JP2012002625A - 流量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体管路に水が浸入した場合でも正確に流量計測をすることを目的とする。
【解決手段】超音波を送信する第１振動子２と、超音波を受信する第２振動子３と、超音波の受信信号を増幅する増幅手段７と、増幅された信号と基準信号と比較する比較手段８と、超音波の送信から受信までをカウントする計時手段９と、流体管路１の垂直方向の距離を測定する距離測定手段２０と、流体管路１の断面積を補正する断面積補正手段１０と、計時手段９と断面積補正手段１０の情報から流量を算出する流量演算手段１１とを備え、流体管路１に水が浸入した場合でも、流体管路１の垂直方向の距離を測定することで流体管路１の断面積を補正し正確な流量演算が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は超音波を利用してガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。

従来、この種の流量計測装置は、管路を流れる流体の流速と、流体が流れる管路の断面積より流量を算出するものであった（例えば、特許文献１参照）。

図３は特許文献１に記載された従来の流量計測装置を示すものである。図３に示すように、流体管路３１の途中に超音波を発振する第１振動子３２と受信する第２振動子３３を流れ方向に配置されている。第１振動子３２は送信回路３４により駆動する、第２振動子３３で受信した信号を増幅回路３５で増幅し、この増幅された信号は基準信号と比較回路３６で比較され、発信から受信までの時間を計時手段３７で求める。

前記計時手段３７による超音波伝搬時間に応じて管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段３８で流量値を求める。

静止流体における超音波の音速をｃとし、流体の流速をｖとすると、流れの順方向の超音波の伝搬速度は（ｃ＋ｖ）となる。

第１振動子３２と第２振動子３３の間の距離をＬとし、超音波伝搬軸と流体管路３１の中心軸とがなす角度をφとすると、超音波が到達する時間ｔは、ｔ＝Ｌ／（ｃ＋ｖＣＯＳφ）となり、前式より流速ｖは、ｖ＝（Ｌ／ｔ−ｃ）／ＣＯＳφとなり、Ｌとφが既知ならｔを測定すれば流速ｖが求められる。

この流速により流量Ｑは、通過面積をＳとし、補正係数をＫとすればＱ＝ＫＳｖとなり流量が求められる。

特許第３９４５５３０号公報

しかしながら、上記従来の流量計測装置では流体管路に水が浸入し、流体管路の一部が水に浸かってしまうと、流体管路の断面積が狭くなってしまう。流体管路の断面積は既知として流量演算を行っているため正常に流量を計測できないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、流体管路に水が浸入した場合でも正確に流量演算を行うことを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の流量計測装置は、流体管路の垂直方向の距離を計測する距離測定手段を設ける構成としたものである。

これによって、流体管路に水が浸入し流体管路の断面積が変化した場合でも、流体管路の断面積が計算でき正確な流量演算が可能となる。

本発明の流量計測装置は、流体管路に水が浸入し流体管路の一部が水に浸かった場合でも流体管路の断面積を計測することで正常な流量演算が可能となる。

本発明の実施の形態１における流量計測装置のブロック図 本発明の実施の形態２における流量計測装置のブロック図 従来の流量計測装置のブロック図

第１の発明は、超音波を送信する第１振動子と、前記第１振動子を駆動する送信手段と、被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２振動子と、前記第２振動子の出力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力と基準信号とを比較する比較手段と、前記第１振動子から送信され前記第２振動子で受信されるまでの時間を計測する計時手段と、流体管路の垂直方向の距離を測定する距離測定手段と、前記距離測定手段からの情報に基づいて流体管路の断面積を補正する断面積補正手段と、前記計時手段と前記断面積補正手段からの情報に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備えることにより、前記流体管路に水が浸入し断面積が小さくなった場合でも、前記断面積補正手段により断面積を補正し、正確な流量演算をすることが出来る。

第２の発明は、特に、第１の発明の距離測定手段を超音波振動子とすることにより、前記第１振動子、前記第２振動子と同じ駆動回路を使用することが可能となる。

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

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における流量計測装置のブロック図を示すものである。

図１において、断面が略矩形の流体管路１の途中に超音波を発振する第１振動子２と受信する第２振動子３と、流体管路１の上部に流体管路１の垂直方向の赤外線により距離を測定する距離測定手段４と、流量の計測を開始する信号を出力する計測開始手段５と、第１振動子２を駆動する送信手段６と、第２振動子３で受信した信号を増幅する増幅手段７と、増幅手段７の信号を基準電圧と比較する比較手段８と、超音波の送信から受信までをカウントする計時手段９と、距離測定手段４の情報より流体管路１の断面積を補正する断面積補正手段１０と、計時手段９と断面積補正手段１０の情報より流量を算出する流量演算手段１１とで構成している。

以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、計測開始手段５より計測開始の信号が送信手段６に出力されると、送信手段６は第１振動子２を駆動する。第１振動子２より出力された超音波は流体管路１を伝搬し第２振動子３に到達する。

第２振動子３で受信した超音波信号を増幅手段７で増幅し、増幅手段７で増幅された信号を比較手段８で基準信号と比較し超音波の受信点を検出し、計時手段９で超音波の送信から受信までの時間をカウントする。

流量演算手段１１が流量Ｑを算出する方法を以下に記述する。

まず、計時手段９で計測した超音波伝搬時間より流速ｖを求める。

静止流体における超音波の音速をｃとし、流体の流速をｖとすると、流れの順方向の超音波の伝搬速度は（ｃ＋ｖ）となる。

第１振動子２と第２振動子３の間の距離をＬとし、超音波伝搬軸と流体管路１の中心軸とがなす角度をφとすると、ｖ＝（Ｌ／ｔ−ｃ）／ＣＯＳφとなり、この流速により流量Ｑは、通過面積をＳ、補正係数をＫとすれば、Ｑ＝ＫＳｖとなり流量が求められる。

断面略矩形の流体管路１に水が浸入すると、流体管路の断面積が小さくなるため、距離測定手段４で流体管路の高さを計測する。断面積補正手段１０は、この高さと流路幅より断面積を求める。

流量演算手段１１は計時手段９の情報と断面積補正手段１０の情報により正確な流量Ｑを算出する。

以上のように、流体管路１に水が浸入した場合でも、流体管路１の断面積を補正することにより、正確な流量を算出することが出来る。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態の流量計測装置のブロック図である。

図２において、流体管路１の途中に超音波を発振する第１振動子２と受信する第２振動子３と、流体管路１の上部に流体管路１の垂直方向の距離を測定する超音波振動子を使用した距離測定手段２０と、第１振動子を駆動する送信手段６と、第２振動子で受信した信号を増幅する増幅手段７と、増幅手段７の信号を基準電圧と比較する比較手段８と、超音波の送信から受信までをカウントする計時手段９と、計時手段９の情報に基づき流体管路の断面積を算出する断面積補正手段１０で構成している。

上記のように本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、距離測定手段として超音波振動子を使用した距離測定手段２０を採用したことである。

以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。

第１振動子２を駆動する送信手段６からの信号を切替えて距離測定手段２０を駆動し、送信された超音波が流体管路１に反射し距離測定手段２０で受信する。

距離測定手段２０の信号を増幅手段７で増幅し、増幅手段７で増幅された信号を比較手段８で基準信号と比較し超音波の受信点を検出し、超音波の送信から受信までを計時手段９でカウントする。

計時手段９の超音波の伝搬時間より流体管路１の距離を算出し、断面積補正手段１０で流体管路１の幅との演算を行い流体管路１の断面積を算出する。

以上のように本実施の形態においては、距離測定手段を超音波振動子にすることにより、送信回路と受信回路を共通化することができ、安価に回路を構成することが出来る。

以上のように本発明にかかる流量計測装置は、流体管路に水が浸入しても正確に流量を測定することが可能となるので、ガスメーター等の用途に適用できる。

１ 流体管路
２ 第１振動子
３ 第２振動子
４、２０ 距離測定手段
６ 送信手段
７ 増幅手段
８ 比較手段
９ 計時手段
１０ 断面積補正手段
１１ 流量演算手段

Claims (2)

1. 流体管路に流れる被測定流体に向けて超音波を送信する第１振動子と、
   前記第１振動子を駆動する送信手段と、
   前記被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２振動子と、
   前記第２振動子の出力信号を増幅する増幅手段と、
   前記増幅手段で増幅された信号を基準信号と比較する比較手段と、
   超音波の送信から受信までの時間をカウントする計時手段と、
   前記計時手段の情報から流量を求める流量演算手段と、
   前記流体管路の垂直方向の距離を測定する距離測定手段と、
   前記距離測定手段の情報に基づいて流体管路の断面積を補正する断面積補正手段と、を含む、
   流量計測装置。
2. 前記距離測定手段が、超音波振動子である、
   請求項１に記載の流量計測装置。

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