JP2004286673A - Ultrasonic vortex flowmeter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To set a cut-off frequency so as not to be affected by amplitude variation of a reception signal caused by contamination of bubbles or the like. <P>SOLUTION: In this ultrasonic vortex flowmeter 10, a vortex signal output from a phase comparing circuit 29 is converted into a binary signal (vortex pulse signal)comprising only a high level and a low level in a comparator circuit 32 to be input into a counter part 40. A frequency setting part 42 of a computing circuit 34 sets the cut-off frequency of a bandpass filter part 38 for passing the vortex signal, based on a data stored in a memory 44 (an aperture and a flow rate range (vortex frequency range) of the flowmeter or the like), and based on the frequency of the vortex pulse signal measured by the counter part 40. In the computing circuit 34, the vortex signals A/D-converted by an A/D-conversion part 36 are converted into a pulse sequence, after processed by a digital tracking filter, based on the set cut-off frequency, and are integrated to compute a flow rate, so as to output a flow rate signal. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波式渦流量計に係り、特に被測流体中に超音波を送信して渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出して被測流体の流量を測定する超音波式渦流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、従来の超音波式渦流量計では、被測流体が流れる流路内に流れ方向と直交する方向に延在形成された渦発生体を設け、渦発生体の下流には1組または2組の超音波センサを設けて渦発生体の下流に発生するカルマン渦を検出するように構成されている。1組の超音波センサは、互いに対向するように流路内に設けられており、一方が超音波を送信する送信側であり、他方が被測流体中を伝搬した超音波を受信する受信側となる。
【0003】
この種の超音波式渦流量計では、流路中に流速に比例して交番的に発生するカルマン渦の中を伝搬して受信された超音波の受信信号と、送信側に供給される超音波の送信信号とを位相比較することで超音波がカルマン渦から受けるドップラー効果を正弦波的な位相変調量(渦信号)として検出している。
【0004】
また、2組の超音波センサを用いた超音波式渦流量計では、カルマン渦の流れに対して相対的な相反する方向から流体を伝搬した2つの超音波信号同士を位相比較することにより、被測流体の音速変化の影響をキャンセルしてカルマン渦から受ける位相変調量としての位相変化のみを抽出するように構成されている。
【0005】
上記のように構成された従来の超音波式渦流量計では、理論的には超音波がカルマン渦から受けるドップラー効果を位相変化として抽出する構成であるため、被測流体の種類によらずカルマン渦を検出することができる。
【0006】
一般的に、渦信号には、フローノイズや配管振動などから受ける外乱ノイズが重畳されている。そのため、フィルタを採用することで渦信号本来のきれいな正弦波を得ることが出来る。また、交番的な位相差信号からなる渦信号を波形整形するフィルタとしては、カットオフ周波数を固定にしたバンドパスフィルタやカットオフ周波数を渦信号の周波数にあわせて変化させるトラッキングフィルタがある。
【0007】
そして、その場合にはノイズを含んだ渦信号からカルマン渦本来の基本周波数を高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transformation)で検出し、その周波数が中心になるようにバンドパスフィルタのカットオフ周波数を設定したり、バンドパスフィルタのカットオフ周波数を広い範囲でスイープ(変化)させて渦信号の振幅が最大になるようにカットオフ周波数を設定する必要がある。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−296084号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の超音波式渦流量計では、トラッキングフィルタの場合に渦信号の周波数を検出するための高速フーリエ変換(FFT)処理やカットオフ周波数のスイ一プ処理は回路が複雑になると同時に周波数検出に時間がかかるといったなどの問題があった。
【0010】
また、超音波式渦流量計は、被測流体に気泡が混入されている場合、超音波は気体中を伝搬しないため、気泡の影響を受けやすい。そのため、流体中に気泡が存在すると、外乱ノイズだけでなく、気泡から受ける大きなノイズが渦信号に重畳し、大きな気泡が多量に混入された場合には、カルマン渦の検出ができなくなるおそれもある。
【0011】
さらに、被測流体中に気泡が混入すると、気泡通過の際に超音波の伝搬が遮られることにより受信電圧が振幅変調(AM:amplitude modulation)が、回路内での信号処理の段階で位相変調として渦信号に重畳される。
【0012】
このような気泡による受信電圧の振幅変調量は、伝搬する超音波ビーム幅と気泡の大きさの関係に左右され、位相差に現れる気泡によるノイズは、渦信号の振幅よりも大きくなる場合がある。
【0013】
そのため、気泡の通過に伴い渦信号の振幅よりも大きなノイズが重畳した場合には、誤パルスとなって出力される。また、超音波の伝播を遮るほどの大きな気泡が通過した場合には、受信電圧が確保できなくなり、結果として渦パルスが欠落するという問題が発生する。
【0014】
また、このような渦信号の振幅変調が大きい場合は、渦信号に高速フーリエ変換(FFT)処理を行って基本周波数を検出しても、気泡混入による渦信号の欠落とノイズ出力が不規則に発生する。その結果、渦信号の周波数成分は、本来の渦信号の周波数付近で不規則に変化してしまうため、バンドパスフィルタの中心周波数を設定できなくなってしまうという問題が生じる。
そこで、本発明は、上記課題を解決した超音波式渦流量計を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
上記請求項1記載の発明は、渦信号生成手段と演算手段との間に設けられ、所定の周波数帯域の周波数を通過させるフィルタ手段と、流量計本体の流路の口径に対応させてフィルタを通過させるべき渦信号の周波数帯域を記憶する記憶手段と、記憶手段より流量計本体の流路の口径に対応する周波数帯域を読出し、当該周波数帯域に基づきフィルタのカットオフ周波数を設定する設定手段と、を設けたものであり、渦信号に対して高速フーリエ変換(FFT)処理などの複雑な演算処理を行わず、フィルタの通過周波数帯域をカルマン渦の周波数に追従させることで、比較的簡単な回路構成で安定した渦信号を検出できる。
【0016】
上記請求項2記載の発明は、渦信号から渦信号の周波数を検出する周波数検出手段を設け、設定手段は、記憶手段に記憶された流量計本体の流路の口径に対応する周波数帯域と周波数検出手段により検出された周波数とからフィルタのカットオフ周波数を演算し、当該演算されたカットオフ周波数をフィルタに設定するものであり、渦信号に対して高速フーリエ変換(FFT)処理などの複雑な演算処理を行わず、フィルタの通過周波数帯域をカルマン渦の周波数に追従させることで、比較的簡単な回路構成で安定した渦信号を検出できる。
【0017】
上記請求項3記載の発明は、超音波受信器から出力された受信信号の抱絡線の振幅変化に応じて前記渦信号の出力状態を予測し、前記渦信号を波形整形した信号の周波数に基づいて前記フィルタのカットオフ周波数を設定するものであり、渦信号に対して高速フーリエ変換(FFT)処理などの複雑な演算処理を行わず、フィルタの通過周波数帯域をカルマン渦の周波数に追従させることで、比較的簡単な回路構成で安定した渦信号を検出できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0019】
図1は本発明になる超音波式渦流量計の一実施例の回路構成を示すブロック図である。
【0020】
図1に示されるように、超音波式渦流量計10は、被測流体が流れる流路12を内部に有する流量計本体14と、流量計本体14の流路12内で被測流体の流れ方向(図1中矢印で示す)と直交する垂直方向に延在する渦発生体16とを有する。この渦発生体16は、上方からみると水平方向の断面が概略五角形になっている。
【0021】
そして、上流側に対向する渦発生体16に被測流体が衝突しながら下流側へ流れる過程において、カルマン渦17が渦発生体16の下流側左右で交互に発生する。このカルマン渦17の周波数が被測流体の流速に比例しているため、被測流体中に発生するカルマン渦17の数を検出することにより被測流体の流速を求め、あらかじめ入力された口径から流量を算出する。
【0022】
なお、超音波式渦流量計10の口径には大小さまざま存在し、また、渦発生体の上流側端面の大きさ(渦発生体の大きさ)もさまざま存在するが、本実施の形態においては口径と渦発生体の大きさとは比例の関係にあり、即ち、口径が大きくなれば渦発生体の大きさもそれに比例して大きくなるように設定されている。
【0023】
次に、本実施の形態の超音波渦流量計10の詳細構造について以下に説明する。
【0024】
また、渦発生体16の下流側の流路内壁には、超音波送信器20と超音波受信器22とが対向するように取り付けられている。そして、超音波送信器20及び超音波受信器22は、圧電素子からなる超音波センサを有しており、駆動回路24から超音波送信器20に駆動信号が入力されると、超音波送信器20から送信された超音波が流路12を流れる被測流体中を伝搬して超音波受信器22によって受信される。
【0025】
そして、渦発生体16の下流には、流路12内を流れる被測流体の流速に比例した周期でカルマン渦17が発生する。その際、流路12内を伝搬する超音波は、渦発生体16の下流に発生するカルマン渦17を通過する過程で変調される。そのため、超音波受信器22から出力された検出信号と駆動信号との位相差からカルマン渦17の発生周波数(渦信号)を検出し、この周波数に基づいて流路12内を流れる被測流体の流量を計測する。
【0026】
超音波送信器20及び超音波受信器22は、流量演算部26に接続されている。そして、流量演算部26は、超音波送信器20に入力される駆動信号と超音波受信器22から出力された受信信号の位相差から得られたカルマン渦17の周波数に基づいて流路12を流れる被測流体の流量を演算する。
【0027】
また、流量演算部26は、上記駆動回路24、受信回路28、位相比較回路29(渦信号生成手段)、フィルタアンプ回路(増幅回路)30、コンパレート回路32、演算回路34を有する。そして、演算回路(CPU)34は、A/D変換部36、バンドパスフィルタ部38(フィルタ)、カウンタ部40、周波数設定部42(設定手段)、メモリ44(記憶手段)、流量積算部46(演算手段)を有し、バンドパスフィルタ処理とフィルタのカットオフ周波数演算処理、流量演算を行う。
【0028】
駆動回路24は、一定周期の励振信号を出力する発振器を有しており、発振器からの励振信号に基づいて電圧を正弦波状に変化させた駆動信号を超音波送信器20に対して出力する。
【0029】
超音波受信器22は、流路12を伝搬した超音波信号を受信すると、受信信号を受信回路28に出力する。受信回路28では、受信信号を増幅して位相比較回路29に出力する。そして、位相比較回路29では、駆動回路24から出力された駆動信号と、受信回路28から出力された受信信号との位相差を示す信号(渦信号)を生成する。位相比較回路29から出力された渦信号は、フィルタアンプ回路30で増幅されて演算回路(CPU)34のA/D変換部36に入力されてデジタル信号に変換された後、バンドパスフィルタ部38でフィルタ処理される。
【0030】
また、位相比較回路29から出力された渦信号は、コンパレート回路32でゼロクロスコンパレートされてハイレベルとローレベルとのみからなる2値の信号(渦パルス信号)に変換されてカウンタ部40に入力される。そして、カウンタ部40では、渦パルス信号の周波数を計測する。
【0031】
演算回路(CPU)34の周波数設定部42は、メモリ44に記憶されたデータ(流量計の口径や流量範囲(渦周波数範囲)などの各流量計別の個別情報)、及びカウンタ部40で計測した渦パルス信号の周波数に基づいて、渦信号を通過させるバンドパスフィルタ部38のカットオフ周波数を設定する。
【0032】
従って、演算回路(CPU)34内では、A/D変換部36でA/D変換された渦信号は上記で設定されたカットオフ周波数に基づいてデジタルトラッキングフィルタ(B.P.F)処理された後にパルス列に変換・積算して流量演算し、流量信号を出力する。
【0033】
ここで、上記流量演算部26による流量演算、及びカットオフ周波数の設定方法について説明する。
駆動回路24は、超音波送信器20を駆動することで被測流体中に超音波を伝搬させる。そして、被測流体中を伝搬した超音波は、交番的に発生するカルマン渦17からの位相変調を受けて超音波受信器22で受信され、電気信号に変換される。
【0034】
超音波受信器22で受信された超音波信号は、受信回路28で増幅されパルス状の矩形波に波形整形される。受信回路28で波形整形された超音波信号は、渦検出回路としての位相比較回路29で駆動信号と位相比較され、この位相差を示す信号(渦信号)が位相比較回路29より出力される。
【0035】
即ち、カルマン渦17が発生している場合には、位相比較回路29はカルマン渦17に同期した交番的な正弦波を位相差信号(渦信号)として出力する。この渦信号は、アンプフィルタ回路30で増幅され、流路12の内径(流量計の口径)ごとに決まる渦信号周波数範囲のバンドパスフィルタ部38を通過した後に、流量積算部46に入力され流量演算される。
【0036】
また、渦信号は、コンパレート回路32でゼロクロスコンパレートされ、渦パルスとして演算回路(CPU)34のI/Oポートに入力される。演算回路34では、I/Oポートに入力された渦パルスをカウンタ部40に入力して周波数を算出し、口径と流量範囲を基にA/D変換部36から入力された渦信号に与えるバンドパスフィルタ部38の中心周波数を設定(カットオフ周波数の設定)する。
【0037】
メモリ44(記憶手段)には、流量計の口径に対応させて通過させるべき渦信号の周波数の範囲(渦周波数範囲)や当該流量計で測定可能な流量計測可能範囲などの流量計の口径別の個別情報が予め登録されている。
【0038】
また、周波数設定部42は、流量計の口径が指定されると、当該口径に対応する渦周波数範囲を含む個別情報をメモリ44から読み込み、当該渦周波数範囲をバンドパスフィルタ部38のカットオフ周波数の範囲として設定するものである。
【0039】
より具体的には、周波数設定部42は、カウンタ部40に入力される欠落やノイズ誤出力を含んだ渦信号を小さなヒステリシスでゼロクロスコンパレートした渦パルス信号の周波数をfp(Hz)とした場合、流量計の口径が3/8B以下の場合には、バンドパスフィルタ部38の通過域を(fp(Hz)〜fp×3(H、))の範囲になるように周波数fpに追従させ、流量計の口径が1/2B以上の場合にはバンドパスフィルタ部38の通過域を(1/4×fp(Hz)〜fp(Hz))の範囲になるように周波数fpに追従させる。
【0040】
ここで、上記渦パルス周波数とバンドパスフィルタ部38のカットオフ周波数の関係について図2乃至図5に示す実験結果を参照して説明する。
超音波式渦流量計10において、流路12の内径(流量計の口径)と、超音波の伝搬ビームと、流体内に発生する気泡の状態を実験的に確認し、各条件での渦信号の状態から流路12の内径ごとに渦信号の中心周波数とバンドパスフィルタ部38のカットオフ周波数の関係を以下のように設定する。
【0041】
流路12の内径が小さい場合には、超音波伝搬ビーム幅も狭くなるため、伝搬ビーム幅に対する気泡径の比率が大きくなり、少量の気泡混入でも超音波が遮られて渦パルスは欠落状態になる傾向が強い。
【0042】
これに対して、流路12の内径が大きい場合には、超音波ビーム幅も広いため、超音波ビームに対する気泡径の比率が小さくなり、渦信号の欠落状態は少なくなる。その反面、流体中の気泡通過による受信信号の振幅変調の影響により、渦信号に高周波の大きなノイズが重畳する。
【0043】
そのため、流量パルスは、そのノイズの誤出力により実際の渦信号周波数よりも高くなる。
【0044】
また、渦信号の欠落状態で渦パルス周波数と本来の渦周波数との偏差と、気泡混入による誤出力が多くなっている際の渦パルス周波数と本来の渦周波数との偏差を確認したところ、気泡による欠落や誤出力を含んだ渦パルス信号の周波数に基づいて簡易的に渦信号に対するバンドパスフィルタ部38の中心周波数を設定(カットオフ周波数を設定)することが可能になる。そのため、従来のような渦信号に複雑な高速フーリエ変換(FFT)処理を行うことなく、渦周波数を求められる。
【0045】
さらに、変形例として、気泡から受ける超音波の受信振幅変化(AM変調)を監視することにより、渦パルス信号が欠落状態であるか誤出力であるかを判断し、渦信号周波数との偏差を予測することで渦信号に対するバンドパスフィルタ部38のカットオフ周波数を設定することが可能である。
【0046】
図2(A)〜(D)は被測流体(液体)を2L/minの流量で流路12に流したときの渦信号を示す波形図である。図3(A)〜(D)は被測流体(液体)に空気を体積比で1%混入させた時の口径3/8B(流路12の内径)の超音波渦流量計の渦信号を示す波形図である。尚、図2(A)(B)及び図3(A)(B)は、バンドパスフィルタ部38に入力される信号、周波数分析の波形図であり、図2(C)(D)及び図3(C)(D)は、バンドパスフィルタ部38を通過した信号、周波数分析の波形図である。
【0047】
図2(A)〜(D)に示されるように、本来の渦周波数は、約400Hz付近であるが、図3(A)〜(D)に示されるように気泡の混入により渦信号のエンベロープ(包絡線)が不規則にうねることにより渦周波数がランダムに変化するため、中心周波数の特定が困難になっていることが分かる。
【0048】
この時の気泡混入時の渦信号をゼロクロスコンパレートした渦パルス信号の周波数は、パルス欠落により約200Hzに減少している。
【0049】
また、図2(A)〜(D)に示されるように、流量が2L/minの場合、バンドパスフィルタ部38を通過した信号を周波数分析の結果、周波数の低い領域をカットするようにカットオフ周波数を設定することにより、渦信号が安定した波形になることが分かる。
【0050】
また、図3(A)〜(D)に示されるように、口径3/8Bの流量計の場合には、バンドパスフィルタ部38を通過した信号を周波数分析の結果、周波数の低い領域と高い領域をカットするようにカットオフ周波数を設定することにより、渦信号が安定した波形になることが分かる。
【0051】
図4(A)〜(D)は超音波式渦流量計の口径1/2B(流路12の内径)での渦信号を示す波形図である。
【0052】
図4(A)〜(D)に示されるように、口径1/2Bの流量計の場合には、気泡混入なし時の渦信号の周波数は、約60Hzで、気泡混入時の渦パルス信号周波数は約130Hzである。
【0053】
この実験結果から流路12の内径が大きい口径1/2B以上の流量計では、渦パルス信号は気泡によるノイズを誤出力し、基本の渦信号周波数よりも渦パルス信号周波数が高くなる傾向がある。一方、口径3/8Bの流量計では、渦信号の欠落により基本の渦パルス信号周波数よりも渦信号周波数が低くなる傾向がある。
【0054】
また、渦パルス信号周波数と基本の渦信号周波数との偏差は、流量計の口径に拘らずおおよそ2倍〜3倍に近い値になることが分かった。このことから、バンドパスフィルタ部38のカットオフ周波数の範囲は、口径が3/8Bの流量計の場合、渦信号をコンパレートした渦パルスの周波数をfp(Hz)とすると、(fp(Hz)〜fp×3(Hz))の範囲でバンドパスフィルタの通過域を設定すれば基本の渦信号周波数を含めたフィルタが構成でき安定した渦信号を得られる。
【0055】
また、口径1/2B以上の流量計では、(1/4×fp(Hz)〜fp(Hz))の範囲を通過域に設定することで安定した渦信号を得られる。
【0056】
さらに、渦パルスが欠落するかノイズを誤出力してしまうかは、気泡による超音波受信振幅の変化から予測することができるため、超音波の受信振幅変化の状態を監視する。そして、回路的に必要な受信電圧を下回る状況が発生している場合には、渦信号の欠落が多いものと判断して、バンドパスフィルタ部38の通過域を(fp(Hz)〜fp×3(Hz))の範囲に設定することが望ましい。
【0057】
また、受信振幅変化が必要電圧を下回らないまでも気泡により振幅変調を受けている場合には、ノイズ分を誤出力している可能性が高いと考えられるので、バンドパスフィルタ部38の通過域を(1/4×fp(Hz)〜fp(Hz))の範囲に設定することが望ましい。
【0058】
ここで、変形例について説明する。
図5は変形例の要部を拡大して示す縦断面図である。尚、図5において、上記図1に示す実施例と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【0059】
図5に示されるように、超音波式渦流量計50では、前述した超音波式渦流量計10に振幅監視回路52、振幅判定部(設定手段)54を付加したものである。
【0060】
振幅監視回路52では、超音波受信を受信回路28で振幅(AM)復調した振幅変化分のエンベロープ信号(包絡線)を演算回路34のA/D変換部36に入力する。演算回路34では、A/D変換部36でデジタル信号に変換されたエンベロープ信号(包絡線)が振幅判定部54に入力される。
【0061】
振幅判定部54では、超音波受信信号(電圧値)の振幅が予め登録された規定値を下回っていないかどうかを判定する。そして、振幅判定部54は、受信電圧が規定値を下回る頻度が多い場合(図2(A)を参照)には、渦パルスが欠落状態にあると予測してバンドバスフィルタ部38の通過域を決定する。
【0062】
さらに、振幅判定部54は、受信電圧が規定値を下回らない範囲で振幅変調を受けている場合(図3(A)、図4(A)を参照)には、ノイズによる誤出力の状態と判定してバンドバスフィルタ部38の通過域を決定する。
【0063】
尚、上記実施の形態では、一対の超音波センサが対向する位置に配置された構成を一例として挙げたが、これに限らず、複数の超音波送信器、超音波受信器を設ける構成として一対の受信信号との位相差からカルマン渦を検出する構成でも良いのは勿論である。
【0064】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、渦信号生成手段と演算手段との間に設けられ、所定の周波数帯域の周波数を通過させるフィルタ手段と、流量計本体の流路の口径に対応させてフィルタを通過させるべき渦信号の周波数帯域を記憶する記憶手段と、記憶手段より流量計本体の流路の口径に対応する周波数帯域を読出し、当該周波数帯域に基づきフィルタのカットオフ周波数を設定する設定手段と、を設けたため、渦信号に対して高速フーリエ変換(FFT)処理などの複雑な演算処理を行わず、フィルタの通過周波数帯域をカルマン渦の周波数に追従させることで、比較的簡単な回路構成で安定した渦信号を検出できる。
【0065】
上記請求項2記載の発明によれば、渦信号から渦信号の周波数を検出する周波数検出手段を設け、設定手段は、記憶手段に記憶された流量計本体の流路の口径に対応する周波数帯域と周波数検出手段により検出された周波数とからフィルタのカットオフ周波数を演算し、当該演算されたカットオフ周波数をフィルタに設定するため、渦信号に対して高速フーリエ変換(FFT)処理などの複雑な演算処理を行わず、フィルタの通過周波数帯域をカルマン渦の周波数に追従させることで、比較的簡単な回路構成で安定した渦信号を検出できる。
【0066】
上記請求項3記載の発明によれば、超音波受信器から出力された受信信号の抱絡線の振幅変化に応じて前記渦信号の出力状態を予測し、前記渦信号を波形整形した信号の周波数に基づいて前記フィルタのカットオフ周波数を設定するため、渦信号に対して高速フーリエ変換(FFT)処理などの複雑な演算処理を行わず、フィルタの通過周波数帯域をカルマン渦の周波数に追従させることで、比較的簡単な回路構成で安定した渦信号を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる超音波式渦流量計の一実施例の回路構成を示すブロック図である。
【図2】被測流体(液体)を2L/minの流量で流路12に流したときの渦信号を示す波形図である。
【図3】被測流体(液体)に空気を体積比で1%混入させた時の口径3/8B(流路12の内径)の超音波渦流量計の渦信号を示す波形図である。
【図4】超音波式渦流量計の口径1/2B(流路12の内径)での渦信号を示す波形図である。
【図5】超音波式渦流量計の変形例の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10,50 超音波式渦流量計
12 流路
14 流量計本体
16 渦発生体
17 カルマン渦
20 超音波送信器
22 超音波受信器
24 駆動回路
26 流量演算部
28 受信回路
29 位相比較回路(渦信号生成手段)
32 コンパレート回路
34 演算回路
36 A/D変換部
38 バンドパスフィルタ部(フィルタ部)
40 カウンタ部
42 周波数設定部(設定手段)
44 メモリ(記憶手段)
46 流量積算部(演算手段)
52 振幅監視回路
54 振幅判定部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic vortex flowmeter, and more particularly, an ultrasonic vortex that transmits ultrasonic waves into a fluid to be measured to detect Karman vortices generated downstream of the vortex generator and measures the flow rate of the fluid to be measured. It relates to a flow meter.
[0002]
[Prior art]
In general, in a conventional ultrasonic vortex flowmeter, a vortex generator extending in a direction perpendicular to the flow direction is provided in a flow path in which a fluid to be measured flows, and one or two vortex generators are provided downstream of the vortex generator. A set of ultrasonic sensors is provided to detect Karman vortices generated downstream of the vortex generator. One set of ultrasonic sensors is provided in the flow path so as to face each other, one is a transmitting side that transmits ultrasonic waves, and the other is a receiving side that receives ultrasonic waves propagated in the fluid to be measured It becomes.
[0003]
In this type of ultrasonic vortex flowmeter, an ultrasonic reception signal propagated through a Karman vortex generated alternately in proportion to the flow velocity in the flow path, and an ultrasonic signal supplied to the transmission side. The Doppler effect that the ultrasonic wave receives from the Karman vortex is detected as a sinusoidal phase modulation amount (vortex signal) by comparing the phase with the transmission signal of the sound wave.
[0004]
In addition, in an ultrasonic vortex flowmeter using two sets of ultrasonic sensors, by comparing the phases of two ultrasonic signals that propagate the fluid from the opposite directions relative to the Karman vortex flow, Only the phase change as a phase modulation amount received from the Karman vortex is extracted by canceling the influence of the sound velocity change of the fluid to be measured.
[0005]
The conventional ultrasonic vortex flowmeter configured as described above is theoretically configured to extract the Doppler effect received by the ultrasonic wave from the Karman vortex as a phase change, so that it is independent of the type of fluid being measured. Vortices can be detected.
[0006]
Generally, disturbance noise received from flow noise or piping vibration is superimposed on the vortex signal. Therefore, by adopting a filter, it is possible to obtain the original clean sine wave of the vortex signal. Further, as a filter for shaping the waveform of the vortex signal composed of alternating phase difference signals, there are a bandpass filter with a fixed cutoff frequency and a tracking filter that changes the cutoff frequency in accordance with the frequency of the vortex signal.
[0007]
In that case, the original fundamental frequency of the Karman vortex is detected from the noisy vortex signal by fast Fourier transformation (FFT), and the cutoff frequency of the bandpass filter is set so that the frequency is centered. It is necessary to set the cutoff frequency so that the amplitude of the vortex signal is maximized by setting or sweeping (changing) the cutoff frequency of the bandpass filter over a wide range.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-296084
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional ultrasonic vortex flow meter, in the case of the tracking filter, the fast Fourier transform (FFT) processing for detecting the frequency of the vortex signal and the switching processing of the cutoff frequency are complicated. There was a problem that it took time to detect the frequency.
[0010]
In addition, the ultrasonic vortex flowmeter is easily affected by bubbles because ultrasonic waves do not propagate in the gas when bubbles are mixed in the fluid to be measured. Therefore, if bubbles exist in the fluid, not only disturbance noise but also large noise received from the bubbles is superimposed on the vortex signal, and if a large amount of large bubbles are mixed, there is a possibility that the Karman vortex cannot be detected. .
[0011]
Furthermore, if bubbles are mixed into the fluid to be measured, the amplitude of the received voltage is modulated by blocking the propagation of the ultrasonic waves when the bubbles pass, and phase modulation is performed at the stage of signal processing in the circuit. Is superimposed on the vortex signal.
[0012]
The amplitude modulation amount of the received voltage due to such bubbles depends on the relationship between the propagating ultrasonic beam width and the bubble size, and the noise due to the bubbles appearing in the phase difference may be larger than the amplitude of the vortex signal. .
[0013]
Therefore, when noise larger than the amplitude of the vortex signal is superimposed as the bubble passes, it is output as an erroneous pulse. In addition, when a bubble large enough to block the propagation of the ultrasonic wave passes, the reception voltage cannot be secured, resulting in a problem that the vortex pulse is lost.
[0014]
If the amplitude modulation of the vortex signal is large, even if the fundamental frequency is detected by performing fast Fourier transform (FFT) processing on the vortex signal, vortex signal loss and noise output due to air bubbles are irregular. Occur. As a result, the frequency component of the vortex signal changes irregularly in the vicinity of the original vortex signal frequency, which causes a problem that the center frequency of the bandpass filter cannot be set.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic vortex flowmeter that solves the above-described problems.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
The invention according to claim 1 is provided between the vortex signal generation means and the calculation means, and includes a filter means for passing a frequency in a predetermined frequency band, and a filter corresponding to the diameter of the flow path of the flowmeter body. Storage means for storing the frequency band of the vortex signal to be passed, and setting means for reading out the frequency band corresponding to the diameter of the flow channel of the flow meter body from the storage means and setting the cutoff frequency of the filter based on the frequency band; The vortex signal is relatively simple by making the pass frequency band of the filter follow the frequency of the Karman vortex without performing complex arithmetic processing such as fast Fourier transform (FFT) processing on the vortex signal. A stable vortex signal can be detected with the circuit configuration.
[0016]
According to the second aspect of the present invention, the frequency detecting means for detecting the frequency of the vortex signal from the vortex signal is provided, and the setting means has a frequency band and a frequency corresponding to the diameter of the flow passage of the flow meter main body stored in the storage means. The filter cut-off frequency is calculated from the frequency detected by the detection means, and the calculated cut-off frequency is set in the filter. Complexity such as fast Fourier transform (FFT) processing is performed on the vortex signal. By making the pass frequency band of the filter follow the Karman vortex frequency without performing arithmetic processing, a stable vortex signal can be detected with a relatively simple circuit configuration.
[0017]
According to the third aspect of the present invention, the output state of the vortex signal is predicted according to the amplitude change of the envelope of the reception signal output from the ultrasonic receiver, and the frequency of the signal obtained by waveform shaping the vortex signal is obtained. The cutoff frequency of the filter is set on the basis of this, and the passing frequency band of the filter is made to follow the frequency of the Karman vortex without performing complicated arithmetic processing such as fast Fourier transform (FFT) processing on the vortex signal. Thus, a stable vortex signal can be detected with a relatively simple circuit configuration.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0019]
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of an embodiment of an ultrasonic vortex flowmeter according to the present invention.
[0020]
As shown in FIG. 1, the ultrasonic vortex flowmeter 10 includes a flowmeter body 14 having a flow path 12 through which the fluid to be measured flows, and a flow of the fluid to be measured in the flow path 12 of the flowmeter body 14. And a vortex generator 16 extending in a vertical direction perpendicular to a direction (indicated by an arrow in FIG. 1). The vortex generator 16 has a substantially pentagonal cross section when viewed from above.
[0021]
Then, in the process in which the fluid to be measured flows downstream while colliding with the vortex generator 16 facing the upstream side, Karman vortices 17 are alternately generated on the left and right sides of the vortex generator 16. Since the frequency of the Karman vortex 17 is proportional to the flow velocity of the fluid to be measured, the flow velocity of the fluid to be measured is obtained by detecting the number of Karman vortices 17 generated in the fluid to be measured. Calculate the flow rate.
[0022]
There are various sizes of the ultrasonic vortex flowmeter 10 and there are various sizes of the upstream end face of the vortex generator (the size of the vortex generator). The diameter and the size of the vortex generator are proportional to each other, that is, the size of the vortex generator is set to increase in proportion to the increase in the diameter.
[0023]
Next, the detailed structure of the ultrasonic vortex flowmeter 10 of the present embodiment will be described below.
[0024]
Further, the ultrasonic transmitter 20 and the ultrasonic receiver 22 are attached to the inner wall of the flow path on the downstream side of the vortex generator 16 so as to face each other. The ultrasonic transmitter 20 and the ultrasonic receiver 22 have an ultrasonic sensor made of a piezoelectric element. When a drive signal is input from the drive circuit 24 to the ultrasonic transmitter 20, the ultrasonic transmitter The ultrasonic wave transmitted from 20 propagates through the fluid to be measured flowing through the flow path 12 and is received by the ultrasonic receiver 22.
[0025]
A Karman vortex 17 is generated downstream of the vortex generator 16 at a period proportional to the flow velocity of the fluid to be measured flowing in the flow path 12. At that time, the ultrasonic wave propagating in the flow path 12 is modulated in the process of passing through the Karman vortex 17 generated downstream of the vortex generator 16. Therefore, the generation frequency (vortex signal) of the Karman vortex 17 is detected from the phase difference between the detection signal output from the ultrasonic receiver 22 and the drive signal, and the fluid to be measured flowing in the flow path 12 is detected based on this frequency. Measure the flow rate.
[0026]
The ultrasonic transmitter 20 and the ultrasonic receiver 22 are connected to the flow rate calculation unit 26. The flow rate calculation unit 26 passes through the flow path 12 based on the frequency of the Karman vortex 17 obtained from the phase difference between the drive signal input to the ultrasonic transmitter 20 and the received signal output from the ultrasonic receiver 22. Calculate the flow rate of the fluid to be measured.
[0027]
The flow rate calculation unit 26 includes the drive circuit 24, the reception circuit 28, the phase comparison circuit 29 (vortex signal generation means), the filter amplifier circuit (amplification circuit) 30, the comparator circuit 32, and the calculation circuit 34. The arithmetic circuit (CPU) 34 includes an A / D conversion unit 36, a band pass filter unit 38 (filter), a counter unit 40, a frequency setting unit 42 (setting unit), a memory 44 (storage unit), and a flow rate integrating unit 46. (Calculation means), and performs bandpass filter processing, filter cutoff frequency calculation processing, and flow rate calculation.
[0028]
The drive circuit 24 has an oscillator that outputs an excitation signal having a constant period, and outputs a drive signal in which the voltage is changed to a sine wave based on the excitation signal from the oscillator to the ultrasonic transmitter 20.
[0029]
When receiving the ultrasonic signal propagated through the flow path 12, the ultrasonic receiver 22 outputs the received signal to the receiving circuit 28. In the reception circuit 28, the reception signal is amplified and output to the phase comparison circuit 29. Then, the phase comparison circuit 29 generates a signal (vortex signal) indicating a phase difference between the drive signal output from the drive circuit 24 and the reception signal output from the reception circuit 28. The vortex signal output from the phase comparison circuit 29 is amplified by the filter amplifier circuit 30, input to the A / D conversion unit 36 of the arithmetic circuit (CPU) 34, converted into a digital signal, and then the bandpass filter unit 38. Is filtered.
[0030]
Further, the vortex signal output from the phase comparison circuit 29 is zero-cross-comparated by the comparator circuit 32 and converted into a binary signal (vortex pulse signal) consisting only of a high level and a low level, and is sent to the counter unit 40. Entered. The counter unit 40 measures the frequency of the vortex pulse signal.
[0031]
The frequency setting unit 42 of the arithmetic circuit (CPU) 34 is measured by the data stored in the memory 44 (individual information for each flow meter such as the diameter of the flow meter and the flow range (vortex frequency range)) and the counter unit 40. Based on the frequency of the vortex pulse signal, the cut-off frequency of the bandpass filter unit 38 that passes the vortex signal is set.
[0032]
Therefore, in the arithmetic circuit (CPU) 34, the vortex signal A / D converted by the A / D converter 36 is subjected to digital tracking filter (BPF) processing based on the cutoff frequency set above. After that, it is converted and integrated into a pulse train to calculate the flow rate and output a flow rate signal.
[0033]
Here, a flow rate calculation by the flow rate calculation unit 26 and a method of setting a cutoff frequency will be described.
The drive circuit 24 drives the ultrasonic transmitter 20 to propagate ultrasonic waves into the fluid to be measured. The ultrasonic wave propagated in the fluid to be measured is phase-modulated from the Karman vortex 17 generated alternately, received by the ultrasonic receiver 22 and converted into an electric signal.
[0034]
The ultrasonic signal received by the ultrasonic receiver 22 is amplified by the receiving circuit 28 and shaped into a pulsed rectangular wave. The ultrasonic signal waveform-shaped by the receiving circuit 28 is phase-compared with the drive signal by a phase comparison circuit 29 as a vortex detection circuit, and a signal (vortex signal) indicating this phase difference is output from the phase comparison circuit 29.
[0035]
That is, when the Karman vortex 17 is generated, the phase comparison circuit 29 outputs an alternating sine wave synchronized with the Karman vortex 17 as a phase difference signal (vortex signal). This vortex signal is amplified by the amplifier filter circuit 30, passes through the bandpass filter unit 38 in the vortex signal frequency range determined for each inner diameter of the flow path 12 (diameter of the flowmeter), and then is input to the flow rate integrating unit 46 to be flowed. Calculated.
[0036]
The vortex signal is zero-cross-compared by the comparator circuit 32 and input to the I / O port of the arithmetic circuit (CPU) 34 as a vortex pulse. In the arithmetic circuit 34, the vortex pulse input to the I / O port is input to the counter unit 40, the frequency is calculated, and the band is applied to the vortex signal input from the A / D conversion unit 36 based on the aperture and flow rate range. The center frequency of the pass filter unit 38 is set (setting of a cutoff frequency).
[0037]
In the memory 44 (storage means), the vortex signal frequency range (vortex frequency range) to be passed according to the caliber of the flow meter and the flow rate measurable range that can be measured by the flow meter are classified according to the caliber of the flow meter. Individual information is registered in advance.
[0038]
Further, when the diameter of the flow meter is designated, the frequency setting unit 42 reads individual information including the vortex frequency range corresponding to the diameter from the memory 44, and uses the vortex frequency range as the cutoff frequency of the bandpass filter unit 38. This is set as the range.
[0039]
More specifically, when the frequency setting unit 42 sets fp (Hz) as the frequency of the vortex pulse signal obtained by zero-crossing the vortex signal including the missing or erroneous noise input to the counter unit 40 with a small hysteresis. When the aperture of the flowmeter is 3 / 8B or less, the pass band of the bandpass filter unit 38 is made to follow the frequency fp so as to be in the range of (fp (Hz) to fp × 3 (H,)), When the diameter of the flow meter is 1 / 2B or more, the pass band of the band-pass filter unit 38 is made to follow the frequency fp so as to be in the range of (1/4 × fp (Hz) to fp (Hz)).
[0040]
Here, the relationship between the vortex pulse frequency and the cut-off frequency of the bandpass filter unit 38 will be described with reference to the experimental results shown in FIGS.
In the ultrasonic vortex flowmeter 10, the inner diameter of the flow path 12 (the diameter of the flowmeter), the ultrasonic propagation beam, and the state of bubbles generated in the fluid are experimentally confirmed, and the vortex signal under each condition From this state, the relationship between the center frequency of the vortex signal and the cut-off frequency of the band-pass filter unit 38 is set as follows for each inner diameter of the flow path 12.
[0041]
When the inner diameter of the flow path 12 is small, the ultrasonic propagation beam width is also narrowed. Therefore, the ratio of the bubble diameter to the propagation beam width is increased, and even if a small amount of bubbles are mixed, the ultrasonic wave is blocked and the vortex pulse is lost. The tendency to become strong.
[0042]
On the other hand, when the inner diameter of the flow path 12 is large, the ultrasonic beam width is wide, so the ratio of the bubble diameter to the ultrasonic beam is small, and the vortex signal missing state is reduced. On the other hand, high-frequency noise is superimposed on the vortex signal due to the influence of amplitude modulation of the received signal due to the passage of bubbles in the fluid.
[0043]
Therefore, the flow rate pulse becomes higher than the actual vortex signal frequency due to the erroneous output of the noise.
[0044]
Also, when the deviation between the vortex pulse frequency and the original vortex frequency in the absence of the vortex signal, and the deviation between the vortex pulse frequency and the original vortex frequency when there are many erroneous outputs due to bubble contamination, It is possible to easily set the center frequency of the bandpass filter unit 38 for the vortex signal (set the cut-off frequency) based on the frequency of the vortex pulse signal including the missing or erroneous output due to. Therefore, the vortex frequency can be obtained without performing complex fast Fourier transform (FFT) processing on the vortex signal as in the prior art.
[0045]
Further, as a modification, by monitoring the reception amplitude change (AM modulation) of the ultrasonic wave received from the bubble, it is determined whether the vortex pulse signal is in a missing state or an erroneous output, and the deviation from the vortex signal frequency is determined. It is possible to set the cut-off frequency of the bandpass filter unit 38 for the vortex signal by prediction.
[0046]
2A to 2D are waveform diagrams showing vortex signals when a fluid to be measured (liquid) is caused to flow through the flow path 12 at a flow rate of 2 L / min. FIGS. 3A to 3D show vortex signals of an ultrasonic vortex flowmeter having a diameter of 3 / 8B (inner diameter of the flow path 12) when air is mixed into the fluid to be measured (liquid) at a volume ratio of 1%. FIG. FIGS. 2A, 2B and 3A, 3B are waveform diagrams of signals input to the bandpass filter unit 38 and frequency analysis. FIGS. 3 (C) and 3 (D) are waveform diagrams of the signal that has passed through the band-pass filter unit 38 and frequency analysis.
[0047]
As shown in FIGS. 2A to 2D, the original vortex frequency is about 400 Hz. However, as shown in FIGS. It can be seen that the center frequency is difficult to identify because the vortex frequency changes randomly as the (envelope) undulates irregularly.
[0048]
At this time, the frequency of the vortex pulse signal obtained by zero-crossing the vortex signal at the time of bubble mixing is reduced to about 200 Hz due to missing pulses.
[0049]
Further, as shown in FIGS. 2A to 2D, when the flow rate is 2 L / min, the signal that has passed through the band-pass filter unit 38 is cut so as to cut a low frequency region as a result of frequency analysis. It can be seen that the vortex signal has a stable waveform by setting the off frequency.
[0050]
In addition, as shown in FIGS. 3A to 3D, in the case of a flowmeter having a caliber of 3 / 8B, as a result of frequency analysis of the signal that has passed through the band-pass filter unit 38, the frequency is low and high. It can be seen that the vortex signal has a stable waveform by setting the cut-off frequency so as to cut the region.
[0051]
4A to 4D are waveform diagrams showing vortex signals at the diameter 1 / 2B (inner diameter of the flow path 12) of the ultrasonic vortex flowmeter.
[0052]
As shown in FIGS. 4A to 4D, in the case of a flowmeter having a caliber of 1 / 2B, the frequency of the vortex signal when no bubbles are mixed is about 60 Hz, and the frequency of the vortex pulse signal when bubbles are mixed Is about 130 Hz.
[0053]
From this experimental result, in a flow meter having a large internal diameter of the flow path 12 and having a diameter of 1/2 B or more, the vortex pulse signal erroneously outputs noise due to bubbles, and the vortex pulse signal frequency tends to be higher than the basic vortex signal frequency. . On the other hand, in a flowmeter having a diameter of 3 / 8B, the vortex signal frequency tends to be lower than the basic vortex pulse signal frequency due to lack of the vortex signal.
[0054]
Further, it has been found that the deviation between the vortex pulse signal frequency and the basic vortex signal frequency is a value approximately two to three times regardless of the diameter of the flowmeter. From this, the range of the cut-off frequency of the bandpass filter unit 38 is (fp (Hz) when the frequency of the vortex pulse that compares the vortex signals is fp (Hz) in the case of a flowmeter having a diameter of 3 / 8B. ) To fp × 3 (Hz)), a band including a basic vortex signal frequency can be configured and a stable vortex signal can be obtained.
[0055]
Further, in a flowmeter having a diameter of ½ B or more, a stable vortex signal can be obtained by setting a range of (1/4 × fp (Hz) to fp (Hz)) as a pass band.
[0056]
Further, whether the vortex pulse is lost or noise is erroneously output can be predicted from the change in the ultrasonic reception amplitude due to the bubbles, and therefore the state of the ultrasonic reception amplitude change is monitored. If a situation occurs where the received voltage is lower than that required for the circuit, it is determined that there are many vortex signals missing, and the pass band of the bandpass filter unit 38 is set to (fp (Hz) to fp × 3 (Hz)) is preferable.
[0057]
In addition, if the amplitude modulation is performed by bubbles even if the received amplitude change does not fall below the required voltage, it is considered that there is a high possibility that noise is erroneously output. Is preferably set to a range of (1/4 × fp (Hz) to fp (Hz)).
[0058]
Here, a modified example will be described.
FIG. 5 is an enlarged longitudinal sectional view showing a main part of the modification. In FIG. 5, the same parts as those in the embodiment shown in FIG.
[0059]
As shown in FIG. 5, the ultrasonic vortex flowmeter 50 is obtained by adding an amplitude monitoring circuit 52 and an amplitude determination unit (setting means) 54 to the ultrasonic vortex flowmeter 10 described above.
[0060]
In the amplitude monitoring circuit 52, an envelope signal (envelope) corresponding to the amplitude change obtained by amplitude (AM) demodulation of the ultrasonic reception by the reception circuit 28 is input to the A / D conversion unit 36 of the arithmetic circuit 34. In the arithmetic circuit 34, the envelope signal (envelope) converted into a digital signal by the A / D conversion unit 36 is input to the amplitude determination unit 54.
[0061]
The amplitude determination unit 54 determines whether or not the amplitude of the ultrasonic reception signal (voltage value) is less than a predetermined value registered in advance. Then, when the frequency at which the received voltage falls below the specified value is high (see FIG. 2A), the amplitude determination unit 54 predicts that the vortex pulse is in a missing state, and passes through the bandpass filter unit 38. To decide.
[0062]
Furthermore, when the amplitude determination unit 54 is subjected to amplitude modulation within a range in which the received voltage does not fall below the specified value (see FIGS. 3A and 4A), the state of erroneous output due to noise is determined. Determination is made to determine the pass band of the band-pass filter unit 38.
[0063]
In the above-described embodiment, the configuration in which the pair of ultrasonic sensors are arranged at positions facing each other is given as an example. However, the configuration is not limited thereto, and a configuration in which a plurality of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers are provided is a pair. Of course, the Karman vortex may be detected from the phase difference from the received signal.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the filter means provided between the vortex signal generation means and the calculation means, and allows the passage of the frequency in the predetermined frequency band, and the flow path of the flowmeter main body. The storage means for storing the frequency band of the vortex signal to be passed through the filter in correspondence with the diameter, and the frequency band corresponding to the diameter of the flow channel of the flow meter body is read from the storage means, and the filter is cut off based on the frequency band Since the setting means for setting the frequency is provided, by causing the vortex signal to follow the frequency of the Karman vortex without performing complicated arithmetic processing such as fast Fourier transform (FFT) processing on the vortex signal, A stable vortex signal can be detected with a relatively simple circuit configuration.
[0065]
According to the second aspect of the present invention, the frequency detecting means for detecting the frequency of the vortex signal from the vortex signal is provided, and the setting means is a frequency band corresponding to the diameter of the flow channel of the flow meter main body stored in the storage means. And the frequency detected by the frequency detection means, and calculates the cut-off frequency of the filter, and sets the calculated cut-off frequency in the filter. Therefore, complex vortex signals such as fast Fourier transform (FFT) processing are performed. By making the pass frequency band of the filter follow the Karman vortex frequency without performing arithmetic processing, a stable vortex signal can be detected with a relatively simple circuit configuration.
[0066]
According to the third aspect of the present invention, the output state of the vortex signal is predicted according to the amplitude change of the envelope of the reception signal output from the ultrasonic receiver, and the waveform-shaped signal of the vortex signal is waveform-shaped. Since the cutoff frequency of the filter is set based on the frequency, the pass frequency band of the filter is made to follow the frequency of the Karman vortex without performing complicated arithmetic processing such as fast Fourier transform (FFT) processing on the vortex signal. Thus, a stable vortex signal can be detected with a relatively simple circuit configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of an embodiment of an ultrasonic vortex flowmeter according to the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing a vortex signal when a fluid to be measured (liquid) flows through a flow path 12 at a flow rate of 2 L / min.
FIG. 3 is a waveform diagram showing a vortex signal of an ultrasonic vortex flowmeter having a diameter of 3 / 8B (inner diameter of a flow path 12) when air is mixed with a fluid to be measured (liquid) at a volume ratio of 1%.
FIG. 4 is a waveform diagram showing a vortex signal at a diameter 1 / 2B (inner diameter of a flow path 12) of the ultrasonic vortex flowmeter.
FIG. 5 is a block diagram showing a circuit configuration of a modification of the ultrasonic vortex flowmeter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,50 Ultrasonic vortex flowmeter 12 Flow path 14 Flowmeter main body 16 Vortex generator 17 Karman vortex 20 Ultrasonic transmitter 22 Ultrasonic receiver 24 Drive circuit 26 Flow rate calculation part 28 Receiving circuit 29 Phase comparison circuit (vortex signal) Generation means)
32 Comparator circuit 34 Arithmetic circuit 36 A / D converter 38 Band pass filter (filter)
40 Counter unit 42 Frequency setting unit (setting means)
44 Memory (storage means)
46 Flow rate integration unit (calculation means)
52 Amplitude Monitoring Circuit 54 Amplitude Determination Unit

Claims (3)

被測流体が流れる流路が形成された流量計本体と、
前記流路内に流れ方向と直交するように設けられた渦発生体と、
所定周期の送信信号により超音波を送信する超音波送信器と、
該超音波送信器から送信された超音波を受信する超音波受信器と、
を備え、
該超音波受信器で受信された前記渦発生体の下流に発生するカルマン渦の影響を受けた受信信号を用いて、当該カルマン渦の発生により当該受信信号に生ずる位相変調量を示す渦信号を生成する渦信号生成手段と、
該渦信号生成手段により生成された渦信号の周期から前記被測流体の流量を演算する演算手段と、
からなる超音波式渦流量計において、
前記渦信号生成手段と前記演算手段との間に設けられ、所定の周波数帯域の周波数を通過させるフィルタ手段と、
前記流量計本体の流路の口径に対応させて前記フィルタを通過させるべき渦信号の周波数帯域を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段より前記流量計本体の流路の口径に対応する周波数帯域を読出し、当該周波数帯域に基づき前記フィルタのカットオフ周波数を設定する設定手段と、
を設けたことを特徴とする超音波式渦流量計。
A flow meter body in which a flow path for the fluid to be measured is formed;
A vortex generator provided in the flow path so as to be orthogonal to the flow direction;
An ultrasonic transmitter that transmits ultrasonic waves by a transmission signal of a predetermined period;
An ultrasonic receiver for receiving the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter;
With
Using the received signal affected by the Karman vortex generated downstream of the vortex generator received by the ultrasonic receiver, a vortex signal indicating a phase modulation amount generated in the received signal due to the generation of the Karman vortex Vortex signal generating means for generating;
A calculation means for calculating the flow rate of the fluid under measurement from the period of the vortex signal generated by the vortex signal generation means;
In the ultrasonic vortex flowmeter consisting of
Filter means provided between the vortex signal generation means and the calculation means, and allows a frequency in a predetermined frequency band to pass through;
Storage means for storing the frequency band of the vortex signal to be passed through the filter in correspondence with the diameter of the flow path of the flow meter body;
A setting means for reading a frequency band corresponding to the diameter of the flow passage of the flow meter body from the storage means, and setting a cutoff frequency of the filter based on the frequency band;
An ultrasonic vortex flowmeter characterized by comprising:
前記渦信号から渦信号の周波数を検出する周波数検出手段を設け、
前記設定手段は、前記記憶手段に記憶された前記流量計本体の流路の口径に対応する周波数帯域と前記周波数検出手段により検出された周波数とから前記フィルタのカットオフ周波数を演算し、当該演算されたカットオフ周波数を前記フィルタに設定することを特徴とする請求項1に記載の超音波式渦流量計。
A frequency detection means for detecting the frequency of the vortex signal from the vortex signal is provided,
The setting means calculates a cutoff frequency of the filter from the frequency band corresponding to the diameter of the flow passage of the flow meter main body stored in the storage means and the frequency detected by the frequency detection means, and the calculation The ultrasonic vortex flowmeter according to claim 1, wherein the cut-off frequency is set in the filter.
請求項1又は請求項2に記載の超音波式渦流量計であって、
前記設定手段は、前記超音波受信器から出力された受信信号の抱絡線の振幅変化に応じて前記渦信号の出力状態を予測し、前記渦信号を波形整形した信号の周波数に基づいて前記フィルタのカットオフ周波数を設定することを特徴とする超音波式渦流量計。
The ultrasonic vortex flowmeter according to claim 1 or 2,
The setting means predicts an output state of the vortex signal in accordance with a change in amplitude of a reception signal envelope output from the ultrasonic receiver, and based on a frequency of a signal obtained by shaping the vortex signal. An ultrasonic vortex flowmeter characterized by setting a cutoff frequency of a filter.
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