JP2011007539A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic flowmeter which can reduce zero-drift.SOLUTION: The ultrasonic flowmeter includes: a plurality of ultrasonic vibrators 2 separated by a prescribed distance along the flow of a fluid and attached to a measurement tube 1; and an operational circuit 7 obtaining the flow velocity of a fluid on the basis of the time difference between the propagation time until the ultrasonic vibrator 2 at the downstream side receives the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic vibrator 2 at the upstream side and the propagation time until the ultrasonic vibrator 2 at the upstream side receives the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic vibrator 2 at the downstream side. The ultrasonic vibrators 2 alternately transmit an ultrasonic wave at a first frequency and an ultrasonic wave at a second frequency predetermined in accordance with the measurement tube 1. The operational circuit 7 obtains the first time difference of the propagation time in the ultrasonic wave at the first frequency, as the time difference when the flow velocity of the fluid is zero, and obtains the flow velocity of the fluid on the basis of a second time difference of the propagation time in the ultrasonic wave at the second frequency and the first time difference.

Description

本発明は、測定管内を流れる流体の流速を求める超音波流量計に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic flowmeter for obtaining a flow velocity of a fluid flowing in a measurement tube.

従来の超音波流量計においては、例えば、測定管の上流側と下流側に2つの超音波振動子を設け、送信波と受信波の伝搬時間を計測することで流速を求めるものが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。   In conventional ultrasonic flowmeters, for example, there have been proposed ones that provide two ultrasonic transducers on the upstream side and the downstream side of a measurement tube and obtain the flow velocity by measuring the propagation time of the transmission wave and the reception wave. (For example, refer to Patent Documents 1 to 3).

この種の超音波流量計においては、まず、上流側から超音波を送信し下流側で受信する。この時の伝搬時間をtuとする。次に、送受信方向を切り換えて、下流側から超音波を送信し上流側で受信する。この時の伝搬時間をtdとする。
この時、2つの超音波振動子の距離をL、音速をC、媒質の流速をvとすると次式が成立する。
In this type of ultrasonic flowmeter, first, ultrasonic waves are transmitted from the upstream side and received at the downstream side. The propagation time at this time is assumed to be tu. Next, the transmission / reception direction is switched, ultrasonic waves are transmitted from the downstream side, and received at the upstream side. The propagation time at this time is assumed to be td.
At this time, if the distance between the two ultrasonic transducers is L, the sound velocity is C, and the flow velocity of the medium is v, the following equation is established.

tu=L/C+v …(1)
td=L/C−v …(2)
(1)式、(2)式の逆数をとって差をとると、次式が得られる。
v=L/2((tu−td)/tu・td) …(3)
=L/2(Δt/tu・td) …(4)
ここで、伝搬時間差Δt=(tu−td)である。
tu = L / C + v (1)
td = L / Cv (2)
If the difference is obtained by taking the reciprocal of the equations (1) and (2), the following equation is obtained.
v = L / 2 ((tu-td) / tu · td) (3)
= L / 2 (Δt / tu · td) (4)
Here, the propagation time difference Δt = (tu−td).

したがって、流速vは伝搬時間差Δtに依存する。これより送信波と受信波との伝搬時間差Δtから流速を検知する。そして、この流速に断面積を乗じる等の処理をして、測定管内を流れる媒質の流量を計測するものである。   Therefore, the flow velocity v depends on the propagation time difference Δt. Thus, the flow velocity is detected from the propagation time difference Δt between the transmission wave and the reception wave. Then, the flow rate of the medium flowing through the measuring tube is measured by processing such as multiplying the flow velocity by the cross-sectional area.

特開平10−9914号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-9914 特開平10−122923号公報JP-A-10-122923 特開2000−180228号公報JP 2000-180228 A

ここで、上記(4)式より、流速vは受信波の伝搬時間差Δtにより得られるものであるから、実際に測定管(以下「管体」ともいう。)内を流れる媒質(流体)の流速が「ゼロ」である場合、理論上はtuとtdは同じ値になる筈である。   Here, since the flow velocity v is obtained from the propagation time difference Δt of the received wave from the above equation (4), the flow velocity of the medium (fluid) that actually flows in the measurement tube (hereinafter also referred to as “tube”). In theory, tu and td should be the same value.

しかしながら、現実には、超音波振動子は上流側と下流側とが別個のものであり、これらの超音波振動子の送波特性及び受波特性は同一にならない。
また、上記(1)式より求まる伝搬時間tuと、上記(2)式により求める伝搬時間tdは、それぞれ別の時刻における計測値である。
さらに、管体(パイプ又はチューブ等)や、超音波振動子を管体に接合する音響結合材の伝搬特性などのフィールドを含め、温度、圧力等多くの不確定要素を含んでいる。
即ち、実際の場面においては、tuの計測時とtdの計測時とでは、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子、これらの音響結合材とが、信号伝達経路に複雑に介在して、その送信時と受信時の可逆性がいつも等しいとは限らないことが現実である。
このため、実際に管体内を流れる媒質の流速が「ゼロ」である場合に、伝搬時間tuとtdとが全く同一となるとは限らない。
However, in reality, the ultrasonic transducers are separate on the upstream side and the downstream side, and the transmission characteristics and reception characteristics of these ultrasonic transducers are not the same.
The propagation time tu obtained from the above equation (1) and the propagation time td obtained from the above equation (2) are measured values at different times.
Furthermore, it includes many uncertain factors such as temperature and pressure, including fields such as the propagation characteristics of a tube (pipe or tube) and an acoustic coupling material that joins an ultrasonic transducer to the tube.
That is, in an actual situation, when measuring tu and measuring td, the transmitting-side ultrasonic transducer, the receiving-side ultrasonic transducer, and their acoustic coupling materials are complicated in the signal transmission path. In reality, the reversibility at the time of transmission and reception is not always the same.
For this reason, when the flow velocity of the medium that actually flows through the tube is “zero”, the propagation times tu and td are not always exactly the same.

また、このような可逆性が定まらないとみるべき送信・受信の関係を、理論上の演算式を用いて求めても、長期に亘り環境の変化を伴う現実の場においては、実際の流速「ゼロ」における、測定流速の「ゼロ点」を定めることは至難な事象と考えられる。   In addition, even if the relationship between transmission and reception that should be considered that reversibility is not determined is obtained by using a theoretical calculation formula, the actual flow rate “ Determining the “zero point” of the measured flow velocity at “zero” is considered a difficult event.

このように、従来の超音波流量計においては、環境条件等による「揺らぎ」が計測値のゼロ点変動(以下「ゼロ・ドリフト」と称する。)を生じさせ、長時間における「ゼロ点」の安定度を悪化させる、という問題点があった。
このため超音波流量計の計測値の「ゼロ」が「相対ゼロ」として表現され、「絶対ゼロ」として得られず計測精度が低下する、という問題点があった。
As described above, in the conventional ultrasonic flowmeter, “fluctuation” due to environmental conditions or the like causes a zero point fluctuation (hereinafter referred to as “zero drift”) of a measured value, and the “zero point” in a long time. There was a problem of deteriorating stability.
For this reason, “zero” of the measurement value of the ultrasonic flowmeter is expressed as “relative zero” and cannot be obtained as “absolute zero”, resulting in a problem that the measurement accuracy is lowered.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ゼロ・ドリフトを減少させることができる超音波流量計を得るものである。
また、流速の計測精度を向上させることができる超音波流量計を得るものである。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an ultrasonic flowmeter capable of reducing zero drift.
Moreover, the ultrasonic flowmeter which can improve the measurement precision of the flow velocity is obtained.

本発明に係る超音波流量計は、測定管内を流れる流体の流速を求める超音波流量計において、前記流体の流れに沿って所定の距離を隔てて、前記測定管に取り付けられる複数の振動子と、上流側の前記振動子から発信された超音波を下流側の前記振動子が受信するまでの伝搬時間と、下流側の前記振動子から発信された超音波を上流側の前記振動子が受信するまでの伝搬時間との時間差に基づいて流体の流速を求める演算手段とを備え、前記振動子は、前記測定管に応じて予め定めた、第1の周波数の超音波と第2の周波数の超音波とを交互に発信し、前記演算手段は、前記第1の周波数の超音波での伝搬時間の時間差を、前記流体の流速がゼロのときの時間差として求め、前記第2の周波数の超音波での伝搬時間の時間差に基づき、前記流体の流速を求めるものである。   An ultrasonic flowmeter according to the present invention is an ultrasonic flowmeter for obtaining a flow velocity of a fluid flowing in a measurement tube, and a plurality of vibrators attached to the measurement tube at a predetermined distance along the flow of the fluid. The propagation time until the downstream transducer receives the ultrasonic wave transmitted from the upstream transducer, and the upstream transducer receives the ultrasonic wave transmitted from the downstream transducer. Calculating means for calculating a flow velocity of the fluid based on a time difference from the propagation time until the first time, and the vibrator has a first frequency ultrasonic wave and a second frequency predetermined according to the measurement tube. The ultrasonic wave is alternately transmitted, and the calculation means obtains the time difference of the propagation time in the ultrasonic wave of the first frequency as the time difference when the flow velocity of the fluid is zero. Based on the time difference in the propagation time of sound waves, And requests the flow rate.

また、本発明に係る超音波流量計においては、前記振動子は、前記流体内を伝搬する超音波の減衰量より、前記測定管内を伝搬する超音波の減衰量が小さい周波数が、前記第1の周波数として設定され、前記流体内を伝搬する超音波の減衰量より、前記測定管内を伝搬する超音波の減衰量が大きい超音波の周波数が、前記第2の周波数として設定されるものである。   In the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the vibrator has a frequency at which the attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the measurement tube is smaller than the attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the fluid. The frequency of the ultrasonic wave having a larger attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the measurement tube than the attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the fluid is set as the second frequency. .

また、本発明に係る超音波流量計においては、前記振動子は、前記第1の周波数が、前記第2の周波数より低く設定されるものである。   In the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the vibrator is set such that the first frequency is lower than the second frequency.

また、本発明に係る超音波流量計においては、前記振動子は、前記測定管の上流側及び下流側の2箇所に設けられ、一方の振動子に交番電気エネルギーが与えられることにより発信した超音波を、他方の振動子によって受信し、発信側と受信側の振動子を交互に切り換えるものである。   Further, in the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the vibrator is provided at two locations on the upstream side and the downstream side of the measurement tube, and the ultrasonic wave transmitted by applying alternating electrical energy to one vibrator is provided. The sound wave is received by the other vibrator, and the vibrator on the transmitting side and the receiving side are switched alternately.

また、本発明に係る超音波流量計においては、前記振動子は、前記測定管の上流側、中央及び下流側の3箇所に設けられ、中央に設けられた振動子に交番電気エネルギーが与えられることにより発信した超音波を、上流及び下流に位置する2つの前記振動子によって受信するものである。   In the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the vibrator is provided at three locations on the upstream side, the center, and the downstream side of the measurement tube, and alternating electrical energy is applied to the vibrator provided at the center. The ultrasonic wave transmitted by this is received by the two vibrators located upstream and downstream.

また、本発明に係る超音波流量計は、前記測定管の外周面に付設されるフランジにより構成され、前記測定管を伝搬する超音波の高域波成分をカットする音響フィルタを備えたものである。   Moreover, the ultrasonic flowmeter according to the present invention is configured by a flange attached to the outer peripheral surface of the measurement tube, and includes an acoustic filter that cuts a high-frequency component of the ultrasonic wave propagating through the measurement tube. is there.

本発明は、測定管に応じて予め定めた、第1の周波数の超音波と第2の周波数の超音波とを交互に発信し、第1の周波数の超音波での伝搬時間の時間差を、流体の流速がゼロのときの時間差として求め、第2の周波数の超音波での伝搬時間の時間差に基づき、流体の流速を求める。
このため、ゼロ・ドリフトを減少させることができる超音波流量計を得ることができる。
また、流速の計測精度を向上させることができる超音波流量計を得ることができる。
The present invention alternately transmits ultrasonic waves of the first frequency and ultrasonic waves of the second frequency, which are predetermined according to the measurement tube, and determines the time difference of the propagation time in the ultrasonic waves of the first frequency, Obtained as the time difference when the fluid flow velocity is zero, and the fluid flow velocity is obtained based on the time difference in the propagation time of the ultrasonic waves of the second frequency.
For this reason, the ultrasonic flowmeter which can reduce a zero drift can be obtained.
Moreover, the ultrasonic flowmeter which can improve the measurement precision of the flow velocity can be obtained.

実施の形態1に係る超音波流量計の作動原理系統図である。FIG. 3 is a system diagram of the operation principle of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment. 実施の形態1に係る超音波振動子の配置を示す斜視図である。3 is a perspective view showing the arrangement of ultrasonic transducers according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る超音波の伝搬経路を示す図である。4 is a diagram illustrating an ultrasonic wave propagation path according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る送信波及び受信波を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a transmission wave and a reception wave according to the first embodiment. 実施の形態1に係る超音波流量計の流量計測結果を示す図である。It is a figure which shows the flow measurement result of the ultrasonic flowmeter which concerns on Embodiment 1. FIG. 従来の超音波流量計の流量計測結果を示す図である。It is a figure which shows the flow measurement result of the conventional ultrasonic flowmeter. 実施の形態2に係る超音波流量計の作動原理系統図である。FIG. 5 is an operation principle system diagram of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment. 実施の形態3に係る超音波流量計の作動原理系統図である。FIG. 6 is an operation principle system diagram of the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment. 超音波流量計の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of an ultrasonic flowmeter. 超音波流量計の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of an ultrasonic flowmeter.

実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る超音波流量計の作動原理系統図である。
図2は実施の形態1に係る超音波振動子の配置を示す斜視図である。
図1及び図2に示すように、本実施の形態に係る超音波流量計は、超音波振動子2Aと、超音波振動子2Bと、電源4と、増幅器5と、比較回路6と、演算回路7とを備える。
この超音波流量計は、測定管1の管内を流れる媒質の流速vを求めるものである。
なお、本実施の形態1では、流速vを計測値として出力する場合を説明するが、本発明はこれに限るものではない。流速vに管内断面積等を乗じることで流量を求めることが可能である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an operation principle system diagram of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing the arrangement of the ultrasonic transducers according to the first embodiment.
As shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic flowmeter according to the present embodiment includes an ultrasonic transducer 2A, an ultrasonic transducer 2B, a power supply 4, an amplifier 5, a comparison circuit 6, and a calculation. A circuit 7.
This ultrasonic flow meter is for obtaining the flow velocity v of the medium flowing in the measuring tube 1.
In the first embodiment, a case where the flow velocity v is output as a measured value will be described, but the present invention is not limited to this. The flow rate can be obtained by multiplying the flow velocity v by the cross-sectional area in the pipe.

なお、「超音波振動子2A」及び「超音波振動子2B」は、本発明における「振動子」に相当する。
なお、「比較回路6」及び「演算回路7」は、本発明における「演算手段」に相当する。
The “ultrasonic transducer 2A” and the “ultrasonic transducer 2B” correspond to the “vibrator” in the present invention.
The “comparison circuit 6” and the “arithmetic circuit 7” correspond to “arithmetic means” in the present invention.

測定管1は、パイプ又はチューブ等により構成され、例えば全長に亘って外径が均一な直管である。   The measurement tube 1 is constituted by a pipe, a tube, or the like, and is, for example, a straight tube having a uniform outer diameter over the entire length.

超音波振動子2A及び2B(以下、区別しないときは「超音波振動子2」という。)は、測定管1の外径よりわずかに径の大きい内径を有する円環状又は円筒状に形成される。
この超音波振動子2は、測定管1の流体の流れに沿って所定の距離を隔てて配置される。
また、超音波振動子2の内周面と、測定管1の外周面との隙間には、グリース等の半流動体や半固形物よりなり、超音波が伝播しやすい音響結合材3を充填する。これにより、超音波振動子2と測定管1とを音響的に接触又は接合して、いわゆる音響結合状態とする。
また、超音波振動子2A及び2Bは、それぞれ、スイッチSW1を介して電源4と接続され、スイッチSW2を介して増幅器5と接続される。
The ultrasonic transducers 2A and 2B (hereinafter referred to as “ultrasonic transducer 2” when not distinguished from each other) are formed in an annular shape or a cylindrical shape having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the measurement tube 1. .
The ultrasonic transducer 2 is arranged at a predetermined distance along the fluid flow in the measurement tube 1.
In addition, the gap between the inner peripheral surface of the ultrasonic transducer 2 and the outer peripheral surface of the measuring tube 1 is filled with an acoustic coupling material 3 that is made of a semi-fluid or a semi-solid material such as grease and easily transmits ultrasonic waves. To do. As a result, the ultrasonic transducer 2 and the measuring tube 1 are brought into acoustic contact or joined to form a so-called acoustic coupling state.
The ultrasonic transducers 2A and 2B are connected to the power source 4 via the switch SW1 and to the amplifier 5 via the switch SW2.

比較回路6は、増幅器5で増幅された受信波形信号が入力される。この比較回路6は、受信波が所定の閾値を超えた点を検出するためのコンパレータである。   The comparison circuit 6 receives the received waveform signal amplified by the amplifier 5. The comparison circuit 6 is a comparator for detecting a point where the received wave exceeds a predetermined threshold value.

演算回路7は、比較回路6から、入力された受信波に基づいて流速を求める。また、演算回路7は、電源4が発生する交番電気エネルギーの周波数を設定することが可能である。詳細は後述する。   The arithmetic circuit 7 obtains the flow velocity based on the received wave input from the comparison circuit 6. The arithmetic circuit 7 can set the frequency of alternating electrical energy generated by the power supply 4. Details will be described later.

このような構成において、スイッチSW1及びSW2をa側に切り換えることにより、超音波振動子2Aを電源4と接続して発信器とし、超音波振動子2Bを増幅器5と接続して受信器とする。
上流側の超音波振動子2Aは、電源4から交番電気エネルギーを与えられると、縮径、拡径して半径方向に振動する。測定管1内部が媒質(流体)で満たされているとき、超音波振動子2Aから発生する超音波は、音響結合材3及び測定管1の管壁を経て流体に伝えられ、一旦振動子の中心(直管の中心)位置に向かって伝播した後、直角に向きを変えて管と平行に前後両方向に伝播する。このとき、超音波は圧力振動の一種であるため伝播の際には管の半径方向にも圧力変化が生じる。
下流側の超音波振動子2Bは、測定管1の管壁及び音響結合材3を経て半径方向の圧力変化(振動)が加えられると、振動波形と相似の電気信号を発生する。
そして、超音波振動子2Bで発生した振動波形と相似の電気信号(以下「受信波」という。)は、増幅器5により増幅され、比較回路6を介して演算回路7に入力される。
演算回路7は、入力された受信波に基づき、上流側の超音波振動子2Aから発信された超音波を下流側の超音波振動子2Bが受信するまでの順流れの伝搬時間tuを計測する。
In such a configuration, by switching the switches SW1 and SW2 to the a side, the ultrasonic transducer 2A is connected to the power source 4 to be a transmitter, and the ultrasonic transducer 2B is connected to the amplifier 5 to be a receiver. .
The upstream ultrasonic transducer 2A, when supplied with alternating electrical energy from the power source 4, vibrates in the radial direction with a reduced diameter and a larger diameter. When the inside of the measurement tube 1 is filled with a medium (fluid), the ultrasonic waves generated from the ultrasonic transducer 2A are transmitted to the fluid through the acoustic coupling material 3 and the tube wall of the measurement tube 1, and once the transducer After propagating toward the center (the center of the straight pipe), the direction is changed to a right angle and propagates in both the front and rear directions in parallel with the pipe. At this time, since ultrasonic waves are a kind of pressure vibration, pressure changes also occur in the radial direction of the tube during propagation.
The ultrasonic transducer 2B on the downstream side generates an electrical signal similar to the vibration waveform when a pressure change (vibration) in the radial direction is applied through the tube wall of the measurement tube 1 and the acoustic coupling material 3.
An electrical signal similar to the vibration waveform generated by the ultrasonic transducer 2B (hereinafter referred to as “received wave”) is amplified by the amplifier 5 and input to the arithmetic circuit 7 via the comparison circuit 6.
The arithmetic circuit 7 measures the forward flow propagation time tu until the downstream ultrasonic transducer 2B receives the ultrasonic wave transmitted from the upstream ultrasonic transducer 2A based on the input received wave. .

また、スイッチSW1及びSW2をb側に切り換えることにより、超音波振動子2Aを増幅器5と接続して受信器とし、超音波振動子2Bを電源4と接続して発信器とする。
これにより、同様に、演算回路7は、入力された受信波に基づき、下流側の超音波振動子2Bから発信された超音波を上流側の超音波振動子2Aが受信するまでの逆流れの伝搬時間tdを計測する。
そして、演算回路7は、伝搬時間tuと伝搬時間tdとの時間差Δtに基づいて流体の流速を求める。
Further, by switching the switches SW1 and SW2 to the b side, the ultrasonic transducer 2A is connected to the amplifier 5 to be a receiver, and the ultrasonic transducer 2B is connected to the power source 4 to be a transmitter.
Accordingly, similarly, the arithmetic circuit 7 performs the reverse flow until the upstream ultrasonic transducer 2A receives the ultrasonic wave transmitted from the downstream ultrasonic transducer 2B based on the input received wave. The propagation time td is measured.
Then, the arithmetic circuit 7 obtains the flow velocity of the fluid based on the time difference Δt between the propagation time tu and the propagation time td.

ここで、超音波の伝搬経路と周波数との関係について図3を用いて説明する。   Here, the relationship between the ultrasonic propagation path and the frequency will be described with reference to FIG.

図3は実施の形態1に係る超音波の伝搬経路を示す図である。
上述したように、送信側の超音波振動子2は、交番電気エネルギーが与えられると振動する。そして、図3の(a)に示すように、送信側の超音波振動子2からの超音波は、媒質(流体)内を伝搬して受信側の超音波振動子2に到達する。以下、この伝搬経路を「媒質内伝搬」と称する。
また、このとき、図3(b)に示すように、送信側の超音波振動子2からの超音波は、測定管1自体を伝搬して受信側の超音波振動子2にも到達する。以下、この伝搬経路を「管体内伝搬」と称する。
FIG. 3 is a diagram showing a propagation path of ultrasonic waves according to the first embodiment.
As described above, the ultrasonic transducer 2 on the transmission side vibrates when alternating electrical energy is applied. As shown in FIG. 3A, the ultrasonic waves from the transmission-side ultrasonic transducer 2 propagate through the medium (fluid) and reach the reception-side ultrasonic transducer 2. Hereinafter, this propagation path is referred to as “in-medium propagation”.
At this time, as shown in FIG. 3B, the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 2 on the transmission side propagates through the measurement tube 1 itself and reaches the ultrasonic transducer 2 on the reception side. Hereinafter, this propagation path is referred to as “intratubular propagation”.

このような超音波の伝搬経路は、測定管1と媒質(流体)の周波数特性に依存する。このため、測定管1内を伝搬しやすい(測定管1内の減衰量が小さい)超音波を送信し、測定管1自体を伝搬した超音波を受信することにより、流速に依存しない伝搬時間を得ることができる。即ち、流速が「ゼロ」となる伝搬時間を得ることができる。
また、媒質内を伝搬しやすい(測定管1内の減衰量が大きい)超音波を送信し、媒質内を伝搬した超音波を受信することにより、流速に応じた伝搬時間を得ることができる。
Such an ultrasonic propagation path depends on the frequency characteristics of the measurement tube 1 and the medium (fluid). For this reason, by transmitting ultrasonic waves that are easy to propagate in the measurement tube 1 (the attenuation amount in the measurement tube 1 is small) and receiving the ultrasonic waves that have propagated through the measurement tube 1 itself, a propagation time that does not depend on the flow velocity is obtained. Obtainable. That is, it is possible to obtain a propagation time when the flow velocity is “zero”.
Further, by transmitting an ultrasonic wave that easily propagates in the medium (the attenuation amount in the measuring tube 1 is large) and receiving the ultrasonic wave propagated in the medium, a propagation time corresponding to the flow velocity can be obtained.

このようなことから本実施の形態においては、管体内伝搬を目的とした周波数(以下「第1の周波数」という。)と、媒質内伝搬を目的とした周波数(以下「第2の周波数」という。)とを短時間で交互に送受信することにより、流速「ゼロ」の時間差と、流速「v」の時間差とを、ほぼ同時に得ることができる。   For this reason, in the present embodiment, a frequency intended for propagation in the tube (hereinafter referred to as “first frequency”) and a frequency intended for propagation in the medium (hereinafter referred to as “second frequency”). )) Alternately in a short time, the time difference of the flow rate “zero” and the time difference of the flow rate “v” can be obtained almost simultaneously.

次に、このような異なる周波数を用いて流速を計測する本実施の形態1の動作を、図4により説明する。   Next, the operation of the first embodiment for measuring the flow velocity using such different frequencies will be described with reference to FIG.

図4は実施の形態1に係る送信波及び受信波を示す図である。
まず、演算回路7には、予め、測定管1及び媒質(流体)に応じて、第1の周波数と第2の周波数とが設定される。
この第1の周波数としては、流体内を伝搬する超音波の減衰量より、測定管1内を伝搬する超音波の減衰量が小さい周波数が設定される。
また、第2の周波数としては、流体内を伝搬する超音波の減衰量より、測定管1内を伝搬する超音波の減衰量が大きい超音波の周波数が設定される。
例えば、測定管1の遮断周波数より低い周波数を第1の周波数として設定し、この周波数より高い周波数を第2の周波数として設定する。
FIG. 4 is a diagram showing a transmission wave and a reception wave according to the first embodiment.
First, the first frequency and the second frequency are set in advance in the arithmetic circuit 7 according to the measurement tube 1 and the medium (fluid).
As the first frequency, a frequency is set such that the attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the measuring tube 1 is smaller than the attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the fluid.
In addition, as the second frequency, an ultrasonic frequency in which the attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the measurement tube 1 is larger than the attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the fluid is set.
For example, a frequency lower than the cutoff frequency of the measuring tube 1 is set as the first frequency, and a frequency higher than this frequency is set as the second frequency.

図4に示すように、まず、上流側の超音波振動子2Aは、第2の周波数の超音波(f2)を発信する(発信A2)。この超音波(f2)は媒質内を伝搬して下流側の超音波振動子2Bにより受信される(受信B2)。これにより演算回路7は、伝搬時間tu2を得る。
次に、上流側の超音波振動子2Aは、第1の周波数の超音波(f1)を発信する(発信A1)。この超音波(f1)は測定管1を伝搬して下流側の超音波振動子2Bにより受信される(受信B1)。これにより演算回路7は、伝搬時間tu1を得る。
As shown in FIG. 4, first, the upstream ultrasonic transducer 2A transmits an ultrasonic wave (f2) having a second frequency (transmitting A2). This ultrasonic wave (f2) propagates through the medium and is received by the ultrasonic transducer 2B on the downstream side (reception B2). Thereby, the arithmetic circuit 7 obtains the propagation time tu2.
Next, the upstream ultrasonic transducer 2A transmits an ultrasonic wave (f1) having a first frequency (transmitting A1). This ultrasonic wave (f1) propagates through the measurement tube 1 and is received by the ultrasonic transducer 2B on the downstream side (reception B1). Thereby, the arithmetic circuit 7 obtains the propagation time tu1.

次に、スイッチSW1及びSW2を切り換えることにより、発信側と受信側の超音波振動子2を切り換える。
まず、下流側の超音波振動子2Bは、第2の周波数の超音波(f2)を発信する(発信B2)。この超音波(f2)は媒質内を伝搬して上流側の超音波振動子2Aにより受信される(受信A2)。これにより演算回路7は、伝搬時間td2を得る。
次に、下流側の超音波振動子2Bは、第1の周波数の超音波(f1)を発信する(発信B1)。この超音波(f1)は測定管1を伝搬して上流側の超音波振動子2Aにより受信される(受信A1)。これにより演算回路7は、伝搬時間td1を得る。
以降、同様の動作を繰り返し、第1及び第2の周波数による伝搬時間を交互に取得する。なお、環境条件の変化等の影響を極力減少させるため、第1及び第2の周波数の切り換えは短時間に行うことが望ましい。
Next, by switching the switches SW1 and SW2, the transmission-side and reception-side ultrasonic transducers 2 are switched.
First, the ultrasonic transducer 2B on the downstream side transmits an ultrasonic wave (f2) having the second frequency (transmitting B2). This ultrasonic wave (f2) propagates in the medium and is received by the ultrasonic vibrator 2A on the upstream side (reception A2). Thereby, the arithmetic circuit 7 obtains the propagation time td2.
Next, the ultrasonic transducer 2B on the downstream side transmits an ultrasonic wave (f1) having a first frequency (transmitting B1). The ultrasonic wave (f1) propagates through the measurement tube 1 and is received by the ultrasonic vibrator 2A on the upstream side (reception A1). Thereby, the arithmetic circuit 7 obtains the propagation time td1.
Thereafter, the same operation is repeated, and the propagation times by the first and second frequencies are obtained alternately. In order to reduce the influence of changes in environmental conditions as much as possible, it is desirable to switch the first and second frequencies in a short time.

そして、演算回路7は、第1の周波数の超音波での伝搬時間tu1及びtd1の第1の時間差Δt1を、流体の流速が「ゼロ」のときの時間差として求める。また、第2の周波数の超音波での伝搬時間tu2及びtd2の第2の時間差Δt2と、第1の時間差Δt1とに基づき、流体の流速vを求める。例えば、上記(4)式に第2の時間差Δt2を適用して、流速vを求めることができる。
なお、流速vの算出は、これに限らず、例えば所定の演算処理等により、第2の時間差Δt2を第1の時間差Δt1により補正して、当該補正後の第2の時間差Δt2を上記(4)式に適用しても良い。
Then, the arithmetic circuit 7 obtains the first time difference Δt1 between the propagation times tu1 and td1 in the ultrasonic waves of the first frequency as the time difference when the fluid flow velocity is “zero”. Further, the flow velocity v of the fluid is obtained based on the second time difference Δt2 between the propagation times tu2 and td2 in the ultrasonic waves of the second frequency and the first time difference Δt1. For example, the flow velocity v can be obtained by applying the second time difference Δt2 to the above equation (4).
The calculation of the flow velocity v is not limited to this. For example, the second time difference Δt2 is corrected by the first time difference Δt1 by a predetermined calculation process or the like, and the corrected second time difference Δt2 is calculated as (4 ) May be applied to the equation.

なお、媒質の流量を得る場合には、演算回路7により求めた流速vに測定管1の内断面積を乗じる等の処理をして流量を得ることができる。   When the flow rate of the medium is obtained, the flow rate can be obtained by processing such as multiplying the flow velocity v obtained by the arithmetic circuit 7 by the inner cross-sectional area of the measuring tube 1.

このような動作による本実施の形態における流量計測結果を図5に示す。また、従来技術における流量計測結果を図6に示す。   FIG. 5 shows the flow rate measurement result in the present embodiment by such an operation. Moreover, the flow measurement result in a prior art is shown in FIG.

図5は実施の形態1に係る超音波流量計の流量計測結果を示す図である。
図5において、縦軸に流量を示し、横軸に経過時間を示す。また、図5においては、横軸の2800目盛り辺りから3300目盛り辺りまでの間(5分間)に、測定管1内の媒質に所定の流量(例えば約20[mL/min])を与えた。その他の時間では流量は「ゼロ」である。
FIG. 5 is a diagram showing a flow measurement result of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
In FIG. 5, the vertical axis indicates the flow rate, and the horizontal axis indicates the elapsed time. In FIG. 5, a predetermined flow rate (for example, about 20 [mL / min]) was applied to the medium in the measuring tube 1 from about 2800 to 3300 on the horizontal axis (5 minutes). At other times, the flow rate is “zero”.

図6は従来の超音波流量計の流量計測結果を示す図である。
図6において、縦軸に流量を示し、横軸に経過時間を示す。また、図6においては、横軸の17000目盛り辺りの10分間に、測定管内の媒質に所定の流量(例えば約15[mL/min])を与えた。その他の時間では流量は「ゼロ」である。
FIG. 6 is a diagram showing a flow measurement result of a conventional ultrasonic flow meter.
In FIG. 6, the vertical axis represents the flow rate, and the horizontal axis represents the elapsed time. In FIG. 6, a predetermined flow rate (for example, about 15 [mL / min]) was given to the medium in the measuring tube for 10 minutes around the 17000 scale on the horizontal axis. At other times, the flow rate is “zero”.

図5に示すように、本実施の形態1における超音波流量計の流量計測結果では、媒質の流量が「ゼロ」のとき、流量計測値も「ゼロ」で安定している。また、媒質に所定の流量が与えられた場合には、当該媒質の流量を計測することができる。
一方、図6に示すように、従来技術における超音波流量計の流量計測結果では、媒質の流量が「ゼロ」のときであっても、時間の経過とともに、流量計測値が変動してゼロ・ドリフトが生じている。
As shown in FIG. 5, in the flow rate measurement result of the ultrasonic flowmeter in the first embodiment, when the flow rate of the medium is “zero”, the flow rate measurement value is also “zero” and stable. Further, when a predetermined flow rate is given to the medium, the flow rate of the medium can be measured.
On the other hand, as shown in FIG. 6, in the flow measurement result of the ultrasonic flowmeter in the prior art, even when the flow rate of the medium is “zero”, the flow rate measurement value fluctuates as time passes, Drift has occurred.

以上のように本実施の形態においては、超音波振動子2は、測定管1に応じて予め定めた、第1の周波数の超音波と第2の周波数の超音波とを交互に発信し、演算回路7は、第1の周波数の超音波での伝搬時間の第1の時間差を、流体の流速がゼロのときの時間差として求め、第2の周波数の超音波での伝搬時間の第2の時間差と、第1の時間差とに基づき、流体の流速を求める。このため、ゼロ・ドリフトを減少させることができる。また、流速の計測精度を向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, the ultrasonic transducer 2 alternately transmits ultrasonic waves of the first frequency and ultrasonic waves of the second frequency, which are predetermined according to the measurement tube 1, The arithmetic circuit 7 obtains the first time difference of the propagation time in the first frequency ultrasonic wave as the time difference when the fluid flow velocity is zero, and calculates the second propagation time in the second frequency ultrasonic wave. Based on the time difference and the first time difference, the flow velocity of the fluid is obtained. For this reason, zero drift can be reduced. Moreover, the measurement accuracy of the flow velocity can be improved.

このように本実施の形態においては、媒質(流体)の流速に依存しない管体内伝搬における伝搬時間の時間差により、流体の流速「ゼロ」を求めることで、常に「ゼロ点」を参照した流速vを定めることができる。このため、流速の計測精度を向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, the flow velocity “v” always referring to the “zero point” is obtained by obtaining the flow velocity “zero” of the fluid by the time difference of the propagation time in the propagation in the tube independent of the flow velocity of the medium (fluid). Can be determined. For this reason, the measurement accuracy of the flow velocity can be improved.

また、第1の周波数と第2の周波数とを交互に切り換えて送信するので、流体の流速vと、流速「ゼロ」とを同一条件においてほぼ同時に得ている。このため、環境変化、特に温度、長時間における揺らぎを排除して、ゼロ・ドリフトを低減させることができる。このため、流速vの計測精度を向上させることができる。   In addition, since the first frequency and the second frequency are alternately switched and transmitted, the fluid flow velocity v and the flow velocity “zero” are obtained almost simultaneously under the same conditions. For this reason, it is possible to reduce the zero drift by eliminating environmental changes, particularly fluctuations in temperature and long time. For this reason, the measurement accuracy of the flow velocity v can be improved.

また、常時「ゼロ点」を参照(認識)しながら流速vを計測していることになるから、流速を停止して「ゼロ点」を定める校正を行う必要性がない。このことは、長期に亘り環境の変化を伴う場合において、連続的に流速計測を行うときであっても、測定流速の「ゼロ点」を定めることができ、流速を精度良く計測できることを物語るものである。   In addition, since the flow velocity v is measured while constantly referring to (recognizing) the “zero point”, there is no need to calibrate to determine the “zero point” by stopping the flow velocity. This means that even in the case of environmental changes over a long period of time, even if the flow velocity is continuously measured, the “zero point” of the measured flow velocity can be determined, and the flow velocity can be accurately measured. It is.

実施の形態2.
図7は実施の形態2に係る超音波流量計の作動原理系統図である。
図7に示すように、本実施の形態2においては、測定管1の上流側、中央及び下流側の3箇所に超音波振動子2A、2B、及び2Cを設ける。
超音波振動子2A、2B、及び2Cは、上記実施の形態1と同様に、円環状に形成され、音響結合材3により、測定管1と音響結合される。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is an operation principle system diagram of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment.
As shown in FIG. 7, in the second embodiment, ultrasonic transducers 2A, 2B, and 2C are provided at three locations on the upstream side, the center, and the downstream side of the measurement tube 1.
The ultrasonic transducers 2 </ b> A, 2 </ b> B, and 2 </ b> C are formed in an annular shape as in the first embodiment, and are acoustically coupled to the measurement tube 1 by the acoustic coupling material 3.

超音波振動子2Bは、電源4と接続される。そして、電源4から交番電気エネルギーが与えられると、縮径、拡径して半径方向に振動する。測定管1内部が媒質(流体)で満たされているとき、超音波振動子2Bから発生する超音波は、音響結合材3及び測定管1の管壁を経て流体に伝えられ、一旦振動子の中心(直管の中心)位置に向かって伝播した後、直角に向きを変えて管と平行に前後両方向に伝播する。このとき、超音波は圧力振動の一種であるため伝播の際には管の半径方向にも圧力変化が生じる。   The ultrasonic transducer 2B is connected to the power source 4. And when alternating electrical energy is given from the power supply 4, it will reduce in diameter and expand and vibrate in the radial direction. When the inside of the measurement tube 1 is filled with a medium (fluid), the ultrasonic waves generated from the ultrasonic transducer 2B are transmitted to the fluid through the acoustic coupling material 3 and the tube wall of the measurement tube 1, and once the transducer After propagating toward the center (the center of the straight pipe), the direction is changed to a right angle and propagates in both the front and rear directions in parallel with the pipe. At this time, since ultrasonic waves are a kind of pressure vibration, pressure changes also occur in the radial direction of the tube during propagation.

上流側の超音波振動子2A、及び下流側の超音波振動子2Cは、測定管1の管壁及び音響結合材3を経て半径方向の圧力変化(振動)が加えられると、振動波形と相似の電気信号を発生する。
そして、超音波振動子2A及び2Bで発生した振動波形と相似の電気信号(受信波)は、それぞれ増幅器5A及び5Cにより増幅され、比較回路6A及び6Cを介して演算回路7に入力される。
演算回路7は、比較回路6Aから入力された受信波に基づき、中央に設けられた超音波振動子2Bから発信された超音波を上流側の超音波振動子2Aが受信するまでの逆流れの伝搬時間tdを計測する。
また、比較回路6Cから入力された受信波に基づき、中央に設けられた超音波振動子2Bから発信された超音波を下流側の超音波振動子2Cが受信するまでの順流れの伝搬時間tuを計測する。
そして、上記実施の形態1と同様に、第1及び第2の周波数の超音波を交互に送信し、演算回路7は、第1の時間差Δt1及び第2の時間差Δt2とに基づいて、流体の流速「ゼロ」及び流体の流速vを求める。
The ultrasonic transducer 2A on the upstream side and the ultrasonic transducer 2C on the downstream side are similar to the vibration waveform when a pressure change (vibration) in the radial direction is applied through the tube wall of the measurement tube 1 and the acoustic coupling material 3. The electrical signal is generated.
Electric signals (received waves) similar to the vibration waveforms generated by the ultrasonic transducers 2A and 2B are amplified by the amplifiers 5A and 5C, respectively, and input to the arithmetic circuit 7 via the comparison circuits 6A and 6C.
Based on the received wave input from the comparison circuit 6A, the arithmetic circuit 7 performs a reverse flow until the upstream ultrasonic transducer 2A receives the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 2B provided at the center. The propagation time td is measured.
Further, based on the received wave input from the comparison circuit 6C, the forward flow propagation time tu until the ultrasonic transducer 2C on the downstream side receives the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer 2B provided in the center. Measure.
Then, similarly to the first embodiment, ultrasonic waves of the first and second frequencies are alternately transmitted, and the arithmetic circuit 7 determines the fluid based on the first time difference Δt1 and the second time difference Δt2. The flow velocity “zero” and the fluid flow velocity v are obtained.

以上のように本実施の形態においても、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
さらに、本実施の形態2では、スイッチにより送信側と受信側の超音波振動子2を切り換える必要がない。即ち、順流れの伝搬遅延時間tuと、逆流れの伝搬遅延時間tdとを同時に得ることができる。
このため、計測時刻の差異による伝搬特性などの環境の変化による伝搬時間への影響をさらに減少させることができる。これにより、流速の計測精度を向上させることができる。
As described above, also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
Furthermore, in the second embodiment, it is not necessary to switch between the ultrasonic transducers 2 on the transmission side and the reception side by a switch. That is, the forward flow propagation delay time tu and the reverse flow propagation delay time td can be obtained simultaneously.
For this reason, it is possible to further reduce the influence on the propagation time due to environmental changes such as propagation characteristics due to differences in measurement time. Thereby, the measurement accuracy of the flow velocity can be improved.

実施の形態3.
図8は実施の形態3に係る超音波流量計の作動原理系統図である。
図8に示すように、本実施の形態3においては、測定管1の外周面に音響フィルタ21及び22を備えている。
なお、その他の構成は、上記実施の形態1と同様であり同一部分には同一の符号を付する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is an operation principle system diagram of the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment.
As shown in FIG. 8, in the third embodiment, acoustic filters 21 and 22 are provided on the outer peripheral surface of the measuring tube 1.
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same portions.

音響フィルタ21及び22は、測定管1の外周面に付設されるフランジにより構成され、測定管1を伝搬する超音波の高域波成分をカットするものである。
つまり、測定管1を超音波の伝搬路と考えれば、音響フィルタ21及び22は、低域通過形フィルタ、即ち高域カット形フィルタとなる。このとき、音響フィルタ21及び22の形状等により、所定の遮断周波数より高い周波数を減衰する。
なお、このような音響フィルタを備えるものは公知(例えば、特許文献3参照)であるので、詳細の説明は省略する。
The acoustic filters 21 and 22 are configured by flanges attached to the outer peripheral surface of the measurement tube 1, and cut high frequency components of ultrasonic waves propagating through the measurement tube 1.
That is, if the measurement tube 1 is considered as an ultrasonic wave propagation path, the acoustic filters 21 and 22 are low-pass filters, that is, high-frequency cut filters. At this time, a frequency higher than a predetermined cutoff frequency is attenuated by the shape of the acoustic filters 21 and 22 and the like.
In addition, since what is equipped with such an acoustic filter is well-known (for example, refer patent document 3), detailed description is abbreviate | omitted.

以上のように本実施の形態においても、上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
さらに、本実施の形態3では、音響フィルタ21及び22を備えるので、管体内伝搬を目的として第1の周波数の超音波を送信する際、高周波成分を減衰させてノイズ等を減少しつつ、遮断周波数より低い周波数の超音波により管体内伝搬による遅延時間の計測をすることができる。これにより、超音波によるノイズ等を低減させ、流速(流量)の計測精度を向上させることができる。
As described above, also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
Furthermore, in the third embodiment, since the acoustic filters 21 and 22 are provided, when transmitting the ultrasonic wave of the first frequency for the purpose of propagation in the tube, the high frequency component is attenuated to reduce noise and the like. The delay time due to propagation in the tube can be measured by ultrasonic waves having a frequency lower than the frequency. Thereby, the noise etc. by an ultrasonic wave can be reduced and the measurement precision of a flow velocity (flow rate) can be improved.

なお、上記実施の形態1〜3では、円環状の超音波振動子2を用いた超音波流量計について説明したが本発明はこれに限るものではない。
例えば、図9に示すように、2個一対の超音波振動子を、測定管1の管壁に軸方向にずれて固定され、発生する超音波は流体中を流体の流れに対して斜めに伝搬させるタイプの流量計であっても、本発明を適用することができる。
また、例えば図10に示すように、測定管1の閉塞された両端部に2個一対の超音波振動子を備え、超音波振動子が発生する超音波は測定管を流れる流体内の流れと並行に伝搬するタイプの流量計であっても、本発明を適用することができる。
つまり、媒質内及び測定管1内に超音波を伝搬する構成であれば、任意の構成の超音波流量計に適用することが可能である。
なお、実際の適用に当たっては、測定管1(パイプ又はチューブ)の材質、寸法等、及び媒質の種類等により、パイプ又はチューブの材質中の音速と媒質中の音速等を考慮して、使用周波数を定める必要がある。
In the first to third embodiments, the ultrasonic flowmeter using the annular ultrasonic transducer 2 has been described. However, the present invention is not limited to this.
For example, as shown in FIG. 9, two pairs of ultrasonic transducers are fixed to the tube wall of the measurement tube 1 while being displaced in the axial direction, and the generated ultrasonic waves are slanted in the fluid with respect to the fluid flow. The present invention can be applied even to a flow meter of a propagation type.
For example, as shown in FIG. 10, two pairs of ultrasonic transducers are provided at both ends of the measurement tube 1 that are closed, and the ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducers flow in the fluid flowing through the measurement tube. The present invention can be applied even to a flow meter that propagates in parallel.
That is, as long as the ultrasonic wave is propagated in the medium and in the measurement tube 1, it can be applied to an ultrasonic flowmeter having an arbitrary structure.
In actual application, depending on the material, dimensions, etc. of the measuring tube 1 (pipe or tube) and the type of medium, the sound frequency in the material of the pipe or tube and the sound speed in the medium are taken into consideration. It is necessary to determine.

1 測定管、2A 超音波振動子、2B 超音波振動子、2C 超音波振動子、3 音響結合材、4 電源、5 増幅器、5A 増幅器、5C 増幅器、6 比較回路、6A 比較回路、6C 比較回路、7 演算回路、21 音響フィルタ、22 音響フィルタ、SW1 スイッチ、SW2 スイッチ。   1 measurement tube, 2A ultrasonic transducer, 2B ultrasonic transducer, 2C ultrasonic transducer, 3 acoustic coupling material, 4 power supply, 5 amplifier, 5A amplifier, 5C amplifier, 6 comparison circuit, 6A comparison circuit, 6C comparison circuit 7 arithmetic circuit, 21 acoustic filter, 22 acoustic filter, SW1 switch, SW2 switch.

Claims (6)

測定管内を流れる流体の流速を求める超音波流量計において、
前記流体の流れに沿って所定の距離を隔てて、前記測定管に取り付けられる複数の振動子と、
上流側の前記振動子から発信された超音波を下流側の前記振動子が受信するまでの伝搬時間と、下流側の前記振動子から発信された超音波を上流側の前記振動子が受信するまでの伝搬時間との時間差に基づいて流体の流速を求める演算手段と
を備え、
前記振動子は、
前記測定管に応じて予め定めた、第1の周波数の超音波と第2の周波数の超音波とを交互に発信し、
前記演算手段は、
前記第1の周波数の超音波での伝搬時間の第1の時間差を、前記流体の流速がゼロのときの時間差として求め、
前記第2の周波数の超音波での伝搬時間の第2の時間差と、前記第1の時間差とに基づき、前記流体の流速を求める
ことを特徴とする超音波流量計。
In an ultrasonic flowmeter that calculates the flow velocity of fluid flowing in a measurement tube,
A plurality of vibrators attached to the measurement tube at a predetermined distance along the flow of the fluid;
The propagation time until the downstream transducer receives the ultrasonic wave transmitted from the upstream transducer, and the upstream transducer receives the ultrasonic wave transmitted from the downstream transducer. Calculating means for obtaining the flow velocity of the fluid based on the time difference from the propagation time until
The vibrator is
Predetermining according to the measurement tube, the first frequency ultrasonic wave and the second frequency ultrasonic wave are alternately transmitted,
The computing means is
Obtaining a first time difference of propagation time in the ultrasonic wave of the first frequency as a time difference when the flow velocity of the fluid is zero;
An ultrasonic flowmeter, wherein a flow velocity of the fluid is obtained based on a second time difference of propagation time in the ultrasonic wave of the second frequency and the first time difference.
前記振動子は、
前記流体内を伝搬する超音波の減衰量より、前記測定管内を伝搬する超音波の減衰量が小さい周波数が、前記第1の周波数として設定され、
前記流体内を伝搬する超音波の減衰量より、前記測定管内を伝搬する超音波の減衰量が大きい超音波の周波数が、前記第2の周波数として設定される
ことを特徴とする請求項1記載の超音波流量計。
The vibrator is
The frequency at which the attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the measurement tube is smaller than the attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the fluid is set as the first frequency,
2. The frequency of an ultrasonic wave having a larger attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the measurement tube than the attenuation amount of the ultrasonic wave propagating in the fluid is set as the second frequency. Ultrasonic flow meter.
前記振動子は、
前記第1の周波数が、前記第2の周波数より低く設定される
ことを特徴とする請求項1又は2記載の超音波流量計。
The vibrator is
The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the first frequency is set lower than the second frequency.
前記振動子は、前記測定管の上流側及び下流側の2箇所に設けられ、
一方の振動子に交番電気エネルギーが与えられることにより発信した超音波を、他方の振動子によって受信し、発信側と受信側の振動子を交互に切り換える
ことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の超音波流量計。
The vibrator is provided at two locations on the upstream side and the downstream side of the measurement tube,
The ultrasonic wave transmitted when alternating electrical energy is given to one vibrator is received by the other vibrator, and the vibrator on the transmitting side and the receiving side are switched alternately. The ultrasonic flowmeter according to any one of the above.
前記振動子は、前記測定管の上流側、中央及び下流側の3箇所に設けられ、
中央に設けられた振動子に交番電気エネルギーが与えられることにより発信した超音波を、上流及び下流に位置する2つの前記振動子によって受信する
ことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の超音波流量計。
The vibrator is provided at three locations on the upstream side, the center, and the downstream side of the measurement tube,
The ultrasonic wave transmitted when alternating electrical energy is given to the vibrator provided in the center is received by the two vibrators located upstream and downstream. The described ultrasonic flowmeter.
前記測定管の外周面に付設されるフランジにより構成され、前記測定管を伝搬する超音波の高域波成分をカットする音響フィルタを備えた
ことを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の超音波流量計。
6. The acoustic filter according to claim 1, further comprising an acoustic filter configured by a flange attached to an outer peripheral surface of the measurement tube and configured to cut a high-frequency component of an ultrasonic wave propagating through the measurement tube. The described ultrasonic flowmeter.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016528708A (en) * 2013-08-21 2016-09-15 タイコ・エレクトロニクス・コーポレイションTyco Electronics Corporation Filters for terminal crimping devices using ultrasonic signals
JP2020501470A (en) * 2016-11-29 2020-01-16 ピーアンドピー・ウルトラ・ジー・リミテッド Prevent unauthorized use of devices

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6242015A (en) * 1985-08-19 1987-02-24 Fuji Electric Co Ltd Temperature correcting method for ultrasonic flow meter
JPH03233395A (en) * 1990-02-08 1991-10-17 Marine Instr Co Ltd Sound wavepropagation time measuring method
JP2000180228A (en) * 1998-12-17 2000-06-30 Izumi Giken:Kk Ultrasonic flowmeter
JP2000249583A (en) * 1999-03-02 2000-09-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ultrasonic flowmeter
JP2001304931A (en) * 2000-04-26 2001-10-31 Yokogawa Electric Corp Clamping-on ultrasonic flow rate measuring method and multipath ultrasonic flow rate measuring method as well as clamping-on ultrasonic flowmeter and multipath ultrasonic flowmeter
JP2003014514A (en) * 2001-06-28 2003-01-15 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Ultrasonic flowmeter
JP2005351695A (en) * 2004-06-09 2005-12-22 Ricoh Elemex Corp Ultrasound flowmeter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6242015A (en) * 1985-08-19 1987-02-24 Fuji Electric Co Ltd Temperature correcting method for ultrasonic flow meter
JPH03233395A (en) * 1990-02-08 1991-10-17 Marine Instr Co Ltd Sound wavepropagation time measuring method
JP2000180228A (en) * 1998-12-17 2000-06-30 Izumi Giken:Kk Ultrasonic flowmeter
JP2000249583A (en) * 1999-03-02 2000-09-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ultrasonic flowmeter
JP2001304931A (en) * 2000-04-26 2001-10-31 Yokogawa Electric Corp Clamping-on ultrasonic flow rate measuring method and multipath ultrasonic flow rate measuring method as well as clamping-on ultrasonic flowmeter and multipath ultrasonic flowmeter
JP2003014514A (en) * 2001-06-28 2003-01-15 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Ultrasonic flowmeter
JP2005351695A (en) * 2004-06-09 2005-12-22 Ricoh Elemex Corp Ultrasound flowmeter

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016528708A (en) * 2013-08-21 2016-09-15 タイコ・エレクトロニクス・コーポレイションTyco Electronics Corporation Filters for terminal crimping devices using ultrasonic signals
US10090627B2 (en) 2013-08-21 2018-10-02 Te Connectivity Corporation Filters for terminal crimping devices using ultrasonic signals
JP2020501470A (en) * 2016-11-29 2020-01-16 ピーアンドピー・ウルトラ・ジー・リミテッド Prevent unauthorized use of devices
JP7365903B2 (en) 2016-11-29 2023-10-20 ピーアンドピー・ウルトラ・ジー・リミテッド Preventing unauthorized use of devices

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