JP2008180564A - 流体の流れ計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1振動子2から送信され第2振動子3で受信され増幅回路7で増幅された超音波信号は、波形比較手段8、ゼロ点比較手段9で基準電圧と比較処理され、出力の反転タイミングを波形判定手段11で検出し、計時手段12で超音波信号の受信点として計時する。また、ゼロ点比較手段9の基準電圧は電圧設定手段10によって設定変更できる。電圧設定手段10の設定電圧変更に伴って生じる超音波信号の受信点の時間変化は計時手段12の計時分解能より小さく定められているので、基準電圧を徐々に変化させながら計時手段12の計測結果を時間演算手段13で平均化処理することにより伝搬時間を求めることで、伝搬時間の分解能が高められ、連続の繰り返し計測を行うことなくなるため、計測間隔の自由度が高まり、流量変化に対する追従性の高い流量計測が可能となる。
【選択図】図1
Description
t2=L/(C−vcosθ) (式2)
(式1)および(式2)を変形し、(式3)で流速vが求まる。
(式3)で求めた値に流体管路の断面積を掛ければ流体の流量を求めることができる。ところで、(式3)において、括弧内の項は(式4)のように変形できる。
ここで、(式4)の分母の項は流速の変化に関わらずほぼ一定の値となるが、分子の項は流速とほぼ比例した値となる。したがって、ふたつの伝搬時間の差を精度よく計測する必要がある。
の計測動作に必要な時間が長くなるため電流消費量が増えてしまう。そのため、家庭用のガスメータのように電池駆動で年単位の動作保証を求められるシステムにおいては、電流消費をできるだけ抑えるために、1度繰り返し計測を終えた後は、ある程度の休止期間を置く必要があった。そのため、流体の局所的な情報しか得ることができないため、比較的短い周期で繰り返される変動性の流れに対しては、追従性が悪いという課題があった。
ときに生じる超音波信号の受信点の時間変化を計時手段の時間分解能の1/M近傍に定め、時間演算手段は、基準電圧をM段階変化させた時に得られる計時手段の計測値の平均値を以って伝搬時間を求めるようにしたことを特徴とするものである。
図1は、本発明の実施の形態1における流体の流れ計測装置のブロック図である。
計時手段12はトリガ手段5が計時開始信号を出力してから受信判定手段11が超音波信号の受信点を検知するまでの時間を計測し、計測が完了すると計時手段12は動作を停止する。
、抵抗27は電源とGNDの間を直列に繋がれていて、各抵抗値の分圧比で定まる電圧がゼロ点検出の基準電圧Vref2として非反転入力端子24aに加えられることになる。可変抵抗26の抵抗値は、電圧設定手段10の指示により随時変更可能である。
ただし、Aは波形Aの振幅、τは周期とする。ゼロ点近傍、すなわちt≪τなる条件においては2πt/τ≒0が成り立つので、(式5)は更に(式6)のように近似できる。
したがって、ゼロ点近傍では電圧Vと時間tは一次式で関係づけることができる。
この関係を利用して、ΔV、すなわちΔtを適宜、調整し、計時手段12の時間分解能より小さな値に定めることで、この時間分解能より小さな時間差の検出を行う。
Ty=(n+1)・T (式9)
したがって、波形A、BはT/4だけ伝搬時間の異なる波形であることが検出できる。一方、Vref2が固定電圧であった場合、計時手段12の計時結果はクロック周期Tで丸められてしまうので、T/4の差異を認識することはできない。例えば、図5の場合であれば、両者とも(n+1)・Tと処理されるので同じ波形としか認識ができなくなる。
Tx=(n+1.125)・T (式10)
Ty=(n+1.375)・T (式11)
と求められる。
Tx=(n+1.625)・T (式12)
Ty=(n+1.875)・T (式13)
であるので、(式8)、(式10)、(式12)の3者、(式9)、(式11)と(式13)の3者を比べれば明らかなように、補正を加えることにより、より真値に近い値を得ることが可能である。
図6は、本発明の実施の形態2における流体の流れ計側装置のブロック図である。図6が実施の形態1における図1と異なるのは、流量演算手段14で求めた流量が大きくなるにしたがって、電圧設定手段10の設定電圧1段階当たりの電圧変化を大きくなるように定めている点である。
図8は、本発明の実施の形態3における流体の流れ計測装置のブロック図である。図8が実施の形態1における図1と異なるのは、計測流量が大きくなるにしたがって、計時手段12の分解能を粗くしている点である。
2 第1振動子
3 第2振動子
4 切替手段
6 送信回路
7 増幅回路
8 波形比較手段
9 ゼロ点比較手段
10 電圧設定手段
11 受信判定手段
12 計時手段
13 時間演算手段
14 流量演算手段
Claims (6)
- 流体管路に設けられ超音波信号を送信する第1振動子と、前記第1振動子から送信された超音波信号を受信する第2振動子と、前記第2振動子で受信された超音波信号を基準電圧と比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果の反転を以って超音波信号の受信点を検知する受信判定手段と、超音波信号の送信開始から超音波信号の受信点までの時間を計時する計時手段と、前記基準電圧を設定可能な電圧設定手段と、前記電圧設定手段の設定電圧に応じて変化する前記計時手段の計時結果の平均値から伝搬時間を求める時間演算手段と、前記計時手段による計測が終了する毎に前記第1振動子および第2振動子の送受信の役割を切り替える切替手段と、前記時間演算手段で求めた双方向の伝搬時間を用いて流量を算出する流量演算手段とを備え、
前記受信判定手段で検知される受信点を変更することで計測周期を可変する流体の流れ計測装置であって、
前記電圧設定手段で設定される基準電圧を変更して受信点を変更すると共に、前記基準電圧を1段階変更したときに生じる超音波信号の受信点の時間変化を、前記計時手段の時間分解能より小さく定めて、伝搬時間の計時分解能を密にした流体の流れ計測装置。 - 電圧設定手段で設定される基準電圧を1段階変更したときに生じる超音波信号の受信点の時間変化を、計時手段の時間分解能の1/M近傍に定め、時間演算手段は、基準電圧をM段階変化させたときに得られる計時手段の計測値の平均値を以って伝搬時間を求める請求項1記載の流体の流れ計測装置。
- 電圧設定手段で設定される基準電圧のいずれかを基準点として定め、基準点と他の基準電圧の差に相当する超音波信号の受信点の時間差を補正して伝搬時間を求める請求項1記載の流体の流れ計測装置。
- 計時手段の分解能を一定として、計測流量が大きくなるにしたがって基準電圧1段階当たりの電圧変化を大きく定めた請求項1記載の流体の流れ計測装置。
- 計測流量が所定値以上であれば、電圧設定手段の基準電圧を固定とした請求項4記載の流体の流れ計測装置。
- 電圧設定手段の基準電圧1段当たりの電圧変化を固定として、計測流量が大きくなるに従って計時手段の設定分解能が大きくなるように定めた請求項1記載の流体の流れ計測装置。
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