JP2005283434A - 超音波流量計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の超音波流量計100において、超音波素子2a,2bはそれぞれ、流れ方向上手側又は下手側から到来する超音波を受信すると同時にその超音波を到来方向へ反射するように構成されている。超音波素子2aで発振された超音波は、下手側の超音波素子2bで受信・反射される。この1回反射超音波が、発振元の超音波素子2aにて受信・反射される。さらに、この2回反射超音波が、下手側の超音波素子2bに受信される。超音波が、素子間を1往復半するのに要する合計伝搬時間を、順方向と逆方向の両方で計測し、これを流量演算に用いる。
【選択図】 図1
Description
図1は、一般住宅用ガスメータ等として用いられる超音波流量計の一実施例の基本構成を示す。この超音波流量計100の流量測定用の流路1には、流量測定用ガス(流体)が流れ方向軸線Oに沿って図示の流れ方向に流通(平均流速v)している。流路1の壁部10には、流れ方向上手側の超音波素子2aと流れ方向下手側の超音波素子2bとが取り付けられている。図1に示すように、流れ方向軸線Oと超音波素子2aとを含む流路断面において、超音波素子2bは超音波素子2aの反対側に位置している。
Td=L/(c+v・cosθ)…(1)
Tu=L/(c−v・cosθ)…(2)
(1)、(2)式の逆数をとり、その差をとれば次式が得られる。
1/Td−1/Tu=2v・cosθ/L…(3)
したがって、順方向到達時間Tdと逆方向到達時間Tuの測定から、ガスの平均流速vと流量Qが次式により求められる。“A”は流路1の断面積である。
v=(1/2Td−1/2Tu)L/cosθ…(4)
Q=v・A…(5)
このように、ガスの温度・含有成分等に依存する音速cを(4)式から消去することで、測定値(到達時間Td,Tu)と一定値(L,θ)とから流速vが得られる利点を有している。
まず、図3のタイムチャートに示すごとく、送信手段22の送信信号に基づき、上手側の超音波素子2aより流路1に超音波が発振(放射)される。超音波素子2aで超音波が発振されてから、その超音波を下手側の超音波素子2bが最初に受信するまでの時間T11は、T11=(Td+α)となる。ここで遅延時間αは、超音波素子2bで超音波を受信したときの超音波受信波形1.5波分(ゼロクロス検出のマージン)の時間や、超音波素子2aを駆動してから流路1内に実際に超音波が発振されるまでの時間を含むものである。順方向到達時間Tdは、上手側の超音波素子2aから下手側の超音波素子2bに超音波が至るのに要する伝搬時間である。Tuは逆方向到達時間である。
T1=T11+T12+T13
=(Td+α)+Tu+Td
=2Td+Tu+α…(6)
T2=T21+T22+T23
=(Tu+β)+Td+Tu
=Td+2Tu+β…(7)
2Td=2/3{(2T1−T2)−(2α−β)}…(8)
2Tu=2/3{(2T2−T1)−(2β−α)}…(9)
2a 超音波素子(上手側送受信器)
2b 超音波素子(下手側送受信器)
3 切替手段
4 増幅器
5 マスク時間設定手段
9 マイクロコンピュータ(カウンタ、時間計測手段、波形比較手段)
100 超音波流量計
Claims (6)
- 流体が流通する流路に、前記流体の流れ方向上手側又は下手側に向けて超音波を発振することが可能であって、流れ方向上手側又は下手側から到来する超音波を受信することが可能な一対の送受信器を設け、超音波がそれら送受信器間を伝搬する時間を時間計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて流量を求めるようにした超音波流量計において、
前記送受信器はそれぞれ、流れ方向上手側又は下手側から到来する超音波を受信すると同時にその超音波を到来方向へ反射するように構成され、
一方の前記送受信器で発振させた超音波を、両送受信器間で反射させたのち他方の前記送受信器で受信し、発振から受信までの合計の伝搬時間を前記時間計測手段にて計測するようにしたことを特徴とする超音波流量計。 - 一方の前記送受信器で発振させた超音波を、両方の前記送受信器で1回ずつ反射させたのち他方の前記送受信器で受信し、超音波が前記送受信器間を1往復半するときの合計伝搬時間を前記時間計測手段にて計測するようになっており、
超音波の発振の向きが前記流体の流れに対して順方向の場合と逆方向の場合とで2通りの前記合計伝搬時間を求め、これらに基づいて前記流体の流量を求めるようにした請求項1記載の超音波流量計。 - 一方の前記送受信器で発振された超音波が、他方の前記送受信器で最初に反射されるまでの時間を計測および記憶するように構成され、
その記憶した時間内は超音波受信検出を行なわないようにするためのマスク時間設定手段を備えた請求項1または2記載の超音波流量計。 - 前記流体の流れ方向上手側の前記送受信器から発振された超音波を、流れ方向下手側の前記送受信器で最初に受信し、その最初に受信した超音波の振幅が予め定めた設定振幅以下である場合において、
前記合計伝搬時間を流量演算に用いる低流速モードから、上手側の前記送受信器から超音波を発振して下手側の前記送受信器で直接に超音波を受信するまでの直接伝搬時間を流量演算に用いる高流速モードに切り替えるモード切替制御手段を備えた請求項1または2記載の超音波流量計。 - 一方の前記送受信器から発振された超音波を、他方の前記送受信器で最初に受信したときの波形と、反射を経て戻ってきた超音波の波形とを比較する波形比較手段を備えた請求項1ないし4のいずれか1項に記載の超音波流量計。
- 一方の前記送受信器から発振された超音波を、他方の前記送受信器で最初に受信したときの超音波受信出力の増幅率と、いずれかの前記送受信器で反射されて戻ってきた超音波を受信したときの超音波受信出力の増幅率とを異ならせることが可能な可変増幅器を備える請求項1ないし5のいずれか1項に記載の超音波流量計。
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