JP3399937B1 - 流量測定方法及び超音波流量計 - Google Patents
流量測定方法及び超音波流量計Info
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Abstract
し、それにより電力消費を最小限に抑えることができる
超音波流量測定方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 流体に対して超音波を発信し、超音波を
受信するまでの伝播時間をもとに流体の流量を測定する
流量測定方法及び装置において、流量に応じて超音波を
発信する発信時間間隔を設定する。また、流量が大きい
ときは発信時間間隔が短くなり、流量が小さいときは発
信時間間隔が長くなるように、発信時間間隔を設定する
ことが好ましい。または、流量が増加傾向にあるときは
発信時間間隔が短くなり、流量が減少傾向にあるときは
発信時間間隔が長くなるように、発信時間間隔を設定す
ることが好ましい。
Description
ガスや液体の流量測定方法、及びその測定方法を実行す
る超音波流量計に関する。
波流量計が開示されている。この流量計は、流体の流れ
る導管と、流体の流れる方向と斜めに交差する線上にお
いて上記導管に設けた一対の超音波変換器を備えてい
る。操作の際には、まず流れの方向に関して上流側に配
置された超音波変換器から下流側に向けて超音波が発信
され、これが下流側の超音波変換器で受信される。そし
て、発信から受信までの伝播時間が求められる。次に、
流れの方向に関して下流側に配置された超音波変換器か
ら上流側に向けて超音波が発信され、これが上流側の超
音波変換器で受信され、発信から受信までの伝播時間が
求められる。そして、これら2つの伝播時間を公知の式
に代入すると流体の流速が求められ、さらにその流速を
用いて流量が求められる。
では、流量に拘わらず一定の時間間隔を置いて超音波を
発信して流速、流量を測定している。また、そのために
従来の超音波流量計では、電力消費量が大きく、電池で
駆動するとその電池が短期間で消耗するという問題があ
った。
て流量を測定し、それにより電力消費を最小限に抑える
ことができる超音波流量測定方法及びその装置を提供す
ることを目的とする。
の形態は、流体に対して超音波を発信し、前記超音波を
受信するまでの伝播時間をもとに前記流体の流量を測定
する流量測定方法において、流量に応じて前記超音波を
発信する発信時間間隔を設定することを特徴とする。
発信時間間隔が短くなり、流量が小さいときは発信時間
間隔が長くなるように、前記発信時間間隔を設定するこ
とが好ましい。また、流量が増加傾向にあるときは発信
時間間隔が短くなり、流量が減少傾向にあるときは発信
時間間隔が長くなるように、前記発信時間間隔を設定す
ることが好ましい。
波を発信し、前記超音波を受信するまでの伝播時間をも
とに前記流体の流量を測定する流量測定方法において、
遅延時間経過後に前記超音波を発信するものであり、前
記遅延時間は流量に応じて設定するものであることを特
徴とする。
は、流量に応じて超音波を発信するためのトリガ信号の
出力を遅延する遅延時間を設定することにより行うこと
が好ましい。また、流量が大きいときは遅延時間が短く
なり、流量が小さいときは遅延時間が長くなるように、
遅延時間を設定することが好ましい。さらに、流量が増
加傾向にあるときは遅延時間が短くなり、流量が減少傾
向にあるときは遅延時間が長くなるように、遅延時間を
設定することが好ましい。
の超音波振動子が超音波を発信してから他方の超音波振
動子が前記超音波を受信するまでの伝播時間をもとに前
記流体の流量を測定する超音波流量計において、前記超
音波を発信する発信時間間隔を流量に応じて設定するタ
イミング制御部を備えたことを特徴とする。
部は、流量が大きいときは発信時間間隔が短くなり、流
量が小さいときは発信時間間隔が長くなるように、前記
発信時間間隔を設定することが好ましい。また、前記タ
イミング制御部は、流量が増加傾向にあるときは発信時
間間隔が短くなり、流量が減少傾向にあるときは発信時
間間隔が長くように、前記発信時間間隔を設定すること
が好ましい。
の超音波振動子が超音波を発信してから他方の超音波振
動子が前記超音波を受信するまでの伝播時間をもとに前
記流体の流量を測定する超音波流量計において、前記超
音波振動子を発信駆動する信号を遅延する遅延時間を流
量に応じて設定し、前記遅延時間経過後に前記超音波振
動子を発信駆動するタイミング制御部を備えたことを特
徴とする。
るためのトリガ信号を出力するトリガ部を備え、前記タ
イミング制御部は、流量に応じて前記トリガ信号の出力
を遅延する遅延時間を設定し、前記遅延時間経過後に前
記トリガ部を駆動することが好ましい。また、流量が大
きいときは遅延時間が短くなり、流量が小さいときは遅
延時間が長くなるように、前記超音波の遅延時間を設定
することが好ましい。さらに、流量が増加傾向にあると
きは遅延時間が短くなり、流量が減少傾向にあるときは
遅延時間が長くなるように、前記超音波の遅延時間を設
定することが好ましい。
施の形態を説明する。図1は第1実施例にかかる超音波
流量計の制御ブロック図で、超音波流量計の全体が符号
1で示してある。この流量計1において、符号2は図示
しないガス燃焼装置に接続された断面円形の導管を示
し、この導管2の中を燃焼装置に供給する流体すなわち
ガスが矢印4方向に流れるようになっている。符号6は
超音波を発信する振動子(発信器)、符号8は振動子6
から発信された超音波を受信する超音波振動子(受信
器)を示し、これらの振動子6と8は、導管2の中心軸
10と所定の角度φをもって交差する線12上で対向す
るように導管2にそれぞれ取り付けてある。符号14は
トリガ部を示し、このトリガ部14は後述する方法によ
り決定されるタイミングでトリガ信号を出力する。符号
16は発信部を示し、この発信部16は上記トリガ信号
を受信すると、振動子6を駆動するバースト信号を出力
する。符号18は増幅部を示し、振動子8が超音波を検
出したときに発信する信号を増幅する。符号20は比較
部を示し、振動子6が超音波を発信してから振動子8が
その超音波を受信するまでの時間(伝播時間)に対応し
た信号を作成して出力する。符号22は計時部を示し、
この計時部22は比較部20の出力信号から上記伝播時
間を演算して求める。符号24は流量演算部で、この流
量演算部24は後に説明する計算に基づいて上記伝播時
間から導管2内を流れる流体の流量を演算する。符号2
6はタイミング制御部で、このタイミング制御部26
は、流量からトリガ部14がトリガ信号を出力するタイ
ミングを決定する。
示す流量と計測時間間隔との関係(特性曲線)から計測
時間間隔として求められ、流量が大きくなるにしたがっ
て計測時間間隔が短くなるように設定される。
からトリガ信号が出力されると、その信号に基づいて発
信部16がバースト信号を作成しこれを出力する。振動
子6は上記バースト信号により駆動され、振動子8に向
けて超音波を発信する。この超音波は振動子8で受信さ
れ、その受信信号が増幅器18で増幅される。次に、比
較部20は超音波伝播時間に対応する信号を作成してこ
れを計時部22に出力する。計時部22は上記伝播時間
を演算し、流量演算部24が上記伝播時間から流量を演
算する。続いて、タイミング制御部26は、図2の関係
から求めた流量をもとにこれに対応する計測時間間隔を
求める。具体的に、今回計測した流量が前回測定した流
量よりも増加していれば計測時間間隔は短く設定され、
逆に減少していれば計測時間間隔は長く設定される。続
いて、トリガ部14は新たに設定された計測時間間隔を
置いてトリガ信号を出力して振動子6を駆動し、この振
動子6から発信された超音波を振動子8で検出して流量
が測定される。以後、同様の処理が繰り返される。
算値を正確に求める必要がある装置では流量が大きいと
きの測定誤差は積算値に大きな影響を与えるが、本発明
では流量計測は流量が大きくなるにしたがって頻繁に行
われて正確な積算値が求められる。
て説明する。静止している流体中を超音波が伝達する速
度をc、流体の流れの速度をvとすると、流れの方向に
沿った超音波の伝播速度は(c+v)となる。また、振
動子6から振動子8までの超音波伝播時間tは以下の式
(1)で与えられる。
式(1)は以下の式(2)ように変形できる。 v=(L/t−c)/cosφ (2) ここでL、c、φは既知であるから、伝播時間tを計測
すれば、流速が求められる。また、流量Qは以下の式
(3)で与えられる。 Q=K・S・v (3) なお、式(3)中、導管2の断面積をS、補正係数をK
である。ところで、流量と計測時間間隔との関係は、図
3に示すように流量の増加とともに計測時間間隔を段階
的に減少するものであってもよいし、図4に示すように
計測時間間隔が流量に反比例するものでもよい。
測時間間隔との関係に基づいて、計測された流量から計
測時間間隔をタイミング制御部26で決定したが、計測
流量からトリガ部14が出力するトリガ信号の遅延時間
を求め、この遅延時間の経過後にトリガ部14を駆動す
るようにしてもよい。
増加と共に遅延時間が全体的に減少するものであれば、
直線的関係(図5)、段階的関係(図6)、又は反比例
関係(図7)のいずれでもよい。
音波流量計と多くの共通した構成要素を有し、これら共
通の構成要素は同様の機能を達成するので共通の符号で
記してある。しかし、この超音波流量計1Aは流量デー
タを格納する記憶部28が付加されている。この記憶部
28では、流量演算部24で演算された所定個数の複数
の流量値が順次流量データとして格納され、最新の流量
データを最古の流量データと置き換えてデータを更新す
る。また、格納されている複数の流量データの平均値を
もとに、タイミング制御部30で計測時間間隔又は遅延
時間がそれぞれ図2から4、図5から7の関係から設定
される。
は、現在流量が増加傾向にあるか減少傾向にあるかを考
慮して補正するのが好ましい。例えば、タイミング制御
部30では、図9のフローチャートに示すように、記憶
部28に格納されている流量データから流量が現在増加
傾向にあるか減少傾向にあるかを判定する。そして、流
量が増加傾向にあるときは、流量が安定しているときの
同一流量に対する計測時間間隔又は遅延時間よりも短く
補正し、流量が減少傾向にあるときは遅延時間を長く補
正し、補正された計測時間間隔又は遅延時間に基づいて
トリガ信号が出力される。このようにして補正された流
量と計測時間間隔又は遅延時間との関係が図10に示し
てある。このような流量補正によれば、例えば流量が急
激に増加する場合に、流量の増加量を正確に計測できる
という利点がある。
流量計1Bを示し、図1の超音波流量計と多くの共通し
た構成要素を有し、これら共通の構成要素は同様の機能
を達成するので共通の符号で記してある。この超音波流
量計1Bでは、一般にガスが消費される時間帯とそうで
ない時間帯によって計測時間間隔又は遅延時間を変更す
る機能が付加されている。具体的に、超音波流量計1B
はクロック32を備えており、このクロック32から出
力された現在時刻がタイミング制御部34に出力され
る。タイミング制御部34では、図12のフローチャー
トに示すように、時刻情報から現在がガスの大量消費時
間帯か否か判定する。例えば、午前零時から午前5時ま
での深夜時間帯がガス低消費時間帯、その他の時間帯が
ガス高消費時間帯と設定されており、現在時刻がいずれ
の時間帯に属するかを判定する。また、現在時刻がガス
低消費時間帯と判定すると、計測時間間隔(又は遅延時
間)を所定の長い時間に設定する。ここで設定される計
測間隔時間又は遅延時間は、図2から4(又は図5から
7)の関係に基づいて流量から求められる時間と違って
独自のものである。次に、流量が変化したか否かを判定
し、流量に変更があれば、新たに求めた流量から図2か
ら4の関係に基づいて計測時間間隔、又は図5から7の
関係に基づいては遅延時間を新たに設定する。
ない深夜の時間帯には計測時間間隔又は遅延時間をより
長く設定して不要な電気の消費が抑えられる。また、た
とえ深夜であってもガスが消費されたときには流量に応
じた計測時間間隔又は遅延時間を置いて流量が測定され
る。
が異なる地域では、時刻に代えて、又は時刻と共に月日
の情報をクロックから出力し、これらの情報を参考にし
て流量計測を制御してもよい。
流量計1Cを示し、図1の超音波流量計と多くの共通し
た構成要素を有し、これら共通の構成要素は同様の機能
を達成するので共通の符号で記してある。この超音波流
量計1Cでは、ガスが消費される機器、例えばストーブ
36、コンロ38、給湯器40の作動状態がタイミング
制御部42に入力されるようになっている。上記タイミ
ング制御部42では、図14のフローチャートに示すよ
うに、ガス消費機器36、38、又は40が停止してい
るか否かを判定する。そして、いずれのガス消費機器も
停止中と判定すると、計測時間間隔(又は遅延時間)を
所定の長い時間に設定する。ここで設定される計測間隔
時間(又は遅延時間)は、図2から4(図5から7)の
関係に基づいて流量から求められる時間と違って独自の
ものである。次に、流量が変化したか否かを判定し、流
量に変更があれば、新たに求めた流量から図2から4の
関係に基づいて計測時間間隔、又は図5から7の関係に
基づいては遅延時間を新たに設定する。この実施例によ
れば、ガスが消費されていないときは計測時間間隔又は
遅延時間がより長く設定され、不要な電気の消費が抑え
られる。
流量計1Dを示し、図1の超音波流量計と多くの共通し
た構成要素を有し、これら共通の構成要素は同様の機能
を達成するので共通の符号で記してある。この超音波流
量計1Dでは、超音波の発信と受信の両方の機能を有す
る振動子44と46が、導管2の中心軸10と所定の角
度φをもって交差する線12上で対向するように導管2
に取り付けてある。振動子切換部48は、振動子を超音
波発信状態と超音波受信状態に交互に切り替える。繰り
返し回数設定部50は、振動子44、46で超音波を発
信する繰り返し回数を設定する。繰り返し制御部52
は、一方の振動子44から流量に対応する回数だけ超音
波を発信して他方の振動子46で超音波を受信する第1
状態から、他方の振動子46で同一回数超音波を発信し
て一方の振動子44で超音波を受信する第2状態へ、ま
たその逆に切り替える。流量と繰り返し回数との関係
は、流量が大きくなるにしたがって繰り返し回数が全体
的に小さくなるように設定されている。
チャートを参照して具体的に説明する。いま、繰り返し
設定部50で繰り返し回数がnに設定されているとする
と、切換部48で第1状態に設定される。次に、トリガ
部14からトリガ信号を出力し、発信部16からバース
ト信号をする。これにより、振動子44から他方の振動
子46に向けて超音波が所定の遅延時間を置いて発信さ
れる。振動子46で受信された信号は増幅部18で増幅
され、比較部20で基準信号と比較される。また、計時
部22で超音波伝播時間が演算される。続いて、振動子
44からn回超音波が発信されたか否か判定される。そ
して、すでにn回超音波が発信されていれば計時部でn
回の超音波伝播時間が累計される。一方、超音波発信回
数がn回未満の場合には、再びトリガ部14からトリガ
信号を出力して超音波の発信と受信を実行する。
替部48が第2状態に切り替えられる。これにより、振
動子46から超音波を発信して他方の振動子44でその
超音波を受信する操作がn回数繰り返され、n回の超音
波伝播時間が累計される。続いて、第1状態と第2状態
における伝播時間累計値又はそれぞれの平均値から流量
が求められる。次に、新たに求めた流量と前回求めた流
量とを比較して流量が増加しているか減少しているかを
判定し、繰り返し設定部50で新たに求めた流量に応じ
た繰り返し回数が設定される。ここで設定される繰り返
し回数は、流量が大きくなるにしたがって繰り返し回数
が全体的に小さくなるようにしてあり、流量が小さくて
も正確に流量が測定される。
て説明する。静止流体中の超音波の速度c、流体の流速
をvとすると、流れに順方向の超音波伝播速度は(c+
v)、逆方向の超音波伝播速度は(c−v)で与えられ
る。順方向の累積伝播時間T1と逆方向の累積伝播時間
T2はそれぞれ式(4)、(5)で与えられる。
子を結ぶ線との交角、nは繰り返し回数である。また、
これらの式(4)と(5)から流速測定値の累計が以下
の式(6)で与えられる。 (v1+・・+vn)=L・n・(1/T1−1/T2)/2・cosφ (6) さらに、式(6)から流速値の累計が以下の式(7)で
与えられる。 ΣQn=K・S・(v1+・・+vn) (7) この式(7)中、ΣQnは流速値の累計、Kは補正係
数、Sは導管の断面積である。
うに、計測回数が多くなれば流量値の累積値は大きくな
る。換言すれば、流速が小さくても、計測回数を多くす
れば流速値と流量値の累計は大きくなり、各計測に含ま
れる誤差は小さくなる。逆に、流速が大きいときはT1
とT2との差が大きいので、測定回数を少なくしても相
対的な計測誤差は小さい。かかる理由から、本発明で
は、繰り返し回数設定部50で、流量が小さい場合は繰
り返し回数を大きくし、流量が大きい場合は繰り返し回
数を小さくしている。なお、流量と繰り返し回数との関
係は、流量が大きくなると繰り返し回数が全体的に小さ
くなる関係にあればよく、流量に対して繰り返し回数
が、直線的、段階的、又は反比例的に減少するように設
定する。以上の説明では、振動子からn回超音波を発信
した後に振動子でn回超音波を発信するものとしたが、
振動子から1回超音波を発信した後に他方の振動子で1
回超音波を発信する操作を繰り返し回数だけ実行するよ
うにしてもよい。
流量計1Eを示し、図1の超音波流量計と多くの共通し
た構成要素を有し、これら共通の構成要素は同様の機能
を達成するので共通の符号で記してある。この流量計1
Eは電源遮断部54を備えており、図18のフローチャ
ートに示すように、流量演算部24で求めた複数の流量
値が流量データとして記憶部56に格納される。また、
記憶部56の流量データから、流量がゼロと判定される
と、そのように連続的に判定された回数が記憶される。
また、流量ゼロの判定が所定回数連続すると、電源遮断
部54を駆動し、トリガ部、発信部16、増幅部18、
比較部20、計時部22、又は流量演算部24の少なく
とも一つの電源が所定時間遮断される。したがって、流
体が流れていないときは計測間隔が長くなり、消費電力
が節約できる。
である。
示し、計測時間間隔は流量の増加に従って直線的に減少
している。
線)を示し、計測時間間隔は流量の増加に従って段階的
に減少している。
曲線)を示し、計測時間間隔は流量の増加に従って反比
例的に減少している。
し、遅延時間は流量の増加に従って直線的に減少してい
る。
示し、遅延時間は流量の増加に従って段階的に減少して
いる。
線)を示し、遅延時間は流量の増加に従って反比例的に
減少している。
である。
一部である。
計測時間間隔(及び遅延時間)との関係(特性曲線)を
示す。
図である。
トの一部である。
図である。
トの一部である。
図である。
トである。
図である。
トである。
Claims (14)
- 【請求項1】 流体に対して超音波を発信し、前記超音
波を受信するまでの伝播時間をもとに前記流体の流量を
測定する流量測定方法において、 流量に応じて前記超音波を発信する発信時間間隔を設定
することを特徴とする流量測定方法。 - 【請求項2】 流量が大きいときは発信時間間隔が短く
なり、流量が小さいときは発信時間間隔が長くなるよう
に、前記発信時間間隔を設定することを特徴とする請求
項1に記載の流量測定方法。 - 【請求項3】 流量が増加傾向にあるときは発信時間間
隔が短くなり、流量が減少傾向にあるときは発信時間間
隔が長くなるように、前記発信時間間隔を設定すること
を特徴とする請求項1に記載の流量測定方法。 - 【請求項4】 流体に対して超音波を発信し、前記超音
波を受信するまでの伝播時間をもとに前記流体の流量を
測定する流量測定方法において、 遅延時間経過後に前記超音波を発信するものであり、 前記遅延時間は流量に応じて設定するものであることを
特徴とする流量測定方法。 - 【請求項5】 前記遅延時間の設定は、流量に応じて超
音波を発信するためのトリガ信号の出力を遅延する遅延
時間を設定することにより行うことを特徴とする請求項
4に記載の流量測定方法。 - 【請求項6】 流量が大きいときは遅延時間が短くな
り、流量が小さいときは遅延時間が長くなるように、遅
延時間を設定することを特徴とする請求項4又は5に記
載の流量測定方法。 - 【請求項7】 流量が増加傾向にあるときは遅延時間が
短くなり、流量が減少傾向にあるときは遅延時間が長く
なるように、遅延時間を設定することを特徴とする請求
項4又は5に記載の流量測定方法。 - 【請求項8】 流体に対して一方の超音波振動子が超音
波を発信してから他方の超音波振動子が前記超音波を受
信するまでの伝播時間をもとに前記流体の流量を測定す
る超音波流量計において、 前記超音波を発信する発信時間間隔を流量に応じて設定
するタイミング制御部を備えたことを特徴とする超音波
流量計。 - 【請求項9】 前記タイミング制御部は、流量が大きい
ときは発信時間間隔が短くなり、流量が小さいときは発
信時間間隔が長くなるように、前記発信時間間隔を設定
することを特徴とする請求項8に記載の超音波流量計。 - 【請求項10】 前記タイミング制御部は、流量が増加
傾向にあるときは発信時間間隔が短くなり、流量が減少
傾向にあるときは発信時間間隔が長くように、前記発信
時間間隔を設定することを特徴とする請求項8に記載の
超音波流量計。 - 【請求項11】 流体に対して一方の超音波振動子が超
音波を発信してから他方の超音波振動子が前記超音波を
受信するまでの伝播時間をもとに前記流体の流量を測定
する超音波流量計において、 前記超音波振動子を発信駆動する信号を遅延する遅延時
間を流量に応じて設定し、前記遅延時間経過後に前記超
音波振動子を発信駆動するタイミング制御部を備えたこ
とを特徴とする超音波流量計。 - 【請求項12】 前記超音波振動子を駆動するためのト
リガ信号を出力するトリガ部を備え、 前記タイミング制御部は、流量に応じて前記トリガ信号
の出力を遅延する遅延時間を設定し、前記遅延時間経過
後に前記トリガ部を駆動することを特徴とする請求項1
1に記載の超音波流量計。 - 【請求項13】 流量が大きいときは遅延時間が短くな
り、流量が小さいときは遅延時間が長くなるように、前
記超音波の遅延時間を設定することを特徴とする請求項
11又は12に記載の超音波流量計。 - 【請求項14】 流量が増加傾向にあるときは遅延時間
が短くなり、流量が減少傾向にあるときは遅延時間が長
くなるように、前記超音波の遅延時間を設定することを
特徴とする請求項11又は12に記載の超音波流量計。
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JP2002296566A JP3399937B1 (ja) | 1994-10-19 | 2002-10-09 | 流量測定方法及び超音波流量計 |
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JP6253414A JPH08122117A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 流量計測装置 |
JP2002296566A JP3399937B1 (ja) | 1994-10-19 | 2002-10-09 | 流量測定方法及び超音波流量計 |
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