JP2006308449A

JP2006308449A - 流体の流れ測定装置

Info

Publication number: JP2006308449A
Application number: JP2005132013A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Fujii; 裕史藤井; Hirokuni Murakami; 博邦村上; Yukio Sakaguchi; 幸夫坂口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: JP4595656B2

Abstract

【課題】超音波振動子の故障等によって、受信波形が変化し、正規のゼロクロス点での受信ができずに真の伝搬時間との誤差が生じ、計測精度が低下した状態で流量計測を行う。
【解決手段】超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子２ａ，２ｂと、一方の前記超音波振動子から送信され、流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子が受信するまでの伝搬時間を計測する伝搬時間測定部５と、前記伝搬時間にもとづき流体の流速および／または流量を求める制御部と、超音波振動子で受信した受信波形の１波目からピークの波までの振幅を測定する受信波形振幅測定部９と、受信波形の振幅が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部１０を備え、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形の振幅が変化した場合、計測異常の表示をすることで、計測精度が低下したまま測定することを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の送受信可能な超音波振動子を用いて超音波の伝搬時間を計測し、被測定流体の流速および／または流量を計測する流体の流れ測定装置に関するものである。

従来の超音波を用いた流れ測定装置は、一対の超音波振動子を流体の流れ方向の上下流に対向して配置しており、一方の超音波振動子をバ−スト信号で駆動して超音波を送信し、他方の超音波振動子でその超音波を受信して、その超音波伝搬時間を測定していた。

図４に、送信側の超音波振動子の駆動波形１２と、受信側の超音波振動子で受信した受信波形１４を示す。図４は、横軸に時間を、縦軸に電圧を示す。図中のＴ0は駆動波形１２の開始時点を、Ｔ1は駆動開始後、第３波終了時点を示す。Ｒ０は受信開始時点を、Ｒ１は受信開始後、第３波終了時点を示す。

このように、駆動波形の第ｍ（ｍ＝３）波目のゼロクロス点Ｔ１を起点とし、他方の超音波送受信器で受信した電気信号の第ｍ（ｍ＝３）波目を終点Ｒ1として、前記起点Ｔ1と前記終点Ｒ1との間の時間Ｔpを超音波伝搬時間として計測し、この伝搬時間を用いて流体の流速を計測し、必要に応じてその流速から流量を演算していた（例えば、特許文献１参照）。

また、第３波目のゼロクロス点を判定するために、基準電圧１３をあらかじめ２波目と３波目の振幅の間に設定しておき、受信信号が基準電圧１３を超えた次のゼロクロスを３波目となるようにしてある。

図５は従来の流体の流れ計測装置を示すものである。この装置は被測定流体が流れる流体流路１の上流側と下流側に対設した一対の超音波振動子２ａ，２ｂと、これら超音波振動子２ａ，２ｂを駆動する駆動回路３と、この駆動回路３にスタート信号を出力する制御部４と、超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部５と、受信側の超音波振動子２ａまたは２ｂの出力を増幅するアンプ６と、このアンプ６の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転したときに伝搬時間測定部５を停止させる受信検知回路７から構成されている。

また、音速に対する温度の影響を無視できる伝搬時間逆数差法を用いるために、流体流路１の上流側から下流側への超音波の伝搬時間と、下流側から上流側への伝搬時間が測定できるように、切り替えスイッチ８を備えている。
特開平９−３３３０８号公報

しかしながら、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形が変化し、正規のゼロクロス点で受信できずに、真の伝搬時間との誤差が生じてしまい、これにより、計測精度が低下してしまっているにもかかわらず、正しい流量計測値と区別できない課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、超音波の受信波形の変化を認識し、計測精度が低下している場合は、異常表示を行い、誤った計測結果の採用を防止することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、流体流路の上流側と下流側に対設された一対の超音波振動子と、前記超音波振動子間の超音波伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間測定部により計測された伝搬時間にもとづき流体流路を流れる流体の流速および／または流量を求める制御部と、超音波振動子で受信した受信波形の１波目からピークの波までの振幅を測定する受信波形振幅測定部と、前記受信波形振幅測定部で測定した受信波形の振幅が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部とを備えたものである。

これによって、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形の振幅が変化した場合、計測異常の表示が出るため、計測精度が低下したまま流速および／または流量を測定してしまうことを防止できる。

本発明の超音波流量計は、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形が変化した場合、計測制度が低下したまま流速や流量を測定してしまうことを防止できるため、確実な計測ができるものである。

第１の発明は、流体流路の上流側と下流側に対設された一対の超音波振動子と、前記超音波振動子間の超音波伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間測定部により計測された伝搬時間にもとづき流体流路を流れる流体の流速および／または流量を求める制御部と、超音波振動子で受信した受信波形の１波目からピークの波までの振幅を測定する受信波形振幅測定部と、前記受信波形振幅測定部で測定した受信波形の振幅が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部とを備えたものである。

第２の発明は、流体流路の上流側と下流側に対設された一対の超音波振動子と、前記超音波振動子間の超音波伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間測定部により計測された伝搬時間にもとづき流体流路を流れる流体の流速および／または流量を求める制御部と、超音波振動子で受信した受信波形の周波数を測定する受信波形周波数測定部と、前記受信波形周波数測定部で測定した受信波形の周波数が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部とを備えたものである。

前記第１，第２の発明によれば、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形の振幅が変化した場合に、計測異常の表示がなされる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態１を図１，２を参照して説明する。なお、背景技術の説明で用いた図４，５と同一作用を奏する構成などについては、便宜上同一符号を付した。

すなわち、被計測流体が流れる流体流路１の上下流に超音波振動子２ａ，２ｂを対設し、これら超音波振動子２ａまたは２ｂは駆動回路３で駆動されるようにしてある。

また、この駆動回路３にスタート信号を出力する制御部４と、超音波振動子２ａ，２ｂ間の超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部５と、受信側の超音波振動子２ａまたは２ｂの出力を増幅するアンプ６と、このアンプ６の出力と基準電圧と比較して大小関係が反転したときに伝搬時間測定部５を停止させる受信検知回路７と、超音波振動子２ａ，２ｂの送受信を切り替える切り替えスイッチ８と、超音波振動子２ａまたは２ｂで受信した受信波形の１波目からピークの波までの振幅を測定する受信波形振幅測定部９と、受信波形の振幅比率が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部１０を備えている。

以上のような構成において、以下その動作、作用を説明する。

まず基本的な測定動作は背景技術で説明した図４、図５の説明と同じである。本実施の形態１の特徴は、受信波形振幅測定部９と表示部１０を設けたことである。

受信波形振幅測定部９の動作を図２に従って説明する。

受信波形振幅測定部９では、受信を検知する基準電圧１３を、低い電圧から少しづつ高くすることによって伝播時間が変化する電圧を受信波のそれぞれの振幅として記憶することができる。

例えば、基準電圧１３−１と基準電圧１３−ａのときは伝播時間はＴａであるが、基準電圧１３−２では伝播時間はＴｂとなる。よって、伝播時間がＴａからＴｂに切り替わるところが受信波の１波目の振幅であると判る。

このようにして、１波目からピークの波までの振幅を測定することが可能となる。本実施の形態では、制御部４で初期の受信波のそれぞれの波の振幅を測定して記憶しておき、所定の期間ごとに受信波形振幅測定部９で受信波形の１波目からピークの波までの振幅を測定し、所定の値より変動していた場合に、表示部１０に測定装置が異常であると表示する。

以上のように、本実施の形態においては、受信波形振幅測定部９と表示部１０を備えることにより、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形の振幅が変化した場合、計測異常の表示が出るため、計測精度が低下したまま流量を測定してしまうことを防止できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態を示し、被計測流体が流れる流体流路１の上下流に超音波振動子２ａ，２ｂを対設し、これら超音波振動子２ａまたは２ｂは駆動回路３で駆動されるようにしてある。

また、この駆動回路３にスタート信号を出力する制御部４と、超音波振動子２ａ，２ｂ間の超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部５と、受信側の超音波振動子２ａまたは２ｂの出力を増幅するアンプ６と、このアンプ６の出力と基準電圧と比較して大小関係が反転したときに伝搬時間測定部５を停止させる受信検知回路７と、超音波振動子２ａ，２ｂの送受信を切り替える切り替えスイッチ８と、超音波振動子で受信した受信波形の周波数を測定する受信波形周波数測定部１５と、受信波形の周波数が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部１０を備えている。

以上のように構成された超音波流量計について、以下その動作、作用を説明する。

まず基本的な流量測定動作は背景技術で説明した図４、図５の説明と同じである。本実施の形態の特徴は、受信波形周波数測定部１５と表示部１０を設けたことである。受信波形周波数測定部１５の動作を図２に従って説明する。受信波形周波数測定部では、受信を検知する基準電圧１３を、低い電圧から少しづつ高くすることによって、基準電圧がゼロ基準電圧と１波目の振幅との間にあるときの伝播時間Ｔａと１波目と２波目の振幅の間にあるときの伝播時間Ｔｂを求め、ＴｂとＴａの差より、受信波形の周波数を求めることができる。

本実施の形態の計測装置では、制御部４で初期の受信波の周波数を測定して記憶しておき、所定の期間ごとに受信波形周波数測定部１５で受信波形の周波数を測定し、所定の値より変動していた場合に、表示部１０に装置の異常であると表示する。

以上のように、本実施の形態においては、受信波形周波数測定部１５と表示部１０を備えることにより、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形の周波数が変化した場合、計測異常の表示が出るため、計測精度が低下したまま流速および／または流量を測定してしまうことを防止できる。

以上のように、本発明にかかる流体の流れ計測装置は、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形の周波数や振幅が変化した場合、計測異常の表示が出るため、計測精度が低下したまま流量を測定してしまうことを防止でき、高い信頼性が必要となる測定基準器及びガスメーターや水道メーター等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における流れ測定装置の構成図同送受信波形図本発明の実施の形態２における流れ測定装置の構成図従来の流れ測定装置の送受信波形図従来の流れ測定装置の構成図

符号の説明

１流体流路
２ａ，２ｂ超音波振動子
４制御部
５伝搬時間測定部
９受信波形振幅測定部
１０表示部
１５受信波形周波数測定部

Claims

流体流路の上流側と下流側に対設された一対の超音波振動子と、前記超音波振動子間の超音波伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間測定部により計測された伝搬時間にもとづき流体流路を流れる流体の流速および／または流量を求める制御部と、超音波振動子で受信した受信波形の１波目からピークの波までの振幅を測定する受信波形振幅測定部と、前記受信波形振幅測定部で測定した受信波形の振幅が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部とを備えた流体の流れ計測装置。
流体流路の上流側と下流側に対設された一対の超音波振動子と、前記超音波振動子間の超音波伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間測定部により計測された伝搬時間にもとづき流体流路を流れる流体の流速および／または流量を求める制御部と、超音波振動子で受信した受信波形の周波数を測定する受信波形周波数測定部と、前記受信波形周波数測定部で測定した受信波形の周波数が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部とを備えた流体の流れ計測装置。