校正系数K变得大于高流率区域中的K。低流率和高流率区域中的校正系数又变得有明显的差别。
当校正系数K为基本与流率无关的常量时，可以十分容易地设定校正系数K。这可以减少微计算机的存储器容量并在制造流量计时容易实现对校正系数的检验操作。众所周知，流路1中的流速分布与雷诺数有关。校正系数K为基本与流率无关的常量这一事实表明即使雷诺数变化时校正系数K也基本不变。于是当这对发送接收器31在流路1的高度方向6上被偏移时，即使雷诺数因温度或流经流路1的流体种类的不同而发生了变化，校正系数K也基本不变。
如上所述，在第一例中，这对发送接收器31在流路1的高度方向6上被偏离了流路1的中央，使得它们高度方向6上的位置匹配于等流速区域P1在高度方向6上的位置。因此，被发送接收器31发送和接收的超声波将穿过流体以低流率流速分布S和高流率流速分布R中的基本相同的速度流动的等流速区域P1。因此，低流率与高流率区域之间的校正系数K的差值要小于普通流量计中的这一差值。结果，能够以高精度测量宽广的流率范围。
即使当温度或流经流路1的流体种类发生了变化，校正系数K也基本不变。因此，能够以较高的精度测量流体的流率。
由发送接收器31发送和接收的超声波沿着流路横截面8的长边21的方向通过流路1。因此校正系数K的变化被进一步减小。于是，能够以更高的精度来测量流体的流率。
发送接收器31的偏移量L1相对于流路横截面8在高度方向6上的短边2的长度H减去发送接收表面32在高度方向6上的长度W的差值的比值在30％至70％之间，最好在40％至60％之间。因此，低流率区域与高流率区域之间的校正系数K的差值能够用比较简单的结构来减小。于是，能够以更高的精度来测量流体的流率。
长边21的长度与短边20的长度之比值在1.1至5之间。因此低流率区域与高流率区域之间的校正系数K的稳定性能被进一步增加。
每个发送接收器31的发送接收表面32在流路1的高度方向6上的长度W与短边20在高度方向6上的长度H的比值在30％至70％之间。因此减少了超声波被流路横截面8的反射。这能防止发送接收器31发送和接收超声波的灵敏度被减小。于是，能够以更高的精度来测量流体的流率。
图6示出可用于根据本发明第一例的流量计的另一种发送接收器31A的结构。发送接收器31A具有基本为圆柱形的外形，并具有一个四边形的发送接收表面32。发送接收器31A应该是对空气密封的，使流经流路1的流体不至泄漏到流路1的外部。在前面参考图2A至4所说明的发送接收器31中，要保证它对空气密封是困难的。图6所示的发送接收器31A具有基本为圆柱形的外形，因此可以利用一个O形环或类似密封圈来对空气密封。
图7示出根据本发明第一例的另一个流量计100A的结构。图8示出说明流量计100A的流路结构的高度方向截面图。与前面对于图2A至4中的流量计100所讨论的元件相同的元件这里用相同的代号表示，对它们不再作详细说明。流量计100A与流量计100的差别在于，在流量计100A中，流路1的高度方向6平行于重力方向G，并且一对发送接收器31是被沿着与G相反的方向偏移的。
如图8所示，流路1的高度方向6平行于重力方向G。一对发送接收器31被沿着与G相反的方向偏移了一个距离L2。在这情况中，与这对发送接收器31被沿着重力方向G偏移的情况相同，低流率区域与高流率区域之间校正系数K的变化也能减小。因此，能够以更高的精度来测量流体的流率。
当一个含有大量尘土的流体流经流路1时，尘土将会积累在流路1的底部表面上。在该情况下，由于由这对发送接收器31发送和接收的超声波在流路1的上部传播，因此不可能受到因流路1底部的尘土积累所形起的流动扰动的影响。这对于测量流经流路1的流体的流率是有利的。当预期会因流路1中流体的弯曲流动而在流路1的某个部分将有尘土积累时，可以把这对发送接收器31的设置位置选择得能避开这个部分。
这对发送接收器31被沿着相反于重力方向G的方向偏移了距离L2。因此能够在不受到尘土积累的不利影响的情况下以更高的精度来测量流体的流率。
图9示出根据本发明第一例的又一个流量计100B的结构。与前面对于图2A-4中的流量计100所讨论的元件相同的元件这里用相同的代号表示，对它们不再作详细说明。流量计100B与流量计100的差别在于，流量计100B含有一对整流格栅(lattice)66。一个整流格栅66设置在这对发送接收器31的上游侧，另一个整流格栅66设置在这对发送接收器31的下游侧。这对整流格栅66对流路1中的流动进行整流，从而提供稳定的流动。即使只有上游整流格栅66也能有效地提供稳定的流动。考虑到流体既可以从流路1的上游位置流向下游位置，也可以从下游位置流向上游位置，所以最好在发送接收器31的下游侧也设置一个整流格栅66。(例2)图10是根据本发明第二例的一个流量计200的纵向和垂直截面图，图11是流量计200的纵向和水平截面图。与前面对于流量计100的讨论中的元件相同的元件用相同的代号表示，这里对它们不再作详细说明。
流量计200含有一个规定了流路1的流路壁5，作为测量对象的流体即在流路1内流过。流路1又包含一个测量流路2，在其中测量作为测量对象的流体的流率；一个设置在测量流路2的上游侧的入口部分3，用于把流体导入测量流路2；以及一个设置在测量流路2的下游侧的出口部分4，用于把流体从测量流路2释放出去。测量流路2具有四边形的流路横截面8。在测量流路2与入口部分3之间设置了一个弯曲部分42A，用于连接测量流路2和入口部分3。弯曲部分42A的弯曲使得在高度方向6上高于测量流路2。在测量流路2与出口部分4之间设置了一个弯曲部分42B，用于连接测量流路2与出口部分4。弯曲部分42B的弯曲使得在高度方向6上高于测量流路2。
在流路壁5中，面对面地设置了一对通常为平行六面体的发送接收器31。两个发送接收器31分别设置在流路壁5的一个上游部分和一个下游部分。每个发送接收器31都有一个矩形的发送接收表面32，用于发送和接收通过流路1传播的超声波。相对于测量流路2中流体的流动方向来说，这对发送接收器31是倾斜设置的，两个发送接收器31之间的距离是穿过测量流路2的L。每个发磅接收器31都设置在测量流路2的高度方向6的中央位置上。测量流路2的流路壁5在其上游部分和下游部分都有一个开口16。这两个开口16使这对发送接收器31能暴露于测量流路2。这对发送接收器31所发送和接收的超声波沿着超声波传播路径33通过测量流路2传播。
流量计200含有一个非对称流动建立部分41，用于使流路测量流路2的流体的流速分布在高度方向6上发生偏移。在低流率区域，非对称流动建立部分41使低流率流速分布S相对于测量流路2在高度方向6的中心线18是不对称的。这样，非对称流动建立部分41使最大流速发生位置T在高度方向6上偏移到了中心线18的下方(向图10的下方偏移)，从而使这对发送接收器31在测量流路2的高度方向6上的位置匹配于等流速区域P1在高度方向6上的位置。
非对称流动建立部分41含有设置在测量流路2的上游处的弯曲部分42A、一个台阶44、和一个不同形状部分45。台阶44设置在上游弯曲部分42A的外周表面43的附近。不同形状部分45包含测量流路2的两个端部46和47。端部46和47在高度方向6上互相面对。端部46是没有弯曲的台阶，端部47在高度方向6中有一个弧形的光滑弯曲部分。
在非对称流动建立部分41与超声波传播路径33之间设置了一个流动稳定化元件61。流动稳定化元件61含有一个方向调节部分62，后者又含有按测量流路2的流路横截面8的高度方向分割的多个部分，用于对流经流路1的流体的流动方向进行调整。流动稳定化元件61还含有一个由一个网栅体或类似物组成的波动限制部分63，用于减小流经流路1的流体的流速波动。流动稳定化元件61在把流体提供给超声波传播路径33之前保持着由非对称流动建立部分41产生的流速分布的非对称性，还调节流经流路1的流体的流动方向和流速波动。
流量计200含有一个流率计算部分23，用于根据由这对发送接收器31得到的发送和接收超声波的结果来计算流经流路1的流体的流率。流率计算部分23含有一个连接于每个发送接收器31的测量控制部分24和一个连接于测量控制部分24的计算部分25。
具有上述结构的流量计200的操作如下所述。当作为测量对象的流体被导进入口部分3时，其在流路测量流路2的流体的高度方向6上的流速分布被设置在测量流路2的上游侧的非对称流动建立部分41从对称的变成为非对称的变成为非对称的。具体地说，当流经测量流路2的流体的流率处于低流率区域(层流区域)或处于低流率区域与高流率区域(扰流区域)之间的过渡区域中时，具有抛物线形状的低流率流速分布S(其中离流路壁5愈远流速愈大)被在高度方向6上从中心线18向下偏移，如图10所示。在图10平面中，低流率流速分布S的最大流速发生位置T被向下偏移。当流经测量流路2的流体的流率处于高流率区域中时，如图12所示，高流率流速分布R(其中流速在高度方向6上的变化比较小，像一个比较平坦的平台)与低流率流速分布S类似，被从高度方向6上的中心线18向下偏移。在图12平面中，高流率流速分布R中的最大流速发生位置U也被向下偏移。
当流体在弯曲部分42A中流动时，将受到一个离心力的作用。因此，流体将向着弯曲部分42A的外周表面43一侧上的流路壁5A偏移。这使得高度方向6上的流体速度分布变得不对称。当流体流经台阶44时，它将被台阶44收缩，从而流速分布将在高度方向6上发生偏移。当流体流经具有不同形状的端部46和47的不同形状部分45时，流速分布在测量流路2的高度方向6上将发生更大的偏移。
被非对称流动建立部分41变成非对称的流速分布被流动稳定化元件61在流动方向上进行调整，同时在流速波动上被稳定化。这样，被非对称流动建立部分41造成的流速分布的不对称性一直被保持到到达超声波传播路径33。
流率计算部分23如同第一例中一样，根据第一传播时间t1、第二传播时间t2和校正系数K来计算流经流路1的流体的流率。
图13是说明一个不含非对称流动建立部分41的普通流量计中的流率与校正系数的关系的曲线图。图中水平轴代表流经测量流路2的流体的流率，垂直轴代表校正系数K。对于高流率区域(扰流区域)中的高流率流速分布R的情况，校正系数K接近于1，如图13所示，其原因是，由于高流率流速在高度方向6上的流速变化小于低流率流速分布S的流速变化，并且像一个比较平坦的平台，所以测量得到的表观流率比较接近于平均流率。相反地，低流率区域(层流区域)中的低流率流速分布S呈现抛物线分布，其中流速随着远离流路壁5而增大。高度方向6上的流速变化大于高流率流速分布R的流速变化。当发送接收器31测量的是高度方向6上的中央处的最大流速发生位置T时，测得的表观流率将明显大于平均流率。因此，如图13所示，校正系数K的值明显小于高流率区域中的值。从而，如图13所示，在低流率区域与高流率区域之间的过渡区域中，校正系数K发生了大的变化。这样，当在过渡区域中测得的流率具有一个误差ΔQm时，将因校正系数明显地改变了ΔK1而使误差被放大。
产生过渡区域中测量流率的误差ΔQm的原因有因温度变化或流体组份比例变化所引起的动态粘滞系数变化，或者由雷诺数变化引起的流动状态变化。尤其是在测量城市煤气或LPG等燃气时，燃气的组份比例可能因季节或地区不同所造成的温度变化而发生变化。因此存在着不希望有的误差ΔQm被放大的可能性。
图14是说明在根据本发明第二例的流量计200中的流率与校正系数的关系的曲线图。图中水平轴代表流经测量流路2的流体的流率，垂直轴代表校正系数K。对于低流率区域情况，当流速分布被非对称流动建立部分41偏移时，发送接收器31测量到的是一个小于最大流速发生位置T处流速的流速。因此，测得的表观流率比较接近于平均流率。从而如图14所示，校正系数K增大到接近于1。对于高流率区域情况，分布R像一个比较平坦的平台。因此，即使流速分布被非对称流动建立部分41偏移了，测得的流速与不偏移流速分布时测得的流速基本上没有差别。所以，校正系数K的值与图13所示普通流量计中的K值基本上没有差别。这样，在低流率区域中校正系数K被增大了，而在高流率区域中校正系数K基本上没有变化。结果，低流率区域与高流率区域的校正系数K的差别被减小了。从而，在低流率区域与高流率区域之间的过渡区域中，校正系数K的变化被减小了，于是校正系数K随流率的变化被平坦化了。这样，即使在过渡区域中测得的流率有一个误差ΔQm，校正系数K的变化也可以小到只有ΔK2(＜ΔK1)。从而能够以高精度测量流率。
特别是，当温度或者作为测量对象的流体的组份比例发生变化时，使校正系数K随流率的变化平坦化对于防止测量误差被放大是有效的。能够以高精度测量例如城市煤气或LPG这类可能会有温度或组份比例变化的燃气的流率。
如上所述，根据本发明的第二实施例，该不对称的流动建立部分41在测量流路2的高度方向上偏移该等流速区P1，以使在测量流路2的高度方向上的该对发送接收器31的位置在高度方向上与等流速区P1的位置相匹配。在一低流速区中，低于最大流速发生位置T的流速的一流速通过发送接收器被测量。因此，该测量的视在流速更接近于平均流速。这样，校正系数K被增大到更接近于1。在一高流速区中，校正系数K没有明显的变化。因此，在低流速区和高流速区之间的校正系数K的差异被降低。结果，在低流速区到高流速区之间的一过渡区中的校正系数K的特性可被平坦化。因此，即使在该过渡区中测量的流速包含一误差ΔQm，该流速可被高度精确地测量。
入口部分3和出口部分4经该弯曲部分42A和42B被分别连接至测量流路2。由于这样一结构，流量计200的宽度可被减小以使流量计200的尺寸被减小。这允许流量计200可被安装在多个地点位置。
通过调节台阶44的大小，流率范围的上限可被改变，在该流率范围中，在测量流路2的高度方向上的高流速的流速分布R的偏移可被保留。当台阶44被加大时，该流率范围(其中相对于流速的校正系数K可被平坦化)的上限可被提高。这样，台阶44的尺寸根据要求被测量的流率范围而被设定。如上所述，台阶44的尺寸的调节允许校正系数的特性在一更宽的流率范围上被平坦化。因此，根据第二实施例的流量计可高度适合于待被测量的更宽的流率范围并具有更高的生产率。
该不同形状部分45包括在测量流路2的高度方向上的端部46和47。由于该端部46和47具有彼此不同的形状，在测量流路2的高度方向上的流速分布的偏移可被建立。这样，相对于流速的校正系数K可被进一步平坦化，且测量精度可被提高。
在弯曲部分42A和台阶44被组合的情况下，得到以下的效果。弯曲部分42A和台阶44的相互作用使得在测量流路2的高度方向上的流速分布的不对称更加容易，以使即使在流动被逐渐干扰的高流速区中，不对称流速分布可被保留。这样，校正系数K的特性可在一更宽的流率范围上被平坦化。因此，根据第二实施例的流量计可高度适合于待被测量的一更宽的流率范围且是紧凑的。
在弯曲部分42A、台阶44和不同形状部分45被组合的情况下，得到以下效果。弯曲部分42A、台阶44和不同形状部分45的相互作用使得在测量流路2的高度方向上的流速分布的不对称更加容易，以使即使在流动被逐渐干扰的高流速区中，不对称流速分布可被保留。这样，在测量流路2的高度方向上的流速分布的偏移可被建立。结果，校正系数K的特性可在一更宽的流率范围上被平坦化。因此，根据第二实施例的流量计可高度适合于待被测量的一更宽的流率范围且是紧凑的。
不同形状部分45的端部46是没有弯曲的台阶型的。这样一形状使得流动收缩且从而加大了流速分布的偏移。另一端47具有一弯曲部分，其在高度方向6上平滑变圆。这样，流体流动的稳定性，且因此流速的测量精度可被稳定化。
图15是根据本发明的第二实施例的另一流量计200A的纵向和横向截面视图。与先前参照图10中的流量计200所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。参见图15，流量计200A包括一入口部分3A和测量流路2，它们被同轴地设置且不经一弯曲部分而直接地相互连接。一不对称流动建立部分41A包括在测量流路2的入口处的台阶44和不同形状部分45。该不同形状部分45具有形状相互不同的端部46和47。由于入口部分3A和测量流路2被相互直接连接，该流量计200A是紧凑的。入口部分3A和测量流路2可被相互平行地设置来替代同轴地设置。
图16是根据本发明的第二实施例的另一流量计200B的纵向和横向截面视图。与先前参照图10-12中的流量计200所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。在流量计200B中，一不对称流动建立部分41B包括一不同形状部分45A。该不同形状部分45A具有在高度方向6上的端部46和47。该两端部46和47被形成在测量流路2的入口处，相互间在流体流动方向上有一距离ΔX。由于在测量流路2的入口处在高度方向6上形成的端部46和47在流体流动方向上相互偏移，在高度方向6上的流速分布的偏移可被建立。因此，在一高流速区中的校正系数K被增大，进一步平坦化该校正系数的特性。在图16所示的例子中，端部46是台阶型的而端部47是弯曲的。可替换地，端部46和47两者可是台阶型的，或两者可是弯曲型的。
图17是根据本发明的第二实施例的另一流量计200C的纵向和横向截面视图。与先前参照图10-12中的流量计200所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。在流量计200C中，一不对称流动建立部分41C包括一设置在测量流路2的入口处的整流器49。该整流器49包括一方向调节部分50和一波动限制部分51，该方向调节部分50包括在测量流路2的流路截面8中划分的多个网格型部分。该方向调节部分50的多个网格型部分具有在高度方向6上不同的(在流体流动方向上的)长度，且波动限制部分51由用于减小流速波动的一栅网或类似装置形成。由于在测量流路2的高度方向6上划分的该方向调节部分50的多个网格型部分在测量流路2的高度方向6上具有不同的长度，在高度方向6上对于流动的阻碍是不同的。通过随意改变在测量流路2的高度方向6上的对流动的阻碍作用，流速分布可使得为优选的不对称且校正系数K的特性可被进一步平坦化。在图17所示的例子中，该不对称流动建立部分41C包括整流器49。可替换地，该整流器49可与弯曲部分42、台阶44和/或不同形状部分45相组合。在这样的情况下，可使得分布在高度方向上更加不对称，且校正系数K的特性可被进一步平坦化。替代改变方向调节部分50长度，这些网格的大小可被改变以改变对流动的阻碍作用。可替换地，在测量流路2的高度方向6上的波动限制部分51的开口的尺寸可被改变以使改变对流动的阻碍作用。
在本发明的所有例子中，测量流路2具有一四边形截面。可替换地，测量流路2可具有角部被略微倒圆的一基本上的四边形、或一梯形、圆形或椭圆形的截面。在该例中，弯曲部分42(或类似部分)被弯曲成一直角。弯曲部分42不需要被弯曲成一直角，而可以被弯曲成这样一角度使得提供给流体一离心力。弯曲部分42也可相对于测量流路2的宽度方向是倾斜的。
图18是根据本发明的第二实施例的另一流量计200D的纵向和横向截面视图。与先前参照图10-12中的流量计200所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。在流量计200D中，一入口部分3B和一出口部分4B被同轴地设置。一连接轴14是入口部分3B的中心轴，而一连接轴15是出口部分4B的中心轴。作为测量流路2的中心轴的一测量流路轴10在高度方向上偏移连接轴14和15。这样，在测量流路2的入口处的测量流路2的端部46A上设置一偏移壁48。该偏移壁48具有在高度方向6上平滑倒圆的一弯曲部分。在图18所示的例子中，入口部分3B和出口部分4B被设置以使连接轴14和15相互匹配。连接轴14和15可以是相互平行而非相互同轴的。在该情况下，偏移壁48可被类似地形成。可在测量流路2的入口处的测量流路2的另一端部上设置具有不同于偏移壁48的尺寸的一尺寸的另一偏移壁(未示出)。
接着，将描述超声波流量计200D的操作。从进口3B流入的作为测量目标的流体的一部分与形成在测量流路2的入口处的偏移壁48相碰撞并流入测量流路2。在另一端，该流体流入测量流路2而不与任何壁相碰撞。因此，在测量流路2的高度方向6上的流速分布相对于作为测量流路2的中心轴的测量流路轴10是不对称的。
在一低流速区中，低于最大流速发生位置的流速的一流速被测量以使增大校正系数。在其中流速分布在高度方向6上相对平坦的一高流速区中，与最大流速发生位置的流速差异不大的一流速被测量。结果，该区域的校正系数K与常规的流量计的差异不大。这样，在低流速区和高流速区之间的校正系数K的差异被减小，以使减小相对于流速的校正系数K的变化。由于通过偏移测量流路在入口部分设置该不对称流动建立部分，测量流路的形状可被简化且流量计200D可以是紧凑的，测量流路2和入口部分3B可被设置得相互接近。该测量流路得简化形状和紧凑结构改善了可处理性并降低了生产成本。
入口部分和出口部分被同轴设置或相互平行设置的结构进一步简化了测量流路的形状并使得入口部分3B和出口部分4B被相互接近地设置。
图19是根据本发明的第二实施例的另一流量计200E的纵向和横向截面视图。在流量计200E中，入口部分3B和测量流路2被设置以使作为入口部分3B的中心轴的连接轴14和作为测量流路2的中心轴的测量流路轴10彼此相对偏移。这样，在测量流路2的入口处的测量流路2的一端部上设置一偏移壁48B。该偏移壁48B起到一不对称流动建立部分41E的作用，一出口部分4C被设置以使其中心轴与测量流路2的测量流路轴10是同轴的。在与一台阶型的偏移壁48碰撞后流入测量流路2的流体在高度方向上更加不对称。结果，校正系数的特性被进一步平坦化。由于测量流路2和出口部分4C是同轴的，测量流路的形状可被简化且尺寸可被减小。
图20是根据本发明的第二实施例的另一流量计200F的纵向和横向截面视图。与先前参照图10-12中的流量计200所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。在流量计200F中，作为发送接收器31的中心轴的一收发轴(transceiving axis)34相对于作为测量流路2的中心轴的测量流路轴，在图20的纸面上被向下偏移ΔY。
发送接收器31的收发轴34在图20的纸面上被向下偏移。最大流速发生位置U是在流速分布R的下部中。最大流速发生位置U处于这样一位置的原因是由于由在测量流路2的入口处的弯曲部分42A引起的离心作用，导致流动朝向外周表面43偏移。即使流速较高，偏移通过在外周表面43和不同形状部分45附近设置的台阶44被建立并被保持。
图21是图20中所示的流量计200F的发送接收器31的详细结构的纵向和横向截面视图。在图21中，参考数字82表示用于容纳一压电体81的一气密壳体，参考数字83表示固定在壳体82的外壁上的一声校准层，参考数字84表示结合至壳体82的一密封体，参考数字85表示设置在该密封体84上的一端子，参考数字86表示用于连接压电体81和端子85的一引线，参考数字88表示用于保持一支座87并以气密的方式将该支座87连接至流路壁5以使防止振动的一振动传输限制体，及参考数字89表示用于按压该振动传输限制体88以使该振动传输限制体88不会脱离流路壁5的一固定体。超声发送接收器31在测量流路2的高度方向6上被偏移。在声校准层83上设置用于将超声波释放到作为测量目标的流体的收发表面32具有比测量流路2的高度方向6上的尺寸11小的一尺寸。在下游侧上设置的超声发送接收器31具有基本相同的结构且因此不作详细描述。
下面将描述流量计200F的操作。超声发送接收器31在高度方向6上偏移测量流路2的中心。因此，在具有凸形流速分布的一低流速区(层流区域)中，超声波传播路径33的高度方向中心变得远离最大流速发生位置。这样，校正系数K被增大。这样，超声发送接收器31的位置在高度方向上可被适当地偏移以使校正系数K具有接近于一被干扰的高流速区中的该值的一值。以此方式，即使在低流速区中，相对于流速，校正系数K被允许保持基本不变。在该例中，超声发送接收器31在高度方向6上被朝向最大流速发生位置偏移。因此，在具有凸形流速分布的区域中和在一过渡区域中，在最大流速发生位置和流路之间的流速的变化可以是更加陡峭的。在此情况下，仅通过在高度方向上略微调节超声发送接收器31的位置，校正系数K的值可被容易地改变。结果，即使在低流速区中，相对于流速，校正系数K被允许保持基本不变。在一高流速区中，一高流速被测量以使校正系数K的值被减小。这样，在高流速区和低流速区之间的校正系数的差异被减小以使校正系数K的特性平坦化。结果，在一较宽的流率范围上，校正系数K被允许保持基本不变。
在高度方向上，超声发送接收器31被从测量流路2的中心偏移向外周表面43。由于这样一结构，由于弯曲部分42的离心力的作用，当流速提高时，朝向弯曲部分42的外周表面43的流动的偏移被更加高度地建立。这样，(在高度方向上被偏移的)在超声波传播路径33中的一高流速区的比例可被提高，导致在一高流速区中的校正系数的减小。在一更高的流速上，校正系数K的值可被减小，在待被测量的一更宽的流率范围上，校正系数K的特性被进一步平坦化。发送接收器31的收发表面32的尺寸小于在高度方向上的尺寸11。因此，发送接收器31可相对于测量流路2被设置以使收发表面32不被流路壁5所隐藏，即使发送接收器31被略微偏移。这样，超声波可被有效地释放给超声波传播路径33。防止了超声波发送和接收灵敏性的降低。具有较高S/N比的超声波可被发送和接收，提高流速的测量精度。另外，防止了在发送接收器31被偏移至的一较宽的位置范围中，发送接收器31的超声波发送和接收灵敏性被降低。这加大了偏移的自由度。因此，超声波可被传播到在用于测量流速的测量流路中的一等流速区，以使校正系数K的特性被进一步平坦化。
如上所述，该超声发送接收器在高度方向上被偏离测量路径的中心。该超声发送接收器在高度方向上可被偏移至一优选位置以使在一低流速区(层流区域)中的校正系数的值接近于在被干扰的高流速区中的该值。这样，即使在一低流速区中，校正系数被允许基本保持不变。
在低流速分布中，该超声发送接收器被偏移向最大流速发生位置。由于在最大流速发生位置和流路壁之间的流速迅速改变，通过略微改变该超声发送接收器在高度方向上的位置，该校正系数可被容易地调节。这样，即使在一低流速区中，校正系数被允许基本保持不变。在一被干扰的高流速区中，一高流速被测量。因此，该校正系数的值可被减小。在高流速区和低流速区之间的校正系数的差异被减小。这样，在一较宽的流率范围上，校正系数K的特性被进一步平坦化。
超声发送接收器31被从测量流路的中心偏移向一弯曲部分的外周表面。通过该弯曲部分的离心力的作用，当流速提高时，朝向弯曲部分的外周表面的偏移被更加高度地建立。这样，在一高流速区中，校正系数被减小。在高流速区和低流速区之间的校正系数的差异被减小。这样，在一较宽的流率范围上，校正系数K的特性被进一步平坦化。
发送接收器的收发表面的尺寸小于在高度方向上的测量流路的尺寸。即使发送接收器在测量流路的高度方向上被略微偏移，超声波可被有效地释放给超声波传播路径。防止了超声波发送和接收灵敏性的降低。具有较高S/N比的超声波可被发送和接收，提高流速的测量精度。另外，加大了偏移的自由度。超声波可被传播到在用于测量流速的测量流路中的一等流速区，以使校正系数K的特性被进一步平坦化。(实施例3)在本发明的第三实施例中，将描述一流量计，其包括相对于测量流路在下游的一不对称流动建立部分和相对于测量流路的上游。图22是根据本发明的第三实施例的流量计300的纵向和横向截面视图。图23是流量计300的纵向和横向截面视图。图24是流量计300的纵向和横向截面视图，用于说明当流速较高时的流速分布。与先前参照图10-12中的流量计200所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。
流量计300包括相对于测量流路2在下游的一不对称流动建立部分141和相对于测量流路2的上游。象上游设置的不对称流动建立部分41，该不对称流动建立部分141包括一弯曲部分142、一台阶144和一包括有具有相互不同形状的端部146和147的不同形状部分145。台阶144设置在相对于测量流路2的上游的外周表面43的附近。不同形状部分45的端部46和不同形状部分145的端部146是台阶型的而没有弯曲。不同形状部分45的端部47和不同形状部分145的端部147各具有一在高度方向上平滑倒圆的弯曲部分。
接着，将描述超声波流量计300的操作。当流体从入口部分3流入并从出口部分4前向流出时，该超声波流量计300的操作与以上参照图10-12所述的流量计200的操作相同，省略对其的详细描述。当流体从出口部分4流入而从入口部分3后向流出时，流量计300如下地工作。在测量流路2的高度方向6上的一流速分布通过不对称流动建立部分141被变为不对称，而不是相对于中心在高度方向6上是对称的。象在前向流动中，该流速分布具有在高度方向上略微偏离中心的最大流速发生位置。这样，超声波传播路径33移动。
该超声波流量计300包括相对于测量流路2在下游的一不对称流动建立部分141和相对于测量流路2的上游。因此，在相对于测量流路2从上游位置流到下游位置的前向流动中及在相对于测量流路2从下游位置流至上游位置的后向流动中，提供了与在第二实施例中有关流量计200所述的相同的效果。
特别在流量计通过管道被连接至一由城市煤气、LPG和类似物质驱动的往复式发动机的情况下，通过对作为测量目标的一流体的波动进行增压而在短的时间周期内重复改变从前向到后向和从后向到前向的流动方向的改变。在这样的情况下，测量的流速可能具有较大的误差，该误差也可能通过校正系数而被放大。即使相对于测量流路2，一流体从下游位置向上游位置后向流动。在该例中的流量计300可使得相对于在一低流速区和一高流速区之间的一过渡区中的流速的校正系数K平坦化。即使在该过渡区中测量的流速包含一误差ΔQm，该测量的流速仍然是高度精确的。当被用于测量一流体的流速，该流体的流动方向在短的时间周期内重复地从前向变到后向及从后向变到前向时，这样流量计具有显著的效果。
图25是根据本发明的第三实施例的另一流量计300A的纵向和横向截面视图。与先前参照图1 5中的流量计200A所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。
该流量计300A包括相对于测量流路2在下游的一不对称流动建立部分141A。相对于测量流路2，一入口部分3A和一出口部分3B被平行地或同轴地设置。在测量流路2地入口处设置一台阶44，及在测量流路2地出口处设置一台阶144。台阶44和144都被设置在高度方向6上的测量流路2的一端部。一不同形状部分45包括具有不同形状的端部46和47，且一不同形状部分145包括具有不同形状的端部146和147。一不对称流动建立部分41A包括该台阶44和不同形状部分45。一不对称流动建立部分141A包括该台阶144和不同形状部分145。由于这样的结构，在作为测量目标的流体的入口处的入口部分3A和在该流体的出口处的出口部分4A可被相互连接而不使用大的连接部件。这样，流量计300A具有紧凑的结构。
在测量流路2的入口处的不同形状部分45包括台阶型端部46和平滑弯曲端部47。在测量流路2的出口处的不同形状部分145包括台阶型端部146和平滑弯曲端部147。不管是前向流动还是后向流动，由于这些端部的不同形状，流速分布是不对称的。这些台阶收缩流动以使建立在高度方向6上的该测量流路2的最大流速发生位置的偏移。这些平滑弯曲部分改善了流动的稳定性而不管流动是前向的还是后向的。这样测量精度可被提高。
图26是是根据本发明的第三实施例的另一流量计300B的纵向和横向截面视图。与先前参照图16中的流量计200B所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。在测量流路2的入口处的一不同形状部分45包括有端部46和47。这些端部46和47被相互偏移一距离ΔX。在测量流路2的出口处的一不同形状部分145包括有端部146和147。这些端部146和147被相互偏移一距离ΔXa。不管流动是前向的还是后向的，流体自其流入测量流路2的端部在高度方向上的位置是不同的。这样，最大流速发生位置的偏移可被更加高度地建立。由于在一低流速区(层流区域)中的校正系数被增大而在高流速区(扰流区域)中的校正系数被减小，在一较宽流率范围上的校正系数的特性可被平坦化。在图26所示的例子中，端部46和146是台阶型而端部47和147是弯曲型的。可替换地，所有的台阶46、47、146和147可以是台阶型的，或所有的台阶46、47、146和147可以是弯曲型的。
图27是根据本发明的第三实施例的另一流量计300C的纵向和横向截面视图。与先前参照图17中的流量计200C所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。在流量计300C中，一不对称流动建立部分41C包括一设置在测量流路2的入口处的整流器49。一不对称流动建立部分141C也包括一设置在测量流路2的出口处的整流器49。各整流器49包括一方向调节部分50和一波动限制部分51，该方向调节部分50包括在测量流路2的截面中划分的多个网格型部分。该方向调节部分50的多个网格型部分具有随着它们在高度方向6上位置的变化而改变的(在流体流动方向上的)长度，且波动限制部分51由用于减小流速波动的一栅网或类似装置形成。由于该方向调节部分50的多个网格型部分在测量流路2的高度方向6上具有不同的长度，在高度方向6上对于流动的阻碍是不同的。通过随意改变在测量流路2的高度方向6上的对流动的阻碍作用，流速分布可使得为优选的不对称且校正系数K的特性可被进一步平坦化，不管流动是前向的还是后向的。在图27所示的例子中，该不对称流动建立部分41C和141C各包括整流器49。可替换地，该整流器49可与弯曲部分42和142、台阶44和144和/或不同形状部分45和145相组合。在这样的情况下，可使得分布在高度方向上更加不对称，且校正系数K的特性可被进一步平坦化。替代改变方向调节部分50长度，这些网格的大小可被改变以改变对流动的阻碍作用。可替换地，在测量流路2的高度方向6上的波动限制部分51的开口的尺寸可被改变以使改变对流动的阻碍作用。
不管流动是前向的还是后向的，该不对称流动建立部分以相同的方向使得最大流速发生位置偏离在高度方向上的测量流路的中心(如图22。24和25至27中所示的向下)。这在波动(流向重复地从前向变到后向及从后向变到前向)的情况下，提供了以下的优点。当流向改变时，流速被平滑地改变。更具体地，防止了漩涡流动；即使在发生漩涡流动时，漩涡的强度被降低。由于超声波被漩涡的衰减和反射可被减少，可以更高的灵敏性发送和接收超声波。由于当流向被改变时，流速得到良好的平衡，超声波传播路径中的流动被稳定化。这样，测量精度被提高。
在入口部分3和出口部分4中，弯曲部分42A和142A的弯曲方向是相同的。通过弯曲在测量流路2的入口处的入口部分3和在测量流路2的出口处的出口部分4，流量计的宽度可被减小。通过以相同的方向弯曲入口部分3和出口部分4，可相对于在高度方向上的测量流路的中心，以相同的方向偏移最大流速发生位置。因此，即使由于流动的波动而使流动方向被改变，测量精度可被保持为高精度。另外，待被连接至外部管道的流量计的部分被相互接近地设置，从而允许该流量计可被安装在多个地点位置。
在入口处的台阶44和在出口处的台阶144都处于在高度方向上的测量流路2的中心的下方(即相对于测量流路2的中心在相同一侧上)。在入口处的不同形状部分45和在出口处的不同形状部分145都具有一台阶型下端及平滑弯曲型上端。可替换地，不同形状部分45和145可都具有一相对于上端被偏向测量路径2中的超声波传播路径的下端。相对于在高度方向上的测量路径2的中心，在同一侧上设置不同形状部分45(在入口)和145(在出口)的这些台阶端。相对于在高度方向上的测量路径2的中心，在同一侧上设置不同形状部分45(在入口)和145(在出口)的这些弯曲端。不管入口部分3和出口部分4是经弯曲部分42A和142被连接至测量流路2，还是入口部分3A和出口部分4A相对于测量路径2被平行地或同轴地设置，该流量计可以是紧凑的且可被安装在多个地点位置。不管流向是前向还是后向，最大流速发生位置可以相同的方向被偏离测量流路2在高度方向上的中心。这样，测量精度被改善。
在第三实施例中，测量流路2具有一四边形截面。可替换地，可替换地，测量流路2可具有角部被略微倒圆的一基本上的四边形、或一梯形、圆形或椭圆形的截面。在该例中，弯曲部分被弯曲成一直角。弯曲部分不需要被弯曲成一直角，而可以被弯曲成这样一角度使得提供给流体一离心力。弯曲部分也可相对于测量流路的宽度方向是倾斜的。
图28是根据本发明的第三实施例的另一流量计300D的纵向和横向截面视图。与先前参照图18中的流量计200D所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。
在流量计300D中，一入口部分3B和一出口部分4A被同轴地设置。一连接轴14是入口部分3B的中心轴，而一连接轴15是出口部分4A的中心轴。作为测量流路2的中心轴的一测量流路轴10在高度方向上偏移连接轴14。这样，在测量流路2的入口处的测量流路2的端部46A上设置一偏移壁48。该偏移壁48起到一不对称流动建立部分41D的作用。在测量流路2的出口处的测量流路2的端部146A上设置一偏移壁148。该偏移壁148起到一不对称流动建立部分141D的作用。该两偏移壁48和148具有在高度方向6上平滑倒圆的一弯曲部分。在图28所示的例子中，入口部分3B和出口部分4A被设置以使它们的连接轴14相互匹配。这些连接轴14可以是相互平行而非相互同轴的。在该情况下，偏移壁48和148可被类似地形成。
接着，将描述超声波流量计300D的操作。从进口3B流入的作为测量目标的流体的一部分与形成在测量流路2的入口处的偏移壁48相碰撞并流入测量流路2。在另一端，该流体流入测量流路2而不与任何壁相碰撞。因此，在测量流路2的高度方向6上的流速分布相对于作为测量流路2的中心轴的测量流路轴10是不对称的。从出口部分4A流入的作为测量目标的流体的一部分与形成在测量流路2的出口的偏移壁148发生碰撞并并流入测量流路2。在另一端，该流体流入测量流路2而不与任何壁相碰撞。因此，在测量流路2的高度方向6上的流速分布相对于作为测量流路2的中心轴的测量流路轴10是不对称的。
不管是前向流动还是后向流动，在一低流速区(层流区域)中，低于最大流速发生位置的流速的一流速被测量以使增大校正系数。在其中流速分布在高度方向6上相对平坦的一高流速区(扰流区域)中，与最大流速发生位置的流速差异不大的一流速被测量。结果，该区域的校正系数K与常规的流量计的差异不大。这样，在低流速区和高流速区之间的校正系数K的差异被减小，以使减小相对于流速的校正系数K的变化。由于通过偏移测量流路在入口部分3B和出口部分4A分别设置该不对称流动建立部分41D和141D，测量流路的形状可被简化且流量计300D可以是紧凑的，测量流路2、入口部分3B和出口部分4A可被设置得相互接近。该测量流路的简化形状和紧凑结构改善了可处理性并降低了生产成本。
入口部分3B和出口部分4A被同轴设置或相互平行设置的结构进一步简化了测量流路的形状并使得入口部分3B和出口部分4A被相互接近地设置。流量计300D的生产成本可被降低且尺寸可被减小。
图29是根据本发明的第三实施例的另一流量计300E的纵向和横向截面视图。与先前参照图19中的流量计200E所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。在流量计300E中，入口部分3B和出口部分4A被设置以使它们的连接轴14彼此同轴。作为测量流路2的中心轴的测量流路轴10相对于连接轴14被偏移。这样，在测量流路2的入口处的在测量流路2的高度方向上的一上端和一下端上设置有台阶44。在测量流路2的出口处的在测量流路2的高度方向上的一上端和一下端上设置有台阶144。各台阶44被包括在一不对称流动建立部分41E中，且各台阶144被包括在一不对称流动建立部分141E中。由于这样一结构，不管流向是前向还是后向，在与台阶44和144碰撞后流入测量流路2的流动相对于在高度方向上的测量流路的中心是不对称。结果，在更宽的流率范围上，校正系数的特性因此被进一步平坦化。由于入口部分3B和出口部分4A是同轴的，测量流路的形状可被简化且尺寸可被减小。
入口部分3B和出口部分4A不需要完全平行于测量流路2但可以基本上平行。在图29的例子中，在测量路径2的上端和下端上设置有台阶44和144。这些台阶44和144可以设置在测量流路2的一上端上或一下端上。
图30是根据本发明的第三实施例的另一流量计300F的纵向和横向截面视图。与先前参照图20中的流量计200F所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。
在流量计300F中，作为发送接收器31的中心轴的一收发轴34相对于作为测量流路2的中心轴的测量流路轴10，在图30的纸面上被向下偏移ΔY。
发送接收器31的收发轴34在图30的纸面上被向下偏移。最大流速发生位置U是在流速分布R的下部中。最大流速发生位置U处于这样一位置的原因是当流向为前向时，由于由在测量流路2的入口处的弯曲部分42A引起的离心作用，导致流动朝向外周表面43偏移。当流向为后向时，由于由在测量流路2的出口处的弯曲部分142A引起的离心作用，导致流动朝向外周表面143偏移。另外，即使流速较高，偏移通过台阶44和144与不同形状部分45和145被建立并被保持。(实施例4)图31是根据本发明的第四实施例的流量计400的纵向和横向截面视图。图32是流量计400的纵向和横向截面视图。与先前参照图10-12中的流量计200所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。
流量计400包括一设置在各开口16和17中的一开孔整流器52。该开孔整流器52由网、微孔板、无纺布等具有超声波可通过的细微的超声开口53的材料形成。该开孔整流器52减少了流入开口16和17的作为测量目标的一流体的量。另外，该开孔整流器52被设置在与流路壁5相同的水平上以使不伸入测量流路2中。这样，该开孔整流器52减少了测量流路2中的流动的干扰。
流量计400还包括一流动偏移限制部分57，其设置在经相对于测量流路2在上游的弯曲部分42A被连接至测量流路2的入口部分3中。该流动偏移限制部分57具有多个细微的通路开口58。当在流入入口部分3中的流体的流速分布中有一偏移时，该流动偏移限制部分57在该流体流入测量流路2之前使该流速分布均匀化。
流量计400还包括一在相对于弯曲部分42A被连接在上游的一阀门部件71。该阀门部件71具有一朝向入口部分3被开口的一连接开口72。该阀门部件71包括一开/关阀76，其具有一面对阀门密封78设置的阀门体77。该阀门部件71具有一流体进口75，作为测量目标的流体经过该流体进口流入。该阀门体77通过一弹簧79被偏置朝向阀门密封78。流量计400包括用于开或关该阀门体77的一驱动部分80，例如螺线管或电机。
图33是包括在流量计400中的流动偏移限制部件57的平面视图。如图31所示，该流动偏移限制部件57被设置在入口部分3的两壁之间。参考数字73(双点点划线)表示在如图31所示的开/关阀76被水平设置的情况下的连接开口72且该连接开口72被设置在图31的页面的左方。在此情况下，连接开口72在第一开口位置73。参考数字74(单点点划线)表示在相对于图31的页面，开/关阀76被垂直设置的情况下的连接开口72且该连接开口72被设置在图31的页面的后侧。在此情况下，连接开口72在第二开口位置74。为了使连接开口72处于入口部分3中的第一开口位置73或第二开口位置74，入口部分3具有一大于测量流路2的截面部分Sb(见图34)的截面部分Sa(即Sa＞Sb)。测量流路2的截面部分Sb是由宽度11和高度12限定的一四边形。这样，流动偏移限制部件57被安装在的截面部分大于测量流路2的截面部分。因此，由流动偏移限制部件57造成的流体的压力损失被减小。即使根据阀门部件71的不同配置和结构，第一开口位置73和第二开口位置74相对于入口部分3被偏移，在流体流入测量流路2之前，流动分布可通过流动偏移限制部件57的细微通路开口58被均匀化。这样，通过不对称流动建立部分41，在高度方向6上的流速分布可被稳定地变为不对称的。这减少了在两超声发送接收器31之间的流动的干扰。结果，测量精度被提高，且可测量的流率范围的上限被提高。即使相对于测量流路2被设置在上游的包括阀门部件71的路径或管道的形状发生变化，测量精度被保证，使得流量计400可被安装在多个地点位置。
图34是根据第四实施例的流量计400中的一流动稳定部件61的一波动限制部分63的截面视图。流动偏移限制部件57的细微通路开口58各具有一尺寸Ta，Ta小于波动限制部分63的细微通路开口64的尺寸Tb(Ta＜Tb)。因此，流动偏移限制部件57可比流动稳定部件61更加强力地均匀化流动脉动或流速分布。通过提供流动偏移限制部件57，提供给测量流路2的流动可被进一步稳定化。
因此，即使连接开口72相对于入口部分3被不可避免地偏移，流体仍可以均匀的状态流入测量流路2。这样，测量精度被提高。即使流入入口部分3的流体被脉动化，流入测量流路2的流体的脉动被减轻。针对脉动的测量精度被提高。流动偏移限制部件57的细微通路开口58小于波动限制部分63的细微通路开口64。这样，例如垃圾或灰尘的杂质的侵袭被减少，以使保证较高的可靠性的精确测量。流动偏移限制部件57的截面Sa大于测量流路2的截面Sb。这样，流体的压力损失可被减小。即使杂质附连至流动偏移限制部件57，可避免测量特性的损失。
如上所述，流量计400提供一稳定的流动给测量流路而不管上游路径或管路的形状。因此，在高度方向上的不对称的流速分布可被稳定化。在两超声发送接收器之间的流动的干扰可被减小。测量精度被提高，且可测量的流率范围的上限被提高。不管上游路径或管路的形状，实现了稳定的测量，允许流量计400可被安装在多个地点位置。
接着，将描述流量计400的操作。作为测量目标的流体从入口部分3流入，埃通过阀门部件71的进口75和阀门密封78后，通过设置在测量流路2的入口处的不对称流动建立部分41，而变为流速分布不对称。在此状态下，该流体流入超声波传播路径33。
通过设置开孔整流器52，在开口16和17的漩涡的强度可被降低，且由开口16和17导致的测量流路中的流动的干扰可被减轻。这样，可测量的流率范围的上限被提高。
图35是根据本发明的第四实施例的流量计中的另一开孔整流器52A的局部截面视图。测量流路2具有一截面，该截面的宽度微12，高度为11。为四边形的开口16和16各具有基本垂直于流体流动方向(图35中的箭头所示)的一侧54，和基本上平行于流体流动方向的另一侧55。测量流路2被设置以使流体基本上水平地流动，且使具有开口16和17地壁基本上是垂直的。在下游开口17中的开孔整流器52包括一倾斜网56，其中这些开口被配置成相对于水平方向被倾斜α角度。这些开口被配置以使不平行于水平方向。在下游开口17中的开孔整流器52的开口的尺寸小于在上游开口16中的开孔整流器52的开口的尺寸。这样，限制流体流入相对于测量流路2被开口成锐角的开口17。在开口16中的开孔整流器52的相对于测量流路2被开口成一钝角的开口的尺寸大于在开口17中的开孔整流器52的开口的尺寸。这样，超声波的传输比被提高。因此，可以更高的灵敏性发送和接收超声波。测量精度被提高。超声波的传播损耗被减小，以使减少对超声发送接收器的驱动输入。因此，即使具有有限容量的电源例如电池，也可实现长期的使用，从而提高了流量计的可持续使用。
当流体在包含细微粉末杂质例如灰尘的路径中流动时，该灰尘和其它细微粉末状杂质可能被附连至开孔整流器52。这种情况的发生是由于下游开口17相对于流向被开口一锐角且因此流体可能流入开口17。然而，在该例中，在下游开口17中的开孔整流器52的倾斜网56包括向对于水平方向被倾斜配置的开口。因此，附连至开口17的细微粉末状杂质被激发以沿该倾斜滑动并自开口17掉落。这防止了开孔整流器52被累积的细微粉末状杂质所阻塞。超声波肯定通过开孔整流器52以提供稳定测量的流速和流率。
如上所述，该开孔整流器52各包括细微超声开口53，且该细微超声开口53的尺寸或形状不同于上游开孔整流器52和下游开孔整流器52。该流体还被限制流入开口16和17。可以较高的灵敏性发送和接收超声波，提高了测量精度。流量计可持续性和对于灰尘的可靠性可被提高。
图36是根据本发明的第四实施例的另一流量计400A的纵向和横向截面视图。与先前参照图22-24中的流量计300及图31和32中的流量计400所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。
流量计400A包括在出口部分4以及入口部分3中的一流动偏移限制部分部件。即各具有细微通路开口58的流动偏移限制部分部件57和157被分别设置在入口部分3和出口部分4。因此，不管流向是前向还是后向，且不管上游或下游的路径或管路的形状，可将稳定流动提供给测量流路2。因此，通过不对称流动建立部分41和141，流速分布在高度方向上变为不对称的。在两超声发送接收器之间的流动的干扰被减少。即使该流体被脉动化，测量精度被提高，且可测量的流率范围的上限被提高。不管路径或管路的形状，可实现稳定的测量，允许流量计400A被安装多个地点位置。
图37是根据本发明的第四实施例的另一流量计400B的纵向和横向截面视图。与先前参照图26中的流量计300B及图36中的流量计400A所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。在测量流路2的入口的一不同形状部分45A包括端部46和47。该端部46和47被相互偏移一距离ΔX。在测量流路2的出口的一不同形状部分145A包括端部146和147。该端部146和147被相互偏移一距离ΔXa。不管流向是前向还是后向，流体自其流入测量流路2的这些端部在高度方向上的位置是不同的。因此，最大流速发生位置的偏移可被更高地建立。由于在低流速区(层流区域)中的校正系数被增大且在高流速区(扰流区域)中的校正系数被减小，在一较宽的流率范围上，校正系数的特性可被平坦化。在图26所示的例子中，端部46和146是台阶型的而端部47和147是弯曲型的。可替换地，所有的端部46、47、146和147可以是台阶型的或所有的端部46、47、146和147可以是弯曲型的。
通过在相对于测量流路的下游和相对于测量流路2的上游设置流动稳定部件61，当流向是后向时，在高度方向上的流速分布可被更加稳定地变为不对称。当流向是后向时，校正系数的特性可被进一步平坦化。
图38是根据本发明的第四实施例的另一流量计400C的纵向和横向截面视图。与先前参照图31-37中的流量计所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。
在流量计400C中，作为发送接收器31的中心轴的一收发轴34相对于作为测量流路2的中心轴的测量流路轴10，在图38的纸面上被向下偏移ΔY。最大流速发生位置U是在流速分布R的下部中。最大流速发生位置U处于这样一位置的原因是当流向为前向时，由于由在测量流路2的入口处的弯曲部分42A引起的离心作用，导致流动朝向外周表面43偏移。当流向为后向时，由于由在测量流路2的出口处的弯曲部分142A引起的离心作用，导致流动朝向外周表面143偏移。另外，即使流速较高，偏移通过台阶44和144与不同形状部分45和145被建立并被保持。
图39是图38中所示的发送接收器31的纵向及垂直截面视图。与先前参照图20和21中的流量计200F所讨论的相同的元件用相同的参考数字表示且因此不再详细描述。
图39示出了超声发送接收器31和测量流路2的高度之间的关系。在图39中，参考数字82表示用于容纳一压电体81的一气密壳体，参考数字83表示固定在壳体82的外壁上的一声校准层，参考数字84表示结合至壳体82的一密封体，参考数字85表示设置在该密封体84上的一端子，参考数字86表示用于连接压电体81和端子85的一引线，参考数字88表示用于保持一支座87并以气密的方式将该支座87连接至流路壁5以使防止振动的一振动传输限制体，及参考数字89表示用于按压该振动传输限制体88以使该振动传输限制体88不会脱离流路壁5的一固定体。超声发送接收器31在测量流路2的高度方向6上被偏移。在声校准层83上设置用于将超声波释放到作为测量目标的流体的收发表面32具有比测量流路2的高度方向6上的尺寸11小的一尺寸。在下游侧上设置的超声发送接收器31具有基本相同的结构且因此不作详细描述。
下面将描述当流向是前向时的流量计400C的操作。超声发送接收器31在高度方向6上偏移测量流路2的中心。因此，在具有凸形流速分布的一低流速区(层流区域)中，超声波传播路径33的高度方向中心变得远离最大流速发生位置。这样，校正系数K被增大。这样，超声发送接收器31的位置在高度方向6上可被适当地偏移以使校正系数K具有接近于一被干扰的高流速区中的该值的一值。以此方式，即使在低流速区中，相对于流率，校正系数K被允许保持基本不变。在该例中，超声发送接收器31在高度方向6上被朝向最大流速发生位置偏移。因此，在具有凸形流速分布的区域中和在一过渡区域中，在最大流速发生位置和流路壁之间的流速的变化可以是更加陡峭的。在此情况下，仅通过在高度方向上略微调节超声发送接收器31的位置，校正系数K的值可被容易地改变。结果，即使在低流速区中，相对于流速，校正系数K被允许保持基本不变。
在一高流速区中，一高流速被测量以使校正系数K的值被减小。这样，在高流速区和低流速区之间的校正系数的差异被减小以使校正系数K的特性平坦化。结果，在一较宽的流率范围上，校正系数K被允许保持基本不变。
在高度方向上，超声发送接收器31被从测量流路2的中心偏移向弯曲部分42A的外周表面43(并朝向弯曲部分143A的外周表面143)。由于这样一结构，当流向是前向时，由于弯曲部分42A的离心力的作用，当流率提高时，朝向弯曲部分42A的外周表面43的流动的偏移被更高地建立。当流向是后向时，由于弯曲部分142A的离心力的作用，当流率提高时，朝向弯曲部分142A的外周表面143的流动的偏移被更高地建立。这样，不管流向是前向还是后向，(在高度方向上被偏移的)在超声波传播路径33中的一高流速区占有的比例可被提高，导致在一高流速区中的校正系数的减小。在一更高的流率上，校正系数K的值可被减小，在待被测量的一更宽的流率范围上，校正系数K的特性被进一步平坦化。由于超声发送接收器31在高度方向上的偏移，校正系数被平坦化，防止误差被放大，即使在短周期内重复地将流向从前向改为后向及从后向改为前向而产生脉动时。这样，测量精度被进一步提高。
发送接收器31的收发表面32的尺寸小于在高度方向上的尺寸11。因此，发送接收器31可相对于测量流路2被设置以使收发表面32不被流路壁5所隐藏，即使发送接收器31被略微偏移。这样，超声波可被有效地释放给超声波传播路径33。防止了超声波发送和接收灵敏性的降低。具有较高S/N比的超声波可被发送和接收，提高流率的测量精度。另外，防止了在发送接收器31被偏移至的一较宽的位置范围中，发送接收器31的超声波发送和接收灵敏性被降低。这加大了偏移的自由度。因此，超声波可被传播到在用于测量流速的测量流路中的一等流速区，以使校正系数K的特性被进一步平坦化。
如上所述，该超声发送接收器在高度方向上被偏离测量路径的中心。该超声发送接收器在高度方向上可被偏移至一优选位置以使在一低流速区(层流区域)中的校正系数的值接近于在被干扰的高流速区中的该值。这样，即使在一低流速区中，校正系数被允许基本保持不变。在短周期内重复地将流向从前向改为后向及从后向改为前向而产生脉动时的测量精度被进一步提高。
在低流速分布中，该超声发送接收器被偏移向最大流速发生位置。由于在最大流速发生位置和流路壁之间的流速迅速改变，通过略微改变该超声发送接收器在高度方向上的位置，该校正系数可被容易地调节。这样，即使在一低流速区中，校正系数被允许基本保持不变。在一被干扰的高流速区中，一高流速被测量。因此，该校正系数的值可被减小。在高流速区和低流速区之间的校正系数的差异被减小。这样，在一较宽的流率范围上，校正系数K的特性被进一步平坦化。
超声发送接收器被从高度方向上测量流路的中心偏移向一弯曲部分的外周表面。通过该弯曲部分的离心力的作用，当流速更高时，朝向弯曲部分的外周表面的偏移被更加高度地建立。这样，在一高流速区中，校正系数被减小。在高流速区和低流速区之间的校正系数的差异被减小。这样，在一较宽的流率范围上，校正系数K的特性被进一步平坦化。
工业可应用性如上所述，本发明提供了一种用于测量宽流速范围的高精度的流量计。
本发明提供了一种用于减小在高流速区和低流速区之间的一过渡区中的校正系数的变化的流量计。
权利要求书(按照条约第19条的修改)15、根据权利要求9的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的不同形状部分，该不同形状部分包括两个分别设置在流路的两个不同壁部分上的端部，两个端部有不同的形状，并且两个壁部分在高度方向上是互相面对的。
16、根据权利要求15的流量计，其中在不同形状部分的两个端部中，一个做成为台阶形的，另一个是光滑地弯曲的。
17、根据权利要求15的流量计，其中该两个端部在流体流动的方向上是互相偏离的。
18、(删除)19、(删除)20、(删除)21、根据权利要求9的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的整流器，用于为流体流动提供阻力，该阻力在流路的高度方向上是变化的。
22、根据权利要求9的流量计，其中这对发送接收器各自设置在一个在高度方向上偏离于流路中央的位置上。
23、(删除)24、根据权利要求22的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的用于使流路发生弯曲从而在高度方向上抬高流路的弯曲部分，及这对发送接收器各自设置在一个向着该弯曲部分的外周表面偏移的位置上。
25、根据权利要求22的流量计，其中这对发送接收器各自具有一个用于发送和接收超声波的矩形发送接收表面，及该发送接收表面小于高度方向上的流路尺寸。
26、根据权利要求9的流量计，其中该流体既沿着从上游位置到下游位置的前向流过流路，也沿着从下游位置到上游位置的后向流过流路，及该非对称流动建立部分包括一个前向非对称流动建立部分，用于使沿前向流动的流体的等流速区域在高度方向发生偏移，和一个后向非对称流动建立部分，用于使沿后向流动的流体的等流速区域在高度方向发生偏称。
27、根据权利要求26的流量计，其中该前向和后向非对称流动建立部分使等流速区域沿相同的方向偏移。
28、根据权利要求27的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的用于使流路发生弯曲从而在高度方向抬高流路的上游弯曲部分，以及一个设置在这对发送接收器下游侧的用于使流路发生弯曲从而在高度方向上抬高流路的下游弯曲部分，及该上游和下游弯曲部分沿相同的方向弯曲。
29、根据权利要求27的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的一个流路壁部分上的台阶和一个设置在这对发送接收器下游侧的一个流路壁部分上的台阶，以及一个设置在这对发送接收器上游侧的不同形状部分和一个设置在这对发送接收器下游侧的不同形状部分，每个不同形状部分都有两个分别设置在流路的两个不同的壁部分上的端部，两个端部有不同的形状，并且两个壁部分在高度方向上互相面对，
分别具有位于这对发送接收器的上游侧和下游侧的两个台阶的两个壁部分在同一边上，及分别具有位于这对发送接收器上游侧和下游侧的两个不同形状部分各自的一个端部的两个壁部分在同一边上，分别具有位于这对发送接收器的上游侧和下游侧的两个不同形状部分各自的另一个端部的两个壁部分位在同一边上。
30、根据权利要求1的流量计，其中该流路由一个具有一对开口的壁来确定，这对开口分别用于让这对发送接收器暴露于流路，及该流路还包括一对分别设置在这对开口与流路之间的开孔整流器，用于减少流入这对开口的流体量和避免流过流路的流体的流动受到干扰。
31(修改)、根据权利要求30的流量计，其中在这对发送接收器的上游侧或下游侧中至少之一设置一个包括一些细微通路开口的流动偏移限制部分。
32、(删除)33、根据权利要求30的流量计，其中这对开孔整流器各自都带有一些细微的超声开口，及分别设置在这对发送接收器上游侧和下游侧的开孔整流器中的细微超声开口有不同的开口尺寸或形状。
34、根据权利要求30的流量计，其中设置在这对发送接收器上游侧的开孔整流器中的细微超声开口的尺寸大于设置在这对发送接收器下游侧的开孔整流器中的细微超声开口的尺寸。
权利要求
1.一种流量计，包括一个流体在其中流动的流路；一对发送接收器，用于发送和接收通过该流路传播的超声波；以及一个流率计算部分，用于根据这对发送接收器发送和接收超声波的结果来计算流经该流路的流体的流率，其中该流路具有一个等流速区域，在该区域中流体在从高流率区域到低流率区域的完整流率区域范围上基本上以相同的流速流动，及这对发送接收器发送和接收超声波以使该超声波在该等流速区域中传播。
2.根据权利要求1的流量计，其中该等流速区域设置在一个在高度方向上偏离于流路中央的位置上，及这对发送接收器各自都设置在一个在高度方向上偏离于流路中央的位置上，使得该对发送接收器中的各个在高度方向上的位置与等流速区域在高度方向上的位置基本相匹配。
3.根据权利要求2的流量计，其中该流路的横截面是一个四边形，该四边形由两条高度方向上延伸的短边和两条宽度方向上延伸的长边所确定，及这对发送接收器分别设置在两条短边上。
4.根据权利要求3的流量计，其中这对发送接收器发送和接收沿两条长边方向传经该流路的超声波。
5.根据权利要求2的流量计，其中该流路的横截面是一个四边形，该四边形由两条高度方向上延伸的短边和两条宽度方向上延伸的长边所确定，这对发送接收器各自具有一个用于发送和接收超声波的矩形发送接收表面，及每个发送接收器在高度方向上偏离流路中央的偏离量L1满足关系式(H-W)×0.3≤L1≤(H-W)×0.7，且最好满足关系式(H-W)×0.4≤L1≤(H-W)×0.6，其中H是该横截面沿高度方向延伸的各两短边的长度，W是发送接收器的矩形发送接收表面沿高度方向上的长度。
6.根据权利要求2的流量计，其中该流路的横截面是一个四边形，该四边形由两条沿高度方向延伸的短边和两条沿宽度方向延伸的长边所确定，及各两长边与各两短边的长度的比值在1.1至5之间。
7.根据权利要求2的流量计，其中该流路的横截面是一个四形边，该四边形由两条沿高度方向延伸的短边和两条沿宽度方向延伸的长边所确定，这对发送接收器各自具有一个用于发送和接收超声波的矩形发送接收表面，及每个发送接收器的发送接收表面的长度W和该流路沿高度方向延伸的每条短边的长度H满足关系式0.3×H≤W≤0.7×H。
8.根据权利要求2的流量计，其中该流路的高度方向是重力方向，及这对发送接收器沿相反于重力方向的方向偏移。
9.根据权利要求1的流量计，还包括有一个非对称流动建立部分，用于使等流速区域在流路的高度方向上发生偏移，使得每个发送接收器在流路的高度方向上的位置基本匹配于等流速区在高度方向上的位置。
10.根据权利要求9的流量计，其中该流路包括有一个位于这对发送接收器上游侧的入口部分，而该非对称流动建立部分则使测量流路相对于该入口部分发生偏移。
11.根据权利要求9的流量计，其中该非对称流动建立部分设置在这对发送接收器的上游侧。
12.根据权利要求11的流量计，其中该流路包括有分别设置在这对发送接收器的上游侧和下游侧的一个入口部分和一个出口部分，及入口部分和出口部分设置得互相同轴或互相平行。
13.根据权利要求9的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的弯曲部分，用于使流路发生弯曲从而使该流路在高度方向上升高。
14.根据权利要求9的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的流路壁上的台阶。
15.根据权利要求9的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的不同形状部分，该不同形状部分包括两个分别设置在流路的两个不同壁部分上的端部，两个端部有不同的形状，并且两个壁部分在高度方向上是互相面对的。
16.根据权利要求15的流量计，其中在不同形状部分的两个端部中，一个做成为台阶形的，另一个是光滑地弯曲的。
17.根据权利要求15的流量计，其中该两个端部在流体流动的方向上是互相偏离的。
18.根据权利要求9的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器的上游侧的流路壁部分上的台阶，以及一个设置在这对发送接收器上游侧的不同形状部分，该不同形状部分包括两个分别设置在两个不同的流路壁部分上的端部，两个端部具有不同的形状，并且两个壁部分在高度方向上互相面对。
19.根据权利要求9的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的用来使流路发生弯曲从而在高度方向上抬高流路的弯曲部分，以及一个设置在这对发送接收器上游侧的流路壁部分上的台阶。
20.根据权利要求9的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的用来使流路发生弯曲从而在高度方向上抬高流路的弯曲部分，一个设置在这对发送接收器上游侧的流路壁部分上的台阶，以及一个不同形状部分，后者有两个分别设置在两个不同的流路壁部分上的端部，两个端部具有不同的形状，并且两个壁部分在高度方向上互相面对。
21.根据权利要求9的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的整流器，用于为流体流动提供阻力，该阻力在流路的高度方向上是变化的。
22.根据权利要求9的流量计，其中这对发送接收器各自设置在一个在高度方向上偏离于流路中央的位置上。
23.根据权利要求22的流量计，其中这对发送接收器各自设置在一个在高度方向上偏离于流路中央的位置上，使得被非对称流动建立部分在流路高度方向上偏移了的等流速区域位置基本上匹配于两个发送接收器各自在高度方向上的位置。
24.根据权利要求22的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的用于使流路发生弯曲从而在高度方向上抬高流路的弯曲部分，及这对发送接收器各自设置在一个向着该弯曲部分的外周表面偏移的位置上。
25.根据权利要求22的流量计，其中这对发送接收器各自具有一个用于发送和接收超声波的矩形发送接收表面，及该发送接收表面小于高度方向上的流路尺寸。
26.根据权利要求9的流量计，其中该流体既沿着从上游位置到下游位置的前向流过流路，也沿着从下游位置到上游位置的后向流过流路，及该非对称流动建立部分包括一个前向非对称流动建立部分，用于使沿前向流动的流体的等流速区域在高度方向发生偏移，和一个后向非对称流动建立部分，用于使沿后向流动的流体的等流速区域在高度方向发生偏称。
27.根据权利要求26的流量计，其中该前向和后向非对称流动建立部分使等流速区域沿相同的方向偏移。
28.根据权利要求27的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的用于使流路发生弯曲从而在高度方向抬高流路的上游弯曲部分，以及一个设置在这对发送接收器下游侧的用于使流路发生弯曲从而在高度方向上抬高流路的下游弯曲部分，及该上游和下游弯曲部分沿相同的方向弯曲。
29.根据权利要求27的流量计，其中该非对称流动建立部分包括一个设置在这对发送接收器上游侧的一个流路壁部分上的台阶和一个设置在这对发送接收器下游侧的一个流路壁部分上的台阶，以及一个设置在这对发送接收器上游侧的不同形状部分和一个设置在这对发送接收器下游侧的不同形状部分，每个不同形状部分都有两个分别设置在流路的两个不同的壁部分上的端部，两个端部有不同的形状，并且两个壁部分在高度方向上互相面对，分别具有位于这对发送接收器的上游侧和下游侧的两个台阶的两个壁部分在同一边上，及分别具有位于这对发送接收器上游侧和下游侧的两个不同形状部分各自的一个端部的两个壁部分在同一边上，分别具有位于这对发送接收器的上游侧和下游侧的两个不同形状部分各自的另一个端部的两个壁部分位在同一边上。
30.根据权利要求1的流量计，其中该流路由一个具有一对开口的壁来确定，这对开口分别用于让这对发送接收器暴露于流路，及该流路还包括一对分别设置在这对开口与流路之间的开孔整流器，用于减少流入这对开口的流体量和避免流过流路的流体的流动受到干扰。
31.根据权利要求30的流量计，其中在这对发送接收器的上游侧设置一个包括一些细微通路开口的流动偏移限制部分。
32.根据权利要求31的流量计，其中在这对发送接收器的下游侧设置在一个包括一些细微通路开口的流动偏移限制部分。
33.根据权利要求30的流量计，其中这对开孔整流器各自都带有一些细微的超声开口，及分别设置在这对发送接收器上游侧和下游侧的开孔整流器中的细微超声开口有不同的开口尺寸或形状。
34.根据权利要求30的流量计，其中设置在这对发送接收器上游侧的开孔整流器中的细微超声开口的尺寸大于设置在这对发送接收器下游侧的开孔整流器中的细微超声开口的尺寸。
全文摘要
一种流量计包含一个流体在其中流动的流路；一对用于发送和接收通过该流路传播的超声波的发送接收器；以及一个能根据这对发送接收器发送和接收超声波的结果来计算流经该流路的流体的流率的流率计算部分。该流路具有一个等流速区域，在该区域中流体在从高流率区域到低流率区域的全部流率区域范围内基本上以相同的流速流动。这对发送接收器发送和接收的超声波在该等流速区域中传播。
文档编号G01F1/66GK1395678SQ01803069
公开日2003年2月5日 申请日期2001年10月9日 优先权日2000年10月10日
发明者新村纪夫, 岩永茂, 长冈行夫 申请人:松下电器产业株式会社