JP2000146647A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度などの測定環境の変化があっても流量を
正確に測定すること。 【解決手段】 第１の超音波振動子から第２の超音波振
動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマと、前記
タイマの値から流量を演算によって求める演算部と、演
算部が演算中に参照する複数の補正係数を有し、前記演
算部が参照する補正係数を前記タイマの出力と算出した
流量に応じて変更するようにしてある。従って測定中の
流体の流量分布とその温度変化に適合した補正係数を演
算に使用することができるので正確な流量を算出するこ
とができるという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波流量計に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の超音波流量計は、特開平９
−１３３５６０号公報に示すものが一般的であった。こ
の構成は、図７に示されているように、流体の中に配置
し超音波を送受信する１対の超音波振動子（超音波振動
子１、超音波振動子２）と、送信側の超音波振動子を駆
動する送信回路１と、被測定流体を伝搬した超音波を受
信する受信側の超音波振動子の出力信号から受信判定し
送信回路１に出力する受信回路２と、超音波振動子３、
４と送受信回路１、２の接続を送受切り替えることによ
って送受の方向を切り替える切り替え器５と、切り替え
器５を制御し送受の方向を交互に切り替え測定開始信号
を送信回路３に出力する制御部６と、超音波の送信から
受信そして帰還までの繰り返しの回数を計測するカウン
タ７と、１回目の超音波の送信開始から繰り返しの回数
が所定回数に達するまでの時間を計測する第１のタイマ
８と、第１のタイマ８の値から流量を求める演算部９
と、超音波の送信から伝搬時間より短い時間ＯＮ信号を
出力する第２のタイマ１０と、第２のタイマ１０のＯＮ
出力によって受信回路５の電源をＯＦＦする電力制御部
１１とを備えていた。

【０００３】つぎに動作を説明する。まず制御部６が切
り替え器５を制御し超音波を伝搬させる方向を決める。
ここでは超音波は超音波振動子１から超音波振動子２に
伝搬させる。その後制御部６は測定開始信号を送信回路
３に出力する。測定開始信号を受けた送信回路３は超音
波振動子１を駆動し、超音波振動子１は超音波を送信す
る。超音波振動子２は被測定流体を伝搬してきた超音波
を受信し受信信号を受信回路４に出力する。受信回路４
は受信判定を行い超音波の受信を確認した場合送信回路
３に出力を行う。受信回路４の出力を受けた送信回路３
は再度超音波振動子１を駆動する。カウンタ７はこの超
音波の送信から受信の回数を数え、この回数がカウンタ
７の設定値（Ｎ回）に達した場合タイマ８を停止させ
る。タイマ８は測定開始からの時間を計測しており、こ
の時のタイマ８の値ｔ１は超音波の伝搬時間のＮ倍とな
る。次に制御部６は超音波の伝搬させる方向を超音波振
動子２から超音波振動子１に切り替える。そして前回の
測定と同様な動作をさせｔ２を測定する。この値をもと
に演算部９は次の計算によって流量を求める。

【０００４】超音波の伝搬距離をＬ、被測定流体の流れ
る断面積をＳ、被測定流体の静止時の音速をＣ、被測定
流体の流速をＶ、上流から下流方向への伝搬時間をｔ
１、カウンタ７の設定値とした場合の流量Ｑを求める計
算式を（式１）に示す。

【０００５】 Ｑ＝ＳＬ［（１／ｔ１／Ｎ）−（１／ｔ２／Ｎ）］……

【式１】 電力制御部１１は１回目の超音波の送信、または超音波
を受信回路４による受信判定と同時にＯＦＦ信号を出力
し受信回路の電源をＯＦＦする。第２のタイマ１０は受
信回路の電源ＯＦＦと同時に動作し、超音波の送信から
超音波の伝搬時間より短い時間の後に電力制御部１１に
ＯＮ信号を出力する。その信号によって電力制御部１１
は受信回路５の電源をＯＮする。この動作によって電力
消費を少なくしていた。

【０００６】また、計測流量と真の流量との比を補正係
数として演算部９に保持し演算で求めた流量を補正係数
で補正することにより流量を算出していた。

【０００７】また、流量ゼロの時の計測流量をオフセッ
ト値として初期調整時に演算部９保持し演算によってず
れを補正していた。

【０００８】また超音振動子の送受信感度は流体、温度
によって大きく変動し、この変動の吸収を送信出力変
更、受信回路の定数変更などによって行っているものも
あった。

【０００９】また前記制御部６が伝播した超音波を前記
第２の超音波振動子で受信するタイミングだけ前記受信
回路を受信判定可能とし、超音波の受信信号以外での誤
検知を防止しているものもあったが、受信判定可能とす
るタイミングは固定されていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の流量計測装置では、被測定流体の流路内での流速分布
は被測定流体の粘性と流速によって決定するので、被測
定流体の粘性が変化する要因である温度や被測定流体の
種類が変化した場合に流速分布が変化し、測定した伝播
時間と流量の関係が同じではなくなるため正確な流量を
求めることができない。

【００１１】また、被測定流体の温度が変化することに
よって、被測定流体を伝搬させる超音波の波長が変わり
流路壁で反射した超音波の干渉条件が変化するため、さ
らには回路の動作が温度変化によって変化するために測
定値のオフセットが変動するため正確な流量を求めるこ
とができない。

【００１２】また、被測定流体の温度が変化することに
よって、被測定流体の音速が変化し伝播時間が変化す
る。このため送信の後に受信信号を受信可能とすべきタ
イミングが被測定流体の温度によって変化するので一定
のタイミングで受信回路の動作を制御していたのでは、
伝播時間が長い場合では誤検知の確率が高くなり、伝播
時間が短い場合では受信判定ができないということが生
ずる。このため高精度の流量測定をするためには調整し
た温度から一定温度変動するごとに再度調整を行う必要
があった。また被測定流体の種類が変わるごとに設定を
変更する必要があった。

【００１３】そこでこれらの問題を解決し、温度変化や
被測定流体の変化があっても再調整をすることなく流量
を正確に測定できる超音波流量計を実現するという課題
があった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】発明は上記課題を解決す
るため演算部がタイマの出力と演算によって求めた流量
に応じて演算中に参照する補正係数テーブルを変更する
ようにしたものである。

【００１５】上記発明によれば超音波の伝搬時間が被測
定流体の温度と相関があるため、前記タイマの出力と補
正係数の関係をあらかじめ設定し、前記タイマの出力と
流量に応じて補正係数を変更するようにしているため、
測定中の流体の流量分布を考慮した補正係数を参照する
ことができ、正確な流量を算出することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１にかかる超音波
流量計は，超音波を送信する第１の超音波振動子と、前
記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流
体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子と、
前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定する受
信回路と、前記第１の超音波振動子から前記第２の超音
波振動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマと、
前記タイマの値から流量を演算によって求める演算部
と、演算部が演算中に参照する複数の補正係数テーブル
を有する。

【００１７】そして、演算部が参照する補正係数をタイ
マの出力と演算部で求めた流量に応じて被測定流体の温
度に適合した補正係数に変更するため、被測定流体の温
度に影響を受けずに正確な流量を測定することができ
る。

【００１８】本発明の請求項２にかかる超音波流量計は
温度検知手段と、前記温度検知手段の出力とタイマの値
から流体を特定する流体判定部を有する。

【００１９】そして、演算部が補正係数テーブルを前記
流体判定手段の判定出力と算出した流量に応じて選択
し、タイマの値と選択した補正係数テーブルから流量を
算出するため、ガス種に適合した補正係数テーブルを選
択することができ、ガス種が変わった場合でも再調整を
することなく正確な流量測定ができる。

【００２０】本発明の請求項３にかかる超音波流量計は
演算部が演算中に参照する複数のオフセット値とを有す
る。

【００２１】そして、前記演算部が前記タイマの出力に
応じて参照するオフセットを変更するため、伝播時間に
応じたオフセットつまり音速に対応したオフセットを流
量演算に使用するので、正確な流量を算出することがで
きる。

【００２２】本発明の請求項４にかかる超音波流量計は
超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第１の超
音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を伝搬し
た超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記第２の
超音波振動子の出力信号を増幅する増幅回路と、前記増
幅回路の出力信号から受信判定する受信回路と、前記第
１の超音波振動子から前記第２の超音波振動子までの超
音波の伝搬時間を測定するタイマと、前記タイマの値か
ら流量を演算によって求める演算部と、前記タイマの出
力に応じて前記増幅回路の増幅率を制御する制御部を有
する。

【００２３】そして、前記制御部が前記増幅回路の増幅
率を前記タイマの出力に対応して設定する。つまり被測
定流体の伝播時間に対応した被測定流体の種類に最適な
アンプゲインを設定するので、被測定流体が変わったと
しても再調整を行うことなく正確な流量測定をすること
ができる。

【００２４】本発明の請求項５にかかる超音波流量計は
超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第１の超
音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を伝搬し
た超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記第２の
超音波振動子の出力信号から受信判定する受信回路と、
前記第１の超音波振動子から前記第２の超音波振動子ま
での超音波の伝搬時間を測定するタイマと、前記タイマ
の値から流量を演算によって求める演算部と、前記タイ
マの出力に応じて前記受信回路が受信判定可能なタイミ
ングを制御する受信制御部を有する。

【００２５】そして、前記受信制御部が受信回路を前記
タイマの出力から所定の時間だけ短い時間受信判定不可
能とする。このため被測定流体の種類の変化、あるいは
温度変化のため超音波の伝播時間が変化した場合であっ
ても、前記受信回路が受信判定する最適なタイミングで
受信判定不可の状態を解除するので、再調整をすること
なく正確な流量測定をすることができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００２７】（実施例１）図１は本発明の実施例１の超
音波流量計を示すブロック図、図２は同超音波流量計の
補正係数の図である。

【００２８】図１において、１２は超音波を送信する第
１の超音波振動子、１３は第１の超音波振動子１２を駆
動する送信回路、１４は被測定流体を伝搬した超音波を
受信する第２の超音波振動子、１５は第２の超音波振動
子１４の出力信号から受信判定する受信回路、１６は第
１の超音波振動子１２から第２の超音波振動子１４まで
の超音波の伝搬時間を測定するタイマ、１７はタイマ１
６の値から流量を演算によって求める演算部、１８は演
算部１６が演算中に参照する複数の補正係数テーブルで
ある。

【００２９】次に動作、作用について説明すると、 図
２に示すように流量と被測定流体の温度によって適正な
補正係数は変動する。そこで演算部１７は被測定流体の
温度と相関のある伝搬時間と補正係数の関係をあらかじ
め補正係数テーブル１８に設定し、タイマ１６によって
測定した伝搬時間と演算によって求めた流量とによって
流量係数を決定し、流量の補正を行う。このようにして
被測定流体の温度に適合した補正係数で流量を演算す
る。

【００３０】（実施例２）図３は本発明の実施例２の超
音波流量計を示すブロック図である。

【００３１】本実施例２において、実施例１と異なる点
は温度検知手段１９と、温度検知手段１９の出力とタイ
マの値から流体を特定する流体判定部２０を有する点で
ある。

【００３２】なお、実施例１と同一符号のものは同一構
造を有し、説明は省略する。次に動作、作用を説明する
と、演算部１７が補正係数テーブル１８を流体判定手段
２０の判定出力と算出した流量に応じて選択し、タイマ
１６の出力と選択した補正係数テーブル１８から流量を
算出する。

【００３３】（実施例３）図４は本発明の実施例３の超
音波流量計を示すブロック図、本実施例３において、実
施例１と異なる点は、演算部１７が演算中に参照する複
数のオフセット値２１を有しているところである。

【００３４】なお、実施例１と同一符号のものは同一構
造を有し、説明は省略する。次に動作、作用を説明する
と、演算部１７がタイマ１６の出力に応じて参照するオ
フセット値２１を変更するため、伝播時間に応じたオフ
セットつまり音速に対応したオフセットを流量演算に使
用する。

【００３５】（実施例４）図５は本発明の実施例４の超
音波流量計を示すブロック図、本実施例４において、実
施例１と異なる点は超音波流量計は、第２の超音波振動
子１４の出力信号を増幅する増幅回路２２と、増幅回路
２２の出力信号から受信判定する受信回路１５と、第１
の超音波振動子１２から前記第２の超音波振動子１４ま
での超音波の伝搬時間を測定するタイマ１６と、タイマ
１６の値から流量を演算によって求める演算部１７と、
タイマ１６の出力に応じて増幅回路２２の増幅率を制御
する制御部２３を有するところである。

【００３６】なお、実施例１と同一符号のものは同一構
造を有し、説明は省略する。次に動作、作用を説明する
と、制御部２３が増幅回路２２の増幅率をタイマ１６の
出力に対応して設定する。つまり増幅回路２２の増幅率
を被測定流体の伝播時間に対応した被測定流体の種類に
最適な値に設定する。

【００３７】（実施例５）図６は本発明の実施例５の超
音波流量計を示すブロック図である。本実施例５におい
て、実施例１（または２）と異なる点は、タイマ１６の
出力に応じて受信回路１５が受信判定可能なタイミング
を制御する受信制御部２４を有する点である。

【００３８】なお、実施例１と同一符号のものは同一構
造を有し、説明は省略する。次に動作、作用を説明する
と、受信制御部２５が受信回路１５をタイマ１６の出力
から所定の時間だけ短い時間受信判定不可能とする。こ
のため被測定流体の種類の変化、あるいは温度変化のた
め超音波の伝播時間が変化した場合であっても、受信回
路１５が受信判定する最適なタイミングで受信判定不可
の状態を解除する。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかのように本発明の
超音波流量計によれば次の効果を奉する。

【００４０】請求項１に係る超音波流量計は超音波の伝
搬時間と流量に応じて所定の補正係数を変更し流量を算
出する。つまりめ測定中の流体の流量分布とその温度変
化に適合した補正係数を演算に使用するので、温度変化
があった場合であっても再調整することなく正確な流量
を算出することができる。

【００４１】また、請求項２に係る超音波流量計は演算
部が補正係数を前記流体判定手段の判定出力と算出した
流量に応じて選択し、タイマの値と選択した補正係数テ
ーブルから流量を算出するため、ガス種に適合した補正
係数テーブルを選択することができ、ガス種が変わった
場合でも再調整をすることなく正確な流量測定ができ
る。

【００４２】また、請求項３に係る超音波流量計は演算
部がタイマの出力に応じて参照するオフセットを変更す
るため、伝播時間に応じたオフセットつまり音速に対応
したオフセットを流量演算に使用するので、音速が変化
した場合であっても再調整をすることなく正確な流量計
測ができる。

【００４３】また、請求項４に係る超音波流量計は前記
制御部が前記増幅回路の増幅率を前記タイマの出力に対
応して設定する。つまり被測定流体の伝播時間に対応し
た被測定流体の種類に最適なアンプゲインを設定するの
で、被測定流体が変わったとしても再調整を行うことな
く正確な流量測定をすることができる。

【００４４】また、請求項５に係る超音波流量計は受信
制御部が受信回路を前記タイマの出力から所定の時間だ
け短い時間受信判定不可能とする。このため被測定流体
の種類が変化、あるいは温度変化のため超音波の伝播時
間が変化した場合であっても、受信回路が受信判定する
最適なタイミングで受信判定不可の状態を解除するの
で、再調整をすることなく正確な流量測定をすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における超音波流量計のブロ
ック図

【図２】同超音波流量計の流体温度をパラメータとした
補正係数の特性図

【図３】本発明の実施例２における超音波流量計のブロ
ック図

【図４】本発明の実施例３における超音波流量計のブロ
ック図

【図５】本発明の実施例４における超音波流量計のブロ
ック図

【図６】本発明の実施例５における超音波流量計のブロ
ック図

【図７】従来の超音波流量計のブロック図

【符号の説明】

１２ 第１の超音波振動子 １３ 送信回路 １４ 第２の超音波振動子 １５ 受信回路 １６ タイマ １７ 演算部 １８ 補正係数テーブル ２０ 流体判定手段 ２２ 増幅回路 ２３ 制御部 ２４ 受信制御部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
   前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
   流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
   と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
   る受信回路と、前記第１の超音波振動子から前記第２の
   超音波振動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマ
   と、前記タイマの値から流量を演算によって求める演算
   部と、前記演算部が演算中に参照する複数の補正係数テ
   ーブルを有し、前記演算部が参照する補正係数を前記タ
   イマの出力と算出した流量に応じて変更する超音波流量
   計。
2. 【請求項２】温度検知手段と、前記温度検知手段の出力
   とタイマの値から流体を特定する流体判定部を有し、演
   算部が参照する補正係数テーブルを算出した流量と前記
   流体判定手段の判定出力とに応じて変更する請求項１記
   載の超音波流量計。
3. 【請求項３】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
   前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
   流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
   と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
   る受信回路と、前記第１の超音波振動子から前記第２の
   超音波振動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマ
   と、前記タイマの値から流量を演算によって求める演算
   部と、演算部が演算中に参照するオフセット値とを有
   し、前記演算部が前記タイマの出力に応じて参照するオ
   フセットを変更する超音波流量計。
4. 【請求項４】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
   前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
   流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
   と、前記第２の超音波振動子の出力信号を増幅する増幅
   回路と、前記増幅回路の出力信号から受信判定する受信
   回路と、前記第１の超音波振動子から前記第２の超音波
   振動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマと、前
   記タイマの値から流量を演算によって求める演算部と、
   前記タイマの出力に応じて前記増幅回路の増幅率を制御
   する制御部を有した超音波流量計。
5. 【請求項５】超音波を送信する第１の超音波振動子と、
   前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定
   流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子
   と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定す
   る受信回路と、前記第１の超音波振動子から前記第２の
   超音波振動子までの超音波の伝搬時間を測定するタイマ
   と、前記タイマの値から流量を演算によって求める演算
   部と、前記タイマの出力に応じて前記受信回路が受信判
   定可能なタイミングを制御する受信制御部を有した超音
   波流量計。