JP3386334B2 - Ultrasonic vortex flowmeter - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、カルマン渦により
伝播時間の変更を受けた超音波信号を用いて流路に流れ
る測定流体の流量を算定する渦流量計に係り、特に、こ
の超音波信号に重畳するノイズを有効に除去して安定な
渦信号を出力するように改良した超音波渦流量計に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vortex flowmeter for calculating the flow rate of a measurement fluid flowing in a flow path by using an ultrasonic signal whose propagation time is changed by a Karman vortex, and more particularly to this ultrasonic signal. The present invention relates to an ultrasonic vortex flowmeter improved so as to effectively remove noise superimposed on the vortex and output a stable vortex signal.
【0002】[0002]
【従来の技術】図7は従来のこの種の渦流量計の変換器
の構成を示すブロック図である。この構成は、例えば実
公平6−26814等に開示されている。そこで、従来
の技術として、ここに開示されている技術の中で関連す
る部分についてその概要を以下に説明する。2. Description of the Related Art FIG. 7 is a block diagram showing a structure of a converter of a conventional vortex flowmeter of this type. This configuration is disclosed, for example, in Japanese Utility Model Publication No. 6-26814. Therefore, as a conventional technique, an outline of relevant parts in the technique disclosed herein will be described below.
【0003】図示しない検出器では、測定流体が流れる
測定管路の中央に柱状の渦発生体が挿入され、測定流体
が渦発生体をよぎることにより発生するカルマン渦に対
応して渦発生体に発生する応力をこの渦発生体に固定さ
れた一対の圧電素子により電荷の変動としてカルマン渦
の数を検出している。In a detector (not shown), a column-shaped vortex generator is inserted in the center of the measuring pipe through which the measuring fluid flows, and the measuring fluid becomes a vortex generating body corresponding to the Karman vortex generated by passing over the vortex generating body. The number of Karman vortices is detected as the generated stress by a pair of piezoelectric elements fixed to the vortex generator as a change in charge.
【0004】図7では、簡単のため1個の圧電素子10
でカルマン渦により発生した電荷Q Vを検出したときの
変換器側の構成を示している。この電荷QVはチャージ
コンバータ11で電圧に変換されて渦信号SV0として出
力され、増幅器12で増幅されて整流回路13に出力さ
れる。In FIG. 7, one piezoelectric element 10 is shown for simplicity.
Charge Q generated by Karman vortex at VWhen the
The configuration on the converter side is shown. This charge QVIs charged
The voltage is converted into a voltage by the converter 11 and the vortex signal SV0Out as
Output to the rectifier circuit 13 after being amplified by the amplifier 12.
Be done.
【0005】整流回路13はこの信号を整流して直流の
渦信号SA1として次段のノイズ判別手段として機能する
コンパレータ14の入力の一端に出力する。この渦信号
SA1は渦の振幅に依存する値であり、KA1を定数、ρを
密度、fVを渦周波数とすれば、次の(1)式で与えら
れる。
SA1=KA1ρfV 2 (1)The rectifier circuit 13 rectifies this signal and outputs it as a direct current vortex signal S A1 to one end of the input of the comparator 14 which functions as noise discrimination means in the next stage. The vortex signal S A1 is a value that depends on the amplitude of the vortex, and is given by the following equation (1), where K A1 is a constant, ρ is the density, and f V is the vortex frequency. S A1 = K A1 ρf V 2 (1)
【0006】一方、渦信号SV0はローパスフイルタ15
にも出力され、ここでフイルタがかけられてその出力端
に交流の渦信号SV1として出力される。この渦信号SV1
もその振幅に依存する値であるが渦発生体により発生す
るカルマン渦に対応してSIN状に変化する。On the other hand, the vortex signal S V0 is supplied to the low-pass filter 15
Is output to the output terminal of the filter and is output as an AC vortex signal S V1 to the output end of the filter. This vortex signal S V1
Also depends on its amplitude, but changes to SIN-like in response to the Karman vortex generated by the vortex generator.
【0007】KV1を定数とすれば、この渦信号SV1は、
SV1=KV1ρfV 2sin2πft (2)
の式で与えられる。そして、この渦信号SV1は増幅器1
6で増幅され、シュミットトリガ17に出力される。If K V1 is a constant, this vortex signal S V1 is given by the following equation: S V1 = K V1 ρf V 2 sin2πft (2) Then, this vortex signal S V1 is transmitted to the amplifier 1
It is amplified by 6 and output to the Schmitt trigger 17.
【0008】ここで、シュミットトリガ17のシュミッ
ト幅ΔHを境界としてこの渦信号S V1は渦パルスPVに
変換されてゲート回路18に出力される。更に、この渦
パルスPVは周波数/電圧変換器19により渦の振幅に
は無関係で渦周波数fVに対応したアナログの渦信号S
V2に変換されてコンパレータ14の他方の入力端に出力
される。Here, the Schmitt trigger 17
This vortex signal S with the width ΔH as the boundary V1Is the vortex pulse PVTo
It is converted and output to the gate circuit 18. Furthermore, this vortex
Pulse PVIs converted to the amplitude of the vortex by the frequency / voltage converter 19.
Is irrelevant and the vortex frequency fVAnalog vortex signal S corresponding to
V2Is converted to and output to the other input terminal of the comparator 14.
To be done.
【0009】この場合の渦信号SV2は、KV2を定数とす
れば、
SV2=KV2fV (3)
の式で示される。そして、コンパレータ14は整流回路
13の出力である渦信号SA1と周波数/電圧変換器19
の出力であるSV2とを比較する。The vortex signal S V2 in this case is expressed by the following equation, where K V2 is a constant: S V2 = K V2 f V (3) Then, the comparator 14 outputs the vortex signal S A1 output from the rectifier circuit 13 and the frequency / voltage converter 19
The output of S V2 is compared.
【0010】比較の結果、SA1<SV2の関係が成り立つ
ときには、この渦周波数fVは実は渦に起因するもので
はなくノイズに起因するものとして判別し、オフ信号S
offをゲート回路18に出力してシュミットトリガ17
の出力をオフにする。SA1>SV2の関係が成り立つとき
には、ゲート回路18のスイッチをオンとして渦パルス
PVを出力する。As a result of the comparison, when the relationship of S A1 <S V2 is established, this vortex frequency f V is discriminated not to be actually caused by the vortex but due to noise, and the off signal S
Outputs off to the gate circuit 18 to output the Schmitt trigger 17
Turn off the output of. When the relationship of S A1 > S V2 is established, the switch of the gate circuit 18 is turned on and the vortex pulse P V is output.
【0011】次に、以上の回路の動作について図8に示
す特性図を参照して説明する。図8の横軸には渦周波数
fV、縦軸には渦信号SA1、SV2がとられている。この
場合の(1)式、(3)式の定数KA1、KV2は増幅器1
6の出力に現れる渦信号がシュミットトリガ17のトリ
ガレベルSTに相当する大きさに達したZ点で渦信号S
A1、SV2が等しくなるように選定されている。そして、
このときのトリガレベルSTの値は測定流速の下限に相
当する渦信号の大きさに選定される。Next, the operation of the above circuit will be described with reference to the characteristic diagram shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the vortex frequency f V , and the vertical axis represents the vortex signals S A1 and S V2 . In this case, the constants K A1 and K V2 in the equations (1) and (3) are the amplifier 1
At the point Z where the vortex signal appearing at the output of 6 has reached the magnitude corresponding to the trigger level S T of the Schmitt trigger 17, the vortex signal S
A1 and S V2 are selected to be equal. And
The value of the trigger level S T at this time is selected as the magnitude of the vortex signal corresponding to the lower limit of the measured flow velocity.
【0012】以上のように定数KA1、KV2が選定されて
いると、測定流量QMが流れており、しかも測定流速の
下限に相当する以上の測定範囲の流速の場合には、図8
から判るようにSA1>SV2となり、コンパレータ14は
ゲート回路18のスイッチをオンとして測定された渦パ
ルスPVを出力する。When the constants K A1 and K V2 are selected as described above, when the measured flow rate Q M is flowing and the flow velocity in the measurement range equal to or lower than the lower limit of the measurement flow velocity is as shown in FIG.
As can be seen from the above, S A1 > S V2 , and the comparator 14 outputs the vortex pulse P V measured by turning on the switch of the gate circuit 18.
【0013】これに対して、測定流量QMがゼロの状態
で例えば配管振動などにより大きなノイズが発生したと
しても、これは測定流量QMに起因するものではないの
で(1)式における密度ρの係数を欠き、一般にSA1<
SV2となる。従って、コンパレータ14の出力端からは
オフ信号が出てゲート回路18のスイッチをオフとしゲ
ート回路18からはパルスが出力されない。On the other hand, even if a large noise is generated due to, for example, pipe vibration when the measured flow rate Q M is zero, this is not due to the measured flow rate Q M , so the density ρ in the equation (1) is Lacking the coefficient of S A1 <
It becomes S V2 . Therefore, an OFF signal is output from the output terminal of the comparator 14, the switch of the gate circuit 18 is turned off, and no pulse is output from the gate circuit 18.
【0014】以上のようにして、ノイズ判別手段として
機能するコンパレータ14により渦信号によるパルス信
号かノイズによるパルス信号かを判別し、ノイズによる
パルスの場合は、これを除去することができる。As described above, the comparator 14 functioning as a noise discrimination means discriminates between the pulse signal due to the vortex signal and the pulse signal due to the noise, and in the case of the pulse due to the noise, this can be removed.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような渦流量計は、渦検出素子として圧電素子を用いて
いるので渦信号の振幅Aと流速Vとの関係が、
A∝ρV2 (4)
で示される。However, since the vortex flowmeter as described above uses the piezoelectric element as the vortex detecting element, the relationship between the amplitude A of the vortex signal and the flow velocity V is A∝ρV 2 (4 ).
【0016】そして、実際には口径Dにより渦信号の大
きさも変化してくるので、Sを関数記号として振幅Aは
A∝ρV2S(D) (5)
で示される。Since the magnitude of the vortex signal actually changes depending on the diameter D, the amplitude A is represented by A∝ρV 2 S (D) (5) with S as a function symbol.
【0017】このため、密度ρや口径Dが異なった場合
には、それぞれのノイズ判別曲線が異なることとなるの
で、対応する数だけノイズ判別曲線が必要となる不便が
あり、また、密度ρに関しては固定値を用いるので、正
確な振幅Aを求めることができず、ノイズ判別が不正確
になるという問題があった。Therefore, when the density ρ and the aperture D are different, the noise discrimination curves are different from each other, so that there is an inconvenience that a corresponding number of noise discrimination curves are required, and the density ρ Since a fixed value is used, there is a problem that an accurate amplitude A cannot be obtained, and noise discrimination becomes inaccurate.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、カルマン渦により変調を受
けた超音波信号を用いて流路に流れる測定流体の流量を
算定して渦流量信号として出力する超音波渦流量計にお
いて、先の超音波信号の位相シフト量と渦周波数との比
率に関連して得られる変調係数を演算する変調係数演算
手段と、先の渦周波数に対して位相シフト量が相対的に
小さくなったときの許容下限値と先の渦周波数に対して
位相シフト量が相対的に大きくなったときの許容上限値
との間に先の変調係数が入るか否かの判断をするノイズ
判別手段と、先の変調係数が先の許容下限値と許容上限
値との間にあるときに先の渦流量信号を出力し先の許容
下限値と許容上限値との間にないときに先の出力をカッ
トする出力許可手段とを具備するようにしたものであ
る。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention calculates the flow rate of a measuring fluid flowing in a flow path using an ultrasonic signal modulated by a Karman vortex and calculates the vortex. In the ultrasonic vortex flowmeter that outputs as a flow rate signal, a modulation coefficient calculation means for calculating a modulation coefficient obtained in relation to the ratio of the phase shift amount of the ultrasonic signal and the vortex frequency, and Whether the preceding modulation coefficient falls between the lower limit of allowable phase shift and the upper limit of phase shift relative to the previous vortex frequency. Noise determining means for determining whether or not the vortex flow rate signal is output when the modulation coefficient is between the allowable lower limit value and the allowable upper limit value, and the allowable lower limit value and the allowable upper limit value are output. Output permission hand that cuts the previous output when it is not between It is obtained so as to comprise and.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。図1は本発明の実施形態の全体
構成の1例を示すブロック図である。この場合は、バー
スト波としての超音波を渦に放射して得られる伝播時間
の変更を検出することにより測定流体の流量を算定する
形式の超音波渦流量計の構成を示している。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the overall configuration of an embodiment of the present invention. In this case, the configuration of the ultrasonic vortex flowmeter of the type in which the flow rate of the measurement fluid is calculated by detecting the change in the propagation time obtained by radiating the ultrasonic wave as a burst wave to the vortex is shown.
【0020】なお、バースト波を用いて渦を復元するこ
の形式の超音波渦流量計は、連続波を用いて渦を復元す
る場合に対して、超音波の送出・受信が間欠的となるの
で、超音波送信器から測定流体に超音波を送出する際
に、金属性の測定管路を経由して超音波受信器に到達す
るノイズを分離除去できるメリットを有している。In this type of ultrasonic vortex flowmeter which restores vortices using burst waves, ultrasonic waves are intermittently sent and received as compared with the case where vortices are restored using continuous waves. When the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic wave transmitter to the measurement fluid, there is an advantage that the noise reaching the ultrasonic wave receiver via the metallic measuring conduit can be separated and removed.
【0021】図2は図1に示す構成の動作を説明する波
形図である。以下、図2に示す波形図を適宜に引用しな
がら、先ずこの構成全体の概要を説明する。基準クロッ
ク回路20は基準クロックCL1を駆動回路21とタイ
ミング回路22にそれぞれ出力する。タイミング回路2
2は駆動回路21にバースト波を送出するタイミング信
号TG1を出力する。FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the configuration shown in FIG. Hereinafter, an outline of the entire configuration will be first described with reference to the waveform diagram shown in FIG. 2 as appropriate. The reference clock circuit 20 outputs the reference clock CL 1 to the drive circuit 21 and the timing circuit 22, respectively. Timing circuit 2
2 outputs a timing signal TG 1 for transmitting a burst wave to the drive circuit 21.
【0022】また、タイミング回路22は超音波信号を
サンプリングするサンプリング信号SP1、及び超音波信
号をサンプルホールドするタイミング信号SP2などを送
出する。The timing circuit 22 also sends a sampling signal S P1 for sampling the ultrasonic signal, a timing signal S P2 for sampling and holding the ultrasonic signal, and the like.
【0023】駆動回路21は基準クロックCL1を1/
2に分周したクロックCL2(図2(A))を作ると共
にタイミング信号TG1で駆動信号DS2(図2(A))
のバースト波の繰り返し周期t1を制御するバースト波
状の駆動信号DS2を超音波送信器23に印加する。The drive circuit 21 outputs the reference clock CL 1 to 1 /
A clock CL 2 (FIG. 2A) divided by 2 is generated and a drive signal DS 2 (FIG. 2A) is generated by a timing signal TG 1 .
A burst-wave drive signal DS 2 for controlling the repetition period t 1 of the burst wave is applied to the ultrasonic transmitter 23.
【0024】このバースト波の繰り返し周期t1は渦信
号を復元する必要から渦生成周期より短く設定されてお
り、またクロックCL2は参照波信号を作る関係から基
準クロックCL1を1/2に分周した周波数としてい
る。The repetition cycle t 1 of the burst wave is set shorter than the vortex generation cycle because it is necessary to restore the vortex signal, and the clock CL 2 is halved from the reference clock CL 1 because of the relationship of forming the reference wave signal. The frequency is divided.
【0025】超音波送信器23の圧電素子はバースト波
状の駆動信号DS2の印加により電圧/歪変換を生じ、
測定管路24の内部に満たされている測定流体中に超音
波を送出する。The piezoelectric element of the ultrasonic transmitter 23 causes a voltage / distortion conversion by applying a drive signal DS 2 in the form of a burst wave,
Ultrasonic waves are sent into the measurement fluid filled inside the measurement conduit 24.
【0026】この超音波は渦発生体25で発生されたカ
ルマン渦で位相変調されて超音波受信器26で受信さ
れ、さらに超音波信号SU3(図4(B))として増幅器
27に出力され、ここで可変抵抗器などによるゲイン調
整値GVでゲイン調整されてパルス化回路28に出力さ
れる。This ultrasonic wave is phase-modulated by the Karman vortex generated by the vortex generator 25, is received by the ultrasonic receiver 26, and is further output to the amplifier 27 as an ultrasonic signal S U3 (FIG. 4 (B)). Here, the gain is adjusted by a gain adjustment value G V by a variable resistor or the like and output to the pulsing circuit 28.
【0027】なお、図2(B)に示す超音波信号SU3に
は、カルマン渦を捉えたメインの波形の他に測定管路2
4で多重反射された波形或いは残響波などが重畳された
波形として現れている。In addition, in the ultrasonic signal S U3 shown in FIG. 2B, in addition to the main waveform that captures the Karman vortex, the measurement line 2
4 appears as a waveform that is multiple-reflected or a waveform on which reverberation waves are superimposed.
【0028】ゲイン調整された超音波信号SU3は可変抵
抗器等を用いて所定の閾値Sh(図2(B))が設定さ
れたパルス化回路28で、この閾値Shを基準としてパ
ルス化され、超音波信号SU4(図2(C))としてサン
プリング回路29に出力される。[0028] In the gain adjustment ultrasonic signal S U3 are using a variable resistor or the like predetermined threshold S h (see FIG. 2 (B)) pulsing circuit 28 is set, pulses the threshold S h as a reference And is output to the sampling circuit 29 as an ultrasonic signal S U4 (FIG. 2 (C)).
【0029】サンプリング回路29には、タイミング回
路22からバースト波の送出に対して所定の遅れを伴っ
てサンプリング信号SP1(図2(D))が繰り返して与
えられており、このサンプリング信号SP1により、その
都度、超音波信号SU4(図2(C))がサンプリングさ
れて位相検出回路30に出力される。The sampling circuit 29 is repeatedly given the sampling signal S P1 (FIG. 2 (D)) from the timing circuit 22 with a predetermined delay with respect to the transmission of the burst wave. The sampling signal S P1 As a result, the ultrasonic signal S U4 (FIG. 2 (C)) is sampled each time and output to the phase detection circuit 30.
【0030】一方、参照波回路31には、基準クロック
回路20から基準クロックCL1が印加され、バースト
波の送出に対して所定の遅れを伴って参照波回路31か
ら参照波信号SRが位相検出回路30に出力されてい
る。On the other hand, to the reference wave circuit 31, the reference clock CL 1 is applied from the reference clock circuit 20, and the reference wave signal S R is phased from the reference wave circuit 31 with a predetermined delay with respect to the transmission of the burst wave. It is output to the detection circuit 30.
【0031】ここでは、簡単のため参照波信号SRは単
一のものとして説明するが、複数の参照波を用い渦によ
る位相シフトを位相ごとに区分して検波するマルチレフ
アレンス形式の位相検波に対しても同様に適用出来る。Here, for the sake of simplicity, the reference wave signal S R is explained as a single signal, but the phase shift of the multi-reference type in which the phase shift due to the vortex is detected for each phase using a plurality of reference waves is detected. The same can be applied to.
【0032】そして、位相検出回路30は、この参照波
信号SRをベースとしてサンプリング回路29から出力
された超音波信号SU5(図2(E))を位相検波して、
サンプルホールド回路32に出力する。Then, the phase detection circuit 30 phase-detects the ultrasonic signal S U5 (FIG. 2 (E)) output from the sampling circuit 29 based on this reference wave signal S R ,
It is output to the sample hold circuit 32.
【0033】サンプルホールド回路32は、タイミング
回路22から送出されるサンプリング信号SP2により位
相検出回路30の出力をサンプリングして平滑した後1
サンプリング周期の間づつホールドして階段状の波形と
して渦信号を再現してフイルタ33に出力する。The sample and hold circuit 32 samples the output of the phase detection circuit 30 by the sampling signal S P2 sent from the timing circuit 22 and smoothes it, then
The vortex signal is reproduced as a staircase waveform by holding each sampling period and output to the filter 33.
【0034】フイルタ33はシュミットトリガ回路34
にフイルタ信号を送出し、シュミットトリガ回路34
は、フイルタ33の出力端に得られるカルマン渦を再現
した渦波形を所定の閾値を基準としてパルス状の波形と
してカウンタ35に出力する。The filter 33 is a Schmitt trigger circuit 34.
The filter signal to the Schmitt trigger circuit 34.
Outputs the vortex waveform reproducing the Karman vortex obtained at the output end of the filter 33 to the counter 35 as a pulse-shaped waveform with a predetermined threshold as a reference.
【0035】カウンタ35は渦を再現したパルス信号を
デジタルの渦信号fuに変換してマイクロコンピュータ
36に出力し、マイクロコンピュータ36は所定の演算
を実行して出力端37に出力する。The counter 35 converts the pulse signal reproducing the vortex into a digital vortex signal f u and outputs the digital vortex signal f u to the microcomputer 36. The microcomputer 36 performs a predetermined calculation and outputs it to the output end 37.
【0036】また、フイルタ33は振幅/周波数変換回
路38に出力され、振幅/周波数変換回路38はフイル
タ33の出力端に得られる渦信号をその振幅に相当する
周波数fVDに変換してマイクロコンピュータ36に出力
する。Further, the filter 33 is output to the amplitude / frequency conversion circuit 38, and the amplitude / frequency conversion circuit 38 converts the vortex signal obtained at the output end of the filter 33 into a frequency f VD corresponding to the amplitude thereof, and a microcomputer. Output to 36.
【0037】マイクロコンピュータ36は、プロセッサ
CPU、メモリMEMなどを有しており、流量信号の演
算処理だけではなく、タイミング信号の発生、出力の制
御、演算など各種の機能を実行する。The microcomputer 36 has a processor CPU, a memory MEM and the like, and executes various functions such as generation of a timing signal, control of output and calculation, as well as calculation processing of a flow rate signal.
【0038】測定流体の流速vについては、定数Kがメ
モリMEMに格納されているので、これを用いて
v=Kfu (6)
としてマイクロコンピュータ36が演算をすることがで
きる。[0038] The flow velocity v of the fluid to be measured, since the constant K is stored in the memory MEM, v = Kf microcomputer 36 as u (6) can be a calculation using the same.
【0039】さらに、マイクロコンピュータ36は、基
準クロック回路20から基準クロックCL1の供給を受
けこの基準クロックCL1をベースとして動作するが、
図1に示すタイミング回路22には制御信号CS1、C
S2を送出すると共に受信信号RSを受信することによ
り測定流体中を伝播する音速Cを演算し適切なサンプリ
ング位置を算定する。この点については、図3、図4を
用いて詳しく後述する。Further, the microcomputer 36 is supplied with the reference clock CL 1 from the reference clock circuit 20 and operates on the basis of this reference clock CL 1 .
The timing circuit 22 shown in FIG. 1 includes control signals CS 1 and C 1 .
By transmitting S 2 and receiving the reception signal RS, the sound velocity C propagating in the measurement fluid is calculated to calculate an appropriate sampling position. This point will be described later in detail with reference to FIGS. 3 and 4.
【0040】さらに、マイクロコンピュータ36は、こ
の音速Cと渦信号の振幅に相当する周波数fVDなどを用
いてメモリMEMに内蔵される演算手順に基づいてノイ
ズ判別を行い、この結果によりノイズが存在すると判断
されたときは出力をカットするよう動作するが、これに
ついては図5に示すフローチャートを用いて詳しく後述
する。Further, the microcomputer 36 uses the sound velocity C and the frequency f VD corresponding to the amplitude of the vortex signal to perform noise discrimination based on the arithmetic procedure built in the memory MEM, and as a result, noise is present. If so, the output is cut, which will be described later in detail with reference to the flowchart shown in FIG.
【0041】先ず、音速Cの演算とサンプリング信号S
P1の最適な位置への保持について図3と図4を用いて説
明する。図3に示すタイミング回路22は、分周回路3
8、カウンタ39、ゲート発生回路40などにより構成
されており、マイクロコンピュータ36からは分周回路
38の分周比率を制御する制御信号CS1と、サンプリ
ング信号SP1を制御する制御信号CS2とが入力されて
いる。First, calculation of sound velocity C and sampling signal S
The holding of P1 at the optimum position will be described with reference to FIGS. The timing circuit 22 shown in FIG.
8, a counter 39, a gate generation circuit 40, etc., and a control signal CS 1 for controlling the frequency division ratio of the frequency dividing circuit 38 and a control signal CS 2 for controlling the sampling signal S P1 from the microcomputer 36. Has been entered.
【0042】分周回路38には基準クロック回路20か
ら基準クロックCL1が入力されており、制御信号CS1
により決定される分周比率に対応して分周し、バースト
波を送出するタイミング信号TG1(図4(A))を駆
動回路21に送出することにより、駆動信号DS2(図
4(B))を超音波送信器23に送出する。The reference clock CL 1 is input from the reference clock circuit 20 to the frequency dividing circuit 38, and the control signal CS 1
The timing signal TG 1 (FIG. 4 (A)) for transmitting the burst wave, which is frequency-divided according to the frequency division ratio determined by, is transmitted to the drive circuit 21 to generate the drive signal DS 2 (FIG. 4 (B)). )) Is sent to the ultrasonic transmitter 23.
【0043】カウンタ39は、このタイミング信号TG
1の立上りに同期して入力されている基準クロックCL1
のカウントを開始し、超音波信号SU4(図4(C))を
受信することにより、この計数値nを出力端Qからマイ
クロコンピュータ36に受信信号RSとして送出する。The counter 39 uses the timing signal TG.
Reference clock CL 1, which is input in synchronization with the first rising
Counting is started and the ultrasonic signal S U4 (FIG. 4C) is received, the count value n is sent from the output end Q to the microcomputer 36 as a reception signal RS.
【0044】ここで、測定管路24の口径をD、基準ク
ロックCL1の周波数をf0とすれば、プロセッサCPU
はメモリMEMに内蔵されている演算式
C=D/(n/f0) (7)
を用いて音速Cを算出できる。Assuming that the diameter of the measuring conduit 24 is D and the frequency of the reference clock CL 1 is f 0 , the processor CPU
Can calculate the sound velocity C using the arithmetic expression C = D / (n / f 0 ) (7) built in the memory MEM.
【0045】プロセッサCPUは、このようにして得ら
れた音速Cを用いて、メモリMEMに内蔵されている演
算手順にしたがってサンプリング信号SP1を立上げる時
点を演算し、これをプリセット設定値PSとして設定す
る制御信号CS2をゲート発生回路40に送出する。こ
のプリセット設定値PSはサンプリング信号SP1の受信
の後の所定の波数になる時点になるように設定される。Using the sound velocity C thus obtained, the processor CPU calculates the time when the sampling signal S P1 rises according to the calculation procedure built in the memory MEM, and uses this as the preset set value PS. The control signal CS 2 to be set is sent to the gate generation circuit 40. The preset set value PS is set so as to reach a predetermined wave number after receiving the sampling signal S P1 .
【0046】ゲート発生回路40はタイミング信号TG
1の立上りに同期して入力されている基準クロックCL1
のカウントを開始し、予め設定されたプリセット設定値
PSに達すると、その出力端Qからゲート幅が予め設定
されているサンプリング信号SP1(図4(D))を送出
する。The gate generation circuit 40 uses the timing signal TG.
Reference clock CL 1, which is input in synchronization with the first rising
When the preset preset value PS is reached and the preset preset value PS is reached, the sampling signal S P1 (FIG. 4 (D)) having the preset gate width is sent from the output terminal Q thereof.
【0047】このようにして、音速Cを計測してサンプ
リング信号SP1の位置を正確に設定しているので、音速
が大きく変化した場合でもゲート位置のずれに起因して
渦信号を見逃すようなことはない。Since the sound velocity C is measured and the position of the sampling signal S P1 is set accurately in this way, even if the sound velocity changes greatly, the vortex signal may be missed due to the deviation of the gate position. There is no such thing.
【0048】次に、ノイズ判別について図5に示すフロ
ーチャートを用いて説明する。先ずステップ1について
説明する。ステップ1は変調係数mを演算する変調係数
演算手段として機能するステップである。Next, noise discrimination will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, step 1 will be described. Step 1 is a step which functions as a modulation coefficient calculation means for calculating the modulation coefficient m.
【0049】超音波送信器23から送出された超音波信
号はカルマン渦で位相変調されて超音波受信器26を介
して増幅器27により超音波信号SU3として受信される
が、これはサンプリング回路29、位相検波回路30、
サンプルホールド回路32、フイルタ33で復調され
る。The ultrasonic signal sent from the ultrasonic transmitter 23 is phase-modulated by the Karman vortex and is received as the ultrasonic signal S U3 by the amplifier 27 via the ultrasonic receiver 26, which is the sampling circuit 29. , Phase detection circuit 30,
It is demodulated by the sample hold circuit 32 and the filter 33.
【0050】この場合、変調の度合を示す変調指数Φ
は、mを変調係数として、理論的に
Φ=Dvmω/C2
で示される。ここでωは超音波信号の角周波数である。In this case, the modulation index Φ indicating the degree of modulation
Is theoretically expressed as Φ = Dvmω / C 2 with m as a modulation coefficient. Here, ω is the angular frequency of the ultrasonic signal.
【0051】変形すると、変調係数mは m=Φ/[Dvω/C2] (8) で示される。When modified, the modulation coefficient m is represented by m = Φ / [Dvω / C 2 ] (8).
【0052】また、変調指数Φは、渦信号の振幅に相当
する周波数fVDに比例するので、比例定数をKDとし
て、
Φ=KDfVD (9)
となる。Since the modulation index Φ is proportional to the frequency f VD corresponding to the amplitude of the vortex signal, Φ = K D f VD (9) where the proportional constant is K D.
【0053】そこで、(8)式と(9)式を用いると、
変調係数mは、
m=KDfVD/[Dvω/C2] (10)
となる。Therefore, using equations (8) and (9),
The modulation coefficient m is m = K D f VD / [Dvω / C 2 ] (10).
【0054】ここで、口径D、角周波数ω、比例定数K
DはメモリMEMに予め設定されており、音速Cは
(7)式で、流速vは(6)式でそれぞれ算定されるの
で、プロセッサCPUはこれらを用いて変調係数mを算
出することができる。(10)式の分子は渦が変調を受
けて得られた渦信号の振幅に相当する周波数fVDである
ので位相シフトに関連し、分母は渦周波数に関連してい
る。Here, the diameter D, the angular frequency ω, the proportional constant K
D is preset in the memory MEM, the sound velocity C is calculated by the equation (7), and the flow velocity v is calculated by the equation (6). Therefore, the processor CPU can calculate the modulation coefficient m using these. . The numerator of the equation (10) is related to the phase shift because the vortex has a frequency f VD corresponding to the amplitude of the vortex signal obtained by the modulation, and the denominator is related to the vortex frequency.
【0055】次に、ステップ2に移行する。ステップ2
はノイズ判別手段として機能するステップである。変調
係数mがノイズ判別の許容下限値NJ1と許容上限値N
J2の間にあるか否かが判断される。Then, the process proceeds to step 2. Step two
Is a step that functions as noise discrimination means. The modulation coefficient m is the allowable lower limit value NJ1 and the allowable upper limit value N for noise discrimination.
It is determined whether or not it is between J2.
【0056】ここで、許容下限値NJ1は、渦周波数に
対して位相シフトが相対的に小さくなったときに許容出
来る下限値であり、これは例えば脈動などのノイズが混
入した場合が想定される。Here, the allowable lower limit value NJ1 is an allowable lower limit value when the phase shift becomes relatively small with respect to the vortex frequency, and it is assumed that noise such as pulsation is mixed in. .
【0057】また、許容上限値NJ2は、渦周波数に対
して位相シフトが相対的に大きくなったときに許容出来
る上限値であり、これは例えば気泡が多く混入した場合
が想定される。The allowable upper limit value NJ2 is an allowable upper limit value when the phase shift becomes relatively large with respect to the vortex frequency, and it is assumed that a large amount of bubbles are mixed in, for example.
【0058】そして、これらの許容下限値NJ1、許容
上限値NJ2は予めメモリMEMの中に格納されてお
り、プロセッサCPUはこれらの値を用いてステップ2
の判断を実行する。The permissible lower limit value NJ1 and the permissible upper limit value NJ2 are stored in advance in the memory MEM, and the processor CPU uses these values to execute step 2
Make the judgment.
【0059】ステップ3と4は出力許可手段として機能
する。変調係数mが許容下限値NJ1と許容上限値NJ
2との間にあるときには、ステップ3に移行して出力許
可を行い、そうでない場合はステップ4に移行して出力
をカットする。Steps 3 and 4 function as output permission means. The modulation coefficient m is the allowable lower limit value NJ1 and the allowable upper limit value NJ.
If it is between 2 and 2, the process proceeds to step 3 to permit the output, and if not, the process proceeds to step 4 to cut the output.
【0060】これ等のステップを実行した後、ステップ
6に移行してからステップ1にリターン(RTS)し、
これらを繰り返す。以上の演算手順は予めメモリMEM
に格納されており、これを用いてプロセッサCPUが演
算を実行する。After executing these steps, the process proceeds to step 6 and then returns to step 1 (RTS),
Repeat these. The above calculation procedure is performed in advance in the memory MEM.
Stored in the CPU, and the processor CPU executes an operation by using this.
【0061】図6は横軸に流速vを縦軸に変調係数mを
とったときの渦信号領域とノイズ領域の関係を示す説明
図である。図6に示すように、許容下限値NJ1と許容
上限値NJ2は流速vによらず一定であり、また口径D
ごとにノイズ判別曲線を設定する必要がなく、密度ρに
も依存しないのでノイズ判別が簡単となる。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the vortex signal region and the noise region when the horizontal axis represents the flow velocity v and the vertical axis represents the modulation coefficient m. As shown in FIG. 6, the allowable lower limit value NJ1 and the allowable upper limit value NJ2 are constant regardless of the flow velocity v, and the diameter D
Since it is not necessary to set a noise discrimination curve for each of them and it does not depend on the density ρ, noise discrimination becomes easy.
【0062】[0062]
【発明の効果】以上、実施の形態と共に具体的に説明し
たように請求項1、2に記載された発明によれば、口
径、流速、音速を加味した変調係数をマイクロプロセッ
サで演算して求め、これを用いてノイズ判別をするの
で、複数のノイズ判別曲線を用意する必要がなくなり、
このためノイズ判別が簡単で、かつ正確になるメリット
がある。As described above in detail with the embodiments, according to the invention described in claims 1 and 2, the microprocessor calculates the modulation coefficient in consideration of the aperture, the flow velocity, and the sound velocity. , This is used for noise discrimination, so there is no need to prepare multiple noise discrimination curves,
Therefore, there is an advantage that noise discrimination is easy and accurate.
【図1】本発明の1実施形態を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示す実施形態の動作を説明する波形図で
ある。FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the operation of the embodiment shown in FIG.
【図3】図1に示す実施形態の一部を具体的に説明する
ブロック図である。FIG. 3 is a block diagram specifically illustrating a part of the embodiment shown in FIG.
【図4】図3に示す構成の動作を説明する波形図であ
る。FIG. 4 is a waveform diagram illustrating the operation of the configuration shown in FIG.
【図5】図1に示す実施形態の要部を説明するフローチ
ャート図である。FIG. 5 is a flow chart illustrating a main part of the embodiment shown in FIG.
【図6】図1に示す実施形態のノイズ判別を説明する特
性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram for explaining noise discrimination of the embodiment shown in FIG.
【図7】従来の渦流量計の構成を示すブロック図であ
る。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional vortex flowmeter.
【図8】図7に示す渦流量計の特性を説明する特性図で
ある。8 is a characteristic diagram illustrating characteristics of the vortex flowmeter shown in FIG.
10 圧電素子 11 チャージコンバータ 14 コンパレータ 17 シュミットトリガ 18 ゲート回路 19 周波数/電圧変換器 20 基準クロック回路 21 駆動回路 22 タイミング回路 23 超音波送信器 24 測定管路 25 渦発生体 26 超音波受信器 28 パルス化回路 29 サンプリング回路 30 位相検出回路 31 参照波回路 32 サンプルホールド回路 34 シュミットトリガ 36 マイクロコンピュータ 38 分周回路 39 カウンタ 40 ゲート発生回路 10 Piezoelectric element 11 Charge converter 14 Comparator 17 Schmitt trigger 18 gate circuit 19 Frequency / voltage converter 20 Reference clock circuit 21 Drive circuit 22 Timing circuit 23 Ultrasonic transmitter 24 measuring lines 25 Vortex generator 26 Ultrasonic receiver 28 pulse circuit 29 Sampling circuit 30 Phase detection circuit 31 Reference wave circuit 32 sample and hold circuit 34 Schmitt trigger 36 Microcomputer 38 frequency divider 39 counter 40 gate generation circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 正巳 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−172599(JP,A) 実公 平6−26814(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/00 - 9/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masami Wada 2-9-32 Nakamachi, Musashino-shi, Tokyo Inside Yokogawa Electric Co., Ltd. (56) Reference JP-A-5-172599 (JP, A) 6-26814 (JP, Y2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01F 1/00-9/02
Claims (2)
を用いて流路に流れる測定流体の流量を算定して渦流量
信号として出力する超音波渦流量計において、前記超音
波信号の位相シフト量と渦周波数との比率に関連して得
られる変調係数を演算する変調係数演算手段と、前記渦
周波数に対して位相シフト量が相対的に小さくなったと
きの許容下限値と前記渦周波数に対して位相シフト量が
相対的に大きくなったときの許容上限値との間に前記変
調係数が入るか否かの判断をするノイズ判別手段と、前
記変調係数が前記許容下限値と許容上限値との間にある
ときに前記渦流量信号を出力し前記許容下限値と許容上
限値との間にないときに前記出力をカットする出力許可
手段とを具備することを特徴とする超音波渦流量計。1. An ultrasonic vortex flowmeter for calculating a flow rate of a measurement fluid flowing in a flow path using an ultrasonic signal modulated by a Karman vortex and outputting the vortex flow rate signal, wherein a phase shift of the ultrasonic signal is performed. Modulation coefficient calculating means for calculating a modulation coefficient obtained in relation to the ratio between the amount and the vortex frequency, and the allowable lower limit value and the vortex frequency when the phase shift amount becomes relatively small with respect to the vortex frequency. On the other hand, noise determining means for determining whether or not the modulation coefficient falls between the allowable upper limit value and the allowable upper limit value when the phase shift amount becomes relatively large, and the modulation coefficient is the allowable lower limit value and the allowable upper limit value. And an output permission unit that cuts the output when the vortex flow rate signal is output when the vortex flow rate signal is between the allowable lower limit value and the allowable upper limit value. Total.
の振幅に相当する周波数をfVD、口径をD、流速をv、
前記超音波信号の角周波数をω、音速をCとしたときに m∝fVD/[Dvω/C2] なる関係で算定することを特徴とする請求項1記載の超
音波渦流量計。2. The modulation coefficient m is f VD which is a frequency corresponding to the amplitude of a vortex signal subjected to a phase shift, D is a diameter, v is a flow velocity,
The angular frequency of the ultrasound signal ω, mαf VD / [Dvω / C 2] becomes ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the calculating the relationship when the speed of sound with C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14154697A JP3386334B2 (en) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | Ultrasonic vortex flowmeter |
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JPH10332448A JPH10332448A (en) | 1998-12-18 |
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