TWI846492B - Hybrid ultrasonic flowmeter and its measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本案有關於一種流量計及量測方法,特別是有關於一種混波式超音波流量計及混波式超音波流量計的量測與應用方法。 This case is about a flow meter and a measurement method, in particular, about a mixed wave ultrasonic flow meter and a measurement and application method of a mixed wave ultrasonic flow meter.
現有的超音波流量計可使用時間差法或都普勒法來量測液體的流速及流量。雖然時間差法或都普勒法都可以用來量測液體的流速及流量,然而,若超音波流量計使用時間差法量測有氣泡或有顆粒的液體,則量測得到的液體的流速及流量會不精準。相似地,若超音波流量計使用都普勒法量測無氣泡或無顆粒的液體,則量測得到的流速會不精準。 Existing ultrasonic flow meters can use the time difference method or the Doppler method to measure the flow velocity and flow rate of liquids. Although both the time difference method and the Doppler method can be used to measure the flow velocity and flow rate of liquids, if the ultrasonic flow meter uses the time difference method to measure liquids with bubbles or particles, the measured flow velocity and flow rate of the liquid will be inaccurate. Similarly, if the ultrasonic flow meter uses the Doppler method to measure liquids without bubbles or particles, the measured flow velocity will be inaccurate.
現有的超音波流量計無法動態地適用於各種性質的液體的流速及流量的量測,而有進行改良的必要。 Existing ultrasonic flowmeters cannot be dynamically applied to the measurement of flow rate and flow rate of liquids of various properties, and there is a need for improvement.
根據本案的一實施例,揭示一種混波式超音波流量計,適用以測量液體的流速。混波式超音波流量計包括第一感測器、第二感測器、切換器及處理電路。第一感測器及第二感測器經配置以於一時間差法(TOF)量測中發送一 TOF頻率的訊號及接收一TOF訊號以及於一都普勒法(PWD)量測中發送一PWD頻率的訊號及接收一PWD訊號。切換器耦接於第一感測器及第二感測器,經配置以切換第一感測器及第二感測器運作於TOF量測及PWD量測之間。處理電路耦接於切換器,經配置以:當運作於一驗證階段中,利用多個不同TOF頻率的TOF訊號以及多個不同頻率的PWD頻率的PWD訊號的排列組合成多個量測模式,並透過第一感測器及第二感測器執行多個量測模式中的至少一者,以從該些量測模式中決定出一運作模式與TOF訊號或PWD訊號所對應的一使用頻率;以及於量測階段的運作模式中控制第一感測器及第二感測器發出具有該使用頻率的該TOF頻率的TOF訊號及該PWD頻率的PWD訊號其中之一者,並執行相應的TOF量測及PWD量測中的至少一者,以於測量液體的流速。 According to an embodiment of the present invention, a hybrid ultrasonic flowmeter is disclosed, which is suitable for measuring the flow rate of a liquid. The hybrid ultrasonic flowmeter includes a first sensor, a second sensor, a switch, and a processing circuit. The first sensor and the second sensor are configured to send a signal of a TOF frequency and receive a TOF signal in a time difference method (TOF) measurement and to send a signal of a PWD frequency and receive a PWD signal in a Doppler method (PWD) measurement. The switch is coupled to the first sensor and the second sensor, and is configured to switch the first sensor and the second sensor between the TOF measurement and the PWD measurement. The processing circuit is coupled to the switch and is configured to: when operating in a verification phase, utilize a plurality of TOF signals with different TOF frequencies and a plurality of PWD signals with different PWD frequencies to form a plurality of measurement modes, and execute at least one of the plurality of measurement modes through the first sensor and the second sensor to determine an operation mode and a usage frequency corresponding to the TOF signal or the PWD signal from the measurement modes; and in the operation mode of the measurement phase, control the first sensor and the second sensor to emit one of the TOF signal with the TOF frequency and the PWD signal with the PWD frequency, and execute at least one of the corresponding TOF measurement and PWD measurement to measure the flow rate of the liquid.
根據本案的一實施例,揭示一種應用於超音波流量計以量測液體流速的量測方法,其中超音波流量計包括第一感測器、第二感測器及處理電路,第一感測器及第二感測器於時間差法(TOF)量測中發送TOF頻率的訊號及接收TOF訊號以及於都普勒法(PWD)量測中發送PWD頻率的訊號及接收PWD訊號。量測方法包括:當超音波流量計運作於一驗證階段時,利用多個不同TOF頻率的TOF訊號以及多個不同頻率的PWD頻率的PWD訊號的排列組合成多個量測模式,並執行多個量測模式中的至少一者,以從該些量測模式中決定一運作模式與TOF訊號或PWD訊號所對應的一使用頻率;以及藉由處理電路於量測階段的運作模式中控制第一感測器及第二感測器發出具有該使用頻率的該TOF頻率的TOF訊號及該PWD頻率的PWD訊號其中之一者,並執行相應的TOF量測及PWD量測中的至少一者,以測量液體的該流速。 According to an embodiment of the present case, a measurement method for an ultrasonic flow meter to measure a liquid flow rate is disclosed, wherein the ultrasonic flow meter includes a first sensor, a second sensor and a processing circuit, the first sensor and the second sensor send a signal of a TOF frequency and receive a TOF signal in a time difference method (TOF) measurement, and send a signal of a PWD frequency and receive a PWD signal in a Doppler method (PWD) measurement. The measurement method includes: when the ultrasonic flowmeter operates in a verification phase, a plurality of TOF signals with different TOF frequencies and a plurality of PWD signals with different PWD frequencies are arranged and combined into a plurality of measurement modes, and at least one of the plurality of measurement modes is executed to determine an operation mode and a usage frequency corresponding to the TOF signal or the PWD signal from the measurement modes; and a processing circuit is used to control the first sensor and the second sensor to emit one of the TOF signal with the TOF frequency and the PWD signal with the PWD frequency in the operation mode of the measurement phase, and at least one of the corresponding TOF measurement and PWD measurement is executed to measure the flow rate of the liquid.
110:管道 110: Pipeline
121、131、141:感測器 121, 131, 141: Sensors
125、135、143、145:訊號 125, 135, 143, 145: Signals
165:流動方向 165: Flow direction
300:混波式超音波流量計 300: Hybrid ultrasonic flowmeter
311:第一感測器 311: First sensor
321:第二感測器 321: Second sensor
330:訊號發送模組 330:Signal sending module
331:第一發送電路 331: First transmission circuit
333:第二發送電路 333: Second transmission circuit
340:訊號接收模組 340:Signal receiving module
341:第一接收電路 341: First receiving circuit
343:第二接收電路 343: Second receiving circuit
350:處理電路 350: Processing circuit
355:控制訊號 355: Control signal
360:切換器 360:Switch
915:死區 915: Dead Zone
S410~S460:步驟 S410~S460: Steps
T1:第一時間間隔 T1: First time interval
T2:第二時間間隔 T2: Second time interval
L1、L2:曲線 L1, L2: curve
BD-L1:第一門檻值 BD-L1: First threshold value
BD-L2:第二門檻值 BD-L2: Second threshold value
圖1為運用時間差法來量測液體流速的流量計的設置示意圖。 Figure 1 is a schematic diagram of the flow meter setting that uses the time difference method to measure the flow rate of the liquid.
圖2為運用都普勒法來量測液體流速的流量計的設置示意圖。 Figure 2 is a schematic diagram of the flow meter setting for measuring liquid flow rate using the Doppler method.
圖3為本案根據一實施例所繪示的混波式超音波流量計的電路方塊圖。 FIG3 is a circuit block diagram of a hybrid ultrasonic flowmeter according to an embodiment of the present invention.
圖4為本案根據一實施例所繪示的流量計於驗證階段中決定運作模式以使用運作模式來量測液體流速的流程圖。 FIG4 is a flow chart of a flow meter according to an embodiment of the present invention for determining an operating mode in a verification phase to use the operating mode to measure the flow rate of a liquid.
圖5為本案根據一實施例所繪示的第一量測模式的訊號時序圖。 Figure 5 is a signal timing diagram of the first measurement mode according to an embodiment of the present invention.
圖6為本案根據一實施例所繪示的第二量測模式的訊號時序圖。 Figure 6 is a signal timing diagram of the second measurement mode according to an embodiment of the present invention.
圖7為本案根據一實施例所繪示的第三量測模式的訊號時序圖。 FIG7 is a signal timing diagram of the third measurement mode according to an embodiment of the present invention.
圖8為本案根據一實施例所繪示的第四量測模式的訊號時序圖。 FIG8 is a signal timing diagram of the fourth measurement mode according to an embodiment of the present invention.
圖9為本案根據一實施例所繪示的液體的流速與液體中雜質密度的關係圖。 Figure 9 is a graph showing the relationship between the flow rate of the liquid and the density of impurities in the liquid according to an embodiment of the present invention.
以下結合圖式和實施例對本案作進一步說明,以使本發明所屬技術領域的相關人員可以更好的理解本發明並能據以實施,但所舉實施例不作為對本發明的限定。 The following further describes the present invention in combination with the drawings and embodiments, so that relevant personnel in the technical field to which the present invention belongs can better understand the present invention and implement it accordingly, but the embodiments are not intended to limit the present invention.
如本文中所使用的,諸如「第一」、「第二」、「第三」、「第四」及「第五」等用語描述了各種元件、組件、區域、層及/或部分,這些元件、組件、區域、層及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅可用於將一個元素、組件、區域、層或部分與另一個做區分。除非上下文明確指出,否則本文中 使用的諸如「第一」、「第二」、「第三」、「第四」及「第五」的用語並不暗示順序或次序。 As used herein, terms such as "first", "second", "third", "fourth", and "fifth" describe various elements, components, regions, layers, and/or parts, which should not be limited by these terms. These terms may only be used to distinguish one element, component, region, layer, or part from another. Unless the context clearly indicates otherwise, the terms such as "first", "second", "third", "fourth", and "fifth" used herein do not imply a sequence or order.
超聲波(Ultrasonic)流量計的量測技術包括時間差法(Time of Flight,TOF)及都普勒法(Pulsed Wave Doppler,PWD),此二種量測技術各有其適合的應用場域。詳言之,時間差法適合用於無雜質(例如無氣泡或無顆粒)的液體的流速(flow rate)量測,都普勒法適合用於有雜質(例如有氣泡或有顆粒)的液體的流速量測。值得一提的是,於流量計計算出流速之後,可進一步計算得到液體的流量。本案不限制基於時間差法及都普勒法的原則下所設計的用以計算液體流速及流量的公式。 The measurement technologies of ultrasonic flowmeters include Time of Flight (TOF) and Pulsed Wave Doppler (PWD). Each of these two measurement technologies has its own suitable application field. In detail, the Time of Flight is suitable for measuring the flow rate of liquids without impurities (such as bubbles or particles), and the Doppler method is suitable for measuring the flow rate of liquids with impurities (such as bubbles or particles). It is worth mentioning that after the flowmeter calculates the flow rate, the flow rate of the liquid can be further calculated. This case does not limit the formulas designed based on the principles of the Time of Flight and Doppler methods for calculating the flow rate and flow rate of liquids.
為便於理解本案,以下分別說明時間差法及都普勒法的流速量測原理。 To facilitate understanding of this case, the flow velocity measurement principles of the time difference method and the Doppler method are explained below.
請參照圖1,其為運用時間差法(Time of Flight,TOF)來量測液體流速的流量計的設置示意圖。如圖1所示,液體在管道110中流動,具有例如為從左而右流動的流動方向165。管道110上設置感測器(transducer)121及131,感測器121及131可分別傳送一頻率的訊號(超音波訊號),並且可分別接收另一感測器所傳送的訊號(超音波訊號)。
Please refer to FIG. 1, which is a schematic diagram of the setting of a flow meter that uses the time difference method (TOF) to measure the flow rate of a liquid. As shown in FIG. 1, the liquid flows in the
詳細來說,感測器121及131會同時發出相同頻率(例如3MHz)的訊號。感測器121所發出的訊號會在管道110中傳播,並經過一段時間之後,感測器131會接收到感測器121發出的訊號。相似地,感測器121也會於一段時間之後接收到感測器131發出的訊號。由於液體的流動速度及流動方向與感測器121所發出的訊號125的傳播方向呈順向傳播(例如都是朝向管道110的右側),則感測器131收到訊號125的時間比感測器121收到訊號135的時間更早。相對地,液體的流
動速度及流動方向與感測器131所發出的訊號135的傳播方向呈逆向傳播,則感測器121收到訊號135的時間比感測器131收到訊號125的時間更晚。
Specifically,
在時間差法的計算中,運算裝置(圖未繪示)基於感測器121及131分別收到訊號125、135的時間差來計算液體在管道110中的流速及流量(即流量計使用頻率3MHz所得到的測量值)。值得一提的是,本案不限制使用時間差法的原則所設計的計算流速及流量的公式。
In the calculation of the time difference method, the computing device (not shown) calculates the flow velocity and flow rate of the liquid in the pipeline 110 (i.e., the measurement value obtained by the flow meter using a frequency of 3MHz) based on the time difference between the
欲說明的是,圖1所示的流量計的設置態樣僅為一例示,兩個感測器121、131設置於管道110的外管壁的對向側,使得感測器121發出的訊號在液體中傳播而不經過管道110的反射。於另一實施例中,兩個感測器是設置於管道110的外管壁,其中一個感測器所發出的訊號會經過管道110的管壁的反射,而另一感測器接收經反射的訊號。換言之,本案不限制圖1的感測器121及131設置在管道110的位置。
It should be noted that the arrangement of the flow meter shown in FIG. 1 is only an example. The two
請參照圖2,其為運用都普勒法(Pulsed Wave Doppler,PWD)來量測液體流速的流量計的設置示意圖。如圖2所示,液體在管道110中流動,具有例如為從左而右流動的流動方向165。管道110上設置感測器141。感測器141可傳送訊號(超音波訊號)及接收訊號(超音波訊號)。
Please refer to FIG. 2, which is a schematic diagram of the setting of a flow meter that uses the Doppler method (Pulsed Wave Doppler, PWD) to measure the flow rate of a liquid. As shown in FIG. 2, the liquid flows in the
詳細來說,感測器141發出一頻率(例如3.33MHz)的訊號143,訊號143會在管道110中傳播。若液體中有雜質(氣泡、油滴、砂石、異質固體等固、氣、液相不融合於被量測”液體”的物質),則訊號143接觸到雜質會反射並且形成反射訊號145。感測器141會接收到此反射訊號145。
Specifically, the
雜質混合在液體中隨著液體流動,由於雜質的體積極小(例如直徑約0.3毫米(mm)),雜質的運動速度可視為與液體的流速一致。基於都普勒效應
(Doppler Effect),感測器141發射的訊號143與接收的反射訊號145的頻率會形成都普勒頻移(Doppler Shift)。因此,在都普勒法的計算中,運算裝置(圖未繪示)基於感測器141發出訊號143及收到的反射訊號145的頻移(Frequency Shift)來計算液體在管道110中的流速。
Impurities are mixed in the liquid and flow with the liquid. Since the volume of the impurities is extremely small (e.g., the diameter is about 0.3 mm), the movement speed of the impurities can be regarded as consistent with the flow rate of the liquid. Based on the Doppler effect, the frequency of the
在一些情況下,圖1或圖2的管道110中液體的內容可能會改變。舉例而言,於管道110中的液體沒有雜質的情況,使用者一般會選擇圖1的流量計(適合用於量測無雜質的液體)結合時間差法來量測液體的流速。經過一段時間之後,若流經管道110的液體漸漸含有雜質,則圖1的流量計所量測出來的結果會失準。反之,於管道110中的液體有雜質的情況,使用者一般會選擇圖2的流量計(適合用於量測有雜質的液體)結合都普勒法來量測液體的流速。經過一段時間之後,若流經管道110的液體漸漸沒有雜質,則圖2的流量計所量測出來的結果會失準。
In some cases, the content of the liquid in the
本案提出適合運用於量測有雜質(氣泡或顆粒)或無雜質的液體的流量計,可自動地切換為適合的量測模式(值得一提的是,「適合的量測模式」係指可以量測出正確的流速的模式)。因此,無論管道110中的液體的性質為何(例如是否有雜質),本案的流量計可以正確地量測液體的流速。 This case proposes a flow meter suitable for measuring liquids with impurities (bubbles or particles) or without impurities, which can automatically switch to a suitable measurement mode (it is worth mentioning that "suitable measurement mode" refers to a mode that can measure the correct flow rate). Therefore, regardless of the nature of the liquid in the pipeline 110 (for example, whether there are impurities), the flow meter of this case can correctly measure the flow rate of the liquid.
為便於表示流量計使用的量測方法及使用頻率,以下說明本案所使用的技術用語:技術用語「TOF量測」係指流量計的量測方法為時間差法(如圖1的說明);技術用語「PWD量測」係指流量計的量測方法為都普勒法(如圖2的說明); 技術用語「第一TOF頻率」、「第二TOF頻率」及「第三TOF頻率」等係指流量計在時間差法中所使用的不同頻率;技術用語「第一PWD頻率」、「第二PWD頻率」及「第三PWD頻率」等係指流量計在都普勒法中所使用的不同頻率;技術用語「第一TOF頻率的訊號」、「第二TOF頻率的訊號」及「第三TOF頻率的訊號」等係指流量計在時間差法中,感測器發送第一TOF頻率、第二TOF頻率及第三TOF頻率等頻率的訊號;技術用語「第一PWD頻率的訊號」、「第二PWD頻率的訊號」及「第三PWD頻率的訊號」等係指流量計在都普勒法中,感測器發送第一PWD頻率、第二PWD頻率及第三PWD頻率等頻率的訊號;技術用語「第一TOF訊號」、「第二TOF訊號」及「第三TOF訊號」等係指流量計在時間差法中,感測器接收到的關於第一TOF頻率、第二TOF頻率及第三TOF頻率等的TOF訊號;技術用語「第一PWD訊號」、「第二PWD訊號」及「第三PWD訊號」等係指流量計在都普勒法中,感測器接收到的關於第一PWD頻率、第二PWD頻率及第三PWD頻率等的PWD訊號;技術用語「第一TOF測量值」、「第二TOF測量值」及「第三TOF測量值」等係指流量計在時間差法中分別以「第一TOF頻率」、「第二TOF頻率」及「第三TOF頻率」等不同頻率所計算得到的測量值;技術用語「第一PWD測量值」、「第二PWD測量值」及「第三PWD測量值」等係指流量計在都普勒法中分別以「第一PWD頻率」、「第二PWD頻率」及「第三PWD頻率」等不同頻率所計算得到的測量值。 To facilitate the description of the measurement method and frequency of use of the flow meter, the following technical terms used in this case are explained: the technical term "TOF measurement" refers to the measurement method of the flow meter as the time difference method (as shown in Figure 1); the technical term "PWD measurement" refers to the measurement method of the flow meter as the Doppler method (as shown in Figure 2); The technical terms "first TOF frequency", "second TOF frequency" and "third TOF frequency" refer to the different frequencies used by the flow meter in the time difference method; the technical terms "first PWD frequency", "second PWD frequency" and "third PWD frequency" refer to the different frequencies used by the flow meter in the time difference method. "The signal of the first TOF frequency", "the signal of the second TOF frequency" and "the signal of the third TOF frequency" refer to the different frequencies used by the flow meter in the Doppler method; the technical terms "the signal of the first TOF frequency", "the signal of the second TOF frequency" and "the signal of the third TOF frequency" refer to the flow meter in the time difference method, the sensor sends the first TOF frequency, the second TOF frequency and the third TOF frequency signals; the technical terms "the signal of the first PWD frequency", "the signal of the second PWD frequency" and "the signal of the third PWD frequency" refer to the flow meter in the Doppler method, the sensor sends the first PWD frequency, the second PWD frequency and the third PWD frequency signals. The technical terms "first TOF signal", "second TOF signal" and "third TOF signal" refer to TOF signals of the first TOF frequency, the second TOF frequency and the third TOF frequency received by the sensor of the flow meter in the time difference method; the technical terms "first PWD signal", "second PWD signal" and "third PWD signal" refer to PWD signals of the first PWD frequency, the second PWD frequency and the third PWD frequency received by the sensor of the flow meter in the Doppler method; The technical terms "first TOF measurement value", "second TOF measurement value" and "third TOF measurement value" refer to the measurement values calculated by the flow meter using different frequencies such as "first TOF frequency", "second TOF frequency" and "third TOF frequency" in the time difference method; the technical terms "first PWD measurement value", "second PWD measurement value" and "third PWD measurement value" refer to the measurement values calculated by the flow meter using different frequencies such as "first PWD frequency", "second PWD frequency" and "third PWD frequency" in the Doppler method.
請參照圖3,其為本案根據一實施例所繪示的混波式超音波流量計的電路方塊圖。混波式超音波流量計300(以下簡稱流量計)包括第一感測器311、第二感測器321、訊號發送模組330、訊號接收模組340、處理模組350及切換器360。第一感測器311及第二感測器321耦接切換器360。切換器360耦接訊號發送模組330、訊號接收模組340及處理電路350。訊號發送模組330及訊號接收模組340耦接處理電路350。
Please refer to FIG. 3, which is a circuit block diagram of a hybrid ultrasonic flowmeter according to an embodiment of the present invention. The hybrid ultrasonic flowmeter 300 (hereinafter referred to as the flowmeter) includes a
於一實施例中,圖3的流量計300的配置如圖1所說明的情境,例如第一感測器311設置於感測器121的位置及第二感測器321設置於感測器131的位置。為簡化說明書內容,於此不再重述。
In one embodiment, the configuration of the
於TOF量測中,於發射訊號時,處理電路350發出控制訊號355至切換器360,以令第一感測器311及第二感測器321切換為TOF量測的發射訊號的模式。另一方面,處理電路350透過訊號發送模組330的第一發送電路331及第二發送電路333控制第一感測器311及第二感測器321同時發出同一TOF頻率的訊號。
In the TOF measurement, when transmitting the signal, the
於TOF量測中,於接收訊號時,處理電路350發出控制訊號355至切換器360,以令第一感測器311及第二感測器321切換為TOF量測的接收訊號的模式。另一方面,處理電路350透過訊號接收模組340的第一接收電路341及第二接收電路343控制第一感測器311及第二感測器321分別接收TOF訊號。
In TOF measurement, when receiving a signal, the
於一實施例中,處理電路350基於第一感測器311及第二感測器321收到的兩個TOF訊號的時間差,計算液體在管道110中的流速及流量。
In one embodiment, the
於一實施例中,於PWD量測中,流量計300使用第一感測器311及第二感測器321中的一者。為簡化說明,以下以第一感測器311為例。具體地,圖
3的流量計300的配置如圖2所說明的情境,例如第一感測器311設置於感測器141的位置。為簡化說明書內容,於此不再重述。
In one embodiment, in PWD measurement, the
於PWD量測中,於發射訊號時,處理電路350發出控制訊號355至切換器360,以令第一感測器311切換為PWD量測的發射訊號的模式。另一方面,處理電路350透過訊號發送模組330的第一發送電路331控制第一感測器311發出PWD頻率的訊號。
In PWD measurement, when transmitting a signal, the
於PWD量測中,於接收訊號時,處理電路350發出控制訊號355至切換器360,以令第一感測器311切換為PWD量測的接收訊號的模式。另一方面,處理電路350透過訊號接收模組340的第一接收電路341控制第一感測器311接收PWD訊號。
In PWD measurement, when receiving a signal, the
於一實施例中,處理電路350基於第一感測器311發出PWD頻率的訊號及接收到的PWD訊號得到兩個訊號的頻移,以計算液體在管道110中的流速及流量。
In one embodiment, the
於一實施例中,流量計300的操作包括驗證階段及量測階段。
In one embodiment, the operation of the
在驗證階段中,流量計300會分別執行預先設計好的多個量測模式來取得多個測量值,再以取得的多個測量值來決定要使用哪一個量測模式作為運作模式。多個量測模式的詳細內容將於後述說明。
During the verification phase, the
於決定好使用的運作模式後,流量計300運作於量測階段。在量測階段中,流量計300會以前述決定的運作模式來測量管道110中液體的流速及流量。
After determining the operating mode to be used, the
換言之,流量計300於驗證階段以多個不同的量測模式來評估哪一種量測為最適合當下液體的性質(即可以正確測量到液體的流速及流量),再於
量測階段中使用最適合的量測模式作為運作模式,以測量液體的流速及流量並輸出供使用者參考。
In other words, the
於一實施例中,若流量計300判斷量測的效率不佳(例如量測值突然下降),則從量測階段切換至驗證階段,以重新決定運作模式。
In one embodiment, if the
於一實施例中,流量計300會於驗證階段中依序執行多個量測模式,每一個量測模式包括一或多個TOF頻率測試及/或一或多個PWD頻率測試。於一實施例中,量測模式為多個不同TOF頻率的TOF訊號及多個不同PWD頻率的PWD訊號的排列組合所形成的模式。為利於理解本案內容,以下分別說明TOF頻率測試及PWD頻率測試的詳細操作。
In one embodiment, the
舉例而言,量測模式包括三個TOF頻率測試及一個PWD頻率測試,代表流量計300依序以第一TOF頻率、第二TOF頻率、第三TOF頻率執行TOF量測及以一PWD頻率執行PWD量測,而分別得到三個TOF測量值及一個PWD測量值。TOF量測及PWD量測已說明如上述內容(如圖1及圖2說明),於此不再重述。
For example, the measurement mode includes three TOF frequency tests and one PWD frequency test, which means that the
於一實施例中,第一TOF頻率可以為2MHz、第二TOF頻率可以為3.125MHz、第三TOF頻率可以為3.84MHz;PWD頻率可以為3.33MHz。 In one embodiment, the first TOF frequency may be 2MHz, the second TOF frequency may be 3.125MHz, the third TOF frequency may be 3.84MHz; the PWD frequency may be 3.33MHz.
本案的驗證階段以四個量測模式來舉例說明,惟本案不限制驗證階段的量測模式的個數,可依據實際應用而設計多於或少於四個量測模式。 The verification phase of this case is illustrated by four measurement modes, but this case does not limit the number of measurement modes in the verification phase, and more or less than four measurement modes can be designed based on actual applications.
請參照圖4,其為本案根據一實施例所繪示的流量計於驗證階段中決定運作模式以使用運作模式來量測液體流速的流程圖。 Please refer to Figure 4, which is a flow chart of a flow meter according to an embodiment of the present case, which determines the operating mode in the verification stage to use the operating mode to measure the liquid flow rate.
於步驟S410,流量計300執行驗證階段。
In step S410, the
於一實施例中,當流量計300運作於驗證階段時,利用多個不同TOF頻率的TOF訊號以及多個不同頻率的PWD頻率的PWD訊號的排列組合成多個量測模式。
In one embodiment, when the
於一實施例中,流量計300可以於四個量測模式中隨機地選擇一個量測模式或者依據第一量測模式、第二量測模式…的順序來執行。
In one embodiment, the
為便於理解本案,以下依據步驟S421至步驟S424的順序說明,惟本案的流量計300使用的量測方法不限於此順序。
To facilitate understanding of this case, the following description is based on the sequence of steps S421 to S424, but the measurement method used by the
於步驟S421,流量計300於驗證階段執行第一量測模式。
In step S421, the
在第一量測模式中,流量計300於TOF量測中使用最大頻率及最小頻率,再根據計算出的TOF測量值的大小來決定是否進一步以PWD量測,最後再決定要在量測階段使用的量測方式及用於TOF量測及PWD量測的使用頻率(usage frequency)。於一實施例中,第一量測模式包括於TOF量測中使用第一TOF頻率及第二TOF頻率,其中第一TOF頻率為流量計300使用的最小頻率,第二TOF頻率為流量計300使用的最大頻率。舉例而言,流量計300可用的TOF頻率包括2MHz、3.15MHz、3.84MHz及4.166MHz,其中流量計300可用的最小頻率為2MHz,流量計300可用的最大頻率為4.166MHz。
In the first measurement mode, the
於一實施例中,第一感測器311及第二感測器321依據一第一發射時間間隔同時發出訊號,其中第一感測器311及第二感測器321係依序且反覆地發出第一TOF頻率、第二TOF頻率、第一TOF頻率及第二TOF頻率等的訊號。第一感測器311及第二感測器321以上述訊號發射態樣(transmitted signal pattern)反覆地發出訊號。
In one embodiment, the
於一實施例中,第一發射時間間隔為脈衝重複間隔(pulse repetition interval,PRI)。第一發射時間間隔例如是350微秒(μs)。 In one embodiment, the first transmission time interval is a pulse repetition interval (PRI). The first transmission time interval is, for example, 350 microseconds (μs).
舉例而言,第一感測器311及第二感測器321同時發出第一TOF頻率的訊號。於間隔350微秒後,第一感測器311及第二感測器321同時發出第二TOF頻率的訊號。於間隔350微秒後,第一感測器311及第二感測器321同時發出第一TOF頻率的訊號,以此類推。
For example, the
於上述舉例中,第一感測器311及第二感測器321會分別接收到第一TOF訊號及第二TOF訊號等多個TOF訊號,其中第一感測器311接收到的TOF訊號為第二感測器321所發出,第二感測器321接收到的TOF訊號為第一感測器311所發出。處理電路350根據兩個第一TOF訊號分別被第一感測器311與第二感測器321接收的時間差計算出第一TOF測量值以及根據兩個第二TOF訊號分別被第一感測器311與第二感測器321接收的時間差計算出第二TOF測量值。
In the above example, the
於一實施例中,處理電路350判斷多個TOF測量值中的至少一者是否滿足一第一門檻條件(例如大於一預設門檻值)。若此些TOF測量值中的至少一者滿足第一門檻條件,則不需要在驗證階段的第一量測模式中進一步執行PWD量測。
In one embodiment, the
舉例而言,若第一TOF測量值或第二TOF測量值大於預設門檻值,則即使另一筆TOF測量值沒有大於預設門檻值,處理電路350也不需要進一步執行PWD量測。
For example, if the first TOF measurement value or the second TOF measurement value is greater than the preset threshold value, the
於一實施例中,處理電路350從多個TOF測量值(例如多個第一TOF測量值及多個第二TOF量測值)當中依據第二門檻條件(例如選擇最大的測量值)設定運作模式的使用頻率。
In one embodiment, the
於上述舉例中,若第一TOF測量值(例如於不同時間點計算出的多個第一TOF測量值的平均值)為所有計算所得的TOF測量值中的最大值,則處理電路350會將第一TOF頻率設定為運作模式的使用頻率。此時,處理電路350不會進一步執行PWD量測。
In the above example, if the first TOF measurement value (e.g., the average value of multiple first TOF measurement values calculated at different time points) is the maximum value among all calculated TOF measurement values, the
於另一實施例中,若處理電路350判定多個TOF測量值都不滿足第一門檻條件,代表流量計300在TOF量測中使用最大頻率及最小頻率的TOF測量值都可能不精準(例如TOF測量值的平均值低於預設門檻值)。於此實施例中,處理電路350在驗證階段的第一量測模式進一步加入PWD量測來決定使用TOF量測或PWD量測,以於目前的液體性質中評估PWD量測是否比TOF量測更適合量測目前的液體,或者TOF量測仍為較適合量測方式。
In another embodiment, if the
於此實施例中,第一量測模式包括於TOF量測中使用第一TOF頻率及第二TOF頻率及於PWD量測中使用第一PWD頻率。 In this embodiment, the first measurement mode includes using the first TOF frequency and the second TOF frequency in TOF measurement and using the first PWD frequency in PWD measurement.
請參照圖5,其為本案根據一實施例所繪示的第一量測模式的訊號時序圖。 Please refer to Figure 5, which is a signal timing diagram of the first measurement mode drawn according to an embodiment of the present invention.
於一實施例中,第一感測器311及第二感測器321先依據第一發射時間間隔T1同時發出訊號,接著第一感測器311再依據第二發射時間間隔T2單獨發出訊號。具體地,第一感測器311及第二感測器321依序且反覆地基於第一發射時間間隔T1發出第一TOF頻率及第二TOF頻率的訊號,接著第一感測器311基於第二發射時間間隔T2單獨發出第一PWD頻率的訊號。上述作為一個迴圈,第一感測器311及第二感測器321以上述訊號發射態樣(第一TOF頻率、第二TOF頻率及第一PWD頻率)反覆地發出訊號。
In one embodiment, the
第一PWD頻率例如是3.33MHz。 The first PWD frequency is, for example, 3.33 MHz.
於一實施例中,第二發射時間間隔T2為脈衝重複間隔(pulse repetition interval,PRI)。第二發射時間間隔例如是70微秒。 In one embodiment, the second transmission time interval T2 is a pulse repetition interval (PRI). The second transmission time interval is, for example, 70 microseconds.
舉例而言,第一感測器311及第二感測器321同時發出第一TOF頻率的訊號。於間隔350微秒後,第一感測器311及第二感測器321同時發出第二TOF頻率的訊號。於間隔70微秒後,第一感測器311發出第一PWD頻率的訊號。再於間隔350微秒後,第一感測器311及第二感測器321同時發出第一TOF頻率的訊號,以此類推。
For example, the
於上述舉例中,第一感測器311及第二感測器321會分別接收到第一TOF訊號及第二TOF訊號,其中第一感測器311接收到的第一TOF訊號及第二TOF訊號是由第二感測器321發出的,第二感測器321接收到的第一TOF訊號及第二TOF訊號是由第一感測器311發出的。處理電路350根據兩個第一TOF訊號分別被第一感測器311及第二感測器321接收的時間差計算出第一TOF測量值及根據兩個第二TOF訊號分別被第一感測器311及第二感測器321接收的時間差計算出第二TOF測量值。
In the above example, the
於上述舉例中,第一感測器311發出第一PWD頻率的訊號之後經過一段時間,第一感測器311會收到第一PWD訊號。
In the above example, after a period of time has passed since the
處理電路350根據第一感測器311發出的第一PWD頻率的訊號及接收的第一PWD訊號的頻移來計算出第一PWD測量值。
The
於一實施例中,流量計300判斷多個TOF測量值及PWD測量值中的至少一者是否滿足第一門檻條件(例如大於一預設門檻值)。若此些TOF測量值及PWD測量值中的至少一者滿足第一門檻條件,則處理電路350不需要在驗證階段中改變至其他量測模式來檢驗是否有其他更適合的訊號發射態樣。
In one embodiment, the
於一實施例中,處理電路350根據第二門檻值條件將TOF量測及PWD量測中之一者設定為運作模式,並設定TOF訊號及PWD訊號對應的一使用頻率。例如,處理電路350根據TOF訊號及PWD訊號的大小從中選取最大者、計算多個量測值的平均值並根據平均值的最大值來選擇使用頻率或計算多個量測值的標準差並根據標準差中的最小值來選擇使用頻率等(將詳細說明如下)。於此實施例中,第二門檻值條件即為所述訊號最大者、平均值的最大值或標準差的最小值等。
In one embodiment, the
於一實施例中,處理電路350根據第一TOF測量值(例如於不同時間點計算出的多個第一TOF測量值的平均值作為用來比較的第一TOF測量值)、第二TOF量測值(例如於不同時間點計算出的多個第二TOF測量值的平均值作為用來比較的第二TOF量測值)及第一PWD測量值(例如於不同時間點計算出的多個第一PWD測量值的平均值作為用來比較的第一PWD量測值)中的最大者來作為使用頻率。
In one embodiment, the
於上述舉例中,若第一PWD測量值為所有測量值中的最大值,則處理電路350會以PWD量測作為第一量測模式的量測方法並將第一PWD頻率設定為使用頻率。
In the above example, if the first PWD measurement value is the maximum value among all the measurement values, the
於另一實施例中,處理電路350根據第一TOF測量值(例如於不同時間點計算出的多個第一TOF測量值的標準差作為用來比較的第一TOF測量值)、第二TOF量測值(例如於不同時間點計算出的多個第二TOF測量值的標準差作為用來比較的第二TOF量測值)及第一PWD測量值(例如於不同時間點計算出的多個第一PWD測量值的標準差作為用來比較的第一PWD量測值)中的最小者來作為使用頻率。
In another embodiment, the
於再另一實施例中,流量計300直接比較TOF訊號及PWD訊號的大小來決定使用頻率。舉例而言,流量計300依時間序取得第一TOF訊號、第二TOF訊號及第一PWD訊號等,處理電路350比較第一TOF訊號與第二TOF訊號的訊號大小。若第二TOF訊號大於第一TOF訊號,則比較第二TOF訊號與第一PWD訊號的訊號大小,以此類推。若一段時間之後,當下取得的第二TOF訊號為最大值(大於第一TOF訊號及第一PWD訊號),則處理電路350將第二TOF頻率設定為使用頻率。
In yet another embodiment, the
於上述舉例中,若第二TOF測量值為所有測量值中的最大值,則處理電路350會以TOF量測作為第一量測模式的量測方法並將第二TOF頻率設定為使用頻率。
In the above example, if the second TOF measurement value is the maximum value among all the measurement values, the
於上述舉例中,若在驗證階段中第一量測模式被選擇為運作模式,則流量計300會於量測階段使用第二TOF頻率來執行TOF量測來測量管道110中液體的流速及流量。
In the above example, if the first measurement mode is selected as the operation mode in the verification phase, the
值得一提的是,第一量測模式的設計為先透過測試第一感測器311及第二感測器321使用的最大TOF頻率及最小TOF頻率來快速評估液體的性質是否適合使用TOF量測,若TOF量測適合液體目前的性質,則不進一步評估PWD量測。若TOF量測不適合液體目前的性質,則進一步評估PWD量測以確認都普勒量測是否為較適合的量測方法。據此,本案可以即時地且動態地調整為最適合的量測方法。
It is worth mentioning that the design of the first measurement mode is to quickly evaluate whether the properties of the liquid are suitable for TOF measurement by testing the maximum TOF frequency and the minimum TOF frequency used by the
於另一實施例中,若處理電路350判定所有的TOF測量值及PWD測量值都不滿足第一門檻條件(代表第一量測模式不適合測量當前的液體),則需要在驗證階段執行其他的量測模式(步驟S430)。
In another embodiment, if the
於步驟S422,流量計300於驗證階段執行第二量測模式。
In step S422, the
在第二量測模式中,流量計300交錯使用TOF量測及PWD量測(不改變TOF量測及PWD量測的發射頻率),再根據計算出的TOF測量值及PWD測量值的大小來決定量測方式及用於TOF量測及PWD量測的使用頻率。
In the second measurement mode, the
於一實施例中,第二量測模式包括於TOF量測中使用第三TOF頻率及於PWD量測中使用第二PWD頻率。 In one embodiment, the second measurement mode includes using a third TOF frequency in TOF measurement and using a second PWD frequency in PWD measurement.
請參照圖6,其為本案根據一實施例所繪示的第二量測模式的訊號時序圖。 Please refer to Figure 6, which is a signal timing diagram of the second measurement mode drawn according to an embodiment of the present invention.
於一實施例中,第一感測器311及第二感測器321同時發出第三TOF頻率的訊號。於第二發射時間間隔T2後,第一感測器311發出第二PWD頻率的訊號。於第一發射時間間隔T1後,第一感測器311及第二感測器321同時發出第三TOF頻率的訊號。上述作為一個迴圈,第二感測器321及/或第一感測器311以上述訊號發射態樣(第三TOF頻率及第二PWD頻率)反覆地發出訊號。
In one embodiment, the
於上述舉例中,處理電路350依序計算出第三TOF測量值、第二PWD測量值、第三TOF測量值及第二PWD測量值等。
In the above example, the
於一實施例中,處理電路350判斷第三TOF測量值及第二PWD中的至少一者是否滿足第一門檻條件(例如大於一預設門檻值)。若第三TOF測量值及第二PWD量值中的至少一者滿足第一門檻條件,則處理電路350不需要在驗證階段中改變至其他量測模式來檢驗是否有其他更適合的訊號發射態樣。
In one embodiment, the
於一實施例中,處理電路350根據第二門檻值條件將TOF量測及PWD量測中之一者設定為運作模式,並設定一使用頻率。此實施例請參照上述說明,於此不再重述。
In one embodiment, the
於一實施例中,處理電路350根據第三TOF測量值及第二PWD測量值中的最大者來作為使用頻率。第二門檻值條件的內容請參照上述說明,於此不再重述。
In one embodiment, the
於上述舉例中,於流量計300運作第二量測模式一段時間之後,若第二PWD測量值大於第三TOF測量值,則處理電路350會以PWD量測作為第二量測模式的量測方法並將第二PWD頻率設定為使用頻率。
In the above example, after the
因此,若在驗證階段中,第二量測模式被選擇為運作模式,則流量計300會於量測階段使用第二PWD頻率來執行PWD量測來測量管道110中液體的流速及流量。
Therefore, if the second measurement mode is selected as the operation mode during the verification phase, the
值得一提的是,第二量測模式的設計為交錯使用時間差法及都普勒法,並於一段時間之後依據測量值來判定時間差法及都普勒法中何者為最適合用於量測液體。據此,本案可以即時地且動態地調整為最適合的量測方法。 It is worth mentioning that the second measurement mode is designed to alternately use the time difference method and the Doppler method, and after a period of time, determine which of the time difference method and the Doppler method is most suitable for measuring liquids based on the measured value. Based on this, this case can be adjusted to the most suitable measurement method in real time and dynamically.
於另一實施例中,若處理電路350判定所有的TOF測量值及PWD測量值都不滿足第一門檻條件(代表第二量測模式不適合測量當前的液體),則需要在驗證階段執行其他的量測模式(步驟S430)。
In another embodiment, if the
於步驟S423,流量計300於驗證階段執行第三量測模式。
In step S423, the
在第三量測模式中,流量計300依序以不同頻率使用TOF量測,再根據計算出的TOF測量值的大小來決定TOF量測的使用頻率。
In the third measurement mode, the
於一實施例中,第三量測模式包括於TOF量測中使用多個TOF頻率。多個TOF頻率包括第四TOF頻率、第五TOF頻率及第六TOF頻率。 In one embodiment, the third measurement mode includes using multiple TOF frequencies in TOF measurement. The multiple TOF frequencies include a fourth TOF frequency, a fifth TOF frequency, and a sixth TOF frequency.
請參照圖7,其為本案根據一實施例所繪示的第三量測模式的訊號時序圖。 Please refer to Figure 7, which is a signal timing diagram of the third measurement mode drawn according to an embodiment of the present invention.
於一實施例中,第一感測器311及第二感測器321依據第一發射時間間隔T1同時發出訊號。具體地,第一感測器311及第二感測器321依序且反覆地基於第一發射時間間隔T1同時發出第四TOF頻率、第五TOF頻率、第六TOF頻率、第四TOF頻率及第五TOF頻率等的訊號。第一感測器311及第二感測器321以上述訊號發射態樣反覆地發出訊號。
In one embodiment, the
於上述舉例中,處理電路350依序計算出第四TOF測量值、第五TOF測量值及第六TOF測量值等。
In the above example, the
於一實施例中,處理電路350判斷第四TOF測量值、第五TOF測量值及第六TOF測量值中的至少一者是否滿足第一門檻條件(例如大於一預設門檻值)。若第四TOF測量值、第五TOF測量值及第六TOF測量值中的至少一者滿足第一門檻條件,則處理電路350不需要在驗證階段中改變至其他量測模式來檢驗是否有其他更適合的訊號發射態樣。
In one embodiment, the
於一實施例中,處理電路350選擇第三量測模式為運作模式,並根據第二門檻值條件設定一使用頻率。
In one embodiment, the
於一實施例中,處理電路350根據第四TOF測量值、第五TOF測量值及第六TOF測量值中的最大者來作為使用頻率。第二門檻值條件的內容請參照上述說明,於此不再重述。
In one embodiment, the
於上述舉例中,若第六TOF測量值為所有測量值中的最大值,則處理電路350會將第六TOF頻率設定為使用頻率。
In the above example, if the sixth TOF measurement value is the maximum value among all the measurement values, the
因此,於上述舉例中,若在驗證階段中,第三量測模式被選擇為運作模式,則流量計300會於量測階段使用第六TOF頻率來執行TOF量測來測量管道110中液體的流速及流量。
Therefore, in the above example, if the third measurement mode is selected as the operation mode in the verification phase, the
值得一提的是,第三測是模式的設計為於時間差法量測中使用多個不同的頻率來進行評估,並選擇可以測量到最精準的頻率來進行量測。據此,本案可以即時地且動態地調整為最適合的量測方法。 It is worth mentioning that the third test mode is designed to use multiple different frequencies in the time difference method measurement for evaluation, and select the frequency that can measure the most accurately for measurement. Based on this, this case can be adjusted to the most suitable measurement method in real time and dynamically.
於另一實施例中,若處理電路350判定所有的TOF測量值都不滿足第一門檻條件(代表第三量測模式不適合測量當前的液體),則需要在驗證階段執行其他的量測模式(步驟S430)。
In another embodiment, if the
於步驟S424,流量計300於驗證階段執行第四量測模式。
In step S424, the
在第四量測模式中,流量計300依序以不同頻率使用TOF量測及PWD量測,再根據計算出的TOF測量值及PWD測量值的一統計值來決定量測方式及用於TOF量測及PWD量測的使用頻率。
In the fourth measurement mode, the
於一實施例中,統計值包括平均值、標準差、中位數或其他統計量(statistic)。 In one embodiment, the statistical value includes a mean, a standard deviation, a median, or other statistics.
於一實施例中,第四量測模式包括於TOF量測中使用多個TOF頻率及於PWD量測中使用第三PWD頻率。多個TOF頻率包括第七TOF頻率、第八TOF頻率及第九TOF頻率。 In one embodiment, the fourth measurement mode includes using multiple TOF frequencies in TOF measurement and using the third PWD frequency in PWD measurement. The multiple TOF frequencies include the seventh TOF frequency, the eighth TOF frequency, and the ninth TOF frequency.
請參照圖8,其為本案根據一實施例所繪示的第四量測模式的訊號時序圖。 Please refer to Figure 8, which is a signal timing diagram of the fourth measurement mode drawn according to an embodiment of the present invention.
於一實施例中,第一感測器311及第二感測器321先依據第一發射時間間隔T1同時發出訊號,接著第一感測器311再單獨依據第二發射時間間隔T2發出訊號。具體地,第一感測器311及第二感測器321依序且反覆地基於第一發射時間間隔T1同時發出第七TOF頻率、第八TOF頻率及第九TOF頻率的訊號,接著第一感測器311再基於第二發射時間間隔T2發出第三PWD頻率的訊號。上述作為
一個迴圈,第一感測器311及第二感測器321以上述訊號發射態樣(第七TOF頻率、第八TOF頻率、第九TOF頻率及第三PWD頻率)反覆地發出訊號。
In one embodiment, the
舉例而言,第一感測器311及第二感測器321同時發出第七TOF頻率的訊號。於間隔350微秒後,第一感測器311及第二感測器321同時發出第八TOF頻率的訊號。於間隔350微秒後,第一感測器311及第二感測器321同時發出第九TOF頻率的訊號。於間隔70微秒後,第一感測器311發出第三PWD頻率的訊號。再於間隔350微秒後,第一感測器311及第二感測器321同時發出第七TOF頻率的訊號,以此類推。
For example, the
於上述舉例中,第一感測器311及第二感測器321會分別接收到第七TOF訊號、第八TOF訊號及第九TOF訊號。處理電路350根據兩個第七TOF訊號分別被第一感測器311及第二感測器321接收的時間差計算出第七TOF測量值、根據兩個第八TOF訊號分別被第一感測器311及第二感測器321接收的時間差計算出第八TOF測量值以及根據兩個第九TOF訊號分別被第一感測器311及第二感測器321接收的時間差計算出第九TOF測量值。
In the above example, the
於上述舉例中,第一感測器311發出第三PWD頻率的訊號之後經過一段時間,第一感測器311會收到第三PWD訊號。
In the above example, after a period of time has passed since the
處理電路350根據第一感測器311發出的第三PWD頻率的訊號及接收的第三PWD訊號的頻移來計算出第三PWD測量值。
The
於一實施例中,流量計300判斷多個TOF測量值及PWD測量值中的至少一者是否滿足第一門檻條件(例如大於一預設門檻值)。若此些TOF測量值及PWD測量值中的至少一者滿足第一門檻條件,則處理電路350不需要在驗證階段中改變至其他量測模式來檢驗是否有其他更適合的訊號發射態樣。
In one embodiment, the
於一實施例中,處理電路350根據第二門檻值條件將TOF量測及PWD量測中之一者設定為運作模式,並設定一使用頻率(步驟S440)。
In one embodiment, the
於一實施例中,處理電路350根據第七TOF測量值、第八TOF測量值、第九TOF測量值及第三PWD測量值中的最大者來作為使用頻率。此實施例請參照上述說明,於此不再重述。
In one embodiment, the
於上述舉例中,若第八TOF測量值為最大值,則處理電路350會以TOF量測作為第四量測模式的量測方法並將第八TOF頻率設定為使用頻率。
In the above example, if the eighth TOF measurement value is the maximum value, the
因此,若在驗證階段中,第四量測模式被選擇為運作模式,則流量計300會於量測階段使用第八TOF頻率來執行TOF量測來測量管道110中液體的流速及流量。
Therefore, if the fourth measurement mode is selected as the operating mode during the verification phase, the
於另一實施例中,流量計300直接比較TOF訊號或PWD訊號的大小而非比較測量值的大小來決定使用頻率。舉例而言,流量計300依時間序分別取得第一感測器311及第二感測器321的第七TOF訊號、第八TOF訊號、第九TOF訊號等,處理電路350比較第八TOF訊號與第七TOF訊號的訊號大小(例如比較第一感測器311的兩個訊號的大小及比較第二感測器321的兩個訊號的大小後再比較第一感測器311及第二感測器321中大的訊號的大小,或者比較四個訊號的大小,本案不以此為限)。若第七TOF訊號大於第八TOF訊號,則比較第九TOF訊號與第七TOF訊號的訊號大小,以此類推。若一段時間之後,當下取得的第九TOF訊號為最大值,則處理電路350將第九TOF頻率設定為使用頻率。
In another embodiment, the
值得一提的是,第四量測模式的設計為使用時間差法量測的所有頻率及都普勒法量測的頻率,同時進行測量值的評估。相較於第一量測模式,第 四測是模式適用於無法直接評估液體的目前性質適合時間差法量測或是都普勒法量測。據此,本案可以即時地且動態地調整為最適合的量測方法。 It is worth mentioning that the fourth measurement mode is designed to use all frequencies measured by the time difference method and the frequencies measured by the Doppler method to evaluate the measured values at the same time. Compared with the first measurement mode, the fourth measurement mode is suitable for the current properties of the liquid that cannot be directly evaluated and are suitable for time difference measurement or Doppler measurement. Based on this, this case can be adjusted to the most suitable measurement method in real time and dynamically.
於另一實施例中,若處理電路350判定所有的TOF測量值及PWD測量值都不滿足第一門檻條件(代表第四量測模式不適合測量當前的液體),則需要在驗證階段執行其他的量測模式(步驟S430)。
In another embodiment, if the
於步驟S430,流量計300判斷是否存在一測量值滿足第一門檻條件。
In step S430, the
於一實施例中,若流量計300判斷TOF測量值及PWD測量值中之任一者大於一預設門檻值時,則判定存在一測量值滿足第一門檻條件。
In one embodiment, if the
於一實施例中,若流量計300判斷所有TOF測量值及/或PWD測量值不大於一預設門檻值,則判定不存在一測量值滿足第一門檻條件並回到步驟S410選擇其他量測模式來進行驗證。
In one embodiment, if the
若流量計300判定存在一測量值滿足第一門檻條件,則執行步驟S440。請參照上述說明,於此不再重述。
If the
於步驟S440,流量計300根據第二門檻條件將TOF量測及PWD量測中之一者設定為運作模式並設定一使用頻率。請參照上述說明,於此不再重述。
In step S440, the
於一實施例中,第二門檻條件包括相同頻率下最大的TOF測量值、相同頻率下的TOF測量值中有最大平均值、相同頻率下的TOF測量值中有最小標準差、相同頻率下最大的PWD測量值、相同頻率下的PWD測量值中有最大平均值及相同頻率下的PWD測量值中有最小標準差等。 In one embodiment, the second threshold condition includes the maximum TOF measurement value at the same frequency, the maximum average value among the TOF measurement values at the same frequency, the minimum standard deviation among the TOF measurement values at the same frequency, the maximum PWD measurement value at the same frequency, the maximum average value among the PWD measurement values at the same frequency, and the minimum standard deviation among the PWD measurement values at the same frequency, etc.
於步驟S450,流量計300根據設定好的運作模式及使用頻率來執行量測階段。
In step S450, the
流量計300於運作模式中控制第一感測器311及第二感測器321發出具有使用頻率的TOF頻率的TOF訊號及PWD頻率的PWD訊號其中之一者,並執行相應的TOF量測及PWD量測中的至少一者,以於量測階段中測量液體的流速。
In the operation mode, the
於步驟S460,流量計300判斷在量測階段中計算出的量測值是否滿足第一門檻條件。若流量計300判定量測值不滿足第一門檻條件,代表液體的性質可能改變,而目前使用的運作模式或使用頻率已不符合性質改變後的液體。此時,流量計300自動從量測階段切換至驗證階段,以基於上述步驟重新選擇適合的量測模式。若流量計300判定量測值滿足第一門檻條件,則持續使用目前的運作模式及使用頻率來量測液體的流速。請參照上述說明,於此不再重述。
In step S460, the
請參照圖9,其為本案根據一實施例所繪示的液體的流速與液體中雜質密度的關係圖。於一實施例中,液體以一穩定流速於管道110中流動。若流量計300計算出的流速為最大值,則此最大值為正確的流速。
Please refer to Figure 9, which is a graph showing the relationship between the flow rate of the liquid and the density of impurities in the liquid according to an embodiment of the present invention. In one embodiment, the liquid flows in the
於一實施例中,流量計300使用TOF量測來計算液體的流速。當液體中的雜質密度越高,TOF量測所得到的流速會越小(即所測得的流速越不精準),如曲線L1所示。
In one embodiment, the
於一實施例中,流量計300使用PWD量測來計算液體的流速。當液體中的雜質密度越高,PWD量測所得到的流速會越大(符合當下的流速,即所測得的流速越精準),如曲線L2所示。
In one embodiment, the
在TOF量測中,當雜質密度等於或大於0且小於第一門檻值BD-L1時,TOF量測的精準度會到達一信賴度,即流量計300使用TOF量測可以精準測得液體的流速。當雜質密度大於或等於第一門檻值BD-L1時,TOF量測的精準度會隨著雜質密度增加而下降。
In TOF measurement, when the impurity density is equal to or greater than 0 and less than the first threshold value BD-L1, the accuracy of TOF measurement will reach a certain level of confidence, that is, the
在PWD量測中,當雜質密度等於或大於0且小於第二門檻值BD-L2時,PWD量測的精準度會隨著雜質密度增加而上升。當雜質密度等於或大於第二門檻值BD-L2時,PWD量測的精準度會到達一信賴度,即流量計300使用PWD量測可以精準測得液體的流速。
In PWD measurement, when the impurity density is equal to or greater than 0 and less than the second threshold value BD-L2, the accuracy of PWD measurement will increase as the impurity density increases. When the impurity density is equal to or greater than the second threshold value BD-L2, the accuracy of PWD measurement will reach a certain level of confidence, that is, the
其中,第二門檻值BD-L2大於第一門檻值BD-L1。 Among them, the second threshold value BD-L2 is greater than the first threshold value BD-L1.
當雜質密度等於或大於第一門檻值BD-L1且小於第二門檻值BD-L2時,即雜質密度落於死區(dead band)915中,流量計300使用TOF量測或PWD量測的精準度都會低於信賴度,但使用兩者所分別測量得到的精準度仍有差異。
When the impurity density is equal to or greater than the first threshold value BD-L1 and less than the second threshold value BD-L2, that is, the impurity density falls in the
於一實施例中,處理電路350會根據死區915的寬度來決定從TOF量測切換至PWD量測或從PWD量測切換至TOF量測的靈敏度。死區915為等於或大於第一門檻值BD-L1且小於第二門檻值BD-L2的區間。
In one embodiment, the
於一實施例中,流量計300在驗證階段中,若處理電路350以TOF量測作為量測模式的量測方法並且計算出最大的TOF量測值大於第一門檻值BD-L1,則從當下的量測模式切換至其他的量測模式。舉例而言,若當下的量測模式為第一量測模式,則處理電路350執行第二量測模式的驗證。
In one embodiment, during the verification phase of the
於另一實施例中,流量計300在驗證階段中,若處理電路350以PWD量測作為量測模式的量測方法並且計算出最大的PWD量測值小於第二門
檻值BD-L2,則從當下的量測模式切換至其他的量測模式。舉例而言,若當下的量測模式為第四量測模式,則處理電路350執行第一量測模式的驗證。
In another embodiment, during the verification phase of the
於一實施例中,處理電路350重新執行驗證的順序可以為第一量測模式、第二量測模式、第三量測模式及第四量測模式的順序,本案不以此為限。
In one embodiment, the order in which the
綜上所述,本案提出的混波式超音波流量計及測量方法可以於時間差法量測及都普勒法量測中動態切換,並以不同的訊號發射態樣來選擇出最適合當下的液體性質的量測,保證任何時刻都可以測量出精準的流速及流量。 In summary, the hybrid ultrasonic flowmeter and measurement method proposed in this case can dynamically switch between time difference measurement and Doppler measurement, and use different signal emission patterns to select the most suitable measurement for the current liquid properties, ensuring that accurate flow rate and flow rate can be measured at any time.
以上所述僅為本案的具體實例,非因此即侷限本案的申請專利範圍,故舉凡運用本案內容所為的等效變化,均同理皆包含於本案的範圍內,合予陳明。 The above is only a specific example of this case, and does not limit the scope of the patent application of this case. Therefore, all equivalent changes made by applying the content of this case are also included in the scope of this case and should be stated.
S410~S460:步驟 S410~S460: Steps
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