JP2006038708A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波流量計に関し、詳しくは超音波を利用して都市ガス,LPG,水などの流体の流速や流量を計測する超音波流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flow meter, and more particularly to an ultrasonic flow meter that measures the flow velocity and flow rate of a fluid such as city gas, LPG, and water using ultrasonic waves.
従来の超音波流量計の一例として、フェーズロックドループ(PLL)を用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の超音波流量計における計測原理は、流路の流体流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、PLLにより一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められた波の数(以下、ロック波数という)となるように制御し、流れ方向上手側の超音波トランスジューサ(以下、順方向超音波トランスジューサという)から流れ方向下手側の超音波トランスジューサ(以下、逆方向超音波トランスジューサという)に向けて超音波を発射したときの送信周波数(以下、順方向送信周波数という)と、逆方向超音波トランスジューサから順方向超音波トランスジューサに向けて超音波を発射したときの送信周波数(以下、逆方向送信周波数という)とを計測し、計測された順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流路を流れる流体の平均流速を求め、さらに平均流速に流路断面積を乗算することで流量を求める方法である。 As an example of a conventional ultrasonic flowmeter, one using a phase-locked loop (PLL) is known (see, for example, Patent Document 1). The measurement principle in this type of ultrasonic flowmeter is that a pair of ultrasonic transducers is provided on the upper side and lower side in the fluid flow direction of the flow path, and ultrasonic waves are predetermined between the pair of ultrasonic transducers by the PLL. The number of waves (hereinafter referred to as the lock wave number) is controlled so that the ultrasonic transducer on the upper side in the flow direction (hereinafter referred to as the forward ultrasonic transducer) and the ultrasonic transducer on the lower side in the flow direction (hereinafter referred to as the super Transmission frequency (hereinafter referred to as forward transmission frequency) when emitting ultrasonic waves toward the ultrasonic transducer) and transmission frequency when ultrasonic waves are emitted from the reverse ultrasonic transducer toward the forward ultrasonic transducer (Hereinafter referred to as reverse transmission frequency) and the measured forward transmission frequency and reverse direction Determine the average flow velocity of the fluid flowing through the flow path based on signal frequency, a method of obtaining the flow rate by multiplying the flow path cross-sectional area more average flow velocity.
いま、図2に示すように、ロック波数をN、順方向送信周波数をfj、逆方向送信周波数をfg、順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間の距離(以下、伝搬長という)をL、流体の流速をVとすると、順方向超音波トランスジューサ2aから逆方向超音波トランスジューサ2bに超音波を伝搬させたときの計測(以下、順方向計測という)で、下式(1)が得られ、逆方向超音波トランスジューサ2bから順方向超音波トランスジューサ2aに超音波を伝搬させたときの計測(以下、逆方向計測という)で、下式(2)が得られる。
Now, as shown in FIG. 2, the lock wave number is N, the forward transmission frequency is f j , the reverse transmission frequency is f g , and the distance between the forward
L/(C+V)=N/fj → Lfj/N=C+V ・・・(1)
L/(C−V)=N/fg → Lfg/N=C−V ・・・(2)
L / (C + V) = N / f j → Lf j / N = C + V ··· (1)
L / (C−V) = N / f g → Lf g / N = C−V (2)
式(1)−式(2)から下式(3)が得られ、式(1)+式(2)から下式(4)が得られる。 The following formula (3) is obtained from the formula (1) -the formula (2), and the following formula (4) is obtained from the formula (1) + the formula (2).
V=(L/2N)×(fj−fg) ・・・(3)
C=(L/2N)×(fj+fg) ・・・(4)
V = (L / 2N) × (f j −f g ) (3)
C = (L / 2N) × (f j + f g ) (4)
そして、流量Qが、流路の断面積S、計測時間間隔(以下、インターバル時間という)Δ等を考慮した補正係数Hを用いて、下式(5)で求められる。 Then, the flow rate Q is obtained by the following equation (5) using a correction coefficient H that takes into account the cross-sectional area S of the flow path, the measurement time interval (hereinafter referred to as interval time) Δ, and the like.
Q=V・S・H ・・・(5) Q = V · S · H (5)
また、前回までの積算流量ΣQ0を用いれば、積算流量ΣQ1は、ΣQ1=ΣQ0+Qで求められる。 Further, if the integrated flow ΣQ 0 up to the previous time is used, the integrated flow ΣQ 1 can be obtained by ΣQ 1 = ΣQ 0 + Q.
さらに、式(4)によって求められた音速Cから、簡易式C=331.68+0.61τにより、温度τが求まるので、温度τに対する補正が可能となる。
ところで、従来の超音波流量計では、順方向超音波トランスジューサ2aから逆方向超音波トランスジューサ2bへの超音波の伝搬時間(以下、順方向伝搬時間という)Tjの計測中および逆方向超音波トランスジューサ2bから順方向超音波トランスジューサ2aへの超音波の伝搬時間(以下、逆方向伝搬時間という)Tgの計測中には、一対の超音波トランスジューサ2a,2b間で超音波パルスを連続的に送信し続けていた。すなわち、送信側の超音波トランスジューサに対して駆動パルスを連続的に印加していた。このため、送信側の超音波トランスジューサは、超音波パルスを発射し続けなければならず、これにより多くの電力を消費するという問題点があった。電池等の限られた電源で長時間動作しなければならない超音波流量計にとっては、電力消費をできる限り抑えるために、送信側の超音波トランスジューサに印加される駆動パルスの数(駆動パルス数)Mを抑えることが望ましかった。
By the way, in the conventional ultrasonic flowmeter, during the measurement of the ultrasonic propagation time T j from the forward
また、従来の超音波流量計において、しばしば問題となるのが流量Qの計測精度であるが、流量Qの計測精度を向上させるためには、計測回数を多くする必要がある。しかし、計測回数を多くすると、計測時間がその分長くなり、消費電力が増大するという問題点があった。したがって、何年間も電池交換無しで作動することが要求されるような超音波流量計では、計測回数を増やして計測精度を高めることは難しかった。 In the conventional ultrasonic flowmeter, the measurement accuracy of the flow rate Q often becomes a problem, but in order to improve the measurement accuracy of the flow rate Q, it is necessary to increase the number of times of measurement. However, when the number of times of measurement is increased, there is a problem that the measurement time becomes longer and power consumption increases. Therefore, it has been difficult to increase the measurement accuracy by increasing the number of measurements in an ultrasonic flowmeter that is required to operate without battery replacement for many years.
本発明は、上記課題に鑑み、送信側の超音波トランスジューサからの超音波パルスの発射を間欠動作とすることにより、消費電力の増大を抑制しつつも、優れた流量の計測精度が得られるようにした超音波流量計を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention makes it possible to obtain excellent flow rate measurement accuracy while suppressing an increase in power consumption by intermittently emitting ultrasonic pulses from the ultrasonic transducer on the transmission side. An object of the present invention is to provide an ultrasonic flowmeter.
請求項1記載の超音波流量計は、流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように順方向送信周波数および逆方向送信周波数を制御し、その時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、順方向送信周波数および逆方向送信周波数の計測時に数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する間欠駆動制御部と、前記間欠駆動制御部からのクロック選択信号により選択されたクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部とを設けて、1回の送信周波数の計測における前記送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことを特徴とする。請求項1記載の超音波流量計によれば、1回の送信周波数の計測における送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことにより、消費電力が大きい超音波トランスジューサの駆動の回数が減り、その分、超音波流量計の低消費電力化を実現することができる。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項2記載の超音波流量計は、請求項1記載の超音波流量計において、前記間欠時間の間も前記クロックをカウントし続けるカウンタを設けたことを特徴とする。請求項2記載の超音波流量計によれば、間欠時間の間もクロックをカウントし続けることにより、間欠時間の間も流速を推定し続けることが可能になり、低消費電力でも高精度な流量の計測を実現することができる。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項3記載の超音波流量計は、請求項1または請求項2に記載の超音波流量計において、送信周波数の計測間のインターバル時間を制御するインターバル制御部を設けたことを特徴とする。請求項3記載の超音波流量計によれば、インターバル制御部を設けて、送信周波数の計測間のインターバル時間を制御できるようにしたので、高流量時にインターバル時間を短くし、低流量時にインターバル時間を長くすることができる。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項4記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の超音波流量計において、前記インターバル制御部が、計測された流量に応じて前記インターバル時間を制御することを特徴とする。請求項4記載の超音波流量計によれば、流量に応じてインターバル時間を制御することにより、低流量時にインターバル時間を長くして、単位時間当たりの駆動パルス数を減少させ、低消費電力化を実現することができる。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項5記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の超音波流量計において、計測された流量に応じて前記間欠時間を可変に制御する流量判定部を設けたことを特徴とする。請求項5記載の超音波流量計によれば、流量に応じて間欠時間を制御することにより、低流量時に間欠時間を長くして、単位時間当たりの駆動パルス数を減少させ、低消費電力化を実現することができる。
The ultrasonic flowmeter according to claim 5 is the ultrasonic flowmeter according to any one of
請求項6記載の超音波流量計は、請求項5記載の超音波流量計において、前記流量判定部が、送信周波数の計測によって求められた音速に基づいて温度を計算し、該温度に対して流量補正を行うことを特徴とする。請求項6記載の超音波流量計によれば、送信周波数の計測によって求められた音速に基づいて温度を計算することにより、温度計を配置することなしに、少ない部品数で、低消費電力でも流量の計測精度を向上させることができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 6 is the ultrasonic flowmeter according to claim 5, wherein the flow rate determination unit calculates a temperature based on a sound velocity obtained by measuring a transmission frequency, It is characterized by performing flow rate correction. According to the ultrasonic flowmeter of the sixth aspect, by calculating the temperature based on the speed of sound obtained by measuring the transmission frequency, it is possible to reduce the number of components and low power consumption without arranging the thermometer. The measurement accuracy of the flow rate can be improved.
請求項7記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の超音波流量計において、前記一対の超音波トランスジューサが、機械的共振尖鋭度を表すQ値が低くかつ低スプリアスな単一共振特性に近い周波数インピーダンス特性であることを特徴とする。請求項7記載の超音波流量計によれば、機械的共振尖鋭度を表すQ値が低く、かつ低スプリアスな単一共振特性に近い周波数インピーダンス特性である超音波トランスジューサを用いることにより、駆動パルス数が少なくても受信ポイントが安定するため、超音波流量計の計測精度の向上ならびに低消費電力化を実現することができる。
The ultrasonic flowmeter according to claim 7 is the ultrasonic flowmeter according to any one of
請求項8記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の超音波流量計において、前記クロックの送信周波数に応じて、前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御する駆動パルス数制御部を設けたことを特徴とする。請求項8記載の超音波流量計によれば、クロックの送信周波数に応じて送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御するようにしたことにより、クロックの送信周波数が変化しても、流量の計測精度を保つことができる。
The ultrasonic flowmeter according to claim 8 is the ultrasonic flowmeter according to any one of
請求項9記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の超音波流量計において、前記クロックの送信周波数に応じて、前記受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群の受信ポイントを変更する受信ポイント管理部を設けたことを特徴とする。請求項9記載の超音波流量計によれば、順方向送信周波数または逆方向送信周波数に応じて受信ポイントを変更することにより、低消費電力での超音波トランスジューサの駆動に準じた計測精度の向上を図ることができる。
The ultrasonic flowmeter according to
請求項10記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の超音波流量計において、計測流体に応じてロック波数を変更することを特徴とする。請求項10記載の超音波流量計によれば、伝搬時間計測や外部スイッチによって流体の種別(例えば、ガス種)を判別し、同じ周波数領域を使用してロック波数を変更・管理することができるので、計測精度が向上すると同時に、流体の種別毎に使用する超音波トランスジューサを設ける必要がなくなる。 An ultrasonic flowmeter according to a tenth aspect is the ultrasonic flowmeter according to any one of the first to ninth aspects, wherein the lock wave number is changed according to a measurement fluid. According to the ultrasonic flowmeter of the tenth aspect, the type of fluid (for example, gas type) can be determined by propagation time measurement or an external switch, and the lock wave number can be changed and managed using the same frequency region. Therefore, the measurement accuracy is improved, and at the same time, it is not necessary to provide an ultrasonic transducer for each type of fluid.
請求項11記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の超音波流量計において、前記送信周波数切替スイッチ部により選択されたクロックにマーカパルスを混在させるマーカパルス合成部を設け、前記マーカパルスを予め決められたロック波数に応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスを基に前記一対の超音波トランスジューサ間での超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を粗調制御する受信計測管理部を設けたことを特徴とする。請求項11記載の超音波流量計によれば、大きくずれた位相を粗い制御ステップで位相合わせをすることができるので、急激な流量変化に対してでも素早く波数ロックができるため、低消費電力化につながる。また、マーカパルスを付けることで位相回り管理を行なうので、高精度かつ広範囲の流量計測が可能になる。
The ultrasonic flowmeter according to claim 11 is the ultrasonic flowmeter according to any one of
請求項12記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の超音波流量計において、前記受信計測管理部が、前記粗調制御で位相回りをなくした後に、前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波の波数が予め決められたロック波数になるようにクロックの周波数を微調制御することを特徴とする。請求項12記載の超音波流量計によれば、粗調制御によって荒く合わせた位相をさらに精度良く細かい制御ステップで合わせる微調制御を行なうので、高精度の流量計測を行なうことができる。
The ultrasonic flowmeter according to claim 12 is the ultrasonic flowmeter according to any one of
請求項13記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の超音波流量計において、前記一対の超音波トランスジューサで順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを切り替えて計測するときに、前回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を記憶して、次回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を、記憶した前回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数から開始することを特徴とする。請求項13記載の超音波流量計によれば、消費電流を多く消費するVCOを計測していない間は停止するため、計測していない方向での計測動作の停止前にその時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を記憶する。順方向計測および逆方向計測を開始するときに低消費電力で記憶されている順方向送信周波数および逆方向送信周波数から計測することにより、順方向送信周波数および逆方向送信周波数の調整を素早く行なえ、低消費電力となる。なお、VCOへ入力する電圧値を記憶しておくことも考えられる。
The ultrasonic flowmeter according to claim 13 is the ultrasonic flowmeter according to any one of
請求項14記載の超音波流量計は、請求項1ないし請求項13のいずれかに記載の超音波流量計において、送信波パルス群による受信波パルス群の直接波が到達してからその三次反射波が出現するまでの時間帯に、次の送信波パルス群による次の受信波パルス群を受信するようにしたことを特徴とする。請求項14記載の超音波流量計によれば、三次反射波が出現するまでの時間帯を受信後の受信ポイントとすることにより、送信周波数の計測から三次反射波が予め除去され、流量の計測精度を向上させることができる。
The ultrasonic flowmeter according to claim 14 is the ultrasonic flowmeter according to any one of
請求項15記載の超音波流量計は、流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように順方向送信周波数および逆方向送信周波数を制御し、その時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、送信側の超音波トランスジューサを駆動するクロックと受信側の超音波トランスジューサにより変換された受信波変換信号との位相を比較し、位相が一致する送信周波数のクロックを出力するフェイズロックドループと、前記フェイズロックドループからのクロックのカウント値がロック波数になる際に位相比較タイミング信号を出力するロック波数クロック管理部と、前記ロック波数クロック管理部からの位相比較タイミング信号に応じて数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する送受信制御部と、前記送受信制御部からのクロック選択信号に基づいて数クロック分のクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部と、前記間欠時間の間も前記クロックをカウントし続けるカウンタと、計測された流量に応じて順方向送信周波数の計測と逆方向送信周波数の計測との間のインターバル時間を制御するインターバル制御部と、計測された流量に応じて間欠時間を可変に制御する流量判定部と、前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、送信側の送信側超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御する駆動パルス数制御部と、前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群の受信ポイントを変更する受信ポイント管理部と、前記送信周波数切替スイッチ部により選択されたクロックに前記送受信制御部からのマーカパルスを混在させるマーカパルス合成部と、前記マーカパルスを予め決められたロック波数に応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスを基に前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を粗調制御し、前記粗調制御で位相回りをなくした後に、前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるようにクロックの周波数を微調制御する受信計測管理部とを有することを特徴とする。請求項15記載の超音波流量計によれば、送信周波数の計測における送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことにより、消費電力が大きい超音波トランスジューサの駆動の回数が減り、その分、超音波流量計の低消費電力化を実現することができる。 The ultrasonic flowmeter according to claim 15 is provided with a pair of ultrasonic transducers on the upper side in the flow direction and the lower side in the flow direction in the flow path through which the fluid flows, and ultrasonic waves are predetermined between the pair of ultrasonic transducers. In the ultrasonic flowmeter that controls the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency so as to obtain the lock wave number, and obtains the flow velocity and flow rate based on the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency at that time, The phase of the clock that drives the sonic transducer and the phase of the received wave converted signal converted by the ultrasonic transducer on the receiving side is compared, and a phase-locked loop that outputs a clock with a transmission frequency that matches the phase is output from the phase-locked loop. Lock wave number clock that outputs phase comparison timing signal when clock count value becomes lock wave number A clock management unit, a transmission / reception control unit that outputs a clock selection signal for several clocks with an intermittent time according to a phase comparison timing signal from the lock wave number clock management unit, and a clock selection signal from the transmission / reception control unit A transmission frequency changeover switch unit that applies the clock for several clocks to the ultrasonic transducer on the transmission side as a transmission wave pulse group with an intermittent time, and a counter that continues to count the clock during the intermittent time; An interval control unit that controls the interval time between the measurement of the forward transmission frequency and the measurement of the reverse transmission frequency according to the measured flow rate, and the flow rate determination that variably controls the intermittent time according to the measured flow rate And the transmission-side ultrasonic transducer on the transmission side according to the transmission frequency of the clock from the phase-locked loop A drive pulse number control unit that variably controls the number of drive pulses of a transmission wave pulse group to be applied to the sensor, and reception that is measured by an ultrasonic transducer on the reception side according to the transmission frequency of the clock from the phase locked loop A reception point management unit that changes a reception point of a wave pulse group, a marker pulse synthesis unit that mixes a marker pulse from the transmission / reception control unit with a clock selected by the transmission frequency changeover switch unit, and a predetermined marker pulse. The frequency of the clock is coarsely controlled so that the wave number of the ultrasonic wave becomes a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers based on the marker pulse by propagating at a period corresponding to the lock wave number determined. Then, after eliminating the phase shift in the coarse adjustment control, the ultrasonic wave is predetermined between the pair of ultrasonic transducers. And a reception measurement management unit that finely controls the frequency of the clock so as to obtain a lock wave number. According to the ultrasonic flowmeter of claim 15, an ultrasonic wave with high power consumption can be obtained by driving the ultrasonic transducer on the transmission side in the measurement of the transmission frequency to an intermittent operation using a transmission wave pulse group with an intermittent time in between. The number of times the transducer is driven is reduced, and accordingly, the power consumption of the ultrasonic flowmeter can be reduced.
一対の超音波トランスジューサ間で送受信する超音波パルス群を間欠時間を挟んだ超音波パルス群に分けて、送信側の超音波トランスジューサの超音波パルス駆動を間欠動作とすることにより、流量の計測精度を低下させることなしに、消費電力を低減することができるようにした。 Flow rate measurement accuracy is achieved by dividing the ultrasonic pulse group transmitted and received between a pair of ultrasonic transducers into an ultrasonic pulse group with intermittent time in between, and intermittently operating the ultrasonic pulse drive of the ultrasonic transducer on the transmitting side. The power consumption can be reduced without reducing the power consumption.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る超音波流量計の構成を示す回路ブロック図である。本実施例1に係る超音波流量計は、流路1と、流路1内の流れ方向上手側に設置された超音波トランスジューサ(順方向超音波トランスジューサ)2aと、流路1内の流れ方向下手側に設置された超音波トランスジューサ(逆方向超音波トランスジューサ)2bと、順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bに接続された送受切替部3と、送受切替部3が接続された位相比較切替スイッチSWaと、同じく送受切替部3が接続された位相比較切替スイッチSWbと、位相比較切替スイッチSWaおよび後述する電圧制御発信器(VCO)6aが入力端子に接続され、制御端子に後述するマイクロコンピュータ11が接続された位相比較部4aと、位相比較切替スイッチSWbおよび後述する電圧制御発信器(VCO)6bが入力端子に接続され、制御端子に後述するマイクロコンピュータ11が接続された位相比較部4bと、位相比較部4aの出力端子が接続されたローパスフィルタ(LPF)5aと、位相比較部4bの出力端子が接続されたローパスフィルタ(LPF)5bと、LPF5aが接続された電圧制御発信器(VCO)6aと、LPF5bが接続された電圧制御発信器(VCO)6bと、VCO6aが接続されたカウンタ(以下、順方向カウンタという)7aと、VCO6bが接続されたカウンタ(以下、逆方向カウンタという)7bと、VCO6aが接続されたロック波数クロック管理部8aと、VCO6bが接続されたロック波数クロック管理部8bと、VCO6aおよびVCO6bならびにマイクロコンピュータ11が接続された送信周波数切替スイッチ部9と、送信周波数切替スイッチ部9およびマイクロコンピュータ11が接続されたマーカパルス合成部10と、送信制御部としてのマイクロコンピュータ11とから、その主要部が構成されている。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention. The ultrasonic flowmeter according to the first embodiment includes a
流路1は、順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間において流れ方向軸線が直線状であり、軸断面の形状および断面積が流れ方向において同一に形成されている。計測流体がガスの場合、流路1の軸断面形状は壁部により閉鎖された空間を形成するものであればよく、例えば、円形状,楕円形状,正方形状,矩形状等のいずれを採用してもよい。
In the
順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bは、圧電素子,振動板,電極等を用いて構成された超音波トランスジューサであり、機械的共振尖鋭度を表すQ値が低く、かつ低スプリアスな単一共振特性に近い周波数インピーダンス特性である。順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bの送受信の切り替えは、アナログスイッチ等で構成される送受切替部3によって行なわれる。
The forward
送受切替部3は、順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bから超音波パルス群を発射させるための駆動電圧回路等から構成される送信手段(図示せず)と、順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bの受信波変換信号を検出するための電圧検出回路等から構成される受信手段(図示せず)とを含んで構成されており、マイクロコンピュータ11からの送受切替信号SRのオン/オフ(ハイレベル/ロウレベル)に応じて順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bの送受信の切替を制御する。例えば、順方向超音波トランスジューサ2aから逆方向超音波トランスジューサ2bに向けて送信波パルス群TPjを送信する順方向計測の場合には、順方向超音波トランスジューサ2aが送信側(発射元)となるので、送受切替部3は、送信手段と順方向超音波トランスジューサ2aとを接続し、受信手段と逆方向超音波トランスジューサ2bとを接続する。一方、逆方向超音波トランスジューサ2bから順方向超音波トランスジューサ2aに向けて送信波パルス群TPgを送信する逆方向計測の場合には、逆方向超音波トランスジューサ2bが送信側(発射元)となるので、送受切替部3は、送信手段と逆方向超音波トランスジューサ2bとを接続し、受信手段と順方向超音波トランスジューサ2aとを接続する。
The transmission /
位相比較切替スイッチSWaは、マイクロコンピュータ11からのスイッチ切替信号SCjに応じて、送受切替部3からの受信波変換信号を出力するか、VCO6aからの順方向クロックCLKjを出力するかを切り替える。
The phase comparison switch SWa switches between outputting a received wave conversion signal from the transmission /
位相比較切替スイッチSWbは、マイクロコンピュータ11からのスイッチ切替信号SCgに応じて、送受切替部3からの受信波変換信号を出力するか、VCO6bからの逆方向クロックCLKgを出力するかを切り替える。
Phase comparison selector switch SWb, in accordance with the switching signal SC g from the microcomputer 11, or outputs the received wave conversion signals from the
位相比較部4a,LPF5a,およびVCO6aは、いわゆるフェイズロックドループ(PLL)を構成している。
The
位相比較部4aは、位相比較切替スイッチSWaからの受信波変換信号または順方向クロックCLKjと、VCO6aからの順方向クロックCLKjとを比較して、位相差に相当する位相差電圧信号を出力する。なお、マイクロコンピュータ11から入力されている順方向位相セット信号PSjは、粗調用のマーカパルスMPを位相比較するのか、微調用の受信波変換信号を位相比較するのかを位相比較部4aに知らせる信号である。
LPF5aは、位相比較部4aからの位相差電圧信号を入力し、該位相差電圧信号を平均化して出力する。LPF5aは、PLLのループ特性を決定する役目をする。
The
VCO6aは、LPF5aからの電圧信号を入力し、位相比較部4aで受信波変換信号と順方向クロックCLKjとの間に位相ズレがあるならば、位相ズレがゼロになるように順方向クロックCLKjの順方向送信周波数fjを変更し、予め決められたロック波数Nとなるように位相調整を行う。詳しくは、VCO6aは、図4(a)に示すように、位相比較部4aによって受信波変換信号と比較した位相ズレ分を位相調整するために必要な順方向送信周波数fjに調整された順方向クロックCLKjをロック波数クロック管理部8aに出力する。
The
位相比較部4b,LPF5b,およびVCO6bも、いわゆるフェイズロックドループ(PLL)を構成している。
The
位相比較部4bは、位相比較切替スイッチSWbからの受信波変換信号または逆方向クロックCLKgと、VCO6bからの逆方向クロックCLKgとを比較して、位相差に相当する位相差電圧信号を出力する。なお、マイクロコンピュータ11から入力されている順方向位相セット信号PSgは、粗調用のマーカパルスMPを位相比較するのか、微調用の受信波変換信号を位相比較するのかを位相比較部4bに知らせる信号である。
LPF5bは、位相比較部4bからの位相差電圧信号を入力し、該位相差電圧信号を平均化して出力する。LPF5bは、PLLのループ特性を決定する役目をする。
The
VCO6bは、LPF5bからの電圧信号を入力し、位相比較部4bで受信波変換信号と逆方向クロックCLKgとの間に位相ズレがあるならば、位相ズレがゼロになるように逆方向クロックCLKgの逆方向送信周波数fgを変更し、予め決められたロック波数Nとなるように位相調整を行う。詳しくは、VCO6bは、位相比較部4bによって受信波変換信号と比較した位相ズレ分を位相調整するために必要な逆方向送信周波数fgに調整された逆方向クロックCLKgをロック波数クロック管理部8bに出力する。
The
順方向カウンタ7aは、順方向送信周波数fjの順方向クロックCLKjをカウントする(計測していない間にも流速Vを推定する)。詳しくは、順方向カウンタ7aは、送受切替信号SRのオフに同期してカウント値を順方向用カウント値Kjとしてマイクロコンピュータ11に取り込まれ、しかる後にゼロクリアされて順方向クロックCLKjのカウントを再開する。
The
逆方向カウンタ7bは、逆方向送信周波数fgの逆方向クロックCLKgをカウントする(計測していない間にも流速Vを推定する)。詳しくは、逆方向カウンタ7bは、送受切替信号SRのオンに同期してカウント値を逆方向用カウント値Kgとしてマイクロコンピュータ11に取り込まれ、しかる後にゼロクリアされて逆方向クロックCLKgのカウントを再開する。 Reverse counter 7b is (estimates the flow velocity V also while not measured) to reverse transmission counts the reverse clock CLK g of a frequency f g. Specifically, reverse counter 7b is synchronized with the ON transmission and reception switch signal SR is taken into the microcomputer 11, the count value as an inverted count value K g, the count of the reverse clock CLK g is cleared to zero thereafter Resume.
ロック波数クロック管理部8aは、順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間の空間にロックする波数(ロック波数)をN個にするための管理(ロック波数Nのカウント、順方向位相比較タイミング信号CTjのトリガ等)を行う。ロック波数クロック管理部8aは、VCO6aからの順方向クロックCLKjをカウントしていてカウント値がロック波数Nになる数個前(図4(b)では(N−2)個目)から位相比較部4aに受信波変換信号とVCO6aからの順方向クロックCLKjとの位相比較タイミングを知らせる順方向位相比較タイミング信号CTj(図4(b)参照)をマイクロコンピュータ11に送信する。さらに、ロック波数クロック管理部8aは、次の位相調整のためにVCO6aで変更された順方向送信周波数fjで数クロック分の順方向クロックCLKjを送信する。なお、流体の種別(例えば、ガス種)を判別して、伝搬時間計測や外部スイッチによって同じ周波数領域を使用してロック波数Nを変更・管理するようにしてもよい。
The lock wave number
ロック波数クロック管理部8bは、逆方向超音波トランスジューサ2b,順方向超音波トランスジューサ2a間の空間にロックする波数(ロック波数)をN個にするための管理(ロック波数Nのカウント、逆方向位相比較タイミング信号CTgのトリガ等)を行う。ロック波数クロック管理部8bは、VCO6bからの逆方向クロックCLKgをカウントしていてカウント値がロック波数Nになる数個前から位相比較部4bに受信波変換信号とVCO6bからの逆方向クロックCLKgとの位相比較タイミングを知らせる逆方向位相比較タイミング信号CTgをマイクロコンピュータ11に送信する。さらに、ロック波数クロック管理部8bは、次の位相調整のためにVCO6bで変更された逆方向送信周波数fgで数クロック分の逆方向クロックCLKgを送信する。なお、流体の種別(例えば、ガス種)を判別して、伝搬時間計測や外部スイッチによって同じ周波数領域を使用してロック波数Nを変更・管理するようにしてもよい。
The lock wave number
送信周波数切替スイッチ部9は、順方向クロックCLKj(図3(a)参照)を順方向クロック選択信号CSj(図3(b)参照)によって選択した信号を送信波パルス群TP(図4(g)参照)としてマーカパルス合成部10に出力する。また、送信周波数切替スイッチ部9は、逆方向クロックCLKg(図3(d)参照)を逆方向クロック選択信号CSg(図3(e)参照)によって選択した信号を送信波パルス群TP(図4(g)参照)としてマーカパルス合成部10に出力する。
The transmission frequency
マーカパルス合成部10は、送信波パルス群TP(図4(g)参照)がマーカパルスMP(図4(e)参照)を含むように印加電圧を合成する。詳しくは、マーカパルス合成部10は、送信波パルス群TP(図4(g)参照)のタイミングで、しかもマーカパルスMP(図4(e)参照)がオンされている間はマーカパルスMPを含む送信波パルス群TP(図4(h)参照)として高い電圧を送受切替部3に出力する。
The marker
マイクロコンピュータ11は、間欠駆動制御部111と、インターバル制御部112と、流量判定部113と、受信計測管理部114と、駆動パルス数制御部115と、受信ポイント管理部116とを含んで構成されている。
The microcomputer 11 includes an intermittent
マイクロコンピュータ11は、送信周波数切替スイッチ部9から出力させる送信波パルス群TPのパルス数(駆動パルス数)Mを制御するための順方向クロック選択信号CSj(図3(b)参照)および逆方向クロック選択信号CSg(図3(e)参照)を送信周波数切替スイッチ部9に出力する。なお、図4(d)では、逆方向クロック選択信号CSgがオフであるから、VCO6aからの順方向クロックCLKjを選択している状態である。
The microcomputer 11 controls the forward clock selection signal CS j (see FIG. 3B) and the reverse for controlling the number of pulses (number of drive pulses) M of the transmission wave pulse group TP output from the transmission frequency
また、マイクロコンピュータ11は、ロック波数クロック管理部8aからの順方向位相比較タイミング信号CTjおよびロック波数クロック管理部8bからの逆方向位相比較タイミング信号CTgを基に、順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2bの駆動時に送信波パルス群TP(図4(g)参照)に重畳されるマーカパルスMP(図4(e)参照)をマーカパルス合成部10に出力する。
The microcomputer 11, based on reverse phase comparison timing signal CT g from the forward phase comparison timing signal CT j and lock wavenumber
さらに、マイクロコンピュータ11は、順方向スイッチ切替信号SCj(図4(f)参照)を位相比較切替スイッチSWaに出力するとともに、逆方向スイッチ切替信号SCgを位相比較切替スイッチSWbに出力する。順方向スイッチ切替信号SCjは、位相比較部4aがVCO6aからの順方向クロックCLKjと受信波変換信号とを比較するのか、順方向クロックCLKj同士を比較するのかを切り替える。順方向スイッチ切替信号SCjの制御によって、VCO6aからの順方向クロックCLKjと受信波変換信号との位相比較をしている間(間欠送信しているため)は、その位相ズレ分を調整するように順方向送信周波数fjの順方向クロックCLKjが出力され、VCO6aからの順方向クロックCLKj同士を比較している間は直前の調整された順方向送信周波数fjでVCO6aはロックされた状態となる。また、逆方向スイッチ切替信号SCgは、位相比較部4bがVCO6bからの逆方向クロックCLKgと受信波変換信号とを比較するのか、逆方向スイッチ切替信号SCg同士を比較するのかを切り替える。逆方向スイッチ切替信号SCgの制御によって、VCO6bからの逆方向クロックCLKgと受信波変換信号との位相比較をしている間(間欠送信しているため)は、その位相ズレ分を調整するように逆方向送信周波数fgの逆方向クロックCLKgが出力され、VCO6bからの逆方向クロックCLKg同士を比較している間は直前の調整された逆方向送信周波数fgでVCO6bはロックされた状態となる。
Further, the microcomputer 11 outputs the forward switching signal SC j (see FIG. 4 (f)) to the phase selector switch SWa, and outputs the backward switching signal SC g to the phase selector switch SWb. The forward switch switching signal SC j switches whether the
間欠駆動制御部111は、求められた流量Qに応じて順方向間欠時間δjおよび逆方向間欠時間δgを可変に制御する。すなわち、流量Qが低流量であった場合には、順方向間欠時間δjおよび逆方向間欠時間δgを長くする。
The intermittent
インターバル制御部112は、求められた流量Qに応じてインターバル時間Δを可変に制御する。すなわち、求められた流量Qが低流量であった場合には、インターバル時間Δを長くする。なお、インターバル時間Δは、順方向伝搬時間Tjまたは逆方向伝搬時間Tgと残響時間との和である待機時間W(図3(h)参照)以上、具体的には反射ノイズの影響を低減するために順方向伝搬時間Tjまたは逆方向伝搬時間Tgのおおよそ3倍以上に設定することが望ましい。
The
流量判定部113は、計測された順方向送信周波数fjおよび逆方向送信周波数fgに基づいて流量Qを求め、該流量Qに応じて順方向間欠時間δjおよび逆方向間欠時間δgを可変に制御する。また、流量判定部113は、順方向超音波トランスジューサ2aから送信波パルス群TPjを逆方向超音波トランスジューサ2bに送信して行なう順方向計測,および逆方向超音波トランスジューサ2bから送信波パルス群TPgを順方向超音波トランスジューサ2aに送信して行なう逆方向計測によって求められた音速Cに基づいて温度τを求め、該温度τに対して流量Qの補正を行う。
The flow
受信計測管理部114は、マーカパルスMPを予め決められたロック波数Nに応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスMPを基に順方向超音波トランスジューサ2aおよび逆方向超音波トランスジューサ2b間で超音波の波数が予め決められたロック波数Nになるように順方向クロックCLKjの順方向送信周波数fjおよび逆方向クロックCLKgの逆方向送信周波数fgを粗調制御することを指示する順方向位相セット信号PSjおよび逆方向位相セット信号PSgを位相比較部4bおよび位相比較部4aに出力する。また、受信計測管理部114は、粗調制御で位相回りをなくした後に、微調制御によって順方向超音波トランスジューサ2a,逆方向超音波トランスジューサ2b間で超音波の波数が予め決められたロック波数Nになるように順方向クロックCLKjの順方向送信周波数fjおよび逆方向クロックCLKgの逆方向送信周波数fgを微調制御することを指示する順方向位相セット信号PSjおよび逆方向位相セット信号PSgを位相比較部4bおよび位相比較部4aに出力する。
The reception
駆動パルス数制御部115は、順方向クロックCLKjの順方向送信周波数fjおよび逆方向クロックCLKgの逆方向送信周波数fgに応じて、受信側の送信側超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群TPの駆動パルス数Mを可変に制御する。
The driving pulse
受信ポイント管理部116は、順方向クロックCLKjの順方向送信周波数fjおよび逆方向クロックCLKgの逆方向送信周波数fgに応じて、受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群RPの受信ポイントを変更する。
Receiving
図3は、本発明の実施例1に係る超音波流量計における順方向間欠時間δjおよび逆方向間欠時間δgを設けた場合(間欠モード)のタイミングチャートを示す。この場合、逆方向超音波トランスジューサ2bで受信した受信波パルス群RPj1,RPj2と順方向クロックCLKjとの位相ズレを無くすように制御が働き、順方向超音波トランスジューサ2aで受信した受信波パルス群RPg1,RPg2と逆方向クロックCLKgとの位相ズレを無くすように制御が働く。
FIG. 3 shows a timing chart when the forward intermittent time δ j and the reverse intermittent time δ g are provided in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention (intermittent mode). In this case, the control works so as to eliminate the phase shift between the received wave pulse groups RP j1 and RP j2 received by the backward
次に、このように構成された実施例1に係る超音波流量計の動作について、図5ないし図7のフローチャートを参照しながら説明する。 Next, the operation of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment configured as described above will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
(1−1) 順方向計測での1回目の送信波パルス群TPj1の送信動作(図5の送信フローチャート参照) (1-1) Transmission operation of first transmission wave pulse group TP j1 in forward measurement (see the transmission flowchart of FIG. 5)
まず、マイクロコンピュータ11は、インターバル制御部112により、前回の逆方向計測の終了時刻からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて、順方向計測を開始する時刻(順方向計測開始時刻)になったか否かを判断する(ステップS101)。詳しくは、インターバル制御部112は、2回目の逆方向クロック選択信号CSg(図3(e)参照)の出力完了(立ち下がり)からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて順方向計測開始時刻を判断する。
First, the microcomputer 11 causes the
順方向計測開始時刻になったのであれば(ステップS101でイエス)、マイクロコンピュータ11は、いまから行なう計測が、順方向計測であるか、逆方向計測であるかを判断する(ステップS102)。 If the forward measurement start time has come (YES in step S101), the microcomputer 11 determines whether the measurement to be performed from now is forward measurement or reverse measurement (step S102).
いま、順方向計測であるので(ステップS102でイエス)、マイクロコンピュータ11は、送受切替信号SR(図3(g)参照)をオフにして順方向計測モードとするように送受切替部3に指示する(ステップS103)。すると、送受切替部3は、送受切替信号SRがオフであることに基づいて、送信手段と順方向超音波トランスジューサ2aとを接続し、受信手段と逆方向超音波トランスジューサ2bとを接続する。すなわち、送受切替部3は、順方向超音波トランスジューサ2aを送信側に設定し、逆方向超音波トランスジューサ2bを受信側に設定する。
Since the forward measurement is now performed (Yes in step S102), the microcomputer 11 instructs the transmission /
続いて、マイクロコンピュータ11は、送信周波数切替スイッチ部9に出力する順方向クロック選択信号CSj(図3(b)参照)がオンであるかどうかに基づいて、順方向クロックCLKj(図3(a)参照)を1回目の送信波パルス群TPj1として順方向超音波トランスジューサ2aに印加する時間(駆動時間)か否かを判定する(ステップS105)。
Subsequently, the microcomputer 11 determines whether or not the forward clock CLK j (FIG. 3) based on whether or not the forward clock selection signal CS j (see FIG. 3B) output to the transmission frequency
順方向クロック選択信号CSjがオフであれば(ステップS105でノー)、マイクロコンピュータ11は、順方向クロックCLKjを順方向超音波トランスジューサ2aへ印加しない未計測モードに設定する(ステップS106)。
If the forward clock selection signal CS j is off (No in step S105), the microcomputer 11 sets the non-measurement mode in which the forward clock CLK j is not applied to the forward
順方向クロック選択信号CSjがオンであれば(ステップS105でイエス)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングか否かを判定する(ステップS107)。 If the forward clock selection signal CS j is on (Yes in Step S105), the microcomputer 11 determines whether or not it is the marker pulse transmission timing for coarse adjustment control by the reception measurement management unit 114 (Step S107). ).
粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングならば(ステップS107でイエス)、マイクロコンピュータ11は、マーカパルス合成部10により、マーカパルスMP(図4(e)参照)と、駆動パルス数Mの送信波パルス群TPj1の先頭パルス(図4(g)参照)とを重畳して、図4(h)に示すように、マーカパルスMPを含む送信波パルス(印加電圧)を合成させ、送受切替部3を介して順方向超音波トランスジューサ2aに印加する(ステップS108)。
If it is the marker pulse transmission timing for coarse adjustment control (Yes in step S107), the microcomputer 11 transmits the marker pulse MP (see FIG. 4E) and the drive pulse number M by the marker
一方、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングでないならば(ステップS107でノー)、マイクロコンピュータ11は、マーカパルス合成部10により、送信波パルスを送受切替部3を介して順方向超音波トランスジューサ2aに印加する(ステップS109)。
On the other hand, if it is not the marker pulse transmission timing for coarse adjustment control (No in step S107), the microcomputer 11 causes the marker
次に、マイクロコンピュータ11は、駆動パルス数制御部115により、順方向超音波トランスジューサ2aに印加した送信波パルスの数が駆動パルス数Mになったかどうかを判定し(ステップS110)、駆動パルス数Mになっていなければ、ステップS107に制御を戻し、ステップS107〜S110を繰り返す。
Next, the microcomputer 11 determines whether or not the number of transmission wave pulses applied to the forward
そして、ステップS110で送信波パルスの数が駆動パルス数Mになると、マイクロコンピュータ11は、順方向計測での1回目の送信波パルス群TPj1の送信動作を終了する。 When the number of transmission wave pulses reaches the drive pulse number M in step S110, the microcomputer 11 ends the transmission operation of the first transmission wave pulse group TP j1 in the forward measurement.
このようにして、順方向超音波トランスジューサ2aは、駆動パルス数Mの1回目の送信波パルス群TPj1を逆方向超音波トランスジューサ2bに向けて送信する。
In this manner, the forward
(1−2) 順方向計測での1回目の受信波パルス群RPj1の受信動作(図6の受信フローチャート参照)。 (1-2) Reception operation of the first received wave pulse group RP j1 in forward measurement (see the reception flowchart in FIG. 6).
マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、順方向超音波トランスジューサ2aから1回目の送信波パルス群TPj1が発射された後に伝搬長Lの距離を伝搬されて1回目の受信波パルス群RPj1として逆方向超音波トランスジューサ2bで受信されるべき時刻(順方向計測開始時刻)になったか否かを判定する(ステップS201)。
The microcomputer 11 propagates the distance of the propagation length L after the first transmission wave pulse group TP j1 is emitted from the forward
順方向計測開始時刻なっていなければ(1回目の受信波パルス群RPj1が逆方向超音波トランスジューサ2bにいまだ到達しない時刻であるならば)、マイクロコンピュータ11は、未計測モードの設定とする(ステップS202)。
If the forward measurement start time is not reached (if it is time when the first received wave pulse group RP j1 has not yet reached the backward
順方向計測開始時刻なっていれば(1回目の受信波パルス群RPj1が逆方向超音波トランスジューサ2bにすでに到達する時刻になっていれば)、マイクロコンピュータ11は、粗調制御のためのマーカパルス待ち時間なのか否かを判断する(ステップS203)。
If the forward measurement start time is reached (if it is time when the first received wave pulse group RP j1 has already arrived at the backward
マーカパルス待ち時間であるならば(ステップS203でイエス)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、逆方向位相セット信号PSg(図3(j)参照)をオンにすることにより、マーカパルス待ち用に位相比較部4bの制御を行い、逆方向スイッチ切替信号SCgをオンにすることにより、位相比較部4bをマーカパルス受信用およびマーカパルス位相調整用にして粗調制御(位相調整)をさせる(ステップS204)。マーカパルスMPを含む受信波パルス群RPj1(粗調波)で位相調整を行うことで、急峻な流量Qの変化による位相ズレをより早く(大きな位相補正を行うため)、位相回りによる位相ズレの補正が可能となる。
If it is the marker pulse waiting time (Yes in step S203), the microcomputer 11 turns on the reverse phase set signal PS g (see FIG. 3 (j)) by the reception
既に粗調制御が終っていて微調制御での計測の段階であるならば(ステップS203でノー)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、受信波パルス群RPj1待ち用に位相比較部4bの制御を行い、既に、粗調制御が終っていて、微調制御での計測の段階なので、微調制御(位相調整)をさせる(ステップS205)。
If the coarse adjustment control has already been completed and the measurement is in the fine adjustment control (NO in step S203), the microcomputer 11 causes the reception
次に、マイクロコンピュータ11は、急峻な流量Qの変化による位相ズレが起こったか否かを判定して(ステップS206)、位相ズレが大きいならば、次回は粗調制御での計測をするように準備し(ステップS207)、位相ズレが少ないならば、次回は微調制御での計測をするように準備する(ステップS208)。 Next, the microcomputer 11 determines whether or not a phase shift due to a steep change in the flow rate Q has occurred (step S206). If the phase shift is large, the next time, the coarse adjustment control is used for measurement. Preparation is made (step S207), and if the phase shift is small, the next time preparation is made to perform measurement by fine control (step S208).
続いて、マイクロコンピュータ11は、順方向送信周波数fjに応じた受信波パルス群RPj1の受信ポイントとするように位相比較部4bを制御する(ステップS209)(順方向送信周波数fjに合わせた受信ポイントとするため、位相比較部4bの準備をする)。
Subsequently, the microcomputer 11 controls the
(1−3) 順方向計測での2回目の送信波パルス群TPj2の送信動作(図5の送信フローチャート参照) (1-3) Transmission operation of the second transmission wave pulse group TP j2 in forward measurement (see the transmission flowchart of FIG. 5)
順方向計測での1回目の送信波パルス群TPj1の送信動作後、マイクロコンピュータ11は、間欠駆動制御部111により、1回目の送信波パルス群TPj1の末尾パルスの立ち下がりから順方向間欠時間δjをカウントし、順方向間欠時間δjの経過後に、図5の送信フローチャート(ステップS101〜S110)を再度繰り返すことにより、順方向計測での2回目の送信波パルス群TPj2の送信動作を行なう。
After the transmission operation of the first transmission wave pulse group TP j1 in the forward direction measurement, the microcomputer 11 causes the intermittent
順方向計測での1回目の送信波パルス群TPj1の送信動作および2回目の送信波パルス群TPj2の送信動作により、1回の順方向計測では、図3(b)に示すように、駆動パルス数M(ここでは3)の送信波パルス群TPj1,TPj2が順方向間欠時間δjを挟んで送信されることになる。 As shown in FIG. 3B, in the first forward measurement by the transmission operation of the first transmission wave pulse group TP j1 and the transmission operation of the second transmission wave pulse group TP j2 in the forward measurement, Transmission wave pulse groups TP j1 and TP j2 having the number M of drive pulses (here, 3) are transmitted across the forward intermittent time δ j .
(1−4) 順方向計測での2回目の受信波パルス群RPj2の受信動作(図6の受信フローチャート参照) (1-4) Reception operation of second received wave pulse group RP j2 in forward measurement (refer to the reception flowchart in FIG. 6)
順方向計測での2回目の送信波パルス群TPj2の送信動作後、マイクロコンピュータ11は、図6の受信フローチャート(ステップS201〜S209)を再度繰り返すことにより、順方向計測での2回目の受信波パルス群RPj2の受信動作を行なう。 After the transmission operation of the second transmission wave pulse group TP j2 in the forward direction measurement, the microcomputer 11 repeats the reception flowchart (steps S201 to S209) in FIG. 6 to receive the second reception in the forward direction measurement. The receiving operation of the wave pulse group RP j2 is performed.
順方向計測での1回目の受信波パルス群RPj1の受信動作および2回目の受信波パルス群RPj2の受信動作により、1回の順方向計測では、図3(f)に示すように、受信波パルス群RPj1,RPj2が順方向間欠時間δjを挟んで受信されることになる。 As shown in FIG. 3 (f), in the first forward measurement by the reception operation of the first received wave pulse group RP j1 and the second received wave pulse group RP j2 in the forward measurement, The received wave pulse groups RP j1 and RP j2 are received with the forward intermittent time δ j interposed therebetween.
(2−1) 逆方向計測での1回目の送信波パルス群TPg1の送信動作(図5の送信フローチャート参照) (2-1) Transmission operation of the first transmission wave pulse group TP g1 in the reverse direction measurement (see the transmission flowchart in FIG. 5)
まず、マイクロコンピュータ11は、インターバル制御部112により、前回の順方向計測の終了時刻からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて、逆方向計測を開始する時刻(逆方向計測開始時刻)になったか否かを判断する(ステップS101)。詳しくは、インターバル制御部112は、2回目の順方向クロック選択信号CSj(図4(b)参照)の出力完了(立ち下がり)からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて逆方向計測開始時刻を判断する。
First, the microcomputer 11 uses the
逆方向計測開始時刻になったのであれば(ステップS101でイエス)、マイクロコンピュータ11は、いまから行なうのが、順方向計測であるか、逆方向計測であるかを判断する(ステップS102)。 If the reverse measurement start time has come (Yes in step S101), the microcomputer 11 determines whether the measurement to be performed from now on is forward measurement or reverse measurement (step S102).
いま、逆方向計測であるので(ステップS102でノー)、マイクロコンピュータ11は、送受切替信号SR(図3(g)参照)をオンにして逆方向計測モードとするように送受切替部3に指示する(ステップS104)。すると、送受切替部3は、送受切替信号SRがオンであることに基づいて、送信手段と逆方向超音波トランスジューサ2bとを接続し、受信手段と順方向超音波トランスジューサ2aとを接続する。すなわち、送受切替部3は、逆方向超音波トランスジューサ2bを送信側に設定し、順方向超音波トランスジューサ2aを受信側に設定する。
Since the measurement is in the reverse direction (No in step S102), the microcomputer 11 instructs the transmission /
続いて、マイクロコンピュータ11は、送信周波数切替スイッチ部9に出力する逆方向クロック選択信号CSg(図3(e)参照)がオンであるかどうかに基づいて、逆方向クロックCLKg(図3(d)参照)を1回目の送信波パルス群TPg1として逆方向超音波トランスジューサ2bに印加する時間(駆動時間)か否かを判定する(ステップS105)。
Subsequently, the microcomputer 11 determines whether the backward clock CLK g (FIG. 3) is based on whether the backward clock selection signal CS g (see FIG. 3E) output to the transmission frequency
逆方向クロック選択信号CSgがオフであれば(ステップS105でノー)、マイクロコンピュータ11は、逆方向クロックCLKgを逆方向超音波トランスジューサ2bへ印加しない未計測モードに設定する(ステップS106)。
If reverse clock selection signal CS g is OFF (NO at step S105), the microcomputer 11 sets the non-measurement mode without applying a reverse clock CLK g to reverse
逆方向クロック選択信号CSgがオンであれば(ステップS105でイエス)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングか否かを判定する(ステップS107)。
If reverse clock selection signal CS g is on (YES in step S105), the microcomputer 11, the reception
粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングならば(ステップS107でイエス)、マイクロコンピュータ11は、マーカパルス合成部10により、マーカパルスMP(図4(e)参照)と、駆動パルス数Mの送信波パルス群TPg1(図4(g)参照)の先頭パルスとを重畳して、図4(h)に示すように、マーカパルスMPを含む送信波パルスを合成させ、送受切替部3を介して逆方向超音波トランスジューサ2bに印加する(ステップS108)。
If it is the marker pulse transmission timing for coarse adjustment control (Yes in step S107), the microcomputer 11 transmits the marker pulse MP (see FIG. 4E) and the drive pulse number M by the marker
一方、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングでないならば(ステップS107でノー)、マイクロコンピュータ11は、マーカパルス合成部10により、送信波パルスを送受切替部3を介して逆方向超音波トランスジューサ2bに印加する(ステップS109)。
On the other hand, if it is not the marker pulse transmission timing for coarse adjustment control (No in step S107), the microcomputer 11 causes the marker
次に、マイクロコンピュータ11は、駆動パルス数制御部115により、逆方向超音波トランスジューサ2bに印加した送信波パルスの数が駆動パルス数Mになったかどうかを判定し(ステップS110)、駆動パルス数Mになっていなければ、ステップS107に制御を戻して、ステップS107〜S110を繰り返す。
Next, the microcomputer 11 determines whether or not the number of transmission wave pulses applied to the backward
そして、ステップS110で送信波パルスの数が駆動パルス数Mになると、マイクロコンピュータ11は、逆方向計測での1回目の送信波パルス群TPg1の送信動作を終了する。 When the number of transmission wave pulses reaches the number of drive pulses M in step S110, the microcomputer 11 ends the transmission operation of the first transmission wave pulse group TPg1 in the reverse direction measurement.
このようにして、逆方向超音波トランスジューサ2bは、駆動パルス数Mの1回目の送信波パルス群TPg1を順方向超音波トランスジューサ2aに向けて送信する。
In this manner, the backward
(2−2) 逆方向計測での1回目の受信波パルス群RPg1の受信動作(図6の受信フローチャート参照)。 (2-2) Reception operation of the first received wave pulse group RPg1 in the reverse direction measurement (see the reception flowchart in FIG. 6).
マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、逆方向超音波トランスジューサ2bから1回目の送信波パルス群TPg1が発射された後に伝搬長Lの距離を伝搬されて1回目の受信波パルス群RPg1として順方向超音波トランスジューサ2aで受信されるべき時刻(逆方向計測開始時刻)になったか否かを判定する(ステップS201)。
The microcomputer 11 propagates the distance of the propagation length L after the first transmission wave pulse group TPg1 is emitted from the backward
逆方向計測開始時刻なっていなければ(1回目の受信波パルス群RPg1が順方向超音波トランスジューサ2aにいまだ到達しない時刻であるならば)、マイクロコンピュータ11は、未計測モードの設定とする(ステップS202)。
If the reverse measurement start time is not reached (if the first received wave pulse group RPg1 has not yet reached the forward
逆方向計測開始時刻なっていれば(1回目の受信波パルス群RPg1が順方向超音波トランスジューサ2aにすでに到達する時刻になっていれば)、マイクロコンピュータ11は、粗調制御のためのマーカパルス待ち時間なのか否かを判断する(ステップS203)。
If it is the reverse measurement start time (if it is time when the first received wave pulse group RPg1 has already reached the forward
マーカパルス待ち時間であるならば(ステップS203でイエス)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、順方向位相セット信号PSj(図3(i)参照)をオンにすることにより、マーカパルス待ち用に位相比較部4aの制御を行い、順方向スイッチ切替信号SCjをオンにすることにより、位相比較部4aをマーカパルス受信用およびマーカパルス位相調整用にして粗調制御(位相調整)をさせる(ステップS204)。マーカパルスMPを含む受信波パルス群RPg1(粗調波)で位相調整を行うことで、急峻な流量Qの変化による位相ズレをより早く(大きな位相補正を行うため)、位相回りによる位相ズレの補正が可能となる。
If it is the marker pulse waiting time (Yes in step S203), the microcomputer 11 turns on the forward phase set signal PS j (see FIG. 3 (i)) by the reception
既に粗調制御が終っていて微調制御での計測の段階であるならば(ステップS203でノー)、マイクロコンピュータ11は、受信計測管理部114により、受信波パルス群RPg1待ち用に位相比較部4aの制御を行い、既に、粗調制御が終っていて、微調制御での計測の段階なので、微調制御(位相調整)をさせる(ステップS205)。
If the coarse adjustment control has already been completed and the measurement is being performed in the fine adjustment control (NO in step S203), the microcomputer 11 causes the reception
次に、マイクロコンピュータ11は、急峻な流量Qの変化による位相ズレが起こったか否かを判定して(ステップS206)、位相ズレが大きいならば、次回は粗調制御での計測をするように準備し(ステップS207)、位相ズレが少ないならば、次回は微調制御での計測をするように準備する(ステップS208)。 Next, the microcomputer 11 determines whether or not a phase shift due to a steep change in the flow rate Q has occurred (step S206). If the phase shift is large, the next time, the coarse adjustment control is used for measurement. Preparation is made (step S207), and if the phase shift is small, preparation is made to perform measurement by fine adjustment next time (step S208).
続いて、マイクロコンピュータ11は、逆方向送信周波数fgに応じた受信波パルス群RPg1の受信ポイントとするように位相比較部4aを制御する(ステップS209)(逆方向送信周波数fgに合わせた受信ポイントとするため、位相比較部4aの準備をする)。
Subsequently, the microcomputer 11 controls the
(2−3) 逆方向計測での2回目の送信波パルス群TPg2の送信動作(図5の送信フローチャート参照)。 (2-3) Transmission operation of the second transmission wave pulse group TP g2 in the reverse direction measurement (see the transmission flowchart in FIG. 5).
逆方向計測での1回目の送信波パルス群TPg1の送信動作後、マイクロコンピュータ11は、間欠駆動制御部111により、1回目の送信波パルス群TPg1の末尾パルスの立ち下がりから逆方向間欠時間δgをカウントし、逆方向間欠時間δgの経過後に、図5の送信フローチャート(ステップS101〜S110)を再度繰り返すことにより、逆方向計測での2回目の送信波パルス群TPg2の送信動作を行なう。
After the transmission operation of the first transmission wave pulse group TP g1 in the reverse direction measurement, the microcomputer 11 causes the intermittent
逆方向計測での1回目の送信波パルス群TPg1の送信動作および2回目の送信波パルス群TPg2の送信動作により、1回の逆方向計測では、図3(f)に示すように、駆動パルス数M(ここでは3)の送信波パルス群TPg1,TPg2が順方向間欠時間δjを挟んで送信されることになる。 The first transmitting operation and the second transmission operation of the transmission wave pulse group TP g2 of the transmitted wave pulse group TP g1 on the reverse measurement, the reverse measurement once, as shown in FIG. 3 (f), Transmission wave pulse groups TP g1 and TP g2 having the number M of drive pulses (here, 3) are transmitted across the forward intermittent time δ j .
(2−4) 逆方向計測での2回目の受信波パルス群RPg2の受信動作(図6の受信フローチャート参照)。 (2-4) Reception operation of the second received wave pulse group RP g2 in the reverse direction measurement (see the reception flowchart in FIG. 6).
逆方向計測での2回目の送信波パルス群TPg2の送信動作後、マイクロコンピュータ11は、図6の受信フローチャート(ステップS201〜S209)を再度繰り返すことにより、逆方向計測での2回目の受信波パルス群RPg2の受信動作を行なう。 After the transmission operation of the second transmission wave pulse group TP g2 in the backward direction measurement, the microcomputer 11 repeats the reception flowchart (steps S201 to S209) in FIG. 6 to receive the second time in the backward direction measurement. The receiving operation of the wave pulse group RPg2 is performed.
逆方向計測での1回目の受信波パルス群RPg1の受信動作および2回目の受信波パルス群RPg2の受信動作により、1回の逆方向計測では、図3(c)に示すように、受信波パルス群RPg1,RPg2が順方向間欠時間δjを挟んで受信されることになる。 As shown in FIG. 3C, in the first backward measurement, the reception operation of the first received wave pulse group RP g1 and the second received wave pulse group RP g2 in the reverse direction measurement. The received wave pulse groups RP g1 and RP g2 are received with the forward intermittent time δ j interposed therebetween.
(3) 流量Qの算出(図7の流量算出フローチャート参照) (3) Calculation of the flow rate Q (refer to the flow rate calculation flowchart of FIG. 7)
マイクロコンピュータ11は、順方向計測を開始してから、逆方向計測を終了し、次の順方向計測を開始するまでの時間(順方向計測時間間隔Uj+逆方向計測時間間隔Ug(図3(g)参照))とその間にカウントされた順方向カウンタ7aのカウント値Kjとにより、順方向送信周波数fjを求める(ステップS301)。すなわち、fj=Kj/(Uj+Ug)を求める。
The microcomputer 11 starts the forward measurement, ends the backward measurement, and starts the next forward measurement (forward measurement time interval U j + reverse measurement time interval U g (FIG. 3 (g))) and the count value K j of the
また、マイクロコンピュータ11は、順方向計測を開始してから、逆方向計測を終了し、次の順方向計測を開始するまでの時間(順方向計測時間間隔Uj+逆方向計測時間間隔Ug(図3(g)参照))とその間にカウントされた逆方向カウンタ7bのカウント値Kgとにより、逆方向送信周波数fgを求める(ステップS301)。すなわち、fg=Kg/(Uj+Ug)を求める。 Further, the microcomputer 11 starts the forward measurement, ends the backward measurement, and starts the next forward measurement (forward measurement time interval U j + reverse measurement time interval U g the count value K g (FIG. 3 (g) refer)) and counted during inverse direction counter 7b, obtaining the reverse transmission frequency f g (step S301). That is, f g = K g / (U j + U g ) is obtained.
次に、マイクロコンピュータ11は、流量判定部113により、既述した式(4)である下式に基づいて流速Vを算出する(ステップS302)。
Next, the microcomputer 11 uses the flow
V=(L/2N)×(fj−fg) V = (L / 2N) × (f j −f g )
続いて、マイクロコンピュータ11は、流量判定部113により、流速Vに管路断面積Sを乗じたり、計測単位時間を乗じたり、温度・圧力や計測流体や求まった流速Vに応じた補正係数Hを乗じたりして、流量Qを求める(ステップS303)。加えて、マイクロコンピュータ11は、流量判定部113により、以前までに積算した積算流量ΣQ0に今計測した流量Qを加算して、全体の合計流量ΣQ1=ΣQ0+Qとする。
Subsequently, the microcomputer 11 causes the flow
そして、マイクロコンピュータ11は、間欠駆動制御部111により、いま計測した流量Qに応じて、例えば、低流量であったならば、順方向間欠時間δjおよび逆方向間欠時間δgを長くして、低消費電力にする(ステップS304)。さらに、低流量が一定時間継続したならば、マイクロコンピュータ11は、順方向間欠時間δjおよび逆方向間欠時間δgのみならず、インターバル制御部112により、インターバル時間Δをも長くすることによって順方向計測時間間隔Uj(図3(g)参照)および逆方向計測時間間隔Ug(図3(g)参照)を長くして、さらに低消費にする。また、マイクロコンピュータ11は、順方向間欠時間δjおよび逆方向間欠時間δgならびにインターバル時間Δを数段階に分けて順方向計測時間間隔Uj(図3(g)参照)および逆方向計測時間間隔Ug(図3(g)参照)を制御することで、さらに低消費電力化を図ることも考えられる。
Then, the microcomputer 11 causes the intermittent
なお、上記実施例1に係る超音波流量計では、まず順方向計測を行なって、次に逆方向計測を行なうようにしているが、計測の順番は逆であってもよい。 In the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment, the forward direction measurement is first performed and then the backward direction measurement is performed. However, the measurement order may be reversed.
また、実施例1に係る超音波流量計では、送信波パルス群TPとして矩形波を印加しているが、サイン波で駆動させたり、ステップ駆動にしたり、バースト駆動させたりしてもよい。 Further, in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment, a rectangular wave is applied as the transmission wave pulse group TP, but it may be driven by a sine wave, step driving, or burst driving.
さらに、実施例1に係る超音波流量計では、順方向計測での1回目の送信波パルス群TPj1および2回目の送信波パルス群TPj2、ならびに逆方向計測での1回目の送信波パルス群TPg1および2回目の送信波パルス群TPg2を発射するようにしたが、順方向計測および逆方向計測での送信波パルス群TPの発射回数は2回に限られるわけではなく、1回または3回以上であってもよい。 Furthermore, in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment, the first transmission wave pulse group TP j1 and the second transmission wave pulse group TP j2 in the forward direction measurement, and the first transmission wave pulse in the backward direction measurement. The group TP g1 and the second transmission wave pulse group TP g2 are fired. However, the number of firings of the transmission wave pulse group TP in the forward direction measurement and the backward direction measurement is not limited to two times. Or three or more times may be sufficient.
以上、本発明の実施例を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, this is only an illustration, this invention is not limited to this, Based on the knowledge of those skilled in the art, unless it deviates from the meaning of a claim Various changes are possible.
1 流路
2a 順方向超音波トランスジューサ(超音波トランスジューサ)
2b 逆方向超音波トランスジューサ(超音波トランスジューサ)
3 送受切替部
4a,4b 位相比較部
5a,5b ローパスフィルタ(LPF)
6a,6b 電圧制御発信器(VCO)
7a 順方向カウンタ
7b 逆方向カウンタ
8a,8b ロック波数クロック管理部
9 送信周波数切替スイッチ部
10 マーカパルス合成部
11 マイクロコンピュータ(送信制御部)
111 間欠駆動制御部
112 インターバル制御部
113 流量補正部
114 受信計測管理部
115 駆動パルス数制御部
116 受信ポイント管理部
1
2b Reversed Ultrasonic Transducer (Ultrasonic Transducer)
3 Transmission /
6a, 6b Voltage controlled oscillator (VCO)
7a Forward counter
111 Intermittent
Claims (15)
順方向送信周波数および逆方向送信周波数の計測時に数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する間欠駆動制御部と、
前記間欠駆動制御部からのクロック選択信号により選択されたクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部とを設けて、
送信周波数の計測における前記送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことを特徴とする超音波流量計。 A pair of ultrasonic transducers is provided on the upper and lower sides in the flow direction in the flow path through which the fluid flows, and forward transmission is performed so that the ultrasonic wave has a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers. In the ultrasonic flowmeter that controls the frequency and the reverse transmission frequency, and obtains the flow velocity and the flow rate based on the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency at that time,
An intermittent drive control unit that outputs a clock selection signal for several clocks with an intermittent time when measuring the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency;
A transmission frequency changeover switch unit that applies the clock selected by the clock selection signal from the intermittent drive control unit to the ultrasonic transducer on the transmission side as a transmission wave pulse group with an intermittent time;
An ultrasonic flowmeter characterized in that driving of the ultrasonic transducer on the transmission side in transmission frequency measurement is an intermittent operation by a group of transmission wave pulses sandwiching an intermittent time.
送信側の超音波トランスジューサを駆動するクロックと受信側の超音波トランスジューサにより変換された受信波変換信号との位相を比較し、位相が一致する送信周波数のクロックを出力するフェイズロックドループと、
前記フェイズロックドループからのクロックのカウント値がロック波数になる際に位相比較タイミング信号を出力するロック波数クロック管理部と、
前記ロック波数クロック管理部からの位相比較タイミング信号に応じて数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する送受信制御部と、
前記送受信制御部からのクロック選択信号に基づいて数クロック分のクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部と、
前記間欠時間の間も前記クロックをカウントし続けるカウンタと、
計測された流量に応じて順方向送信周波数の計測と逆方向送信周波数の計測との間のインターバル時間を制御するインターバル制御部と、
計測された流量に応じて間欠時間を可変に制御する流量判定部と、
前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御する駆動パルス数制御部と、
前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、前記受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群の受信ポイントを変更する受信ポイント管理部と、
前記送信周波数切替スイッチ部により選択されたクロックに前記送受信制御部からのマーカパルスを混在させるマーカパルス合成部と、
前記マーカパルスを予め決められたロック波数に応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスを基に前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を粗調制御し、前記粗調制御で位相回りをなくした後に、前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるようにクロックの周波数を微調制御する受信計測管理部と
を有することを特徴とする超音波流量計。 A pair of ultrasonic transducers is provided on the upper and lower sides in the flow direction in the flow path through which the fluid flows, and forward transmission is performed so that the ultrasonic wave has a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers. In the ultrasonic flowmeter that controls the frequency and the reverse transmission frequency, and obtains the flow velocity and the flow rate based on the forward transmission frequency and the reverse transmission frequency at that time,
A phase-locked loop that compares the phase of the clock that drives the ultrasonic transducer on the transmitting side and the received wave converted signal converted by the ultrasonic transducer on the receiving side, and outputs a clock with a transmission frequency that matches the phase, and
A lock wave number clock management unit that outputs a phase comparison timing signal when the count value of the clock from the phase locked loop becomes a lock wave number;
A transmission / reception control unit that outputs a clock selection signal for several clocks with an intermittent time according to the phase comparison timing signal from the lock wave number clock management unit,
A transmission frequency changeover switch unit that applies a clock of several clocks to the ultrasonic transducer on the transmission side as a transmission wave pulse group with an intermittent time based on a clock selection signal from the transmission / reception control unit;
A counter that continues to count the clock during the intermittent time;
An interval control unit for controlling an interval time between measurement of the forward transmission frequency and measurement of the reverse transmission frequency according to the measured flow rate;
A flow rate determination unit that variably controls the intermittent time according to the measured flow rate,
A drive pulse number control unit that variably controls the drive pulse number of the transmission wave pulse group to be applied to the ultrasonic transducer on the transmission side according to the transmission frequency of the clock from the phase-locked loop;
A reception point management unit that changes a reception point of a reception wave pulse group measured by the ultrasonic transducer on the reception side according to the transmission frequency of the clock from the phase-locked loop;
A marker pulse synthesizing unit that mixes a marker pulse from the transmission / reception control unit in the clock selected by the transmission frequency changeover switch unit;
The marker pulse is propagated at a period corresponding to a predetermined lock wave number, and the clock frequency is set so that the ultrasonic wave number becomes a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers based on the marker pulse. Receive measurement that finely controls the frequency of the clock and finely controls the frequency of the clock so that the ultrasonic wave has a predetermined lock wave number between the pair of ultrasonic transducers after the phase adjustment is eliminated by the coarse control. An ultrasonic flowmeter comprising a management unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009264780A (en) * | 2008-04-22 | 2009-11-12 | Ricoh Elemex Corp | Ultrasonic flow meter |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06300598A (en) * | 1993-04-13 | 1994-10-28 | Oval Corp | Ultrasonic flowmeter for gas |
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2004
- 2004-07-28 JP JP2004220672A patent/JP2006038708A/en active Pending
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