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CN116448036A - 管路判断装置 - Google Patents

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CN116448036A
CN116448036A CN202211003939.4A CN202211003939A CN116448036A CN 116448036 A CN116448036 A CN 116448036A CN 202211003939 A CN202211003939 A CN 202211003939A CN 116448036 A CN116448036 A CN 116448036A
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outer diameter
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pipe
name
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CN202211003939.4A
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张元溪
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UNITED BENEFIT CORP
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Abstract

一种管路判断装置，包含：存储单元、处理单元以及通讯接口，处理单元连接存储单元及通讯接口。存储单元存储多个管路名称、多个参考管路外径值及对应参考管路外径值的管路名称排序。处理单元接收管路的外径测量数据，比对外径测量数据与参考管路外径值，选出对应与外径测量数据相同的参考外径值的管路名称排序，依据对应与外径测量数据相同的参考管路外径值的管路名称排序产生至少一符合外径测量数据的管路名称。通讯接口输出符合外径测量数据的管路名称。

Description

管路判断装置
技术领域
本发明涉及一种管路判断装置。
背景技术
民生及工业都需要使用管路系统来输送流体，而不同的流体通常会使用不同的管路来进行输送，为了制造、装配及更换管路的便利性，各地区对应各种管路(包含：材质、标称管径、平均外径、外径公差、管壁厚度、厚度公差、近似内径、工作压力上限等)，制定管路规范(例如：美规ASTM、日规JIS、德规DIN、中国台规CNS)。管路系统是重要的基础设施，为了制造及装配管路的相容性及便利性，各管路规范按照相同标称管径(外径)进一步制定不同管厚及内径的管路规格。
监测管路及其输送物料的状态已是必要事项，以装设方式区分，监测管路装置包含嵌入式及外扣式，嵌入式监测管路装置的准确度较高，但装设的时期受到限制且装设成本较高；外扣式监测管路装置具有可在任何时期规划且装设成本较低的优点，成为监测管路技术的主要发展趋势。
外扣式监测管路装置通常需要管路的材质、外径、管厚、内径等数据。然而各管路规范管路的平均外径、外径公差、管壁厚度及近似内径并不相同，以标称管径1寸管的平均外径为例：中国台规外径34mm、日规外径32mm、美规外径33.4mm、德规外径32mm尺寸，不同管径名称的管路规格的差异影响监测的准确度。
新建管路系统较容易取得正确的管路名称及其材质、尺寸等规格数据，因管路系统的设计者、施工者和使用者对管路数据的需求与交流并不相同，例如：设计者或施工者认为使用者不需要管路的厚度、内径等数据，设计者或施工者未将管路数据交付使用者，导致后续使用者确认管路数据的困难。对于大多数既有的管路系统，虽然使用者可使用皮尺等测量工具获得管路的外径，同一外径的管路又因不同规范而区分多种不同管路名称的规格，若不知正确的管路名称，则使用者无从根据测量所得的外径数据来查知该管路的管厚、内径等其他规格数据，导致使用者装设外扣式测量装置往往需要反复试误及修正。即使测量装置能输出结果，若输入的参数与实际情形有出入，则其数据的准确度将大受影响。
在工业领域，十几年前一条生产线的管路系统上大约装设数十个各式监测装置，随着工业4.0的潮流，同一条生产线的管路系统上需要装设数百甚至上千个各式监测装置，不可能要求使用者具备判断管路的知识与设定每一个监测装置的技能，而需要使用者测量与输入的参数越多，越容易发生测量误差及输入错漏的问题，影响监测的可靠度。
目前还未有解决上述种种问题的装置或方法，因此，亟需有关自动判断有关管路的名称甚至进一步包含各种相关规格数据的技术，来提高装设外扣式监测管路装置的便利性及监测管路的准确度。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种管路判断装置，包含：存储单元、处理单元以及通讯接口，处理单元连接存储单元及通讯接口。存储单元存储多个管路名称、多个参考管路外径值及对应参考管路外径值的管路名称排序，其中管路名称排序是将参考外径值分别输入依据管路名称的基准外径及外径公差所建立的外径值机率函数所得的符合机率，对应参考管路外径值按照符合机率由高至低排序管路名称而成。处理单元接收管路的外径测量数据，比对外径测量数据与参考管路外径值，选出对应与外径测量数据相同的参考外径值的管路名称排序，依据对应与外径测量数据相同的参考管路外径值的管路名称排序产生至少一符合外径测量数据的管路名称。通讯接口输出符合外径测量数据的管路名称。
于一实施例，上述外径值机率函数选自常态分布函数、截断常态分布函数、均匀分布函数、截断偏态分布函数、卜瓦松分布函数、偏态分布函数、三角分布函数及U形分布函数的一种或数种或其组合。
于一实施例，上述处理单元撷取对应上述与上述外径测量数据相同的参考管路外径值的上述管路名称排序第一的上述管路名称产生符合上述外径测量数据的上述管路名称。
于一实施例，若上述处理单元比对上述外径测量数据与上述参考管路外径值的结果皆不相同，则上述处理单元产生新增管路名称的通知信息；上述通讯接口输出通知信息，以提示使用者新增管路名称。
于一实施例，上述管路判断装置进一步包含：壳体及扣具，其中上述存储单元、上述处理单元及上述通讯接口设置于壳体，扣具将壳体可拆卸地固定于上述管路的外表面。
于一实施例，上述管路判断装置进一步包含：外径测量单元，连接上述处理单元，具有传感器及可夹持上述管路的外表面的夹件；当夹件夹持上述管路的外表面时，传感器可测量上述管路的曲度或外径而产生上述外径测量数据。
于一实施例，上述传感器系角度位移传感器或线性位移传感器。
于一实施例，上述管路判断装置进一步包含：超音波探头，连接上述处理单元；其中上述存储单元存储上述管路名称的管壁厚度及管厚公差，当上述超音波探头装设于上述管路的外表面时，超音波探头可沿上述管路的径向发射感测信号且接收上述管路的管壁反射信号；上述处理单元依据管壁反射信号产生管路的管厚测量数据，自上述符合外径测量数据的管路名称中选出管壁厚度符合管厚测量数据的上述管路名称；通讯接口传输符合管厚测量数据的上述管路名称。
于一实施例，上述管路判断装置进一步包含：电阻测量元件，连接上述处理单元，具有二电极，其中上述存储单元存储上述管路名称的管材电阻值；当二电极装设于上述管路的外表面时，电阻测量元件可产生上述管路的电阻测量数据；上述处理单元自符合上述外径测量数据的上述管路名称中选出管材电阻值符合电阻测量数据的上述管路名称；上述通讯接口传输符合电阻测量数据的上述管路名称。
于一实施例，上述管路判断装置，进一步包含：硬度测量元件，连接上述处理单元，具有可伸缩的测头，其中上述存储单元存储上述管路名称的管材硬度值；当测头压合上述管路的外表面时，硬度测量元件可产生上述管路的硬度测量数据；上述处理单元自符合上述外径测量数据的上述管路名称中选出管材硬度值符合硬度测量数据的上述管路名称；上述通讯接口传输符合硬度测量数据的上述管路名称。
于本发明的管路判断装置，依据各种管路名称的基准外径及外径公差建置外径值机率函数及计算参考外径值对各管路名称的外径值机率函数的符合机率，存储单元存储各种管路名称及对应参考外径值的管路名称排序，处理单元比对外径测量数据及参考外径值即可产生符合外径测量数据的管路名称，通讯接口输出符合外径测量数据的管路名称，供使用者据以查找管路的管厚、内径等规格数据，有效解决使用者查找、测试管路规格的问题；本发明的管路判断装置可进一步组合外径测量、超音波探头、电阻测量、硬度测量等可自动测量管路外径、管路厚度、管材性质的元件，使用者不需测量及输入外径及管厚等参数，处理单元可产生更准确的管路名称、管路规格及管路流量且自我判断装置及管路异常状态，大幅降低设定操作外扣式监测装置的技术门槛，提高监测管路的准确度及效率。
附图说明
图1为本发明的管路判断装置第一实施例的方块图；
图2A为本发明的管路判断装置第二实施例的立体图，图2B为图2A所示管路判断装置的 I-I’段剖视图；
图3A为本发明的管路判断装置第三实施例的立体图，图3B为图3A所示管路判断装置沿管路径向剖视图；
图4A为本发明的管路判断装置第四实施例的立体图，图4B为图4A所示管路判断装置的 I-I’剖视图；
图5A为本发明的管路判断装置第五实施例沿管路轴向剖视图，图5B为图5A所示管路判断装置的测量管厚信号图；
图6A为本发明的时差式流量计的一实施例的剖视图，图6B为图6A所示流量计的第一超音波探头的剖视示意图，图6C为图6B所示流量计的第一超音波探头的发射及接收信号图；
图7A为本发明的时差式流量计的另一实施例的剖视图，图7B为本发明的都卜勒式流量计的一实施例的剖视图，图7C为本发明的都卜勒式流量计的另一实施例的剖视图；以及
图8为本发明的管路监控系统的方块图。
附图标记说明
1,2,3,4,5,81:管路判断装置
6,7,7’,7”:流量计
8:管路监测系统
11,51,61,71,811:存储单元
12,52,62,72,812:处理单元
13,53,63,73,813:通讯接口
20,30,40:壳体
21,31,41:扣具
22,32,42,74:外径测量单元
54,75’:超音波探头
55,67,77:超音波耦合层
60,70:夹具
64,75,75”:第一超音波探头
65,76,76”:第二超音波探头
66:第三超音波探头
82:终端装置
200,200’,300,300’,400,400’,500,600,700:管路
211,311,411:承载台
212,312,412:固定座
213,313,413:U型螺丝
221,321,421:夹件
221a:轴部
221b:倒V型侧壁
221c:感应块
222:挡块
223:弹簧
224:线性位移传感器
322:角度位移传感器
411a:凸缘
421a:L型底座
421b:支臂
421c:调整螺丝
421d:光学刻度尺
422:光学位移传感器
500a,500b,700b:管路内表面
501:管壁
541,641:压电材料层
542,642:声阻匹配层
600a:管路第一内表面
600b:管路第二内表面
800:网络
C:圆心
L:距离
O:顶点
P:斜向切点
Q:垂直切点
r:半径
R1,R2,R3,R4,R5:反射信号
Rmin:超音波反射信号最小阈值
Rmax:超音波反射信号最大阈值
Rmin1:第一时段反射信号最小阈值
Rmin2:第二时段反射信号最小阈值
S:感测信号
S1:第一感测信号
T0,T1,T2,T3,T4,T5:时间点
Tth:飞行时间阈值
Θ,Φ:夹角
具体实施方式
以下配合附图及元件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，使术领域中的技术人员在研读本说明书后可据以实施本发明。
本发明的管路判断装置的具体实施方式可以是装设于管路上的单机式装置或是连接管路传感器的远端监控电脑或伺服器。图1为本发明的管路判断装置第一实施例的方块图。如图1 所示，管路判断装置1包含：存储单元11、处理单元12、通讯接口13以及电能单元(未图示)，处理单元12分别连接存储单元11及通讯接口13。存储单元11为非易失性存储器，例如：只读存储器、固态硬盘等，处理单元12为包含微处理器、微控制器、动态随机存取存储器及周边电路的芯片组(若管路判断装置1为单机式装置，处理单元12可使用例如：arduino,8051,STM32 芯片)，通讯接口13为包含传感器信号连接端口(例如：SPI、I2C、或类比电子信号)的对外通讯电路(例如：RJ45或RS-232/422/485)和/或显示器(例如：液晶显示器、LED显示器等)。电能单元为电池和/或可连接外部电源的变压/整流电路及电源连接线路，可提供管路判断装置运作所需电能。
存储单元11存储多个管路名称、多个参考管路外径值及对应参考管路外径值的管路名称排序，其中管路名称包含标称管径、规范，管路名称排序系将参考外径值分别输入依据各管路名称的基准外径及外径公差所建立的外径值机率函数所得的符合机率，对应参考管路外径值按照符合机率由高至低排序管路名称而成。使用单机式的管路判断装置建立管路名称排序的方法包含下列步骤：
步骤1：存储单元11存储已知的管路名称、各管路名称的基准外径及外径公差及外径值机率函数(例如：常态分布函数)。
步骤2：技术人员将参考管路外径值范围(例如：1mm至100mm)及外径解析度(例如：0.1mm)经由通讯接口13输入处理单元12。
步骤3：处理单元12依据参考管路外径值范围及外径解析度产生参考管路外径数列(例如： 1.0,1.1,1.2...48.1,48.2,48.3...99.8,99.9,100)，依据管路名称的基准外径及外径公差产生全部管路名称的有效外径范围(例如：基准外径作为平均值，外径公差乘比例系数作为标准差，有效外径范围＝平均值±标准差)，接着处理单元12可执行步骤3-1或步骤3-2，其中
步骤3-1：将参考管路外径数列的每一参考管路外径值依序比对全部管路名称的有效外径范围，将参考管路外径值落入有效外径范围的管路名称设为备选管路，依序将各参考管路外径值、各参考管路外径值的备选管路的平均值及标准差输入外径值机率函数产生各参考外径值的多备选管路的符合机率，按符合机率由高至低排序备选管路，将各参考管路外径的备选管路的管路名称排序对应该参考管路外径值存储于存储单元11；
步骤3-2：将参考管路外径数列的每一参考管路外径值、全部管路名称的平均值及标准差代入外径值机率函数产生各参考外径值的全部管路名称的符合机率，选取符合机率高于机率阈值(例如：0.01、0.05、或0.1)的管路名称，按符合机率由高至低排序经选取的管路名称，将经选取各参考管路外径的管路名称排序对应该参考管路外径值存储于存储单元11。
若有进一步管路外径分布信息，不同管路名称可设定使用不同外径值机率函数来运算符合机率，管路的外径值机率函数选自常态分布函数、截断常态分布函数、均匀分布函数、截断偏态分布函数、卜瓦松分布函数、偏态分布函数、三角分布函数及U形分布函数的一种或数种或其组合。视单机式管路判断装置的存储单元11的大小，技术人员于完成全部参考管路外径值的管路名称排序后，可经由处理单元12删除外径值机率函数及各管路名称的基准外径及外径公差，或进一步存储各管路名称的管壁厚度及误差范围、管路材质等规格数据，便利使用者查找各管路名称的规格数据。
实作方式可将存储单元11区分数个存储区，包含：管路名称排序存储区及管路规格存储区，其中管路名称排序存储区按全部参考管路外径值存储对应各参考管路外径值的管路名称排序，管路规格存储区存储各管路名称的管路规格。管路名称排序存储区例示如表1，管路规格存储区例示如表2。
表1
表2
值得说明的是，由于各管路规范的管路名称及其管路规格数量繁多且不断增修，使用者可经由本发明的管路判断装置内建的输入单元(例如按键、触控屏幕等，未图示)或外部的输入装置(例如：电脑、移动通讯装置等，未图示)经由通讯接口13传输新增或变更的管路名称、参考管路外径值及对应参考管路外径值的管路名称的排序数据至处理单元12，处理单元12再修改或增补存储单元11存储的数据。
使用不同外径值机率函数产生表1所列参考管路外径48.2mm的管路名称的排序的运算流程例示如下：以截断常态分布函数为例，各管路的外径值的截断常态分布函数其中平均值μ为基准外径；标准差σ为J倍的外径公差，J的取值范围[1/6,1]，通常J设为1/2；在正负公差数值相同的情形下，值域范围定义为k倍的标准差，k的取值范围[2,6]，下限值a＝μ-k*σ，上限值b＝μ+k*σ，φ(x)为机率密度函数(probabilitydensity function)，Φ (x)为累积分布函数(cumulative distribution function)，机率密度函数及累积分布函数的算式可参阅数学及统计学教科书。可能符合特定参考管路外径值的管路(定义为备选管路)数量设定为n，各备选管路(1-n)的机率分布函数fi(x)＝πi*gi(x)，πi为权重因子，无调整条件下πi＝1/n，所有备选管路的机率函数积分总值必须是1(即)。对应特定参考管路外径值的任一备选管路的符合机率pi＝fi(x)/F(x)，其中
备选管路包含：1-1/2”-CNS-1302-UPVC、1-1/2”-CNS-4053-UPVC、 1-1/2”-ASTM-D1785-sch40，各备选管路的符合机率运算流程如下：
1.备选管路1-1/2”-CNS-1302-UPVC在参考管路外径值48.2mm的分布函数机率值：
平均值μ＝48
标准差0.2(J*外径公差0.4，J取1/2，σ＝0.4/2)
有效外径范围x＝[48±0.6](取值范围k*σ，k取3)
截断常态分布函数g1(x＝48.2)＝1.2133
备选管路的分布函数机率值f1(x＝48.2)＝π1*g1(x＝48.2)＝0.404(π1＝1/备选管路的数量n，n＝3)
2.备选管路1-1/2”-CNS-4053-UPVC在参考管路外径值48.2mm的分布函数机率值：
平均值μ＝48
标准差0.1(J*外径公差0.3，J取1/3，σ＝0.3/3)
有效外径范围x＝[48±0.3](取值范围k*σ，k取3)
截断常态分布函数g2(x＝48.2)＝0.541
备选管路的分布函数机率值f2(x＝48.2)＝π2*g2(x＝48.2)＝0.180(π2＝1/3)
3.备选管路1-1/2”-ASTM-D1785-sch40在参考管路外径值48.2mm的分布函数机率值：
平均值μ＝48.26
有效外径范围x＝[48.26-0.15,48.26+0.15]
均匀分布函数g3(x＝48.2)＝1/0.3(采均匀分布机率)
备选管路的分布函数机率值f3(x＝48.2)＝π3*g3(x＝48.2)＝1.111(π2＝1/3)
4.备选管路的分布函数机率值总和及各备选管路的符合机率：
备选管路分布函数机率值总和F(x＝48.2)＝f1(x＝48.2)+f2(x＝48.2)+f3(x＝48.2)＝1.695
备选管路1-1/2”-CNS-1302-UPVC对应参考管路外径值48.2mm的符合机率值p1(x＝48.2)＝ f1(x＝48.2)/F(x＝48.2)＝0.404/1.695＝＝0.238
备选管路1-1/2”-CNS-4053-UPVC对应参考管路外径值48.2mm的符合机率值p2(x＝48.2)＝ f2(x＝48.2)/F(x＝48.2)＝0.180/1.695＝0.106
备选管路1-1/2”-ASTM-D1785-sch40对应参考管路外径值48.2mm的符合机率值p3(x＝48.2)＝f3(x＝48.2)/F(x＝48.2)＝1.111/1.695＝0.655
5.按符合机率由高至低排序对应参考管路外径值48.2mm的管路名称：
排序1：1-1/2”-ASTM-D1785-sch40，
排序2：1-1/2”-CNS-1302-UPVC，
排序3：1-1/2”-CNS-4053-UPVC。
若考虑外径测量数据的不确定度，对应参考管路外径值运算各备选管路的符合机率可采用机率函数在不确定度的区间积分机率。再次以表1所列参考管路外径值48.2mm及其备选管路为例，预设外径测量数据在参考外径值的测量不确定度为±0.05mm，各备选管路的符合机率运算流程及排序如下：
1.备选管路1-1/2”-CNS-1302-UPVC在分在参考管路外径值48.2mm且测量不确定度±0.05 mm的分布函数机率值：
平均值μ＝48
标准差0.2(J*外径公差0.4，J取1/2，σ＝0.4/2)
有效外径范围x＝[48±0.6](取值范围k*σ，k取3)
计算截断常态分布函数g1(x)在x介于48.15至48.25的机率＝0.121
备选管路分布机率f1(x)＝π1*g1(x)＝0.040(π1＝1/备选管路的数量n，n＝3)
2.备选管路规格1-1/2”-CNS-4053-UPVC在参考管路外径值48.2mm且测量不确定度±0.05 mm的分布函数的机率值：
平均值μ＝48
标准差0.1(J*外径公差0.3，J取1/3，σ＝0.3/3)
有效外径范围x＝[48±0.3](取值范围k*σ，k取3)
计算截断常态分布函数g2(x)在x介于48.15至48.25的机率＝0.061
备选管路的分布机率f2(x)＝π2*g2(x)＝0.020(π2＝1/3)
3.备选管路1-1/2”-ASTM-D1785-sch40在参考管路外径值48.2mm且测量不确定度±0.15 mm的分布函数的机率值：
平均值μ＝48.26
有效外径范围x＝[48.26-0.15,48.26+0.15]
计算均匀分布机率g3(x)在x介于48.15至48.25的机率＝0.333
备选管路的分布机率f3(x)＝π3*g3(x)＝0.111(π2＝1/3)
4.备选管路的分布函数机率值总和及各备选管路的符合机率：
备选管路的分布函数机率值总和F(x)＝0.040+0.020+0.111＝0.171
备选管路1-1/2”-CNS-1302-UPVC对应参考管路外径值48.2mm且测量不确定度±0.05的符合机率值p1(x)＝f1(x)/F(x)＝0.040/0.171＝0.234
备选管路1-1/2”-CNS-4053-UPVC对应参考管路外径值48.2mm且测量不确定度±0.05mm 的符合机率值p2(x)＝f2(x)/F(x)＝0.020/0.171＝0.117
备选管路1-1/2”-ASTM-D1785-sch40对应参考管路外径值48.2mm的符合机率值p3(x)＝ f3(x)/F(x)＝0.111/0.171＝0.649
5.按符合机率由高至低排序对应参考管路外径值48.2mm且测量不确定度±0.05mm的管路名称：
排序1：1-1/2”-ASTM-D1785-sch40
排序2：1-1/2”-CNS-1302-UPVC，
排序3：1-1/2”-CNS-4053-UPVC。
处理单元12自使用者或传感器接收管路的外径测量数据(例如：48.2mm)，比对外径测量数据与参考管路外径值，选出对应与外径测量数据相同的参考外径值的管路名称排序，依据对应与外径测量数据相同的参考管路外径值的管路名称排序产生至少一符合外径测量数据的管路名称，例如：排序第一的管路名称、排序第一至第三的管路名称、排序全部的管路名称。通讯接口13输出(经由有线或无线网络传送管路名称至使用者的电脑装置或以显示器显示管路名称)符合外径测量数据的管路名称，供使用者识别、选择或进一步的处理运用。若处理单元12查无符合外径测量数据的管路名称，处理单元12产生新增管路规格的通知页面，通讯接口13输出通知页面，以提示使用者新增管路名称；于使用者经由通讯接口13(例如：具有触控功能的屏幕面板)或输入单元(例如：按键、键盘等，未图示)输入新增的管路名称，处理单元12将该外径测量数据改写为新增的参考外径值，并将新增的参考外径值对应新增的管路名称存储至存储单元11。
本发明提供另一管路判断装置，包含：处理单元、存储单元及通讯接口，存储单元存储多个管路名称、多个参考管路外径值、对应参考管路外径值的管路名称的符合机率，其中管路名称的符合机率将参考外径值分别输入依据管路名称的基准外径及外径公差所建立的外径值机率函数所得的符合机率而得；处理单元连接存储单元，接收管路的外径测量数据，比对外径测量数据与参考管路外径值，选出对应与外径测量数据相同的参考外径值的管路名称的符合机率，依据对应与外径测量数据相同的参考管路外径值的管路名称的符合机率产生至少一符合外径测量数据的管路名称；以及通讯接口，连接处理单元，输出符合外径测量数据的管路名称。
如上述建立管路名称排序的方法的步骤3-1及步骤3-2，处理单元可计算参考管路外径值落入有效外径范围的备选管路的符合机率或全部管路名称的符合机率，再以机率阈值(0.01、0.05 或0.1)排除符合机率过低的管路名称，将符合机率高于机率阈值的管路名称及符合机率对应该参考管路外径值存储于存储单元。若考虑特定区域或特定产业会使用特定规格的管路，为了提高判断管路名称的效率及准确度，本实施例的存储单元可对应参考管路外径值进一步存储管路名称的权重因子；处理单元选出对应与外径测量数据相同的参考外径值的管路名称的符合机率，依据对应与外径测量数据相同的参考管路外径值的管路名称的符合机率及权重因子产生至少一符合外径测量数据的管路名称。
若处理单元查无符合外径测量数据的管路名称，处理单元产生新增管路名称的通知页面，通讯接口输出通知页面，以提示使用者新增管路名称；于使用者经由通讯接口或输入单元输入新增的管路名称或同步输入新增的管路名称及其管路规格，处理单元将该外径测量数据改写为新增的参考外径值，并将新增的参考外径值对应新增的管路名称或新增的管路名称及其规格存储至存储单元。
承上述备选管路的分布机率函数及表1及表2所示的参考管路外径值，存储单元存储对应参考管路外径的符合机率及权重因子如表3。
表3
表4
各权重因子的预设值为1，处理单元接收外径测量数据后，可产生“其他信息”的栏位信息，通讯接口输出“其他信息”的栏位，供使用者输入例如：使用地区、产业等信息；若使用者未输入任何信息，则处理单元按原存储的对应参考管路外径值的管路规格的符合机率最高值或由高至低产生符合外径测量数据的管路名称；若使用者输入其他信息，则处理单元对应其他信息变更权重因子的数值，计算管路名称的符合机率及权重因子的乘积产生调整后的管路名称符合机率，依据调整后的管路名称机率产生符合外径测量数据的管路名称。通过对应使用地区及产业等其他信息的权重因子调整管路名称符合机率，可进一步提高判断管路的效率及准确度。
图2A为本发明的管路判断装置第二实施例的立体图，图2B为图2A所示管路判断装置的 I-I’段剖视图。如图2A所示，管路判断装置2包含：壳体20、扣具21、外径测量单元22、存储单元、处理单元、通讯接口及电能单元(未图示)，其中存储单元、处理单元、通讯接口及电能单元设置于壳体20。扣具21包含承载台211、位于承载台211二侧的固定座212及U型螺丝 213，壳体20及外径测量单元22装设于承载台211内。使用者选择适合管路200,200’外径尺寸的 U型螺丝213穿过管路200及固定座212的开孔，以螺母(未图示)锁固U型螺丝213及固定座212，即可将管路判断装置2固定于管路200,200’的外表面上。
如图2B所示，外径测量单元22，包含：夹件221、挡块222、二弹簧223及线性位移传感器 224，其中夹件221具有轴部221a、倒V型侧壁221b及感应块221c，轴部221a嵌入承载台211的导沟，倒V型侧壁221b的二侧分别形成槽孔，倒V型侧壁的中央形成通孔，以具有磁感性的金属材料或磁铁制成的感应块221c设置于轴部221a嵌入承载台211的一侧；挡块222的一端卡合于承载台211的限位槽，挡块222的另一端穿过夹件221与倒V型侧壁221b中央的通孔齐平，二弹簧223的二端分别固定于承载台211与倒V型侧壁221b的槽孔；线性位移传感器224(例如：磁致伸缩位移传感器)装设于承载台211邻近感应块221c的位置且连接处理单元。值得说明的是，弹簧223的数量不限二个，于其他实施例，可使用单一弹簧223，分别固定于承载台211与倒V 型侧壁221b与感应块221c相距较远的槽孔，将线性位移传感器224装设于倒V型侧壁221b与感应块221c相距较近的槽孔，同样可达到测量管路外径的功用。
管路判断装置2装设于管路200,200’前，弹簧223的弹力将夹件221的倒V型侧壁221b推顶至凸出承载台211的位置。管路判断装置2装设于管路200,200’时，将倒V型侧壁抵接管路200,200’的外表面，随着管路200,200’的外径大小不同，管路200,200’的外表面会抵接倒V型侧壁221b 的不同位置(即管路的外径越大，管路的外表面抵接倒V型侧壁的位置会越接近倒V型开口处)，以U型螺丝213及螺母迫紧管路200,200’与固定座212，使夹件221朝向承载台211内移动 (轴部221a沿承载台211的导沟移动而凸出承载台211的表面，倒V型侧壁221b退缩至承载台 211内)至挡块222挡止管路200的外表面，弹簧223的弹力确保管路200,200’的外表面与倒V型侧壁221b没有间隙，线性位移传感器224可自动测量装设于轴部221a的感应块221c移动距离(径向位移，定义为外径测量数据)。因管路200,200’的管径大小与推动夹件221径向移动的距离有线性对应关系，线性位移传感器224可存储夹件221径向移动距离对管路外径的转换数据，当线性位移传感器224测量出夹件221的径向移动距离，即可产生外径测量数据。处理单元接收外径测量单元22的外径测量数据后，比对外径测量数据与参考管路外径值，选出对应与外径测量数据相同的参考外径值的管路名称排序，依据对应与外径测量数据相同的参考管路外径值的管路名称排序产生至少一符合外径测量数据的管路名称；通讯接口输出符合外径测量数据的管路名称，供使用者识别、选择或进一步的处理运用。若存储单元进一步存储对应各管路名称的管路规格(包含：管路材质、管壁厚度等)，处理单元可同步产生符合外径测量数据的管路名称及对应的管路规格，通讯接口输出符合外径测量数据的管路名称及对应的管路规格，供使用者直接处理运用。
图3A为本发明的管路判断装置第三实施例的立体图，图3B为图3A所示管路判断装置沿管路径向剖视图。如图3A所示，管路判断装置3包含：壳体30、扣具31、外径测量单元32、存储单元、处理单元、通讯接口及电能单元(未图示)，其中存储单元、处理单元、通讯接口及电能单元设置于壳体30。扣具31包含承载台311、位于承载台311二侧的固定座312及U型螺丝 313(一侧未图示)，壳体30及外径测量单元32装设于承载台311内。使用者选择适合管路300, 300’外径尺寸的U型螺丝313穿过管路300,300’及固定座312的开孔，以螺母(未图示)锁固U 型螺丝313及固定座312，即可将管路判断装置3固定于管路300,300’的外表面上。
如图3B所示，外径测量单元32连接处理单元，包含：夹件321及角度位移传感器322，夹件321具有二侧臂，二侧臂的一端以齿轮相啮合(定义成顶点O)，二侧臂的另一端可随管路 300,300’的外径尺寸开阖。将二侧臂抵接管路300,300’的外表面(定义为斜向切点P)，以U 型螺丝313及螺母迫紧管路300,300’与固定座312，使管路300,300’上方外表面紧抵外径测量单元32的底面(定义为垂直切点Q)，角度位移传感器322可自动测量侧臂张开的角度(顶点O 至一侧斜向切点P的连线与顶点O至垂直切点Q的连线之间的夹角Θ，定义成曲度)而产生外径测量数据。因为管路300,300’外表面的半径r是顶点O经垂直切点Q至圆心C的距离的正弦值其中的长度为顶点O至垂直切点Q之间的距离L与半径r的和，存储单元预存储顶点O至垂直切点Q之间的距离L，处理单元自外径测量单元32接收管路外径曲度数据，即可由算式r＝L*sinΘ/(1-sinΘ)获得管路300,300’外表面的半径r及外径2r，进而按第一实施例所述的步骤产生及输出符合外径测量数据的管路名称；通讯接口输出符合外径测量数据的管路名称，供使用者识别、选择或进一步的处理运用。
图4A为本发明的管路判断装置第四实施例的立体图，图4B为图4A所示管路判断装置的 I-I’剖视图。如图4A所示，管路判断装置4包含：壳体、扣具41、外径测量单元42、存储单元、处理单元、通讯接口及电能单元(未图示)，其中存储单元、处理单元及通讯接口设置于壳体。扣具41包含承载台411、位于承载台411二侧的固定座412及U型螺丝413，壳体装设于承载台411内，外径测量单元42的一侧连接承载台411的凸缘411a。使用者选择适合管路400,400’外径尺寸的U型螺丝413穿过管路400,400’及固定座412的开孔，以螺母(未图示)锁固U型螺丝413及固定座412，即可将管路判断装置4固定于管路400,400’的外表面上。
如图4B所示，外径测量单元42包含：夹件421及光学位移传感器422，其中夹件421具有L 型底座421a、二支臂421b、调整螺丝421c及光学刻度尺421d，光学刻度尺421d设置于支臂421b 内，光学位移传感器422设置于承载台411表面邻近光学刻度尺421d的位置且连接处理单元。于本实施例，将管路400,400’放置于L型底座421a上，使旋转调整螺丝421c，使壳体40与L型底座421a夹合管路400,400’上下外表面，再以螺母(未图示)迫紧锁固U型螺丝413及固定座412，即可将管路判断装置4装设于管路400,400’。在旋转调整螺丝使壳体40和L型底座421b夹合管路 400,400’上下外表面的过程，光学位移传感器422和光学刻度尺421d随着承载台411沿管路 400,400’的径向位移，光学刻度尺421d有对应位移距离的光学刻度，光学位移传感器422撷取光学刻度尺421d上的刻度影像即可产生外径测量数据；处理单元自外径测量单元42接收外径测量数据，进而按第一实施例所述的步骤产生符合外径测量数据的管路名称；通讯接口输出符合外径测量数据的管路名称，供使用者识别、选择或进一步的处理运用。
上述管路判断装置可结合其他传感器，进一步提高判断管路的准确度。于本发明的管路判断装置另一实施例，管路判断装置包含：存储单元、处理单元、通讯接口、电阻测量元件及电能单元，其中处理单元分别连接存储单元、通讯接口及电阻测量元件，存储单元存储管路名称、管路名称的排序及管材电阻值，各种管材电阻值可由公开技术信息获得。于本实施例，电阻测量元件具有二电极，其构造及功能类似现有可测量电流/电阻/电压的数位式三用电表，当二电极装设于管路的外表面时，电阻测量元件可产生管路的电阻测量数据。处理单元如第一实施例所述产生符合外径测量数据的管路名称，接收电阻测量单元的电阻测量数据，自符合外径测量数据的管路名称中选出管材电阻值符合电阻测量数据的管路名称；通讯接口传输符合外径测量数据及电阻测量数据的管路名称。通过测量管路材质电阻，管路判断装置可明确区分外径相同但材质不同的管路规格(例如：PVC管及不锈钢管)。若处理单元查无管材电阻值符合电阻测量厚度的管路名称，主要原因是电极未接触管路的表面或其他元件异常，处理单元产生检查信号，通讯接口通知使用者检查管路判断装置或新增管路名称及其规格。
于本发明的管路判断装置另一实施例，管路判断装置包含：存储单元、处理单元、通讯接口、硬度测量元件及电能单元，其中处理单元分别连接存储单元、通讯接口及硬度测量元件，存储单元存储管路名称、管路名称的排序及管材硬度值，管材硬度与材质及管厚有关(金属硬度高于塑料，厚管硬度高于薄管)，各种管材硬度值可由公开技术信息或预先进行样品实测获得。于本实施例，硬度测量元件具有可伸缩的测头，其构造及功能类似现有可测量产品硬度的数位式硬度计，当测头压合管路的外表面时，硬度测量元件可产生管路的硬度测量数据。处理单元如第一实施例所述产生符合外径测量数据的管路名称，接收硬度测量单元的硬度测量数据，自符合外径测量数据的管路名称中选出管材硬度值符合硬度测量数据的管路名称；通讯接口传输符合外径测量数据及硬度测量数据的管路名称。通过测量管路材质硬度，管路判断装置可明确区分外径相同但材质或厚度不同的管路规格(例如：PVC管与不锈钢管、厚管与薄管)。若处理单元查无管材硬度值符合硬度测量厚度的管路名称，主要原因是测头未接触管路的表面或其他元件异常，处理单元产生检查信号，通讯接口通知使用者检查管路判断装置或新增管路名称及其规格。
图5A为本发明的管路判断装置第五实施例沿管路轴向剖视图，图5B为图5A所示管路判断装置的测量管厚信号图。如图5A所示，管路判断装置5装设于管路500的外表面，包含：存储单元51、处理单元52、通讯接口53、超音波探头54、超音波耦合层55及电能单元(未图示)，处理单元52分别连接存储单元51、通讯接口53及超音波探头54，超音波耦合层55夹置于超音波探头54与管路500上方外表面。存储单元51、处理单元52及通讯接口53的构造功能如第一实施例所述，超音波探头54包含发射及接收超音波信号的压电材料层541及可减少超音波能量耗损的声阻匹配层542。
于超音波信号通过介质传输的过程，二种介质的界面越无空隙，二介质的界面反射超音波越弱，超音波耦合层55的材质(例如：硅油、硅胶、橡胶等)可大幅降低超音波探头54与管路外表面的空隙，以提高超音波信号通过管路管壁501的能量比例；管壁501的材质与管路 500内的气体或液体的声阻差异大，相邻超音波探头54的管路内表面500a的气体或液体的界面会反射一定比例的超音波感测信号。当处理单元52自使用者或外径测量元件(如图2A,图2B, 图3A,图3B,图4A,图4B所示)接收管路外径测量数据，比对外径测量数据与参考管路外径值，选出与外径测量数据相同的参考外径值及对应参考管路外径值的管路名称的排序，产生至少一符合外径测量数据的管路名称。
于本实施例，存储单元51存储管路名称的管壁厚度及管厚公差，处理单元52预设管路材质的声速Vp(可选择特定材质的声速或常见管路材质声速的平均值)、超音波反射信号最小阈值Rmin及超音波反射信号最大阈值Rmax。处理单元52产生至少一符合外径测量数据的管路名称后，控制超音波探头54沿管路500的径向(如图5A中Y轴方向)发射感测信号S(如图5A 中实线箭头记号所示)且接收声阻匹配层542与超音波耦合层55的界面的反射信号R1、超音波耦合层55与管路500外表面的界面的反射信号R2及管路内表面500a与管路500内气体或液体的界面的反射信号R3(如图5A中虚线箭头记号所示)。
接着，如图5A及图5B所示，处理单元52预设超音波探头54发射感测信号的起始时间点为 T0，发射感测信号约数微秒(例如5-15微秒)后切换超音波探头54接收反射信号；在时序上反射信号R1,R2密接而与反射信号R3有极小的时间差(1-10微秒)，因此反射信号R1,R2与反射信号R3可区分成相邻的二群连续波形信号；处理单元52比对超音波探头54接收到的信号与超音波反射信号最小阈值Rmin，若出现大于超音波反射信号最小阈值Rmin峰值的连续波形信号，则判定为反射信号；处理单元52解析二群连续波形信号，定义第一群连续波形信号为反射信号R1,R2，第二群连续波形信号为反射信号R3，且定义第一群连续波形信号的最高峰值出现时间点为超音波探头54接收反射信号R2的时间点T1及第二群连续波形信号的最高峰值出现时间点为超音波探头54接收反射信号R3的时间点T2，进而产生感测信号S及反射信号R3沿管路500径向往返的飞行时间(T0至T2)；感测信号S及反射信号R1R2沿管路径向往返的距离(压电材料层541至超音波耦合层55的距离的2倍)及声速可经由理论计算或预先实测获得，亦即感测信号S及反射信号R1R2往返的飞行时间(T0至T1)为已知数据，处理单元52以感测信号S 及反射信号R3往返(压电材料层541至管壁501的距离的2倍)的飞行时间(T0至T2)扣除预设感测信号S及反射信号R1,R2往返的飞行时间(T0至T1)获得感测信号S及反射信号R3往返管壁501的飞行时间(T1至T2)，依据预设的管材声速Vp与超音波信号往返管壁501的飞行时间(T1 至T2)的乘积的1/2产生管路500的管厚测量数据d(d＝(Vp*(T2-T1))/2)，自符合外径测量数据的管路名称中选出管壁厚度符合管厚测量数据的管路名称；通讯接口53传输符合管厚测量数据的管路名称。申请人申请中国台湾第110110056号发明专利申请案公开有关超音波的感测信号、反射信号、反射信号最小阈值、反射信号最大阈值及飞行时间等技术内容并入本案。
以11-1/2”-ASTM-D1785规范的三种不同管路名称及其管厚规格如表5。
表5
若处理单元52产生的外径测量数据是48.0mm且管厚测量数据是4.0mm，则处理单元52选出1-1/2”-ASTM-UPVC-sch 40作为符合外径测量数据及管厚测量数据的管路名称。若处理单元 52查无管壁厚度符合管厚测量数据的管路名称，主要原因包含：新管路规格、超音波探头54 未贴合管路500的表面(超过超音波反射信号最小阈值的反射信号R2来自管路500与超音波耦合层55的界面)、管壁磨损或其他元件异常，例如：处理单元52产生的外径测量数据是48.0mm 且管壁测量数据是8.0mm，则处理单元52产生检查信号，通讯接口53通知使用者检查管路500 及管路判断装置5或新增管路名称及其管路规格。
于管路500输送液体发生异常的情况，若处理单元52判断第一群连续波形信号，即反射信号R1,R2的最高峰值大于超音波反射信号最大阈值Rmax(如图5B所示)，表示沿管路500的径向传输的途径在相对超音波探头54的管路内表面500b之前有异常的空气界面(包含：超音波耦合层55与管路500外表面未密合、管路500空管或大量气泡或大量固形物)反射感测信号，处理单元52产生代表超音波探头54或管路500输送流体发生异常的警告信号；通讯接口53输出警告信号通知使用者检查管路判断装置5及管路。通过利用及解析超音波信号，管路判断装置 5除可测量管厚及进一步确认管路名称及其规格，还具有自我检查安装状态及监测流体管路状态的功能。
上述管路判断装置可结合测量流量的超音波传感器而构成具有判断管路及监测管路流体功能的流量计。图6A为本发明的时差式流量计的一实施例的剖视图，图6B为图6A所示流量计的第一超音波探头的剖视示意图，图6C为图6B所示流量计的第一超音波探头的发射及接收信号图。如图6A所示，本发明提供一种具有判断管路及监测管路流体功能的流量计6，包含：可拆卸地固定于管路600外表面的夹具60、装设于夹具60内的存储单元61、处理单元62、通讯接口63、第一超音波探头64、第二超音波探头65、第三超音波探头66、多超音波耦合层67及电能单元(未图示)，处理单元62分别连接存储单元61、通讯接口63、第一超音波探头64、第二超音波探头65及第三超音波探头66，第一超音波探头64、第二超音波探头65及第三超音波探头66沿管路600的轴向(图6A中X轴所示方向)一侧排列，多个超音波耦合层67分别夹置于第一超音波探头64、第二超音波探头65及第三超音波探头66与管路600的外表面。
存储单元61存储多个管路名称及管路规格(包含管壁厚度及管厚公差)、多个参考管路外径值及对应参考管路外径值的管路名称的排序，其中管路名称的排序系将该等参考外径值分别输入依据管路名称的基准外径及外径公差所建立的外径值机率函数所得的符合机率，对应参考管路外径值按照符合机率由高至低排序管路名称而成；处理单元62预设管路材质的声速Vp(可选择特定材质的声速或常见管路材质声速的平均值)、参考流体声速Vf0(可选水、油、溶剂等常见流体的声速或平均声速)、管路第一内表面600a与管路内流体界面反射信号的最小阈值(可经由预先实测多种流体的信号强度获得，定义为第一时段反射信号最小阈值 Rmin1)、管路内流体与管路第二内表面600b的界面反射信号的最小阈值(可经由预先实测多种流体的信号强度获得，定义为第二时段反射信号最小阈值Rmin2)等参数。
于管路600输送流体的情况，处理单元62如上述实施例的步骤选出符合外径测量数据及管厚测量数据的管路名称后，依据符合外径测量数据及管厚测量数据的管路名称的内径(基准外径扣除2倍管壁厚度或外径测量数据扣除2倍管厚测量数据)及预设的参考流体声速Vf0设定第一感测信号S1及管路第二内表面600b的反射信号沿管路600的径向往返管路600内径的飞行时间阈值Tth(介于管路第一内表面600a反射信号的飞行时间及管路第二内表面600反射信号的飞行时间，例如：Tth＝N*管路内径/Vf0，1＜N＜2)，依据飞行时间阈值Tth将第一超音波探头64接收反射信号的时域区分成第一时段及第二时段。
接着如图6B所示，处理单元62控制控制第一超音波探头64的压电材料层641沿管路600的径向(如图6B中Y轴方向)发射第一感测信号S1(如图6B中实线箭头记号所示)且接收第一反射信号，其中第一反射信号包含声阻匹配层642与超音波耦合层67的界面的反射信号R1、超音波耦合层67与管路600外表面的界面的反射信号R2、及管路第一内表面600a与管路内流体的界面的反射信号R3、管路内流体与管路第二内表面600b的界面反射信号R4及管路600外表面与环境空气的界面的反射信号R5(如图6B中虚线箭头记号所示)。
如图6B及图6C所示，若处理单元62判断第一时段的连续波形信号的峰值大于第一时段反射信号最小阈值Rmin1且第二时段的连续波形信号的峰值大于第二时段反射信号最小阈值 Rmin2，则解析第一时段的二群连续波形信号的第一峰值及第二峰值与第二时段连续波形信号的第三峰值及第四峰值出现时间点，分别定义第一超音波探头发射第一感测信号S1的时间点为T0、第一峰值至第四峰值出现的时间点为反射信号R1,R2的接收时点T1、反射信号R3的接收时点T2、反射信号R4的接收时间点T3、反射信号R5的接收时间点T4及结束接收反射信号的时间点T5，依据反射信号R3的接收时点T2与反射信号R4的接收时点T3产生第一感测信号S1 及第一反射信号径向往返管路600内径的飞行时间(T3-T2)，依据符合外径测量数据及管厚测量数据的管路名称的内径与超音波信号径向往返管路内径的飞行时间(T3-T2)产生实测流体声速 Vf1(Vf1＝2*内径/(T3-T2))；处理单元62可将飞行时间阈值Tth及实测流体声速Vf1存储于存储单元61，以提高计算流量的效率。
值得一提的是，由于时间序上反射信号R4与反射信号R5的区隔较反射信号R1,R2与反射信号R3的区隔明显，处理单元62可利用第一感测信号S1及第一反射信号往返径向相对第一超音波探头64的管壁的飞行时间(T4-T3)来计算管厚测量数据(管厚d＝预设管材声速 vp*(T4-T3)/2)，来产生符合外径测量数据及管厚测量数据的管路名称。
接着如图6A所示，处理单元62控制第二超音波探头65朝管路600斜向(径向与轴向之间) 发射第二感测信号，第三超音波探头66接收管路第二内表面600b反射第二感测信号的第二反射信号，第三超音波探头66朝管路600斜向发射第三感测信号，第二超音波探头65接收管路第二内表面600b反射第三感测信号的第三反射信号；处理单元62预设第二感测信号与第三感测信号于管路600内流体的传播方向与管路600径向的夹角Θ，计算第二感测信号至第二反射信号的顺流飞行时间与第三感测信号至第三反射信号的逆流飞行时间及顺逆流飞行时间差，依据第二感测信号及第三感测信号的飞行路径长度(飞行路径长度＝2*管路内径/cosΘ)、顺逆流飞行时间差及实测流体声速Vf1产生流体的流速(流体流速＝实测流体声速Vf12*顺逆流飞行时间差/2*飞行路径长度*sinΘ)，依据管路600的内径产生管路600径向截面积，依据管路600 径向截面积及流体的流速产生管路600内流体的流量(流体流量＝流体流速*管路径向截面积)；通讯接口63输出(以显示器显示)管路600内流体的流速及流量。
通过存储单元61存储管路名称、其排序及规格、处理单元62自动判断管路名称及规格、产生管路内径及实测流体声速等技术手段，使用者于装设本发明的流量计时不需输入管路厚度、管路内径、流体种类等参数，即可进行测量流量，大幅降低设定操作流量计的技术门槛，提高测量流量的效率及准确度，且本发明的流量计具有自我判断及通知流量计及管路异常状态的功能，有效避免测量错误及监测空窗。值得说明的是，测量流量的超音波探头的排列方式及数量不限于图6A所示V形排列，现有Z形、N形及W形排列的超音波探头测量流量的方法皆适用于本发明的流量计的技术内容。
本发明的流量计可组合上述任一种外径测量单元，图7A,图7B及图7C示意本发明的流量计的其他实施例。图7A为本发明的时差式流量计的另一实施例的剖视图。如图7A所示，流量计 7包含：可拆卸地固定于管路700外表面的夹具70、装设于夹具70内的存储单元71、处理单元 72、通讯接口73、外径测量单元74、第一超音波探头75、第二超音波探头76、多个超音波耦合层77及电能单元(未图示)处理单元72分别连接存储单元71、通讯接口73、外径测量单元 74、第一超音波探头75及第二超音波探头76，超音波耦合层77分别夹置于第一超音波探头75、第二超音波探头76与管路700外表面，存储单元71存储多个参考管路外径值、对应参考管路外径值的管路内径及预设流体声速。
流量计7装设于管路700的外表面后，使用者开启流量计7，外径测量单元74可自动测量管路的曲度或外径而产生外径测量数据；处理单元72接收外径测量单元74产生的外径测量数据，比对外径测量数据与参考管路外径值，选出对应与外径测量数据相同的参考外径值的管路内径，依据对应外径测量数据的管路内径产生管路径向截面积(管路径向截面积＝π*管路内径2)，控制第一超音波探头75朝沿与管路700斜向(径向与轴向之间)发射第一感测信号，控制第二超音波探头76接收相对第一超音波探头75及第二超音波探头76的管路内表面700b反射第一感测信号的第二反射信号，控制第二超音波探头76朝管路700斜向发射第二感测信号，控制第一超音波探头75接收管路内表面700b反射第二感测信号的第二反射信号；处理单元72预设第一感测信号与第二感测信号于管路700内流体的传播方向与管路700径向的夹角Θ，计算第一感测信号至第一反射信号与第二感测信号至第二反射信号通过管路流体的顺逆流飞行时间差，依据对应外径测量数据的管路内径及夹角Θ产生飞行路径长度(飞行路径长度＝2*管路内径/cos Θ)，依据飞行时间差、飞行路径长度及与预设流体声速产生流体的流速(流体流速＝预设流体声速*顺逆流飞行时间差/2*飞行路径长度*sinΘ)，依据流体流速及管路径向截面积产生管路700内流体的流量(流体流量＝流体流速*管路径向截面积)；通讯接口73输出(以显示器显示)管路700内流体的流速和/或流量。
于本实施例，技术人员使用处理单元72依照上述方法将全部参考管路外径值分别输入管路外径值机率函数产生对应参考外径值的全部管路名称的符合机率后，可选择仅将符合机率最高的管路名称的管路内径(计算式：管路内径＝参考管路外径值-2*管路规格的管壁厚度)或符合机率高于机率阈值的全部管路名称的管路内径的平均值对应该参考管路外径值存储至存储单元71，而不存储管路名称、外径值机率函数、管路名称排序、符合机率等函数及参数，可节省存储单元71的数据存储量，且提高处理单元72计算管路内流体流速及流体流量的效率。存储单元71对应参考管路外径值存储管路内径例示如表6。
表6
若处理单元72查无符合外径测量数据的管路内径，处理单元72产生新增管路内径的通知页面，通讯接口73输出通知页面，以提示使用者新增管路内径；于使用者经由通讯接口73或输入单元输入新增的管路内径，处理单元72将该外径测量数据改写为新增的参考外径值，并将新增的参考外径值对应新增的管路内径存储至存储单元71。
图7B为本发明的都卜勒式流量计的一实施例的剖视图。如图7B所示，流量计7’包含：可拆卸地固定于管路700外表面的夹具70、装设于夹具70内的存储单元71、处理单元72、通讯接口73、外径测量单元74、超音波探头75’、超音波耦合层77及电能单元(未图示)，处理单元 72分别连接存储单元71、通讯接口73、外径测量单元74及超音波探头75’，超音波耦合层77夹置于超音波探头75’与管路700外表面，存储单元71存储多个参考管路外径值、对应参考管路外径值的管路内径及预设流体声速。
管路内液体的固体微粒或气泡(杂质)会散射超音波信号，因此时差式超音波流量计不适合测量含有一定比例杂质的液体的流速及流量。都卜勒式超音波流量计是利用流体杂质反射超音波信号与原感测信号的频率或相位差计算杂质移动速度，进而产生流体流速及流量。于本实施例，处理单元72接收外径测量单元74产生的外径测量数据，比对外径测量数据与参考管路外径值，选出对应与外径测量数据相同的参考外径值的管路内径，依据对应外径测量数据的管路内径产生管路径向截面积后，控制超音波探头75’朝管路700斜向(径向与轴向之间)发射感测信号及接收管路700内流体杂质反射感测信号的反射信号；处理单元72预设感测信号于管路700内流体的传播方向与管路轴向的夹角Φ，解析感测信号的频率ft及反射信号的频率fr，依据预设流体声速、感测信号及反射信号的频率差(fr-ft)及夹角Φ产生管路内流体的流速(流体流速＝预设流体声速*(fr-ft)/(2*ft*cosΦ)，依据管路径向截面积及流体流速产生管路内流体的流量。
图7C为本发明的都卜勒式流量计的另一实施例的剖视图。如图7C所示，流量计7”包含：可拆卸地固定于管路700外表面的夹具70、装设于夹具70内的存储单元71、处理单元72、通讯接口73、外径测量单元74、第一超音波探头75”、第二超音波探头76”、多个超音波耦合层77 及电能单元(未图示)处理单元72分别连接存储单元71、通讯接口73、外径测量单元74及第一超音波探头75”，超音波耦合层77分别夹置于第一超音波探头75”、第二超音波探头76”与管路700外表面，存储单元71存储多个参考管路外径值及对应参考管路外径值的管路内径。
于本实施例，处理单元72接收外径测量单元74产生的外径测量数据，比对外径测量数据与参考管路外径值，选出对应与外径测量数据相同的参考外径值的管路内径，依据对应外径测量数据的管路内径产生管路径向截面积，控制第一超音波探头75”沿管路700的径向发射第一感测信号且接收第一反射信号，依据第一感测信号的发射时间点及第一反射信号的接收时点产生第一感测信号及第一反射信号径向往返管路700内径的飞行时间，依据对应外径测量数据的管路内径与超音波信号径向往返管路内径的飞行时间产生实测流体声速(处理单元72产生实测流体声速的步骤如上述实施例及图6B、图6C所示)，控制第二超音波探头76”朝管路 700斜向(径向与轴向之间)发射感测信号及接收管路700内流体杂质反射感测信号的反射信号；处理单元72预设感测信号于管路700内流体的传播方向与管路轴向的夹角Φ，解析第二感测信号的频率ft及第二反射信号的频率fr，依据实测流体声速、第二感测信号及第二反射信号的频率差(fr-ft)及夹角产生管路内流体的流速(流体流速＝实测流体声速*(fr-ft)/(2*ft*cosΦ)，依据管路径向截面积及流体流速产生管路内流体的流量。通过外径测量单元可自动测量管路外径的功能，使用者于装设本发明的流量计时不需输入管路外径、管路内径等参数，即可进行测量流量，进一步降低设定操作各式流量计的技术门槛，且提高测量流量的效率及准确度。
本发明的管路判断装置可设置于经由网络监控多数管路的远端电脑装置，建构物联网架构的管路监控系统。图8为本发明的管路监控系统的方块图。如图8所示，管路监测系统8包含管路判断装置81及终端装置82，其中管路判断装置81包含：存储单元811、处理单元812、以及通讯接口813，其中存储单元811存储多个管路名称及依据管路名称的外径基准及外径公差建立的管路外径值机率函数；处理单元812连接存储单元811及通讯接口813；通讯接口813经由网络800连接终端装置82。处理单元812自终端装置82或使用者接收管路的外径测量数据，将管路的外径测量数据输入管路外径值机率函数产生各管路名称的符合机率，按照各管路名称的符合机率由高至低排序全部或部分的管路名称，依据经排序的管路产生至少一符合外径测量数据的管路名称；通讯接口813输出符合外径测量数据的管路名称。
于本实施例，管路判断装置81设置于区域或无线网络的伺服器，存储单元811是伺服器的硬盘，处理单元812是伺服器的中央处理器，通讯接口813包含可接收/传输数据的通讯电路，装端装置82包含但不限于可装设于管路的现有超音波探头及流量计、使用者的电脑。存储单元811存储的管路名称及其管路规格、对应各管路名称的管路外径值机率函数可参上列表1,2 及说明，其中各管路外径值机率函数选自常态分布函数、截断常态分布函数、截断偏态分布函数、卜瓦松分布函数、偏态分布函数、均匀分布函数、三角分布函数及U形分布函数的一种或数种或其组合。各管路制造商按不同地区标准的管路规范所制造的管路外径及管厚的分布范围可能是常态分布或均一分布或单偏分布，例如：CNS的管路的外径及管厚分布较接近常态分布，ASTM的管路的外径及管厚分布较接近均一分布，DIN的管路的外径及管厚较接近单偏分布；因此，存储单元811存储对应不同管路名称的管路外径值机率函数可相同或不同，处理单元812接收外径测量数据、将比对外径测量数据与管路名称的有效外径范围产生备选管路，将外径测量数据与备选管路的平均值及标准差输入外径值机率函数产生备选管路的符合机率，按备选管路的符合机率由高至低产生符合外径测量数据的管路名称的运算流程如同第一实施例以单一参考管路外径值运算管路名称符合机率所述。
处理单元812可产生全部符合外径测量数据的管路名称，经由通讯接口813输出给使用者运用，若符合外径测量数据的管路名称及其管路规格是直接供终端装置82运用，使用者可在处理单元812预设机率阈值(例如：0.01、0.05、0.1)，处理单元812将外径测量数据输入各管路外径值机率函数获得各管路名称的符合机率，排除管路名称的符合机率小于机率阈值的管路名称，再排序管路名称符合机率大于机率阈值的管路名称；或处理单元812仅选取管路名称符合机率排序第一的管路名称及其管路规格，通讯接口813经由网络800输出管路名称及其管路规格至终端装置82，供全时测量与即时监控之用。
特定地区或特定产业会使用特定规范及特定材质的管路规格，以地区而言：在美国较常使用ASTM管路，在中国台湾较常使用CNS管路；以产业而言：半导体产业较常使用ASTM管路及塑料管路，食品业较常使用无缝钢管等。为了进一步提升判断管路规格及监测管路的效率及准确度，存储单元811可存储管路使用数据与权重因子转换表，而各管路的外径值机率函数包含权重因子，当使用者经由通讯接口813输入管路使用数据(使用地区、使用产业等)，处理单元812依据管路使用数据与权重因子转换表查找对应管路使用数据的权重因子，调整管路的外径值机率函数的权重因子，再将管路的外径测量数据输入经调整的管路的外径值机率函数产生管路名称符合机率及符合外径测量数据的管路名称、其排序及规格，通讯接口813传输符合外径测量数据的管路名称、其排序及规格至有需求的终端装置82。
如上所述，于本发明的管路判断装置，依据各种管路名称的基准外径及外径公差建置管路的外径值机率函数及计算参考外径值对各管路的外径值机率函数的符合机率，存储单元存储各种管路名称及对应参考外径值的管路名称排序，处理单元比对外径测量数据及参考外径值即可产生符合外径测量数据的管路名称，通讯接口输出符合外径测量数据的管路名称，有效解决使用者查找、测试管路规格的问题；本发明的管路判断装置进一步组合外径测量、超音波探头、电阻测量、硬度测量等可自动测量管路外径、管路厚度、管材性质及管路流量的元件，使用者不需测量及输入外径及管厚等参数，处理单元可产生更准确的管路名称及其规格与管路流量且自我判断装置及管路异常状态，大幅降低设定操作外扣式装置的技术门槛，提高测量流量的效率及准确度；结合本发明的管路判断装置及终端装置可建置物联网架构的管路监控系统，有效避免测量及输入错误及监测空窗，达成全时测量与即时监控的目标。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰、组合与改变。因此，举凡本领域技术人员，在未脱离本发明所揭示的精神与技术原理下所完成的一切等效修饰、组合或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种管路判断装置，包含：
存储单元，存储多个管路名称、多个参考管路外径值及对应所述多个参考管路外径值的所述多个管路名称排序，其中所述多个管路名称排序将所述多个参考外径值分别输入依据所述多个管路名称的基准外径及外径公差所建立的外径值机率函数所得的符合机率，对应所述参考管路外径值按照所述符合机率由高至低排序所述多个管路名称而成；
处理单元，连接所述存储单元，接收管路的外径测量数据，比对所述外径测量数据与所述多个参考管路外径值，选出对应与所述外径测量数据相同的所述参考外径值的所述多个管路名称排序，依据对应与所述外径测量数据相同的所述参考管路外径值的所述多个管路名称排序产生至少一符合所述外径测量数据的管路名称；以及
通讯接口，连接所述处理单元，输出符合所述外径测量数据的所述管路名称。
2.根据权利要求1所述管路判断装置，其中所述外径值机率函数选自常态分布函数、截断常态分布函数、均匀分布函数、截断偏态分布函数、卜瓦松分布函数、偏态分布函数、三角分布函数及U形分布函数的一种或数种或其组合。
3.根据权利要求1所述管路判断装置，其中所述处理单元撷取对应与所述外径测量数据相同的所述参考管路外径值的所述多个管路名称排序第一的所述管路名称产生符合所述外径测量数据的所述管路名称。
4.根据权利要求1所述管路判断装置，若所述处理单元比对所述外径测量数据与所述多个参考管路外径值的结果皆不相同，则所述处理单元产生新增管路名称的通知信息；所述通讯接口输出所述通知信息，以提示使用者新增管路名称。
5.根据权利要求1所述管路判断装置，进一步包含：壳体及扣具，其中所述存储单元、所述处理单元及所述通讯接口设置于所述壳体，所述扣具可将所述壳体可拆卸地固定于所述管路的外表面。
6.根据权利要求1所述管路判断装置，进一步包含：外径测量单元，连接所述处理单元，具有传感器及可夹持所述管路的外表面的夹件；当所述夹件夹持所述管路的外表面时，所述传感器可测量所述管路的曲度或外径而产生所述外径测量数据。
7.根据权利要求6所述管路判断装置，其中所述传感器是角度位移传感器或线性位移传感器。
8.根据权利要求1所述管路判断装置，进一步包含：超音波探头，连接所述处理单元；其中所述存储单元存储所述多个管路名称的管壁厚度及管厚公差，当所述超音波探头装设于所述管路的外表面时，所述超音波探头可沿所述管路的径向发射感测信号且接收所述管路的管壁反射信号；所述处理单元依据所述管壁反射信号产生所述管路的管厚测量数据，自符合所述外径测量数据的所述管路名称中选出所述管壁厚度符合所述管厚测量数据的所述管路名称；所述通讯接口传输符合所述管厚测量数据的所述管路名称。
9.根据权利要求1所述管路判断装置，进一步包含：电阻测量元件，连接所述处理单元，具有二电极，其中所述存储单元存储所述多个管路名称的管材电阻值；当所述二电极装设于所述管路的外表面时，所述电阻测量元件可产生所述管路的电阻测量数据；所述处理单元自符合所述外径测量数据的所述管路名称中选出所述管材电阻值符合所述电阻测量数据的所述管路名称；所述通讯接口传输符合所述电阻测量数据的所述管路名称。
10.根据权利要求1所述管路判断装置，进一步包含：硬度测量元件，连接所述处理单元，具有可伸缩的测头，其中所述存储单元存储所述多个管路名称的管材硬度值；当所述测头压合所述管路的外表面时，所述硬度测量元件可产生所述管路的硬度测量数据；所述处理单元自符合所述外径测量数据的所述管路名称中选出所述管材硬度值符合所述硬度测量数据的所述管路名称；所述通讯接口传输符合所述硬度测量数据的所述管路名称。
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