JP2006275814A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体の流量を、超音波を用いて計測する超音波流量計に関し、特に経年変化等による測定誤差を排除する技術に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of a fluid using ultrasonic waves, and more particularly to a technique that eliminates measurement errors due to secular changes and the like.
従来、流体の流路の上流側と下流側に一定の距離をおいて一対の超音波振動子を設け、その間で相互に超音波信号を繰り返し送受信し、上流側から下流側への超音波信号の伝播積算時間と、下流側から上流側への伝播積算時間の差に基づいて流量を求める超音波流量計が知られている。 Conventionally, a pair of ultrasonic transducers are provided at a certain distance on the upstream side and downstream side of the fluid flow path, and ultrasonic signals are repeatedly transmitted and received between them, and the ultrasonic signal from the upstream side to the downstream side There is known an ultrasonic flowmeter that obtains a flow rate based on the difference between the propagation accumulated time of the current and the propagation accumulated time from the downstream side to the upstream side.
このような超音波流量計において、超音波振動子は、経年変化や温度変化などに起因して電気特性が変化する。超音波振動子の電気特性が変化すると、受信信号の振幅が変化し、超音波の到達ポイントとして使用されるゼロクロスポイントの時間的な位置が変化する。また、上流側から下流側への流量が増加すると受信信号の振幅が変化する。その結果、間違った到達時間を計測するという不具合が発生していた。 In such an ultrasonic flow meter, the electrical characteristics of the ultrasonic vibrator change due to aging, temperature change, and the like. When the electrical characteristics of the ultrasonic vibrator change, the amplitude of the received signal changes, and the time position of the zero cross point used as the arrival point of the ultrasonic wave changes. Further, when the flow rate from the upstream side to the downstream side increases, the amplitude of the received signal changes. As a result, the problem of measuring the wrong arrival time has occurred.
この不具合の対策として、間違った計測が行われた割合、つまりエラーが発生した割合が一定値を超えると、アラーム表示をして超音波流量計の保守や交換の時期を知らせることが行われている(例えば、特許文献1参照)。 As a countermeasure against this problem, when the ratio of erroneous measurements, that is, the ratio of error occurrences, exceeds a certain value, an alarm is displayed to inform the time of maintenance or replacement of the ultrasonic flowmeter. (For example, refer to Patent Document 1).
また、従来の超音波流量計の技術として、例えば、特許文献2に記載された流量計測装置が知られている。この流量計測装置は、流体中に超音波を送受信する送受信器と、超音波の受信後に再度送信する繰り返し手段と、流れの上流側から下流側への送信もしくは下流側から上流側への送信の繰り返し中の積算時間を計測する計時手段と、超音波伝搬時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、受信器の信号レベルに応じて信号増幅度を可変する自動利得手段と、前記自動利得手段の値によって繰り返し手段の回数を変更する回数設定手段とを備えている。これによれば、受信電圧に応じて繰り返し回数を変えるので、受信感度が変化しても流量精度を維持することができる。
ところで、上述した従来の超音波流量計において、超音波振動子は、温度変化や経年変化で内部インピーダンスなどが変化し、超音波振動子の電気特性が変化することが知られている。例えば、発信側の超音波振動子に加えられる駆動信号のレベルが一定であるにも拘わらず、その超音波振動子から出力される音圧が減衰したり、また受信側の超音波振動子に伝わる音圧レベルが一定であるにも拘わらず、その超音波振動子の感度が変化する。このため、受信側の超音波振動子から出力される電気信号(受信信号)のレベルが減衰する。 By the way, in the above-described conventional ultrasonic flowmeter, it is known that the ultrasonic vibrator changes internal impedance and the like due to temperature change and secular change, and changes the electrical characteristics of the ultrasonic vibrator. For example, the sound pressure output from the ultrasonic transducer is attenuated even when the level of the drive signal applied to the ultrasonic transducer on the transmission side is constant, or is applied to the ultrasonic transducer on the reception side. Although the transmitted sound pressure level is constant, the sensitivity of the ultrasonic transducer changes. For this reason, the level of the electrical signal (reception signal) output from the ultrasonic transducer on the reception side is attenuated.
これらの減衰が原因でアナログ信号として得られる受信信号の単位時間当たりの電圧変化分が変化し、アナログ信号をデジタル信号に変換する際のスレッショルドレベルにおけるクロスポイントが時間的に変移する。その結果、流量が変化していないのにも拘わらず、流量計測値が変化するという問題がある。 Due to these attenuations, the voltage change per unit time of the received signal obtained as an analog signal changes, and the cross point at the threshold level when the analog signal is converted into a digital signal changes with time. As a result, there is a problem that the flow rate measurement value changes even though the flow rate does not change.
上述した特許文献1に開示された方法では、経年変化による寿命または温度による一過性の間違った計測なのかの判断が困難であり、また間違った計測の発生割合を定量的に算出することは難しい。 In the method disclosed in Patent Document 1 described above, it is difficult to determine whether the measurement is a temporary wrong measurement due to a lifetime or temperature due to aging, and it is difficult to quantitatively calculate the occurrence rate of the wrong measurement. difficult.
また、上述した特許文献2に開示された流量計測装置では、受信器の受信レベルの大きさに応じて、自動利得手段の増幅度を変化させ、その増幅度から上流から下流、下流から上流に送信(受信)する回数を変化させ、測定精度を維持しているが、自動利得手段が受信信号のレベルの大小に関らず受信信号のレベルを一定のレベルにする点については何ら開示されていない。 Further, in the flow rate measuring device disclosed in Patent Document 2 described above, the amplification factor of the automatic gain means is changed according to the magnitude of the reception level of the receiver, and from the amplification factor to the upstream, the downstream to the upstream The number of times of transmission (reception) is changed to maintain the measurement accuracy, but there is no disclosure about the point that the automatic gain means makes the level of the received signal constant regardless of the level of the received signal. Absent.
本発明は、温度変化や経年変化などに起因する超音波振動子の特性変化および上流と下流の超音波振動子の特性の違いによる伝播時間の差に影響されることなく、高い測定精度が得られる超音波流量計を提供することにある。 The present invention achieves high measurement accuracy without being affected by changes in the characteristics of ultrasonic transducers caused by temperature changes or changes over time, and differences in propagation times due to differences in the characteristics of upstream and downstream ultrasonic transducers. An ultrasonic flow meter is provided.
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波流量計は、駆動パルス信号を発生する発信回路と、流路に配置され、前記発信回路からの駆動パルス信号に応じて超音波を発生する第1超音波振動子と、前記流路に前記第1超音波振動子に一定の距離離して対向配置され、前記第1超音波振動子で発生した超音波を受信して受信信号として出力する第2超音波振動子と、前記第2超音波振動子から出力される受信信号のレベルを検出するレベル検出回路と、前記レベル検出回路で検出された受信信号のレベルに基づき該受信信号のレベルを補正する補正手段と、前記補正手段でレベルが補正された受信信号に基づき、前記第1超音波振動子から前記第2超音波振動子への超音波の伝搬時間を計測し、計測された伝搬時間に基づいて前記流路に流れる流体の流量を計測する流量計測回路とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an ultrasonic flowmeter according to the present invention is arranged in a transmission circuit that generates a drive pulse signal and a flow path, and generates an ultrasonic wave according to the drive pulse signal from the transmission circuit. The first ultrasonic transducer is disposed opposite to the first ultrasonic transducer at a predetermined distance in the flow path, receives the ultrasonic wave generated by the first ultrasonic transducer, and outputs it as a received signal. A second ultrasonic transducer; a level detection circuit for detecting a level of the reception signal output from the second ultrasonic transducer; and a level of the reception signal based on the level of the reception signal detected by the level detection circuit The ultrasonic wave propagation time from the first ultrasonic transducer to the second ultrasonic transducer is measured and measured based on a correction unit that corrects the level and the received signal whose level is corrected by the correction unit. Based on the propagation time It characterized by comprising a flow rate measuring circuit for measuring the flow rate of the fluid.
本発明に係る超音波流量計によれば、第1超音波振動子および第2超音波振動子の特性変化によって生じる受信信号のレベルを補正して一定にするように構成したので、超音波の送信から受信までに要する伝播時間の安定した計測が可能となり、経年変化や温度変化などに起因する超音波振動子の特性変化および上流側と下流側の超音波振動子の特性の違いによる伝播時間の差に影響されることなく、高い測定精度が得られる超音波流量計を提供できる。 According to the ultrasonic flowmeter of the present invention, the level of the received signal generated by the characteristic change of the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer is corrected and made constant. Stable measurement of propagation time required from transmission to reception is possible. Propagation time due to changes in characteristics of ultrasonic transducers due to changes over time, temperature changes, etc., and differences in characteristics between upstream and downstream ultrasonic transducers Therefore, it is possible to provide an ultrasonic flowmeter capable of obtaining high measurement accuracy without being affected by the difference between the two.
以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail 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ブロック図である。この超音波流量計は、第1超音波振動子101、第2超音波振動子102、送受信切替回路103、発信回路104、受信回路105、フィルタ回路106、レベル検出回路107、基準値保持回路108、比較器109、利得設定回路110、遅延回路111、増幅回路112、コンパレータ113、流量計測回路114および繰返し回路115を有して構成されている。本発明の補正手段は、基準値保持回路108、比較器109、利得設定回路110および増幅回路112から構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention. The ultrasonic flowmeter includes a first
第1超音波振動子101は、ガスや空気といった流体が流れる流路100の内部の上流側に配置されている。第2超音波振動子102は、流路100の内部の下流側であって、第1超音波振動子101から距離Lだけ離れた位置に、第1超音波振動子101と対向するように配置されている。また、これら第1超音波振動子101および第2超音波振動子102は、流路100内において同軸上に配置されている。
The 1st ultrasonic transducer |
第1超音波振動子101は、送受信切替回路103から送られてくる駆動パルス信号に応じて超音波を発生し、第2超音波振動子102に向けて送信する。また、第1超音波振動子101は、第2超音波振動子102からの超音波を受信して電気信号に変換し、受信信号として送受信切替回路103に送る。
The first
第2超音波振動子102は、送受信切替回路103からの駆動パルス信号に応じて超音波を発生し、第1超音波振動子101に向けて送信する。また、第2超音波振動子102は、第1超音波振動子101からの超音波を受信して電気信号に変換し、受信信号として送受信切替回路103に送る。
The second
送受信切替回路103は、発信回路104から送られてくる駆動パルス信号を、第1超音波振動子101に送って超音波を発生させるとともに、この超音波を受信した第2超音波振動子102から得られる受信信号を受信回路105に送るか、逆に、発信回路104から送られてくる駆動パルスを、第2超音波振動子102に送って超音波を発生させるとともに、この超音波を受信した第1超音波振動子101から得られる受信信号を受信回路105に送るかを切り替える。
The transmission /
発信回路104は、繰返し回路115から送られてくる送信信号に応答して、第1超音波振動子101または第2超音波振動子102を駆動するための駆動パルス信号を生成する。この発信回路104で生成された駆動パルス信号は、送受信切替回路103に送られる。
The
受信回路105は、第1超音波振動子101または第2超音波振動子102から送受信切替回路103を介して送られてくる受信信号Rsを一定の利得で増幅する。この受信回路105で増幅された受信信号は、フィルタ回路106に送られる。
The
フィルタ回路106は、受信回路105から送られてくる受信信号に含まれるノイズ成分を除去する。このフィルタ回路106でノイズが除去された受信信号は、レベル検出回路107および遅延回路111に送られる。
The
レベル検出回路107は、受信信号のレベル(振幅)、例えばピークレベルを検出する。このレベル検出回路107で検出された受信信号のレベルは、比較器109に送られる。
The level detection circuit 107 detects the level (amplitude) of the received signal, for example, the peak level. The level of the reception signal detected by the level detection circuit 107 is sent to the
基準値保持回路108は、受信信号が有すべき基準レベルを保持する。この基準値保持回路108に保持されている基準レベルは、比較器109に送られる。
The reference
比較器109は、レベル検出回路107で検出された受信信号のレベルと基準値保持回路108に保持されている基準レベルとを比較し、受信信号のレベルと基準レベルとの差レベルを出力する。この比較器109からの差レベルは、差分信号として利得設定回路110に送られる。
The
利得設定回路110は、比較器109から送られてくる差分信号に基づいて、増幅回路112に設定すべき利得を算出する。この利得設定回路110では、差分信号に基づく差分値と設定すべき利得とを対応付けた利得設定テーブルからなり、この利得設定テーブルから差分信号に応じた利得が読み出される。この利得設定回路110で算出された利得は増幅回路112に設定される。
The gain setting circuit 110 calculates a gain to be set in the
遅延回路111は、フィルタ回路106から送られてくる受信信号を一定時間(遅延時間)だけ遅らせる。この遅延回路111における遅延時間の詳細については後述する。この遅延回路111で遅延された受信信号は、増幅回路112に送られる。
The
増幅回路112は、遅延回路111から送られてくる受信信号を、利得設定回路110で設定された利得に応じて増幅する。この増幅回路112で増幅された受信信号は、コンパレータ113に送られる。
The
コンパレータ113は、増幅回路112から送られてくるアナログの受信信号を所定のスレッショルド電圧Vcでスライスすることによりデジタルの受信信号に変換する。このコンパレータ113における変換により得られたデジタルの受信信号は、流量計測回路114および繰返し回路115に送られる。
The
流量計測回路114は、繰返し回路115からの送信信号を受信したことを検出した状態でコンパレータ113からデジタルの受信信号が送られてくる毎に、該デジタルの受信信号に基づいて、周知のアルゴリズムを用いて、流路100の内部を流れる流体の流量を算出する。流量計測回路114は、上流側の第1超音波振動子101から下流側の第2超音波振動子102に超音波が到達する伝搬時間と下流側の第2超音波振動子102から上流側の第1超音波振動子101に超音波が到達する伝搬時間との差に基づいて流体の流量を計測する。
Every time a digital reception signal is sent from the
繰返し回路115は、第1超音波振動子101または第2超音波振動子102から超音波を発信すべき繰返し回数を計数する。具体的には、コンパレータ113から受信信号が得られる毎に繰り返し回数をカウントアップする。そして、カウントアップする毎に、送信信号を発信回路104および流量計測回路114に送る。
The
次に、このように構成された本発明の実施例1に係る超音波流量計の動作を説明する。なお、以下では、上流側の第1超音波振動子101を超音波の発信側、下流側の第2超音波振動子102を超音波の受信側に設定した場合を例に挙げて説明する。
Next, the operation of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described. In the following, a case where the first
発信回路104で生成された駆動パルス信号が送受信切替回路103を介して第1超音波振動子101に印加されると、第1超音波振動子101は、印加された駆動パルス信号の大きさに応じた超音波を発生し、下流側の第2超音波振動子102に向けて送信する。超音波は、その音速Vと距離Lとを乗じた伝播時間tを要して下流側の第2超音波振動子102に到達する。第2超音波振動子102は、受信した超音波を電気信号に変換し、受信信号Rsとして出力する。
When the drive pulse signal generated by the
第2超音波振動子102から出力された受信信号Rsは、送受信切替回路103を介して受信回路105に入力され、受信回路105において、一定利得で増幅されてフィルタ回路106に送られる。そして、フィルタ回路106でノイズ成分が除去されて、遅延回路111とレベル検出回路107とに送られる。
The reception signal Rs output from the second
レベル検出回路107は、図2に示すような、受信信号Rsのレベル、つまり波高値Whを検出して保持する。比較器109は、レベル検出回路107に保持されている波高値Whと、基準値保持回路108に保持されている基準値Vrとを入力して比較する。そして、比較器109は、この比較結果に応じた差分信号を利得設定回路110に出力する。利得設定回路110は、比較器109から受け取った差分信号に応じて増幅回路112の利得を設定する。
The level detection circuit 107 detects and holds the level of the received signal Rs, that is, the peak value Wh as shown in FIG. The
例えば、受信信号が図2に実線で示すRsである場合、波高値Whは基準値Vrと同じであるので、比較器109は、利得設定回路110に対してゼロの値を有する差分信号を出力する。これにより、利得設定回路110は、増幅回路112の利得の変更は行なわず、元の状態を維持する。
For example, when the received signal is Rs indicated by a solid line in FIG. 2, the peak value Wh is the same as the reference value Vr, and therefore the
また、受信信号が図2に破線で示すRs-aである場合、波高値Wh-aは基準値Vrより低いので、比較器109は、波高値Wh-aと基準値Vrとの差分値ΔVdを有する差分信号を利得設定回路110に出力する。これにより、利得設定回路110は、利得設定テーブルから差分値ΔVdに応じた利得を読み出し、差分値ΔVdに応じて増幅回路112の利得を増加させ、受信信号Rs-aの波高値Wh-aが基準値Vrと同じになるように制御する。
When the received signal is Rs-a indicated by a broken line in FIG. 2, the peak value Wh-a is lower than the reference value Vr, so that the
また、受信信号が図2に一点鎖線で示すRs-bである場合、波高値Wh-aは基準値Vrより大きいので、比較器109は、波高値Wh-bと基準値Vrとの差分値を有する差分信号を利得設定回路110に出力する。これにより、利得設定回路110は、利得設定テーブルから差分値に応じた利得を読み出し、この差分値に応じて増幅回路112の利得を減少させ、受信信号Rs-bの波高値Wh-bが基準値Vrと同じになるように制御する。
Further, when the received signal is Rs-b indicated by a one-dot chain line in FIG. 2, the peak value Wh-a is larger than the reference value Vr, so that the
上述したように、利得設定回路110は、フィルタ回路106から出力される受信信号が基準値Vrよりレベルが小さい場合は増幅回路112の利得を増加させ、また基準値Vrより大きい場合は増幅回路112の利得を減少させるように動作する。また、利得の増加または減少の程度は、基準値Vrとの差分値の大きさ応じて制御される。
As described above, the gain setting circuit 110 increases the gain of the
また、遅延回路111の遅延時間は、レベル検出回路107、比較器109および利得設定回路110を介して増幅回路112に利得が設定されるまでに要する時間より大きくなるように設定される。これにより、利得設定回路110によって増幅回路112の利得が設定された後に、フィルタ回路106からの受信信号が遅延回路111を介して増幅回路112に入力されるので、受信信号を利得設定回路110で設定された利得によって基準値Vrと同じレベルにすることが可能になる。
The delay time of the
なお、遅延回路111を使用しないで超音波流量計を構成することもできる。即ち、流路100に流れる流体の流量を測定するために超音波の送受信を行なう本測定の前に、予備測定を行ない、その予備測定で検出された受信信号の波高値を基に利得設定回路110による増幅回路112の利得を決定しておき、決定された利得を用いて本測定を行なうことが可能である。この構成によれば、遅延回路111が不要になるので、超音波流量計の構成の簡単化および低価格化を実現できる。
Note that an ultrasonic flowmeter can be configured without using the
今、増幅回路112における利得の制御がなされないとすると、受信信号の振幅は、第1超音波振動子101および第2超音波振動子102の経年変化や温度変化、または、上流側になるか下流側になるかによって変動する。この場合、アナログの受信信号をコンパレータ113でデジタル信号に変換する際に、図2のA部を拡大した図3に示すように、振幅の違いで受信信号Rs、Rs−a、Rs-cの傾きが変化し、コンパレータ113のスレッショルド電圧Vcにおけるクロスポイントが時間的に変移する。その結果、送信信号の出力から受信信号がコンパレータ113でデジタル信号に変換されるまでの到達時間が変化することになり、流量が同じであるのにも拘わらず、流量計測回路114で計測される流量計測値が変化、または、ばらつく結果となる。
If the gain in the
これに対し、本発明の実施例1に係る超音波流量計によれば、経年変化や温度変化に起因する、第1超音波振動子101および第2超音波振動子102が出力する超音波の音圧の変化または受信感度の変化によって生じる受信信号の振幅変化を補正して一定にするように構成したので、超音波の送信から受信までに要する伝播時間の安定した計測が可能となり、経年変化や温度変化などに起因する超音波振動子の特性変化および上流側と下流側の超音波振動子の特性の違いによる伝播時間の差に影響されることなく、高い測定精度が得られる超音波流量計を提供できる。
On the other hand, according to the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention, the ultrasonic waves output from the first
本発明の実施例2に係る超音波流量計は、実施例1に係る超音波流量計における利得設定回路110の出力で、発信回路104から出力される駆動パルス信号の駆動電圧を制御するようにしたものである。
The ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention controls the drive voltage of the drive pulse signal output from the
図4は本発明の実施例2に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。以下では、実施例1に係る超音波流量計と同一または相当する構成部分には、実施例1の説明で使用した符号と同一の符号を付し、説明を省略または簡単化する。本発明の補正手段は、基準値保持回路108、比較器109、利得設定回路110aおよび発信回路104aから構成されている。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention. In the following, the same or corresponding components as those of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the description of the first embodiment, and the description thereof is omitted or simplified. The correction means of the present invention comprises a reference
利得設定回路110aは、比較器109から比較結果として送られてくる差分信号に基づいて、発信回路104aから出力される駆動パルス信号の駆動電圧を制御するための駆動電圧制御信号を生成する。この利得設定回路110aで生成された駆動電圧制御信号は、発信回路104aに送られる。
The gain setting circuit 110a generates a drive voltage control signal for controlling the drive voltage of the drive pulse signal output from the
発信回路104aは、繰返し回路115から設定された繰り返し回数が終了するまで、第1超音波振動子101または第2超音波振動子102を駆動するための駆動パルス信号であって、利得設定回路110aで生成された駆動電圧制御信号に応じて駆動電圧が制御された駆動パルス信号を出力する。この発信回路104aから出力される駆動パルス信号は、送受信切替回路103に送られる。
The
次に、このように構成された本発明の実施例2に係る超音波流量計の動作を説明する。実施例1に係る超音波流量計で説明したように、比較器109は、レベル検出回路107に保持されている受信信号の波高値(レベル)と、基準値保持回路108に保持されている基準値Vrとを入力して比較する。そして、比較器109は、この比較結果に応じた信号を利得設定回路110aに出力する。利得設定回路110aは、比較器109から受け取った信号に応じて駆動電圧制御信号を生成して発信回路104aに送ることにより、該発信回路104aから出力される駆動パルス信号の駆動電圧を制御する。
Next, the operation of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention configured as above will be described. As described in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment, the
例えば、受信信号のレベルが基準値Vrと同じである場合は、比較器109は、ゼロの値を有する差分信号を利得設定回路110aに出力する。利得設定回路110aは、この差分信号に応じた駆動電圧制御信号を発信回路104aに供給し、該発信回路104aから出力される駆動パルス信号の駆動電圧を元のままに維持し、第1超音波振動子101または第2超音波振動子102に印加する信号振幅を維持させる。
For example, when the level of the received signal is the same as the reference value Vr, the
また、受信信号のレベルが基準値Vrより低い場合は、比較器109は、それらの差分値を有する差分信号を利得設定回路110aに出力する。利得設定回路110aは、この差分信号に応じた駆動電圧制御信号を発信回路104aに供給し、該発信回路104aから出力される駆動パルス信号の駆動電圧を増加させて第1超音波振動子101または第2超音波振動子102に印加する信号振幅を大きくする。
When the level of the received signal is lower than the reference value Vr, the
また、受信信号のレベルが基準値Vrより高い場合は、比較器109は、それらの差分値を有する差分信号を利得設定回路110aに出力する。利得設定回路110aは、この差分信号に応じた駆動電圧制御信号を発信回路104aに供給し、該発信回路104aから出力される駆動パルス信号の駆動電圧を減少させて第1超音波振動子101または第2超音波振動子102に印加する信号振幅を小さくする。以上の動作によって、実施例1に係る超音波流量計と同様に、コンパレータ113に入力される受信信号の振幅を一定にすることが可能であり、上述した実施例1に係る超音波流量計と同様の効果を得ることができる。
When the level of the received signal is higher than the reference value Vr, the
なお、上述した実施例1または実施例2に係る超音波流量計において、経年変化や温度変化による第1超音波振動子101、第2超音波振動子102、回路部品等の劣化や故障により、受信信号Rsが所定の基準値に満たないことを検出した場合は、外部に警報を発し、流量計の異常を通報する警報回路(図示しない)をさらに備えて構成することができる。
In the ultrasonic flowmeter according to Example 1 or Example 2 described above, due to deterioration or failure of the first
また、実施例2に係る超音波流量計においても、上述した実施例1に係る超音波流量計と同様に、遅延回路111を使用しないで超音波流量計を構成することもできる。この構成によれば、遅延回路111が不要になるので、超音波流量計の構成の簡単化および低価格化を実現できる。
Also, in the ultrasonic flow meter according to the second embodiment, the ultrasonic flow meter can be configured without using the
以上説明したように、本発明の実施例1および実施例2に係る超音波流量計によれば、超音波の受信信号の振幅の増加または減少を基準値との比較から検出し、その差分に応じて増幅回路112の利得または発信回路104が出力する駆動パルス信号の振幅を変化させることによりコンパレータ113に入力される受信信号の振幅を一定にするように構成したので、コンパレータ113におけるスレッショルド電圧Vcとのクロスポイントが変移することがなく、安定した伝播時間の計測が可能となる。
As described above, according to the ultrasonic flowmeters according to the first and second embodiments of the present invention, the increase or decrease in the amplitude of the ultrasonic reception signal is detected from the comparison with the reference value, and the difference between them is detected. Accordingly, by changing the gain of the
なお、本発明は、上述した実施例1および実施例2に限定されるものではない。例えば、フィルタ回路106からの受信信号の受信レベルの波高値を演算増幅器(オペアンプ)で構成するピーク検出回路で保持し、保持されたピーク値と基準電圧とを差動増幅器に入力し、この差動増幅器によりピーク値と基準電圧との差電圧を求め、この差電圧に応じて利得設定回路110の利得を設定するようにしてもよい。
In addition, this invention is not limited to Example 1 and Example 2 which were mentioned above. For example, the peak value of the reception level of the received signal from the
本発明の超音波流量計は、超音波ガスメータ等に適用可能である。 The ultrasonic flowmeter of the present invention can be applied to an ultrasonic gas meter or the like.
100 流路
101 上流側の第1超音波振動子
102 下流側の第2超音波振動子
103 送受信切替回路
104,104a 発信回路
105 受信回路
106 フィルタ回路
107 レベル検出回路
108 基準値保持回路
109 比較器
110,110a 利得設定回路
111 遅延回路
112 増幅回路
113 コンパレータ
114 流量計測回路
115 繰返し回路
100
Claims (7)
流路に配置され、前記発信回路からの駆動パルス信号に応じて超音波を発生する第1超音波振動子と、
前記流路に前記第1超音波振動子に一定の距離離して対向配置され、前記第1超音波振動子で発生した超音波を受信して受信信号として出力する第2超音波振動子と、
前記第2超音波振動子から出力される受信信号のレベルを検出するレベル検出回路と、
前記レベル検出回路で検出された受信信号のレベルに基づき該受信信号のレベルを補正する補正手段と、
前記補正手段でレベルが補正された受信信号に基づき、前記第1超音波振動子から前記第2超音波振動子への超音波の伝搬時間を計測し、計測された伝搬時間に基づいて前記流路に流れる流体の流量を計測する流量計測回路と、
を備えたことを特徴とする超音波流量計。 A transmission circuit for generating a drive pulse signal;
A first ultrasonic transducer disposed in a flow path and generating an ultrasonic wave in response to a drive pulse signal from the transmission circuit;
A second ultrasonic transducer that is disposed opposite to the first ultrasonic transducer at a certain distance in the flow path, receives the ultrasonic wave generated by the first ultrasonic transducer, and outputs it as a received signal;
A level detection circuit for detecting a level of a reception signal output from the second ultrasonic transducer;
Correction means for correcting the level of the received signal based on the level of the received signal detected by the level detection circuit;
An ultrasonic propagation time from the first ultrasonic transducer to the second ultrasonic transducer is measured based on the received signal whose level is corrected by the correcting means, and the flow is measured based on the measured propagation time. A flow rate measurement circuit for measuring the flow rate of the fluid flowing in the path,
An ultrasonic flowmeter comprising:
前記第2超音波振動子から出力される受信信号を増幅する増幅回路と、
前記レベル検出回路で検出された受信信号のレベルと所定の基準値とを比較し、該比較結果を差分信号として出力する比較器と、
前記比較器からの差分信号に基づき前記受信信号のレベルが所定レベルになるように、前記増幅回路に対して利得を設定する利得設定回路と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。 The correction means includes
An amplification circuit for amplifying the reception signal output from the second ultrasonic transducer;
A comparator that compares the level of the received signal detected by the level detection circuit with a predetermined reference value and outputs the comparison result as a difference signal;
A gain setting circuit for setting a gain for the amplifier circuit such that the level of the received signal becomes a predetermined level based on the differential signal from the comparator;
The ultrasonic flowmeter according to claim 1, further comprising:
前記レベル検出回路で検出された受信信号のレベルと所定の基準値とを比較し、該比較結果を差分信号として出力する比較器と、
前記比較器からの差分信号に基づき前記受信信号のレベルが所定レベルになるように、前記発信回路に駆動電圧制御信号を送ることにより前記発信回路で発生される駆動パルス信号の駆動電圧を制御する利得設定回路と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。 The correction means includes
A comparator that compares the level of the received signal detected by the level detection circuit with a predetermined reference value and outputs the comparison result as a difference signal;
Based on the difference signal from the comparator, the drive voltage of the drive pulse signal generated by the transmitter circuit is controlled by sending a drive voltage control signal to the transmitter circuit so that the level of the received signal becomes a predetermined level. A gain setting circuit;
The ultrasonic flowmeter according to claim 1, further comprising:
前記補正手段は、前記遅延回路から出力される受信信号のレベルを補正することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項記載の超音波流量計。 A delay circuit that delays a reception signal output from the second ultrasonic transducer by a time required for correction by the correction unit;
The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the correction unit corrects a level of a reception signal output from the delay circuit.
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