JP2012107874A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動子の感度が最も高い周波数を選択し、測定を行うことで計測精度が向上した超音波流量計を実現する。
【解決手段】超音波振動子の駆動周波数を決めている抵抗値を可変可能な周波数調整器４を備えた発振部５と、一対の超音波振動子２，３と、被測定流体が流れる計測流路１と、受信側に設定された超音波振動子により伝搬された受信信号の振幅値を検出する検出部７と、前記受信信号の最大振幅値を記録する記録部８と、受信信号と記録部８に記録された最大振幅値との比較を行う比較部９と、比較部９による比較結果により振幅が最大となる抵抗値を決定し、超音波振動子駆動周波数を決定する制御部から成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の送受信可能な超音波振動子を用いて超音波の伝搬時間を計測し、被測定流体の流量を計測する超音波流量計に関するものである。

従来、この種の超音波流量計は、周波数調整器を掃引制御する周波数制御器により制御を行っていた。

図４は、特許文献１に記載された超音波流量計の構成を示すものである。この装置は、所定周波数の信号を出力する基準発振器１８及び前記信号の周波数を調整し調整された周波数の駆動信号を出力する周波数調整器１７を備えた発振手段１６と、ガスが流れる計測流路１と、計測流路１に設けられ前記駆動信号を受けることにより前記ガスに対して超音波を放射する超音波送信器１４と、前記超音波を受けて受信信号を出力する超音波受信器１５とを有し、前記受信信号の変調量に基づいて前記ガスの流量を求める超音波流量計において、前記受信信号の振幅値を検出する振幅検出器２３と、前記受信信号の最大振幅値を格納するピークホールド回路２２と、ピークホールド回路２２に格納された受信信号最大振幅値と前記振幅検出器２３の検出値とを比較する比較器２１と、前記周波数調整器１７に周波数指示信号を出力して前記駆動信号の周波数を変更させる周波数制御器１９と、該周波数制御器１９及び比較器２１に接続したコントローラー２０とを備え、該コントローラー２０は、前記周波数制御器１９を介して前記周波数調整器１７を掃引制御することにより前記周波数調整器１７から所定周波数範囲の駆動信号を出力させて該所定周波数範囲における受信信号の最大振幅値を前記ピークホールド回路２２に格納させ、かつ再度の掃引制御により得られる、振幅検出器２３の検出値が前記受信信号の最大振幅値と略同等になった時の周波数の駆動信号を出力し得るように周波数指示信号を設定する（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２４３８８３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、周波数調整器１７を掃引制御する周波数制御器１９により制御を行っているため、周波数調整器１７と周波数制御器１９をそれぞれ別途設けなければならないため、部品点数が多くなりコストや工数がかかる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、抵抗により発信周波数を変化させる構成なため、制御部において抵抗を可変させることが可能であることから、周波数制御器を別途設ける必要のない超音波流量計を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、被測定流体が流れる計測流路と、前記計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波振動子と、送信側に設定された前記超音波振動子を駆動する発信部と、送信側に設定された前記超音波振動子から送信され、流体を伝搬した超音波信号を受信側に設定された超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記被測
定流体の流量を求める流量演算部と、前記発信部において前記超音波振動子の駆動周波数を決める抵抗値を可変可能な周波数調整器と、受信側に設定された前記超音波振動子で受信された受信信号を検出する検出部と、前記受信信号の最大振幅値を記録する記録部と、前記検出部で受信された受信信号と前記記録部に記録された最大振幅値との比較を行う比較部と、前記比較部による比較結果から受信信号の振幅が最大となるように前記発信部の抵抗値を決定する制御部と、を備えたものである。

これによって、発信部においては超音波振動子の駆動周波数を決めている抵抗値を可変する周波数調整器のみにて測定が可能となる。

本発明の超音波流量計は、周波数調整器により超音波振動子の感度が最も高い周波数を選択し、測定を行うことで計測精度が向上した超音波流量計を実現することができる。

本発明の実施の形態１における超音波流量計の構成図 本発明の実施の形態１における超音波流量計のフローチャート 本発明の実施の形態２における超音波流量計の構成図 従来の超音波流量計の構成図

第１の発明は、被測定流体が流れる計測流路と、前記計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波振動子と、送信側に設定された前記超音波振動子を駆動する発信部と、送信側に設定された前記超音波振動子から送信され、流体を伝搬した超音波信号を受信側に設定された超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間から演算によって前記被測定流体の流量を求める流量演算部と、前記発信部において前記超音波振動子の駆動周波数を決める抵抗値を可変可能な周波数調整器と、受信側に設定された前記超音波振動子で受信された受信信号を検出する検出部と、前記受信信号の最大振幅値を記録する記録部と、前記検出部で受信された受信信号と前記記録部に記録された最大振幅値との比較を行う比較部と、前記比較部による比較結果から受信信号の振幅が最大となるように前記発信部の抵抗値を決定する制御部と、を備えたことによって超音波振動子の感度の最も高い周波数にて測定可能となり、超音波流量計の計測精度を向上させることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の発信部の抵抗値を微少に変動させることが可能な変動部を備えたことにより、超音波振動子自身や超音波振動子周辺が振動し、発生してしまう波打ちが減衰されるため波打ち対策となり、超音波流量計の計測精度を向上させることができる。

（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超音波流量計の構成図を示すものである。

図２は、本発明の第１の実施の形態における超音波流量計の周波数調整の手順を示すフローチャートを示すものである。

図１において、本発明の超音波流量計は被測定流体の流れる計測流路１の上流と下流に設置した超音波振動子２、３と、超音波振動子２、３の送信周波数を調整する周波数調整器４を設けた発振部５と前記超音波振動子２、３により伝搬された受信信号を増幅する増幅部６と、前記受信信号を検出する検出部７と、前記受信信号の最大振幅値を記録する記録部８と、記録された最大振幅値と検出部７で検出された受信信号の比較を行う比較部９
と、比較部９での比較結果により振幅が最大となる抵抗値を決定し超音波振動子の駆動周波数を決定する制御部１０と、決定された駆動周波数にて一方の前記超音波振動子から送信され、流体を伝搬した超音波信号を他方の超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部１１と、前記伝搬時間から演算によって前記超音波振動子間を満たす流体の流量を求める流量演算部１３を備えている。

以上のように構成された超音波流量計について以下その動作、作用を説明する。

まず、周波数調整器４により調整された（Ｓ１）周波数において送信側の超音波振動子２から超音波信号を発信する（Ｓ２）。受信側の超音波振動子３より受信された受信信号を検出し（Ｓ３）、記録部８に記録されている記録信号と比較を行い（Ｓ４）、記録信号よりも受信信号が大きい場合は記録部８に記録されている受信波形の記録更新を行い（Ｓ５）、再び、周波数調整器４にて抵抗値の調整を行い、記録信号が最も大きくなるまで繰り返す。なお、受信信号が記録信号よりも小さくなった場合は記録更新を行わず、記録信号が最も大きい際の周波数となるように抵抗値の調整を行い、伝搬時間測定部１１による伝搬時間の計測を行い、流量演算部１３で流量を演算する。

以上のように、本実施の形態においては、周波数調整器４により超音波振動子の感度が最も高い周波数を選択し、測定を行うことで計測精度が向上した超音波流量計を実現することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。

図３において、基本的な構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態においては、発振部５において、抵抗値を微少に変動させることが可能な変動部としての周波数変動器１２を設けることにより、発振周波数を微少に変化させることができるため、超音波振動子２、３自体や超音波振動子２、３周辺が振動し発生してしまう波打ちが減衰される。

以上のように、本実施の形態においては、波打ち対策をなるため超音波流量計の計測精度をあげることができる。

以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、周波数調整器において超音波振動子の感度が最も高い周波数にて測定を行うため、計測精度の高い超音波流量計を実現することが可能となるので、流量測定基準器及びガスメーターや水道メーター等の用途にも適用できる。

１ 計測流路
２、３ 超音波振動子
４ 周波数調整器
５ 発振部
６ 増幅部
７ 振幅検出部（検出部）
８ 記録部
９ 比較部
１０ 制御部
１１ 伝搬時間測定部
１２ 周波数変動器（変動部）
１３ 流量演算部

Claims (2)

1. 被測定流体が流れる計測流路と、
   前記計測流路の上流と下流に配置された一対の超音波振動子と、
   送信側に設定された前記超音波振動子を駆動する発信部と、
   送信側に設定された前記超音波振動子から送信され、流体を伝搬した超音波信号を受信側に設定された超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、
   前記伝搬時間から演算によって前記被測定流体の流量を求める流量演算部と、
   前記発信部において前記超音波振動子の駆動周波数を決める抵抗値を可変可能な周波数調整器と、
   受信側に設定された前記超音波振動子で受信された受信信号を検出する検出部と、
   前記受信信号の最大振幅値を記録する記録部と、
   前記検出部で受信された受信信号と前記記録部に記録された最大振幅値との比較を行う比較部と、
   前記比較部による比較結果から受信信号の振幅が最大となるように前記発信部の抵抗値を決定する制御部と、
   を備えた超音波流量計。
2. 前記発信部の抵抗値を微少に変動させることが可能な変動部を備えた請求項１記載の超音波流量計。