JP3473598B2 - 流量計測装置 - Google Patents
流量計測装置Info
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- JP3473598B2 JP3473598B2 JP2001301715A JP2001301715A JP3473598B2 JP 3473598 B2 JP3473598 B2 JP 3473598B2 JP 2001301715 A JP2001301715 A JP 2001301715A JP 2001301715 A JP2001301715 A JP 2001301715A JP 3473598 B2 JP3473598 B2 JP 3473598B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
ガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するもので
ある。
ガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の流量計測装置としては、
例えば特開２０００−３４６６８６号公報に記載されて
いるようなものがあった。図６は、前記公報に記載され
た従来の流量計測装置を示すものである。
例えば特開２０００−３４６６８６号公報に記載されて
いるようなものがあった。図６は、前記公報に記載され
た従来の流量計測装置を示すものである。
【０００３】図６において、１は第１振動子、２は第２
振動子でともに流体管路３に含まれる。送信部４が切り
替え手段５を介して第１振動子１を駆動し、超音波が流
体管路３を伝播する。超音波信号は第２振動子２を介し
て受信部６で受信される。時間計測部７は、超音波が流
体管路３を伝搬する時間を計測する。バイパス手段８
は、第１振動子１及び第２振動子２をバイパスして、送
信部４から受信部６に信号を直接伝え、そのときの時間
を計測する。そして、上流側、及び下流側への伝搬時間
を測定し、逆数差により流量演算を行うわけであるが、
その時に超音波が第１振動子１、第２振動子２を伝わっ
て伝搬される時間から、送信部４、受信部６のみを伝わ
る時間を考慮して行うようにしている。
振動子でともに流体管路３に含まれる。送信部４が切り
替え手段５を介して第１振動子１を駆動し、超音波が流
体管路３を伝播する。超音波信号は第２振動子２を介し
て受信部６で受信される。時間計測部７は、超音波が流
体管路３を伝搬する時間を計測する。バイパス手段８
は、第１振動子１及び第２振動子２をバイパスして、送
信部４から受信部６に信号を直接伝え、そのときの時間
を計測する。そして、上流側、及び下流側への伝搬時間
を測定し、逆数差により流量演算を行うわけであるが、
その時に超音波が第１振動子１、第２振動子２を伝わっ
て伝搬される時間から、送信部４、受信部６のみを伝わ
る時間を考慮して行うようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の流量計測装置では、実際に超音波が流体管路３を伝
搬する時間を正確に算出するために、伝搬経路に含まれ
る誤差成分である送信部４及び受信部５で生じる時間遅
れ成分をバイパス手段７を測定するため、構成が複雑で
あるだけではなく、バイパス手段７を伝搬する場合の誤
差成分が考慮に入れられていない点と、実際には、第１
振動子１や第２振動子２までの配線などはバイパス手段
７の測定系には含むことができず、完全に誤差成分をな
くすことは困難であるという課題を有していた。
来の流量計測装置では、実際に超音波が流体管路３を伝
搬する時間を正確に算出するために、伝搬経路に含まれ
る誤差成分である送信部４及び受信部５で生じる時間遅
れ成分をバイパス手段７を測定するため、構成が複雑で
あるだけではなく、バイパス手段７を伝搬する場合の誤
差成分が考慮に入れられていない点と、実際には、第１
振動子１や第２振動子２までの配線などはバイパス手段
７の測定系には含むことができず、完全に誤差成分をな
くすことは困難であるという課題を有していた。
【０００５】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、確実に誤差成分をなくすことができ、精度良い流量
計測を行える流量計測装置を提供することを目的とす
る。
で、確実に誤差成分をなくすことができ、精度良い流量
計測を行える流量計測装置を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】従来の課題を解決するた
めに、本願発明の流量測定装置は、流体管路に設けられ
超音波信号を送受信する少なくとも１組の振動子と、前
記振動子を送信駆動するための周波数を発振する送信手
段と、前記振動子の送受信動作を切り換える切換手段
と、前記送信手段からの出力に基づいて前記各振動子を
駆動する夫々の駆動手段とを有し、前記夫々の駆動手段
の出力容量を同一にしたものである。
めに、本願発明の流量測定装置は、流体管路に設けられ
超音波信号を送受信する少なくとも１組の振動子と、前
記振動子を送信駆動するための周波数を発振する送信手
段と、前記振動子の送受信動作を切り換える切換手段
と、前記送信手段からの出力に基づいて前記各振動子を
駆動する夫々の駆動手段とを有し、前記夫々の駆動手段
の出力容量を同一にしたものである。
【０００７】これによって、超音波信号の伝送系の特性
が揃い、逆数差による流量演算により誤差成分が相殺さ
れ、精度の高い流量測定を可能にするものである。
が揃い、逆数差による流量演算により誤差成分が相殺さ
れ、精度の高い流量測定を可能にするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、流体管
路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１組の
振動子と、所定の周波数を発振する送信手段と、前記振
動子と前記送信手段の間に位置し、それぞれの振動子に
信号を伝達する少なくとも１組の伝送手段を同一の特性
にするようにして、流量演算により誤差成分が相殺さ
れ、精度の高い流量測定を可能にするものである。
路に設けられ超音波信号を送受信する少なくとも１組の
振動子と、所定の周波数を発振する送信手段と、前記振
動子と前記送信手段の間に位置し、それぞれの振動子に
信号を伝達する少なくとも１組の伝送手段を同一の特性
にするようにして、流量演算により誤差成分が相殺さ
れ、精度の高い流量測定を可能にするものである。
【０００９】また請求項２に記載の発明は、前記伝送手
段は、少なくとも１組の駆動手段を有し、この駆動手段
の出力容量を同一にするようにして、流量演算により誤
差成分が相殺され、精度の高い流量測定を可能にするも
のである。
段は、少なくとも１組の駆動手段を有し、この駆動手段
の出力容量を同一にするようにして、流量演算により誤
差成分が相殺され、精度の高い流量測定を可能にするも
のである。
【００１０】また請求項３に記載の発明は、前記伝送手
段は、少なくとも１組の伝達経路を有し、この伝達経路
を同一長さかつ同一形状にするようにして、流量演算に
より誤差成分が相殺され、精度の高い流量測定を可能に
するものである。
段は、少なくとも１組の伝達経路を有し、この伝達経路
を同一長さかつ同一形状にするようにして、流量演算に
より誤差成分が相殺され、精度の高い流量測定を可能に
するものである。
【００１１】また請求項４に記載の発明は、前記伝送手
段は、少なくとも１組の前記振動子への配線手段を有
し、この配線手段の容量を同一にするようにして、流量
演算により誤差成分が相殺され、精度の高い流量測定を
可能にするものである。
段は、少なくとも１組の前記振動子への配線手段を有
し、この配線手段の容量を同一にするようにして、流量
演算により誤差成分が相殺され、精度の高い流量測定を
可能にするものである。
【００１２】また請求項５に記載の発明は、前記伝送手
段は、少なくとも１組の前記振動子への配線手段を有
し、この配線手段の長さを同一にするようにして、流量
演算により誤差成分が相殺され、精度の高い流量測定を
可能にするものである。
段は、少なくとも１組の前記振動子への配線手段を有
し、この配線手段の長さを同一にするようにして、流量
演算により誤差成分が相殺され、精度の高い流量測定を
可能にするものである。
【００１３】さらに請求項６に記載の発明は、前記伝達
経路と前記配線手段の間に少なくとも１組の結合手段を
有し、この結合手段を同一容量を同一にするようにし
て、流量演算により誤差成分が相殺され、精度の高い流
量測定を可能にするものである。
経路と前記配線手段の間に少なくとも１組の結合手段を
有し、この結合手段を同一容量を同一にするようにし
て、流量演算により誤差成分が相殺され、精度の高い流
量測定を可能にするものである。
【００１４】さらに又請求項７に記載の発明は、前記振
動子は、お互いの特性を同一の特性にするようにして、
流量演算により誤差成分が相殺され、精度の高い流量測
定を可能にするものである。
動子は、お互いの特性を同一の特性にするようにして、
流量演算により誤差成分が相殺され、精度の高い流量測
定を可能にするものである。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【００１６】（実施例１）図１は本発明の実施例１にお
ける流量計測装置のブロック構成図、図２は同伝送手段
の構成図である。
ける流量計測装置のブロック構成図、図２は同伝送手段
の構成図である。
【００１７】図１及び図２において、流体管路１０の途
中に、超音波を送受信する振動子１１ａ及び振動子１１
ｂがそれぞれ上流側、下流側に配置されている。１２は
送信手段で、振動子１１ａあるいは振動子１１ｂを駆動
させる。１３は受信手段で、振動子１１ａあるいは振動
子１１ｂで受信した信号を増幅する。１４は切換手段
で、振動子１１ａあるいは振動子１１ｂと送信手段１２
あるいは受信手段１３の接続を切り換える。１５は伝送
手段で、駆動手段１６ａ、１６ｂ、配線手段１７ａ、１
７ｂ、結合手段１８ａ、１８ｂ、伝達経路１９ａ、１９
ｂを内蔵している。駆動手段１６ａ、１６ｂは送信手段
１２の信号を受けて、配線手段１７ａ、１７ｂ、結合手
段１８ａ、１８ｂ、伝達経路１９ａ、１９ｂを介して、
振動子１１ａ、１１ｂを駆動する。配線手段１７ａ、１
７ｂは配線手段で、それぞれ振動子１１ａ及び１１ｂに
接続される配線である。１８ａ、１８ｂは結合手段で、
配線手段１７ａ、１７ｂに接続される。１９ａ、１９ｂ
は伝達経路で、駆動手段１６ａ、１６ｂと結合手段１８
ａ、１８ｂをそれぞれ接続する。２０は比較手段で、内
蔵する基準値と受信手段１３の出力を比較し、受信信号
が基準値以上の場合に信号を出力する。２２は計数手段
で、スタート手段２１から測定開始信号が出力されると
基準クロック２３の出力を計時し、比較手段２０が信号
を出力すると計数手段２２の計数を停止する。２４は流
量演算手段で、計数手段２２の計数値から流量演算を行
う。
中に、超音波を送受信する振動子１１ａ及び振動子１１
ｂがそれぞれ上流側、下流側に配置されている。１２は
送信手段で、振動子１１ａあるいは振動子１１ｂを駆動
させる。１３は受信手段で、振動子１１ａあるいは振動
子１１ｂで受信した信号を増幅する。１４は切換手段
で、振動子１１ａあるいは振動子１１ｂと送信手段１２
あるいは受信手段１３の接続を切り換える。１５は伝送
手段で、駆動手段１６ａ、１６ｂ、配線手段１７ａ、１
７ｂ、結合手段１８ａ、１８ｂ、伝達経路１９ａ、１９
ｂを内蔵している。駆動手段１６ａ、１６ｂは送信手段
１２の信号を受けて、配線手段１７ａ、１７ｂ、結合手
段１８ａ、１８ｂ、伝達経路１９ａ、１９ｂを介して、
振動子１１ａ、１１ｂを駆動する。配線手段１７ａ、１
７ｂは配線手段で、それぞれ振動子１１ａ及び１１ｂに
接続される配線である。１８ａ、１８ｂは結合手段で、
配線手段１７ａ、１７ｂに接続される。１９ａ、１９ｂ
は伝達経路で、駆動手段１６ａ、１６ｂと結合手段１８
ａ、１８ｂをそれぞれ接続する。２０は比較手段で、内
蔵する基準値と受信手段１３の出力を比較し、受信信号
が基準値以上の場合に信号を出力する。２２は計数手段
で、スタート手段２１から測定開始信号が出力されると
基準クロック２３の出力を計時し、比較手段２０が信号
を出力すると計数手段２２の計数を停止する。２４は流
量演算手段で、計数手段２２の計数値から流量演算を行
う。
【００１８】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下その動作、作用について説明する。図３は本
発明の実施例１における流量計測装置の動作を示すフロ
ーチャートである。図において、まず、スタート手段２
１が計測を開始すると、スタート手段２１は切換手段１
４を動作させて、振動子１１ａを送信に、振動子１１ｂ
を受信に設定する。すなわち、切換手段１４に内蔵され
る接点とをオンにし、送信手段１２に駆動手段１６
ａ、伝達経路１９ａ、結合手段１８ａ、配線手段１７
ａ、振動子１１ａを接続し、受信手段１３に駆動手段１
６ｂ、伝達経路１９ｂ、結合手段１８ｂ、配線手段１７
ｂ、振動子１１ｂを接続することになり、流れの方向に
対して、上流側から下流側に超音波が伝搬されることに
なる（図３のステップ１）。
いて、以下その動作、作用について説明する。図３は本
発明の実施例１における流量計測装置の動作を示すフロ
ーチャートである。図において、まず、スタート手段２
１が計測を開始すると、スタート手段２１は切換手段１
４を動作させて、振動子１１ａを送信に、振動子１１ｂ
を受信に設定する。すなわち、切換手段１４に内蔵され
る接点とをオンにし、送信手段１２に駆動手段１６
ａ、伝達経路１９ａ、結合手段１８ａ、配線手段１７
ａ、振動子１１ａを接続し、受信手段１３に駆動手段１
６ｂ、伝達経路１９ｂ、結合手段１８ｂ、配線手段１７
ｂ、振動子１１ｂを接続することになり、流れの方向に
対して、上流側から下流側に超音波が伝搬されることに
なる（図３のステップ１）。
【００１９】同時に、計数手段２２は初期化され、基準
クロック２３の出力パルスの計数を始める（ステップ
２）。
クロック２３の出力パルスの計数を始める（ステップ
２）。
【００２０】また、スタート手段２１は送信手段１２を
動作させ、送信手段１２は所定の周波数で振動子１１ａ
を駆動し、流体管路１０内に超音波を発射させる（ステ
ップ３）。
動作させ、送信手段１２は所定の周波数で振動子１１ａ
を駆動し、流体管路１０内に超音波を発射させる（ステ
ップ３）。
【００２１】流体管路１０内を超音波が伝搬し、振動子
１１ｂに所定の伝搬時間後（流体管路１０中の気体の温
度と振動子１１ａと振動子１１ｂの距離で決まる）に到
達する。受信手段１３は、振動子１１ｂで受信した超音
波信号を所定の値に増幅し、比較手段２０に出力する。
比較手段２０では、内蔵する基準値と比較し、増幅され
た受信信号が基準値以上の場合にスタート手段２１に信
号を出力する（ステップ４）。
１１ｂに所定の伝搬時間後（流体管路１０中の気体の温
度と振動子１１ａと振動子１１ｂの距離で決まる）に到
達する。受信手段１３は、振動子１１ｂで受信した超音
波信号を所定の値に増幅し、比較手段２０に出力する。
比較手段２０では、内蔵する基準値と比較し、増幅され
た受信信号が基準値以上の場合にスタート手段２１に信
号を出力する（ステップ４）。
【００２２】スタート手段２１は計数手段２２の計数を
停止し、計数値Ｔｕｄを読み込み、上流から下流への伝
搬時間として記憶する（ステップ５）。
停止し、計数値Ｔｕｄを読み込み、上流から下流への伝
搬時間として記憶する（ステップ５）。
【００２３】次に、スタート手段２１は切換手段１４を
動作させて、振動子１１ｂを送信に、振動子１１ａを受
信に設定する。すなわち、切換手段１４に内蔵される接
点とをオンにし、受信手段１３に駆動手段１６ａ、
伝達経路１９ａ、結合手段１８ａ、配線手段１７ａ、振
動子１１ａを接続し、送信手段１２に駆動手段１６ｂ、
伝達経路１９ｂ、結合手段１８ｂ、配線手段１７ｂ、振
動子１１ｂを接続することになり、流れの方向に対し
て、下流側から上流側に超音波が伝搬されることになる
（ステップ７）。
動作させて、振動子１１ｂを送信に、振動子１１ａを受
信に設定する。すなわち、切換手段１４に内蔵される接
点とをオンにし、受信手段１３に駆動手段１６ａ、
伝達経路１９ａ、結合手段１８ａ、配線手段１７ａ、振
動子１１ａを接続し、送信手段１２に駆動手段１６ｂ、
伝達経路１９ｂ、結合手段１８ｂ、配線手段１７ｂ、振
動子１１ｂを接続することになり、流れの方向に対し
て、下流側から上流側に超音波が伝搬されることになる
（ステップ７）。
【００２４】以降は、上流から下流に超音波を伝搬させ
る場合と同様であるので、説明を割愛する。スタート手
段２１は計数手段２２の計数を停止し、計数値Ｔｄｕを
読み込み、下流から上流への伝搬時間として記憶する。
る場合と同様であるので、説明を割愛する。スタート手
段２１は計数手段２２の計数を停止し、計数値Ｔｄｕを
読み込み、下流から上流への伝搬時間として記憶する。
【００２５】図４に流体管路１０の構成を示す。振動子
１１ａと振動子１１ｂの距離をＬ、振動子１１ａと振動
子１１ｂの中心軸と流体管路１０の流れ方向となす角度
をθとする。上流から下流に超音波が伝搬した場合は、
超音波の音速ｃが流速に正に 作用し、上流から下流への伝搬時間Ｔｕｄは次式とな
る。 Ｔｕｄ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）・・・・・・（１） 同様に、下流から上流に超音波が伝搬した場合は、超音
波の音速ｃが流速に負に作用し、下流から上流への伝搬
時間Ｔｄｕは次式となる。 Ｔｄｕ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）・・・・・・（２） しかしながら、実際には伝送手段１５を構成する駆動手
段１６ａ、配線手段１７ａ、結合手段１８ａ、伝達経路
１９ａと駆動手段１６ｂ、伝達経路１９ｂ、結合手段１
８ｂ、配線手段１７ｂには容量成分があり、信号が遅
れ、遅延時間が生じる。上流から下流に超音波が伝搬し
た場合の遅延時間をτｕｄ、下流から上流に超音波が伝
搬した場合の遅延時間をτｄｕとすると、（１）式は Ｔｕｄ−τｕｄ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） （２）式は Ｔｄｕ−τｄｕ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ） となる。
１１ａと振動子１１ｂの距離をＬ、振動子１１ａと振動
子１１ｂの中心軸と流体管路１０の流れ方向となす角度
をθとする。上流から下流に超音波が伝搬した場合は、
超音波の音速ｃが流速に正に 作用し、上流から下流への伝搬時間Ｔｕｄは次式とな
る。 Ｔｕｄ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ）・・・・・・（１） 同様に、下流から上流に超音波が伝搬した場合は、超音
波の音速ｃが流速に負に作用し、下流から上流への伝搬
時間Ｔｄｕは次式となる。 Ｔｄｕ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）・・・・・・（２） しかしながら、実際には伝送手段１５を構成する駆動手
段１６ａ、配線手段１７ａ、結合手段１８ａ、伝達経路
１９ａと駆動手段１６ｂ、伝達経路１９ｂ、結合手段１
８ｂ、配線手段１７ｂには容量成分があり、信号が遅
れ、遅延時間が生じる。上流から下流に超音波が伝搬し
た場合の遅延時間をτｕｄ、下流から上流に超音波が伝
搬した場合の遅延時間をτｄｕとすると、（１）式は Ｔｕｄ−τｕｄ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） （２）式は Ｔｄｕ−τｄｕ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ） となる。
【００２６】流量演算手段２４では、これらの値から流
量を算出する。流体管路１０の断面積をＳとすると Ｑ＝Ｓ×（１／（Ｔｕｄ＋τｕｄ）−１／（Ｔｄｕ＋τｄｕ））×Ｌ／２ｃｏｓ θ・・・・・・（３） そして、（３）式は以下のように変形される。
量を算出する。流体管路１０の断面積をＳとすると Ｑ＝Ｓ×（１／（Ｔｕｄ＋τｕｄ）−１／（Ｔｄｕ＋τｄｕ））×Ｌ／２ｃｏｓ θ・・・・・・（３） そして、（３）式は以下のように変形される。
【００２７】
Ｑ＝Ｓ×Ｌ／２ｃｏｓθ×（（Ｔｄｕ−Ｔｕｄ）＋（τｄｕ−τｕｄ））／（
Ｔｕｄ×Ｔｄｕ×（１＋τｄｕ／Ｔｄｕ＋τｕｄ／Ｔｕｄ＋（τｕｄ×τｄｕ）
／（Ｔｕｄ×Ｔｄｕ））・・・・・・（４）
ここで分母のかっこ内は
１＜＜τｄｕ／Ｔｄｕ＋τｕｄ／Ｔｕｄ＋（τｕｄ×τｄｕ）／（Ｔｕｄ×Ｔ
ｄｕ）・・・・・・（５）
が成り立ち、（５）式の右項は１に比べて十分小さく無
視しても差し支えない。そこで、（４）式は以下の様に
なる。 Ｑ＝Ｓ×Ｌ／２ｃｏｓθ×（（Ｔｄｕ−Ｔｕｄ）＋（τｄｕ−τｕｄ））／（Ｔ ｕｄ×Ｔｄｕ）・・・・・・（６） となる。
視しても差し支えない。そこで、（４）式は以下の様に
なる。 Ｑ＝Ｓ×Ｌ／２ｃｏｓθ×（（Ｔｄｕ−Ｔｕｄ）＋（τｄｕ−τｕｄ））／（Ｔ ｕｄ×Ｔｄｕ）・・・・・・（６） となる。
【００２８】しかしながら、駆動手段１６ａ、１６ｂに
よる出力容量が同一であると、生じる遅延時間量は同じ
である。また、伝達経路１９ａ、１９ｂの長さ及び形状
が同一であると発生する容量は同一になり、生じる遅延
時間も同じになる。結合手段１８ａ、１８ｂの出力容量
が同一であると、生じる遅延時間量も又同じである。配
線手段１７ａ、１７ｂの長さ、容量が同一であると、生
じる遅延時間も同じになる。すなわち、τｕｄとτｄｕ
は全く同じ値になる。τｕｄ＝τｄｕ＝τとすると
（３）式は次式になる。
よる出力容量が同一であると、生じる遅延時間量は同じ
である。また、伝達経路１９ａ、１９ｂの長さ及び形状
が同一であると発生する容量は同一になり、生じる遅延
時間も同じになる。結合手段１８ａ、１８ｂの出力容量
が同一であると、生じる遅延時間量も又同じである。配
線手段１７ａ、１７ｂの長さ、容量が同一であると、生
じる遅延時間も同じになる。すなわち、τｕｄとτｄｕ
は全く同じ値になる。τｕｄ＝τｄｕ＝τとすると
（３）式は次式になる。
【００２９】
Ｑ＝Ｓ×（（Ｔｄｕ−Ｔｕｄ）／（Ｔｕｄ×Ｔｄｕ）×Ｌ／２ｃｏｓθ・・・
・（７）
（７）式において、流量Ｑはτの値に関係なくＴｄｕと
Ｔｕｄの演算で算出されるため、オフセット成分が生じ
ることなく、精度良く流量を測定することができる。
Ｔｕｄの演算で算出されるため、オフセット成分が生じ
ることなく、精度良く流量を測定することができる。
【００３０】（実施例２）図５は本発明の実施例２にお
ける流量計測装置の振動子１１ａ、１１ｂの周波数特性
を示すものである。図４（ａ）はインピーダンスの特
性、同（ｂ）は位相の特性を示す。構成については実施
例１と同じであるのでここでは説明を割愛する。また、
上流から下流への伝搬時間すなわち振動子１１ａから振
動子１１ｂまでの伝搬時間、下流から上流への伝搬時
間、すなわち、振動子１１ｂから振動子１１ａへの伝搬
時間を測定する流れも、図３のフローチャートにに示し
たとおりである。また、上流から下流に超音波が伝搬
し、超音波の音速ｃが流速に正に作用した場合の上流か
ら下流への伝搬時間Ｔｕｄと、下流から上流に超音波が
伝搬し、超音波の音速ｃが流速に負に作用した場合の下
流から上流への伝搬時間Ｔｄｕは、（１）及び（２）に
示すとおりである。
ける流量計測装置の振動子１１ａ、１１ｂの周波数特性
を示すものである。図４（ａ）はインピーダンスの特
性、同（ｂ）は位相の特性を示す。構成については実施
例１と同じであるのでここでは説明を割愛する。また、
上流から下流への伝搬時間すなわち振動子１１ａから振
動子１１ｂまでの伝搬時間、下流から上流への伝搬時
間、すなわち、振動子１１ｂから振動子１１ａへの伝搬
時間を測定する流れも、図３のフローチャートにに示し
たとおりである。また、上流から下流に超音波が伝搬
し、超音波の音速ｃが流速に正に作用した場合の上流か
ら下流への伝搬時間Ｔｕｄと、下流から上流に超音波が
伝搬し、超音波の音速ｃが流速に負に作用した場合の下
流から上流への伝搬時間Ｔｄｕは、（１）及び（２）に
示すとおりである。
【００３１】しかしながら、実際には図４に示した振動
子１１ａ、振動子１１ｂの感度特性あるいは位相特性に
よって、遅れ時間が生じる。振動子１１ａ及び振動子１
１ｂの特性の違いによって生じる遅れ時間をτｘとする
と（１）式及び（２）式は以下のようになる。 （１）式は Ｔｕｄ＋τｘ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） （２）式は Ｔｄｕ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ） となる。流量演算手段２４では、これらの値から流量を
算出する。流体管路１０の断面積をＳとすると Ｑ＝Ｓ×（１／（Ｔｕｄ＋τｘ）−１／Ｔｄｕ）×Ｌ／
２ｃｏｓθ・・・・・・（８） そして、（８）式は以下のように変形される。 Ｑ＝Ｓ×Ｌ／２ｃｏｓθ×（（Ｔｄｕ−Ｔｕｄ）−τ
ｘ）／（Ｔｕｄ×Ｔｄｕ＋Ｔｄｕ×τｘ）・・・・・・
（９） となる。しかしながら、振動子１１ａと振動子１１ｂの
感度特性と位相特性がまったく同一であると、τｘは０
になり、（９）式は次式になる。 Ｑ＝Ｓ×（（Ｔｄｕ−Ｔｕｄ）／（Ｔｕｄ×Ｔｄｕ）×
Ｌ／２ｃｏｓθ・・・（１０） （１０）式において、流量Ｑはτの値に関係なくＴｄｕ
とＴｕｄの演算で算出されるため、オフセット成分が生
じることなく、精度良く流量を測定することができる。
以上のように、本実施形態によれば、少なくとも１組の
超音波信号の伝送経路の形状、長さ、出力容量の少なく
とも１つを同一にすることにより、流量演算により誤差
成分が相殺され、精度の高い流量測定を可能とすること
ができる。
子１１ａ、振動子１１ｂの感度特性あるいは位相特性に
よって、遅れ時間が生じる。振動子１１ａ及び振動子１
１ｂの特性の違いによって生じる遅れ時間をτｘとする
と（１）式及び（２）式は以下のようになる。 （１）式は Ｔｕｄ＋τｘ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖｃｏｓθ） （２）式は Ｔｄｕ＝Ｌ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ） となる。流量演算手段２４では、これらの値から流量を
算出する。流体管路１０の断面積をＳとすると Ｑ＝Ｓ×（１／（Ｔｕｄ＋τｘ）−１／Ｔｄｕ）×Ｌ／
２ｃｏｓθ・・・・・・（８） そして、（８）式は以下のように変形される。 Ｑ＝Ｓ×Ｌ／２ｃｏｓθ×（（Ｔｄｕ−Ｔｕｄ）−τ
ｘ）／（Ｔｕｄ×Ｔｄｕ＋Ｔｄｕ×τｘ）・・・・・・
（９） となる。しかしながら、振動子１１ａと振動子１１ｂの
感度特性と位相特性がまったく同一であると、τｘは０
になり、（９）式は次式になる。 Ｑ＝Ｓ×（（Ｔｄｕ−Ｔｕｄ）／（Ｔｕｄ×Ｔｄｕ）×
Ｌ／２ｃｏｓθ・・・（１０） （１０）式において、流量Ｑはτの値に関係なくＴｄｕ
とＴｕｄの演算で算出されるため、オフセット成分が生
じることなく、精度良く流量を測定することができる。
以上のように、本実施形態によれば、少なくとも１組の
超音波信号の伝送経路の形状、長さ、出力容量の少なく
とも１つを同一にすることにより、流量演算により誤差
成分が相殺され、精度の高い流量測定を可能とすること
ができる。
【００３２】
【発明の効果】本件発明によれば、少なくとも１組の超
音波信号の伝送経路の形状、長さ、出力容量の少なくと
も１つを同一にすることにより、流量演算により誤差成
分が相殺され、精度の高い流量測定を可能とすることが
できる。
音波信号の伝送経路の形状、長さ、出力容量の少なくと
も１つを同一にすることにより、流量演算により誤差成
分が相殺され、精度の高い流量測定を可能とすることが
できる。
【図１】本発明の実施例１における流量計測装置のブロ
ック構成図
ック構成図
【図２】同装置の伝送手段の構成図
【図３】同装置の動作を示すフローチャート
【図４】同装置における管体流路の構成を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施例２における振動子のイン
ピーダンス特性図 （ｂ）同振動子の位相特性図
ピーダンス特性図 （ｂ）同振動子の位相特性図
【図６】従来の流量計測装置の構成図
１０ 流体管路
１１ａ、１１ｂ 振動子
１２ 送信手段
１３ 受信手段
１５ 伝送手段
１６ａ、１６ｂ 駆動手段
１７ａ、１７ｂ 配線手段
１８ａ、１８ｂ 結合手段
１９ａ、１９ｂ 伝達経路
２０ 比較手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 中林 裕治
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開 昭57−45419（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−76914（ＪＰ，Ａ)
特開2001−116599（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01F 1/00 - 9/02
Claims (5)
- 【請求項１】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
する少なくとも１組の振動子と、前記振動子を送信駆動
するための周波数を発振する送信手段と、前記振動子の
送受信動作を切り換える切換手段と、前記送信手段から
の出力に基づいて前記各振動子を駆動する夫々の駆動手
段とを有し、前記夫々の駆動手段の出力容量を同一にし
た流量計測装置。 - 【請求項２】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
する少なくとも１組の振動子と、前記振動子を送信駆動
するための周波数を発振する送信手段と、前記振動子の
送受信動作を切り換える切換手段と、前記送信手段から
の出力に基づいて前記各振動子を駆動する夫々の駆動手
段と、前記駆動手段からの出力信号を伝達する夫々の伝
達経路とを有し、この伝達経路を同一長さでかつ同一形
状にした流量計測装置。 - 【請求項３】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
する少なくとも１組の振動子と、前記振動子を送信駆動
するための周波数を発振する送信手段と、前記振動子の
送受信動作を切り換える切換手段と、前記送信手段から
の出力に基づいて前記各振動子を駆動する夫々の駆動手
段と、前記駆動手段からの出力信号を伝達する夫々の伝
達経路とを有し、この伝達経路の容量を同一にした流量
計測装置。 - 【請求項４】 １組の振動子は、お互いの特性を同一に
した請求項１から３のいずれか１項に記載の流量計側装
置。 - 【請求項５】 １組の振動子は、感度特性と位相特性を
同一にした請求項１から３のいずれか１項に記載の流量
計側装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001301715A JP3473598B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 流量計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001301715A JP3473598B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 流量計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003106881A JP2003106881A (ja) | 2003-04-09 |
| JP3473598B2 true JP3473598B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=19122080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001301715A Expired - Lifetime JP3473598B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 流量計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3473598B2 (ja) |
-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001301715A patent/JP3473598B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003106881A (ja) | 2003-04-09 |
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