用于测量气体浓度及流量率之超音波装置及方法

摘要

一种超音波装置藉由根据温度来计算可能的传播时间范围；决定分别根据超音波之向前与向后波形所产生之二个第一触发信号的相位是否彼此相符；处理零穿越信号使得该等相位彼此相符；藉由计算向前与向后零穿越时间瞬间之平均值来获取基准零穿越时间瞬间；藉由减除该等超音波之周期的整数倍数使得减除结果落入一可能的传播时间范围内来获取一超音波接收点；以及根据该超音波接收点来估计超音波传播时间而测量一样本气体之浓度与流量率。

主权项

1.一种用于测量样本气体之浓度与流量率的超音 波装置,包含: 用于使该样本气体流动之一导管; 被安装于该导管之内侧之一第一超音波传输-接收 装置; 被安装于该导管之内侧而面对该第一超音波传输- 接收装置之一第二超音波传输-接收装置; 一传输-接收切换器,其用于在用于传输超音波之 一传输模式与用于接收超音波之一接收模式间切 换该等第一与第二超音波传输接收装置之作业模 式; 一温度感应器,其被配置于该导管内用于测量流动 通过该导管之样本气体的温度; 当该装置为在传输模式时该第一超音波传输-接收 装置产生相对于该样本气体之流动方向的向前超 音波,及在该装置为在接收模式时根据被该第二超 音波传输-接收装置产生之该接收的超音波来产生 向后超音波波形; 当该装置为在传输模式时该第二超音波传输-接收 装置产生相对于该样本气体之流动方向的向后超 音波,及在该装置为在接收模式时根据被该第一超 音波传输-接收装置产生之该接收的超音波来产生 向前超音波波形; 用于在该等向前与向后波形通过一预设位准时产 生触发信号之装置; 用于在该等向前与向后波形通过一零位准时产生 向前与向后零穿越信号之装置; 传播时间计算装置,其被耦合于该温度感应器、该 触发信号产生装置与该零穿越信号产生装置,用于 :(1)根据该温度感应器所侦测之气体温度来计算可 能的传播时间范围、(2)决定根据向前与向后波形 分别被产生之二个第一触发信号的相位是否彼此 相符、(3)若该等相位不彼此相符,处理该等零穿越 信号使得其彼此相符、(4)藉由计算向前与向后零 穿越时间瞬间之平均値获取基准零穿越时间瞬间 、(5)藉由减除该等超音波之周期的整数倍数使得 减除结果落入该可能的传播时间范围而获取一超 音波接收点、及(6)根据该超音波接收点估计该传 播时间。 2.如申请专利范围第1项所述之超音波装置,其中沿 着该导管在第一与第二超音波传输-接收装置间之 距离被选择,使得仅有一减除结果落在对该超音波 装置之可能的工作状况所决定之可能的传播时间 范围内。 3.如申请专利范围第2项所述之超音波装置,其中沿 着该导管在第一与第二超音波传输-接收装置间之 距离被选择以满足下列关系: (Ls/Cmin(Tmin)-(Ls/Cmax(Tmin))<1/f 其中: Ls:传播长度(m) f:样本气体中之超音波的频率(Hz) Cmin(Tmin):在最低工作温度Tmin(摄氏度数)通过样本 气体之超音波速度的下限 Cmax(Tmin):在最低工作温度Tmin(摄氏度数)通过样本 气体之超音波速度的上限。 4.如申请专利范围第1项所述之超音波装置,其中该 导管之内径被选择,使得在该样本气体的工作状况 下,向前与向后之传播时间差小于该等超音波之周 期。 5.如申请专利范围第1项所述之超音波装置,其中该 导管之内径被选择以满足下列关系: Ls/(Cmin(Tmin)-Qmax/(60000r2))-Ls/(Cmin(Tmin)+Qmax/(60000r 2))<1/f 其中: Ls:传播长度(m) r:导管的内径(m) f:样本气体中之超音波的频率(Hz) Cmin(Tmin):在最低工作温度Tmin(摄氏度数)通过样本 气体之超音波速度的下限 Qmax:样本气体之流量率的上限(公升/分)。 6.如申请专利范围第1项所述之超音波装置,其中: 该导管包括平直部位与垂直部位垂直地被连接于 该平直部位之端部; 该等第一与第二超音波传输-接收装置被配置于该 等垂直部位以面向该平直部位之端部;以及 该等第一与第二超音波传输-接收装置及该导管的 该等平直部位之各别端部间的距离满足下列的关 系: 0