JP2004170326A - Ultrasonic vortex flowmeter - Google Patents

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JP2004170326A JP2002338807A JP2002338807A JP2004170326A JP 2004170326 A JP2004170326 A JP 2004170326A JP 2002338807 A JP2002338807 A JP 2002338807A JP 2002338807 A JP2002338807 A JP 2002338807A JP 2004170326 A JP2004170326 A JP 2004170326A
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signal
phase difference
oscillator
ultrasonic
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Koji Takahashi
孝治 高橋
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Oval Corp
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Oval Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect accurate Karman's vortices through the use of continuous regions in the relation between a phase difference and its converted voltage by using a simple constitution without the need for a phase shifter of a complicated constitution or complicating the constitution of a phase comparator. <P>SOLUTION: In this ultrasonic vortex flowmeter, an oscillator and a receiver for transmitting and receiving ultrasonic waves are opposed to each other via a channel on the downstream side of a vortex generating body inserted in a fluid to be measured. The phase comparator detects the phase difference between an oscillator signal and a receiver output signal, and a phase difference-voltage converter converts the phase difference into a voltage signal. The ultrasonic vortex flowmeter is provided with both a phase switching device which operates in such a way as to invert the phase of either the oscillator signal or the receiver output signal inputted in the phase comparator and a phase switching determining device for controlling this. When the phase difference comes close to a discontinuous part in converter characteristics, this is detected to invert the phase of the phase switching device. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して被測定流体の流量又は流速を測定する超音波式渦流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知の如く流体中に柱状発生体を挿入すると、渦発生体の両側面で流れが剥離し、該渦発生体の下流側に交互に規則的な渦、即ちカルマン渦が発生する。該カルマン渦の生成数は流体の流速又は流量に比例するところからカルマン渦の検出により流量又は流速を正確に測定できる。
【0003】
また、このようなカルマン渦を検出するために、超音波利用の手段を利用することが従来周知である。これは、持続的な超音波信号により流体中に発生しているカルマン渦の生成数を検出し、それによって被測定流体の流量又は流速を測定するものである。
【0004】
図6は、従来技術に基づく一般的な超音波式渦流量計の概略構成を示す図である。配管内に渦発生体があり、その下流に対向した超音波発振子、超音波受信子がある。発振子から発信された超音波は流体中を伝わり受信子へ到達する。この時、渦発生体の下流側には流量に比例したカルマン渦ができるため、発振器により励振された発振子からの超音波は、カルマン渦による影響を受けて、発振子から受信子へ到達する時間に影響を受ける。
【0005】
この発振器信号と受信子信号を位相比較器で比較して、両者の間の位相差信号を出力する。この位相差信号を、位相差−電圧変換器で電圧信号に変換することにより、カルマン渦を検出して、流量又は流速を計測することができる。
【0006】
受信子信号は流体中を所定距離に渡って通過したものであることから、流速ゼロであっても、固有の位相遅れが生じる。そして、所定の流速により流体中にカルマン渦が発生すると、このカルマン渦によって、上記固有の位相遅れが変調され、位相変化を受ける。この位相変化が、実質上正弦波状の信号として検出され、これによって流量又は流速を測定することになる。
【0007】
位相差とそれを電圧に変換した位相差電圧の関係を図7に示す。位相差が2nπ〜2(n+1)π[n=整数]の間で変化すれば、電圧は連続で変化するが、2nπ[n=整数]のところでは、不連続となってしまい、この不連続点では正確なカルマン渦を検出することができない。この問題を解決するために、不連続が発生しないよう位相シフターで位相を強制的にシフトし必ず2πの範囲内で変化するようにした超音波式渦流量計が公知である(特許文献1参照)。
【0008】
図8は、このような第1の公知の超音波式渦流量計の概略構成を示す図である。図6に示した構成に加えて、位相シフターが備えられている。この位相シフターは、位相差−電圧変換器から出力される位相差電圧に基づき、発振器信号から位相比較器に入力される経路中で位相量が制御される。これによって、位相比較器の動作状態を、その動作範囲の最適領域に安定させることが可能となる。
【0009】
しかし、このような超音波式渦流量計は、複雑な構成の位相シフターを必要とし、また、大きい位相シフトを行うことは困難である。
【0010】
また、上記した不連続が発生しないようにした第2の公知の超音波式渦流量計が知られている(特許文献2参照)。これは、一部が重なるようにずらして設定される複数の位相差−電圧変換特性を有して、位相差の変化に対応して最適の特性を用いるように構成したものである。このような超音波式渦流量計は、位相シフターを必要としないものの、位相比較器の構成が複雑となる。
【0011】
【特許文献1】
実公昭57−25142号公報
【特許文献2】
特許第3116189号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、係る問題点を解決して、複雑な構成の位相シフターを必要とせず、また、位相比較器の構成を複雑にすることなく、簡易な構成を用いることにより、位相差とその変換電圧の関係における連続領域を使用して、正確なカルマン渦を検出することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波式渦流量計は、被測定流体中に挿入された渦発生体の後流側に流路を介して対設した超音波送受波用の発振子及び受信子と、該発振子を励振させる発振器と、該発振器信号と受信子出力信号の間の位相差を検出する位相比較器と、位相差を電圧に変換する特性に連続部及び不連続部を有する位相差−電圧変換器とを備える。この変換器によって位相比較器の出力位相差を電圧信号に変換すると共に、該変換器の出力電圧信号中からカルマン渦による位相変調分を取り出して前記被測定流体の流量又は流速を測定する。本発明は、このような超音波式渦流量計において、位相比較器に入力される発振器信号と受信子出力信号のいずれか一方の位相を反転させるよう動作する位相切換器と、位相差が変換器特性の不連続部に近づいたときにこれを検出して位相切換器の位相を反転させるために位相切換器に信号を出力する位相切換判定器とを備えることを特徴としている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、例示に基づき、本発明を説明する。図1は、本発明を具体化する第1の超音波式渦流量計の概略構成を例示する図である。配管内に渦発生体があり、その下流に対向した超音波発振子、超音波受信子がある。発振器により励振される発振子から発振された超音波は流体中を伝わり受信子へ到達する。この時、渦発生体の下流側には流量に比例したカルマン渦ができるため、発振子から出た超音波はカルマン渦による影響を受け、受信子へ到達する時間に影響を受ける。
【0015】
この発振器信号と受信子信号を位相比較器で比較して、両者の間の位相差信号を出力する。この位相差信号を、位相差−電圧変換器で電圧信号に変換することにより、カルマン渦を検出して、流量又は流速を計測することができる。以上の構成及び動作は、前述した従来技術と同じものである。
【0016】
図1に例示の構成においては、発振器信号を入力する位相比較器への経路中に、位相切換器が挿入される。そして、この位相切換器の切換は、位相比較器の出力を判定する位相切換判定器により制御される。即ち、発振器信号は位相切換器で、位相切換判定器の信号に基づき反転(πの位相シフト)させた後、位相比較器へ入力される。
【0017】
即ち、受信子の出力信号の位相をφ2、該出力信号の平均位相をφ2’、カルマン渦によって生じた変動位相分を±Δφとすると、出力信号の位相は、
φ2=φ2’±Δφとなり、これが位相比較器の第1の入力に印加される。一方、位相比較器の第2の入力には、位相シフターを介して位相φ1なる信号が入力されるので、位相比較器から出力される位相差は、
φ1−φ2=(φ1−φ2’)±Δφとなり、この出力位相差の内の(φ1−φ2’)に基づく直流信号成分が位相切換判定器で判定されて、位相切換器を制御することとなる。また、変動位相分±Δφに基づくカルマン渦信号は、正弦波交流信号としてバンドパスフィルタを介して検出され、これによって流体の流量又は流速が測定される。
【0018】
本発明は、出力位相差の内の直流信号成分に相当する(φ1−φ2’)が、位相差−位相差電圧特性の非直線領域に近づいた時にこれを判定して、位相比較器に入力されるいずれかの信号(図1においては、発振器信号)の位相を反転することにより、動作領域が非直線領域に掛からないように移動させるものである。
【0019】
この動作について、さらに図3を参照して説明する。図3(A)(B)は、それぞれ位相差−位相差電圧の関係を示す図であって、(A)は位相比較器の位相差が0に近づいた時、そして(B)は2πに近づいた時の動作を説明する図である。
【0020】
図3(A)に示すように、例えば、位相差電圧がV1[上記の直流信号成分に相当する位相差(φ1−φ2’)がθ1]を位相切り換えポイントとした場合、位相差電圧Vが小さくなり、V1(位相差がθ1)となったときに位相切換判定器より、位相切換信号が出力される。その信号に対し、位相切換器では、発振器信号の位相をπシフト(反転)し、位相差をθ1+πとする。これにより、計測ポイントを不連続ポイントの0π近傍よりずらし、位相差電圧が連続で測定できるところで流量を計測するようにする。もし、位相シフトを行わないと、変動位相分±Δφを考慮した位相差は、瞬時的に0以下となり、位相差信号が不連続となり流量を計測することができなくなる。それ故、θ1―Δφ=0πが生じ得る前に切り換える必要がある。
【0021】
同様に、図3(B)に示すように、位相差電圧がV2(位相差θ2)を位相切り換えポイントとした場合、位相差電圧が大きくなり、V2(位相差がθ2)となったときに位相切換判定器より、位相切換信号が出力される。その信号に対し、位相切換器では、発振器信号の位相をπシフト(反転)し、位相差をθ2−πとする。これにより、不連続ポイントの2π近傍よりずらし、位相差電圧が連続で測定できるところで流量を計測するようにする。それ故、θ2+Δφ=2πとならないように切り換える必要がある。
【0022】
図4は、図1に例示の超音波式渦流量計の電気回路部分を具体的に例示する図である。発振器信号と受信子信号を比較する位相比較器は、フリップフロップによって構成することができる。また、発振器信号の位相を切り換える位相切換器は、排他的論理和回路EXORによって構成することができる。
【0023】
発振子に正弦波信号或いは矩形波信号のいずれを印加することも可能である。正弦波信号が印加される場合は、図示しない波形整形回路を通して、発振器信号及び受信子信号をそれぞれ矩形波信号に整形した後、位相比較器に入力する。これら発振器信号及び受信子信号は、位相比較器を構成するフリップフロップのセット及びリセット端子にそれぞれ入力される。これによって、図5に示すように、発振波と受信波の位相差に相当するパルス幅の矩形波信号が出力される。
【0024】
次に、この矩形波信号は、抵抗とコンデンサからなる積分回路によって構成することのできる位相差−電圧変換器に入力される。その出力の変動成分は、バンドパスフィルタを通して、流量(又は流速)信号として取り出される。直流成分は、位相切換判定器の2つの比較器にそれぞれ入力される。2つの比較器の内の一方は、0π近くの位相差に対応する電圧を検出し、他方は、2π近くの位相差に対応する電圧を検出する。0π近くの検出すべき位相差θLとして、Δφよりも大きなその近辺の値を設定する。また、2π近くの検出すべき位相差θHとして、(2π−Δφ)よりも小さなその近辺の値を設定する。
【0025】
0π近く或いは2π近くのいずれの検出によっても、反転回路を反転させて、その状態を保持すると共に、位相切換器を構成する排他的論理和回路EXORの一方の入力端子に入力することにより、他方の端子に入力されている発振器信号の位相を反転させて出力する。
【0026】
図2は、本発明を具体化する第2の超音波式渦流量計の概略構成を例示する図である。図1に例示の構成との相違は、位相切換器が、受信子から位相比較器への経路中に挿入されている点にある。この位相切換器の切換は、同様に、位相比較器の出力を判定する位相切換判定器により制御される。即ち、受信子信号は位相切換器で、位相切換判定器の信号に基づき反転(πの位相シフト)させた後、位相比較器へ入力されるよう構成されている。このように構成しても、図1に例示の構成と同様に動作する。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、超音波式渦流量計の位相比較において、位相差信号が0π、または、2πの付近では、位相差信号が不連続となってしまうのを回避するため、位相差信号が0πまたは2πに近づいたことを判別し、発振器信号又は受信子信号の位相差を反転してπずらすことにより、幅広い位相範囲で、なおかつ、簡単な回路で位相差信号の不連続状態をなくすることができる。これによって、正確なカルマン渦の検出、それ故、流量又は流速の正確な検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化する第1の超音波式渦流量計の概略構成を例示する図である。
【図2】本発明を具体化する第2の超音波式渦流量計の概略構成を例示する図である。
【図3】位相差−位相差電圧の関係を示す図であって、(A)は位相比較器の位相差が0に近づいた時、そして(B)は2πに近づいた時の動作を説明する図である。
【図4】図1に例示の超音波式渦流量計の電気回路部分を具体的に例示する図である。
【図5】図4に例示の位相比較器を構成するフリップフロップの動作を説明する図である。
【図6】従来技術に基づく一般的な超音波式渦流量計の概略構成を示す図である。
【図7】一般的な超音波式渦流量計の位相差とそれを電圧に変換した位相差電圧の関係を示す図である。
【図8】第1の公知の超音波式渦流量計の概略構成を示す図である。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic vortex flowmeter that measures a flow rate or a flow velocity of a fluid to be measured using ultrasonic waves.
[0002]
[Prior art]
As is well known, when a columnar generator is inserted into a fluid, the flow separates on both sides of the vortex generator, and a regular vortex, that is, a Karman vortex, is generated alternately downstream of the vortex generator. Since the number of generated Karman vortices is proportional to the flow velocity or flow rate of the fluid, the flow rate or flow velocity can be accurately measured by detecting the Karman vortex.
[0003]
It is well known that a means utilizing ultrasonic waves is used to detect such Karman vortices. In this technique, the number of Karman vortices generated in a fluid is detected by a continuous ultrasonic signal, and thereby the flow rate or the flow velocity of the fluid to be measured is measured.
[0004]
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a general ultrasonic vortex flowmeter based on the prior art. There is a vortex generator in the pipe, and there is an ultrasonic oscillator and an ultrasonic receiver facing the downstream. The ultrasonic wave transmitted from the oscillator travels through the fluid and reaches the receiver. At this time, a Karman vortex is generated downstream of the vortex generator in proportion to the flow rate, so that the ultrasonic wave from the oscillator excited by the oscillator is affected by the Karman vortex and reaches the receiver from the oscillator. Affected by time.
[0005]
The oscillator signal and the receiver signal are compared by a phase comparator, and a phase difference signal between the two is output. By converting this phase difference signal into a voltage signal with a phase difference-voltage converter, Karman vortices can be detected, and the flow rate or flow velocity can be measured.
[0006]
Since the receiver signal has passed through the fluid over a predetermined distance, a unique phase lag occurs even if the flow velocity is zero. When a Karman vortex is generated in the fluid at a predetermined flow velocity, the inherent phase lag is modulated by the Karman vortex and undergoes a phase change. This phase change is detected as a substantially sinusoidal signal, thereby measuring the flow rate or flow velocity.
[0007]
FIG. 7 shows the relationship between the phase difference and the phase difference voltage obtained by converting the phase difference into a voltage. If the phase difference changes between 2nπ and 2 (n + 1) π [n = integer], the voltage changes continuously, but becomes discontinuous at 2nπ [n = integer]. In terms of points, accurate Karman vortices cannot be detected. In order to solve this problem, there is known an ultrasonic vortex flowmeter in which the phase is forcibly shifted by a phase shifter so that discontinuity does not occur and always changes within a range of 2π (see Patent Document 1). ).
[0008]
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of such a first known ultrasonic vortex flowmeter. A phase shifter is provided in addition to the configuration shown in FIG. The phase shifter controls the amount of phase in a path input from the oscillator signal to the phase comparator based on the phase difference voltage output from the phase difference-to-voltage converter. This makes it possible to stabilize the operation state of the phase comparator in an optimum region of the operation range.
[0009]
However, such an ultrasonic vortex flowmeter requires a phase shifter having a complicated configuration, and it is difficult to perform a large phase shift.
[0010]
Further, a second known ultrasonic vortex flowmeter in which the above-described discontinuity is prevented from occurring is known (see Patent Document 2). This is configured to have a plurality of phase difference-voltage conversion characteristics set so as to be shifted so as to partially overlap each other, and to use an optimum characteristic in response to a change in the phase difference. Such an ultrasonic vortex flowmeter does not require a phase shifter, but has a complicated configuration of a phase comparator.
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 57-25142 [Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3116189
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention solves the above problems, does not require a phase shifter having a complicated configuration, and does not complicate the configuration of the phase comparator. The purpose is to detect an accurate Karman vortex using the continuous region in the relationship of the converted voltage.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
An ultrasonic vortex flowmeter according to the present invention comprises: an ultrasonic wave transmitting / receiving oscillator and a receiver, which are provided via a flow path on the downstream side of a vortex generator inserted into a fluid to be measured; An oscillator for exciting the oscillator, a phase comparator for detecting a phase difference between the oscillator signal and the output signal of the receiver, and a phase difference-to-voltage converter having a continuous part and a discontinuous part in a characteristic for converting the phase difference into a voltage. And a container. The converter converts the output phase difference of the phase comparator into a voltage signal, and extracts a phase modulation component due to Karman vortex from the output voltage signal of the converter to measure the flow rate or the flow velocity of the fluid to be measured. According to the present invention, in such an ultrasonic vortex flowmeter, a phase switch that operates to invert the phase of one of an oscillator signal input to a phase comparator and a receiver output signal, and a phase difference conversion circuit A phase switching determiner that detects a discontinuity in the device characteristics and outputs a signal to the phase switch in order to invert the phase of the phase switch by detecting the discontinuity.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a first ultrasonic vortex flowmeter embodying the present invention. There is a vortex generator in the pipe, and there is an ultrasonic oscillator and an ultrasonic receiver facing the downstream. Ultrasonic waves oscillated from the oscillator excited by the oscillator travel through the fluid and reach the receiver. At this time, a Karman vortex is formed downstream of the vortex generator in proportion to the flow rate, so that the ultrasonic wave emitted from the oscillator is affected by the Karman vortex and is affected by the time to reach the receiver.
[0015]
The oscillator signal and the receiver signal are compared by a phase comparator, and a phase difference signal between the two is output. By converting this phase difference signal into a voltage signal with a phase difference-voltage converter, Karman vortices can be detected, and the flow rate or flow velocity can be measured. The above configuration and operation are the same as those of the above-described conventional technology.
[0016]
In the configuration illustrated in FIG. 1, a phase switch is inserted in a path to a phase comparator that inputs an oscillator signal. The switching of the phase switch is controlled by a phase switch determiner that determines the output of the phase comparator. That is, the oscillator signal is inverted by the phase switcher (π phase shift) based on the signal of the phase switcher, and then input to the phase comparator.
[0017]
That is, if the phase of the output signal of the receiver is φ2, the average phase of the output signal is φ2 ′, and the variation phase caused by the Karman vortex is ± Δφ, the phase of the output signal is
φ2 = φ2 ′ ± Δφ, which is applied to the first input of the phase comparator. On the other hand, since the signal having the phase φ1 is input to the second input of the phase comparator via the phase shifter, the phase difference output from the phase comparator is
φ1−φ2 = (φ1−φ2 ′) ± Δφ, and a DC signal component based on (φ1−φ2 ′) of the output phase difference is determined by the phase switching determiner to control the phase switcher. Become. Further, the Karman vortex signal based on the fluctuation phase ± Δφ is detected as a sine wave AC signal via a band-pass filter, whereby the flow rate or flow velocity of the fluid is measured.
[0018]
According to the present invention, (φ1−φ2 ′) corresponding to the DC signal component of the output phase difference is determined when approaching the non-linear region of the phase difference-phase difference voltage characteristic and input to the phase comparator. By inverting the phase of one of the signals (oscillator signal in FIG. 1), the operation region is moved so as not to be over the non-linear region.
[0019]
This operation will be further described with reference to FIG. 3A and 3B are diagrams showing the relationship between the phase difference and the phase difference voltage, respectively. FIG. 3A shows a case where the phase difference of the phase comparator approaches 0, and FIG. It is a figure explaining operation at the time of approaching.
[0020]
As shown in FIG. 3A, for example, when the phase difference voltage is V1 [the phase difference (φ1−φ2 ′) corresponding to the DC signal component is θ1], the phase difference voltage V becomes When it becomes smaller and becomes V1 (the phase difference becomes θ1), a phase switching signal is output from the phase switching determiner. In response to the signal, the phase switch shifts (inverts) the phase of the oscillator signal by π and sets the phase difference to θ1 + π. In this way, the measurement point is shifted from near 0π of the discontinuity point, and the flow rate is measured where the phase difference voltage can be measured continuously. If the phase shift is not performed, the phase difference in consideration of the fluctuation phase ± Δφ instantaneously becomes 0 or less, the phase difference signal becomes discontinuous, and the flow rate cannot be measured. Therefore, it is necessary to switch before θ1−Δφ = 0π can occur.
[0021]
Similarly, as shown in FIG. 3B, when the phase difference voltage is set to V2 (phase difference θ2) as the phase switching point, the phase difference voltage becomes large, and when the phase difference voltage becomes V2 (phase difference θ2). A phase switching signal is output from the phase switching determiner. In response to the signal, the phase switch shifts (inverts) the phase of the oscillator signal by π, and sets the phase difference to θ2−π. Thus, the flow rate is shifted from the vicinity of 2π at the discontinuous point, and the flow rate is measured where the phase difference voltage can be continuously measured. Therefore, it is necessary to switch so that θ2 + Δφ = 2π does not hold.
[0022]
FIG. 4 is a diagram specifically illustrating an electric circuit portion of the ultrasonic vortex flowmeter illustrated in FIG. 1. The phase comparator that compares the oscillator signal with the receiver signal can be configured by a flip-flop. Further, the phase switch for switching the phase of the oscillator signal can be constituted by an exclusive OR circuit EXOR.
[0023]
It is possible to apply either a sine wave signal or a rectangular wave signal to the oscillator. When a sine wave signal is applied, the oscillator signal and the receiver signal are each shaped into a rectangular wave signal through a waveform shaping circuit (not shown), and then input to the phase comparator. These oscillator signal and receiver signal are input to the set and reset terminals of the flip-flop constituting the phase comparator. As a result, as shown in FIG. 5, a rectangular wave signal having a pulse width corresponding to the phase difference between the oscillation wave and the reception wave is output.
[0024]
Next, this rectangular wave signal is input to a phase difference-to-voltage converter that can be formed by an integrating circuit including a resistor and a capacitor. The output fluctuation component is extracted as a flow rate (or flow velocity) signal through a band-pass filter. The DC component is input to each of two comparators of the phase switching determiner. One of the two comparators detects a voltage corresponding to a phase difference close to 0π, and the other detects a voltage corresponding to a phase difference close to 2π. As the phase difference θL to be detected near 0π, a value in the vicinity thereof larger than Δφ is set. In addition, as the phase difference θH near 2π to be detected, a value in the vicinity thereof smaller than (2π−Δφ) is set.
[0025]
By detecting either near 0π or near 2π, the inverting circuit is inverted to maintain its state, and by inputting to one input terminal of the exclusive OR circuit EXOR constituting the phase switch, the other is input. And inverts the phase of the oscillator signal input to the terminal.
[0026]
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a second ultrasonic vortex flowmeter embodying the present invention. 1 in that a phase switch is inserted in the path from the receiver to the phase comparator. The switching of the phase switch is similarly controlled by a phase switch determiner that determines the output of the phase comparator. That is, the receiver signal is configured to be inverted (phase shift of π) by the phase switch based on the signal of the phase switch determiner, and then input to the phase comparator. Even with such a configuration, it operates in the same manner as the configuration illustrated in FIG.
[0027]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the phase comparison of the ultrasonic vortex flowmeter, when the phase difference signal is around 0π or 2π, it is possible to avoid the discontinuity of the phase difference signal. By discriminating that it has approached 0π or 2π, and by inverting the phase difference of the oscillator signal or the receiver signal and shifting it by π, a discontinuous state of the phase difference signal is eliminated by a simple circuit in a wide phase range. be able to. This allows for accurate detection of Karman vortices and, therefore, of flow or flow velocity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a first ultrasonic vortex flowmeter embodying the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a second ultrasonic vortex flowmeter embodying the present invention;
3A and 3B are diagrams illustrating a relationship between a phase difference and a phase difference voltage, wherein FIG. 3A illustrates an operation when the phase difference of the phase comparator approaches 0, and FIG. 3B illustrates an operation when the phase difference approaches 2π. FIG.
FIG. 4 is a diagram specifically illustrating an electric circuit portion of the ultrasonic vortex flowmeter illustrated in FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of a flip-flop constituting the phase comparator illustrated in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a general ultrasonic vortex flowmeter based on the prior art.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a phase difference of a general ultrasonic vortex flowmeter and a phase difference voltage obtained by converting the phase difference into a voltage.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a first known ultrasonic vortex flowmeter.

Claims (3)

被測定流体中に挿入された渦発生体の後流側に流路を介して対設した超音波送受波用の発振子及び受信子と、該発振子を励振させる発振器と、該発振器信号と受信子出力信号の間の位相差を検出する位相比較器と、位相差を電圧に変換する特性に連続部及び不連続部を有する位相差−電圧変換器とを備え、該変換器によって前記位相比較器の出力位相差を電圧信号に変換すると共に、該変換器の出力電圧信号中からカルマン渦による位相変調分を取り出して前記被測定流体の流量又は流速を測定する超音波式渦流量計において、
前記位相比較器に入力される前記発振器信号と前記受信子出力信号のいずれか一方の位相を反転させるよう動作する位相切換器と、
前記位相差が前記変換器特性の不連続部に近づいたときにこれを検出して前記位相切換器の位相を反転させるために位相切換器に信号を出力する位相切換判定器と、
から成る超音波式渦流量計。
An oscillator for transmitting and receiving ultrasonic waves and a receiver opposed to the downstream side of the vortex generator inserted into the fluid to be measured via a flow path, an oscillator for exciting the oscillator, and an oscillator signal. A phase comparator for detecting a phase difference between the output signals of the receiver, and a phase difference-voltage converter having a continuous part and a discontinuous part in the characteristic of converting the phase difference into a voltage, and In the ultrasonic vortex flowmeter, which converts the output phase difference of the comparator into a voltage signal and extracts the phase modulation by the Karman vortex from the output voltage signal of the converter to measure the flow rate or flow velocity of the fluid to be measured. ,
A phase switch that operates to invert the phase of any one of the oscillator signal and the receiver output signal input to the phase comparator,
A phase switching determiner that detects when the phase difference approaches a discontinuous portion of the converter characteristic and outputs a signal to a phase switch to invert the phase of the phase switch,
Ultrasonic vortex flowmeter consisting of
前記位相切換判定器は、前記位相差−電圧変換器出力の直流信号成分に基づき判定すると共に、その交流信号成分に基づくカルマン渦信号はバンドパスフィルタを介して検出され、これによって流体の流量又は流速が測定される請求項1に記載の超音波式渦流量計。The phase switching determiner determines based on a DC signal component of the output of the phase difference-voltage converter, and a Karman vortex signal based on the AC signal component is detected through a band-pass filter, whereby a fluid flow rate or The ultrasonic vortex flowmeter according to claim 1, wherein the flow velocity is measured. 前記位相切換判定器による不連続部に近づいたときの検出は、前記位相比較器の位相差が0に近づいた時、及び2πに近づいた時に検出する請求項1又は2に記載の超音波式渦流量計。The ultrasonic system according to claim 1, wherein the detection by the phase switching determiner when approaching a discontinuous portion is detected when the phase difference of the phase comparator approaches 0 and approaches 2π. Vortex flow meter.
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