專利名稱：設(shè)定流率系數(shù)的方法及利用該方法的流率計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)定用測量流體流率的流率計的流率系數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
首先將參考圖21說明一種普通的流率計。在一個其中有流體流過的輸流管1中的某個點(diǎn)處設(shè)置一個用于測量流體流速的流速測量裝置2，例如一個熱型流速傳感器。把由流速測量裝置2所測得的流速(Vm)乘以輸流管1的橫截面(S)和一個流率系數(shù)(K)即可算出流率(Qm)。流速測量裝置2僅通過測量位于其鄰近部分的流體流速來獲得流體的流速(Vm)。因此，需要用下述方法來計算輸流管1整個面積上的平均流速。在輸流管1上連接一個能夠設(shè)定參考流率的參考流率設(shè)定部分，該部分用來讓流體以一個適當(dāng)?shù)膮⒖剂髀柿鬟^輸流管1并獲得平均流率(Qa)。然后獲取由平均流率值計算得到的平均流速(Va)與由流速測量裝置測得的流速(Vm)之間的關(guān)系(K＝Va/Vm，即“流率系數(shù)”)。這一關(guān)系需對各種參考流率測定，從而獲得許多個數(shù)據(jù)組，其中每個數(shù)據(jù)組都包含了流體的流速(Vm)和流率系數(shù)(K)。
接著，通過把由流速測量裝置2測得的流體流速(Vm)乘上流率系數(shù)(K)和輸流管1的橫截面面積(S)，來獲得測量的流率(Qm)。換言之，測量的流率(Qm)由公式Qm＝K·S·Vm計算得到。在圖21中，箭頭3代表流體流動的方向，圖22示出由上述方法得到的流速(Vm)與流率系數(shù)(K)之間的關(guān)系。在圖22中，水平軸代表由流速測量裝置測得的流速(Vm)，垂直軸代表流率系數(shù)(K)。例如，如果流率測量裝置2測得的流體流速(Vm)約為2m/s，則可從圖22讀出流率系數(shù)(K)約為0.89。因此，如果輸流管1的橫截面面積約為0.3×10-3m2，則測量的流率(Qm)為Qm＝2×0.89×0.3×10-3m3/s＝0.534×10-3m3/s＝1.9m3/h普通流率計存在以下問題。也就是說，這種流率計利用了許多個數(shù)據(jù)組(見圖22)，其中每組數(shù)據(jù)都包含了由流速測量裝置測得的流速(Vm)和流率系數(shù)(K)，并且根據(jù)目視觀察把整個流速范圍適當(dāng)?shù)胤殖梢恍﹨^(qū)域，以便對于每個區(qū)域設(shè)定一條能最佳地接近于該區(qū)域內(nèi)的各組數(shù)據(jù)(流率系數(shù))的最佳接近線，由此得到一條最佳地接近于所有區(qū)域中的數(shù)據(jù)組(流率系數(shù))的曲折線條。
通過重復(fù)地執(zhí)行復(fù)雜的計算來設(shè)定一條這種最佳接近直線是耗時和費(fèi)力的。而且，由于這種設(shè)定操作是基于目視觀察的，所以重現(xiàn)性較差，每次設(shè)定所得到的最佳接近直線可能都不一樣。雖然可以用高冪次的曲線來最佳地逼近流率系數(shù)，但由于微計算機(jī)的計算時間和有效數(shù)字位數(shù)等等都受限制，所以當(dāng)用微計算機(jī)或類似工具進(jìn)行計算時最好采用低冪次的逼近，例如線性逼近或二次逼近。
當(dāng)流體種類改變?yōu)椴煌跍y量參考流率和設(shè)定流率系數(shù)時所用的種類時，就必須通過對新流體重新測量平均流率(Qa)和流速(Vm)來重新設(shè)定新的流率系數(shù)(K)。
當(dāng)流體溫度變化時，流體的特性也可能改變，從而將改變流率系數(shù)從而降低流率測量的精度。
本發(fā)明的公開內(nèi)容本發(fā)明即為解決上述問題而提出，它提供了一種設(shè)定流率系數(shù)的方法，該方法包括以下步驟利用由一個流速測量部分所測得的全部流速數(shù)據(jù)點(diǎn)中的幾個相繼數(shù)據(jù)點(diǎn)(Xi，Yi)和存儲在一個參考數(shù)據(jù)存儲部分中的參考數(shù)據(jù)，獲取一條最佳接近線；通過增加或減少數(shù)目n使得n個數(shù)據(jù)點(diǎn)相對于最佳接近線的誤差全都位在一個預(yù)定誤差Er之內(nèi)；用一個流率系數(shù)計算部分為設(shè)定一個區(qū)域而進(jìn)行計算操作；以及把獲得的流率系數(shù)存儲在一個流率系數(shù)存儲部分中。
按照具有這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明流率系數(shù)設(shè)定方法，有可能利用一臺個人計算或類似工具以良好的重現(xiàn)性容易且自動地設(shè)定流率系數(shù)，同時把流率值的誤差限定在一個預(yù)定誤差范圍內(nèi)。
本發(fā)明設(shè)定流率系數(shù)的另一種方法包括以下步驟利用由一個流速測量部分所測得的全部流速數(shù)據(jù)點(diǎn)中的多個數(shù)據(jù)點(diǎn)(Xi，Yi)和存儲在一個參考數(shù)據(jù)存儲部分中的參考數(shù)據(jù)，獲取一個最佳接近曲線；把最佳接近曲線分割成m個區(qū)域；用一個流率系數(shù)計算部分為分別以各條最佳接近直線去逼近各個區(qū)域而進(jìn)行計算操作；以及把獲得的流率系數(shù)存儲在一個流率系數(shù)存儲部分中。
采用這種結(jié)構(gòu)時，即使能得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目有限，也仍有可能以較有效的方式和較短的時間來選出一條最佳曲線，使得在較寬的范圍內(nèi)以較小的誤差設(shè)定流率系數(shù)。
本發(fā)明的一種流率計算包括一個流速測量部分，用于測量流體的流速；一個流率系數(shù)存儲部分，用于存儲由上述流率系數(shù)設(shè)定方法所設(shè)定的流率系數(shù)；以及一個流率計算部分，用于根據(jù)測得的流速并利用存儲在流率系數(shù)存儲部分中的流率系數(shù)來計算流體的流率。
采用這種結(jié)構(gòu)有可能提供一種在一個寬流率范圍內(nèi)具有較小誤差的流率計。
下面將說明本發(fā)明的各個實施例。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法包括以下步驟利用由一個流速測量部分所測得部分所測得的所有流速數(shù)據(jù)點(diǎn)中的n個相繼數(shù)據(jù)點(diǎn)(Xi，Yi)和存儲在一個參考數(shù)據(jù)存儲部分中的參考數(shù)據(jù)，獲取一條最佳接近線；通過增大或減小數(shù)n來使得n個數(shù)據(jù)點(diǎn)相對于最佳接近線的誤差全部位在一個預(yù)定誤差Er之內(nèi)；用一個流率系數(shù)計算部分為設(shè)定一個區(qū)域而進(jìn)行計算操作；以及把獲得的流率系數(shù)存儲在一個流率系數(shù)存儲部分中。
按照具有這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明流率系數(shù)設(shè)定方法，有可能利用一臺個人計算機(jī)或類似工具以良好的重現(xiàn)性容易且自動地設(shè)定流率系數(shù)，同時把流率值的誤差限定在一個預(yù)定誤差范圍內(nèi)。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，如果n個數(shù)據(jù)點(diǎn)(Xi，Yi)分布在最佳接近線的中間部分的兩側(cè)，則用一個線性函數(shù)來代表該最佳接近線。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能用一個簡單的線性函數(shù)來設(shè)定流率系數(shù)，從而能通過簡單的計算來獲得具有較小誤差的流率值。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，如果n個數(shù)據(jù)點(diǎn)(Xi，Yi)分布在最佳接近線的中間部分的同一側(cè)，則用一個二次函數(shù)來代表最佳接近線。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能用一條曲線在比采用線性函數(shù)時更寬的范圍上以較小的誤差來近似。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法包括以下步驟利用由一個流速測量部分所測得的所有流速數(shù)據(jù)點(diǎn)中的多個數(shù)據(jù)點(diǎn)(Xi，Yi)和存儲在一個參考數(shù)據(jù)存儲部分中的參考數(shù)據(jù)來獲取一條最佳接近曲線；把最佳接近曲線分割成m個區(qū)域；由一個流率系數(shù)計算部分為分別用各條最佳接近直線去接近各個區(qū)域而執(zhí)行計算操作；以及把獲得的流率系數(shù)存儲在一個流率系數(shù)存儲部分中。
采用這種結(jié)構(gòu)時，即使可得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目有限，也可能以較有效的方式和較短的時間選擇一條最佳曲線，使得能在較寬的范圍上以較小的誤差設(shè)定流率系數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，最佳接近曲線被沿y軸方向均勻地分割成m個區(qū)域。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能在較短的時間內(nèi)把數(shù)據(jù)范圍沿y軸方向分割成m個區(qū)域，從而有效地設(shè)定流率系數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，最佳接近曲線被沿X軸方向均勻地分割成m個區(qū)域，從而有效地設(shè)定流率系數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，最佳接近曲線被X軸方向分割成m個區(qū)域，其中每個區(qū)域的寬度反比于該區(qū)域的最佳接近直線的斜率。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能在較短的時間內(nèi)把數(shù)據(jù)范圍分割成m個區(qū)域，同時能在設(shè)定流率系數(shù)時有效地使各個區(qū)域的誤差互相接近。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，最佳接近曲線由Y＝a×log(X)＋b代表。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能在把設(shè)定范圍分割成m個區(qū)域時僅用少達(dá)兩個數(shù)據(jù)點(diǎn)來線性地逼近每個區(qū)域。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，最佳接近曲線由Y＝(a－b)/[1＋exp(-c×X)]＋b代表。
用采這種結(jié)構(gòu)時，有可能在把一個寬的設(shè)定范圍分割成n個區(qū)域時用少量的數(shù)據(jù)點(diǎn)來線性地逼近每個區(qū)域。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，流速測量部分包含一個熱型流速傳感器。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能特別對于低流率區(qū)域以較小的誤差和良好的重現(xiàn)性來設(shè)定流率系數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，流速測量部分包含一個超聲流速計。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能在一個寬流率范圍上以較小的誤差和良好的重現(xiàn)性來設(shè)定流率系數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)測定方法中，最佳接近線由線性函數(shù)或二次函數(shù)這樣的低冪次函數(shù)代表。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能以簡單的計算獲取具有較小誤差的流率值。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，一個同時含于兩個相鄰區(qū)域中的數(shù)據(jù)點(diǎn)被指定為屬于這兩個相鄰區(qū)域中的下述那一個區(qū)域，在該區(qū)域中基于最佳接近線計算得到的誤差Er比較小。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能減小區(qū)域邊界值的誤差。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，兩個相鄰區(qū)域的最佳接近線的交點(diǎn)被用作這兩個區(qū)域之間的邊界點(diǎn)。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能光滑地互相連接各個區(qū)域邊界點(diǎn)。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，在所需的整個數(shù)據(jù)范圍能被分解成預(yù)定數(shù)目的區(qū)域之前，誤差Er是逐漸增大的。
采用這種結(jié)構(gòu)時，即使區(qū)域數(shù)目是預(yù)定的，也有可能在以最小的誤差設(shè)定流率系數(shù)的同時把數(shù)據(jù)范圍分解成預(yù)定數(shù)目的區(qū)域。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，當(dāng)流體的種類從第一流體改變?yōu)榈诙黧w時，將通過把流率系數(shù)的X軸值乘上一個與流體種類有關(guān)的常數(shù)來把流率系數(shù)轉(zhuǎn)換成新的流率系數(shù)。
采用這種結(jié)構(gòu)時，即使流體的種類相對于用于設(shè)定流率系數(shù)的流體種類發(fā)生了改變，新流體的新流率系數(shù)也能容易地由轉(zhuǎn)換原先的流率系數(shù)得到，由此抑制了這種流體種類改變可能造成的誤差。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，該常數(shù)是一個新的流速(Vm×Vg/Vm)，它通過把第一流體的流速(Vm)乘上一個流速比(Vg/Vm)得到，其中Vg是任一流率系數(shù)值(Kc)下第二流體的流速。
采用這種結(jié)構(gòu)時，即使流體種類發(fā)生了變化，也仍有可能僅利用一個與流體種類有關(guān)的數(shù)據(jù)點(diǎn)來更新流率系數(shù)，從而免除了重新測量流率系數(shù)的必要性。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，當(dāng)流體的溫度從一個第一溫度改變成一個第二溫度時，將通過把一個流率系數(shù)的X軸值乘上一與溫度有關(guān)的函數(shù)值來把原來的流率系數(shù)轉(zhuǎn)換成新的流率系數(shù)。
采用這種結(jié)構(gòu)時，即使當(dāng)流體的溫度相對于設(shè)定流率系數(shù)時的溫度發(fā)生了變化，也能容易地把原有的流率系數(shù)轉(zhuǎn)換成新溫度下的新流率系數(shù)，從而抑制了流體溫度變化可能造成的誤差。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，用來獲取新流率系數(shù)的函數(shù)值由下式計算得到Vi·(Ts/Ti)-i其中Ts代表第一溫度，Ti代表第二溫度，Vi代表在Ti溫度下測得的流體流速，i代表一個指數(shù)。
采用這種結(jié)構(gòu)時，即使當(dāng)流體的溫度發(fā)生改變時，也有可能獲得新溫度下的流率系數(shù)，從而抑制了這種流體溫度變化可能造成的誤差。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，流體的絕對溫度(Tm)是由一個熱型流速計中的一個熱敏電阻確定的。
采用這種結(jié)構(gòu)時，不再需要單獨(dú)設(shè)置一個溫度傳感器，從而實現(xiàn)了一種有效的設(shè)定方法。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率系數(shù)設(shè)定方法中，流體的絕對溫度(Tm)是由一個超聲流速計中的超聲波傳播時間確定的。
采用這種結(jié)構(gòu)時，不再需要單獨(dú)設(shè)置一個溫度傳感器，而可以利用流體的特性實現(xiàn)精確的流體動力學(xué)溫度測量。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率計包括一個流速測量部分，用于測量流體的流速；一個流率系數(shù)存儲部分，用于存儲由上述流率系數(shù)設(shè)定方法所設(shè)定的流率系數(shù)；以及一個流率計算部分，用于利用存儲在流率系數(shù)存儲部分中的流率系數(shù)和測量的流速來計算流體的流率。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能提供一種在一個寬流率范圍上具有較小誤差的流率計。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率計中，流速測量部分包含一個熱型流速傳感器。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能提供一種特別在低流率區(qū)域中具有較小誤差和良好重現(xiàn)性的流率計。
在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種流率計中，流速測量部分包含一個超聲流速計。
采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能提供一種在一個寬流率范圍上具有較小誤差和良好重現(xiàn)性的流率計。
附圖的簡單說明

圖1是說明要發(fā)明實施例1的流率計的原理圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的一個包含熱型流速傳感器的流速測量部分；圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例1的一個包含超聲發(fā)射接收器的流速測量部分；圖4是說明本發(fā)明實施例1的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖5是說明本發(fā)明實施例1的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；
圖6是說明本發(fā)明實施例1的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖7是說明本發(fā)明實施例1的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖8是說明本發(fā)明實施例2的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖9是說明本發(fā)明實施例3的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖10是說明本發(fā)明實施例4的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖11是說明本發(fā)明實施例5的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖12是說明本發(fā)明實施例6的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖13是說明本發(fā)明實施例7的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖14是說明本發(fā)明實施例8的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖15是說明本發(fā)明實施例8的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖16是說明本發(fā)明實施例8的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖17是說明本發(fā)明實施例9的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖18是說明本發(fā)明實施例10的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖19是說明本發(fā)明實施例11的一個表明流率系數(shù)的特性的圖；圖20是說明本發(fā)明實施例16的一個流率計的結(jié)構(gòu)的圖；圖21是說明一個普通例子的流速測量部分的圖；以及圖22是說明一個普通例子的表明流率系數(shù)的特性的圖。
實行本發(fā)明的最佳模式(實施例1)圖1是說明根據(jù)本發(fā)明實施例1的一種流率計的流率系數(shù)設(shè)定方法的原理圖。參見圖1，該流率計包括一個包含一個熱型流速傳感器或超聲發(fā)射接收器的流速測量部分4；一個用于存儲一種流體的參考流率的參考數(shù)據(jù)存儲部分5；一個用于存儲由流速測量部分4所測得的流速數(shù)據(jù)的流速數(shù)據(jù)存儲部分6；一個用于計算流率系數(shù)的流率系數(shù)計算部分7；以及一個用于存儲計算得到的流率系數(shù)的流率系數(shù)存儲部分8。
流經(jīng)流速測量部分4的流體的參考流率數(shù)據(jù)被存儲在參考流率數(shù)據(jù)存儲部分5中。流經(jīng)流速測量部分4的流體的測得的流速被存儲在流速數(shù)據(jù)存儲部分6中。流率系數(shù)計算部分7利用存儲在參考流率數(shù)據(jù)存儲部分5中的參考流率數(shù)據(jù)和存儲在流速數(shù)據(jù)存儲部分6中的流體流速數(shù)據(jù)計算出流率系數(shù)。計算結(jié)果被存儲在流率系數(shù)存儲部分8中。
圖2示出一個以一個熱型流速傳感器作為流速測量裝置的流速測量部分。圖3示出另一個以超聲發(fā)射接收器作為流速測量裝置的流速測量部分。
參見圖2，熱型流速傳感器10作為一個流速測量裝置設(shè)置在一個輸流管9中的一個點(diǎn)處，熱型流速傳感器10包含一個熱敏電阻和一個加熱元件。由一個外部單元向加熱元件暫時提供電功率。然后，熱敏電阻在加熱元件的加熱與流體對熱敏電阻的冷卻之間的熱平衡狀態(tài)可由熱敏電阻的電阻值測得，這個熱平衡狀態(tài)再被轉(zhuǎn)換成流體的流速。在此情形中，由流速測量裝置所測得的流體流速(Vm)代表了流體在流速測量裝置鄰近的那一部分的流速。如果事先恰當(dāng)?shù)貥?biāo)定了熱每電阻，便有可能由電阻值的變化測出流體的溫度。
參見圖3，超聲發(fā)射接收器12和13分別被設(shè)置在輸流管11中的相對上游方和下游方。上游方和下游方的超聲發(fā)射接收器12和13各自向?qū)Ψ桨l(fā)射一個超聲波，由此來測量超聲波在兩個方向上的傳播時間。由這兩個傳播時間的差值可以測出流體的流速。在圖3中，虛線14代表超聲波的傳播方向，點(diǎn)劃線15和箭頭16都代表流體的流動方向。代號17(θ)代表超聲波傳播方向與流動方向之間的夾角。在此情形中，作為流速測量裝置的超聲波發(fā)射接收器所測量的流速(Vm)是流體沿著超聲波傳播方向14的平均流速。
上述操作可以用公式表示為
Tud＝L/(Vs＋Vm×cosθ)；和Tdu＝L/(Vs－Vm×cosθ)其中，Tud代表由上游方超聲發(fā)射接收器12發(fā)射的超聲波傳播到下游方超聲發(fā)射接收器13所需的時間；Tdu代表由下游方超聲發(fā)射接收器13發(fā)射的超聲波傳播到上游方超聲發(fā)射接收器12所需的時間；L代表超聲發(fā)射接收器12與13之間的距離；Vs代表聲速；Vm代表流體流速。
于是，Vs＋Vm×cosθ＝L/Tud，和Vs－Vm×cosθ＝L/Tdu，這兩個表達(dá)式的和及差分別是2×Vs＝(L/Tud)＋(L/Tdu)；以及2×Vm×cosθ＝(L/Tud)－(L/Tdu)；從而，Vs＝(L/2)×{(1/Tud)＋(1/Tdu)}；和Vs＝{L/(2×cosθ)}×{(1/Tud)－(1/Tdu)}；由上可以看出，聲速可以根據(jù)兩個超聲發(fā)射接收器之間的距離L及兩個傳播時間Tud和Tdu的倒數(shù)和計算得到。流速Vm可以根據(jù)兩個超聲發(fā)射接收器之間的距離L及兩個傳播時間Tud和Tdu的倒數(shù)差計算得到。
圖4對一些數(shù)據(jù)組(Vm，K)示出了流體流速(Vm)與用前述方法測得的流率系數(shù)(K)之間的關(guān)系。這些數(shù)據(jù)組被存儲在參考數(shù)據(jù)存儲部分5和流速數(shù)據(jù)存儲部分6中。
圖4的水平軸示出由流速測量裝置測得的流體流速(Vm)，垂直軸示出流率系數(shù)(K)。如前所述，流率系數(shù)(K)可以由K＝Va/Vm算得。這里，平均流速(Va)可以由Va＝Qa/S算得(其中Qa代表參考流率，S代表輸流管的橫截面面積)。這樣，參考流率(Qa)可以表示為Qa＝S×Va＝S×K×Vm。
下面將說明根據(jù)本發(fā)明的用于流率系數(shù)計算部分7的流率系數(shù)(K)的設(shè)定方法。首先，選擇任意數(shù)目(例如5個)的相繼數(shù)據(jù)組(Vm，K)(圖4中的17、18、19、20和21)。然后，例如利用最小二乘法計算出一條能給出流率轉(zhuǎn)換系數(shù)(K)的最佳接近直線22。
最佳接近直線22是一條能根據(jù)流速測量裝置所測得的流速值(Vm)給出流率系數(shù)的直線。最佳接近直線22可以由下式表示Kc＝A×Vm＋B其中A和B分別代表該直線的斜率和截距。
計算所選5個數(shù)據(jù)組中每個數(shù)據(jù)組相對于最佳接近直線22的誤差，然后判斷這些誤差是否在預(yù)定誤差范圍Er(例如0.5％)之內(nèi)。具體地說，把測得的流速Vm代入最佳接近直線22的表達(dá)式(Kc＝A×Vm＋B)中，并計算出近似的流率系數(shù)(Kc)。將計算出近似的流率系數(shù)(Kc)與測量的流率系數(shù)(K)相比較，便得到它們之間的誤差。
如果所有的數(shù)據(jù)組(本例中為5個數(shù)據(jù)組)都在誤差Er(0.5％)之內(nèi)，則如圖5所示，添加一個新的數(shù)據(jù)組23，從而把數(shù)據(jù)組的數(shù)目增加到6。用與上述同樣的方法，利用這6個數(shù)據(jù)組由最小二乘法獲得另一條能給出流率系數(shù)(K)的最佳接近直線24。判斷這6個數(shù)據(jù)組相對于最佳接近直線24的誤差是否全都在誤差Er之內(nèi)。在本例中，6個數(shù)據(jù)組中有一組(例如數(shù)據(jù)組20)的誤差大于Er。于是，在本例中，位于預(yù)定誤差范圍Er之內(nèi)的最多可能的相繼數(shù)據(jù)組數(shù)目為5。這樣，設(shè)定第一區(qū)域?qū)?個數(shù)據(jù)組17、18、19、20和21。
接著，從第一區(qū)域的最后一個數(shù)據(jù)組21開始，選擇任意數(shù)目的數(shù)據(jù)組(21、23、25、26、…)。然后如上所述，用最小二乘法計算出一條最佳接近直線，并判斷這些數(shù)據(jù)組是否在誤差Er之內(nèi)。這樣，用上述方法設(shè)定一個滿足誤差Er的第二區(qū)域。例如，如果有6個數(shù)據(jù)組21、23、25、26、27和28而不是更多個數(shù)據(jù)組在誤差Er之內(nèi)，則將確定第二區(qū)域?qū)@6個數(shù)據(jù)組，由此得到了另一條最佳接近直線29。這一情況示于圖6。在該情形中，數(shù)據(jù)組21是兩個區(qū)域之間的邊界點(diǎn)。其后按此方法設(shè)定其他各個區(qū)域。當(dāng)完成了這種設(shè)定操作時，每個區(qū)域中由最佳接近直線給出的流率系數(shù)都將在預(yù)定誤差Er之內(nèi)。
圖7示出所獲得的包括了多個區(qū)域的多條最佳接近直線。包括了多個區(qū)域30—39的這些能給出流率系數(shù)的最佳接近直線被存儲在流率系數(shù)存儲部分中。第一區(qū)域30包含5個數(shù)據(jù)組，它們的最佳接近直線由代號22表示。第二區(qū)域31包含6個數(shù)據(jù)組，它們的最佳接近直線由代號32表示。第三區(qū)域33包含7個數(shù)據(jù)組，它們的最佳接近直線由代號34表示。第四區(qū)域35包含4個數(shù)據(jù)組，它們的最佳接近直線由代號36表示。第五區(qū)域37包含4個數(shù)據(jù)組，它們的最佳接近直線由代號38表示。第六區(qū)域39包含6個數(shù)據(jù)組，它們的最佳接近直線由代號40表示。
當(dāng)把上述方法應(yīng)用于一部分區(qū)域時，可以設(shè)定一個上限值或一個下限值，使得設(shè)定操作可以從一個數(shù)據(jù)組沿著向著上限值或下限值的單個方向進(jìn)行。在這種情形下，有可能更有效地執(zhí)行設(shè)定操作，從而可節(jié)省時間。
(實施例2)圖8示出存儲在流率系數(shù)存儲部分中的一個區(qū)域的流速(Vm)與流率系數(shù)(K)之間的關(guān)系。在圖8中，代號40表示一條最佳接近直線，代號41表示比最佳接近直線40高0.5％的另一條最佳接近直線，代號42表示比最佳接近直線低0.5％的另一條最佳接近直線，代號43表示該區(qū)域的上限，代號44表示該區(qū)域的下限。在此情形中，測得的流速(Vm)與流率系數(shù)(K)之間的關(guān)系是分布在一個相對于由一個線性函數(shù)所代表的最佳接近直線40的±0.5％的范圍之內(nèi)的。這樣，一條由線性函數(shù)所代表的最佳接近線便足以近似所得到的那些數(shù)據(jù)點(diǎn)。
(實施例3)圖9示出存儲在流率系數(shù)存儲部分中的另一個區(qū)域的流速(Vm)與流率系數(shù)(K)之間的關(guān)系。在圖9中，代號45表示一條最佳接近線，代號46表示比最佳接近線45高0.5％的另一條最佳接近線，代號47表示比最佳接近線45低0.5％的另一條最佳接近線，代號48表示該區(qū)域的上限，代號49表示該區(qū)域的下限。在此情形中，測得的流速(Vm)與流率系數(shù)(K)之間的關(guān)系是按一個鐘形的曲線分布的。具體地說，位于由一個線性函數(shù)所代表的區(qū)域(位于48與49之間)的中央部分的那些數(shù)據(jù)點(diǎn)向著最佳接近線45的上方移動。另一方面，靠近上限48的那些數(shù)據(jù)點(diǎn)和靠近下限49的那些數(shù)據(jù)點(diǎn)則向著最佳接近線45的下方移動。在該情形下，如果用一條鐘形二次曲線50來代表一條最佳接近線，則各個數(shù)據(jù)點(diǎn)將被該最佳接近二次曲線更好地逼近。
所以，當(dāng)位于一個區(qū)域的中央部分的那些數(shù)據(jù)點(diǎn)移向最佳接近線的一側(cè)時，用一個二次函數(shù)來代表最佳接近線將比用線性函數(shù)來代表要更為有效，這將使得可以減小誤差和/或把更大的范圍設(shè)定為一個區(qū)域，從而使設(shè)定操作更為有效。
(實施例4)下面將說明流率系數(shù)設(shè)定的另一種方法。
圖10示出對應(yīng)于一些數(shù)據(jù)組(Vm，K)的測得的流速(Vm)與流率系數(shù)(K)的關(guān)系。這些數(shù)據(jù)組被存儲在參考數(shù)據(jù)存儲部分5和流速數(shù)據(jù)存儲部分6中。
首先，由流率系數(shù)計算部分7利用圖10中的所有數(shù)據(jù)組(Vm，K)和最小二乘法或類似方法計算出一個能給出流率系數(shù)K的最佳接近函數(shù)。最佳接近函數(shù)例如可以是一個5次曲線Y＝a5X5＋a4X4＋a3X3＋a2X2＋a1X1＋a0X0。在圖10中該最佳接近曲經(jīng)由實線51表示。預(yù)定的流速范圍被分成預(yù)定數(shù)目n個區(qū)域。通過把沿著所得實線51上的值作為流率系數(shù)的真值，對每個區(qū)域進(jìn)行線性逼近。這樣，即使對于一個位于兩個測量數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的不具有測量值的點(diǎn)，也可以利用5次曲線51由流速(Vm)計算出流率系數(shù)(K)。所以有可能更精確地獲得一條接近直線。
由上述方法計算得到的最佳接近線被存儲在流率系數(shù)存儲部分8中。
從上述5次表達(dá)式可以看出，只需要6個數(shù)據(jù)點(diǎn)就可以得到一條5次曲線(或6個未知量“a5、a4、a3、a2、a1和a0”)。相應(yīng)地，獲得一條4次曲線需要5個數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得一條3次曲線需要4個數(shù)據(jù)點(diǎn)。這樣，按照上述方法，可以用少量的數(shù)據(jù)點(diǎn)來復(fù)覆一個寬的范圍。此外，如果預(yù)先知道趨勢，就可以通過根據(jù)最佳接近線的冪次確定流速(Vm)與流率系數(shù)(K)之間的關(guān)系來更有效地設(shè)定流率系數(shù)。
(實施例5)下面將說明把一個給定的流速范圍分割成n個區(qū)域的一種方法。圖11示出把流速(Vm)的范圍分割成5個區(qū)域的情況。較具體地說，流速(Vm)的范圍被分割成如下5個區(qū)域0—1.3，1.3—2.6，2.6—3.9，3.9—5.2，和5.2—6.5。對于每個邊界處的Vm值，都用5次曲線51計算出流率系數(shù)(K)。計算得到的各個邊界點(diǎn)互相用直線連接起來。這5條直線(圖11中的5條實線52、53、54、55和56)被用作流率系數(shù)的最佳接近直線。例如，對于實線52，其兩端數(shù)據(jù)組是由圖10所示的5次曲線計算得到的，得到的兩個數(shù)據(jù)組(Vm，K)是(0，0.65)和(1.3，0.87)。然后流率系數(shù)(K)可以由下式表示K＝0.16×Vm＋0.65。如上所述，即使一個不具有測量數(shù)據(jù)的點(diǎn)也可容易地計算出來。這樣，可以容易地設(shè)定一條接近直線。
(實施例6)下面將說明另一種分割成n個區(qū)域的方法。圖12示出把流率系數(shù)(k)的范圍分割3個區(qū)域的情況。較具體地說，流率系數(shù)(K)的范圍被分割成這樣3個區(qū)域0.65—0.77，0.66—0.88，和0.88—0.98。對于每個邊界處的流率系數(shù)(K)，計算出一個對應(yīng)于邊界點(diǎn)的數(shù)據(jù)組。計算得到的各數(shù)據(jù)點(diǎn)互相用直線連接起來。這些直線(在圖12中分別由三條實線57、58和59表示)分別被用作相應(yīng)區(qū)域的流率系數(shù)接近直線。
如同實施例5一樣，即使一個不具有測量數(shù)據(jù)的點(diǎn)也可以容易地計算出來。這樣，可以容易地設(shè)定接近直線。所設(shè)定的用于計算流率系數(shù)(K)的各接近直線被存儲在流率系數(shù)存儲部分中。
在實施例5的設(shè)定方法中，上限值或下限值最好對流速Vm(或者，對于實施例6，最好對流率系數(shù)(K))給出，這樣可更有效地執(zhí)行設(shè)定操作。用這種方法，可以在更短的時間內(nèi)更有效地執(zhí)行設(shè)定操作，尤其當(dāng)把本發(fā)明應(yīng)用于流率計或類似器件時更是這樣，因為那里通常預(yù)先給定了所要求的流速范圍或流率系數(shù)范圍。
(實施例7)下面將說明又一種分割成n個區(qū)域的方法。在該實施例中，每個區(qū)域的寬度(沿x軸的寬度)被設(shè)定得反比于接近直線的斜率，從而可改善對流率系數(shù)(K)的接近程度。采用這種方法時，斜率較大的區(qū)域具有較小的x軸方向?qū)挾?，斜率較小的區(qū)域具有較大的x軸方向?qū)挾?。其結(jié)果是，取決于斜率的接近直線的接近程度在全部區(qū)域中變得更為均勻。圖13示出用這種方法把一個數(shù)據(jù)范圍分割5個區(qū)域的情況。較具體地說，流率系數(shù)(K)的數(shù)據(jù)范圍被分割成這樣5個區(qū)域0.65—0.73，0.73—0.83，0.83—0.88，0.88—0.93，和0.93—0.98。在該圖中，5條接近直線分別由5和實線60、61、62、63和64表示。如上所述，即使對于一個不具有測量數(shù)據(jù)的點(diǎn)，也可以利用5次曲線容易地計算出一個對應(yīng)于邊界值的數(shù)據(jù)組。這樣，可以容易地設(shè)定接近直線。設(shè)定的用于計算流率系數(shù)(K)的接近直線被存儲在流率系數(shù)存儲部中。
(實施例8)下面將參考圖14說明再一種分割成n個區(qū)域的方法，在該方法中對流率系數(shù)的接近程度被進(jìn)一步改善，從而能更好地把誤差限制在預(yù)定誤差Er之內(nèi)。圖14示出一條由測量數(shù)據(jù)組(Vm，K)得到的5次曲線51。較具體地說，圖14示出利用5次曲線51作為預(yù)定誤差Er例如為2％的流率系數(shù)真值，從上限值65(用符號“O”表示)開始的設(shè)定操作的情況。在5次曲線51上任意選擇一個其流速(Vm)小于點(diǎn)65的流速的點(diǎn)，例如點(diǎn)66(也用符號“O”表示)。參見圖15所示的放大圖，用一條直線(由虛線67表示)把點(diǎn)65與66互相連接起來。假定直線67是一條能給出流率系數(shù)(k)的接近直線。由于直線67通過了5次曲線51上的兩個點(diǎn)65和66，所以可以利用前述的5次表達(dá)式容易地計算出兩個點(diǎn)65和66的標(biāo)值(Vm，K)。從而代表通過兩個點(diǎn)65和66的直線的表達(dá)式也可以容易算得。
然后，對點(diǎn)65和66之間的一個選定流速Vm計算出流率系數(shù)(K)。具體地說，利用5次曲線51計算出流率系數(shù)(K)的真值。此外，對于流速Vm還利用直線67計算出流率系數(shù)的近似值(Kc)。通過對計算的近似值(Kc)與真值(K)進(jìn)行比較，計算出它們之間的誤差。如果該誤差在預(yù)定誤差Er(2％)之內(nèi)，則把點(diǎn)66向較小流速(Vm)方向(即向圖15的左方)作少許移動，并重復(fù)上述操作。如果算得的誤差大于預(yù)定誤差Er(2％)，則把點(diǎn)66向較大流速(Vm)方向(即向圖15的右方)作少許移動，并重復(fù)上述操作。點(diǎn)66每次移動的量取決于所要求的精度。在本實施例中，每次移動量被設(shè)定為0.001。
圖16示出上述操作的結(jié)果。參見圖16，從上限值65(用符號“O”表示)開始設(shè)定了5條接近直線(由虛線67、68、69、70和71表示)，其中每條接近直線的誤差都在誤差Er(2％)之內(nèi)。這樣，預(yù)定的流速(Vm)范圍被分割成了5個區(qū)域。得到的結(jié)果表明，5次曲線51上任何一點(diǎn)相對于利用這些接近直線計算得到的數(shù)據(jù)的誤差都在2％之內(nèi)。設(shè)定的用于計算流率系數(shù)(K)的接近直線被存儲在流率系數(shù)存儲部分中。
(實施例9)現(xiàn)在將說明再一種分割成n個區(qū)域的方法，該方法與實施例8的類似，但更適用于區(qū)域的最大數(shù)目也即接近直線的最大數(shù)目有所限制的情況。例如，假定接近直線(區(qū)域)的最大數(shù)目為3。實施例8中的設(shè)定操作是在預(yù)定誤差Er為2％的條件下進(jìn)行的，結(jié)果得到了5條接近直線(5個區(qū)域)。由于這個數(shù)目超過了允許的最大區(qū)域數(shù)目(3個)，所以將逐步增大預(yù)定誤差Er，例如增大為2.5％、3.0％等等，并重復(fù)實施例8中的設(shè)定操作。用這種方法可以得到在全部區(qū)域上具有最佳誤差分布的3條接近直線(3個區(qū)域)。
另一方面，當(dāng)接近直線的數(shù)目可以大到10時，則可以逐步減小預(yù)定誤差Er，例如減小到1.5％、0.5％等等，由此可以得到在全部區(qū)域上具有最佳誤差分布的10條接近直線(10個區(qū)域)。對于圖14至16中所示的數(shù)據(jù)，當(dāng)誤差Er為0.5％時接近直線的數(shù)目為9。用這種方法可以對任何特定數(shù)目的接近直線得到最佳的誤差分布。設(shè)定的用于計算流率系數(shù)(K)的接近直線被存儲在流率系數(shù)存儲部分中。
(實施例10)下面將說明一種可以用作流率系數(shù)(K)的真值的非5次曲線函數(shù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在圖2和3所示的流速測量部分布局條件下，下述這種函數(shù)形式具有高于5次函數(shù)的接近程度。
Y＝a×log(X)＋b其中X代表流速(Vm)，Y代表流率系數(shù)(K)。
圖17示出由上述表達(dá)式在a＝0.067和b＝0.299時得到的一條實線72。從圖17可以看出，實線72是一條在流速(Vm)從0.2到6.0的寬范圍內(nèi)的良好接近曲線。在該情形中，由于只有兩個未知量(a和b)，所以只用兩個測量數(shù)據(jù)點(diǎn)就可以計算出上述表達(dá)式，進(jìn)而能計算出一個寬范圍上的接近曲線。這樣，也有可能通過根據(jù)兩個數(shù)據(jù)組(Vm，K)計算出上述表達(dá)式并利用計算值作為流率系數(shù)的真值來計算出接近直線。這樣，操作效率將大為改進(jìn)。在實施例10中，上述函數(shù)形式被應(yīng)用于所有的區(qū)域?；蛘撸部梢酝ㄟ^部分地把上述形式應(yīng)用于某些區(qū)域來更有效地進(jìn)行設(shè)定操作。
(實施例11)下面將說明另一種函數(shù)形式。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于圖2和3所示的流速測量部分布局，如果在輸流管中流速測量部分的上游方設(shè)置一個整流(rectification)部分，則流率系數(shù)(K)在低流速區(qū)域和高流速區(qū)域?qū)②呄蛴诮咏粋€恒定值。在該情形中，由下述表達(dá)式代表的函數(shù)將比實施例10中的函數(shù)具有更高的接近程度。
Y＝(a－b)/[1＋exp(-cX)]＋b其中X代表流速(Vm)，Y代表流率系數(shù)(K)，a、b、c為未知量。
這里，未知量b代表低流速區(qū)域中的恒定值，即流率系數(shù)的下限值。未知量a代表高流速區(qū)域中的恒定值，即流率系數(shù)的上限值。圖18示出當(dāng)在上游方設(shè)置了整流部分時測量得到的流率系數(shù)值和上述表達(dá)式在a＝0.920、b＝0.385、c＝1.50情況下計算得到的流率系數(shù)值。在圖18中，每個符號“◇”代表一個測量值，而實線73則是一條由上述表達(dá)式得到的曲線。可以看出，上述含有3個未知量a、b、c的函數(shù)表現(xiàn)出十分寬范圍上的良好接近性。上述表達(dá)式可以只用少達(dá)3個數(shù)據(jù)組(Vm，K)計算出來。利用得到的值作為流率系數(shù)(K)的真值，有可能不必測量許多個數(shù)據(jù)點(diǎn)而容易地設(shè)定關(guān)于流率系數(shù)(K)的接近直線。
同樣，設(shè)定的用于計算流率系數(shù)(K)的接近直線被存儲在流率系數(shù)存儲部分中。還已經(jīng)確認(rèn)，當(dāng)流率系數(shù)(K)在高流速區(qū)域呈現(xiàn)出向右上方傾斜的變化(即流率系數(shù)(K)隨流速正比地增大)時，可以通過把上述函數(shù)形式中的a用d×X＋e代替來獲得對測量值的良好近似。不過，在此情形中多出了一個未知量d。在實施例11中，上述函九形式被應(yīng)用于所有的區(qū)域?；蛘撸部梢詢H把該函數(shù)形式部分地應(yīng)用于某些區(qū)域，從而使設(shè)定操作能更有效地進(jìn)行。
(實施例12)下面將討論如何來處理兩個相鄰區(qū)域之間的邊界點(diǎn)。流率系數(shù)和區(qū)域是利用相繼的各個數(shù)據(jù)組設(shè)定的。結(jié)果，對應(yīng)于兩個區(qū)域之間的數(shù)據(jù)組將同時屬于兩個區(qū)域。如果由流速測量部分測得的液體流速與某個邊界流速值相同，則有必要確定區(qū)域。如果由流速測量部分測得的液體流速與某個邊界流速值相同，則有必要確定應(yīng)使用哪一個區(qū)域的流率系數(shù)來對應(yīng)測量的流速。根據(jù)實施例12，兩個相鄰區(qū)域之間的邊界值被設(shè)定為屬于能給出較小流率系數(shù)誤差的那個區(qū)域。結(jié)果，有可能減小邊界值的誤差。
(實施例13)下面將說明一種設(shè)定邊界值的方法。把對兩個相鄰區(qū)域設(shè)定的兩條低次最佳接近的交點(diǎn)用作這兩個區(qū)域之間的邊界值。
這個方法可以減小可能出現(xiàn)在兩條相鄰最佳接近線之間的間隙，由此可更光滑地把兩條最佳接近線連接起來。此外，采用該方法時，有可能唯一地確定兩個相鄰區(qū)域之間的邊界，并實現(xiàn)測量流速(Vm)與流率系數(shù)(K)之間的一、一對應(yīng)關(guān)系。
(實施例14)另一種設(shè)定流率系數(shù)的方法適用于在設(shè)定了流率系數(shù)(K)之后待測流率的流體種類發(fā)生了變化的情況。例如，假定這樣一種情況起始要測量空氣的流率，因此獲取了一些測量值(在圖18中這些值都用符號“◇”表示)并設(shè)定了流率系數(shù)(K)(圖18中用實線73代表)，但后來要測量的流體改變成了氮?dú)狻⒓淄?、丙烷等等。參見圖18，空氣在0—7m/s流速范圍內(nèi)的流率系數(shù)(K)例如約從0.65變到0.98。流率系數(shù)值在0.65與0.98之間的中間值約為K＝0.80。于是用流速測量裝置測量新流體在K＝0.80的流速，并用下述公式計算流速比RvRv＝Vm(新氣體，0.80)/Vm(空氣，0.80)其中Vm(新氣體，0.80)代表新流體在K＝0.80時的流速，Vm(空氣，0.80)代表測得的K＝0.80時的空氣流速。
然后，可以通過把測得的空氣流速(可從圖18得到)乘上流速比Rv來得到新的流速。圖19以雙點(diǎn)劃線74示出得到的結(jié)果。在該例子中，流速比Rv約從2到3。如上所得到的雙點(diǎn)劃線74代表了新流體(氣體)的經(jīng)轉(zhuǎn)換的流率系數(shù)(K)。圖19中的實線73代表空氣的流率系數(shù)(K)。
用這種方法，即使待測流體發(fā)生了改變，也仍能容易地重新計算出流率系數(shù)(K)。這樣，有可能不再必須對新流體(氣體)進(jìn)行新的流率系數(shù)測量而容易地獲得新流體(氣體)的流率系數(shù)。換言之，有可能通過根據(jù)流體種類來改變(本例中為重新標(biāo)定)流速(Vm)以獲得另一種流體的流率系數(shù)。如前所述，待測流體的任何變化都可以簡單地通過給流率系數(shù)(K)圖的水平軸值(Vm)乘上一個取決于流體種類的常數(shù)(即流速比Rv)來適應(yīng)。
(實施例15)下面將討論一種適用于下述情況的流體流率系數(shù)設(shè)定方法，在該情況中，當(dāng)對某種流體于某一溫度下設(shè)定了流率系數(shù)(K)之后，待測流率的流體的溫度發(fā)生了變化。當(dāng)流體的溫度發(fā)生了變化時，流體的特性可能隨之改變，從而造成測量流率值的誤差。實施例15的方法即使在流體曙度發(fā)生了變化時也可以以較小的誤差給出流率值。
例如，假定圖18所示的流率系數(shù)(K)原先是在溫度Ts(例如20℃或293.15K，參考溫度)下設(shè)定的。但在測量流體的流率之前流體的溫度改變成(例如由于環(huán)境溫度的變化)了一個新的溫度Ti。如果在該新溫度下使用原定的流率系數(shù)(K)，將造成誤差。通過實驗已經(jīng)確認(rèn)，有可能用下述方法把誤差限制在實際上不會成為問題的水平上(例如小于等于約1.5％)。首先在新溫度Ti下測量流速Vi。然后按下式把流速Vi轉(zhuǎn)換成一個新流速Vi2Vi2＝Vi×(Ts/Ti)-i其中Ts代表設(shè)定流率系數(shù)(K)時的流體溫度，Ti代表測量流體流率時的流體溫度，Vi代表新溫度Ti下測得的流體流速，i代表一個下面將要說明的指數(shù)。這里，溫度Ts和Ti都是絕對溫度[K]。
然后，由圖18獲得新溫度Ti下的一個流率系數(shù)Ki，作為對應(yīng)于轉(zhuǎn)換流速Vi2的流率系數(shù)值。最后，根據(jù)所得到的流率系數(shù)Ki計算出流體的流率。
關(guān)于指數(shù)i，已經(jīng)確認(rèn)它最好應(yīng)在約1.5至3.0之間，尤其最好在2.5左右，這個值表現(xiàn)出與實驗數(shù)據(jù)有最佳的一致性。
舉例而言，假定下述情況；在流體溫度Ts＝20℃(293K)下設(shè)定了流率系數(shù)(K)，其后在流體溫度Ti＝0℃(273K)下測得同一流體的流速Vi＝2m/s。在20℃下，可以從圖12讀出2m/s流速對應(yīng)的流率系數(shù)(K)約為0.89。但由于溫度己改變成0℃，所以應(yīng)代之以按如下步驟來獲得流率系數(shù)(K)。首先，利用上述公式把測得的流速Vi轉(zhuǎn)換成Vi2Vi2＝2·(293/273)-2.5＝2.38m/s然后可以從圖18讀出0℃溫度下的流體流率系數(shù)(Ki)約為0.91(對應(yīng)于Vm＝2.38m/s)。
這樣，即使流體溫度發(fā)生了變化，也可以通過轉(zhuǎn)換圖18中的實線73，也即把第一溫度(20℃)下的流率系數(shù)轉(zhuǎn)換成新溫度下的另一個流率系數(shù)，來獲得新溫度下的流率系數(shù)值，從而免去了在新溫度下重新測量流率系數(shù)的必要性，進(jìn)而使設(shè)定操作十分高效。換言之，由于是利用了一個最佳函數(shù)來設(shè)定對流率系數(shù)的接近直線的，所以有可能即使當(dāng)流體溫度發(fā)生變化時，利用簡單的坐標(biāo)變換，即給x軸值(流速)乘上一個與溫度有關(guān)的函數(shù)值(例如本例中的溫度比)，來計算出新溫度下的新流率系數(shù)。
為了測量流體溫度，可以在輸流管中獨(dú)立設(shè)置一個溫度傳感器。但根據(jù)本發(fā)明，這也不一定是必要的。例如，當(dāng)流體流速是用一個熱型流速傳感器測量時，由于熱型流速傳感器包含了一個熱敏電阻，所以可以通過測量該電阻的電阻值容易地獲得流體的溫度。
當(dāng)用一對超聲發(fā)射接收器(它們分別設(shè)置在輸流管中的相對上游方和下游方)測量流體流速時，由于下述原因，也沒有必要單獨(dú)設(shè)置一個溫度傳感器。
位于上游方和下游方的超聲發(fā)射接收器之間的距離L是已知的常量。因此，根據(jù)兩個超聲發(fā)射接收器之間的平均傳播時間(即從上游方到下游方與從下游方到上游方的傳播時間的倒數(shù)和)，即可從下式獲得聲音在測量流體中的傳播速度VsVs＝(L/2)×{(1/Tud)＋(1/Tdu)}可以看出，上述聲速表達(dá)式中不含有流體的流速項。這意味著待測流體中的聲速可以獨(dú)立于流體的流速獲得。
由于流體中的聲音傳播速度與流體溫度有強(qiáng)烈依賴關(guān)系，所以有可能根據(jù)聲速來獲得流體溫度。眾所周知，空氣中的聲速V(空氣)m/s可表示為如下的線性函數(shù)V(空氣)＝331.5＋0.6×t，或V(空氣)＝331.5＋0.6×(Tabs-273.15)其中t代表攝氏溫度(℃)，Tabs代表絕對溫度(K)。
由于如上所述，流體溫度t可以容易地由聲速V(空氣)得到，所以在本發(fā)明中沒有必要單獨(dú)設(shè)置一個溫度傳感器來測量流體溫度。
在上述實施例15中，為了適應(yīng)流體的溫度變化而使用了流體的溫度比(絕對溫度比)來轉(zhuǎn)換流率系數(shù)。然而，由于如上所述，流體的溫度與流體中的聲速是相互強(qiáng)烈相關(guān)的，所以也可以用流體的聲速比來代替溫度比。不過在此情形中指數(shù)i可能與前述稍有不同。
(實施例16)現(xiàn)在將參考圖20說明一種利用由本發(fā)明流率系數(shù)設(shè)定方法所得到的流率系數(shù)(K)的流率計。參見圖20，該流率計包括一個流速測量部分4，用于測量流體的流速；一個流率系數(shù)存儲部分8，用于存儲上述根據(jù)本發(fā)明設(shè)定的流率系數(shù)；一個流率計算部分75，用于根據(jù)由流速測量部分4測得的流體流速為(Vm)和存儲在流率系數(shù)存儲部分8中的流率系數(shù)(K)來計算流體的流率；以及一個輸出部分76，用于輸出計算得到的流率值(Qcal)。當(dāng)流速測量部分4測得流體流速為Vm時，將從流率系數(shù)存儲部分8獲得對應(yīng)于流速Vm的流率系數(shù)(K)。然后，流率計算部分75通過執(zhí)行計算Qcal＝S×Vm×K來獲得流體的流率(Qcal)。計算結(jié)果被輸出給輸出部分76，該部分包含一個液晶顯示器或類似器件。
如上所述，本發(fā)明的流率計包含了用于存儲根據(jù)前面詳述的流率系數(shù)設(shè)定方法所設(shè)定的流率系數(shù)的流率系數(shù)存儲部分8。所以，本發(fā)明的流率計能輸出具有較小誤差的流率值。即使流體種類相對于設(shè)定流率系數(shù)時所用的流體發(fā)生了變化，也可以如前所述容易地轉(zhuǎn)換流率系數(shù)，從而本發(fā)明的流率計仍能輸出具有較小誤差的流率值。此外，當(dāng)流體的濕度發(fā)生變化時，也能如前述那樣地轉(zhuǎn)換流率系數(shù)，從而本發(fā)明的流率計仍能輸出具有較小誤差的流率值。
(實施例17)實施例17中的流率計與上述實施例16中說明的類似，只是實施例17中的流速測量部分4采用了一個熱型流速傳感器。換言之，流速測量部分4具有圖2所示的結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能提供一種特別在低流率區(qū)域具有較小誤差的流率計。此外，流體的溫度可以直接由熱型流速傳感器中的熱敏電阻測量。這樣，這種流率計可以有較簡單的結(jié)構(gòu)，不必要單獨(dú)設(shè)置一個溫度傳感器來測量流體的溫度。
(實施例18)實施例18中的流率計與上述實施例16中的類似，只是實施例18中的流速測量部分4采用了一對分別設(shè)置在流體管中流速測量部分的上游和下游方的超聲發(fā)射接收器。換言之，流速測量部分4具有圖3所示的結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)時，有可能提供一種特別在一個寬流率范圍上具有較小誤差的流率計。此外，流體的溫度可以直接根據(jù)聲速測量。這樣，這種流率計可以有較簡單的結(jié)構(gòu)，不必要單獨(dú)設(shè)置一個溫度傳感器來測量流體的溫度。
工業(yè)應(yīng)用性從上述說明可以明顯看出，本發(fā)明的流率系數(shù)設(shè)定方法首先利用任選數(shù)目的相繼數(shù)據(jù)組獲得低次最佳接近線，然后通過選擇(或調(diào)節(jié))數(shù)據(jù)組的數(shù)目獲得讓最大可能數(shù)目的數(shù)據(jù)組全部位在一個預(yù)定誤差Er之內(nèi)，從而有效地設(shè)定最佳接近線。
或者，也可以利用一個寬范圍上的一些數(shù)據(jù)組獲得一條代表最佳接近曲線的高次函數(shù)，然后根據(jù)該最佳接近曲線獲得代表對流率系數(shù)的最佳接近線的低次函數(shù)。在此情形下，有可能利用有限數(shù)目的數(shù)據(jù)組在一個寬范圍上快速而有效地計算出流率系數(shù)。
本發(fā)明的另一種流率系數(shù)設(shè)定方法通過給x軸值乘上一個與流體種類有關(guān)的常數(shù)來把對一種類型流體的流率系數(shù)轉(zhuǎn)換成對另一種流體的新流率系數(shù)。這樣，即使流體種類相對于設(shè)定流率系數(shù)時所用的流體發(fā)生了變化，也能容易地把流率系數(shù)轉(zhuǎn)換成對新流體的新流率系數(shù)，由此實現(xiàn)了即使當(dāng)發(fā)生了流體種類變化時也仍具有較小誤差的流率系數(shù)。
本發(fā)明的又一種流率系數(shù)設(shè)定方法通過給x軸值乘上一個與溫度有關(guān)的函數(shù)值來把對一個溫度下的流率系數(shù)轉(zhuǎn)換成對另一個溫度下的新流率系數(shù)。這樣，即使當(dāng)流體的溫度相對于設(shè)定流率系數(shù)時的溫度發(fā)生了變化，也能容易地把流率系數(shù)轉(zhuǎn)換成新溫度下的新流率系數(shù)，由此實現(xiàn)了即使當(dāng)流體溫度發(fā)生變化時仍具有較小誤差的流率系數(shù)。
一種利用這種流率系數(shù)設(shè)定方法的流率計能在一個大流率范圍上測量到具有較小誤差的流體流率。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)定流率系數(shù)的方法，該方法包括以下步驟利用存儲在一個用于存儲由一個流速測量部分所測得的流速數(shù)據(jù)的流速數(shù)據(jù)存儲部分中的所有流速數(shù)據(jù)點(diǎn)中的n個相繼數(shù)據(jù)點(diǎn)(Xi，Yi)和存儲在一個參考數(shù)據(jù)存儲部分中的參考數(shù)據(jù)，獲得一條最佳接近線；通過增大或減小數(shù)目n使得所有n個數(shù)據(jù)點(diǎn)相對于最佳接近線全都位在一個預(yù)定誤差Er之內(nèi)；利用一個流率系數(shù)計算部分為設(shè)定一個區(qū)域而執(zhí)行計算操作；以及把得到的流率系數(shù)存儲在一個流率系數(shù)存儲部分中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中當(dāng)n個數(shù)據(jù)點(diǎn)(Xi，Yi)分布在最佳接近線中間部分的兩側(cè)時用一個線性函數(shù)來代表最佳接近線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中當(dāng)n個數(shù)據(jù)點(diǎn)(Xi，Yi)分布在最佳接近線中間部分的同一側(cè)時用一個二次函數(shù)來代表最佳接近線。
4.一種設(shè)定流率系數(shù)的方法，該方法包括以下步驟利用存儲在一個用于存儲由一個流速測量部分所測得的流速數(shù)據(jù)的流速數(shù)據(jù)存儲部分中的所有流速數(shù)據(jù)點(diǎn)中的多個數(shù)據(jù)點(diǎn)(Xi，Yi)和存儲在一個參考數(shù)據(jù)存儲部分中的參考數(shù)據(jù)，獲得一條最佳接近曲線；把最佳接近曲線分割成m個區(qū)域；為用各條最佳接近直線去分別逼近各個區(qū)域，用一個流率系數(shù)計算部分進(jìn)行計算操作；以及把得到的流率系數(shù)存儲到一個流率系數(shù)存儲部分中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中的最佳接近曲線被沿著y軸方向均勻地分割成m個區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中的最佳接近曲線被沿著x軸方向分割成m個區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中的最佳接近曲線被沿著x軸方向分割成m個區(qū)域，使得每個區(qū)域的寬度反比于該區(qū)域的最佳接近直線的斜率。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中的最佳接近曲線由Y＝a×log(X)＋b代表。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中的最佳接近曲線由Y＝(a－b)/[1＋exp(-C×X)]＋b代表。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中的流速測量部分包括一個熱型流速傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中的流速測量部分包括一個超聲流速計。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中的最佳接近線由一個為線性函數(shù)或二次函數(shù)的低次函數(shù)代表。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中一個為兩個相鄰區(qū)域所包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)被設(shè)定為屬于兩個相鄰區(qū)域中根據(jù)最佳接近線計算出的誤差Er較小的那個區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中兩個相鄰區(qū)域的兩條最佳接近線的交點(diǎn)被用作這兩個區(qū)域之間的邊界點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中在整個所需數(shù)據(jù)范圍能被分割成預(yù)定數(shù)目的區(qū)域之前誤差Er是逐漸增大的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，基中當(dāng)流體的種類從第一流體改變?yōu)榈诙黧w時，將通過把流率系數(shù)的x軸值乘上一個與流體種類有關(guān)的常數(shù)來把流率系數(shù)轉(zhuǎn)換成新的流率系數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中的常數(shù)是一個新的流速(Vm×Vg/Vm)，它通過把第一流體的流速(Vm)乘上一個流速比(Vg/Vm)獲得，其中Vg是第二流體在任一流率系數(shù)值(Kc)下的流速。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或4的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中當(dāng)流體的溫度從第一溫度改變?yōu)榈诙囟葧r，將通過把流率系數(shù)的x軸值乘上一個與溫度有關(guān)的函數(shù)值來把流率系數(shù)轉(zhuǎn)換成新的流率系數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中用來獲取新流率系數(shù)的函數(shù)值是由下式計算得到的Vi×(Ts/Ti)-i其中Ts代表第一溫度，Ti代表第二溫度，Vi代表在Ti下測得的流體流速，i代表一個指數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中流體的絕對溫度(Tm)是由一個熱型流速傳感器中的一個熱敏電阻確定的。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的設(shè)定流率系數(shù)的方法，其中流體的絕對溫度(Tm)是由超聲波在一個超聲流速計中的傳播時間確定的。
22.一種流率計，它包括一個流速測量部分，用于測量流體的流速；一個流率系數(shù)存儲部分，用于存儲用根據(jù)權(quán)利要求1或4的設(shè)定流率系數(shù)的方法所設(shè)定的流率系數(shù)；以及一個流率計算部分，用于根據(jù)測得的流速和存儲在流率系數(shù)存儲部分中的流率系數(shù)來計算流體的流率。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的流率計，其中的流速測量部分包括一個熱型流速傳感器。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的流率計，其中的流速測量部分民括一個超聲流速計。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)定用于測量流體流率的流率計的流率系數(shù)的方法,以及一種含有由該流率系數(shù)設(shè)定方法所設(shè)定的流率系數(shù)的流率計。本發(fā)明的一個目的是提供一種方法和一種具有較小誤差的流率計,該方法能有效地提供一條由一個低次函數(shù)所代表的最佳接近線,使得包含了一些數(shù)據(jù)組的流率系數(shù)在一個預(yù)定誤差之內(nèi)。為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明包括以下步驟:利用n個相繼的數(shù)據(jù)點(diǎn)(Xi,Yi)獲得一條最佳接近線;增大或減小數(shù)目n使得n個數(shù)據(jù)點(diǎn)相對于最佳接近線全都在一個預(yù)定誤差Er之內(nèi);以及設(shè)定一個區(qū)域。這樣,有可能利用一臺個人計算機(jī)或類似工具容易、自動、高效、且上有良好重現(xiàn)性地設(shè)定流率系數(shù)。
文檔編號G01F1/66GK1330764SQ9981468
公開日2002年1月9日 申請日期1999年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月26日
發(fā)明者黃地謙三 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社