JP2007127507A - 超音波流量計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流体が通過する流路の上手と下手に一対の超音波素子を設ける。超音波を発射する際には、電気的負荷(例えばインピーダンス)が合成されるように、この一対の超音波素子を直列接続する。長年使用した場合、超音波素子の電気的負荷が経時変化するため、超音波を発信する際の発信遅延時間が変化するが、電気的負荷を合成する形で接続しているので、発信遅延時間の変化による影響を受けなくなり、正確に流量測定をすることが可能となる。
【選択図】図2
Description
その流路の上手と下手に配置され、それぞれ所定の電気的負荷を有し、超音波発信機能と超音波受信機能とを複合して備える一対の超音波素子と、
その一対の超音波素子と電気的に接続され、該超音波素子に超音波を発信させるための駆動信号を送信する送信部と、
前記一対の超音波素子の間を超音波が伝播する時間を計測する時間計測手段と、
計測された時間に基づいて、前記流路を流れる前記流体の流量を算出する演算手段と、
を備え、前記一対の超音波素子は、前記超音波を発信する際に直列接続されることを特徴とする超音波流量計である。
前記超音波素子が超音波を受信した際に生じる受信信号を検知するための一対の受信部が設けられている超音波流量計
とすることができる。例えば、上手側超音波素子用の受信部と、下手側超音波素子用の受信部とをそれぞれ別に設けることができる。これにより、それぞれの超音波素子において超音波を別々に、ほぼ同時に受信できるようになる。そのため、上手側計測時と下手側計測時との間に起こる流量変動や温度変化等の影響を受けなくなり、計測精度をさらに向上させることが可能となる。
前記超音波素子が超音波を受信した際に生じる受信信号を検知するための受信部が、前記流路の上手側に位置する超音波素子用と、下手側に位置する超音波素子用とで共通して設けられている超音波流量計
としてもよい。このように受信部を共有することで、余分な回路構成等を設けずに同時駆動受信が可能となり、低価格化が可能となる。また、受信部は消費電流が大きいため、上述のように受信部を共有にすることで低電流化が可能となり、例えばガスメータ等で使用する電池でも長期間使用することができる。
流体が通過する流路と、
その流路の上手と下手に配置され、それぞれ所定の電気的負荷を有し、超音波発信機能と超音波受信機能とを複合して備える一対の超音波素子と、
その一対の超音波素子と電気的に接続され、該超音波素子に超音波を発信させるための駆動信号を送信する送信部と、
前記超音波素子が超音波を受信した際に生じる受信信号を検知するための受信部と、
超音波を発信する際に、前記一対の超音波素子を直列接続して同時に駆動させ、発信された超音波が伝播している間に電気接続を切り替えて、前記超音波素子が超音波を受信した際に出力する前記受信信号が前記受信部に入力されるようにする切替制御手段と、
前記超音波素子が駆動してから前記受信部が前記受信信号を検知するまでの時間を計測する時間計測手段と、
計測された時間に基づいて、前記流路を流れる前記流体の流量を算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする超音波流量計である。
図1は、本発明に係る超音波流量計1の一実施形態を示す概略ブロック図である。このように、ガス等の被計測媒体が流れる流路2内の上手側に超音波トランスジューサ(本発明の超音波素子)3が設けられ、下手側に超音波トランスジューサ4が設けられている。これら超音波トランスジューサ3,4は例えば圧電素子などから構成されるもので、駆動信号が印加された時に超音波を発信する超音波発信機能と、超音波を受信した時に電気信号(受信信号)を発生する超音波受信機能とを複合して備えるものである。
t1 上手側超音波トランスジューサ3の表面から下手側超音波トランスジューサ4の表面まで超音波が到達する時間
t2 下手側超音波トランスジューサ4の表面から上手側超音波トランスジューサ3の表面まで超音波が到達する時間
tT1 上手側超音波トランスジューサ3に駆動信号が入力されてから、その上手側超音波トランスジューサ3の表面から超音波が発信されるまでの発信遅延時間
tR1 上手側超音波トランスジューサ3の表面に超音波が到達してから受信信号が検知されるまでの受信遅延時間
tT2 下手側超音波トランスジューサ4に駆動信号が入力されてから、その下手側超音波トランスジューサ4の表面から超音波が発信されるまでの発信遅延時間
tR2 下手側超音波トランスジューサ4の表面に超音波が到達してから受信信号が検知されるまでの受信遅延時間
T1 上手側超音波トランスジューサ3に駆動信号が入力されてから、下手側超音波トランスジューサ4が直接波を受信したことを受信部6が検知するまでの順方向直接伝搬波到達時間
T2 下手側超音波トランスジューサ4に駆動信号が入力されてから、上手側超音波トランスジューサ3が直接波を受信したことを受信部6が検知するまでの逆方向直接伝搬波到達時間
τ1 上手側超音波トランスジューサ3に駆動信号が入力されてから、反射波を上手側超音波トランスジューサ3が受信したことを受信部6が検知するまでの順方向反射伝搬波到達時間
τ2 下手側超音波トランスジューサ4に駆動信号が入力されてから、反射波を下手側超音波トランスジューサ4が受信したことを受信部6が検知するまでの逆方向反射伝搬波到達時間
L 超音波トランスジューサ3,4間の距離(伝搬距離)
S 流路2の断面積
T1=tT1+t1+tR2 (1)
T2=tT2+t2+tR1 (2)
τ1=tT1+t1+t2+tR1 (3)
τ2=tT2+t1+t2+tR2 (4)
と表せ、実際に流量を算出する為に必要な真の伝播時間t1、t2は、(3)−(2)より
t1=τ1−T2−(tT1−tT2) (5)
(4)−(1)より
t2=τ2−T1+(tT1−tT2) (6)
と表される。上述したように、超音波トランスジューサ3,4は、それぞれの電気的負荷を合成する形で接続(直列接続)しており、同時駆動される。そのため、(5)式および(6)式における発信遅延時間tT1およびtT2は同じ値となる。この値をtT3と表すと、(5)式および(6)式は、以下のようになる。
t1=τ1−T2−(tT3−tT3)=τ1−T2 (7)
t2=τ2−T1+(tT3−tT3)=τ2−T1 (8)
t1、t2を求めた後、
流速V=(L/2)×(1/t1−1/t2) となり、
流量Q=S×V として求めることができる。
2 流路
3 上手側超音波トランスジューサ(超音波素子)
4 下手側超音波トランスジューサ(超音波素子)
5 送信部
6a,6b 受信部
7 制御部(切替制御手段、演算手段)
8〜15 スイッチ
Claims (4)
- 流体が通過する流路と、
その流路の上手と下手に配置され、それぞれ所定の電気的負荷を有し、超音波発信機能と超音波受信機能とを複合して備える一対の超音波素子と、
その一対の超音波素子と電気的に接続され、該超音波素子に超音波を発信させるための駆動信号を送信する送信部と、
前記一対の超音波素子の間を超音波が伝播する時間を計測する時間計測手段と、
計測された時間に基づいて、前記流路を流れる前記流体の流量を算出する演算手段と、
を備え、前記一対の超音波素子は、前記超音波を発信する際に直列接続されることを特徴とする超音波流量計。 - 前記超音波素子が超音波を受信した際に生じる受信信号を検知するための一対の受信部が設けられている請求項1記載の超音波流量計。
- 前記超音波素子が超音波を受信した際に生じる受信信号を検知するための受信部が、前記流路の上手側に位置する超音波素子用と、下手側に位置する超音波素子用とで共通して設けられている請求項1記載の超音波流量計。
- 流体が通過する流路と、
その流路の上手と下手に配置され、それぞれ所定の電気的負荷を有し、超音波発信機能と超音波受信機能とを複合して備える一対の超音波素子と、
その一対の超音波素子と電気的に接続され、該超音波素子に超音波を発信させるための駆動信号を送信する送信部と、
前記超音波素子が超音波を受信した際に生じる受信信号を検知するための受信部と、
超音波を発信する際に、前記一対の超音波素子を直列接続して同時に駆動させ、発信された超音波が伝播している間に電気接続を切り替えて、前記超音波素子が超音波を受信した際に出力する前記受信信号が前記受信部に入力されるようにする切替制御手段と、
前記超音波素子が駆動してから前記受信部が前記受信信号を検知するまでの時間を計測する時間計測手段と、
計測された時間に基づいて、前記流路を流れる前記流体の流量を算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする超音波流量計。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10221140A (ja) * | 1997-01-28 | 1998-08-21 | Electrowatt Technol Innov Ag | 超音波測定装置のパラメータを自動設定する方法及び流量測定用超音波測定装置 |
JP2005257360A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波流体計測装置 |
-
2005
- 2005-11-02 JP JP2005319967A patent/JP4789182B2/ja not_active Expired - Fee Related
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