JP2020106358A - Ultrasonic flowmeter, flow rate computing device, and non-full-water state determining method - Google Patents

Ultrasonic flowmeter, flow rate computing device, and non-full-water state determining method Download PDF

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Abstract

To appropriately determine a non-full-water state even when a beam path length of an ultrasonic beam has changed.SOLUTION: A first sound velocity calculation unit 14B calculates a first sound velocity C1 relating to an ultrasonic beam B on the basis of a fluid temperature T of fluid, a second sound velocity calculation unit 14C calculates a second sound velocity C2 relating to the ultrasonic beam B on the basis of propagation times t1, t2 of the ultrasonic beam B and a reference beam path length Ls of a normal beam path, and a non-full-water state determination unit 14D determines that a liquid level of the fluid is in a non-full-water state when at least a sound velocity error ΔC between the first sound velocity C1 and the second sound velocity C2 is out of range of a preset error permissible range E.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超音波流量計に関し、特に測定管内部が非満水状態であることを判定するための非満水判定技術に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flow meter, and more particularly to a non-fullness determining technique for determining that the inside of a measuring pipe is in a non-full state.

一般に、超音波を用いた流量計測においては、測定管内部が流体で満たされている満水状態であって、超音波ビームが予め流体内に想定したビーム経路を伝搬することを前提としている。このため、測定管内部が流体で満たされていない非満水状態である場合、正しい流体流速の計測ができないだけでなく、測定管の断面積に基づく流体体積の算出が不正確になるため、流量計測に誤差を生ずる原因となる。 Generally, in flow rate measurement using ultrasonic waves, it is premised that the inside of the measuring tube is filled with fluid and the ultrasonic beam propagates along a beam path assumed in advance in the fluid. Therefore, when the inside of the measuring pipe is not filled with fluid and is in a non-full state, not only the correct fluid velocity cannot be measured but also the calculation of the fluid volume based on the cross-sectional area of the measuring pipe becomes inaccurate. It causes an error in measurement.

従来、このような非満水状態を判定する技術として、超音波の受信信号強度を予め設定しておいたしきい値と比較し、得られた比較結果に基づいて非満水状態を判定する技術が提案されている(例えば、特許文献1−2など参照)。 Conventionally, as a technique for determining such a non-full state, a technique for comparing the received signal strength of ultrasonic waves with a preset threshold value and determining the non-full state based on the obtained comparison result is proposed. (For example, see Patent Documents 1-2).

特開2015−184173号公報JP, 2005-184173, A 特開2017−116458号公報JP, 2017-116458, A 特開2013−178125号公報JP, 2013-178125, A

超音波流量計には、測定管に取り付けられた一方の超音波送受信器から他方の超音波送受信器まで超音波ビームが伝搬するビーム経路が、非満水状態で流体液面と交差するものがある。例えば、断面視多角形形状をなす測定管の内壁面で超音波ビームを反射させてビーム経路長を延長することにより、流量の計測精度を向上させたものがある(例えば、特許文献3など参照)。このような構成の場合、測定管内における流体液面の高さによっては、超音波ビームが流体液面で反射し、想定したビーム経路を伝搬しなくなる可能性がある。 In some ultrasonic flowmeters, the beam path through which the ultrasonic beam propagates from one ultrasonic transmitter/receiver attached to the measuring tube to the other ultrasonic transmitter/receiver intersects the liquid surface in a non-full state. .. For example, there is one in which the measurement accuracy of the flow rate is improved by reflecting the ultrasonic beam on the inner wall surface of the measuring tube having a polygonal shape in cross section to extend the beam path length (see, for example, Patent Document 3). ). In the case of such a configuration, the ultrasonic beam may be reflected by the liquid surface of the fluid depending on the height of the liquid surface of the fluid in the measuring tube and may not propagate along the assumed beam path.

前述した従来の非満水判定技術を、このような構成を持つ超音波流量計に対して適用した場合、測定管内における流体液面の高さによっては、超音波ビームが流体液面で反射して、想定したビーム経路とは異なるビーム経路で受信されてしまうケースが考えられる。このようなケースでは、ビーム経路長の短縮/延長に伴って超音波ビームの受信信号強度が増大/低減し、非満水状態であるにも関わらず満水状態であるという誤った判定結果となるという問題点があった。このため、正しい流体流速の計測ができないだけでなく、測定管の断面積に基づく流体体積の算出が不正確になるため、流量計測に誤差を生ずる原因となるという問題点があった。 When the above-mentioned conventional non-full water determination technology is applied to the ultrasonic flowmeter having such a configuration, the ultrasonic beam may be reflected by the liquid surface depending on the height of the liquid surface in the measuring pipe. , There may be cases where the beam is received on a beam path different from the assumed beam path. In such a case, the received signal strength of the ultrasonic beam increases/decreases as the beam path length shortens/extends, resulting in an erroneous determination result indicating that the ultrasonic beam is full although it is not full. There was a problem. For this reason, not only the correct fluid flow velocity cannot be measured, but also the calculation of the fluid volume based on the cross-sectional area of the measuring pipe becomes inaccurate, which causes an error in the flow rate measurement.

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、超音波ビームのビーム経路長が変化した場合でも、非満水状態を適切に判定できる非満水状態判定技術を提供することを目的としている。 The present invention is for solving such a problem, and an object thereof is to provide a non-full state determination technique capable of appropriately determining the non-full state even when the beam path length of the ultrasonic beam is changed. ..

このような目的を達成するために、本発明にかかる超音波流量計は、計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第1および第2の超音波送受信器と、前記第1および第2の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置とを備える超音波流量計であって、前記流量演算装置は、前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第1の音速を計算する第1の音速計算部と、前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第2の音速を計算する第2の音速計算部と、少なくとも、前記第1の音速と前記第2の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定部とを備えている。 In order to achieve such an object, an ultrasonic flowmeter according to the present invention includes a measuring pipe through which a fluid to be measured flows and first and second ultrasonic transmitting/receiving devices arranged on the peripheral surface of the measuring pipe. And a flow rate calculating device that measures the flow rate of the fluid based on the propagation time of the ultrasonic beam propagating in the fluid, which is transmitted and received between the first and second ultrasonic transceivers. An acoustic wave flowmeter, wherein the flow rate calculation device calculates a first acoustic velocity for the ultrasonic beam based on a fluid temperature of the fluid, a first acoustic velocity calculation unit, and a propagation time of the ultrasonic beam. A second sound velocity calculation unit that calculates a second sound velocity relating to the ultrasonic beam based on a reference beam path length of a regular beam path, and at least a sound velocity between the first sound velocity and the second sound velocity. When the error is outside the preset error allowable range, the liquid level of the fluid is provided with a non-full state determination unit that determines that the liquid level is not full.

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記非満水状態判定部が、前記音速誤差が前記誤差許容範囲の範囲内である場合、前記超音波ビームの受信強度が予め設定されている強度しきい値以上であるか否かに応じて、前記流体の液位が満水状態か非満水状態かを判定するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the ultrasonic flowmeter according to the present invention, when the sound velocity error is within the error allowable range, the reception intensity of the ultrasonic beam is preset in the non-full state determination unit. The liquid level of the fluid is determined to be a full state or a non-full state depending on whether or not it is equal to or more than the strength threshold value.

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記誤差許容範囲が、下限しきい値と上限しきい値との間の範囲からなるものである。 In the configuration example of the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the allowable error range is a range between the lower limit threshold and the upper limit threshold.

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記誤差許容範囲が、任意のしきい値以上または任意のしきい値以下の範囲からなるものである。 In addition, in one configuration example of the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the allowable error range is a range equal to or larger than an arbitrary threshold value or equal to or smaller than an arbitrary threshold value.

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記非満水状態判定部が、前記音速誤差が前記誤差許容範囲の範囲内であることを示す音速誤差判定結果と、前記超音波ビームの受信強度が前記強度しきい値以上であることを示す信号強度判定結果との論理積に基づいて非満水状態であることを判定するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the non-full state determination unit, the sonic velocity error determination result indicating that the sonic velocity error is within the error allowable range, the ultrasonic wave The non-full state is determined based on the logical product with the signal intensity determination result indicating that the beam reception intensity is equal to or higher than the intensity threshold value.

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記超音波ビームのビーム経路が、前記測定管の管軸に対して傾きを有し、かつ、前記測定管の内壁面において少なくとも2点の反射点を有するものである。 Further, in one configuration example of the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the beam path of the ultrasonic beam has an inclination with respect to the tube axis of the measurement tube, and at least on the inner wall surface of the measurement tube. It has two reflection points.

また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記ビーム経路が、前記測定管の管軸と直交する面に投影した軌跡が略三角形をなすものである。 Further, in one configuration example of the ultrasonic flowmeter according to the present invention, the trajectory of the beam path projected on a plane orthogonal to the tube axis of the measurement tube has a substantially triangular shape.

また、本発明にかかる流量演算装置は、計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第1および第2の超音波送受信器とを備える超音波流量計で用いられて、前記第1および第2の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置であって、前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第1の音速を計算する第1の音速計算部と、前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第2の音速を計算する第2の音速計算部と、少なくとも、前記第1の音速と前記第2の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定部とを備えている。 Further, the flow rate calculation device according to the present invention is an ultrasonic flowmeter including a measurement pipe through which a fluid to be measured flows and first and second ultrasonic transceivers arranged on the peripheral surface of the measurement pipe. A flow rate calculation device used for measuring the flow rate of the fluid based on a propagation time of an ultrasonic beam propagating in the fluid, which is transmitted and received between the first and second ultrasonic transceivers. A first sound velocity calculator for calculating a first sound velocity relating to the ultrasonic beam based on a fluid temperature of the fluid; and a propagation time of the ultrasonic beam and a reference beam path length of a regular beam path. And a second sound velocity calculation unit that calculates a second sound velocity relating to the ultrasonic beam, and at least an error allowable range in which a sound velocity error between the first sound velocity and the second sound velocity is preset. When it is outside, the liquid level of the fluid is provided with a non-full state determination unit that determines that the liquid level is a non-full state.

また、本発明にかかる非満水状態判定方法は、計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第1および第2の超音波送受信器と、前記第1および第2の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置とを備える超音波流量計で用いられる非満水状態判定方法であって、前記流量演算装置が、前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第1の音速を計算する第1の音速計算ステップと、前記流量演算装置が、前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第2の音速を計算する第2の音速計算ステップと、前記流量演算装置が、少なくとも、前記第1の音速と前記第2の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定ステップとを備えている。 In addition, the non-full state determination method according to the present invention includes a measurement tube through which a fluid to be measured flows, first and second ultrasonic transceivers arranged on a peripheral surface of the measurement tube, and the first and second ultrasonic transducers. A flow rate calculation device for measuring the flow rate of the fluid based on the propagation time of the ultrasound beam propagating in the fluid, which is transmitted and received between the second ultrasound transceivers. A method for determining a full water state, wherein the flow rate calculation device calculates a first sound velocity of the ultrasonic beam based on a fluid temperature of the fluid, and the flow rate calculation device includes: A second sound velocity calculating step of calculating a second sound velocity relating to the ultrasonic beam based on a propagation time of the ultrasonic beam and a reference beam path length of a regular beam path; A non-full state determination step of determining that the liquid level of the fluid is a non-full state when the sonic velocity error between the first sonic velocity and the second sonic velocity is out of a preset error tolerance range; Equipped with.

本発明によれば、超音波ビームのビーム経路長が変化した場合でも、非満水状態を適切に判定することが可能となる。したがって、計測した流体の流量とともに非満水状態を上位装置へ通知すれば、流量に誤差を含むことが上位装置で判定できるだけでなく、非満水時様態が発生していることをアラームとして報知することができる。 According to the present invention, it is possible to appropriately determine the non-full state even when the beam path length of the ultrasonic beam changes. Therefore, by notifying the host device of the non-full state together with the measured flow rate of the fluid, not only the host device can determine that the flow rate contains an error, but also notify the occurrence of the non-full state as an alarm. You can

図1は、超音波流量計の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic flow meter. 図2は、ビーム経路(満水状態)を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the beam path (full state). 図3は、ビーム経路(非満水状態)を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the beam path (non-full state). 図4は、非満水状態判定処理を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing the non-full state determination process. 図5は、従来の非満水状態判定の動作例(超音波受信強度のみ)を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an operation example (only ultrasonic reception intensity) of the conventional non-full state determination. 図6は、本発明の非満水状態判定の動作例(音速誤差+超音波受信強度)を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing an operation example (sound velocity error+ultrasonic wave reception intensity) of the non-full state determination of the present invention.

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
[超音波流量計]
まず、図1を参照して、本実施の形態にかかる超音波流量計1について説明する。図1は、超音波流量計の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、超音波流量計1は、測定管Pの周面に配置された超音波送受信器(トランスデューサ)UA,UB間で、測定管P内を流れる流体を通過する超音波ビームBを送受信し、得られた超音波ビームBの伝搬時間t1,t2に基づいて、流体の流量Qを計測する機器である。本発明では、これら超音波送受信器UA,UBを、第1および第2の超音波送受信器という場合がある。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Ultrasonic flow meter]
First, an ultrasonic flowmeter 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic flow meter.
As shown in FIG. 1, the ultrasonic flowmeter 1 includes an ultrasonic beam passing through a fluid flowing in the measuring pipe P between ultrasonic transmitter/receivers (transducers) UA and UB arranged on the peripheral surface of the measuring pipe P. It is a device that transmits and receives B, and measures the flow rate Q of the fluid based on the propagation times t1 and t2 of the obtained ultrasonic beam B. In the present invention, these ultrasonic transceivers UA and UB may be referred to as first and second ultrasonic transceivers.

図2は、ビーム経路(満水状態)を示す説明図である。図3は、ビーム経路(非満水状態)を示す説明図である。この超音波流量計1は、断面視六角形形状をなす測定管Pを有し、測定管Pの内壁面で超音波ビームBを反射させてビーム経路長を延長したものである(例えば、特許文献3など参照)。満水状態である場合、図2に示すように、超音波送受信器UAから送信された順方向の超音波ビームBは、まず内壁面PAで反射した後、内壁面PBで反射し、超音波送受信器UBで受信される。また、超音波送受信器UBから送信された逆方向の超音波ビームBは、順方向とは逆に内壁面PBで反射した後、内壁面PAで反射し、超音波送受信器UAで受信される。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the beam path (full state). FIG. 3 is an explanatory diagram showing the beam path (non-full state). This ultrasonic flowmeter 1 has a measuring tube P having a hexagonal cross-sectional shape, and the ultrasonic beam B is reflected by the inner wall surface of the measuring tube P to extend the beam path length (for example, a patent). Reference 3 etc.). When the water is full, as shown in FIG. 2, the forward ultrasonic beam B transmitted from the ultrasonic transmitter/receiver UA is first reflected by the inner wall surface PA and then by the inner wall surface PB for ultrasonic transmission/reception. It is received by the unit UB. The ultrasonic beam B in the reverse direction transmitted from the ultrasonic transmitter/receiver UB is reflected by the inner wall surface PB in the opposite direction to the forward direction, is then reflected by the inner wall surface PA, and is received by the ultrasonic transmitter/receiver UA. ..

一方、非満水状態である場合、流体の液位によっては、図3に示すように、超音波送受信器UAから送信された順方向の超音波ビームBは、まず内壁面PAで反射した後、液体液面F1で反射して再び内壁面PAで反射した後、液体液面F2で反射し、超音波送受信器UBで受信される場合がある。この際、図2に示されているような予め満水状態で想定したビーム経路の基準ビーム経路長Lsとは異なるビーム経路長Lxとなるため、超音波ビームBの受信信号強度が増大/低減する。このため、従来技術のように、受信信号強度を予め設定しておいた強度しきい値と比較することにより、非満水状態を判定した場合、非満水状態であるにも関わらず満水状態であるという誤った判定結果となる。 On the other hand, in the non-full state, depending on the liquid level, the forward ultrasonic beam B transmitted from the ultrasonic transmitter/receiver UA is first reflected by the inner wall surface PA, as shown in FIG. The liquid may be reflected by the liquid surface F1 and then again by the inner wall surface PA, then reflected by the liquid surface F2, and received by the ultrasonic transmitter/receiver UB. At this time, since the beam path length Lx is different from the reference beam path length Ls of the beam path assumed in advance in a full state as shown in FIG. 2, the received signal strength of the ultrasonic beam B is increased/decreased. .. Therefore, as in the prior art, when the non-full state is determined by comparing the received signal intensity with a preset intensity threshold value, the full state is present despite the non-full state. Will result in an incorrect determination.

[本発明の原理]
超音波は、人間の耳には聞こえない高い周波数を持つ音波であると定義されており、一般的には20kHz以上の音波とされている。このような超音波は、人間の耳で聞こえる可聴音と同様の性質を有しており、その1つとして、物質中を伝搬する音の音速は、可聴音や超音波にかかわらず、物質温度によって決定されるという性質がある。
[Principle of the present invention]
An ultrasonic wave is defined as a sound wave having a high frequency that cannot be heard by the human ear, and is generally considered to be a sound wave of 20 kHz or higher. Such ultrasonic waves have the same properties as audible sounds that can be heard by the human ear. One of them is that the speed of sound propagating through a material is It is determined by

水中を伝搬する音に関する第1の音速C1は、流体温度Tに基づいて、Greenspan-Tschieggの実験式(1957)と呼ばれる次の式(1)で求められる。
The first sound velocity C1 relating to sound propagating in water is obtained based on the fluid temperature T by the following equation (1) called the Greenspan-Tschiegg empirical equation (1957).

一方、超音波流量計において、流体を伝搬する超音波ビームBの第2の音速C2は、ビーム経路長Lと伝搬時間t1,t2とに基づいて、次の式(2)により求められる。
On the other hand, in the ultrasonic flowmeter, the second sound velocity C2 of the ultrasonic beam B propagating through the fluid is obtained by the following equation (2) based on the beam path length L and the propagation times t1 and t2.

ここで、式(2)のビーム経路長Lとして、予め想定したビーム経路Rの基準ビーム経路長Lsが用いられる。このため、図3に示したように、非満水状態のため基準ビーム経路長Lsとは異なるビーム経路長Lxとなった場合、式(2)のビーム経路長Lは基準ビーム経路長Lsのままであるが、伝搬時間t1,t2が変化する。このため、式(2)で得られる第2の音速C2と式(1)で得られる第1の音速C1との音速誤差ΔC(=C2−C1)が大きくなる。 Here, the reference beam path length Ls of the beam path R assumed in advance is used as the beam path length L of the equation (2). Therefore, as shown in FIG. 3, when the beam path length Lx is different from the reference beam path length Ls due to the non-full state, the beam path length L of the equation (2) remains the reference beam path length Ls. However, the propagation times t1 and t2 change. Therefore, the sound velocity error ΔC (=C2-C1) between the second sound velocity C2 obtained by the equation (2) and the first sound velocity C1 obtained by the equation (1) becomes large.

本発明は、このような非満水状態によるビーム経路長Lの変化と音速誤差ΔCとの関係に着目し、流体温度Tから第1の音速C1を求めるとともに、想定した基準ビーム経路長Lsと計測した伝搬時間t1,t2とから第2の音速C2を求め、両者の音速誤差ΔCをしきい値処理することにより、非満水状態を判定するようにしたものである。 The present invention focuses on the relationship between the change in the beam path length L due to such a non-full state and the sound velocity error ΔC, obtains the first sound velocity C1 from the fluid temperature T, and measures the assumed reference beam path length Ls. The second sound velocity C2 is obtained from the propagation times t1 and t2, and the non-full state is determined by thresholding the sound velocity error ΔC between the two.

次に、図1を参照して、本実施の形態にかかる超音波流量計1の構成について詳細に説明する。
図1に示すように、超音波流量計1は、計測対象となる流体が流れる測定管Pと、測定管Pの周面のうち流体が流れる方向に対して上流側と下流側にそれぞれ配置された一対の超音波送受信器(トランスデューサ)UA,UBと、これらUA,UB間で順逆方向に送受信された超音波ビームBの受信波を信号処理して流量を計算出力する流量演算装置10とを備えている。なお、本発明において、流体が流れてくる上流側のUAから流体が流れていく下流側のUBへ超音波ビームBが伝搬する方向を順方向といい、下流側のUBから上流側のUAへ超音波ビームBが伝搬する方向を逆方向という。
Next, the configuration of the ultrasonic flowmeter 1 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the ultrasonic flowmeter 1 is arranged on a measurement pipe P through which a fluid to be measured flows and upstream and downstream of the circumferential surface of the measurement pipe P with respect to the direction in which the fluid flows. A pair of ultrasonic transmitter/receivers (transducers) UA and UB, and a flow rate calculation device 10 for signal-processing the received waves of the ultrasonic beam B transmitted/received between these UA and UB in the forward and reverse directions to calculate and output the flow rate. I have it. In the present invention, the direction in which the ultrasonic beam B propagates from the upstream UA through which the fluid flows to the downstream UB through which the fluid flows is called the forward direction, and from the downstream UB to the upstream UA. The direction in which the ultrasonic beam B propagates is called the reverse direction.

また、本実施の形態では、超音波ビームBのビーム経路は、図1に示すように、測定管Pの管軸Oに対して傾きを有しており、図2および図3に示すように、測定管Pの内壁面において少なくとも2点の反射点(PA,PB)を有し、測定管Pの管軸Oと直交する面に投影した軌跡が略三角形をなす場合を例として説明する。なお、ビーム経路は、これに限定されるものではない。例えば、流体の液位が満水状態から低下した際に、超音波ビームBが流体液面と交差するようなビーム経路であれば、いずれのビーム経路にも同様に適用可能である。 Further, in the present embodiment, the beam path of the ultrasonic beam B has an inclination with respect to the tube axis O of the measuring tube P as shown in FIG. 1, and as shown in FIGS. 2 and 3. An example will be described in which the inner wall surface of the measurement pipe P has at least two reflection points (PA, PB) and the locus projected on the plane orthogonal to the pipe axis O of the measurement pipe P has a substantially triangular shape. The beam path is not limited to this. For example, if the ultrasonic beam B intersects the liquid surface of the fluid when the liquid level of the fluid drops from the full state, the beam path can be similarly applied to any beam path.

流量演算装置10は、図1に示すように、主な回路部として、入出力I/F回路11、記憶回路12、上位I/F回路13、および演算処理回路14を備えている。これら回路部は、内部バスBUSを介してデータやり取り可能に接続されている。 As shown in FIG. 1, the flow rate calculation device 10 includes an input/output I/F circuit 11, a storage circuit 12, a higher I/F circuit 13, and a calculation processing circuit 14 as main circuit units. These circuit units are connected via an internal bus BUS so that data can be exchanged.

入出力I/F回路11は、超音波送受信器(トランスデューサ)UA,UBとの間で、超音波の送受信を制御するための制御信号や、受信した超音波の信号強度を示す受信信号を、配線L1を介してやり取りするとともに、配線L2を介して測定管Pに取り付けられた温度センサKで計測された流体温度Tを示す計測信号を取得する回路部である。 The input/output I/F circuit 11 transmits a control signal for controlling the transmission/reception of ultrasonic waves to/from the ultrasonic wave transceivers (transducers) UA and UB, and a reception signal indicating the signal strength of the received ultrasonic wave. It is a circuit unit that exchanges via the wiring L1 and acquires a measurement signal indicating the fluid temperature T measured by the temperature sensor K attached to the measurement pipe P via the wiring L2.

記憶回路12は、半導体メモリなどの記憶装置からなり、演算処理回路14での流量計測処理や非満水状態判定処理に用いる各種の処理データやプログラムを記憶する回路部である。 The storage circuit 12 is a storage unit such as a semiconductor memory, and is a circuit unit that stores various processing data and programs used for the flow rate measurement processing and the non-full state determination processing in the arithmetic processing circuit 14.

上位I/F回路13は、演算処理回路14で計測された流量を示す流量データや、非満水状態を示すステータスデータを、通信回線L3を介してコントローラなどの上位装置へ送信する回路部である。 The upper I/F circuit 13 is a circuit unit that transmits flow rate data indicating the flow rate measured by the arithmetic processing circuit 14 and status data indicating a non-full state to a higher-level device such as a controller via the communication line L3. ..

演算処理回路14は、CPUとその周辺回路を有し、記憶回路12のプログラムを読み込んでCPUで実行し、ハードウェアとソフトウェアを協働させることにより、流量計測処理や非満水状態判定処理に用いる各種の処理部を実現する回路部である。
演算処理回路14で実現される主な処理部として、計測部14A、第1の音速計算部14B、第2の音速計算部14C、非満水状態判定部14D、および流量計算部14Eがある。
The arithmetic processing circuit 14 has a CPU and its peripheral circuits, reads the program of the memory circuit 12 and executes it on the CPU, and uses it in cooperation with hardware and software to perform flow rate measurement processing and non-full-water state determination processing. It is a circuit unit that realizes various processing units.
The main processing units implemented by the arithmetic processing circuit 14 include a measurement unit 14A, a first sound velocity calculation unit 14B, a second sound velocity calculation unit 14C, a non-full state determination unit 14D, and a flow rate calculation unit 14E.

計測部14Aは、一定の計測周期ごとに、入出力I/F回路11および配線L1を介して超音波送受信器UA,UBを制御することにより、所定回数分だけ繰り返し、超音波送受信器UA,UB間で、測定管P内を流れる流体を通過する超音波ビームBを順逆方向に送受信し、得られた受信信号を統計処理することにより、伝搬時間t1,t2を計算して記憶回路12に保存する機能と、一定の計測周期ごとに、入出力I/F回路11および配線L2を介して温度センサKを制御することにより、測定管P内を流れる流体の流体温度Tを取得して記憶回路12に保存する機能とを有している。 The measurement unit 14A controls the ultrasonic transceivers UA and UB via the input/output I/F circuit 11 and the wiring L1 at regular measurement intervals, thereby repeating the ultrasonic transceivers UA and UB a predetermined number of times. Between the UBs, the ultrasonic beam B passing through the fluid flowing in the measuring tube P is transmitted/received in the forward and reverse directions, and the obtained reception signals are statistically processed to calculate the propagation times t1 and t2 and store them in the storage circuit 12. A function of storing and controlling the temperature sensor K via the input/output I/F circuit 11 and the wiring L2 at every constant measurement cycle to acquire and store the fluid temperature T of the fluid flowing in the measuring pipe P. It has a function of storing in the circuit 12.

第1の音速計算部14Bは、記憶回路12から取得した流体温度Tに基づいて、例えば前述した式(1)を用いることにより、第1の音速C1を計算する機能を有している。
第2の音速計算部14Cは、記憶回路12から取得した伝搬時間t1,t2と、予め記憶回路12に設定されている基準ビーム経路長Lsとに基づいて、例えば前述した式(2)を用いることにより、第2の音速C2を計算する機能を有している。
The first sound velocity calculation unit 14B has a function of calculating the first sound velocity C1 based on the fluid temperature T acquired from the storage circuit 12 by using, for example, the above-described formula (1).
The second sound velocity calculation unit 14C uses, for example, the above-described formula (2) based on the propagation times t1 and t2 acquired from the storage circuit 12 and the reference beam path length Ls set in the storage circuit 12 in advance. Thus, it has a function of calculating the second sound velocity C2.

非満水状態判定部14Dは、第1の音速C1と第2の音速C2との音速誤差ΔCを計算し、得られた音速誤差ΔCと記憶回路12に予め設定されている誤差許容範囲Eとを比較する機能と、少なくとも、音速誤差ΔCが予め設定されている誤差許容範囲Eの範囲外である場合、流体の液位Hは非満水状態であると判定し、記憶回路12に保存する機能とを有している。 The non-full state determination unit 14D calculates the sound velocity error ΔC between the first sound velocity C1 and the second sound velocity C2, and obtains the obtained sound velocity error ΔC and the error tolerance range E preset in the storage circuit 12. And a function of comparing and a function of determining that the liquid level H of the fluid is a non-full state and storing it in the storage circuit 12 when at least the sound velocity error ΔC is outside the preset error allowable range E. have.

また、非満水状態判定部14Dは、記憶回路12から取得した超音波受信強度Sと記憶回路12に予め設定されている強度しきい値Sthとを比較する機能と、音速誤差ΔCが誤差許容範囲Eの範囲内である場合、超音波受信強度Sが強度しきい値Sth以上であるか否かに応じて、流体の液位が満水状態か非満水状態かを判定し、記憶回路12に保存する機能を有している。 Further, the non-full-water state determination unit 14D has a function of comparing the ultrasonic wave reception intensity S acquired from the storage circuit 12 with an intensity threshold value Sth preset in the storage circuit 12, and the sound velocity error ΔC is within an allowable error range. If it is within the range of E, it is determined whether the liquid level of the fluid is full or non-full depending on whether or not the ultrasonic reception intensity S is equal to or more than the intensity threshold value Sth and stored in the storage circuit 12. It has the function to

流量計算部14Eは、記憶回路12から取得した伝搬時間t1,t2、流体温度T、基準ビーム経路長Ls、および第1の音速C1または第2の音速C2に基づいて、測定管P内を流れる流体の流量Qを計算し、記憶回路12に保存する機能を有している。 The flow rate calculation unit 14E flows in the measurement pipe P based on the propagation times t1 and t2, the fluid temperature T, the reference beam path length Ls, and the first sound velocity C1 or the second sound velocity C2 acquired from the storage circuit 12. It has a function of calculating the flow rate Q of the fluid and storing it in the memory circuit 12.

測定管P内を流れる流体の流量Qは、流速Vと測定管Pの断面積Aとの積で求められる。また、流速Vは、伝搬時間t1,t2、音速C、ビーム経路長L、ビーム経路と流体の流れる方向との間の角度θに基づいて、次の式(3)により求められる。
The flow rate Q of the fluid flowing in the measuring pipe P is obtained by the product of the flow velocity V and the cross-sectional area A of the measuring pipe P. Further, the flow velocity V is obtained by the following formula (3) based on the propagation times t1 and t2, the sound velocity C, the beam path length L, and the angle θ between the beam path and the fluid flowing direction.

[本実施の形態の動作]
次に、図4を参照して、本実施の形態にかかる超音波流量計1の動作について説明する。図4は、非満水状態判定処理を示すフローチャートである。
演算処理回路14は、計測部14Aで新たな伝搬時間t1,t2および流体温度Tが得られるごとに、図4の非満水状態判定処理を実行する。
[Operation of this Embodiment]
Next, the operation of the ultrasonic flowmeter 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing the non-full state determination process.
The arithmetic processing circuit 14 executes the non-full state determination process of FIG. 4 every time the measurement unit 14A obtains new propagation times t1 and t2 and the fluid temperature T.

まず、第1の音速計算部14Bは、記憶回路12から取得した流体温度Tに基づいて、例えば前述した式(1)を用いることにより、第1の音速C1を計算する(ステップS100)。また、第2の音速計算部14Cは、記憶回路12から取得した伝搬時間t1,t2と、予め記憶回路12に設定されている基準ビーム経路長Lsとに基づいて、例えば前述した式(2)を用いることにより、第2の音速C2を計算する(ステップS101)。 First, the first sound velocity calculation unit 14B calculates the first sound velocity C1 based on the fluid temperature T acquired from the storage circuit 12 by using, for example, the above-described formula (1) (step S100). In addition, the second sound velocity calculation unit 14C, for example, based on the propagation times t1 and t2 acquired from the storage circuit 12 and the reference beam path length Ls set in the storage circuit 12 in advance, for example, the equation (2) described above. The second sound velocity C2 is calculated by using (step S101).

続いて、非満水状態判定部14Dは、第1の音速C1と第2の音速C2との音速誤差ΔCを計算し(ステップS102)、得られた音速誤差ΔCと記憶回路12に予め設定されている誤差許容範囲Eとを比較する(ステップS103)。
ステップS103で、音速誤差ΔCが誤差許容範囲E内である場合(ステップS103:YES)、非満水状態判定部14Dは、記憶回路12から取得した超音波受信強度Sと記憶回路12に予め設定されている強度しきい値Sthとを比較する(ステップS104)。
Subsequently, the non-full-water state determination unit 14D calculates a sound velocity error ΔC between the first sound velocity C1 and the second sound velocity C2 (step S102), and the obtained sound velocity error ΔC is preset in the storage circuit 12. The allowable error range E is compared (step S103).
In step S103, when the sound velocity error ΔC is within the error allowable range E (step S103: YES), the non-full state determination unit 14D is preset in the ultrasonic wave reception intensity S acquired from the storage circuit 12 and the storage circuit 12. The threshold value Sth is compared (step S104).

ステップS104で、超音波受信強度Sが強度しきい値Sth以上である場合(ステップS104:YES)、非満水状態判定部14Dは、測定管Pが満水状態にあると判定し、記憶回路12に保存し(ステップS105)、一連の非満水状態判定処理を終了する。 In step S104, when the ultrasonic wave reception intensity S is equal to or higher than the intensity threshold value Sth (step S104: YES), the non-full state determination unit 14D determines that the measuring pipe P is in the full state, and the storage circuit 12 stores it. The data is saved (step S105), and a series of non-full state determination processing ends.

一方、ステップS103で、音速誤差ΔCが誤差許容範囲E内にない場合(ステップS103:NO)、および、ステップS104で、超音波受信強度Sが強度しきい値Sth未満の場合(ステップS104:NO)、非満水状態判定部14Dは、測定管Pが非満水状態にあると判定し、記憶回路12に保存し(ステップS106)、一連の非満水状態判定処理を終了する。 On the other hand, if the sound velocity error ΔC is not within the error allowable range E in step S103 (step S103: NO), and if the ultrasonic wave reception intensity S is less than the intensity threshold value Sth in step S104 (step S104: NO). ), the non-full state determination unit 14D determines that the measuring pipe P is in the non-full state, saves it in the storage circuit 12 (step S106), and ends the series of non-full state determination processes.

図4において、ステップS103とステップS104の実行処理順序については、両者を入れ替えてもよい。また、ステップS103とステップS104を並行して実行し、得られた両比較結果の論理積に基づいて、ステップS105またはステップS106を選択実行してもよい。具体例としては、後述の図6に示すような、音速誤差ΔCが誤差許容範囲Eの範囲内であることを示す音速誤差判定結果Rcと、超音波ビームBの超音波受信強度Sが強度しきい値Sth以上であることを示す信号強度判定結果Rsとの論理積に基づいて非満水状態であることを判定するようにしてもよい。 In FIG. 4, the execution processing order of step S103 and step S104 may be interchanged. Alternatively, step S103 and step S104 may be executed in parallel, and step S105 or step S106 may be selectively executed based on the logical product of the obtained comparison results. As a specific example, as shown in FIG. 6 described later, the sound velocity error determination result Rc indicating that the sound velocity error ΔC is within the error allowable range E and the ultrasonic wave reception intensity S of the ultrasonic beam B are stronger. The non-full state may be determined based on the logical product with the signal strength determination result Rs indicating that the threshold value Sth or more.

[本実施の形態の動作例]
まず、図5を参照して、従来の非満水状態判定の動作例について説明する。図5は、従来の非満水状態判定の動作例(超音波受信強度のみ)を示すグラフである。図5には、時間の経過とともに液位Hを満水状態から徐々に低下させた場合における、超音波受信強度Sの変化がグラフで示されている。
[Operation example of the present embodiment]
First, with reference to FIG. 5, an operation example of a conventional non-full state determination will be described. FIG. 5 is a graph showing an operation example (only ultrasonic reception intensity) of the conventional non-full state determination. FIG. 5 is a graph showing changes in the ultrasonic wave reception intensity S when the liquid level H is gradually decreased from the full state with the lapse of time.

液位Hが満水状態から低下するにつれて、超音波ビームBが流体液面で反射したり、超音波送受信器UA,UBが気中へ露出したりする。このため、超音波ビームBのビーム経路は乱れや、送信される超音波信号強度の低下が生じる。図5に示すように、時刻T1に、超音波受信強度Sが強度しきい値Sthを下回った場合、信号強度判定結果Rsは、H(High)レベルからL(Low)レベルに変化する。信号強度判定結果Rsは、S≧Sthである場合にはHレベルを示し、S<Sthである場合にはLレベルを示す、非満水状態判定部14D内部の論理値である。 As the liquid level H decreases from the full state, the ultrasonic beam B is reflected on the liquid surface of the fluid, and the ultrasonic transceivers UA and UB are exposed to the air. Therefore, the beam path of the ultrasonic beam B is disturbed and the strength of the transmitted ultrasonic signal is reduced. As shown in FIG. 5, when the ultrasonic wave reception intensity S falls below the intensity threshold value Sth at time T1, the signal intensity determination result Rs changes from the H (High) level to the L (Low) level. The signal strength determination result Rs is a logical value inside the non-full state determination unit 14D, which indicates an H level when S≧Sth and an L level when S<Sth.

この後、続く時刻Ts1において、例えば図3に示したように、流体液面F1,F2で超音波ビームBがたまたま受信された場合、超音波受信強度Sは、一時的に強度しきい値Sthより高いレベルまで上昇する。これにより、S≧Sthの状態となった時刻Ts1から時刻Ts2までの期間Wsで、信号強度判定結果RsがHレベルとなる。 After that, at the subsequent time Ts1, when the ultrasonic beam B happens to be received on the fluid surfaces F1 and F2 as shown in FIG. 3, for example, the ultrasonic reception intensity S is temporarily reduced to the intensity threshold Sth. Rise to higher levels. As a result, the signal strength determination result Rs becomes H level in the period Ws from time Ts1 to time Ts2 when S≧Sth.

したがって、信号強度判定結果Rsに基づき非満水状態を判定している場合、非満水状態判定結果Rmは、実際の液位Hとは異なり、期間Wsにおいて満水状態を示すHレベルを示すことになる。非満水状態判定結果Rmは、満水状態である場合にはHレベルを示し、非満水状態である場合にはLレベルを示す、非満水状態判定部14D内部の論理値である。 Therefore, when the non-full state is determined based on the signal strength determination result Rs, the non-full state determination result Rm is different from the actual liquid level H and indicates the H level indicating the full state in the period Ws. .. The non-full state determination result Rm is a logical value inside the non-full state determination unit 14D that indicates the H level when the full state and the L level when the non full state.

次に、図6を参照して、本発明の非満水状態判定の動作例について説明する。図6は、本発明の非満水状態判定の動作例(音速誤差+超音波受信強度)を示すグラフである。図6には、時間の経過とともに液位Hを満水状態から徐々に低下させた場合における、音速誤差ΔCの変化がグラフで示されている。ここでは、誤差許容範囲Eとして、下限しきい値ELと上限しきい値EHとからなる帯状の許容範囲が設定されているものとする。なお、参考として図5の超音波受信強度Sも併記されている。 Next, an operation example of the non-full state determination of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a graph showing an operation example (sound velocity error+ultrasonic wave reception intensity) of the non-full state determination of the present invention. FIG. 6 is a graph showing the change in the sound velocity error ΔC when the liquid level H is gradually decreased from the full state with the passage of time. Here, as the error allowable range E, it is assumed that a band-shaped allowable range including the lower limit threshold value EL and the upper limit threshold value EH is set. For reference, the ultrasonic wave reception intensity S in FIG. 5 is also shown.

液位Hの低下に伴って、超音波ビームBのビーム経路は乱れや、送信される超音波信号強度の低下が生じた場合、ビーム経路長Lが変化して伝搬時間t1,t2が変化する。このため、前述した式(2)で得られる第2の音速C2が変化して音速誤差ΔCが変化する。具体的には、ビーム経路長Lが延長された場合、伝搬時間t1,t2が長くなってC2が小さくなりΔCも小さくなる。ビーム経路長Lが短縮された場合、伝搬時間t1,t2が短くなってC2が大きくなりΔCも大きくなる。 When the beam path of the ultrasonic beam B is disturbed or the strength of the transmitted ultrasonic signal is decreased due to the decrease in the liquid level H, the beam path length L is changed and the propagation times t1 and t2 are changed. .. Therefore, the second sound velocity C2 obtained by the above-mentioned equation (2) changes, and the sound velocity error ΔC changes. Specifically, when the beam path length L is extended, the propagation times t1 and t2 are increased, C2 is decreased, and ΔC is decreased. When the beam path length L is shortened, the propagation times t1 and t2 are shortened, C2 is increased, and ΔC is also increased.

図6に示すように、時刻T1で超音波受信強度Sが強度しきい値Sthを下回った場合、信号強度判定結果Rsが、HレベルからLレベルに変化する。その後、時刻T2で音速誤差ΔCが下限しきい値ELを下回った場合、音速誤差判定結果Rcは、HレベルからLレベルに変化する。音速誤差判定結果Rcは、ΔCが誤差許容範囲E内である場合にはHレベルを示し、ΔCが誤差許容範囲E外である場合にはLレベルを示す、非満水状態判定部14D内部の論理値である。 As shown in FIG. 6, when the ultrasonic wave reception intensity S falls below the intensity threshold value Sth at time T1, the signal intensity determination result Rs changes from the H level to the L level. After that, when the sound velocity error ΔC falls below the lower limit threshold value EL at time T2, the sound velocity error determination result Rc changes from the H level to the L level. The sound velocity error determination result Rc indicates the H level when ΔC is within the error allowable range E, and indicates the L level when ΔC is outside the error allowable range E. The logic inside the non-full state determination unit 14D It is a value.

続くTs1から時刻Ts2までの期間WsでS≧Sthとなって、信号強度判定結果Rsが、一時的にLレベルからHレベルに変化する。その後、時刻Tc1において、音速誤差ΔCが下限しきい値EL以上となって誤差許容範囲E内のレベルまで上昇し、その後の時刻Tc2に上限しきい値EHを超えた場合、時刻Tc1から時刻Tc2までの期間Wcで、音速誤差判定結果RcがHレベルとなる。 In the subsequent period Ws from Ts1 to time Ts2, S≧Sth, and the signal strength determination result Rs temporarily changes from the L level to the H level. After that, at time Tc1, when the sound velocity error ΔC becomes equal to or higher than the lower limit threshold EL and rises to a level within the error allowable range E, and then at time Tc2 exceeds the upper limit threshold EH, from time Tc1 to time Tc2. In the period Wc up to, the sound velocity error determination result Rc becomes H level.

したがって、信号強度判定結果Rsと音速誤差判定結果Rcとの論理積に基づいて非満水状態を判定した場合、非満水状態判定結果Rmは、RsとRcの両方がHレベルである時刻T1より以前の期間においてのみ満水状態を示すHレベルを示すことになり、実際の液位Hと同様に、それ以降においては、期間Wsや期間WcなどRsとRcの一方がHレベルとなった場合でも、非満水状態を示すLレベルを示すことになる。 Therefore, when the non-full state is determined based on the logical product of the signal strength determination result Rs and the sound velocity error determination result Rc, the non-full state determination result Rm is before the time T1 when both Rs and Rc are at the H level. The H level indicating a full state is shown only in the period of, and like the actual liquid level H, even if one of Rs and Rc such as the period Ws and the period Wc becomes the H level after that, It will indicate an L level indicating a non-full state.

なお、以上では、誤差許容範囲Eが下限しきい値ELと上限しきい値EHとからなる帯状の範囲で規定される場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。超音波流量計1の超音波ビームBのビーム経路は、超音波送受信器UA,UBの配置や測定管Pの内壁面の配置と、液位Hとによって決定される。このため、ビーム経路によっては、超音波受信強度Sが強度しきい値Sthを上回る期間Wsと、音速誤差ΔCが下限しきい値ELを下回る期間とが発生する条件が固定化される場合もある。 In the above description, the error allowable range E is described as an example in which it is defined by a band-shaped range composed of the lower limit threshold EL and the upper limit threshold EH, but the present invention is not limited to this. The beam path of the ultrasonic beam B of the ultrasonic flow meter 1 is determined by the arrangement of the ultrasonic transmitters/receivers UA and UB, the arrangement of the inner wall surface of the measuring tube P, and the liquid level H. For this reason, depending on the beam path, there may be a case where the condition that a period Ws in which the ultrasonic reception intensity S exceeds the intensity threshold Sth and a period in which the sound velocity error ΔC falls below the lower limit threshold EL occur are fixed. ..

例えば、図6に示したように、音速誤差ΔCが下限しきい値ELを下回る期間でのみ、期間Wsが発生する場合、誤差許容範囲Eから上限しきい値EHを省くこともできる。これにより、誤差許容範囲Eは、任意のしきい値Eth以上の範囲として規定されることになる。逆に、音速誤差ΔCが上限しきい値EHを上回る期間でのみ、期間Wsが発生する場合、誤差許容範囲Eから下限しきい値ELを省くこともできる。これにより、誤差許容範囲Eは、任意のしきい値Eth以下の範囲として規定されることになる。 For example, as shown in FIG. 6, when the period Ws occurs only in the period when the sound velocity error ΔC is below the lower limit threshold value EL, the upper limit threshold value EH can be omitted from the error allowable range E. As a result, the allowable error range E is defined as a range equal to or greater than the arbitrary threshold value Eth. On the contrary, when the period Ws occurs only in the period in which the sound velocity error ΔC exceeds the upper limit threshold value EH, the lower limit threshold value EL can be omitted from the error allowable range E. As a result, the allowable error range E is defined as a range equal to or less than the arbitrary threshold value Eth.

[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、第1の音速計算部14Bが、流体の流体温度Tに基づいて、超音波ビームBに関する第1の音速C1を計算し、第2の音速計算部14Cが、超音波ビームBの伝搬時間t1,t2と正規のビーム経路の基準ビーム経路長Lsとに基づいて、超音波ビームBに関する第2の音速C2を計算し、非満水状態判定部14Dが、少なくとも、第1の音速C1と第2の音速C2との音速誤差ΔCが予め設定されている誤差許容範囲Eの範囲外である場合、流体の液位は非満水状態であると判定するようにしたものである。
[Effects of this Embodiment]
As described above, in the present embodiment, the first sound speed calculation unit 14B calculates the first sound speed C1 regarding the ultrasonic beam B based on the fluid temperature T of the fluid, and the second sound speed calculation unit 14C calculates the first sound speed C1. , The second sound velocity C2 relating to the ultrasonic beam B is calculated based on the propagation times t1 and t2 of the ultrasonic beam B and the reference beam path length Ls of the regular beam path, and the non-full state determination unit 14D at least , If the sound velocity error ΔC between the first sound velocity C1 and the second sound velocity C2 is outside the preset error tolerance range E, it is determined that the fluid level is in a non-full state. It is a thing.

また、より具体的には、非満水状態判定部14Dが、音速誤差ΔCが誤差許容範囲Eの範囲内である場合、超音波ビームBの超音波受信強度Sが予め設定されている強度しきい値Sth以上であるか否かに応じて、流体の液位が満水状態か非満水状態かを判定するようにしたものである。
これにより、超音波ビームBのビーム経路長Lが変化した場合でも、非満水状態を適切に判定することが可能となる。したがって、計測した流体の流量Qとともに非満水状態を上位装置へ通知すれば、流量Qに誤差を含むことが上位装置で判定できるだけでなく、非満水時様態が発生していることをアラームとして報知することができる。
Further, more specifically, when the sound velocity error ΔC is within the error allowable range E, the non-full state determination unit 14D determines that the ultrasonic reception intensity S of the ultrasonic beam B is a preset intensity threshold. The liquid level of the fluid is determined whether it is a full state or a non-full state depending on whether or not the value is Sth or more.
Accordingly, even when the beam path length L of the ultrasonic beam B changes, it is possible to appropriately determine the non-full state. Therefore, if the upper-level device is notified of the non-full state together with the measured flow rate Q of the fluid, not only the upper-level device can determine that the flow rate Q includes an error, but also informs that a non-full state occurs as an alarm. can do.

[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
[Expansion of Embodiment]
Although the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, the present invention is not limited to the above exemplary embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.

1…超音波流量計、10…流量演算装置、11…入出力I/F回路、12…記憶回路、13…上位I/F回路、14…演算処理回路、14A…計測部、14B…第1の音速計算部、14C…第2の音速計算部、14D…非満水状態判定部、14E…流量計算部、P…測定管、PA,PB,PC…内壁面、UA…超音波送受信器(第1の超音波送受信器),UB…超音波送受信器(第2の超音波送受信器)、K…温度センサ、B…超音波ビーム、t1,t2…伝搬時間、L…ビーム経路長、Ls…基準ビーム経路長、T…流体温度、C1…第1の音速、C2…第2の音速、ΔC…音速誤差、E…誤差許容範囲、EL…下限しきい値、EH…上限しきい値、S…超音波受信強度、Sth…強度しきい値、V…流速、A…断面積、Q…流量、L1,L2…配線、L3…通信回線、BUS…内部バス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Ultrasonic flowmeter, 10... Flow rate calculation device, 11... Input/output I/F circuit, 12... Storage circuit, 13... Upper I/F circuit, 14... Arithmetic processing circuit, 14A... Measuring part, 14B... 1st Sound velocity calculation unit, 14C... second sound velocity calculation unit, 14D... non-full state determination unit, 14E... flow rate calculation unit, P... measurement pipe, PA, PB, PC... inner wall surface, UA... ultrasonic transmitter/receiver (No. 1 ultrasonic wave transceiver), UB... Ultrasonic wave transceiver (second ultrasonic wave transceiver), K... Temperature sensor, B... Ultrasonic beam, t1, t2... Propagation time, L... Beam path length, Ls... Reference beam path length, T... Fluid temperature, C1... First sound velocity, C2... Second sound velocity, ΔC... Sound velocity error, E... Error tolerance range, EL... Lower threshold value, EH... Upper threshold value, S ... ultrasonic wave reception intensity, Sth ... intensity threshold value, V ... flow velocity, A ... cross-sectional area, Q ... flow rate, L1, L2 ... wiring, L3 ... communication line, BUS ... internal bus.

Claims (9)

計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第1および第2の超音波送受信器と、前記第1および第2の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置とを備える超音波流量計であって、
前記流量演算装置は、
前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第1の音速を計算する第1の音速計算部と、
前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第2の音速を計算する第2の音速計算部と、
少なくとも、前記第1の音速と前記第2の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定部と
を備えることを特徴とする超音波流量計。
A measurement tube through which a fluid to be measured flows, first and second ultrasonic transceivers arranged on the peripheral surface of the measurement tube, and transmission and reception between the first and second ultrasonic transceivers, An ultrasonic flow meter comprising: a flow rate calculating device for measuring a flow rate of the fluid based on a propagation time of an ultrasonic beam propagating in the fluid,
The flow rate calculation device,
A first sound velocity calculator that calculates a first sound velocity for the ultrasonic beam based on a fluid temperature of the fluid;
A second sound velocity calculator that calculates a second sound velocity for the ultrasonic beam based on a propagation time of the ultrasonic beam and a reference beam path length of a regular beam path;
At least when the sound velocity error between the first sound velocity and the second sound velocity is out of a preset error tolerance range, the liquid level of the fluid is determined to be a non-full state An ultrasonic flowmeter, comprising: a determination unit.
請求項1に記載の超音波流量計において、
前記非満水状態判定部は、前記音速誤差が前記誤差許容範囲の範囲内である場合、前記超音波ビームの受信強度が予め設定されている強度しきい値以上であるか否かに応じて、前記流体の液位が満水状態か非満水状態かを判定することを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 1,
The non-full state determination unit, when the sound velocity error is within the error tolerance range, depending on whether the reception intensity of the ultrasonic beam is equal to or greater than a preset intensity threshold value, An ultrasonic flowmeter, characterized in that the liquid level of the fluid is judged to be full or non-full.
請求項1または請求項2に記載の超音波流量計において、
前記誤差許容範囲は、下限しきい値と上限しきい値との間の範囲からなることを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 1 or 2,
The ultrasonic flowmeter, wherein the allowable error range is a range between a lower limit threshold value and an upper limit threshold value.
請求項1または請求項2に記載の超音波流量計において、
前記誤差許容範囲は、任意のしきい値以上または任意のしきい値以下の範囲からなることを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 1 or 2,
The ultrasonic flowmeter, wherein the allowable error range is a range that is greater than or equal to an arbitrary threshold value and less than or equal to an arbitrary threshold value.
請求項2に記載の超音波流量計において、
前記非満水状態判定部は、前記音速誤差が前記誤差許容範囲の範囲内であることを示す音速誤差判定結果と、前記超音波ビームの受信強度が前記強度しきい値以上であることを示す信号強度判定結果との論理積に基づいて非満水状態であることを判定することを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 2,
The non-full state determination unit, the sound velocity error determination result indicating that the sound velocity error is within the error allowable range, and a signal indicating that the reception intensity of the ultrasonic beam is equal to or greater than the intensity threshold value. An ultrasonic flowmeter, characterized in that it is judged that it is in a non-full state based on a logical product with a strength judgment result.
請求項1〜請求項5のいずれかに記載の超音波流量計において、
前記超音波ビームのビーム経路は、前記測定管の管軸に対して傾きを有し、かつ、前記測定管の内壁面において少なくとも2点の反射点を有することを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 5,
An ultrasonic flowmeter, wherein a beam path of the ultrasonic beam has an inclination with respect to a tube axis of the measuring tube and has at least two reflection points on an inner wall surface of the measuring tube.
請求項6に記載の超音波流量計において、
前記ビーム経路は、前記測定管の管軸と直交する面に投影した軌跡が略三角形をなすことを特徴とする超音波流量計。
The ultrasonic flowmeter according to claim 6,
The ultrasonic flowmeter, wherein the beam path has a substantially triangular locus projected on a plane orthogonal to the tube axis of the measuring tube.
計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第1および第2の超音波送受信器とを備える超音波流量計で用いられて、前記第1および第2の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置であって、
前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第1の音速を計算する第1の音速計算部と、
前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第2の音速を計算する第2の音速計算部と、
少なくとも、前記第1の音速と前記第2の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定部と
を備えることを特徴とする流量演算装置。
It is used in an ultrasonic flowmeter provided with a measurement pipe through which a fluid to be measured flows and first and second ultrasonic transceivers arranged on the peripheral surface of the measurement pipe, and the first and second ultrasonic flowmeters are provided. A flow rate calculation device for measuring a flow rate of the fluid, which is transmitted and received between ultrasonic transmitters and receivers, based on a propagation time of an ultrasonic beam propagating in the fluid,
A first sound velocity calculator that calculates a first sound velocity for the ultrasonic beam based on a fluid temperature of the fluid;
A second sound velocity calculator that calculates a second sound velocity for the ultrasonic beam based on a propagation time of the ultrasonic beam and a reference beam path length of a regular beam path;
At least when the sound velocity error between the first sound velocity and the second sound velocity is out of a preset error tolerance range, the liquid level of the fluid is determined to be a non-full state A flow rate calculation device comprising: a determination unit.
計測対象となる流体が流れる測定管と、前記測定管の周面に配置された第1および第2の超音波送受信器と、前記第1および第2の超音波送受信器の間で送受信した、前記流体内を伝搬する超音波ビームの伝搬時間に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置とを備える超音波流量計で用いられる非満水状態判定方法であって、
前記流量演算装置が、前記流体の流体温度に基づいて、前記超音波ビームに関する第1の音速を計算する第1の音速計算ステップと、
前記流量演算装置が、前記超音波ビームの伝搬時間と正規のビーム経路の基準ビーム経路長とに基づいて、前記超音波ビームに関する第2の音速を計算する第2の音速計算ステップと、
前記流量演算装置が、少なくとも、前記第1の音速と前記第2の音速との音速誤差が予め設定されている誤差許容範囲の範囲外である場合、前記流体の液位は非満水状態であると判定する非満水状態判定ステップと
を備えることを特徴とする非満水状態判定方法。
A measurement tube through which a fluid to be measured flows, first and second ultrasonic transceivers arranged on the peripheral surface of the measurement tube, and transmission and reception between the first and second ultrasonic transceivers, Based on the propagation time of the ultrasonic beam propagating in the fluid, a non-full state determination method used in an ultrasonic flow meter comprising a flow rate calculation device for measuring the flow rate of the fluid,
A first sound velocity calculation step in which the flow rate calculation device calculates a first sound velocity relating to the ultrasonic beam based on a fluid temperature of the fluid;
A second sound velocity calculation step in which the flow rate calculation device calculates a second sound velocity relating to the ultrasonic beam based on a propagation time of the ultrasonic beam and a reference beam path length of a regular beam path;
The liquid level of the fluid is in a non-full state when at least the sound velocity error between the first sound velocity and the second sound velocity is outside the preset error tolerance range in the flow rate calculation device. A non-full state determination method comprising: a non-full state determination step.
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