JP2683159B2 - クランプオン超音波容積式流量計 - Google Patents
クランプオン超音波容積式流量計Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、クランプオン超音波容積式流量計に関す
る。この流量計は少なくとも一対の超音波変換器を備え
ており、それらの変換器のうち一方は送信機としてまた
は受信機として作動され、それらの変換器は被測定流体
の貫流する導管に沿ってこの導管の軸線に平行にずらさ
れてその外壁上に配置されている。
る。この流量計は少なくとも一対の超音波変換器を備え
ており、それらの変換器のうち一方は送信機としてまた
は受信機として作動され、それらの変換器は被測定流体
の貫流する導管に沿ってこの導管の軸線に平行にずらさ
れてその外壁上に配置されている。
本出願人によるアメリカ合衆国特許第5052230号に
は、次のような超音波容積式流量計について述べられて
いる。すなわちこの流量計は、 −送信機または受信機として作動される２つの超音波変
換器を備えており、それらの超音波変換器は被測定流体
の貫流する導管に沿って互いに対向しその軸線方向で互
いにずらされて配置されており、 −さらに駆動／評価電子装置を備えており、この装置
は、 −−順次連続して超音波変換器の常に一方のみに正弦波
信号バーストを供給し、流体中を通って一方の超音波変
換器から他方の超音波変換器へ伝播する超音波信号の、
順流方向および逆流方向での各超音波変換器間の伝播時
間を測定し、その結果から容積流量ないし体積流量を決
定する。
は、次のような超音波容積式流量計について述べられて
いる。すなわちこの流量計は、 −送信機または受信機として作動される２つの超音波変
換器を備えており、それらの超音波変換器は被測定流体
の貫流する導管に沿って互いに対向しその軸線方向で互
いにずらされて配置されており、 −さらに駆動／評価電子装置を備えており、この装置
は、 −−順次連続して超音波変換器の常に一方のみに正弦波
信号バーストを供給し、流体中を通って一方の超音波変
換器から他方の超音波変換器へ伝播する超音波信号の、
順流方向および逆流方向での各超音波変換器間の伝播時
間を測定し、その結果から容積流量ないし体積流量を決
定する。
さらに、国際公開第88/08516号には、次のようなクラ
ンプオン超音波容積式流量計について述べられている。
すなわち、 −送信機または受信機として作動される２つの超音波変
換器が設けられており、それらの超音波変換器は被測定
流体の貫流する導管に沿って互いに対向し、その軸線方
向に互いにずらされて配置されており、 −第１の補助変換器と、 −第２の補助変換器と、 −駆動／評価電子装置が設けられており、この装置は、 −−順次連続して超音波変換器の常に一方にのみ正弦波
信号バースをを供給し、流体中を通って一方の超音波変
換器から他方の超音波変換器へ伝播する超音波信号の、
順流方向および逆流方向での各超音波変換器間の伝播時
間を測定し、その結果から容積流量を決定し、 −補助電子装置が設けられており、この装置は、 −−導管の軸線に垂直に第１の補助変換器を用いて導管
の壁内の超音波信号の直交伝播時間を測定し、第２の補
助変換器を用いて流体中を伝播しこの補助超音波変換器
に対向する導管の内壁で反射した超音波信号の直交伝播
時間を測定する。
ンプオン超音波容積式流量計について述べられている。
すなわち、 −送信機または受信機として作動される２つの超音波変
換器が設けられており、それらの超音波変換器は被測定
流体の貫流する導管に沿って互いに対向し、その軸線方
向に互いにずらされて配置されており、 −第１の補助変換器と、 −第２の補助変換器と、 −駆動／評価電子装置が設けられており、この装置は、 −−順次連続して超音波変換器の常に一方にのみ正弦波
信号バースをを供給し、流体中を通って一方の超音波変
換器から他方の超音波変換器へ伝播する超音波信号の、
順流方向および逆流方向での各超音波変換器間の伝播時
間を測定し、その結果から容積流量を決定し、 −補助電子装置が設けられており、この装置は、 −−導管の軸線に垂直に第１の補助変換器を用いて導管
の壁内の超音波信号の直交伝播時間を測定し、第２の補
助変換器を用いて流体中を伝播しこの補助超音波変換器
に対向する導管の内壁で反射した超音波信号の直交伝播
時間を測定する。
さらに、アメリカ合衆国特許第4484478号、アメリカ
合衆国第4598593号、およびヨーロッパ特許出願公開第4
46023号公報には、それぞれ次のようなクランプオン超
音波容積式流量計について述べられている。すなわち、 −送信機または受信機として作動される少なくとも２つ
の超音波変換器が設けられており、それらの変換器は測
定すべき流体の貫流する導管に沿ってその外壁に軸線に
平行にずらされて配置されており、 −駆動／評価電子装置が設けられており、この装置は、 −−少なくとも２つの超音波変換器へ同時にパルスバー
ストを供給し、流体内でその中に存在する異物において
反射し各パルスバーストの間の休止期間中に少なくとも
２つの超音波変換器により受信された反射信号から、そ
れらの時間差を相関により測定し、その結果から容積流
量を求める。
合衆国第4598593号、およびヨーロッパ特許出願公開第4
46023号公報には、それぞれ次のようなクランプオン超
音波容積式流量計について述べられている。すなわち、 −送信機または受信機として作動される少なくとも２つ
の超音波変換器が設けられており、それらの変換器は測
定すべき流体の貫流する導管に沿ってその外壁に軸線に
平行にずらされて配置されており、 −駆動／評価電子装置が設けられており、この装置は、 −−少なくとも２つの超音波変換器へ同時にパルスバー
ストを供給し、流体内でその中に存在する異物において
反射し各パルスバーストの間の休止期間中に少なくとも
２つの超音波変換器により受信された反射信号から、そ
れらの時間差を相関により測定し、その結果から容積流
量を求める。
一方では、アメリカ合衆国特許第5052230号による超
音波容積式流量計ないしは国際公開第88/08516号による
クランプオン超音波容積式流量計はそれ自体、異物の含
まれていない流体のためにしか考えられておらず、異物
の割合が増えるにつれて、最後には動作不能になる。そ
れというのは超音波は流体中で、それがもはや十分な強
度で受信機には到達しないほど強く散乱され、および／
または吸収されるからである。
音波容積式流量計ないしは国際公開第88/08516号による
クランプオン超音波容積式流量計はそれ自体、異物の含
まれていない流体のためにしか考えられておらず、異物
の割合が増えるにつれて、最後には動作不能になる。そ
れというのは超音波は流体中で、それがもはや十分な強
度で受信機には到達しないほど強く散乱され、および／
または吸収されるからである。
他方、既述のアメリカ合衆国特許第4484478号ないし
は既述のアメリカ合衆国特許第4598593号ないしは既述
のヨーロッポ特許出願公開第446023号公報によるクラン
プオン超音波容積式流量計はそれ自体、異物の含まれて
いる流体のためにしか考えられていないが、異物のない
流体を測定しようとすると、うまく作動しない。
は既述のアメリカ合衆国特許第4598593号ないしは既述
のヨーロッポ特許出願公開第446023号公報によるクラン
プオン超音波容積式流量計はそれ自体、異物の含まれて
いる流体のためにしか考えられていないが、異物のない
流体を測定しようとすると、うまく作動しない。
しかし実際上、一方では、異物の存在すべきでない流
体において、測定に障害を及ぼしたりそれどころか測定
を阻害さえする異物が結局は流体中に生じることを確実
には回避できず、他方、異物を含むべき流体において例
外的に異物なく流れることを確実には回避できず、その
ような測定もやはり障害が及ぼされたりそれどころか阻
害さえされる。
体において、測定に障害を及ぼしたりそれどころか測定
を阻害さえする異物が結局は流体中に生じることを確実
には回避できず、他方、異物を含むべき流体において例
外的に異物なく流れることを確実には回避できず、その
ような測定もやはり障害が及ぼされたりそれどころか阻
害さえされる。
したがって本発明の目的は、クランプオン超音波容積
式流量計におけるそれぞれ別個に説明した両方の既述の
測定方式を互いに合わせて結合化し、ユーザにより設定
調整可能な流体中の異物の割合に依存して自動的に、測
定装置が一方の測定方式か他方の測定方式かのいずれか
で作動するように構成することである。
式流量計におけるそれぞれ別個に説明した両方の既述の
測定方式を互いに合わせて結合化し、ユーザにより設定
調整可能な流体中の異物の割合に依存して自動的に、測
定装置が一方の測定方式か他方の測定方式かのいずれか
で作動するように構成することである。
このため本発明は、以下のようなクランプオン超音波
容積式流量計により構成されている。すなわち、 −第１の超音波変換器対が設けられており、 −−該第１の超音波変換器対のうちおれぞれ一方は送信
変換器として他方は受信変換器として作動され、ないし
はこれとは逆に作動され、 −または両変換器が短期間、送信変換器として作動さ
れ、次に受信変換器として作動され、 −−該変換器は、被測定流体の貫流する導管に沿って該
導管の外壁上に軸線に平行にずらさせ、該変換器により
発せられる超音波の方向と前記導管の軸線との間の角度
が90゜とは異なるように配置されており、 −第２の超音波変換器対が設けられており、該第２の超
音波変換器対のうち各々が同時に送信変換器としてまた
は受信変換器として作動され、該変換器は、前記導管に
沿って該導管の外壁上に軸線に平行にずらされ、該変換
器により発せられる超音波の方向と前記導管の軸線との
間の角度が90゜よりも小さいか90゜と等しくなるように
配置され、 −駆動／評価電子装置が設けられており、 −−該駆動／評価電子装置は、前記第１の超音波変換器
対のうち一方の変換器ないし各超音波変換器にパルスバ
ーストを供給し、各超音波変換器の間を順流方向および
逆流方向で流体中を通って伝播し該超音波変換器と対向
する導管の内壁で反射した超音波信号の伝播時間を測定
し、その結果から容積流量を求め（＝伝播時間電子装
置）、 −−または前記駆動／評価電子装置は、前記第２の超音
波変換器対の各超音波変換器に同時にパルスバーストを
供給し、流体内でその中に存在する異物において反射し
各パルスバーストの間の休止期間中に各超音波変換器に
より受信された反射信号から、該反射信号の時間差を相
関により測定し、その結果から容積流量を求め（＝相関
電子装置）、 −−前記駆動／評価電子装置は、閾値スイッチを備えた
切換電子装置を有しており、 −−該切換電子装置は、前記閾値スイッチの出力信号に
依存して前記駆動／評価電子装置を伝播時間動作モード
へ、または相関動作モードへ切り換え、 −−前記閾値スイッチへ可調整の閾値信号と変動信号が
供給され、該変動信号は、受信動作中に前記第１の超音
波変換器対の各超音波変換器の一方により送出された信
号から該信号の積分により形成される。
容積式流量計により構成されている。すなわち、 −第１の超音波変換器対が設けられており、 −−該第１の超音波変換器対のうちおれぞれ一方は送信
変換器として他方は受信変換器として作動され、ないし
はこれとは逆に作動され、 −または両変換器が短期間、送信変換器として作動さ
れ、次に受信変換器として作動され、 −−該変換器は、被測定流体の貫流する導管に沿って該
導管の外壁上に軸線に平行にずらさせ、該変換器により
発せられる超音波の方向と前記導管の軸線との間の角度
が90゜とは異なるように配置されており、 −第２の超音波変換器対が設けられており、該第２の超
音波変換器対のうち各々が同時に送信変換器としてまた
は受信変換器として作動され、該変換器は、前記導管に
沿って該導管の外壁上に軸線に平行にずらされ、該変換
器により発せられる超音波の方向と前記導管の軸線との
間の角度が90゜よりも小さいか90゜と等しくなるように
配置され、 −駆動／評価電子装置が設けられており、 −−該駆動／評価電子装置は、前記第１の超音波変換器
対のうち一方の変換器ないし各超音波変換器にパルスバ
ーストを供給し、各超音波変換器の間を順流方向および
逆流方向で流体中を通って伝播し該超音波変換器と対向
する導管の内壁で反射した超音波信号の伝播時間を測定
し、その結果から容積流量を求め（＝伝播時間電子装
置）、 −−または前記駆動／評価電子装置は、前記第２の超音
波変換器対の各超音波変換器に同時にパルスバーストを
供給し、流体内でその中に存在する異物において反射し
各パルスバーストの間の休止期間中に各超音波変換器に
より受信された反射信号から、該反射信号の時間差を相
関により測定し、その結果から容積流量を求め（＝相関
電子装置）、 −−前記駆動／評価電子装置は、閾値スイッチを備えた
切換電子装置を有しており、 −−該切換電子装置は、前記閾値スイッチの出力信号に
依存して前記駆動／評価電子装置を伝播時間動作モード
へ、または相関動作モードへ切り換え、 −−前記閾値スイッチへ可調整の閾値信号と変動信号が
供給され、該変動信号は、受信動作中に前記第１の超音
波変換器対の各超音波変換器の一方により送出された信
号から該信号の積分により形成される。
本発明の実施形態によれば、第１の超音波変換器対と
第２の超音波変換器対のそれぞれ一方の超音波変換器が
統合化されて一対の複合超音波変換器が形成される。
第２の超音波変換器対のそれぞれ一方の超音波変換器が
統合化されて一対の複合超音波変換器が形成される。
さらに本発明の別の実施形態によれば、クランプオン
補助超音波変換器と補助電子装置が設けられており、 −該補助電子装置は、それぞれ導管の軸線に垂直に該導
管の壁中の超音波信号の直交伝播時間と、流体中を伝播
し前記超音波変換器に対向する前記導管の内壁において
反射した超音波信号の直交伝播時間を測定し、 −−前記補助電子装置へ、導管の外周に比例する周囲信
号と導管の物質中の音速に比例する音速信号が供給さ
れ、 −−前記補助電子装置は、両方の直交伝播時間と前記の
周囲信号および音速信号から、導管の壁厚と流体の音速
を求める。
補助超音波変換器と補助電子装置が設けられており、 −該補助電子装置は、それぞれ導管の軸線に垂直に該導
管の壁中の超音波信号の直交伝播時間と、流体中を伝播
し前記超音波変換器に対向する前記導管の内壁において
反射した超音波信号の直交伝播時間を測定し、 −−前記補助電子装置へ、導管の外周に比例する周囲信
号と導管の物質中の音速に比例する音速信号が供給さ
れ、 −−前記補助電子装置は、両方の直交伝播時間と前記の
周囲信号および音速信号から、導管の壁厚と流体の音速
を求める。
本発明の実施形態によれば、変動信号として実効値段
の出力信号が用いられるかまたは、整流器の出力信号ま
たはピーク／ピーク検出器の出力信号が用いられる。
の出力信号が用いられるかまたは、整流器の出力信号ま
たはピーク／ピーク検出器の出力信号が用いられる。
次に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図面
には、本発明に基づく方式の作動回路装置の機械的部分
とブロック回路図が略示されており、同じ部分には同じ
参照符号が付されている。
には、本発明に基づく方式の作動回路装置の機械的部分
とブロック回路図が略示されており、同じ部分には同じ
参照符号が付されている。
第１図には、クランプオン超音波容積式流量計の機械
的部分の縦断面が略示されている。
的部分の縦断面が略示されている。
第２図には、第１図によるクランプオン超音波容積式
流量計の変形実施例の機械的部分が略示されている。
流量計の変形実施例の機械的部分が略示されている。
第３図には、第１図による装置の機械的部分が本発明
によるクランプオン超音波容積式流量計の作動回路の詳
細ブロック回路図とともに示されている。
によるクランプオン超音波容積式流量計の作動回路の詳
細ブロック回路図とともに示されている。
第４図には、第２図による装置の機械的部分が重要な
可能ブロックに要約された作動回路のブロック回路図と
ともに示されている。
可能ブロックに要約された作動回路のブロック回路図と
ともに示されている。
第１図に略示されているクランプオン超音波容積式流
量計の機械的部分の断面図によれば、被測定流体が矢印
Ｒの方向で貫流する導管１に沿ってその外壁に、第１の
超音波変換器対2,3が軸線に平行にずらされて配置され
ている。
量計の機械的部分の断面図によれば、被測定流体が矢印
Ｒの方向で貫流する導管１に沿ってその外壁に、第１の
超音波変換器対2,3が軸線に平行にずらされて配置され
ている。
この超音波変換器対は２種類の異なる方式で作動可能
である。まず第１に、一方の変換器を送信変換器として
ないしは他方の変換器を受信変換器として交互に作動さ
せることができる。したがって超音波変換器２は送信変
換器として超音波変換器３は受信変換器として動作し、
あるいは超音波変換器３は送信変換器として超音波変換
器２は受信変換器として動作し、このことで順次連続し
て流体の流れ方向で測定が行われ、あるいはそれとは逆
方向で測定が行われる。他方、両方の変換器2,3を短期
間、送信変換器として作動させ、続いて受信変換器とし
て作動させることができ、このことで流体の流れ方向と
逆方向とで同時に測定が行われる。
である。まず第１に、一方の変換器を送信変換器として
ないしは他方の変換器を受信変換器として交互に作動さ
せることができる。したがって超音波変換器２は送信変
換器として超音波変換器３は受信変換器として動作し、
あるいは超音波変換器３は送信変換器として超音波変換
器２は受信変換器として動作し、このことで順次連続し
て流体の流れ方向で測定が行われ、あるいはそれとは逆
方向で測定が行われる。他方、両方の変換器2,3を短期
間、送信変換器として作動させ、続いて受信変換器とし
て作動させることができ、このことで流体の流れ方向と
逆方向とで同時に測定が行われる。
さらに、第２の超音波変換器対4,5が設けられてお
り、これらの各々は同時に送信変換器としてあるいは受
信変換器として作動され、これらの変換器は導管に沿っ
てやはりその外壁に軸線に平行にずらされて配置されて
いるが、それらの変換器から発生する超音波の方向と導
管の軸線との間の角度が90゜をなすように配置されてい
る。
り、これらの各々は同時に送信変換器としてあるいは受
信変換器として作動され、これらの変換器は導管に沿っ
てやはりその外壁に軸線に平行にずらされて配置されて
いるが、それらの変換器から発生する超音波の方向と導
管の軸線との間の角度が90゜をなすように配置されてい
る。
先に挙げた第１の超音波変換器対の超音波変換器2,3
ではこの角度が90゜とは異なっており、これはそれらの
くさび形構造の結果として生じるものであって、その
際、個々のくさびの角度の開口部は互いに向き合ってい
る。このくさび形構造は、導管１と超音波発生面21ない
し31の間に音響伝導材から成るくさびが取り付けられて
いることにより得られる。
ではこの角度が90゜とは異なっており、これはそれらの
くさび形構造の結果として生じるものであって、その
際、個々のくさびの角度の開口部は互いに向き合ってい
る。このくさび形構造は、導管１と超音波発生面21ない
し31の間に音響伝導材から成るくさびが取り付けられて
いることにより得られる。
既述のように第２の超音波変換器対の超音波変換器4,
5ではこの角度が90゜であることは目下のところ最良の
実施形態ではあるが、この角度が90゜よりも小さくなる
ようにする適用事例は不可能ではない。したがってその
際には第２の超音波変換器対の超音波変換器4,5は、第
１の超音波変換器対の超音波変換器と同等のくさび形構
造を有することになる。
5ではこの角度が90゜であることは目下のところ最良の
実施形態ではあるが、この角度が90゜よりも小さくなる
ようにする適用事例は不可能ではない。したがってその
際には第２の超音波変換器対の超音波変換器4,5は、第
１の超音波変換器対の超音波変換器と同等のくさび形構
造を有することになる。
超音波ビームが書き込まれていることで第１図に示さ
れているように、超音波変換器2,3がくさび形であるこ
との結果として、たとえば超音波変換器２から照射され
た超音波は、90゜とは異なる角度で超音波変換器2,3に
対向する導管１の内壁に投射し、そこにおいて超音波変
換器３の方向へ反射する。超音波変換器2,3相互間の間
隔ｓは、導管１の内壁で反射する超音波ができるかぎり
完全に受信超音波変換器へ到達するように選定されてい
る。
れているように、超音波変換器2,3がくさび形であるこ
との結果として、たとえば超音波変換器２から照射され
た超音波は、90゜とは異なる角度で超音波変換器2,3に
対向する導管１の内壁に投射し、そこにおいて超音波変
換器３の方向へ反射する。超音波変換器2,3相互間の間
隔ｓは、導管１の内壁で反射する超音波ができるかぎり
完全に受信超音波変換器へ到達するように選定されてい
る。
第２の超音波変換器対の超音波変換器4,5の場合、既
述の90゜の角度は、それらがその超音波発生面41,51と
ともにくさび形の介在層を介すことなく、やはり導管１
の外壁に配置されていることにより得られる。このこと
で超音波は実質的に垂直に導管１の軸線方向に直交して
流体中を通って伝播し、それらに対向する内壁のところ
で送信変換器へ向かって反射する。
述の90゜の角度は、それらがその超音波発生面41,51と
ともにくさび形の介在層を介すことなく、やはり導管１
の外壁に配置されていることにより得られる。このこと
で超音波は実質的に垂直に導管１の軸線方向に直交して
流体中を通って伝播し、それらに対向する内壁のところ
で送信変換器へ向かって反射する。
第２図には第１図と同じ描き方で第１図による装置の
変形実施例が示されている。そしてこの場合、第１の超
音波変換器対のそれぞれ１つの超音波変換器つまり超音
波変換器2,4と、第２の超音波変換器対のそれぞれ１つ
の超音波変換器つまり超音波変換器3,5とが統合化され
て、一対の複合超音波変換器6,7が形成されている。こ
の場合、複合超音波変換器６ないし７はくさび形超音波
変換器２′ないし３′と、非くさび形超音波変換器４′
ないし５′を有する。
変形実施例が示されている。そしてこの場合、第１の超
音波変換器対のそれぞれ１つの超音波変換器つまり超音
波変換器2,4と、第２の超音波変換器対のそれぞれ１つ
の超音波変換器つまり超音波変換器3,5とが統合化され
て、一対の複合超音波変換器6,7が形成されている。こ
の場合、複合超音波変換器６ないし７はくさび形超音波
変換器２′ないし３′と、非くさび形超音波変換器４′
ないし５′を有する。
さらに第２図には非くさび形の補助超音波変換器８が
示されており、これは他の超音波変換器のように導管１
の外壁に取り付けられていて、その超音波は導管１の軸
線方向に対し実質的に垂直に流体中を通って伝播し、そ
れに対向する内壁のところでこの変換器へ向かって反射
する。
示されており、これは他の超音波変換器のように導管１
の外壁に取り付けられていて、その超音波は導管１の軸
線方向に対し実質的に垂直に流体中を通って伝播し、そ
れに対向する内壁のところでこの変換器へ向かって反射
する。
さらに第２図には重要な間隔が書き込まれており、つ
まり導管１の壁厚ｄ、その内径Ｄ、超音波変換器４′,
5′のそれぞれの中央部間の間隔Ａ−これによって超音
波変換器２′,3′間の間隔も定まる−が書き込まれてい
る。
まり導管１の壁厚ｄ、その内径Ｄ、超音波変換器４′,
5′のそれぞれの中央部間の間隔Ａ−これによって超音
波変換器２′,3′間の間隔も定まる−が書き込まれてい
る。
第３図には、第１図による装置の機械的部分がブロッ
ク回路図とともに示されており、この回路図中には駆動
／評価電子装置の重要な機能ブロックが示されている。
バースト発生器９はパルスバーストを発生し、つまり所
定のオン／オフ比ｖを有する仮想の矩形包絡線のパルス
内でそのつど選択可能な個数ｎ（ｎ≧１）の高周波パル
スを発生する。この高周波パルスはたとえば1MHzのオー
ダの周波数fbを有し得、他方、矩形包絡線のパルスはた
とえば10μｓの接続時間を有し得、つまりｎ＝10個の1M
Hzのパルスが矩形包絡線のパルスの各々に収まってい
る。バースト発生器９をそのオン／オフ比ｖおよび既述
の周波数fbについて設定調整できることは、バースト発
生器９のところに相応に書き込まれた入力側によってシ
ンボリックに示されている。
ク回路図とともに示されており、この回路図中には駆動
／評価電子装置の重要な機能ブロックが示されている。
バースト発生器９はパルスバーストを発生し、つまり所
定のオン／オフ比ｖを有する仮想の矩形包絡線のパルス
内でそのつど選択可能な個数ｎ（ｎ≧１）の高周波パル
スを発生する。この高周波パルスはたとえば1MHzのオー
ダの周波数fbを有し得、他方、矩形包絡線のパルスはた
とえば10μｓの接続時間を有し得、つまりｎ＝10個の1M
Hzのパルスが矩形包絡線のパルスの各々に収まってい
る。バースト発生器９をそのオン／オフ比ｖおよび既述
の周波数fbについて設定調整できることは、バースト発
生器９のところに相応に書き込まれた入力側によってシ
ンボリックに示されている。
バースト発生器９の出力信号は交差スイッチ10へ供給
され、これは冒頭で述べたアメリカ合衆国特許第505223
0号に記載されているように、超音波変換器2,3を送信変
換器ないし受信変換器として交互に動作させる。やはり
アメリカ合衆国特許第5052230号に示されているよう
に、伝播時間電子装置11により切り換えが制御される。
され、これは冒頭で述べたアメリカ合衆国特許第505223
0号に記載されているように、超音波変換器2,3を送信変
換器ないし受信変換器として交互に動作させる。やはり
アメリカ合衆国特許第5052230号に示されているよう
に、伝播時間電子装置11により切り換えが制御される。
上述のこのような１つの動作モードの場合、伝播時間
電子装置11は第１の超音波変換器対の常に一方の超音波
変換器２ないし３のみに順次連続して１つのパルスバー
ストを供給し、超音波変換器２と３の間を流体の順流方
向で流体中を伝播し、ないしは超音波交換器３と２の間
を流体の逆流方向で流体中を伝播し、それらの超音波変
換器2,3に対向する導管１の内壁で反射する超音波信号
の伝播時間を測定し、その結果から容積流量ないし体積
流量を求める。
電子装置11は第１の超音波変換器対の常に一方の超音波
変換器２ないし３のみに順次連続して１つのパルスバー
ストを供給し、超音波変換器２と３の間を流体の順流方
向で流体中を伝播し、ないしは超音波交換器３と２の間
を流体の逆流方向で流体中を伝播し、それらの超音波変
換器2,3に対向する導管１の内壁で反射する超音波信号
の伝播時間を測定し、その結果から容積流量ないし体積
流量を求める。
先に挙げた別の動作モードの場合、伝播時間電子装置
11は両方の超音波変換器2,3へ短期間、パルスバースト
を供給し、したがってこれらの超音波変換器は同時に送
信変換器となる。次に、超音波変換器2,3が受信変換器
のとき、伝播時間電子装置11は、超音波変換器２と３の
間を流体の順流方向で流体中を伝播し、ないしは超音波
変換器３と２の間を流体の逆流方向で流体中を伝播し、
それらの超音波変換器2,3に対向する導管１の内壁で反
射する超音波信号の伝播時間を測定し、その結果から容
積流量を求める。
11は両方の超音波変換器2,3へ短期間、パルスバースト
を供給し、したがってこれらの超音波変換器は同時に送
信変換器となる。次に、超音波変換器2,3が受信変換器
のとき、伝播時間電子装置11は、超音波変換器２と３の
間を流体の順流方向で流体中を伝播し、ないしは超音波
変換器３と２の間を流体の逆流方向で流体中を伝播し、
それらの超音波変換器2,3に対向する導管１の内壁で反
射する超音波信号の伝播時間を測定し、その結果から容
積流量を求める。
このように伝播時間電子装置11は、両動作モードにお
いてその出力側111から容積流量を表す信号を送出し、
たとえばディスプレイに表示される信号を送出し、およ
びまたは個々の測定領域に対応づけられた4mA〜20mAの
電流信号のような適切な電気信号として信号を送出す
る。
いてその出力側111から容積流量を表す信号を送出し、
たとえばディスプレイに表示される信号を送出し、およ
びまたは個々の測定領域に対応づけられた4mA〜20mAの
電流信号のような適切な電気信号として信号を送出す
る。
第３図の切換電子装置13は電子切換スイッチ130を有
しており、このスイッチの制御入力側は閾値スイッチ13
1の出力側と接続されている。この閾値スイッチには、
ユーザにより可調整でありその閾値を決定する閾値信号
thと変動信号rmsとが供給される。この変動信号は実効
値段132によって、受信動作中に第１の超音波変換器対
の超音波変換器2,3により送出される信号から、それを
積分することで形成される。この目的で、たとえばサン
プル・アンド・ホールド段とすることのできる積分器13
3が用いられ、その入力側は交差スイッチ10の出力側の
１つと接続されている。
しており、このスイッチの制御入力側は閾値スイッチ13
1の出力側と接続されている。この閾値スイッチには、
ユーザにより可調整でありその閾値を決定する閾値信号
thと変動信号rmsとが供給される。この変動信号は実効
値段132によって、受信動作中に第１の超音波変換器対
の超音波変換器2,3により送出される信号から、それを
積分することで形成される。この目的で、たとえばサン
プル・アンド・ホールド段とすることのできる積分器13
3が用いられ、その入力側は交差スイッチ10の出力側の
１つと接続されている。
実効値段132の代わりに整流器またはピーク・ピーク
検出器を用いることもでき、この場合、それらの個々の
出力信号が相応の変動信号となる。
検出器を用いることもでき、この場合、それらの個々の
出力信号が相応の変動信号となる。
バースト発生器９の出力側には相関電子装置12の入力
側が接続されており、これにより第２の超音波変換器対
の超音波変換器4,5へ同時にパルスバーストが供給され
る。相関電子装置12は、冒頭で述べたアメリカ合衆国特
許第4484478号に記載されているように、流体内でその
中に存在する異物において反射し、各パルスバーストの
間の休止期間中に第２の超音波変換器対の超音波変換器
4,5により受信された反射信号から、それらの時間差を
相関によりたとえば相互相関により測定し、その結果か
ら容積流量を求める。
側が接続されており、これにより第２の超音波変換器対
の超音波変換器4,5へ同時にパルスバーストが供給され
る。相関電子装置12は、冒頭で述べたアメリカ合衆国特
許第4484478号に記載されているように、流体内でその
中に存在する異物において反射し、各パルスバーストの
間の休止期間中に第２の超音波変換器対の超音波変換器
4,5により受信された反射信号から、それらの時間差を
相関によりたとえば相互相関により測定し、その結果か
ら容積流量を求める。
ユーザは先に述べた閾値信号thを用いることにより、
流体における異物のその割合をあらかじめ設定ないし調
整することができ、その際、伝播時間測定から相関測定
への切り換えが行われることになる。
流体における異物のその割合をあらかじめ設定ないし調
整することができ、その際、伝播時間測定から相関測定
への切り換えが行われることになる。
このように相関電子装置12はその出力側121から−伝
播時間電子装置がその出力側111から送出するように−
容量流量を表す信号を送出し、たとえばディスプレイに
表示する信号を送出し、および／またはたとえば個々の
測定領域に対応づけられた4mA〜20mAの電流信号のよう
な適切な電気信号として信号を送出する。
播時間電子装置がその出力側111から送出するように−
容量流量を表す信号を送出し、たとえばディスプレイに
表示する信号を送出し、および／またはたとえば個々の
測定領域に対応づけられた4mA〜20mAの電流信号のよう
な適切な電気信号として信号を送出する。
切換電子装置13の電子切換スイッチ130は、伝播時間
電子装置11または相関電子装置12のスイッチオンを行
い、これにより駆動／評価電子装置は伝播時間モードま
たは相関動作モードになる。
電子装置11または相関電子装置12のスイッチオンを行
い、これにより駆動／評価電子装置は伝播時間モードま
たは相関動作モードになる。
第４図には、第２図による装置の機械的部分が重要な
機能ブロックに要約された駆動／評価電子装置のブロッ
ク図とともに示されている。このブロック図には、伝播
時間電子装置11′、相関電子装置12′、切換電子装置1
3′および補助電子装置14が含まれている。図面を明瞭
にするため、第３図によるバースト発生器９と交差スイ
ッチ10は伝播時間電子装置11′に含まれている。
機能ブロックに要約された駆動／評価電子装置のブロッ
ク図とともに示されている。このブロック図には、伝播
時間電子装置11′、相関電子装置12′、切換電子装置1
3′および補助電子装置14が含まれている。図面を明瞭
にするため、第３図によるバースト発生器９と交差スイ
ッチ10は伝播時間電子装置11′に含まれている。
補助電子装置14は流体の音速を求めるために用いら
れ、さらに、導管がたとえばすでに現場で完成したシス
テム内に設置されていて、導管に手を加えなければ実際
の導管１の内径Ｄと壁厚ｄの両方の大きさをもはや測定
できる場合には、その内径Ｄと壁厚ｄを求めるために補
助電子装置14が用いられる。
れ、さらに、導管がたとえばすでに現場で完成したシス
テム内に設置されていて、導管に手を加えなければ実際
の導管１の内径Ｄと壁厚ｄの両方の大きさをもはや測定
できる場合には、その内径Ｄと壁厚ｄを求めるために補
助電子装置14が用いられる。
この目的で、クランプオン補助超音波変換器８を用い
ることができる。補助超音波変換器８は、この変換器に
供給されるパルスバーストに応じて導管１の軸線に垂直
に超音波信号を送信し、送信休止期間中に反射信号を受
信し、つまり詳細には、この変換器のすぐ下に位置する
導管の内壁においても、流体を隔てて対向する内壁にお
いても生じた反射信号を受信する。クランプオン補助超
音波変換器８の代わりに、第２の超音波変換器対の超音
波変換器のうちの一方をこの測定のために補助電子装置
とともに用いることもできる。
ることができる。補助超音波変換器８は、この変換器に
供給されるパルスバーストに応じて導管１の軸線に垂直
に超音波信号を送信し、送信休止期間中に反射信号を受
信し、つまり詳細には、この変換器のすぐ下に位置する
導管の内壁においても、流体を隔てて対向する内壁にお
いても生じた反射信号を受信する。クランプオン補助超
音波変換器８の代わりに、第２の超音波変換器対の超音
波変換器のうちの一方をこの測定のために補助電子装置
とともに用いることもできる。
このように補助電子装置14は、導管の壁中の超音波信
号の直交伝播時間と、流体中を伝播し補助超音波変換器
８に対向する導管の内壁で反射した超音波信号の直交伝
播時間を測定する。
号の直交伝播時間と、流体中を伝播し補助超音波変換器
８に対向する導管の内壁で反射した超音波信号の直交伝
播時間を測定する。
実際の導管を構成する物質はわかっており、したがっ
てこの物質中の音速は既知であり、さらに実際の導管の
外周は現場で測定できるので、それらの量に比例する信
号つまり音速信号ｃおよび周囲信号ｕを補助電子装置14
の相応の入力側へあらかじめ与えることができる。
てこの物質中の音速は既知であり、さらに実際の導管の
外周は現場で測定できるので、それらの量に比例する信
号つまり音速信号ｃおよび周囲信号ｕを補助電子装置14
の相応の入力側へあらかじめ与えることができる。
これら両方の直交伝播時間、音速信号ｃおよび周囲信
号ｕから、補助電子装置14は導管１の壁厚ｄを求め、そ
れをたとえばディスプレイに表示する。そしてこの値
は、第１の超音波変換器対の超音波変換器2,3のクラン
プオンに際しそれら相互間の間隔ｓに関して考慮され
る。さらに、ディスプレイには流体の音速も表示され
る。
号ｕから、補助電子装置14は導管１の壁厚ｄを求め、そ
れをたとえばディスプレイに表示する。そしてこの値
は、第１の超音波変換器対の超音波変換器2,3のクラン
プオンに際しそれら相互間の間隔ｓに関して考慮され
る。さらに、ディスプレイには流体の音速も表示され
る。
本発明によるクランプオン超音波容積式流量計は、た
とえば200mmよりも大きい定格幅の導管において、10,00
0よりも大きいレイノルズ数の場合の測定に適してい
る。
とえば200mmよりも大きい定格幅の導管において、10,00
0よりも大きいレイノルズ数の場合の測定に適してい
る。
Claims (6)
- 【請求項１】クランプオン超音波容積式流量計におい
て、 第１の超音波変換器対（2,3）が設けられており、 該第１の超音波変換器対のうちそのつど一方は送信変換
器として他方は受信変換器として作動され、ないしはこ
れとは逆に作動され、 または両変換器が短期間、送信変換器として作動され、
次に受信変換器として作動され、該変換器は、被測定流
体の貫流する導管（１）に沿って該導管の外壁上に軸線
に平行にずらされ、該変換器により発せられる超音波の
方向と前記導管の軸線との間の角度が90゜とは異なるよ
うに配置されており、 第２の超音波変換器対（4,5）が設けられており、 該第２の超音波変換器対のうち各々が同時に送信変換器
としてまたは受信変換器として作動され、該変換器は、
前記導管（１）に沿って該導管の外壁上に軸線に平行に
ずらされ、該変換器により発せられる超音波の方向と前
記導管の軸線との間の角度が90゜よりも小さいか90゜と
等しくなるように配置され、 駆動／評価電子装置が設けられており、 該駆動／評価電子装置は、前記第１の超音波変換器対の
うち一方の変換器ないし各超音波変換器（2,3）にパル
スバーストを供給し、各超音波変換器の間を順流方向お
よび逆流方向で流体中を通って伝播し該超音波変換器と
対向する導管の内壁で反射した超音波信号の伝播時間を
測定し、その結果から容積流量を求め（＝伝播時間電子
装置）（11）、 または前記駆動／評価電子装置は、前記第２の超音波変
換器対の各超音波変換器（4,5）に同時にパルスバース
トを供給し、流体内でその中に存在する異物において反
射し各パルスバーストの間の休止期間中に各超音波変換
器により受信された反射信号から、該反射信号の時間差
を相関により測定し、その結果から容積流量を求め（＝
相関電子装置）（12）、 前記駆動／評価電子装置は、閾値スイッチ（131）を備
えた切換電子装置（13）を有しており、 該切換電子装置は、前記閾値スイッチの出力信号に依存
して前記駆動／評価電子装置を伝播時間動作モードへ、
または相関動作モードへ切り換え、 前記閾値スイッチへ可調整の閾値信号（th）と変動信号
（rms）が供給され、該変動信号は、受信動作中に前記
第１の超音波変換器対の各超音波変換器（２、３）の一
方により送出された信号から該信号の積分により形成さ
れることを特徴とする、 クランプオン超音波容積式流量計。 - 【請求項２】前記第１の超音波変換器対と第２の超音波
変換器対のそれぞれ一方の超音波変換器が統合化されて
一対の複合超音波変換器（6,7）が形成される、請求項
１記載のクランプオン超音波容積式流量計。 - 【請求項３】クランプオン補助超音波変換器（８）と補
助電子装置（14）が設けられており、 該補助電子装置は、それぞれ導管（１）の軸線に垂直に
該導管の壁中の超音波信号の直交伝播時間と、流体中を
伝播し前記超音波変換器（８）に対向する前記導管の内
壁において反射した超音波信号の直交伝播時間を測定
し、 前記補助電子装置へ、導管（１）の外周に比例する周囲
信号（ｕ）と導管の物質中の音速に比例する音速信号
（ｃ）が供給され、 前記補助電子装置は、両方の直交伝播時間と前記の周囲
信号および音速信号から、導管の壁厚（ｄ）と流体の音
速を求める、 請求項１記載のクランプオン超音波容積式流量計。 - 【請求項４】前記変動信号（rms）として実効値段の出
力信号が用いられる、請求項１記載のクランプオン超音
波容積式流量計。 - 【請求項５】前記変動信号（rms）として整流器の出力
信号が用いられる、請求項１記載のクランプオン超音波
容積式流量計。 - 【請求項６】前記変動信号（rms）としてピーク／ピー
ク検出器の出力信号が用いられる、請求項１記載のクラ
ンプオン超音波容積式流量計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP93810901 | 1993-12-23 | ||
| EP93810901.4 | 1993-12-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08502831A JPH08502831A (ja) | 1996-03-26 |
| JP2683159B2 true JP2683159B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=8215098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7517156A Expired - Lifetime JP2683159B2 (ja) | 1993-12-23 | 1994-12-15 | クランプオン超音波容積式流量計 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5533408A (ja) |
| EP (1) | EP0686255B1 (ja) |
| JP (1) | JP2683159B2 (ja) |
| CN (1) | CN1068429C (ja) |
| DE (1) | DE59409213D1 (ja) |
| DK (1) | DK0686255T3 (ja) |
| ES (1) | ES2143038T3 (ja) |
| WO (1) | WO1995017650A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2016212123A (ja) * | 2016-09-21 | 2016-12-15 | 横河電機株式会社 | 超音波流量計 |
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| DE102005057888A1 (de) | 2005-12-02 | 2007-06-06 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- oder Massendurchflusses eines Mediums durch eine Rohrleitung |
| DE102006030964A1 (de) | 2006-07-03 | 2008-01-10 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Konzentrationen von Komponenten eines Gasgemisches |
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