JP2007024681A - Ultrasonic fluid measuring device - Google Patents

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JP2007024681A JP2005207306A JP2005207306A JP2007024681A JP 2007024681 A JP2007024681 A JP 2007024681A JP 2005207306 A JP2005207306 A JP 2005207306A JP 2005207306 A JP2005207306 A JP 2005207306A JP 2007024681 A JP2007024681 A JP 2007024681A
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Masanobu Sakai
政信 酒井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure accurately a propagation time of an ultrasonic wave between a pair of transducers, in an ultrasonic fluid measuring device. <P>SOLUTION: The transducer 12a is stored in a case 112a provided in a measuring tube 11 for circulating a test fluid, and a heater 121e is provided on the surface on the opposite side of the surface where a diaphragm 121b of the transducer 12a is in contact with the test fluid. A supply current to the heater 121e is controlled by a temperature adjusting means 131m, and since the diaphragm 121b is adjusted at a prescribed temperature, a spring constant of the diaphragm 121b which is dependent on the temperature can be kept constant, and fluctuation of its characteristic frequency can be suppressed. Consequently, a reception frequency of the transducer can be kept constant, and the accuracy of a prescribed operation on the test fluid can be maintained with a simple constitution. In addition, condensation on the diaphragm 121b of the transducer can be prevented, to thereby avoid reception trouble of the ultrasonic wave. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波流体計測装置に関し、詳細には、一対のトランスデューサから発射された超音波の受信波周波数を規定値に制御することで、被験流体に関する所定の演算の基礎となる超音波の伝搬時間を正確に測定する技術に関する。   The present invention relates to an ultrasonic fluid measuring device, and more specifically, by controlling the frequency of received waves of ultrasonic waves emitted from a pair of transducers to a specified value, the ultrasonic wave serving as a basis for a predetermined calculation related to a test fluid The present invention relates to a technique for accurately measuring propagation time.

従来、一対のトランスデューサを流れの方向にずらして配置し、上流側のトランスデューサから流れに対して順方向に超音波を発射し、これが下流側のトランスデューサで受信されるまでの第1の伝搬時間を測定するとともに、下流側のトランスデューサから流れに対して逆方向に超音波を発射し、これが上流側のトランスデューサで受信されるまでの第2の伝搬時間を測定し、これら第1及び第2の伝搬時間をもとに、被験流体の流量等を算出する超音波流体計測装置が知られている。この超音波流体計測装置では、第1及び第2の伝搬時間を測定する際に、ゼロクロス点と呼ばれる、トランスデューサの出力電圧がゼロレベルを過ぎる時点を特定し、超音波が発射された時点からこのゼロクロス点までの時間を経過時間として測定する。受信側のトランスデューサに先頭波が到達した時点からゼロクロス点までの経過時間を検知遅れ時間として設定し、この検知遅れ時間を経過時間から減算して、伝搬時間を算出する。   Conventionally, a pair of transducers are arranged shifted in the flow direction, and an ultrasonic wave is emitted from an upstream transducer in a forward direction with respect to the flow. And measuring the second propagation time until the ultrasonic wave is emitted from the downstream transducer in the opposite direction to the flow and received by the upstream transducer, and the first and second propagation times are measured. 2. Description of the Related Art An ultrasonic fluid measurement device that calculates a flow rate of a test fluid based on time is known. In this ultrasonic fluid measuring device, when measuring the first and second propagation times, a point of time when the output voltage of the transducer passes a zero level, called a zero cross point, is specified, and from the point of time when the ultrasonic wave is emitted. The time until the zero cross point is measured as the elapsed time. The elapsed time from the time when the leading wave arrives at the receiving-side transducer to the zero cross point is set as a detection delay time, and this detection delay time is subtracted from the elapsed time to calculate the propagation time.

ここで、検知遅れ時間は、常に一定ではなく、トランスデューサの振動板の固有振動数の製造上のばらつきや、使用環境(たとえば、温度)の相違等、種々の条件により変化する。検知遅れ時間が変化したにも拘わらず、一定の検知遅れ時間を保持することは、伝搬時間の検出誤差となり、延いては被験流体の流量等が正確に算出できなくなる。
このような検知遅れ時間の変化に対応した超音波流体計測装置として、次のものが知られている。すなわち、送信側のトランスデューサから超音波を発射するとともに、この送信側のトランスデューサの出力信号(トランスデューサは、送信時であっても自身の振動により出力信号を発生する。)における、第n周期目の波のゼロクロス点を特定する。また、受信側のトランスデューサの出力信号における、対応する第n周期目の波のゼロクロス点を特定し、これらの特定された2つのゼロクロス点間の時間を、伝搬時間として測定するものである(特許文献1)。
特開平09−26341号公報(段落番号0031〜0035)
Here, the detection delay time is not always constant, and varies depending on various conditions such as manufacturing variations in the natural frequency of the diaphragm of the transducer and differences in use environment (for example, temperature). Even if the detection delay time has changed, maintaining a certain detection delay time results in a detection error of the propagation time, and consequently the flow rate of the test fluid cannot be accurately calculated.
The following is known as an ultrasonic fluid measuring device corresponding to such a change in detection delay time. That is, an ultrasonic wave is emitted from the transmission-side transducer, and the output signal of the transmission-side transducer (the transducer generates an output signal due to its own vibration even during transmission) is in the nth period. Identify the zero crossing point of the wave. In addition, the zero cross point of the corresponding wave of the nth period in the output signal of the transducer on the receiving side is specified, and the time between these two specified zero cross points is measured as the propagation time (patent) Reference 1).
JP 09-26341 A (paragraph numbers 0031 to 0035)

しかしながら、この公知の超音波流体計測装置には、次のような実用上の問題がある。すなわち、この装置は、送信側及び受信側のトランスデューサの各出力信号に関してゼロクロス点を特定し、これらのゼロクロス間の時間を伝搬時間として測定することで、検知遅れ時間に生じた変化を相殺するものである。このため、双方の検知遅れ時間に等しい変化が生じていることが前提となるが、実際には、両者の変化が常に等しいとは限らない。同じ超音波流体計測装置内であっても、上流側及び下流側の各トランスデューサで製造上のばらつきがあり、固有振動数が異なる場合がある。また、使用環境によっては、一方のトランスデューサにのみ特性変化が現れる場合もあるからである。後者の例として、超音波流体計測装置を蒸気配管における流量測定に採用する場合が挙げられる。この場合は、特に下流側のトランスデューサの振動板に結露が生じ易く、上流側に比べ、下流側でトランスデューサの特性変化が顕著となる傾向がある。また、経年劣化による特性変化も双方のトランスデューサで等しいとは限らず、一方のトランスデューサで劣化が急速に進行する場合もある。双方の検知遅れ時間の変化に差が生じた場合は、上記の装置ではこの変化を相殺することができず、伝搬時間及び流量等に誤差を来す。   However, this known ultrasonic fluid measuring device has the following practical problems. In other words, this device specifies the zero-cross point for each output signal of the transmitter and receiver transducers, and measures the time between these zero-crosses as the propagation time, thereby canceling the change in detection delay time. It is. For this reason, it is assumed that the same change occurs in both detection delay times, but in reality, the change in both is not always equal. Even within the same ultrasonic fluid measuring device, there are variations in manufacturing between the upstream and downstream transducers, and the natural frequency may be different. Also, depending on the use environment, characteristic changes may appear only in one of the transducers. As an example of the latter, there is a case where an ultrasonic fluid measuring device is employed for flow rate measurement in a steam pipe. In this case, in particular, condensation tends to occur on the diaphragm of the downstream transducer, and the characteristic change of the transducer tends to be more significant on the downstream side than on the upstream side. Also, the characteristic change due to aging deterioration is not always the same for both transducers, and the deterioration may rapidly proceed with one transducer. If there is a difference between the changes in both detection delay times, the above-described apparatus cannot cancel the change, resulting in an error in propagation time, flow rate, and the like.

そこで、本発明は、簡単な構成でトランスデューサの振動板の固有振動数を一定に保つことで、一対のトランスデューサ間における超音波の伝搬時間を正確に測定し、測定管内の被験流体の流量等を正確に演算することができる超音波流体計測装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention keeps the natural frequency of the diaphragm of the transducer constant with a simple configuration, thereby accurately measuring the propagation time of the ultrasonic wave between the pair of transducers, and determining the flow rate of the test fluid in the measurement tube. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic fluid measuring device capable of calculating accurately.

本発明に係る超音波流体計測装置は、被験流体を流通させる測定管と、この測定管を横断させて設定した超音波伝搬線上に設置され、流れに対して順方向に超音波を発射する第1のトランスデューサと、この超音波伝搬線上で、第1のトランスデューサよりも下流に設置され、流れに対して逆方向に超音波を発射する第2のトランスデューサと、前記第1又は第2のトランスデューサのうち、少なくとも一方の振動板を所定の温度に調整する温度調整手段と、を含んで構成される。第1及び第2のトランスデューサの振動板は、温度調整手段により所定の温度に調整されるとともに、第1及び第2のトランスデューサからそれぞれ発射された超音波を受信側のトランスデューサで受信した時点を特定し、この特定した受信時点をもとに、第1又は第2のトランスデューサが超音波を発射してから受信側のトランスデューサに伝搬するまでの時間を測定し、この測定した伝搬時間をもとに、被験流体に関する所定の演算(たとえば、流量の算出)を行うようにした。   An ultrasonic fluid measuring device according to the present invention is installed on a measurement tube that circulates a test fluid and an ultrasonic propagation line that is set across the measurement tube, and emits ultrasonic waves in a forward direction with respect to a flow. A first transducer, a second transducer installed downstream of the first transducer on the ultrasonic propagation line, and emitting ultrasonic waves in a direction opposite to the flow, and the first or second transducer. Among them, a temperature adjusting means for adjusting at least one of the diaphragms to a predetermined temperature is included. The diaphragms of the first and second transducers are adjusted to a predetermined temperature by the temperature adjusting means, and the time point at which the ultrasonic waves emitted from the first and second transducers are received by the receiving transducer is specified. Then, based on the specified reception time point, the time from when the first or second transducer emits the ultrasonic wave to the propagation to the transducer on the receiving side is measured, and based on the measured propagation time, Then, a predetermined calculation (for example, calculation of the flow rate) related to the test fluid is performed.

本発明によれば、前記温度調整手段によって、第1及び第2のトランスデューサの振動板が所定の温度に調整されるので、温度に依存する振動板のばね定数を一定に保つことができる。よって、振動板の固有振動数の変動が抑制されるので、トランスデューサの受信波周波数を一定に保つことができ、検出した超音波送受信間時間から、実際に被験流体中を伝播するのに有した伝播時間を算出する際の周波数変化を補正する演算及び補正係数が不要になる。したがって、簡単な構成で被験流体に関する所定の演算の精度を維持することができ、装置の小型化とローコスト化を図ることができる。また、補正演算誤差による計測誤差も改善することができる。更に、トランスデューサの振動板を所定の温度に調整することにより、該振動板の結露を防止し、超音波の受信障害を回避できるといった副次的効果も得られる。   According to the present invention, since the diaphragms of the first and second transducers are adjusted to a predetermined temperature by the temperature adjusting means, the spring constant of the diaphragm depending on the temperature can be kept constant. Therefore, since fluctuations in the natural frequency of the diaphragm are suppressed, the received wave frequency of the transducer can be kept constant, and it has actually propagated in the test fluid from the detected time between ultrasonic transmission and reception. An operation and a correction coefficient for correcting a change in frequency when calculating the propagation time are not required. Therefore, it is possible to maintain the accuracy of the predetermined calculation related to the test fluid with a simple configuration, and to reduce the size and cost of the device. In addition, measurement errors due to correction calculation errors can be improved. Furthermore, by adjusting the diaphragm of the transducer to a predetermined temperature, it is possible to obtain a secondary effect that condensation of the diaphragm can be prevented and an obstacle to receiving ultrasonic waves can be avoided.

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る超音波流体計測装置(以下「計測装置」という。)1の構成を示している。本実施形態では、被験流体として、水素ガスを採用している。計測装置1を燃料電池のアノード配管に設置することで、燃料ガスとしての水素ガスの流量等を検出することができる。なお、本発明に係る計測装置1の測定対象は、アノード配管内の水素ガスに限られず、カソード配管内の空気をはじめ全ての流体組成に適用できる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the configuration of an ultrasonic fluid measurement device (hereinafter referred to as “measurement device”) 1 according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, hydrogen gas is employed as the test fluid. By installing the measuring device 1 in the anode piping of the fuel cell, the flow rate of hydrogen gas as the fuel gas can be detected. Note that the measuring object of the measuring device 1 according to the present invention is not limited to hydrogen gas in the anode pipe, and can be applied to all fluid compositions including air in the cathode pipe.

測定管11は、被験流体の流量等の計測用通路を形成しており、軸方向の各端に形成されたフランジ111a,111bを介し、隣接する配管2,2に接続されている。上流側の配管2には、方向切換弁3が介装されており、測定管11は、この方向切換弁3により配管2と、他の配管4とに選択的に接続されるように構成されている。他の配管4には、較正流体としての窒素ガスを充填したタンク5が接続されており、タンク5内の窒素ガスを測定管11に流通させることができる。配管2は、図示しない燃料電池のアノード配管に接続されており、配管2を介して水素ガスを測定管11に流通させることができる。なお、較正流体(すなわち、窒素ガス)は、後述する検知遅れ時間trの較正処理(較正時の受信波周波数frを同時に検出する。)において、計測装置1に供給される。なお、被験流体の組成(密度)変化量が少ない場合や、要求する計測精度の長期安定性が満足ゆく用途においては、製造時あるいは定期検査時にのみ較正流体を充填したタンク5を接続して較正作業を行うようにしても良い。   The measuring tube 11 forms a passage for measuring the flow rate of the test fluid and the like, and is connected to the adjacent pipes 2 and 2 via flanges 111a and 111b formed at respective ends in the axial direction. A direction switching valve 3 is interposed in the upstream pipe 2, and the measurement pipe 11 is configured to be selectively connected to the pipe 2 and the other pipe 4 by the direction switching valve 3. ing. A tank 5 filled with nitrogen gas as a calibration fluid is connected to the other pipe 4, and the nitrogen gas in the tank 5 can be circulated through the measurement pipe 11. The pipe 2 is connected to an anode pipe of a fuel cell (not shown), and hydrogen gas can be circulated through the measurement pipe 11 through the pipe 2. Note that the calibration fluid (that is, nitrogen gas) is supplied to the measuring device 1 in a calibration process of the detection delay time tr described later (the received wave frequency fr at the time of calibration is detected simultaneously). When the amount of change in the composition (density) of the test fluid is small, or in applications where the long-term stability of the required measurement accuracy is satisfied, calibration is performed by connecting the tank 5 filled with the calibration fluid only during manufacturing or periodic inspection. You may make it work.

測定管11は、管軸Apに対し角度θを形成する軸(超音波伝搬線Atに一致する。)を中心として、管軸方向にずれた2箇所で筒状に膨出している。このように形成される一対のトランスデューサケース112a,112bに、上流側トランスデューサ(「第1のトランスデューサ」に相当する。)12aと、下流側トランスデューサ(「第2のトランスデューサ」に相当する。)12bと、が夫々収納されている。   The measuring tube 11 swells in a cylindrical shape at two locations that are displaced in the tube axis direction, with an axis forming an angle θ with respect to the tube axis Ap (corresponding to the ultrasonic wave propagation line At) as a center. The pair of transducer cases 112a and 112b formed in this way includes an upstream transducer (corresponding to a “first transducer”) 12a and a downstream transducer (corresponding to a “second transducer”) 12b. , Are stored respectively.

これらのトランスデューサ12a,12bは、測定用の超音波Wtを発生させる振動板を含んで構成され、コントロールユニット13に接続されている。コントロールユニット13は、伝搬時間測定部131及び流量・濃度演算部132を含んで構成され、各トランスデューサ12a,12bに対し、超音波Wtを発射させるための駆動信号を発生させるとともに、発射された超音波Wtを受信した各トランスデューサから出力された受信信号Wr1,Wr2を入力する。各トランスデューサ12a,12bは、コントロールユニット13からの駆動信号を受け、超音波伝搬線Atに沿って超音波Wtを発射する。コントロールユニット13は、入力した受信信号Wr1,Wr2をもとに、測定管11を流れる水素ガスの流量Q及び密度(濃度を示す。)ρを算出し、出力する。出力された流量Q等は、図示省略のモニターに表示される。   These transducers 12 a and 12 b are configured to include a diaphragm that generates ultrasonic waves Wt for measurement, and are connected to the control unit 13. The control unit 13 includes a propagation time measurement unit 131 and a flow rate / concentration calculation unit 132. The control unit 13 generates a drive signal for causing the transducers 12a and 12b to emit the ultrasonic wave Wt, and the emitted super The reception signals Wr1 and Wr2 output from the transducers that have received the sound wave Wt are input. Each transducer 12a, 12b receives a drive signal from the control unit 13 and emits an ultrasonic wave Wt along the ultrasonic propagation line At. The control unit 13 calculates and outputs the flow rate Q and density (indicating the concentration) ρ of the hydrogen gas flowing through the measurement tube 11 based on the received reception signals Wr1 and Wr2. The output flow rate Q and the like are displayed on a monitor (not shown).

ここで、計測装置1による流量Q及び密度ρの検出原理について、図2を参照して説明する。
図2は、超音波の送信波Wt及び受信波Wr1,Wr2の波形を示している。上流側トランスデューサ12aから流れに対して順方向に超音波Wtを発射した場合に下流側トランスデューサ12bで得られる受信波をWr1とし、また下流側トランスデューサ12bから流れに対して逆方向に超音波Wtを発射した場合に上流側トランスデューサ12aで得られる受信波をWr2としている。超音波Wtが発射された後、受信信号(電圧Vで示す。)が所定のレベルVthに達した後の所定の時点(ここでは、最初の立下りのゼロクロス点)を受信時点tdi(i=1,2)として特定する。つまり、受信波Wr1,Wr2にはノイズが含まれており、しかも受信側のトランスデューサに最初に到達する超音波(以下「先頭波」という。)は振幅が小さいことから、先頭波の受信時点を正確に計測するのは困難であり、振幅が一定以上となるところを受信時点として特定する。また、受信側のトランスデューサが先頭波を受信してから、受信時点tdiが特定されるまでの時間を検知遅れ時間triとし、超音波Wtが発射されてから先頭波が受信側のトランスデューサに到達するまでの時間を伝搬時間tiとする。ここで、図1に示すように、水素ガス中における音速をCg、水素ガスの流速をVgとし、また超音波Wtの伝搬距離をLmとすると、超音波Wtを順方向に発射したときと、逆方向に発射したときとで、これらの時刻tdi及び時間tri,tiの間には、下式(1)、(2)の関係が成り立つ。
Here, the detection principle of the flow rate Q and the density ρ by the measuring device 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows waveforms of ultrasonic transmission waves Wt and reception waves Wr1 and Wr2. When the ultrasonic wave Wt is emitted from the upstream transducer 12a in the forward direction with respect to the flow, the received wave obtained by the downstream transducer 12b is Wr1, and the ultrasonic wave Wt from the downstream transducer 12b is reverse to the flow. The received wave obtained by the upstream transducer 12a when launched is Wr2. After the ultrasonic wave Wt is emitted, a reception time point tdi (i = i = i = a zero-crossing point of the first fall) after the reception signal (indicated by voltage V) reaches a predetermined level Vth. 1, 2). That is, the received waves Wr1 and Wr2 contain noise, and the ultrasonic wave that first reaches the transducer on the receiving side (hereinafter referred to as “first wave”) has a small amplitude. It is difficult to measure accurately, and the point where the amplitude is more than a certain value is specified as the reception time point. Also, the time from when the receiving-side transducer receives the leading wave until the reception time tdi is specified is the detection delay time tri, and the leading wave reaches the receiving-side transducer after the ultrasonic wave Wt is emitted. Is the propagation time ti. Here, as shown in FIG. 1, when the sound velocity in hydrogen gas is Cg, the flow velocity of hydrogen gas is Vg, and the propagation distance of the ultrasonic wave Wt is Lm, when the ultrasonic wave Wt is emitted in the forward direction, The relationship of the following formulas (1) and (2) is established between the time tdi and the times tri and ti when fired in the reverse direction.

td1=t1+tr1
=Lm/(Cg+Vg×cosθ)+tr1 ・・・(1)
td2=t2+tr2
=Lm/(Cg−Vg×cosθ)+tr2 ・・・(2)
流量Qを検出する場合は、(1)及び(2)式から、音速Cgを消去し、流速Vgに関する次式(3)を得る。
td1 = t1 + tr1
= Lm / (Cg + Vg × cos θ) + tr1 (1)
td2 = t2 + tr2
= Lm / (Cg−Vg × cos θ) + tr2 (2)
When detecting the flow rate Q, the sound velocity Cg is eliminated from the equations (1) and (2), and the following equation (3) relating to the flow velocity Vg is obtained.

Vg={Lm/(2×cosθ)}×{1/(td1−tr1)−1/(td2−tr2)} ・・・(3)
(3)式により算出した流速Vgを次式(4)に代入し、流量Qを算出する。なお、測定管11の断面積をAとし、測定管11における流速分布係数をKとする。
Q=Vg×A×K ・・・(4)
他方、密度ρを検出する場合は、(1)及び(2)式から、流速Vgを消去し、音速Cgに関する次式(5)を得る。
Vg = {Lm / (2 × cos θ)} × {1 / (td1-tr1) −1 / (td2-tr2)} (3)
Substituting the flow velocity Vg calculated by the equation (3) into the following equation (4), the flow rate Q is calculated. The cross-sectional area of the measuring tube 11 is A, and the flow velocity distribution coefficient in the measuring tube 11 is K.
Q = Vg × A × K (4)
On the other hand, when detecting the density ρ, the flow velocity Vg is eliminated from the equations (1) and (2), and the following equation (5) relating to the sound velocity Cg is obtained.

Cg=(Lm/2)×{1/(td1−tr1)+1/(td2−tr2)} ・・・(5)
(5)式により算出した音速Cgを次式(6)に代入し、密度ρを算出する。なお、被験流体の比熱比をγとし、ガス定数をRとし、絶対温度をTとする。
ρ=γ×{R×T/(22.4×Cg2)} ・・・(6)
なお、図1に示す実施形態では、超音波伝搬線Atを直線状に設定し、一対のトランスデューサ12a,12bを、管軸Apを中心とした測定管11の対向する両側の管壁に配置している。しかしながら、本発明によれば、このような配置に限らず、超音波伝搬線Atを管壁上で屈曲させて設定することで、双方のトランスデューサを測定管11の片側のみに配置することもできる。
Cg = (Lm / 2) × {1 / (td1-tr1) + 1 / (td2-tr2)} (5)
The sound velocity Cg calculated by the equation (5) is substituted into the following equation (6) to calculate the density ρ. Note that the specific heat ratio of the test fluid is γ, the gas constant is R, and the absolute temperature is T.
ρ = γ × {R × T / (22.4 × Cg 2 )} (6)
In the embodiment shown in FIG. 1, the ultrasonic propagation line At is set linearly, and the pair of transducers 12a and 12b are arranged on the opposite side wall of the measuring tube 11 with the tube axis Ap as the center. ing. However, according to the present invention, the present invention is not limited to such an arrangement, and both transducers can be arranged only on one side of the measurement tube 11 by setting the ultrasonic propagation line At to bend on the tube wall. .

なお、前述の説明では、受信信号が所定のレベルVthに達した後の最初の立ち下がりのゼロクロス点を受信時点tdiとして特定したが、トランスデューサの出力が所定のレベルVthに達した時点を直接受信時点として特定してもよい。
ここで、本実施形態における超音波Wtの伝搬時間の基本的な測定原理(検知遅れ時間trの補正を含む。)について、図3,4を参照して詳細に説明する。
In the above description, the zero-crossing point of the first falling after the reception signal reaches the predetermined level Vth is specified as the reception time tdi, but the time when the output of the transducer reaches the predetermined level Vth is directly received. You may specify as a time.
Here, the basic measurement principle (including correction of the detection delay time tr) of the propagation time of the ultrasonic wave Wt in the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.

計測装置1では、被験流体の流速Vg及び流量Qの演算において、超音波Wtの各伝搬時間t1,t2の差分を採ることとしている(上記(3)式参照)。このため、被験流体に関する所定の演算の精度を確保するうえで伝搬時間t1,t2を正確に測定することが必要となる。空気等の音速が低い被験流体を採用する場合や、検知遅れ時間trに対し、伝搬時間tが充分に長い場合は別として、本実施形態のように、水素ガス等の音速が高いガスを被験流体として採用する場合や、超音波Wtの伝搬距離Lmが短い場合には、伝搬時間tの測定に際して検知遅れ時間trの変化の影響を無視することはできない。たとえば、トランスデューサの振動板に異物が付着して該振動板の固有振動数が変化し、検知遅れ時間trが変化したときは、この固有振動数の変化に応じて検知遅れ時間trを補正することが必要である。   In the measuring device 1, in the calculation of the flow velocity Vg and the flow rate Q of the test fluid, the difference between the propagation times t1 and t2 of the ultrasonic wave Wt is taken (see the above formula (3)). For this reason, it is necessary to accurately measure the propagation times t1 and t2 in order to ensure the accuracy of the predetermined calculation relating to the test fluid. When using a test fluid with a low sound velocity such as air or when the propagation time t is sufficiently long with respect to the detection delay time tr, a gas with a high sound velocity such as hydrogen gas is tested as in this embodiment. When employed as a fluid or when the propagation distance Lm of the ultrasonic wave Wt is short, the influence of the change in the detection delay time tr cannot be ignored when measuring the propagation time t. For example, when a foreign substance adheres to the diaphragm of the transducer and the natural frequency of the diaphragm changes and the detection delay time tr changes, the detection delay time tr is corrected according to the change of the natural frequency. is required.

図3は、送信波Wt及び受信波Wrの波形を示している。また、図4は、トランスデューサ12a,12bの周波数特性を示している。ここで、トランスデューサ12a,12bは、図5に示すように、測定管11から筒状に膨出したトランスデューサケース112a内に収納されシール材121cで密封されており、超音波を送受信する振動板121bを含んで構成されている。この振動板121bの固有振動数frは、振動板121bのばね定数をkとし、その等価質量をmとすると、次式(7)により算出される。   FIG. 3 shows waveforms of the transmission wave Wt and the reception wave Wr. FIG. 4 shows the frequency characteristics of the transducers 12a and 12b. Here, as shown in FIG. 5, the transducers 12a and 12b are housed in a transducer case 112a bulging out from the measuring tube 11 and sealed with a sealing material 121c, and a diaphragm 121b for transmitting and receiving ultrasonic waves. It is comprised including. The natural frequency fr of the diaphragm 121b is calculated by the following equation (7), where k is the spring constant of the diaphragm 121b and m is the equivalent mass.

fr=(1/2π)×√(k/m) ・・・(7)
ここで、振動板121bに異物(たとえば、燃料ガスに含まれる加湿水蒸気の結露や、埃の付着による。)が付着したときには、その異物の質量に応じた分だけ振動板121bの等価質量mが見かけ上増加するので、図4に示すように、固有振動数frがより小さな値fr’に低下する。この振動板121bの固有振動数frが変化すると、図3に示すように、受信波Wrは、その周期tpが延長し、実線で示すWrから点線で示すWr’に変化する。
fr = (1 / 2π) × √ (k / m) (7)
Here, when foreign matter (for example, condensation of humidified water vapor contained in the fuel gas or adhesion of dust) adheres to the diaphragm 121b, the equivalent mass m of the diaphragm 121b is increased by an amount corresponding to the mass of the foreign matter. Since it increases apparently, as shown in FIG. 4, the natural frequency fr decreases to a smaller value fr ′. When the natural frequency fr of the diaphragm 121b changes, as shown in FIG. 3, the period tp of the received wave Wr is extended, and changes from Wr indicated by a solid line to Wr ′ indicated by a dotted line.

図3において、特定される受信時点tdは、先頭波S1の到達時点から所定の検知遅れ時間trが経過した時点として特定されるが、この検知遅れ時間trは、受信側のトランスデューサの振動板121bの固有振動数fr又は受信波Wrの周期tpの変化に伴って変化する。振動板121bに異物が付着して固有振動数frが低下した場合における受信時点td’は、本来の受信時点tdよりも固有振動数frの変化に応じた時間(以下「誤差時間」という。)δtだけ遅れた時点として特定される。この誤差時間δtは、受信時点td’が特定されるまでに到達した波の数(以下「検知時交番数」という。)Nrに応じ、次式(8)により算出される。   In FIG. 3, the specified reception time td is specified as the time when a predetermined detection delay time tr has elapsed from the arrival time of the leading wave S1, and this detection delay time tr is the diaphragm 121b of the receiving-side transducer. Changes with the change in the natural frequency fr or the period tp of the received wave Wr. The reception time td ′ when the natural frequency fr decreases due to foreign matter adhering to the diaphragm 121b is a time corresponding to a change in the natural frequency fr than the original reception time td (hereinafter referred to as “error time”). It is specified as a time point delayed by δt. This error time δt is calculated by the following equation (8) according to the number of waves that have reached until the reception time point td ′ is specified (hereinafter referred to as “the number of alternatings at the time of detection”) Nr.

δt=Nr×(1/fr’−1/fr) ・・・(8)
以上から、前回の較正後、固有振動数frの変化により実際の検知遅れ時間trが変化した場合は、受信時点td’は次式(9)の関係となる。
td’=td+δt
=(t+tr)+δt ・・・(9)
従って、振動板121bの固有振動数frの変化による測定誤差を回避するためには、伝搬時間tの測定に際し、受信波Wrからその実際の周波数(以下「受信波周波数」という。)fr’を検出して、誤差時間δtを算出するとともに、算出した誤差時間δtを検知遅れ時間trに加算する補正演算が必要になる。なお、補正係数となる検知時交番数Nrは、較正時に検知遅れ時間trとともに設定され、較正時に得られる受信波周波数をfrとして、次式(10)により算出される。
δt = Nr × (1 / fr′−1 / fr) (8)
From the above, when the actual detection delay time tr changes due to the change in the natural frequency fr after the previous calibration, the reception time td ′ has the relationship of the following equation (9).
td ′ = td + δt
= (T + tr) + δt (9)
Therefore, in order to avoid a measurement error due to a change in the natural frequency fr of the diaphragm 121b, the actual frequency (hereinafter referred to as “received wave frequency”) fr ′ from the received wave Wr is measured when the propagation time t is measured. Detection is required to calculate the error time δt, and a correction operation is required to add the calculated error time δt to the detection delay time tr. The detection alternating number Nr that is a correction coefficient is set together with the detection delay time tr at the time of calibration, and is calculated by the following equation (10), with the received wave frequency obtained at the time of calibration being fr.

Nr=tr×fr ・・・(10)
本発明では、以上のような補正係数の記憶や、計測サンプリング毎に高速実行される補正演算や、さらにはトランスデューサの製造ばらつきを吸収するための較正作業をも省略して、簡単な構成にて補正演算と同様の効果を得ることができる。これについて、以下に説明する。
Nr = tr × fr (10)
In the present invention, the correction coefficient storage as described above, the correction calculation executed at high speed for each measurement sampling, and the calibration work for absorbing the manufacturing variation of the transducer are omitted, with a simple configuration. The same effect as the correction calculation can be obtained. This will be described below.

図6は、図1に示すコントロールユニット13における伝搬時間測定部131、及び流量・濃度演算部132の構成を示すブロック図である。このコントロールユニット13の構成について、図7に示すタイムチャートを参照しながら説明する。
本実施形態では、一対のトランスデューサ12a,12bから発射された超音波Wtの受信波周波数を規定値に制御する機能をもたせ、簡単な構成で被験流体に関する所定の演算の基礎となる超音波の伝搬時間を正確に測定することとしている。また、コントロールユニット13に対し、超音波Wtの発射後、所定の禁止期間tgが経過するまでの間、受信時点の特定を禁止する機能を持たせ、受信波Wrに重畳したノイズにより誤った受信時点が特定されるのを防止することとしている。また、被験流体の音速等の変化による受信時点td(又は検知時交番数Nr)のずれを補正する機能を持たせ、経過時間tdの変化に後述する「折り返し」が生じた場合に、この折り返しによる伝搬時間tの測定誤差を回避することとしている。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the propagation time measurement unit 131 and the flow rate / concentration calculation unit 132 in the control unit 13 shown in FIG. The configuration of the control unit 13 will be described with reference to the time chart shown in FIG.
In this embodiment, a function of controlling the reception wave frequency of the ultrasonic wave Wt emitted from the pair of transducers 12a and 12b to a specified value is provided, and the propagation of the ultrasonic wave serving as a basis for a predetermined calculation relating to the test fluid with a simple configuration. The time is to be measured accurately. In addition, the control unit 13 is provided with a function for prohibiting specification of the reception time until the predetermined prohibition period tg elapses after the ultrasonic wave Wt is emitted, and erroneous reception due to noise superimposed on the reception wave Wr. It is supposed to prevent the time point from being specified. In addition, a function for correcting a shift in the reception time point td (or the detection alternating number Nr) due to a change in the sound velocity or the like of the test fluid is provided, and this return is performed when a “return” described later occurs in the change in the elapsed time td. The measurement error of the propagation time t due to is avoided.

図6に示す方向切替スイッチ131aは、一方のトランスデューサ(例えば、上流側トランスデューサ12a)を送信用に選択するとともに、他方の下流側トランスデューサ12bを受信用に選択する。
送信駆動部131bは、送信用のトランスデューサ12aに対する駆動信号を発生させる。発生した駆動信号は、方向切替スイッチ131aを介してトランスデューサ12aに出力されて、超音波Wtが発射される。この超音波Wtの発射時刻をt0とする(図7参照)。送信駆動部131bは、駆動信号を発生させるのと同時に、禁止期間設定部131c及び経過時間測定部131fに対し、計時開始信号startを出力する。
The direction switch 131a shown in FIG. 6 selects one transducer (for example, the upstream transducer 12a) for transmission, and selects the other downstream transducer 12b for reception.
The transmission drive unit 131b generates a drive signal for the transmission transducer 12a. The generated drive signal is output to the transducer 12a via the direction switch 131a, and the ultrasonic wave Wt is emitted. The emission time of this ultrasonic wave Wt is set to t0 (refer FIG. 7). At the same time as generating the drive signal, the transmission drive unit 131b outputs a time measurement start signal start to the prohibition period setting unit 131c and the elapsed time measurement unit 131f.

禁止期間設定部131cは、計測開始信号startを受けると、受信検知部131dに対し、受信制御信号Sgを出力する。この受信制御信号Sgは、図7に示すように、所定の禁止期間tgに亘り受信時点の特定を禁止する信号であって、禁止期間tgはLoレベルに設定され、禁止期間tgの経過後にHiレベルに切り換えられる。この受信制御信号SgがLoレベルに設定されている間は、受信検知部131dによる受信時点の特定が禁止又は実質的に禁止され、受信制御信号SgがHiレベルに切り換えられることで、受信時点の特定が許可される。   Upon receiving the measurement start signal start, the prohibition period setting unit 131c outputs a reception control signal Sg to the reception detection unit 131d. As shown in FIG. 7, this reception control signal Sg is a signal that prohibits specification of the reception time point over a predetermined prohibition period tg. The prohibition period tg is set to Lo level, and after the elapse of the prohibition period tg, Hi Switch to level. While the reception control signal Sg is set at the Lo level, specification of the reception time point by the reception detection unit 131d is prohibited or substantially prohibited, and the reception control signal Sg is switched to the Hi level, so that Identification is allowed.

本実施例の場合には、受信時点tdは、受信制御信号SgがHiレベルとなって受信時点の特定が許可された後における最初の立下りゼロクロス点Aとして特定される。なお、禁止期間tgは、図6に示す禁止期間記憶部131eに記憶されており、禁止期間設定部131cに読み込まれる。この禁止期間tgの例として、受信波Wrが定常化するまでの期間とすることができる。この場合は、受信波Wrの振幅が最大値に達した時点で定常化したものとする。また、禁止期間tgの他の例として、図7に示すように、受信波Wrの周期毎の振幅変動量ΔVs(=Vsn−Vsn-1)がノイズ成分Wnの振幅よりも充分に大きくなる(たとえば、2倍の大きさとなる。)までの期間を採用してもよい。さらに、他の例として、超音波Wtが発射された後、受信信号が所定のレベルVth(図2参照)に達した後の時点として設定すれば、受信時点tdiを禁止期間tgとして特定することができる(このとき、図2と図7のタイムチャートは同等のものとみなせる)。 In the case of the present embodiment, the reception time point td is specified as the first falling zero-cross point A after the reception control signal Sg becomes Hi level and the specification of the reception time point is permitted. The prohibition period tg is stored in the prohibition period storage unit 131e shown in FIG. 6, and is read into the prohibition period setting unit 131c. As an example of the prohibition period tg, a period until the reception wave Wr becomes steady can be used. In this case, it is assumed that the received wave Wr is steady when the amplitude of the received wave Wr reaches the maximum value. As another example of the prohibition period tg, as shown in FIG. 7, the amplitude fluctuation amount ΔVs (= Vs n −Vs n−1 ) for each period of the received wave Wr is sufficiently larger than the amplitude of the noise component Wn. A period up to (for example, twice as large) may be adopted. Further, as another example, if the reception signal reaches a predetermined level Vth (see FIG. 2) after the ultrasonic wave Wt is emitted, the reception time tdi is specified as the prohibition period tg. (At this time, the time charts in FIGS. 2 and 7 can be regarded as equivalent).

図6に示す受信検知部131dは、方向切替スイッチ131aにより受信用に選択されたトランスデューサ12bから受信信号Wrを入力する。この受信検知部131dは、禁止期間設定部131cから入力した受信制御信号Sgが禁止の解除を示すHiレベルに切り換えられるまで、受信信号Wrを矩形信号Sbに変換しつつ、受信時点の特定を保留する。また、受信検知部131dは、受信時点として、受信制御信号SgがHiレベルに切り換えられた後で、最初に得られた矩形信号Sb(=P6)の立ち下がり点(以下「ゼロクロス点」という。)Bを特定するとともに、この特定したゼロクロス点Bにおいて、経過時間測定部131fに対し、計時終了信号stopを出力する。   The reception detection unit 131d illustrated in FIG. 6 inputs the reception signal Wr from the transducer 12b selected for reception by the direction switch 131a. The reception detection unit 131d suspends specification of the reception time point while converting the reception signal Wr into a rectangular signal Sb until the reception control signal Sg input from the prohibition period setting unit 131c is switched to a Hi level indicating cancellation of prohibition. To do. In addition, the reception detection unit 131d receives the falling point (hereinafter referred to as “zero cross point”) of the rectangular signal Sb (= P6) obtained first after the reception control signal Sg is switched to the Hi level as the reception time point. ) B is specified, and at the specified zero cross point B, a time measurement end signal stop is output to the elapsed time measuring unit 131f.

経過時間測定部131fは、計時開始信号startの入力によりタイマーを作動させるとともに、計時終了信号stopの入力によりタイマーを停止させ、この計時開始信号startの入力から計時終了信号stopの入力までの経過時間を測定し、その計時結果tdを伝搬時間算出部131hに出力する。
他方、受信波周波数検出部131gは、受信側のトランスデューサの出力波形の周波数を受信波周波数として検出する受信波周波数検出手段となるもので、経過時間測定部131fにおける経過時間tdの測定と並行して、受信検知部131dから矩形信号Sbを入力し、この入力した矩形信号Sbをもとに、受信波周波数frを検出する。すなわち、受信波周波数検出部131gは、単位時間当たりに入力した矩形信号Sbの数を計数するか、あるいは矩形信号Sbの入力周期tpを算出するとともに、その逆数を算出して、受信波周波数frを検出する。そして、受信波周波数検出部131gは、検出した受信波周波数frを、検知遅れ時間設定部131i、周期遷移補正部131j及び起動判定部131kに出力する。
The elapsed time measuring unit 131f operates the timer by inputting the timing start signal start and stops the timer by inputting the timing end signal stop, and the elapsed time from the input of the timing start signal start to the input of the timing end signal stop And the time measurement result td is output to the propagation time calculation unit 131h.
On the other hand, the reception wave frequency detection unit 131g serves as reception wave frequency detection means for detecting the frequency of the output waveform of the transducer on the reception side as the reception wave frequency, and is in parallel with the measurement of the elapsed time td in the elapsed time measurement unit 131f. Then, the rectangular signal Sb is input from the reception detector 131d, and the reception wave frequency fr is detected based on the input rectangular signal Sb. That is, the reception wave frequency detection unit 131g counts the number of rectangular signals Sb input per unit time or calculates the input period tp of the rectangular signal Sb and calculates the reciprocal thereof to determine the reception wave frequency fr. Is detected. Then, the reception wave frequency detection unit 131g outputs the detected reception wave frequency fr to the detection delay time setting unit 131i, the period transition correction unit 131j, and the activation determination unit 131k.

このとき、前記矩形信号Sbを計数する範囲は、図7に示すように、前回の計測において算出された伝播時間tを引用して、超音波Wtが発射された時刻t0から伝播時間tが経過した時点までの期間とする。また、前記矩形信号Sbを計数する範囲は、受信波Wrの振幅がノイズ成分Wnの振幅よりも大きくなる周期数(たとえば、P2)が経過してから受信特定時点tdまでの期間を採用してもよい。また、図1に示す測定管11に対し、被験流体(水素ガス)に代えて、タンク5から音速が既知の較正流体(窒素ガス)を流通して、所定の検知遅れ時間trを予め求めておき、この検知遅れ時間trの間に受信した周波数frを受信波周波数検出部131gで検出してもよい。   At this time, the range in which the rectangular signal Sb is counted is that the propagation time t has elapsed from the time t0 when the ultrasonic wave Wt was emitted, with reference to the propagation time t calculated in the previous measurement, as shown in FIG. The period up to the point in time. The range for counting the rectangular signal Sb is a period from the elapse of the number of periods (for example, P2) in which the amplitude of the received wave Wr is larger than the amplitude of the noise component Wn to the reception specific time td. Also good. In addition, instead of the test fluid (hydrogen gas), a calibration fluid (nitrogen gas) having a known sound velocity is circulated from the tank 5 to the measurement tube 11 shown in FIG. 1 to obtain a predetermined detection delay time tr in advance. Alternatively, the frequency fr received during the detection delay time tr may be detected by the received wave frequency detector 131g.

このような構成により、被験流体の流量Q及び濃度ρの検出に無関係なノイズ成分Wnの周波数の検出を防ぐことができ、周波数検出誤差を最小にすることができる。
また、図6に示す伝搬時間算出部131hは、入力した経過時間tdと、検知遅れ時間trと、後述する周期遷移補正量tcとをもとに、下式(11)により伝搬時間tを算出し、この伝搬時間tを流量・濃度演算部132に出力する。
With such a configuration, it is possible to prevent detection of the frequency of the noise component Wn irrelevant to detection of the flow rate Q and concentration ρ of the test fluid, and to minimize the frequency detection error.
Further, the propagation time calculation unit 131h illustrated in FIG. 6 calculates the propagation time t by the following equation (11) based on the input elapsed time td, the detection delay time tr, and the period transition correction amount tc described later. The propagation time t is output to the flow rate / concentration calculation unit 132.

t=td−tr−tc ・・・(11)
なお、検知遅れ時間trは、後述する検知遅れ時間設定部131iで設定され、周期遷移補正量tcは、後述する周期遷移補正部131jにより設定される。この検知遅れ時間tr及び周期遷移補正量tcは、ともに伝搬時間算出部131hに読み込まれる。
検知遅れ時間設定部131iは、後述する較正処理に従い更新された検知遅れ時間trを保持する。
t = td−tr−tc (11)
The detection delay time tr is set by a detection delay time setting unit 131i described later, and the period transition correction amount tc is set by a period transition correction unit 131j described later. Both the detection delay time tr and the period transition correction amount tc are read into the propagation time calculation unit 131h.
The detection delay time setting unit 131i holds a detection delay time tr updated according to a calibration process described later.

周期遷移補正部131jは、入力した伝搬時間td、禁止期間tg及び受信波周波数frをもとに、周期遷移補正量tcを算出する。
ここで、周期遷移補正部131jの動作について説明する。
周期遷移補正部131jは、経過時間tdの変化に折り返し(以下、単に「折り返し」という。)が生じたことで、1周期以上の誤差を含んでゼロクロス点を特定した場合に、この誤差を補償するための周期遷移補正量tcを算出する。周期遷移補正部131jは、経過時間td及び禁止期間tgをもとに、折り返しが生じたことを検出し、これを検出したときは、その方向に応じた周期遷移補正量tcを算出し、伝搬時間算出部131hに出力する。
The period transition correction unit 131j calculates the period transition correction amount tc based on the input propagation time td, prohibition period tg, and received wave frequency fr.
Here, the operation of the period transition correction unit 131j will be described.
The period transition correction unit 131j compensates for this error when a zero cross point is specified including an error of one period or more due to a loopback (hereinafter simply referred to as “loopback”) occurring in the change in the elapsed time td. A periodic transition correction amount tc for calculating the value is calculated. The periodic transition correction unit 131j detects that the aliasing has occurred based on the elapsed time td and the prohibition period tg. When this is detected, the periodic transition correction unit 131j calculates the periodic transition correction amount tc corresponding to the direction and propagates it. It outputs to the time calculation part 131h.

ここで、経過時間tdの変化の折り返しについて、図7に示すタイムチャート(順方向に超音波を発射したものとする。)により説明する。
本実施例では、受信波Wrのうち、6周期目の波S6を対象とし、その減少方向のゼロクロス点Bを受信時点として特定している。まず、1回目の計測において、受信制御信号Sgがこの波S6の到達時点以前にHiレベルに切り換えられ、ゼロクロス点Bの特定が許可されている。矩形信号Sbは、波S6の到達に伴いHiレベルに遷移し、その後のゼロクロス点BでLoレベルに遷移している。このため、矩形信号Sbのうち、最初の立ち下がり点を検出することで、正しいゼロクロス点Bを特定することができる。次の計測では、被験流体の音速が高くなるか、あるいは流量Qが増大し、受信波Wrの位相が前回の計測時よりも早まっているものとする。この場合は、音速等の変化量に応じ、測定される経過時間tdは短くなるのが通常である。ところが、音速等の変化が大きく、受信制御信号SgがHiレベルに切り換えられる時点が本来のゼロクロス点Bよりも遅くなったとすると、この本来のゼロクロス点B後にゼロクロス点の特定が許可されるため次の7周期目の波S7に対応する矩形信号P7でゼロクロス点Cが特定されることとなり、測定された経過時間td’には、1周期分の誤差(=tc)が含まれることとなる。このように経過時間tdが本来の方向とは逆に変化することを、折り返しという。
Here, the return of the change in the elapsed time td will be described with reference to the time chart shown in FIG. 7 (assuming that ultrasonic waves are emitted in the forward direction).
In the present embodiment, among the received waves Wr, the wave S6 in the sixth cycle is targeted, and the zero-cross point B in the decreasing direction is specified as the reception time point. First, in the first measurement, the reception control signal Sg is switched to the Hi level before the arrival time of the wave S6, and the specification of the zero cross point B is permitted. The rectangular signal Sb transitions to the Hi level with the arrival of the wave S6, and then transitions to the Lo level at the zero cross point B thereafter. For this reason, the correct zero cross point B can be specified by detecting the first falling point of the rectangular signal Sb. In the next measurement, it is assumed that the sound velocity of the test fluid increases or the flow rate Q increases, and the phase of the received wave Wr is earlier than the previous measurement. In this case, the measured elapsed time td is usually shortened according to the amount of change such as the sound speed. However, if a change in sound speed or the like is large and the time point when the reception control signal Sg is switched to the Hi level is later than the original zero cross point B, the specification of the zero cross point is permitted after the original zero cross point B. The zero cross point C is specified by the rectangular signal P7 corresponding to the wave S7 in the seventh cycle, and the measured elapsed time td ′ includes an error (= tc) for one cycle. Such a change in the elapsed time td opposite to the original direction is referred to as folding.

周期遷移補正部131jは、経過時間td及び禁止期間tgの差tm(=td−tg)を算出する。この差tmは、受信制御信号SgがHiレベルに切り換えられてからゼロクロス点が特定されるまでの時間である。周期遷移補正部131jは、この差tmと、前回の計測時に算出した差tmn-1とを入力し、これらの差Dtm(=tm−tmn-1)を算出する。算出した差Dtmを超音波の周期tpで除算することで、差Dtmを、周期tpを基準とした差tmの変化率(「変動率」に相当する。)Xに変換する。得られた変化率Xの絶対値が所定の値よりも大きいか否かを判定し、大きいときは折り返しが生じたものと判定する。なお、所定の値は、流量Qの変化の速さと計測の実行間隔とから決定される。受信波形Wrに1周期分のズレを与える流量Qの変化が1秒をかけて行われ、計測の実行間隔が0.1秒である場合は、流量Qの変化が時間に対して直線的に変化するとすれば、差tm(すなわち、経過時間td)は、0.1(=1×0.1)の割合で変化することになり、この0.1を超える変化率Xが算出されたときは、折り返しが生じたものと判断することができる。周期遷移補正部131jは、折り返しの検出と並行して、差Dtmをその絶対値で除算し、経過時間tdの変化の方向を判定する。経過時間tdが短くなる場合は“−”を設定し、経過時間が長くなる場合は“+”を設定する。この設定した符号“−”又は“+”を商Dtm/|Dtm|に付加し、判定値を設定する。この判定値の符号は、補正の方向を示す。そして、折り返しを検出したときは、前回の計測時に算出した周期遷移数Ncn-1に、この判定値(=−1,1)を減算又は加算し、今回の周期遷移数を算出する。周期遷移補正部131jは、算出した周期遷移数及び受信波周波数fr(=fr’)をもとに、次式(12)により周期遷移補正量tcを算出する。 The period transition correction unit 131j calculates a difference tm (= td−tg) between the elapsed time td and the prohibition period tg. This difference tm is the time from when the reception control signal Sg is switched to the Hi level until the zero cross point is specified. The period transition correction unit 131j receives the difference tm and the difference tm n−1 calculated at the previous measurement, and calculates the difference Dtm (= tm−tm n−1 ). By dividing the calculated difference Dtm by the ultrasonic cycle tp, the difference Dtm is converted into a change rate (corresponding to “variation rate”) X of the difference tm with the cycle tp as a reference. It is determined whether or not the absolute value of the obtained change rate X is larger than a predetermined value. If it is larger, it is determined that aliasing has occurred. The predetermined value is determined from the rate of change of the flow rate Q and the measurement execution interval. When the change in the flow rate Q that gives a shift of one period to the received waveform Wr is performed over 1 second and the measurement execution interval is 0.1 second, the change in the flow rate Q is linear with respect to time. If it changes, the difference tm (that is, the elapsed time td) will change at a rate of 0.1 (= 1 × 0.1). When the change rate X exceeding 0.1 is calculated, It can be determined that folding has occurred. The period transition correcting unit 131j divides the difference Dtm by the absolute value in parallel with the detection of the aliasing, and determines the direction of change in the elapsed time td. “−” Is set when the elapsed time td is short, and “+” is set when the elapsed time is long. The set code “−” or “+” is added to the quotient Dtm / | Dtm |, and the determination value is set. The sign of this determination value indicates the direction of correction. When turn-back is detected, this determination value (= -1, 1) is subtracted or added to the number of periodic transitions Ncn -1 calculated at the previous measurement to calculate the current number of periodic transitions. The periodic transition correction unit 131j calculates the periodic transition correction amount tc by the following equation (12) based on the calculated number of periodic transitions and the received wave frequency fr (= fr ′).

tc=Nc×tp’=Nc/fr’ ・・・(12)
ここでも受信周波数が変数として存在するが、本発明ではtp’あるいはfr’を定数化することができる。
また、温度調整部131mは、トランスデューサ12a,12bの振動板121bを所定の温度に調整する温度調整手段となるもので、トランスデューサ12a(12b)の振動板に貼付した発熱体に電力を供給し、この供給電流により振動板を所定の温度に調整するようになっている。その実施例を図5及び図8を参照して説明する。図5において、トランスデューサ12aの振動板121bが測定管11内の被験流体と接する面の反対側の面には、電気音響変換素子(圧電素子)121dの振動を妨げないように、同心円状の板状ヒータ121eが接着されている。
tc = Nc × tp ′ = Nc / fr ′ (12)
Here, the reception frequency exists as a variable, but in the present invention, tp ′ or fr ′ can be made constant.
The temperature adjusting unit 131m serves as a temperature adjusting unit that adjusts the diaphragm 121b of the transducers 12a and 12b to a predetermined temperature. The temperature adjusting unit 131m supplies power to a heating element attached to the diaphragm of the transducer 12a (12b). The diaphragm is adjusted to a predetermined temperature by this supply current. The embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, a concentric plate is provided on the surface of the transducer 12a opposite to the surface in contact with the test fluid in the measurement tube 11 so as not to disturb the vibration of the electroacoustic transducer (piezoelectric element) 121d. A heater 121e is adhered.

この板状ヒータ121eに供給されるヒータ電流Ihと、その発熱温度Tdとの関係を図8のIh−Td線図を参照して説明する。図8に示すグラフの横軸は、被験流体の温度Tgであり、Tlは被験流体の取り得る最低温度(0℃)を示し、Thは被験流体の取り得る最大温度で、かつ振動板121bの調整温度Tsを示す。これにより、温度調整部131mからのヒータ電流Ihは、最低温度Tlの時に最大電流Isを必要とする。また、被験流体の温度と振動板121bの調整温度Tsが一致するThでは、加温が不要なのでヒータ電流Ihは0となる。つまり、被験流体の温度と調整温度Tsとの差分に応じたヒータ電流Ihを板状ヒータ121eに供給することで、トランスデューサ12a(12b)の振動板121bを一定温度に保つことができる。   The relationship between the heater current Ih supplied to the plate heater 121e and the heat generation temperature Td will be described with reference to the Ih-Td diagram of FIG. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 8 is the temperature Tg of the test fluid, Tl indicates the lowest temperature (0 ° C.) that the test fluid can take, Th is the maximum temperature that the test fluid can take, and the diaphragm 121b The adjustment temperature Ts is shown. As a result, the heater current Ih from the temperature adjusting unit 131m requires the maximum current Is at the minimum temperature Tl. Further, in Th where the temperature of the test fluid and the adjustment temperature Ts of the diaphragm 121b coincide with each other, the heater current Ih becomes 0 because heating is unnecessary. That is, the diaphragm 121b of the transducer 12a (12b) can be maintained at a constant temperature by supplying the heater current Ih corresponding to the difference between the temperature of the test fluid and the adjustment temperature Ts to the plate heater 121e.

このような構成により、振動板121bの固有振動数を一定に保つことができるので、音響−電気変換された受信信号Wr1,Wr2は一定周波数となる。トランスデューサの受信周波数が一定(たとえば、40kHz)に保たれると、検出した超音波送受信間時間から、実際に被験流体中を伝播するのに有した伝播時間tを算出する際の周波数変化の補正演算および補正係数が不要になる。したがって、精度を落とすことなく装置の簡素化を図ることができ、ローコストと小型化が可能になる。また、補正演算誤差に因る計測誤差も改善する。   With such a configuration, the natural frequency of the diaphragm 121b can be kept constant, so that the acoustic-electrically converted reception signals Wr1 and Wr2 have a constant frequency. When the reception frequency of the transducer is kept constant (for example, 40 kHz), correction of the frequency change when calculating the propagation time t actually propagated in the test fluid from the detected ultrasonic transmission / reception time Arithmetic and correction coefficients are not required. Therefore, the apparatus can be simplified without degrading accuracy, and low cost and downsizing can be achieved. Also, the measurement error due to the correction calculation error is improved.

また、トランスデューサの振動板121bの固有振動数は、被験流体の最大温度Thにおいて所定の受信波周波数となるように設定されている。
このような構成により、被験流体の温度変化に係わらず、振動板121bを一定温度に加温すれば良く、簡素化と計測精度維持が図れる。また、振動板121bの温度が常に被験流体温度より高くなることから、被験流体に接する側の表面の結露が防止でき、音波受信障害を回避できるといった副次効果も得る。
Further, the natural frequency of the diaphragm 121b of the transducer is set to have a predetermined received wave frequency at the maximum temperature Th of the test fluid.
With such a configuration, the diaphragm 121b may be heated to a constant temperature regardless of the temperature change of the test fluid, and simplification and measurement accuracy maintenance can be achieved. Further, since the temperature of the diaphragm 121b is always higher than the test fluid temperature, dew condensation on the surface on the side in contact with the test fluid can be prevented, and a secondary effect that a sound wave reception failure can be avoided is also obtained.

また、本実施形態によれば、トランスデューサ12a(12b)を格納するトランスデューサケース112a全体を外部から加温する方式に対して、加温のための電力を節約できると共に、加温面積がトランスデューサ12a(12b)の振動板121bのみと小さいことから、被験流体が熱せられて本来の流体温度が変化して生じる計測誤差を実用上無視することができる。   In addition, according to the present embodiment, power for heating can be saved and the heating area of the transducer case 12a (12b (12b) can be saved as compared with the method in which the entire transducer case 112a for storing the transducer 12a (12b) is heated from the outside. Since only the diaphragm 121b of 12b) is small, the measurement error caused by the change of the original fluid temperature due to the test fluid being heated can be ignored in practice.

また、温度調整部131mは、受信波周波数検出部131gで検出した受信波周波数が所定の周波数となるように、振動板121bの温度を調整するように構成されている。
このような構成により、振動板121bの温度を検出する手段を設けることなく、振動板121bを所定の温度に保つことができる。よって、簡単な構成で振動板121bの固有振動数が変動しなくなるので、トランスデューサ12a(12b)の受信周波数を一定に保つことができる。
The temperature adjustment unit 131m is configured to adjust the temperature of the diaphragm 121b so that the reception wave frequency detected by the reception wave frequency detection unit 131g becomes a predetermined frequency.
With such a configuration, the diaphragm 121b can be maintained at a predetermined temperature without providing a means for detecting the temperature of the diaphragm 121b. Therefore, since the natural frequency of the diaphragm 121b does not vary with a simple configuration, the reception frequency of the transducer 12a (12b) can be kept constant.

なお、電流制御の方法としては、図示省略の温度センサによりトランスデューサの温度Tdを検出してフィードバック制御する方法が一般的であるが、ここでは受信周波数frと設定したい周波数fsとの差分εtがゼロとなるように、ヒータ電流Ihを制御する方法が良い結果を生む。この温度調整部131mの制御ブロックを図9に示す。
また、温度調整部131mの他の実施例としては、図5に示す振動板121bを加熱するヒータとして、PTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータを用いた構成がある。PTCヒータとは、正の抵抗温度係数の自己温度制御特性を有するヒータであって、チタン酸バリウム等を主成分とする。このPTCヒータは、図5に示す板状ヒータ121eと同様に、トランスデューサ12a(12b)の振動板121bに接着する。このPTCヒータは、特定の温度以上となると、その抵抗値Rhが急増する特性を有するものである。よって、図8のTd−Rh線図に示すように、抵抗値Rhが急増する臨界温度が、振動板121bの設定温度Tsに合致する材質を主成分として選択することで、自己温度調整される。素子毎に調整温度のばらつきがあるので、事前の較正を必要とするが、それを補って余りあるほどの低コスト化が図れる。
As a current control method, a method in which a temperature Td of a transducer is detected by a temperature sensor (not shown) and feedback control is generally performed, but here, a difference εt between a reception frequency fr and a frequency fs to be set is zero. Thus, the method of controlling the heater current Ih produces a good result. A control block of the temperature adjustment unit 131m is shown in FIG.
Further, as another example of the temperature adjusting unit 131m, there is a configuration in which a PTC (Positive Temperature Coefficient) heater is used as a heater for heating the diaphragm 121b shown in FIG. The PTC heater is a heater having a self-temperature control characteristic with a positive resistance temperature coefficient, and mainly contains barium titanate or the like. This PTC heater adheres to the diaphragm 121b of the transducer 12a (12b), similarly to the plate heater 121e shown in FIG. This PTC heater has a characteristic that its resistance value Rh increases rapidly when the temperature exceeds a specific temperature. Therefore, as shown in the Td-Rh diagram of FIG. 8, the critical temperature at which the resistance value Rh rapidly increases is self-adjusted by selecting a material that matches the set temperature Ts of the diaphragm 121b as a main component. . Since there are variations in the adjustment temperature for each element, prior calibration is required, but the cost can be reduced as much as it can be compensated.

このような構成により、温度検出手段を設けることなく、振動板121bを所定の温度に保つことができる。
また、温度調整部131mの更に他の実施例を図10に示す。この例による温度調整部131mは、トランスデューサ12a’(12b’)の振動板121bが測定管11内の被験流体と接する面の反対側の面の近傍に、コイル121hを設けたものである。このコイル121hは、電磁誘導発生手段となるもので、温度調整部131mからの供給電流により電磁誘導を発生して振動板121bを加熱するようになっている。このコイル121hは、トランスデューサの振動板121bと適切な空隙を有してトランスデューサのボディー121aに固定されている。コイル121hに交流電流を流すと、矢印Hに示す経路に磁束が通り、振動板121bには円周方向に誘導電流(渦電流)Ieが流れる。この誘導電流と、振動板121bの持つ電気抵抗によりジュール熱が生じて、振動板121bが発熱する。また、温度制御方法としては、図9の制御ブロックに示すように、受信周波数frと、設定したい周波数fsとの差分εtがゼロとなるように、フィードバック制御を用いて、コイル通電電流を調整することで実現することができる。
With such a configuration, the diaphragm 121b can be maintained at a predetermined temperature without providing a temperature detecting means.
FIG. 10 shows still another embodiment of the temperature adjustment unit 131m. The temperature adjustment unit 131m according to this example is provided with a coil 121h in the vicinity of the surface of the transducer 12a '(12b') on the side opposite to the surface in contact with the test fluid in the measurement tube 11. The coil 121h serves as an electromagnetic induction generating means, and generates electromagnetic induction by a supply current from the temperature adjusting unit 131m to heat the diaphragm 121b. The coil 121h is fixed to the transducer body 121a with an appropriate gap from the transducer diaphragm 121b. When an alternating current is passed through the coil 121h, a magnetic flux passes along the path indicated by the arrow H, and an induced current (eddy current) Ie flows in the circumferential direction through the diaphragm 121b. Joule heat is generated by the induced current and the electrical resistance of the diaphragm 121b, and the diaphragm 121b generates heat. As a temperature control method, as shown in the control block of FIG. 9, the coil energization current is adjusted using feedback control so that the difference εt between the reception frequency fr and the frequency fs to be set becomes zero. Can be realized.

このような構成により、振動板121bの温度調整を非接触で行うことにより、振動板121bの振幅特性や、過渡応答特性に影響を及ぼさないようにすることができる。したがって、トランスデューサ12a,12bの音響設計の自由度を広げることができる。また、ヒータの接着不良や剥がれ等を考慮する必要もない。
次に、図6に示す起動判定部131kについて説明する。起動判定部131kは、受信波周波数検出部131gで検出した受信波周波数frが所定の周波数範囲にある場合に、流量・濃度演算部132に所定の演算を開始させる起動信号Suを出力する起動信号出力手段となるものである。温度低下によりトランスデューサ12aの振動板121bの表面が結氷した場合は、振動板121bのばね定数kが大きくなるので、受信波周波数frが高くなる(上記(7)式参照)。一方、振動板121bの表面に液滴が付着した場合は、振動板121bの等価質量mが増加するので、受信波周波数frが低くなる(上記(7)式参照)。そして、振動板121bの表面が、適度な乾燥状態から湿潤状態の場合には、正規の受信波周波数を検出することができる。よって、振動板121bの表面状態と受信周波数frとの関係を予め求めておくことで、計測誤差を悪化させる原因となる振動板121bの結氷や、液滴付着状態を判定できる。たとえば、振動板121bの表面が結氷した状態の受信波周波数を最小許容受信周波数flとし、表面に液滴が付着した状態の受信波周波数を最大許容受信周波数fhとする。そして、図11の表に示すように、受信波周波数frが最大許容周波数fhの値以上となったとき、あるいは、最小許容周波数flの値以下となったときは、起動信号Suの出力をOFFにする(たとえば、出力電圧を0Vとする)。一方、受信波周波数frの値が最小許容周波数flより大きく、かつ最大許容周波数fhより小さい範囲内にあるときには、起動信号Suの出力をONにする(たとえば、出力電圧を5Vとする)。
With such a configuration, by adjusting the temperature of the diaphragm 121b in a non-contact manner, the amplitude characteristics and transient response characteristics of the diaphragm 121b can be prevented from being affected. Therefore, the degree of freedom in acoustic design of the transducers 12a and 12b can be expanded. In addition, it is not necessary to consider poor adhesion or peeling of the heater.
Next, the activation determination unit 131k illustrated in FIG. 6 will be described. The activation determination unit 131k outputs an activation signal Su that causes the flow rate / concentration calculation unit 132 to start a predetermined calculation when the reception wave frequency fr detected by the reception wave frequency detection unit 131g is within a predetermined frequency range. It becomes an output means. When the surface of the diaphragm 121b of the transducer 12a freezes due to the temperature drop, the spring constant k of the diaphragm 121b increases, so that the received wave frequency fr increases (see the above equation (7)). On the other hand, when a droplet adheres to the surface of the vibration plate 121b, the equivalent mass m of the vibration plate 121b increases, so the received wave frequency fr decreases (see the above formula (7)). Then, when the surface of the diaphragm 121b is in a moderate dry state to a wet state, a normal received wave frequency can be detected. Therefore, by determining in advance the relationship between the surface state of the diaphragm 121b and the reception frequency fr, it is possible to determine the icing of the diaphragm 121b and the droplet adhesion state that cause the measurement error to deteriorate. For example, the reception wave frequency when the surface of the diaphragm 121b is frozen is set as the minimum allowable reception frequency fl, and the reception wave frequency when the droplet is attached to the surface is set as the maximum allowable reception frequency fh. Then, as shown in the table of FIG. 11, when the reception wave frequency fr is equal to or higher than the maximum allowable frequency fh or equal to or lower than the minimum allowable frequency fl, the output of the activation signal Su is turned off. (For example, the output voltage is set to 0V). On the other hand, when the value of the reception wave frequency fr is in a range larger than the minimum allowable frequency fl and smaller than the maximum allowable frequency fh, the output of the activation signal Su is turned on (for example, the output voltage is set to 5V).

このように判定された起動信号Suは、図6に示す流量・濃度演算部132の計測出力の更新を禁止又は許可するために使われる。
これは振動板121bへの異物の付着や経年劣化等により、トランスデューサ12a,12bが正常な機能が得られなくなった場合や、被験流体に含まれる水蒸気が凍結した場合、または測定管11内の圧力上昇や、配管周囲温度の低下により振動板121bに著しい結露あるいは液滴が付着したために、受信信号Wrの信頼性が低下して正常な検出動作が保証できないことを判別するものである。
The activation signal Su determined in this way is used to prohibit or permit updating of the measurement output of the flow rate / concentration calculation unit 132 shown in FIG.
This is because when the transducers 12a and 12b cannot obtain a normal function due to adhesion of foreign matter to the diaphragm 121b or aging, the water vapor contained in the test fluid is frozen, or the pressure in the measurement tube 11 It is determined that the reliability of the received signal Wr is reduced and normal detection operation cannot be guaranteed because significant condensation or droplets have adhered to the diaphragm 121b due to the rise or the drop in the pipe ambient temperature.

このような構成により、飛沫水や凝縮水がトランスデューサの振動板121bに付着した際、または脱離した際に、周波数急変による一時的な計測誤差が出力される。よって、その利用先の例えば流量制御の場合、計測誤差による誤った制御がなされることを防止できる。
そして、流量・濃度演算部132が起動信号Suを入力したときには、伝播時間算出部131hから入力した伝搬時間tをもとに、上記(3)〜(6)式により水素ガスの流量Q及び密度ρを算出する。このように判定された起動信号Suを用いて、被験流体の流量Qや濃度ρの計測を開始することで、誤った出力を防止することができる。
With such a configuration, when splashed water or condensed water adheres to or is detached from the diaphragm 121b of the transducer, a temporary measurement error due to a sudden frequency change is output. Therefore, in the case of flow rate control at the usage destination, it is possible to prevent erroneous control due to measurement error.
When the flow rate / concentration calculation unit 132 receives the activation signal Su, the flow rate Q and density of the hydrogen gas according to the above equations (3) to (6) based on the propagation time t input from the propagation time calculation unit 131h. ρ is calculated. An erroneous output can be prevented by starting measurement of the flow rate Q and the concentration ρ of the test fluid using the activation signal Su thus determined.

次に、図6に示す解凍検出部131oについて説明する。解凍検出部131oは、トランスデューサ12a,12bの結氷が解凍している否かを検出する解凍検出手段となるもので、解凍状態で解凍信号Stを出力するようになっている。振動板121bが結氷した場合は、温度低下によるばね定数kの増加が支配的となるため、図11の表に示すように、受信波周波数frのみから結氷状態を判断することができる。したがって、例えば0℃のときの周波数を最大許容受信周波数fhに設定して、これを受信周波数frと比較することにより、振動板121bが解凍しているか否かを判断する。受信波周波数frが最大許容受信周波数fhの値以上のときは、解凍信号Stの出力をOFFにする。一方、受信波周波数frが最大許容受信周波数fhの値より小さいときは、解凍信号Stの出力をONにする。そして、この判定結果を用いて、被験流体の流量Qおよび濃度ρの計測を開始することで、誤った出力を防止することができる。   Next, the decompression detection unit 131o shown in FIG. 6 will be described. The thawing detection unit 131o serves as a thawing detection means for detecting whether or not the ice on the transducers 12a and 12b has been thawed, and outputs a thawing signal St in the thawed state. When the diaphragm 121b freezes, an increase in the spring constant k due to a decrease in temperature becomes dominant, and therefore, as shown in the table of FIG. 11, the icing state can be determined only from the received wave frequency fr. Therefore, for example, by setting the frequency at 0 ° C. to the maximum allowable reception frequency fh and comparing it with the reception frequency fr, it is determined whether or not the diaphragm 121b has been thawed. When the reception wave frequency fr is equal to or higher than the maximum allowable reception frequency fh, the output of the decompression signal St is turned off. On the other hand, when the reception wave frequency fr is smaller than the maximum allowable reception frequency fh, the output of the decompression signal St is turned ON. Then, by using this determination result, starting the measurement of the flow rate Q and the concentration ρ of the test fluid, it is possible to prevent erroneous output.

ここで、上記のように、トランスデューサ12aの振動板121bが結氷した場合は、受信周波数frは高くなる。一方、振動板121bの周りが乾燥した場合も、振動板の等価質量mのみとなることから、やはり受信周波数frは高くなる。つまり、受信周波数frだけでは結氷と乾燥の判別がつき難い場合がある。図8のグラフを参照して説明したように、低温時ではヒータ電流Ihが高くなる一方、温度上昇するとヒータ電流Ihは低くなる。よって、振動板121bの表面状態と、ヒータ電流Ihとの関係を予め求めておくことで、計測誤差を悪化させる原因となる振動板121bが結氷しているか否かを判定できる。たとえば、振動板121bの表面が結氷した状態のヒータ電流Ihを閾値電流Ithとする。そして、図12の表に示すように、受信波周波数frが所定の周波数fthより大きい場合において、ヒータ電流Ihが閾値電流Ithより大きいときは結氷状態と判定し、逆に閾値電流Ithより小さいときには乾燥状態と判定する。   Here, as described above, when the diaphragm 121b of the transducer 12a is frozen, the reception frequency fr increases. On the other hand, even when the periphery of the diaphragm 121b is dried, only the equivalent mass m of the diaphragm is obtained, so that the reception frequency fr is also increased. That is, it may be difficult to distinguish between icing and drying only with the reception frequency fr. As described with reference to the graph of FIG. 8, the heater current Ih increases at low temperatures, while the heater current Ih decreases as the temperature rises. Therefore, by determining in advance the relationship between the surface state of the diaphragm 121b and the heater current Ih, it is possible to determine whether or not the diaphragm 121b that causes the measurement error to deteriorate is frozen. For example, the threshold current Ith is the heater current Ih in a state where the surface of the diaphragm 121b is frozen. Then, as shown in the table of FIG. 12, when the received wave frequency fr is larger than the predetermined frequency fth, it is determined that the heater current Ih is larger than the threshold current Ith. Judged to be dry.

次に、図6に示す乾燥検出部131nについて説明する。乾燥検出部131nは、トランスデューサ12a,12bが乾燥しているか否かを検出する乾燥検出手段であって、乾燥状態で乾燥信号Sdを出力するようになっている。図12に示すように、振動板121bが乾燥している場合は、ヒータ電流Ihが閾値電流Ithより低く、かつ、受信波周波数frが所定の周波数fthより高い。一方、振動板121bが湿潤している場合は、受信波周波数frが所定の周波数fthより低い。よって、振動板121bの表面状態と、周波数との関係を予め求めておくことで、計測誤差を悪化させる被験流体の湿潤状態を判定できる。この乾燥検出部131nによる乾燥検出は、図12の表に示すように、受信波周波数frと、ヒータの温度情報と組み合わせることから正しく判定することができる。なお、温度情報としては温度調整部131mから出力したヒータ電流Ihから得られる。   Next, the dryness detection unit 131n shown in FIG. 6 will be described. The dryness detection unit 131n is a dryness detection unit that detects whether or not the transducers 12a and 12b are dry, and outputs a dry signal Sd in a dry state. As shown in FIG. 12, when the diaphragm 121b is dry, the heater current Ih is lower than the threshold current Ith, and the reception wave frequency fr is higher than the predetermined frequency fth. On the other hand, when the diaphragm 121b is wet, the received wave frequency fr is lower than the predetermined frequency fth. Therefore, by determining in advance the relationship between the surface state of the diaphragm 121b and the frequency, the wet state of the test fluid that deteriorates the measurement error can be determined. The dryness detection by the dryness detection unit 131n can be correctly determined by combining the received wave frequency fr and the heater temperature information as shown in the table of FIG. The temperature information is obtained from the heater current Ih output from the temperature adjustment unit 131m.

次に、本発明を燃料電池に適用した例について、図13を参照して説明する。本発明に係る計測装置1を燃料電池システムに装着することで、燃料電池の運転制御に利用することができる。コントロールユニット13から出力した起動信号Suや解凍信号Stを、発電制御装置7の低温起動判定へ入力することにより、トランスデューサを装着した配管内部の解凍状態を判断して燃料電池の適切な起動開始時期を知ることができる。たとえば、低温起動時は、振動板121bの結氷の解凍を検出した場合に、燃料電池(スタック)6内の液体も解凍したと判断して発電制御装置7により発電を開始する。逆に、振動板121bに液滴が付着した状態にある場合は、燃料電池6内も大量の液滴により燃料供給が局部的に閉塞していると推定することができる。この場合は、一時的に水供給制御バルブ10を閉めて加湿量を低下させると共に、燃料供給量を上げて燃料電池6内の液滴を排出させて閉塞部を解消する等の運転制御が可能である。また、起動信号SuがOFFの時には、警報又は警告灯等を作動させ、操作者に異常の認識を促すことにも利用できる。また、コントロールユニット13から出力した乾燥信号Sdを加湿器9の水供給バルブ10へフィードバックすることで、燃料電池へ供給される燃料ガスを適切に湿潤させることが可能になる。これにより燃料電池の性能劣化を抑制しつつ効率良く発電することができる。   Next, an example in which the present invention is applied to a fuel cell will be described with reference to FIG. By mounting the measuring device 1 according to the present invention on the fuel cell system, it can be used for operation control of the fuel cell. The start signal Su and the defrost signal St output from the control unit 13 are input to the low temperature start determination of the power generation control device 7 to determine the defrost state inside the pipe on which the transducer is mounted, and the appropriate start time for starting the fuel cell. Can know. For example, at the time of low temperature start-up, when the thawing of the ice on the diaphragm 121b is detected, it is determined that the liquid in the fuel cell (stack) 6 has also been thawed, and the power generation control device 7 starts power generation. On the contrary, when the droplets are attached to the vibration plate 121b, it can be estimated that the fuel supply is locally blocked in the fuel cell 6 by a large amount of droplets. In this case, operation control such as temporarily closing the water supply control valve 10 to lower the humidification amount and increasing the fuel supply amount to discharge droplets in the fuel cell 6 to eliminate the blocking portion is possible. It is. Further, when the activation signal Su is OFF, an alarm or warning light can be activated to prompt the operator to recognize the abnormality. Further, by feeding back the drying signal Sd output from the control unit 13 to the water supply valve 10 of the humidifier 9, the fuel gas supplied to the fuel cell can be appropriately wetted. As a result, it is possible to efficiently generate power while suppressing deterioration of the performance of the fuel cell.

次に、コントロールユニット13の動作について、図14に示すフローチャートにより説明する。
計測装置1の電源が投入されると、このルーチンが開始され、初期設定が行われる。このルーチンは、所定の時間毎に実行される。
S101では、振動板を所定温度まで加温する。
Next, the operation of the control unit 13 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
When the power of the measuring device 1 is turned on, this routine is started and initialization is performed. This routine is executed every predetermined time.
In S101, the diaphragm is heated to a predetermined temperature.

S102では、超音波の伝搬方向を切り替える。
S103では、送信用のトランスデューサから超音波を発射するとともに、経過時間tdの計時を開始する。
S104では、禁止期間tgが経過し、受信制御信号SgがHiレベルに切り換えられて、受信時点の特定が許可されたか否かを判定する。許可されないうちは、この判定を繰り返し、許可されたときは、S105へ進む。
In S102, the ultrasonic wave propagation direction is switched.
In S103, an ultrasonic wave is emitted from the transmission transducer, and the elapsed time td is started.
In S104, it is determined whether the prohibition period tg has elapsed and the reception control signal Sg has been switched to the Hi level to allow the specification of the reception time point. This determination is repeated until permission is granted, and if permission is granted, the process proceeds to S105.

S105では、受信時点の特定が許可された後の最初の立下りゼロクロス点Bを受信時点として特定するとともに、このゼロクロス点Bの時刻をもとに、経過時間tdをとして測定する。
S106では、較正時であるか、計測時であるかを判定する。本実施形態では、較正及び計測の切換えをスイッチにより手動で行うこととしており、スイッチの出力信号を検出して、この判定を行うようにしている。較正時には、測定管11にタンク5から窒素ガス(音速が既知である。)を充填し、計測時には、測定管11に水素ガスを流通させる。
In S105, the first falling zero cross point B after the reception time point identification is permitted is specified as the reception time point, and the elapsed time td is measured based on the time of the zero cross point B.
In S106, it is determined whether it is calibration time or measurement time. In this embodiment, switching between calibration and measurement is manually performed by a switch, and this determination is performed by detecting an output signal of the switch. At the time of calibration, the measurement tube 11 is filled with nitrogen gas (the speed of sound is known) from the tank 5, and at the time of measurement, hydrogen gas is circulated through the measurement tube 11.

S107では、較正時に得られる矩形信号Sb(図7)をもとに、受信波Wrの周期tpを検出して、基準となる受信波周波数frを検出する。これは振動板の固有振動数のばらつきやS101の加温誤差をキャンセルするために実施される。(ここで測定された受信周波数が、以降、そのトランスデューサを用いて伝播時間を算出する際のNrやtcの算出に使用される。)
S108では、窒素ガスの音速に応じた較正用伝搬時間を(1)式により算出する。なお、較正流体の流量Vgは、配管4に簡易なセンサを設置し、このセンサにより検出することができる。また、較正流体として、窒素ガスや水素ガス等の単一組成のガスを採用する場合は、音速Cgは、比熱比をγとし、ガス定数をRとし、温度をTとし、モル質量をMとして、次式(13)により算出することができる。
In S107, based on the rectangular signal Sb (FIG. 7) obtained at the time of calibration, the period tp of the received wave Wr is detected, and the reference received wave frequency fr is detected. This is performed in order to cancel the variation in the natural frequency of the diaphragm and the heating error in S101. (The reception frequency measured here is used for calculating Nr and tc when calculating the propagation time using the transducer.)
In S108, the propagation time for calibration according to the sound speed of nitrogen gas is calculated by the equation (1). The flow rate Vg of the calibration fluid can be detected by installing a simple sensor in the pipe 4. When a single composition gas such as nitrogen gas or hydrogen gas is used as the calibration fluid, the sound velocity Cg is γ as the specific heat ratio, R as the gas constant, T as the temperature, and M as the molar mass. And can be calculated by the following equation (13).

Cg=√(γ×R×T/M) ・・・(13)
S109では、経過時間tdから較正用伝搬時間を減算して、検知遅れ時間trを算出する。較正では、超音波を複数回発射し、発射毎に測定した経過時間を平均して得たものを経過時間tdとするとよい。算出した検知遅れ時間trは、検知遅れ時間設定部131iに記憶する。較正を終えると、スイッチが切り換わり、測定管11に水素ガスが流通する。
Cg = √ (γ × R × T / M) (13)
In S109, the detection delay time tr is calculated by subtracting the calibration propagation time from the elapsed time td. In the calibration, an ultrasonic wave is emitted a plurality of times, and an elapsed time td is obtained by averaging the elapsed time measured for each emission. The calculated detection delay time tr is stored in the detection delay time setting unit 131i. When the calibration is completed, the switch is switched and hydrogen gas flows through the measurement tube 11.

S106でスイッチを計測に切換えると、S110に進む。S110では、計測時に得られる矩形信号Sb’(図7)をもとに、受信波Wrの周期tp’を検出して、受信波周波数frを検出する。
S111では、検出した受信波周波数frをもとに、振動板への異物の付着等、トランスデューサ12a,12bに異常が発生しているか否かを判定し、異常が発生しているときは、S117へ進む。これによって異常時に計測演算および出力が禁止される。
When the switch is switched to measurement in S106, the process proceeds to S110. In S110, based on the rectangular signal Sb ′ (FIG. 7) obtained at the time of measurement, the period tp ′ of the received wave Wr is detected, and the received wave frequency fr is detected.
In S111, based on the detected received wave frequency fr, it is determined whether or not an abnormality has occurred in the transducers 12a and 12b, such as adhesion of foreign matter to the diaphragm. If an abnormality has occurred, S117 Proceed to This prohibits measurement calculation and output in the event of an abnormality.

S117では受信周波数frをもとに被験流体の状態を判定して対応した信号を出力する。
S118では、目標の設定周波数との差分をキャンセルする方向に温度調整手段または後述する送信周波数可変手段を調整する。
一方、S111で異常発生なしと判定したときは、S112に進む。S112では、受信周波数が所定の周波数にあること検知して計測値の有効性を示す起動信号を出力する。
In S117, the state of the test fluid is determined based on the reception frequency fr, and a corresponding signal is output.
In S118, the temperature adjusting means or the transmission frequency varying means described later is adjusted in a direction to cancel the difference from the target set frequency.
On the other hand, when it is determined in S111 that no abnormality has occurred, the process proceeds to S112. In S112, it detects that the reception frequency is at a predetermined frequency, and outputs an activation signal indicating the validity of the measurement value.

S113では、経過時間td及び禁止期間tgをもとに、折り返しに対する補正の要否を判定し、必要であるときは、受信波周波数frをもとに、(12)式により周期遷移補正量tcを算出する。
S114では、経過時間tdから検知遅れ時間tr及び周期遷移補正量tcを減算して、伝搬時間tを算出する。
In S113, it is determined whether or not correction for the aliasing is necessary based on the elapsed time td and the prohibition period tg. If necessary, the periodic transition correction amount tc is calculated by the equation (12) based on the received wave frequency fr. Is calculated.
In S114, the propagation time t is calculated by subtracting the detection delay time tr and the period transition correction amount tc from the elapsed time td.

S115では、算出した伝搬時間tをもとに、上記(3)〜(6)式により水素ガスの流量Q及び密度ρを算出する。
本実施形態に関し、コントロールユニット13のうち、受信検知部131dが受信時点特定手段を、経過時間測定部131f、伝搬時間算出部131h及び検知遅れ時間設定部131iが伝搬時間測定手段を、流量・濃度演算部132が演算手段を、禁止期間設定部131cが受信時点特定禁止手段を構成する。
In S115, based on the calculated propagation time t, the flow rate Q and the density ρ of the hydrogen gas are calculated by the above formulas (3) to (6).
In the present embodiment, in the control unit 13, the reception detection unit 131d is the reception time point specifying unit, the elapsed time measurement unit 131f, the propagation time calculation unit 131h, and the detection delay time setting unit 131i are the propagation time measurement unit, and the flow rate / concentration. The computing unit 132 constitutes computing means, and the prohibition period setting unit 131c constitutes reception time point specifying prohibiting means.

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図15は、本実施形態に係る計測装置1のコントロールユニット13の他の構成を示している。本実施形態では、トランスデューサ12a,12bから発射される超音波の送信周波数を可変制御可能とされた送信周波数可変部131pを更に備えて構成されたものである。この送信周波数可変部131pは、受信波周波数検出部131gで検出した受信波周波数frが所定の周波数となるように、トランスデューサ12a,12bの送信周波数を制御するもので、受信波周波数frと設定周波数(目標値)fsとの差分をキャンセルするように送信周波数を調整するようになっている。この送信周波数可変部131pも、前述のフィードバック制御による振動板の温度調整と同様の構成で、簡単に実現できる。
Next, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 shows another configuration of the control unit 13 of the measuring apparatus 1 according to this embodiment. In the present embodiment, the transmission frequency variable unit 131p that can variably control the transmission frequency of the ultrasonic waves emitted from the transducers 12a and 12b is further provided. The transmission frequency variable unit 131p controls the transmission frequency of the transducers 12a and 12b so that the reception wave frequency fr detected by the reception wave frequency detection unit 131g becomes a predetermined frequency. (Target value) The transmission frequency is adjusted so as to cancel the difference from fs. The transmission frequency variable unit 131p can also be easily realized with the same configuration as the diaphragm temperature adjustment by the feedback control described above.

図16は、送信周波数可変部131pのブロック図を示す。ここで、受信波周波数frを入力し、この受信波周波数frと設定周波数fsとの差分εfがキャンセルされる方向に出力ftが調整される。制御応答性は帰還関数Hに微分、積分要素を入れることで調整できる。
そして、図15における送信駆動部131bは、外部入力(ft)により駆動周波数を可変する機能を備えている。その他の構成と作用は、図6に示す実施形態のものと同様である。
FIG. 16 is a block diagram of the transmission frequency variable unit 131p. Here, the received wave frequency fr is input, and the output ft is adjusted in a direction in which the difference εf between the received wave frequency fr and the set frequency fs is canceled. Control responsiveness can be adjusted by adding a differential or integral element to the feedback function H.
And the transmission drive part 131b in FIG. 15 is provided with the function to vary a drive frequency by external input (ft). Other configurations and operations are the same as those of the embodiment shown in FIG.

図15に示す実施形態においては、送信周波数可変部131pと、受信周波数検出部131gと、温度調整部131mとを備え、前記温度調整部131mによりトランスデューサ12a,12bの振動板を所定の温度に調整し、被験流体を伝播して受信された信号の周波数を前記受信周波数検出部131gで検出し、この受信周波数frと、所定の指示周波数fsとの周波数の差分εfがゼロとなるように、前記送信周波数可変部131pで送信周波数を調整するようにした。   In the embodiment shown in FIG. 15, a transmission frequency variable unit 131p, a reception frequency detection unit 131g, and a temperature adjustment unit 131m are provided, and the diaphragms of the transducers 12a and 12b are adjusted to a predetermined temperature by the temperature adjustment unit 131m. Then, the frequency of the signal propagated through the test fluid is detected by the reception frequency detector 131g, and the frequency difference εf between the reception frequency fr and the predetermined instruction frequency fs is zero. The transmission frequency is adjusted by the transmission frequency variable unit 131p.

このような構成により、温度調整部131mだけでは取り切れない周波数誤差や変動を、更に精密に取り除くことが可能となる。つまり、被験流体の温度や湿潤状態の急変が生じた場合には、温度調整部131mによる温度調整だけでは部材の熱容量の関係で応答遅れが比較的大きいが、このような動的な変化に対してもタイムリーに応答することができる。よって、被験流体の温度が急激に変化して振動板の温度調整部131mの応答速度が一時的に間に合わないときでも、受信周波数frと所定の指示周波数fsとの差分εfをゼロにすることで、温度調整部131mでは取り切れない周波数誤差や変動を、更に精密に取り除くことが可能となる。   With such a configuration, it is possible to more accurately remove frequency errors and fluctuations that cannot be removed only by the temperature adjustment unit 131m. In other words, when a sudden change in the temperature or wet state of the test fluid occurs, the response delay is relatively large due to the heat capacity of the member only by the temperature adjustment by the temperature adjustment unit 131m. Even you can respond in a timely manner. Therefore, even when the temperature of the test fluid changes suddenly and the response speed of the temperature adjustment unit 131m of the diaphragm is not in time, the difference εf between the reception frequency fr and the predetermined instruction frequency fs is set to zero. Further, it becomes possible to more accurately remove frequency errors and fluctuations that cannot be removed by the temperature adjusting unit 131m.

また、振動板の加温可能範囲を超えたより広い受信周波数変化があったときも同様に、受信周波数frと所定の指示周波数fsとの差分εfをゼロにすることができる。これにより、変化速度または変化量の大きい被験流体条件でも周波数変化の補正演算および補正係数を不要とし、補正演算誤差に因る計測誤差を改善する。
さらに、送信周波数可変部131pにより送信周波数の調整が連続的(アナログ的)に行われる構成のため、トランスデューサの固有振動数にばらつきがあっても較正の必要がないという効果が得られる。
Similarly, when there is a wider reception frequency change that exceeds the possible heating range of the diaphragm, the difference εf between the reception frequency fr and the predetermined instruction frequency fs can be made zero. This eliminates the need for frequency change correction calculation and correction coefficient even under test fluid conditions with a large change rate or amount of change, and improves measurement errors due to correction calculation errors.
Furthermore, since the transmission frequency is adjusted continuously by the transmission frequency variable unit 131p (analog), there is an effect that calibration is not necessary even if the natural frequency of the transducer varies.

本発明の一実施形態に係る計測装置の構成図The block diagram of the measuring device which concerns on one Embodiment of this invention 計測装置の作動原理を示すタイムチャートTime chart showing the operating principle of the measuring device 伝搬時間の測定原理を示すタイムチャートTime chart showing the measurement principle of propagation time 固有振動数の違いによるトランスデューサの周波数特性の変化を示すグラフGraph showing changes in transducer frequency characteristics due to differences in natural frequency 本発明の温度調整手段の一実施形態を示す断面図Sectional drawing which shows one Embodiment of the temperature control means of this invention 本発明の一実施形態に係るコントロールユニットの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the control unit which concerns on one Embodiment of this invention. 計測装置の動作を示すタイムチャートTime chart showing the operation of the measuring device 温度調整手段の調整作動を示すグラフGraph showing adjustment operation of temperature adjustment means 本発明の温度制御手段の制御ブロック図Control block diagram of temperature control means of the present invention 本発明の温度調整手段の他の実施形態を示す断面図Sectional drawing which shows other embodiment of the temperature control means of this invention 被験流体の状態判定条件を示す表Table showing test fluid condition judgment conditions 被験流体の他の状態判定条件を示す表Table showing other conditions for determining the test fluid 本発明を燃料電池に適用した例を示す構成図The block diagram which shows the example which applied this invention to the fuel cell 計測ルーチンのフローチャートFlow chart of measurement routine 本発明の他の実施形態に係るコントロールユニットの構成Configuration of a control unit according to another embodiment of the present invention 本発明の送信周波数可変手段の制御ブロック図Control block diagram of transmission frequency variable means of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1…超音波流体計測装置,2…配管,3…方向切換弁,4…配管,5…タンク,6…燃料電池,7…発電制御装置(パワーコントローラ),8…駆動負荷(モータ),9…加湿器,10…制御バルブ,11…測定管,12a,12b…超音波トランスデューサ,121a…超音波トランスデューサボディー,121b…振動板(ダイヤフラム),121c…シール材,121f、121g、121i…電線,121e…ヒータ,121h…コイル,13…コントロールユニット,131…伝搬時間測定部,131g…受信周波数検出部,131m…温度調整部,131k…起動判定部,131n…乾燥検出部,131o…解凍検出部,131p…送信周波数調整部,132…流量・濃度演算部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ultrasonic fluid measuring device, 2 ... Piping, 3 ... Direction switching valve, 4 ... Piping, 5 ... Tank, 6 ... Fuel cell, 7 ... Power generation control device (power controller), 8 ... Drive load (motor), 9 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Humidifier, 10 ... Control valve, 11 ... Measuring tube, 12a, 12b ... Ultrasonic transducer, 121a ... Ultrasonic transducer body, 121b ... Diaphragm, 121c ... Sealing material, 121f, 121g, 121i ... Electric wire, 121e ... heater, 121h ... coil, 13 ... control unit, 131 ... propagation time measurement unit, 131g ... reception frequency detection unit, 131m ... temperature adjustment unit, 131k ... startup determination unit, 131n ... drying detection unit, 131o ... defrost detection unit 131p: Transmission frequency adjustment unit, 132: Flow rate / concentration calculation unit

Claims (12)

被験流体を流通させる測定管と、
この測定管を横断させて設定した超音波伝搬線上に設置され、流れに対して順方向に超音波を発射する第1のトランスデューサと、
この超音波伝搬線上で、第1のトランスデューサよりも下流に設置され、流れに対して逆方向に超音波を発射する第2のトランスデューサと、
前記第1又は第2のトランスデューサのうち、少なくとも一方の振動板を所定の温度に調整する温度調整手段と、
前記第1及び第2のトランスデューサからそれぞれ発射された超音波を受信側のトランスデューサで受信して所定の検知遅れ時間が経過した時点を受信時点として特定する受信時点特定手段と、
この特定された受信時点をもとに、前記第1及び第2のトランスデューサが超音波を発射してから前記受信側のトランスデューサに伝搬するまでの伝搬時間を測定する伝搬時間測定手段と、
この測定された伝搬時間をもとに、前記測定管内の被験流体に関する所定の演算を行う演算手段と、
を含んで構成されることを特徴とする超音波流体計測装置。
A measuring tube for circulating the test fluid;
A first transducer installed on an ultrasonic propagation line set across the measuring tube and emitting ultrasonic waves in a forward direction with respect to the flow;
A second transducer that is disposed downstream of the first transducer on the ultrasonic propagation line and emits an ultrasonic wave in a direction opposite to the flow;
Temperature adjusting means for adjusting at least one of the first or second transducers to a predetermined temperature;
A reception time point specifying means for receiving the ultrasonic wave emitted from each of the first and second transducers by a receiving side transducer and specifying a time point when a predetermined detection delay time has elapsed as a reception time point;
Propagation time measuring means for measuring a propagation time from when the first and second transducers emit ultrasonic waves to propagation to the receiving-side transducer based on the identified reception time point;
Based on the measured propagation time, calculation means for performing a predetermined calculation related to the test fluid in the measurement tube,
An ultrasonic fluid measuring device comprising:
前記受信側のトランスデューサの出力波形の周波数を受信波周波数として検出する受信波周波数検出手段を備えて構成され、
前記温度調整手段は、前記受信波周波数検出手段で検出した受信波周波数が所定の周波数となるように前記振動板の温度を調整することを特徴とする請求項1に記載の超音波流体計測装置。
A reception wave frequency detection unit configured to detect the frequency of the output waveform of the transducer on the reception side as a reception wave frequency;
2. The ultrasonic fluid measurement apparatus according to claim 1, wherein the temperature adjustment unit adjusts the temperature of the diaphragm so that the reception wave frequency detected by the reception wave frequency detection unit becomes a predetermined frequency. .
前記第1及び第2のトランスデューサから発射される超音波の送信周波数を可変制御可能とされた送信周波数可変手段を備えて構成され、
前記送信周波数可変手段は、前記受信波周波数検出手段で検出した受信波周波数が所定の周波数となるように前記第1又は第2のトランスデューサの送信周波数を制御することを特徴とする請求項2に記載の超音波流体計測装置。
Comprising transmission frequency variable means capable of variably controlling the transmission frequency of the ultrasonic waves emitted from the first and second transducers;
The transmission frequency variable means controls the transmission frequency of the first or second transducer so that the reception wave frequency detected by the reception wave frequency detection means becomes a predetermined frequency. The ultrasonic fluid measuring device described.
前記測定管に音速が既知の較正流体を流通して前記検知遅れ時間を予め求めておき、
前記受信波周波数検出手段は、前記検知遅れ時間の間に受信した周波数を検出することを特徴とする請求項2又は3に記載の超音波流体計測装置。
The detection delay time is obtained in advance by circulating a calibration fluid whose sound speed is known in the measurement tube,
The ultrasonic fluid measurement apparatus according to claim 2, wherein the reception wave frequency detection unit detects a frequency received during the detection delay time.
前記第1又は第2のトランスデューサの振動板が前記被験流体に接する面の反対側の面にヒータを設け、
前記温度調整手段は、前記ヒータの発熱を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の超音波流体計測装置。
A heater is provided on the surface opposite to the surface where the diaphragm of the first or second transducer is in contact with the test fluid,
The ultrasonic fluid measurement apparatus according to claim 1, wherein the temperature adjusting unit controls heat generation of the heater.
前記ヒータは、自己温度制御特性を有するPTCヒータであることを特徴とする請求項5に記載の超音波流体計測装置。   The ultrasonic fluid measuring device according to claim 5, wherein the heater is a PTC heater having a self-temperature control characteristic. 前記第1又は第2のトランスデューサの振動板が前記被験流体に接する面の反対側の面の近傍に電磁誘導発生手段を設け、
前記温度調整手段は、前記電磁誘導発生手段による誘導加熱を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の超音波流体計測装置。
An electromagnetic induction generating means is provided in the vicinity of the surface opposite to the surface where the diaphragm of the first or second transducer contacts the test fluid,
The ultrasonic fluid measuring apparatus according to claim 1, wherein the temperature adjusting unit controls induction heating by the electromagnetic induction generating unit.
前記演算手段は、前記受信波周波数検出手段で検出した受信波周波数と所定の周波数との比較結果に基づいて、前記被験流体に関する所定の演算を禁止することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の超音波流体計測装置。   The said calculating means prohibits the predetermined calculation regarding the said test fluid based on the comparison result of the received wave frequency detected by the said received wave frequency detection means, and a predetermined frequency. The ultrasonic fluid measuring device according to any one of the above. 前記受信波周波数検出手段で検出した受信波周波数が所定の周波数範囲にある場合に、前記演算手段に所定の演算を開始させる起動信号を出力する起動信号出力手段を備えたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の超音波流体計測装置。   2. An activation signal output means for outputting an activation signal for causing the calculation means to start a predetermined calculation when the reception wave frequency detected by the reception wave frequency detection means is within a predetermined frequency range. Item 9. The ultrasonic fluid measurement device according to any one of Items 1 to 8. 前記温度調整手段の調整量をもとに、前記第1又は第2のトランスデューサの振動板の結氷が解凍したことを示す解凍信号を出力する解凍検出手段を備えたことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の超音波流体計測装置。   2. A thawing detection means for outputting a thawing signal indicating that icing of the diaphragm of the first or second transducer has been thawed based on an adjustment amount of the temperature adjusting means. The ultrasonic fluid measuring device according to any one of ˜9. 前記受信波周波数検出手段で検出した受信波周波数をもとに、前記被験流体が乾燥状態であることを示す乾燥信号を出力する乾燥検出手段を備えたことを特徴とする請求項2〜10のいずれか一つに記載の超音波流体計測装置。   The dryness detection means which outputs the dry signal which shows that the said test fluid is a dry state based on the received wave frequency detected with the said received wave frequency detection means is characterized by the above-mentioned. The ultrasonic fluid measuring device according to any one of the above. 前記第1又は第2のトランスデューサの振動板の固有振動数は、前記被験流体の取り得る最大温度において所定の受信波周波数となるように設定したことを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載の超音波流体計測装置。   12. The natural frequency of the diaphragm of the first or second transducer is set to have a predetermined received wave frequency at a maximum temperature that can be taken by the fluid under test. The ultrasonic fluid measuring device according to one.
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