JP3473491B2 - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計

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JP3473491B2
JP3473491B2 JP11943699A JP11943699A JP3473491B2 JP 3473491 B2 JP3473491 B2 JP 3473491B2 JP 11943699 A JP11943699 A JP 11943699A JP 11943699 A JP11943699 A JP 11943699A JP 3473491 B2 JP3473491 B2 JP 3473491B2
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修 江口
裕治 中林
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Panasonic Holdings Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスなどの流量を計
測する超音波流量計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の超音波流量計は、図4に示すよう
なものが一般的であった。この装置は流体の流れる流路
1に設置した超音波振動子10と、超音波振動子11を
駆動する送信手段2と、送信手段2にスタート信号を出
力し、また超音波の伝播時間を測定する計時手段6から
測定データを受け取る制御手段9と、超音波振動子10
から送信した超音波を受ける超音波振動子11と、超音
波振動子11の出力を制御手段9の出力に応じた増幅度
で増幅する増幅手段3と、増幅手段3の出力と基準電圧
とを比較し大小関係が反転したときに繰り返し手段7へ
出力する比較手段4と、この比較手段4からの出力によ
り制御手段9へ出力し超音波振動子10の駆動動作を予
め設定されたn回数繰り返し行わせる繰り返し手段7
と、n回分の比較手段4の反転時間を計時する計時手段
6と、この計時手段6の時間より流量を算出する流量算
出手段8とから構成されている。
【0003】この装置は超音波振動子10の駆動操作を
予め設定されたn回数繰り返し行い、この間の時間を計
時手段により測定する。そして、超音波振動子10と超
音波振動子11とを切り替え、被測定流体の上流から下
流(この方向を正流とする)と下流から上流(この方向
を逆流とする)への上述のようにそれぞれの伝搬時間を
測定し、(式1)より流量Qを求めていた。
【0004】Q=S・v=S・L/2・cosφ((1
/t1)−(1/t2))…(式1) 但し超音波振動子間の流れ方向の有効距離をL、上流か
ら下流へのn回分の測定時間をt1、下流から上流への
n回分の測定時間をt2、被測定流体の流速をv、流路
の断面積をS、センサ角度をφ、流量をQとする。実際
には、(式1)に流量に応じた係数を乗じて流量を算出
する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら超音波振
動子の感度は温度特性や、流速によって受信時の信号レ
ベルが変化する。また、上流側と、下流側の振動子の特
性のバラツキもあり(このバラツキを完全に無くすこと
は非常に困難である)、上流側から下流側、下流側から
上流側へ超音波を送信した場合とで、それぞれに増幅手
段3の増幅度を設定する必要がある。図5に流量と上流
側、下流側の超音波振動子の受信信号レベルを示す(こ
の場合の上流側、下流の超音波振動子の特性は同じとす
る)。
【0006】図5に示すように流量が増加すると流路内
の流体の流れが乱れ、正流側と逆流側で受信信号レベル
が変化する。そして流量計測の精度を確保するには比較
手段4で基準電圧との比較を行う受信信号レベルがほぼ
一定であることが重要である。
【0007】従って、超音波振動子の温度特性や、流速
によって受信時の信号レベルの変化、上流側と、下流側
の振動子の特性のバラツキを補正するために上流側から
下流側、下流側から上流側へ超音波を送信した場合と
で、それぞれに増幅手段3の増幅度を設定する必要があ
るということが課題となっていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、被測定流体中に配置され超音波を送受信する
2つの超音波振動子と、一方の超音波振動子を駆動する
送信手段と、前記2つの超音波振動子の送受信を切り換
え、受信側の超音波振動子で受信した受信信号を設定さ
れた増幅率で増幅する切換・増幅手段と、前記切換・増
幅手段の出力の振幅の大きさに対応した信号出力を行う
レベル検知手段と、前記レベル検知手段の出力を受け前
記切換・増幅手段の出力をほぼ一定に制御する制御手段
と、超音波の伝播時間を測定する計時手段と、前記計時
手段から得たデータをもとに流量を演算によって求める
流量算出手段を有し、前記レベル検知手段は、入力信号
があらかじめ設定された範囲から外れた場合に前記制御
手段に信号を出力し、前記制御手段は、前記レベル検知
手段から信号を入力して前記切換・増幅手段のゲイン調
整を行い、前記レベル検知手段から信号を入力しなけれ
ば増幅度を保持するとともに、前記制御手段は前記流量
算出手段により求めた流量値が、流体の正逆流により受
信信号レベルの差が大きくなる流量値以上で、駆動する
超音波振動子に応じて前記切換・増幅手段のゲイン調整
を行うようにしたものである。
【0009】上記発明によれば上流側から下流側、下流
側から上流側へ超音波を送信した場合とで、それぞれに
切換・増幅手段3の増幅度を設定することにより、流量
計測の精度を向上することが出来る。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態によれば、
測定流体中に配置され超音波を送受信する2つの超音波
振動子と、一方の超音波振動子を駆動する送信手段と、
前記2つの超音波振動子の送受信を切り換え、受信側の
超音波振動子で受信した受信信号を設定された増幅率で
増幅する切換・増幅手段と、前記切換・増幅手段の出力
の振幅の大きさに対応した信号出力を行うレベル検知手
段と、前記レベル検知手段の出力を受け前記切換・増幅
手段の出力をほぼ一定に制御する制御手段と、超音波の
伝播時間を測定する計時手段と、前記計時手段から得た
データをもとに流量を演算によって求める流量算出手段
とを備え、前記レベル検知手段は、入力信号があらかじ
め設定された範囲から外れた場合に前記制御手段に信号
を出力し、前記制御手段は、前記レベル検知手段から信
号を入力して前記切換・増幅手段のゲイン調整を行い、
前記レベル検知手段から信号を入力しなければ増幅度を
保持するとともに、前記制御手段は前記流量算出手段に
より求めた流量値が、流体の正逆流により受信信号レベ
ルの差が大きくなる流量値以上で、駆動する超音波振動
子に応じて前記切換・増幅手段のゲイン調整を行うもの
である。そして、正流側、逆流側でそれぞれに切換・増
幅手段の増幅度を設定し、振動子の温度特性や、流速に
よって受信時の信号レベルの変化、また、上流側と、下
流側の特性のバラツキを補正することが出来る。
【0011】また、超音波振動子に応じて切換・増幅手
段のゲイン調整を行い、その時の流量設定値及び増幅度
を記憶する設定記憶手段を有し流量設定値を更新できる
ようにしたものである。このように、駆動する超音波振
動子に応じて切換・増幅手段のゲイン調整を行う流量設
定値を更新可能にすることにより、超音波振動子の流量
による個々の受信レベル変化のバラツキを補正すること
ができる。
【0012】
【実施例】以下本発明の実施例について図を用いて説
明する。
【0013】(実施例1) 図1は請求項1に対応した実施例1のブロック図であ
る。
【0014】図1において、流路1の途中に超音波を送
信する第1超音波振動子10と受信する第2超音波振動
子11が流れ方向に角度φで配置されている。2は第1
超音波振動子10への送信手段、3は第1超音波振動子
10、第2超音波振動子11の送受信を切り換え受信側
の超音波振動子で受信した信号を増幅する切換・増幅手
段で、この増幅された信号は基準信号と比較手段4で比
較され、基準信号以上の信号が検出されたとき予め設定
された回数だけ繰り返し手段7により、制御手段9を通
じて送信手段2で超音波信号を繰り返し発信する。
【0015】そして繰り返し手段7の予め設定された回
数が繰り返されたときの時間をタイマカウンタのような
計時手段6で求める。次に増幅・切手段3で第1超音
波振動子10と第2超音波振動子11の送受信を切り換
えて、第2超音波振動子11から第1超音波振動子10
すなわち下流から上流に向かって超音波信号を送信し、
この送信を前述のように繰り返し、その時間を計時す
る。
【0016】そしてその時間差から流路の大きさや流れ
の状態を考慮して流量算出手段8で流量値を求める。さ
らに5は切換・増幅手段3の出力を受け振幅の大きさに
応じた信号出力を行うレベル検知手段5であり、制御手
段9はレベル検知手段5の出力を受け切換・増幅手段3
の増幅度を制御しており、第1超音波振動子10と第2
超音波振動子11の送受信を切り換えるたびにそれぞれ
の適した増幅度を切換・増幅手段3に出力する。
【0017】また、切換・増幅手段3の出力を受けたレ
ベル検知手段5は、入力信号のピークレベルがあらかじ
め設定された範囲から外れた場合、制御手段9にエラー
信号を出力する。たとえば入力信号が大きい場合、制御
手段手段9は切換・増幅手段3の増幅度を下げ信号のピ
ークが設定範囲に入るようにする。エラー信号が出力さ
れなければ切換・増幅手段3の増幅度は保持される。こ
のように正流側、逆流側でそれぞれに切換・増幅手段の
増幅度を設定することで、超音波振動子の温度特性や、
流速によって受信時の信号レベルの変化、また上流側、
下流側の超音波振動子の特性のバラツキを補正すること
が出来る。
【0018】(実施例2) 図2は請求項2に対応した実施例2のブロック図であ
る。
【0019】図2において制御手段9は予め設定された
流量値以上で正流側と逆流側とで切換・増幅手段3のゲ
イン調整を行うものである。
【0020】つまり、図5に示すようにある流量(a点
以上の流量)で受信信号レベルが正流側と逆流側で差が
大きくなってくるので、制御手段9は予め設定されてい
るこの流量値以上で正流側、逆流側でそれぞれに切換・
増幅手段3の増幅度を設定し、設定流量値未満では正流
側、逆流側で増幅度は同じである。但し、実施例1で説
明したようにレベル検知手段5は、入力信号のピークレ
ベルを監視しており、ピークレベルが設定された範囲か
ら外れた場合、制御手段9にエラー信号を出力するので
このような場合には増幅度は変更される。
【0021】このように、予め設定された流量値以上で
正流側、逆流側でそれぞれに切換・増幅手段3の増幅度
を設定することで、超音波振動子の温度特性や、流速に
よって受信時の信号レベルの変化、また、上流側、下流
側の超音波振動子の特性のバラツキを補正することがで
き、かつ必要なときのみ増幅度の変更を行うことで無駄
な動作を省くことが出来、電池を電源とするような超音
波流量計において消費電力を低減することもできる。
【0022】(実施例3) 図3は請求項3に対応した実施例3のブロック図であ
る。
【0023】図3において13は切換・増幅手段のゲイ
ン調整を行う流量設定値を記憶する設定記憶手段であ
る。流量が増え正流側と逆流側で受信レベルの差が発生
し、レベル検知手段5によりエラー信号が発生した場合
には、制御手段9により切換・増幅手段3の増幅度を変
更すると共にその時点の流量値と変更後の増幅度を設定
記憶手段13に記憶する。この動作が繰り返されること
で流量値とその流量値に対応した切換・増幅手段3の増
幅度が設定記憶手段13に記憶される。制御手段9は設
定記憶手段13に設定値が記憶されている場合にはこの
設定値を優先して切換・増幅手段3の増幅度として出力
する。これにより流路1を流れる流量値に応じて正流、
逆流共に適切な増幅度が切換・増幅手段3に設定される
ことになる。
【0024】このように正流側、逆流側でそれぞれに流
量に応じた切換・増幅手段3の増幅度を設定すること
で、超音波振動子の温度特性や、流速によって受信時の
信号レベルの変化、また、上流側、下流側の超音波振動
子の特性のバラツキを補正することができる。
【0025】上の説明をまとめると、本実施の形態
よれば次の効果が得られる。
【0026】流側、逆流側でそれぞれに切換・増幅手
段の増幅度を設定することで、超音波振動子の温度特性
や、流速によって受信時の信号レベルの変化、また上流
側、下流側の超音波振動子の特性のバラツキを補正する
ことが出来る。
【0027】また、予め設定された流量値以上で正流
側、逆流側でそれぞれに切換・増幅手段3の増幅度を設
定することで、超音波振動子の温度特性や、流速によっ
て受信時の信号レベルの変化、また、上流側、下流側の
超音波振動子の特性のバラツキを補正することができ、
かつ必要なときのみ増幅度の変更を行うことで無駄な動
作を省くことが出来、電池を電源とするような超音波流
量計において消費電力を低減することもできる。
【0028】また、正流側、逆流側でそれぞれに流量に
応じた切換・増幅手段3の増幅度を設定することで、超
音波振動子の温度特性や、流速によって受信時の信号レ
ベルの変化、また上流側、下流側の超音波振動子の特性
のバラツキを補正することができる。
【0029】
【発明の効果】 以上のように本発明の超音波流量計によ
れば、正流側、逆流側でそれぞれに切換・増幅手段の増
幅度を設定することで、超音波振動子の温度特性や、流
速によって受信時の信号レベルの変化、また上流側、下
流側の超音波振動子の特性のバラツキを補正することが
出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における超音波流量計のブロ
ック図
【図2】本発明の実施例2における超音波流量計のブロ
ック図
【図3】本発明の実施例3における超音波流量計のブロ
ック図
【図4】従来の超音波流量計のブロック図
【図5】流量と受信信号レベルの関係を説明する図
【符号の説明】
1 流路 2 送信手段 3 切換・増幅手段 4 比較手段 5 レベル検知手段 6 計時手段 7 繰り返し手段 8 流量算出手段 9 制御手段 10 第1超音波振動子 11 第2超音波振動子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−132521(JP,A) 特開 平8−247811(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/00 - 9/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定流体中に配置され超音波を送受信す
    る2つの超音波振動子と、一方の超音波振動子を駆動す
    る送信手段と、前記2つの超音波振動子の送受信を切り
    換え、受信側の超音波振動子で受信した受信信号を設定
    された増幅率で増幅する切換・増幅手段と、前記切換・
    増幅手段の出力の振幅の大きさに対応した信号出力を行
    うレベル検知手段と、前記レベル検知手段の出力を受け
    前記切換・増幅手段の出力をほぼ一定に制御する制御手
    段と、超音波の伝播時間を測定する計時手段と、前記計
    時手段から得たデータをもとに流量を演算によって求め
    る流量算出手段とを備え、前記レベル検知手段は、入力
    信号があらかじめ設定された範囲から外れた場合に前記
    制御手段に信号を出力し、前記制御手段は、前記レベル
    検知手段から信号を入力して前記切換・増幅手段のゲイ
    ン調整を行い、前記レベル検知手段から信号を入力しな
    ければ増幅度を保持するとともに、前記制御手段は前記
    流量算出手段により求めた流量値が、流体の正逆流によ
    り受信信号レベルの差が大きくなる流量値以上で、駆動
    する超音波振動子に応じて切換・増幅手段のゲイン調整
    を行う超音波流量計。
  2. 【請求項2】超音波振動子に応じて切換・増幅手段のゲ
    イン調整を行い、その時の流量設定値及び増幅度を記憶
    する設定記憶手段を備えた請求項1記載の超音波流量
    計。
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