JP3651110B2 - 超音波流速計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波を用いて、気体や液体の流速を求める超音波流速計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波流速計は、図９に示すように、測定経路１０１に設置した第一の超音波プローブ１０２と、第一の超音波プローブ１０２を駆動する発振回路１０３と、発振回路１０３の発振周波数を設定する周波数設定部１０４と、発振回路１０３の発振開始信号を送ると同時にタイマー１０５をスタートさせる制御部１０６と、第一の超音波プローブ１０２の上流あるいは下流に設置し第一の超音波プローブ１０２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ１０７と、第二の超音波プローブ１０７の受信信号と基準電圧１０８を比較し大小関係が反転したときタイマー１０５をストップさせる比較器１０９からなり、タイマー１０５の計測時間より被測定流体の流速を測定ように構成されている。
【０００３】
そして上記超音波流速計は制御部１０６からのスタート信号によって、発振回路１０３は周波数設定部１０４によって設定された動作周波数により一定時間発振を行い、超音波送信子を駆動する。超音波振動子から発せられた超音波は被測定流体中を伝搬し時間ｔ経過後に第二の超音波プローブ１０７によって検出される。検出された受信信号を比較器１０９において基準電圧１０８と比較し、基準電圧１０８と受信信号との電圧の関係が反転したときにストップ信号をタイマー１０５におくり、タイマー１０５をストップさせる。この時のタイマー１０５の時間出力値ｔを次式に代入することにより被測定流体の流速を求める（音波送受信器間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖ、ａは受信信号を受けてから比較器７の出力が反転するまでの遅れ時間、第一の超音波プローブから第二の超音波プローブへの方向を正とする）。これを式で表すと次式のようになる。
【０００４】
ｖ＝（Ｌ／（ｔ−ａ））−ｃ
また、第一の超音波プローブ１０２と第二の超音波プローブ１０７を切り替え、上流から下流また逆に下流から上流への伝搬時間を測定し、次式により速度ｖを求める方法もある（上流から下流への伝搬時間ｔ１、下流から上流への伝搬時間ｔ２とする）。
【０００５】
ｖ＝Ｌ／２（１／ｔ１−１／ｔ２）＋ａ
この方法によれば温度の変化による音速の変化の影響を受けずに流体の速度を測定することが出来るので流速などの測定に広く利用されている。
【０００６】
そして第一の超音波プローブ１０２の共振周波数ｆｒ（以後ｆｒと記す）が温度や個体のばらつき等の要因で変化した場合、第二の超音波プローブ１０７で電気信号に変換され出力される波形の立ち上がり特性が図１０（Ｂ）に示すように変化する。なお、図１０（Ａ）は駆動周波数と駆動電圧−電流の関係を示した図である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では第一の超音波プローブ１０２の共振周波数ｆｒ（以後ｆｒと記す）が温度や個体のばらつき等の要因で変化した場合、第二の超音波プローブ１０７で電気信号に変換され出力される波形の立ち上がり特性が図１０（Ｂ）に示すように変化する。この立ち上がり特性の変化は、駆動周波数とｆｒとの関係が変わるためである。このため基準電圧１０８と受信信号の大小関係が反転するタイミングがずれ、測定時間ｔが変動することとなり、正確な測定を行なうことができないという課題があった。なお、図１０（Ａ）は駆動周波数と駆動電圧−電流の関係を示した図である。
【０００８】
また、比較器を二つ備え、第一の比較の出力によって第二の比較器をアクティブとし、第二の比較器の基準電圧をより波形の時間変化率が大きい０ボルト付近とし、アクティブとなった後の第二の比較器の出力でタイマーをストップする構成としているものもある。この構成では受信波形のより時間変化率の大きなタイミングでタイマーストップ時間を検知する事が出来るが、前記した理由により、第一の比較器によるタイミング判定で検知タイミングの変動が起こると言う課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、正確な時間測定を実現することによって、精度が良く、温度などの変動要因に影響を受けない超音波流速計実現することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波流速計においては、第一の超音波プローブへ駆動周波数を出力する発振回路の出力周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、発振回路の発振開始信号を送る制御部と、第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧とを比較する比較器と、発振開始信号によってスタートし比較器の出力によってストップするタイマーとを備え、前記周波数コントロール手段は第一の超音波プローブの共振周波数の変化量に対応して発振回路の発振周波数をコントロールし共振周波数と駆動周との差を一定になるようにしたものである。
【００１１】
この本発明によれば、共振周波数と駆動周波数との差を常に一定として測定を行っているので、受信波形の立ち上がりが安定し、高精度の超音波流速計を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は上記目的を達成するため流体の流れる測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記超音波振動子を駆動する発振回路と、前記発振回路の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送ると同時にタイマーをスタートさせる制御部と、前記第一の超音波プローブの上流あるいは下流に設置し前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較し大小関係が反転したときに前記タイマーをストップさせる比較器を設けたものである。
【００１３】
また周波数コントロール手段は超音波プローブの共振周波数と駆動周波数の比を一定としたものである。
【００１４】
また、周波数コントロール手段に温度検知手段とデータ変換テーブルを設けたものである。
【００１５】
さらに、流速ゼロ判定器と、温度検知手段にタイマーから得られる時間情報を温度に変換する温度変換器設けたものである。
【００１６】
さらにまた、流体の流れる測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記第一の超音波プローブを駆動する発振回路と、前記発振回路の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送ると同時にタイマーをスタートさせる制御部と、前記第一の超音波プローブの上流あるいは下流に設置し前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較し大小関係が反転したときに前記タイマーをストップさせる比較器と、第一の超音波プローブと第二の超音波プローブを切換える切換手段を設けたものである。
【００１７】
そしてまた、流体の流れる測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記超音波振動子を駆動する発振回路と、前記超音波振動子の駆動電圧波形と駆動電流波形を検知し位相差を出力する駆動検知回路と、前記発振回路の発振周波数を前記駆動検知回路の出力に基づいてコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送ると同時にタイマーをスタートさせる制御部と、前記第一の超音波プローブの上流あるいは下流に設置し前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較し大小関係が反転したときに前記タイマーをストップさせる比較器を設けたものである。
【００１８】
そしてさらに、流体の流れる測定経路に設置した圧電振動子と、前記圧電振動子を駆動する発振回路と、前記圧電振動子に取り付けられ駆動電流と同位相の信号を出力するセンサ電極と、前記センサ電極の出力と前記圧電振動子の駆動電圧を比較し位相関係に応じた値を周波数コントロール手段に出力する位相比較器と、前記発振回路の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送ると同時にタイマーをスタートさせる制御部と、前記圧電振動子の上流あるいは下流に設置し前記圧電振動子の発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較し大小関係が反転したときに前記タイマーをストップさせる比較器を設けたものである。
【００１９】
本発明は上記構成によって、第一の超音波プローブのｆｒと駆動周波数の関係がほぼ一定となるよう前記周波数コントロール手段が周波数をコントロールするので、温度や第一の超音波プローブの個体ばらつきによってｆｒが変わっても、駆動周波数との関係が変わらず、受信信号の立ち上がり波形はほぼ同じとなる。このため第一の超音波プローブから超音波を発してから比較器によって受信タイミングを判定するまでの経過時間がほぼ一定となる。
【００２０】
また第一の超音波プローブのｆｒと駆動周波数の比が一定となるよう前記周波数コントロール手段が周波数をコントロールするので、温度や第一の超音波プローブの個体ばらつきによってｆｒが変わっても、駆動周波数との関係が変わらず、受信信号の立ち上がり波形はほぼ同じとなる。このため第一の超音波プローブから超音波を発してから比較器によって受信タイミングを判定するまでの経過時間がほぼ一定となる。
【００２１】
また、温度検知手段から得た温度情報を、予め温度とｆｒの関係を設定したデータ変換テーブルのデータと照合し、駆動周波数とｆｒの関係が常に一定となるように駆動周波数をコントロールする。
【００２２】
さらに、流速ゼロ判定器により流速ゼロを判定した場合、タイマーの出力値と被測定流体の温度は相関があり、超音波プローブの温度はほぼ被測定流体の温度に等しいので、タイマーの出力値を基に音速データ変換テーブルから超音波プローブのｆｒとほぼ一定の関係の駆動周波数求めることができるようになる。
【００２３】
また、切換手段によって送受信の方向を切り換え、上流方向と下流方向への超音波の伝搬時間を測定し同一時間となったとき、流速ゼロを判定するようになる。
【００２４】
また、図Ａに示すように、超音波プローブの駆動電流と駆動電圧の位相の関係は、ｆｒ付近で駆動周波数の変化に対応して９０度変化している。そこで位相を一定にすることによって、ｆｒとの関係をほぼ一定とすることが出来る。そこで、駆動検知回路によって、第一の超音波プローブの駆動電圧と駆動電流の位相を比較し、一定となるように駆動周波数を周波数コントロール手段によってコントロールしているので、第一の超音波プローブのｆｒと駆動周波数の関係は一定となる。
【００２５】
また、圧電振動子に取り付けたセンサ電極は駆動電流と同位相の信号を出力する。よって、前記センサ電極の出力と前記圧電振動子の駆動電圧を比較し位相関係が一定となるよう前記周波数コントロール手段が周波数をコントロールするので、圧電振動子のｆｒと駆動周波数の関係がほぼ一定となる。
【００２６】
以下本発明の第１の実施例を図１を参照して説明する。
（実施例）
流体の流れる測定経路１に設置した第一の超音波プローブ２と、第一の超音波プローブ２を駆動する発振回路３と、発振回路３の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段４と、発振回路３の発振開始信号を送ると同時にタイマー５をスタートさせる制御部６と、第一の超音波プローブ２の上流あるいは下流に設置し第一の超音波プローブ２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ７と、第二の超音波プローブ７の受信信号と基準電圧８を比較し大小関係が反転したときにタイマー５をストップさせる比較器９を備え、周波数コントロール手段４が測定経路１の中に設置した温度検知手段であるサーミスタ１０とサーミスタ１０の出力を受け発振器３に周波数設定信号を出力するデータ変換テーブル１１からなる構成とした。
【００２７】
上記構成において、制御部５からのスタート信号によって、発振回路３は周波数コントロール手段４によって設定した動作周波数により一定時間発振を行い、超音波送信子を駆動する。超音波振動子から発せられた超音波は被測定流体中を伝搬し時間ｔ経過後に第二の超音波プローブ７によって検出される。検出された受信信号を、比較器９において基準電圧８と比較し基準電圧８と受信信号との電圧の関係が反転したときにストップ信号をタイマー５におくり、タイマー５をストップさせる。この時のタイマー５の時間出力値ｔを次式＜ｖ＝（Ｌ／（ｔ−ａ））−ｃ＞に代入することにより被測定流体の流速を求める（音波送受信器間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖ、ａは受信信号を受けてから比較器９の出力が反転するまでの遅れ時間である）。
【００２８】
サーミスタ１０は測定経路１の中に設置しているので、被測定流体の温度を測定している。また、第一の超音波プローブ２は被測定流体中に設置しているので、被測定流体とおおよそ同じ温度となっている。そのため、サーミスタ１０の測定している温度は第一の超音波プローブ２の温度に等しい。
【００２９】
ここで、圧電セラミックを用いた超音波プローブのｆｒは温度によって図２のように変化する。本発明では、サーミスタ１０によって第一の超音波プローブ２の温度を検知し、その温度情報を受けたデータ変換テーブル１１は常にｆｒとの関係を一定に保つ周波数設定信号に変換して発振回路３に出力し、この設定周波数によって第一の超音波プローブ２を駆動するようにしている。
【００３０】
この構成をとることによって、前述した理由によって受信信号の立ち上がり速度を常に一定とすることができるので、正確な測定を行うことができる。また、ｆｒと駆動周波数の関係を常に一定とすることによって、受信振幅の温度による変動も小さくすることができる。そのため振幅の補正をする必要が無く、安定な測定器を安価に実現することができる。なお、図２ではｔｒと駆動周波数の関係を差が一定になる関係としているが、差が厳密に一定でなくともほぼ一定であればよい。
【００３１】
なお以下に説明する実施例の図面の説明において、図１と同一番符号のものは同一物であるので、詳細な説明は省略する。
【００３２】
図３は本発明の第２の実施例であり、流体の流れる測定経路１に設置した第一の超音波プローブ２と、第一の超音波プローブ２を駆動する発振回路３と、発振回路３の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段４と、発振回路３の発振開始信号を送ると同時にタイマー５をスタートさせる制御部６と、第一の超音波プローブ２の上流あるいは下流に設置し第一の超音波プローブ２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ７と、第二の超音波プローブ７の受信信号と基準電圧８を比較し大小関係が反転したときにタイマー５をストップさせる比較器９と測定経路１の流速がゼロを判定し音速データ変換テーブル１２に出力する流速ゼロ判定器１３と、タイマー５の出力によって発振回路３の発振周波数を設定する音速データ変換テーブル１２を備える構成としている。
【００３３】
なお、流量ゼロ判定器１３は図４に示すように測定流路１の中のサーミスタ１４と、測定流路１の外のサーミスタ１５と、コンパレータ１６と、判定電圧１７によって構成している。
【００３４】
図４のサーミスタ１４と、サーミスタ１５の中点Ａの電圧をＶ１とする。そしてＶ２の設定を被測定流体の速度がゼロの時のＶ１の値にたいしてわずかに小さく設定しておく。この場合、流速がゼロの場合はＶ１＞Ｖ２となり、コンパレータ１６の出力はＨＩとなる。ここで、被測定流体が流れると、サーミスタ１４は熱が奪われ内部抵抗が大きくなる。サーミスタ１５の熱は奪われることが無く、内部抵抗の値は変化しない。このため、Ｖ１はさがり、Ｖ１＜Ｖ２と電圧の関係が反転するため、コンパレータ１７の出力はＬＯに変化し被測定流体が流れていることがわかる。
【００３５】
そこで、コンパレータ１６の出力がＨＩの場合つまり被測定流体の速度が無い場合の超音波の伝搬時間Ｔは、
Ｔ＝Ｌ／Ｃ、Ｃ＝Ｄ＋Ｅ×温度（Ｃ：音速、Ｄ・Ｅ：被測定流体固有の定数）
（１気圧の空気の場合 Ｃ＝３３１．５＋０．６×温度）
となる。被測定流体の温度とＴは上式に示すに示す相関がある。つまり被測定流体の流速ゼロの時の伝搬時間Ｔと超音波プローブ２のｆｒは相関がある。この相関をもとにをコンパレータ１６の出力がＨＩのときの伝搬時間Ｔの情報によって超音波プローブ２のｆｒと駆動周波数との関係を一定とするように音速データ変換テーブル１２は周波数設定出力を更新する。このため被測定流体の流速がゼロとなるたびに駆動周波数は更新されほぼｆｒとの関係を一定に保つことができる。
【００３６】
この構成では、超音波プローブのｆｒを推定するのに伝搬時間Ｔを用いている。そのため正確な温度測定器は必要が無い。また、流速ゼロの判定は簡単な構成で実現することができるので、高精度の流速測定器を安価に実現することができる。
【００３７】
図５は本発明の第３の実施例であり、流体の流れる測定経路１に設置した第一の超音波プローブ２と、第一の超音波プローブ２を駆動する発振回路３と、発振回路３の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段４と、発振回路３の発振開始信号を送ると同時にタイマー５をスタートさせる制御部６と、第一の超音波プローブ２の上流あるいは下流に設置し第一の超音波プローブ２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ７と、第二の超音波プローブ７の受信信号と基準電圧８を比較し大小関係が反転したときにタイマー５をストップさせる比較器９と、第一の超音波プローブ２と第二の超音波プローブ７を切換える切換手段１８からなり、前記タイマー５の計測時間より被測定流体の流速を測定する構成とし、制御部６からの切り換え信号を受けた切換手段１８によって超音波プローブの送受信の方向を切り換え、上流方向と下流方向への超音波の伝搬時間を測定する。この両方向への伝搬時間情報を制御部６で受けとり比較を行う。比較を行った結果同一時間であると判断したとき、つまり被測定流体の速度がゼロであるとき制御部６はこのときの伝搬時間情報を周波数コントロール手段４へ出力する。周波数コントロール手段４には伝搬時間情報によって超音波プローブのｆｒとの関係を一定に保つ駆動周波数を設定してあり、その周波数設定信号を発振回路３へ出力し超音波プローブを駆動する。
【００３８】
この構成によれば、被測定流体の流速がゼロであることを判断するために、上流と下流方向への超音波の伝搬時間が同一であるかどうかを比較しているので、他のセンサー等の方法によって判断する場合と比較して、余分な構成が少なくてすみ、安価な超音波流速計を実現することが出来る。
【００３９】
図６は本発明の第４の実施例であり、流体の流れる測定経路１に設置した第一の超音波プローブ２と、超音波プローブ２を駆動する発振回路３と、超音波プローブ２の駆動電圧波形と駆動電流波形を観測しこの２波形の位相差に応じた位相差信号を出力する駆動検知回路４と、発振回路３の駆動周波数を駆動検知回路１９の出力に基づいてコントロールする周波数コントロール手段４と、発振回路２の発振開始信号を送ると同時にタイマー５をスタートさせる制御部６と、第一の超音波プローブ２の上流あるいは下流に設置し第一の超音波プローブ２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ７と、第二の超音波プローブ７の受信信号と基準電圧８を比較し大小関係が反転したときにタイマー５をストップさせる比較器９からなり、タイマー５の計測時間より被測定流体の流速を測定する構成とし、駆動検知回路１９の出力がほぼ一定となるよう周波数コントロール手段４が周波数をコントロールするようになっている。
【００４０】
図７はｆｒ付近の周波数における、駆動電圧に対する駆動電流の位相の変化を示したものである。超音波プローブの構成によって、この特性は若干変るが、同一の超音波プローブであれば変化はない。つまり、ｆｒと駆動電流と駆動電圧の位相差の関係は変わることがない。そこで本発明の構成によると、超音波プローブ２の駆動電流と駆動電圧の位相差を一定に保って駆動しているので、駆動周波数とｆｒは常に一定の関係で超音波プローブ２を駆動することとなり、受信波形の立ち上がり特性が安定するので、精度のよい超音波流速計を実現することが出来る。
【００４１】
図８は本発明の第５の実施例を示した図であり、流体の流れる測定経路１に設置した圧電振動子２と、圧電振動子２を駆動する発振回路３と、圧電振動子２に取り付けられ駆動電流とほぼ同位相の信号を出力するセンサ電極２０と、センサ電極２０の出力と圧電振動子２の駆動電圧を比較し位相関係に応じた信号を周波数コントロール手段４に出力する位相比較器２１と、発振回路３の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段４と、発振回路３の発振開始信号を送ると同時にタイマー５をスタートさせる制御部６と、圧電振動子２の上流あるいは下流に設置し圧電振動子２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ７と、第二の超音波プローブ７の受信信号と基準電圧８を比較し大小関係が反転したときにタイマー５をストップさせる比較器９からなり、タイマー５の計測時間より被測定流体の流速を測定する構成としている。また、位相比較器２１の出力がほぼ一定となるよう周波数コントロール手段４が周波数をコントロールする構成としている。
【００４２】
この構成によると、センサ電極２０の出力信号と圧電振動子２の位相差を一定に保って駆動しているので、駆動周波数とｆｒは常に一定の関係で圧電振動子２を駆動することとなり、受信波形の立ち上がり特性が安定するので、精度のよい超音波流速計を実現することが出来る。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超音波流速計は、共振周波数と駆動周波数との差を常に一定として測定を行っているので、受信波形の立ち上がりが安定するため、誤差の少ない時間計測をすることができるので、精度のよい超音波流速計を実現することが出来るという効果がある。
【００４４】
第一の超音波プローブの共振周波数ｆｒと駆動周波数ｆとの関係をしめす（ｆ−ｆｒ）／ｆｒの値がほぼ一定となるように発振回路の発振周波数をコントロールするので、超音波プローブを一定した動作点で駆動する事ができ、受信波形の立ち上がりが安定するため、誤差の少ない時間計測をすることができるので、精度のよい超音波流速計を実現することが出来るという効果がある。
【００４５】
また、超音波プローブの共振周波数推定のため超音波プローブの温度求めているが、直接超音波プローブの温度を測定せず被測定流体の温度を測定し超音波プローブの温度を求めているので、簡単な構成で超音波プローブ設置の容易性を損なうことなく共振周波数と駆動周波数の関係を常に一定とすることが出来、構成の簡単な精度のよい超音波流速計を実現することが出来るという効果がある。
【００４６】
さらに超音波プローブの共振周波数を推定するのに伝搬時間Ｔを用いているので正確な温度温度検知手段は必要がなく、流速ゼロの判定は簡単な構成で実現することができる。そのため高精度の流速測定器を安価に実現することができるという効果がある。
【００４７】
さらにまた、被測定流体の流速がゼロであることを判断するために、上流と下流方向への超音波の伝搬時間が同一であるかどうかを比較しているので、他のセンサー等の方法によって判断する場合と比較して、余分な構成が要らず、設置が容易で安価な超音波流速計を実現することが出来る。という効果がある。
【００４８】
そして、駆動検知回路により直接素子の駆動状態を検知しているので、ここの部品のバラ付きなどにも対応し、精度良く共振周波数と駆動周波数との関係一定に保つことが出来き、受信波形の立ち上がり特性がより安定するので、精度のよい超音波流速計を実現することが出来るという効果がある。
【００４９】
そしてさらに、センサ電極から周波数の追従信号を取り出しているので、信号を取り出すための回路を組むことなく、の出力信号と圧電振動子の位相差を一定に保って駆動しているので、信頼性が高く精度のよい超音波流速計を簡単な構成で実現することが出来るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における超音波流量計の全体ブロック図
【図２】同流量部の超音波プローブの共振周波数と温度の関係を示す特性図
【図３】本発明の第２の実施例における超音波流量計の全体ブロック図
【図４】同流量計の流量ゼロ判定器の回路図
【図５】本発明の第３の実施例における超音波流量計の全体ブロック図
【図６】本発明の第４の実施例における超音波流量計の全体ブロック図
【図７】超音波プローブの共振周波数と、駆動電圧−電流の位相差の関係を示した図
【図８】本発明の第５の実施例における超音波流量計の全体ブロック図
【図９】従来の超音波流量計のブロック図
【図１０】（Ａ）同流速計における駆動周波数と位相関係の図
（Ｂ）同流速計における受信波形の図
【符号の説明】
１ 測定経路
２ 第一の超音波プローブ
３ 発振回路
４ 周波数コントロール手段
５ タイマー
６ 制御部
７ 第２の超音波プローブ
８ 基準電圧
９ 比較器
１０ 温度検知手段
１３ 流速判定器
１８ 切換回路
１９ 駆動検知回路
２０ センサ電極
２１ 位相比較器
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波を用いて、気体や液体の流速を求める超音波流速計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波流速計は、図９に示すように、測定経路１０１に設置した第一の超音波プローブ１０２と、第一の超音波プローブ１０２を駆動する発振回路１０３と、発振回路１０３の発振周波数を設定する周波数設定部１０４と、発振回路１０３の発振開始信号を送ると同時にタイマー１０５をスタートさせる制御部１０６と、第一の超音波プローブ１０２の上流あるいは下流に設置し第一の超音波プローブ１０２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ１０７と、第二の超音波プローブ１０７の受信信号と基準電圧１０８を比較し大小関係が反転したときタイマー１０５をストップさせる比較器１０９からなり、タイマー１０５の計測時間より被測定流体の流速を測定ように構成されている。
【０００３】
そして上記超音波流速計は制御部１０６からのスタート信号によって、発振回路１０３は周波数設定部１０４によって設定された動作周波数により一定時間発振を行い、超音波送信子を駆動する。超音波振動子から発せられた超音波は被測定流体中を伝搬し時間ｔ経過後に第二の超音波プローブ１０７によって検出される。検出された受信信号を比較器１０９において基準電圧１０８と比較し、基準電圧１０８と受信信号との電圧の関係が反転したときにストップ信号をタイマー１０５におくり、タイマー１０５をストップさせる。この時のタイマー１０５の時間出力値ｔを次式に代入することにより被測定流体の流速を求める（音波送受信器間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖ、ａは受信信号を受けてから比較器７の出力が反転するまでの遅れ時間、第一の超音波プローブから第二の超音波プローブへの方向を正とする）。これを式で表すと次式のようになる。
【０００４】
ｖ＝（Ｌ／（ｔ−ａ））−ｃ
また、第一の超音波プローブ１０２と第二の超音波プローブ１０７を切り替え、上流から下流また逆に下流から上流への伝搬時間を測定し、次式により速度ｖを求める方法もある（上流から下流への伝搬時間ｔ１、下流から上流への伝搬時間ｔ２とする）。
【０００５】
ｖ＝Ｌ／２（１／ｔ１−１／ｔ２）＋ａ
この方法によれば温度の変化による音速の変化の影響を受けずに流体の速度を測定することが出来るので流速などの測定に広く利用されている。
【０００６】
そして第一の超音波プローブ１０２の共振周波数ｆｒ（以後ｆｒと記す）が温度や個体のばらつき等の要因で変化した場合、第二の超音波プローブ１０７で電気信号に変換され出力される波形の立ち上がり特性が図１０（Ｂ）に示すように変化する。なお、図１０（Ａ）は駆動周波数と駆動電圧−電流の関係を示した図である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では第一の超音波プローブ１０２の共振周波数ｆｒ（以後ｆｒと記す）が温度や個体のばらつき等の要因で変化した場合、第二の超音波プローブ１０７で電気信号に変換され出力される波形の立ち上がり特性が図１０（Ｂ）に示すように変化する。この立ち上がり特性の変化は、駆動周波数とｆｒとの関係が変わるためである。このため基準電圧１０８と受信信号の大小関係が反転するタイミングがずれ、測定時間ｔが変動することとなり、正確な測定を行なうことができないという課題があった。なお、図１０（Ａ）は駆動周波数と駆動電圧−電流の関係を示した図である。
【０００８】
また、比較器を二つ備え、第一の比較の出力によって第二の比較器をアクティブとし、第二の比較器の基準電圧をより波形の時間変化率が大きい０ボルト付近とし、アクティブとなった後の第二の比較器の出力でタイマーをストップする構成としているものもある。この構成では受信波形のより時間変化率の大きなタイミングでタイマーストップ時間を検知する事が出来るが、前記した理由により、第一の比較器によるタイミング判定で検知タイミングの変動が起こると言う課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、正確な時間測定を実現することによって、精度が良く、温度などの変動要因に影響を受けない超音波流速計実現することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波流速計においては、第一の超音波プローブへ駆動周波数を出力する発振回路の出力周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、発振回路の発振開始信号を送る制御部と、第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧とを比較する比較器と、発振開始信号によってスタートし比較器の出力によってストップするタイマーとを備え、前記周波数コントロール手段は第一の超音波プローブの共振周波数の変化量に対応して発振回路の発振周波数をコントロールし共振周波数と駆動周との差を一定になるようにしたものである。
【００１１】
この本発明によれば、共振周波数と駆動周波数との差を常に一定として測定を行っているので、受信波形の立ち上がりが安定し、高精度の超音波流速計を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は上記目的を達成するため流体の流れる測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記超音波振動子を駆動する発振回路と、前記発振回路の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送ると同時にタイマーをスタートさせる制御部と、前記第一の超音波プローブの上流あるいは下流に設置し前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較し大小関係が反転したときに前記タイマーをストップさせる比較器を設けたものである。
【００１３】
また周波数コントロール手段は超音波プローブの共振周波数と駆動周波数の比を一定としたものである。
【００１４】
また、周波数コントロール手段に温度検知手段とデータ変換テーブルを設けたものである。
【００１５】
さらに、流速ゼロ判定器と、温度検知手段にタイマーから得られる時間情報を温度に変換する温度変換器設けたものである。
【００１６】
さらにまた、流体の流れる測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記第一の超音波プローブを駆動する発振回路と、前記発振回路の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送ると同時にタイマーをスタートさせる制御部と、前記第一の超音波プローブの上流あるいは下流に設置し前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較し大小関係が反転したときに前記タイマーをストップさせる比較器と、第一の超音波プローブと第二の超音波プローブを切換える切換手段を設けたものである。
【００１７】
そしてまた、流体の流れる測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記超音波振動子を駆動する発振回路と、前記超音波振動子の駆動電圧波形と駆動電流波形を検知し位相差を出力する駆動検知回路と、前記発振回路の発振周波数を前記駆動検知回路の出力に基づいてコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送ると同時にタイマーをスタートさせる制御部と、前記第一の超音波プローブの上流あるいは下流に設置し前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較し大小関係が反転したときに前記タイマーをストップさせる比較器を設けたものである。
【００１８】
そしてさらに、流体の流れる測定経路に設置した圧電振動子と、前記圧電振動子を駆動する発振回路と、前記圧電振動子に取り付けられ駆動電流と同位相の信号を出力するセンサ電極と、前記センサ電極の出力と前記圧電振動子の駆動電圧を比較し位相関係に応じた値を周波数コントロール手段に出力する位相比較器と、前記発振回路の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送ると同時にタイマーをスタートさせる制御部と、前記圧電振動子の上流あるいは下流に設置し前記圧電振動子の発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較し大小関係が反転したときに前記タイマーをストップさせる比較器を設けたものである。
【００１９】
本発明は上記構成によって、第一の超音波プローブのｆｒと駆動周波数の関係がほぼ一定となるよう前記周波数コントロール手段が周波数をコントロールするので、温度や第一の超音波プローブの個体ばらつきによってｆｒが変わっても、駆動周波数との関係が変わらず、受信信号の立ち上がり波形はほぼ同じとなる。このため第一の超音波プローブから超音波を発してから比較器によって受信タイミングを判定するまでの経過時間がほぼ一定となる。
【００２０】
また第一の超音波プローブのｆｒと駆動周波数の比が一定となるよう前記周波数コントロール手段が周波数をコントロールするので、温度や第一の超音波プローブの個体ばらつきによってｆｒが変わっても、駆動周波数との関係が変わらず、受信信号の立ち上がり波形はほぼ同じとなる。このため第一の超音波プローブから超音波を発してから比較器によって受信タイミングを判定するまでの経過時間がほぼ一定となる。
【００２１】
また、温度検知手段から得た温度情報を、予め温度とｆｒの関係を設定したデータ変換テーブルのデータと照合し、駆動周波数とｆｒの関係が常に一定となるように駆動周波数をコントロールする。
【００２２】
さらに、流速ゼロ判定器により流速ゼロを判定した場合、タイマーの出力値と被測定流体の温度は相関があり、超音波プローブの温度はほぼ被測定流体の温度に等しいので、タイマーの出力値を基に音速データ変換テーブルから超音波プローブのｆｒとほぼ一定の関係の駆動周波数求めることができるようになる。
【００２３】
また、切換手段によって送受信の方向を切り換え、上流方向と下流方向への超音波の伝搬時間を測定し同一時間となったとき、流速ゼロを判定するようになる。
【００２４】
また、図Ａに示すように、超音波プローブの駆動電流と駆動電圧の位相の関係は、ｆｒ付近で駆動周波数の変化に対応して９０度変化している。そこで位相を一定にすることによって、ｆｒとの関係をほぼ一定とすることが出来る。そこで、駆動検知回路によって、第一の超音波プローブの駆動電圧と駆動電流の位相を比較し、一定となるように駆動周波数を周波数コントロール手段によってコントロールしているので、第一の超音波プローブのｆｒと駆動周波数の関係は一定となる。
【００２５】
また、圧電振動子に取り付けたセンサ電極は駆動電流と同位相の信号を出力する。よって、前記センサ電極の出力と前記圧電振動子の駆動電圧を比較し位相関係が一定となるよう前記周波数コントロール手段が周波数をコントロールするので、圧電振動子のｆｒと駆動周波数の関係がほぼ一定となる。
【００２６】
以下本発明の第１の実施例を図１を参照して説明する。
（実施例）
流体の流れる測定経路１に設置した第一の超音波プローブ２と、第一の超音波プローブ２を駆動する発振回路３と、発振回路３の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段４と、発振回路３の発振開始信号を送ると同時にタイマー５をスタートさせる制御部６と、第一の超音波プローブ２の上流あるいは下流に設置し第一の超音波プローブ２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ７と、第二の超音波プローブ７の受信信号と基準電圧８を比較し大小関係が反転したときにタイマー５をストップさせる比較器９を備え、周波数コントロール手段４が測定経路１の中に設置した温度検知手段であるサーミスタ１０とサーミスタ１０の出力を受け発振器３に周波数設定信号を出力するデータ変換テーブル１１からなる構成とした。
【００２７】
上記構成において、制御部５からのスタート信号によって、発振回路３は周波数コントロール手段４によって設定した動作周波数により一定時間発振を行い、超音波送信子を駆動する。超音波振動子から発せられた超音波は被測定流体中を伝搬し時間ｔ経過後に第二の超音波プローブ７によって検出される。検出された受信信号を、比較器９において基準電圧８と比較し基準電圧８と受信信号との電圧の関係が反転したときにストップ信号をタイマー５におくり、タイマー５をストップさせる。この時のタイマー５の時間出力値ｔを次式＜ｖ＝（Ｌ／（ｔ−ａ））−ｃ＞に代入することにより被測定流体の流速を求める（音波送受信器間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖ、ａは受信信号を受けてから比較器９の出力が反転するまでの遅れ時間である）。
【００２８】
サーミスタ１０は測定経路１の中に設置しているので、被測定流体の温度を測定している。また、第一の超音波プローブ２は被測定流体中に設置しているので、被測定流体とおおよそ同じ温度となっている。そのため、サーミスタ１０の測定している温度は第一の超音波プローブ２の温度に等しい。
【００２９】
ここで、圧電セラミックを用いた超音波プローブのｆｒは温度によって図２のように変化する。本発明では、サーミスタ１０によって第一の超音波プローブ２の温度を検知し、その温度情報を受けたデータ変換テーブル１１は常にｆｒとの関係を一定に保つ周波数設定信号に変換して発振回路３に出力し、この設定周波数によって第一の超音波プローブ２を駆動するようにしている。
【００３０】
この構成をとることによって、前述した理由によって受信信号の立ち上がり速度を常に一定とすることができるので、正確な測定を行うことができる。また、ｆｒと駆動周波数の関係を常に一定とすることによって、受信振幅の温度による変動も小さくすることができる。そのため振幅の補正をする必要が無く、安定な測定器を安価に実現することができる。なお、図２ではｔｒと駆動周波数の関係を差が一定になる関係としているが、差が厳密に一定でなくともほぼ一定であればよい。
【００３１】
なお以下に説明する実施例の図面の説明において、図１と同一番符号のものは同一物であるので、詳細な説明は省略する。
【００３２】
図３は本発明の第２の実施例であり、流体の流れる測定経路１に設置した第一の超音波プローブ２と、第一の超音波プローブ２を駆動する発振回路３と、発振回路３の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段４と、発振回路３の発振開始信号を送ると同時にタイマー５をスタートさせる制御部６と、第一の超音波プローブ２の上流あるいは下流に設置し第一の超音波プローブ２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ７と、第二の超音波プローブ７の受信信号と基準電圧８を比較し大小関係が反転したときにタイマー５をストップさせる比較器９と測定経路１の流速がゼロを判定し音速データ変換テーブル１２に出力する流速ゼロ判定器１３と、タイマー５の出力によって発振回路３の発振周波数を設定する音速データ変換テーブル１２を備える構成としている。
【００３３】
なお、流量ゼロ判定器１３は図４に示すように測定流路１の中のサーミスタ１４と、測定流路１の外のサーミスタ１５と、コンパレータ１６と、判定電圧１７によって構成している。
【００３４】
図４のサーミスタ１４と、サーミスタ１５の中点Ａの電圧をＶ１とする。そしてＶ２の設定を被測定流体の速度がゼロの時のＶ１の値にたいしてわずかに小さく設定しておく。この場合、流速がゼロの場合はＶ１＞Ｖ２となり、コンパレータ１６の出力はＨＩとなる。ここで、被測定流体が流れると、サーミスタ１４は熱が奪われ内部抵抗が大きくなる。サーミスタ１５の熱は奪われることが無く、内部抵抗の値は変化しない。このため、Ｖ１はさがり、Ｖ１＜Ｖ２と電圧の関係が反転するため、コンパレータ１７の出力はＬＯに変化し被測定流体が流れていることがわかる。
【００３５】
そこで、コンパレータ１６の出力がＨＩの場合つまり被測定流体の速度が無い場合の超音波の伝搬時間Ｔは、
Ｔ＝Ｌ／Ｃ、Ｃ＝Ｄ＋Ｅ×温度（Ｃ：音速、Ｄ・Ｅ：被測定流体固有の定数）
（１気圧の空気の場合 Ｃ＝３３１．５＋０．６×温度）
となる。被測定流体の温度とＴは上式に示すに示す相関がある。つまり被測定流体の流速ゼロの時の伝搬時間Ｔと超音波プローブ２のｆｒは相関がある。この相関をもとにをコンパレータ１６の出力がＨＩのときの伝搬時間Ｔの情報によって超音波プローブ２のｆｒと駆動周波数との関係を一定とするように音速データ変換テーブル１２は周波数設定出力を更新する。このため被測定流体の流速がゼロとなるたびに駆動周波数は更新されほぼｆｒとの関係を一定に保つことができる。
【００３６】
この構成では、超音波プローブのｆｒを推定するのに伝搬時間Ｔを用いている。そのため正確な温度測定器は必要が無い。また、流速ゼロの判定は簡単な構成で実現することができるので、高精度の流速測定器を安価に実現することができる。
【００３７】
図５は本発明の第３の実施例であり、流体の流れる測定経路１に設置した第一の超音波プローブ２と、第一の超音波プローブ２を駆動する発振回路３と、発振回路３の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段４と、発振回路３の発振開始信号を送ると同時にタイマー５をスタートさせる制御部６と、第一の超音波プローブ２の上流あるいは下流に設置し第一の超音波プローブ２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ７と、第二の超音波プローブ７の受信信号と基準電圧８を比較し大小関係が反転したときにタイマー５をストップさせる比較器９と、第一の超音波プローブ２と第二の超音波プローブ７を切換える切換手段１８からなり、前記タイマー５の計測時間より被測定流体の流速を測定する構成とし、制御部６からの切り換え信号を受けた切換手段１８によって超音波プローブの送受信の方向を切り換え、上流方向と下流方向への超音波の伝搬時間を測定する。この両方向への伝搬時間情報を制御部６で受けとり比較を行う。比較を行った結果同一時間であると判断したとき、つまり被測定流体の速度がゼロであるとき制御部６はこのときの伝搬時間情報を周波数コントロール手段４へ出力する。周波数コントロール手段４には伝搬時間情報によって超音波プローブのｆｒとの関係を一定に保つ駆動周波数を設定してあり、その周波数設定信号を発振回路３へ出力し超音波プローブを駆動する。
【００３８】
この構成によれば、被測定流体の流速がゼロであることを判断するために、上流と下流方向への超音波の伝搬時間が同一であるかどうかを比較しているので、他のセンサー等の方法によって判断する場合と比較して、余分な構成が少なくてすみ、安価な超音波流速計を実現することが出来る。
【００３９】
図６は本発明の第４の実施例であり、流体の流れる測定経路１に設置した第一の超音波プローブ２と、超音波プローブ２を駆動する発振回路３と、超音波プローブ２の駆動電圧波形と駆動電流波形を観測しこの２波形の位相差に応じた位相差信号を出力する駆動検知回路４と、発振回路３の駆動周波数を駆動検知回路１９の出力に基づいてコントロールする周波数コントロール手段４と、発振回路２の発振開始信号を送ると同時にタイマー５をスタートさせる制御部６と、第一の超音波プローブ２の上流あるいは下流に設置し第一の超音波プローブ２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ７と、第二の超音波プローブ７の受信信号と基準電圧８を比較し大小関係が反転したときにタイマー５をストップさせる比較器９からなり、タイマー５の計測時間より被測定流体の流速を測定する構成とし、駆動検知回路１９の出力がほぼ一定となるよう周波数コントロール手段４が周波数をコントロールするようになっている。
【００４０】
図７はｆｒ付近の周波数における、駆動電圧に対する駆動電流の位相の変化を示したものである。超音波プローブの構成によって、この特性は若干変るが、同一の超音波プローブであれば変化はない。つまり、ｆｒと駆動電流と駆動電圧の位相差の関係は変わることがない。そこで本発明の構成によると、超音波プローブ２の駆動電流と駆動電圧の位相差を一定に保って駆動しているので、駆動周波数とｆｒは常に一定の関係で超音波プローブ２を駆動することとなり、受信波形の立ち上がり特性が安定するので、精度のよい超音波流速計を実現することが出来る。
【００４１】
図８は本発明の第５の実施例を示した図であり、流体の流れる測定経路１に設置した圧電振動子２と、圧電振動子２を駆動する発振回路３と、圧電振動子２に取り付けられ駆動電流とほぼ同位相の信号を出力するセンサ電極２０と、センサ電極２０の出力と圧電振動子２の駆動電圧を比較し位相関係に応じた信号を周波数コントロール手段４に出力する位相比較器２１と、発振回路３の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段４と、発振回路３の発振開始信号を送ると同時にタイマー５をスタートさせる制御部６と、圧電振動子２の上流あるいは下流に設置し圧電振動子２の発した超音波を受信する第二の超音波プローブ７と、第二の超音波プローブ７の受信信号と基準電圧８を比較し大小関係が反転したときにタイマー５をストップさせる比較器９からなり、タイマー５の計測時間より被測定流体の流速を測定する構成としている。また、位相比較器２１の出力がほぼ一定となるよう周波数コントロール手段４が周波数をコントロールする構成としている。
【００４２】
この構成によると、センサ電極２０の出力信号と圧電振動子２の位相差を一定に保って駆動しているので、駆動周波数とｆｒは常に一定の関係で圧電振動子２を駆動することとなり、受信波形の立ち上がり特性が安定するので、精度のよい超音波流速計を実現することが出来る。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超音波流速計は、共振周波数と駆動周波数との差を常に一定として測定を行っているので、受信波形の立ち上がりが安定するため、誤差の少ない時間計測をすることができるので、精度のよい超音波流速計を実現することが出来るという効果がある。
【００４４】
第一の超音波プローブの共振周波数ｆｒと駆動周波数ｆとの関係をしめす（ｆ−ｆｒ）／ｆｒの値がほぼ一定となるように発振回路の発振周波数をコントロールするので、超音波プローブを一定した動作点で駆動する事ができ、受信波形の立ち上がりが安定するため、誤差の少ない時間計測をすることができるので、精度のよい超音波流速計を実現することが出来るという効果がある。
【００４５】
また、超音波プローブの共振周波数推定のため超音波プローブの温度求めているが、直接超音波プローブの温度を測定せず被測定流体の温度を測定し超音波プローブの温度を求めているので、簡単な構成で超音波プローブ設置の容易性を損なうことなく共振周波数と駆動周波数の関係を常に一定とすることが出来、構成の簡単な精度のよい超音波流速計を実現することが出来るという効果がある。
【００４６】
さらに超音波プローブの共振周波数を推定するのに伝搬時間Ｔを用いているので正確な温度温度検知手段は必要がなく、流速ゼロの判定は簡単な構成で実現することができる。そのため高精度の流速測定器を安価に実現することができるという効果がある。
【００４７】
さらにまた、被測定流体の流速がゼロであることを判断するために、上流と下流方向への超音波の伝搬時間が同一であるかどうかを比較しているので、他のセンサー等の方法によって判断する場合と比較して、余分な構成が要らず、設置が容易で安価な超音波流速計を実現することが出来る。という効果がある。
【００４８】
そして、駆動検知回路により直接素子の駆動状態を検知しているので、ここの部品のバラ付きなどにも対応し、精度良く共振周波数と駆動周波数との関係一定に保つことが出来き、受信波形の立ち上がり特性がより安定するので、精度のよい超音波流速計を実現することが出来るという効果がある。
【００４９】
そしてさらに、センサ電極から周波数の追従信号を取り出しているので、信号を取り出すための回路を組むことなく、の出力信号と圧電振動子の位相差を一定に保って駆動しているので、信頼性が高く精度のよい超音波流速計を簡単な構成で実現することが出来るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における超音波流量計の全体ブロック図
【図２】同流量部の超音波プローブの共振周波数と温度の関係を示す特性図
【図３】本発明の第２の実施例における超音波流量計の全体ブロック図
【図４】同流量計の流量ゼロ判定器の回路図
【図５】本発明の第３の実施例における超音波流量計の全体ブロック図
【図６】本発明の第４の実施例における超音波流量計の全体ブロック図
【図７】超音波プローブの共振周波数と、駆動電圧−電流の位相差の関係を示した図
【図８】本発明の第５の実施例における超音波流量計の全体ブロック図
【図９】従来の超音波流量計のブロック図
【図１０】（Ａ）同流速計における駆動周波数と位相関係の図
（Ｂ）同流速計における受信波形の図
【符号の説明】
１ 測定経路
２ 第一の超音波プローブ
３ 発振回路
４ 周波数コントロール手段
５ タイマー
６ 制御部
７ 第２の超音波プローブ
８ 基準電圧
９ 比較器
１０ 温度検知手段
１３ 流速判定器
１８ 切換回路
１９ 駆動検知回路
２０ センサ電極
２１ 位相比較器
Claims (7)
- 測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記第一の超音波プローブへ駆動周波数を出力する発振回路と、前記発振回路の出力周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送る制御部と、前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧とを比較する比較器と、前記発振開始信号によってスタートし前記比較器の出力によってストップするタイマーとを備え、前記周波数コントロール手段は前記第一の超音波プローブの共振周波数の変化量に対応して前記発振回路の発振周波数をコントロールし前記共振周波数と前記駆動周波数との差を一定になるようにした超音波流速計。
- 測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記第一の超音波プローブへ駆動周波数を出力する発振回路と、前記発振回路の出力周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送る制御部と、前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧とを比較する比較器と、前記発振開始信号によってスタートし前記比較器の出力によってストップするタイマーとを備え、周波数コントロール手段は超音波プローブの共振周波数と駆動周波数の比を一定とする超音波流速計。
- 第一の超音波プローブの温度を測定する温度検知手段を備えた請求項１または２記載の超音波流速計。
- 測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記第一の超音波プローブを駆動する発振回路と、前記発振回路の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送る制御部と、前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較する比較器と、前記発振開始信号によってスタートし前記比較器の出力によってストップするタイマーと、流速ゼロを判定する流速判定器とを備え、前記周波数コントロール手段は前記流速判定器の出力と前記タイマーの出力に基づき前記発振回路の発振周波数をコントロールする超音波流速計。
- 測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記第一の超音波プローブを駆動する発振回路と、前記発振回路の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送る制御部と、前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較する比較器と、前記発振開始信号によってスタートし前記比較器の出力によってストップするタイマーと、前記第一の超音波プローブと前記第二の超音波プローブの接続先を相互に切換える切換手段を備え、周波数コントロール手段は上流方向と下流方向への超音波の伝搬時間が同一時間となったときの超音波の伝播時間から発振周波数をコントロールする超音波流速計。
- 測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記第一の超音波プローブを駆動する発振回路と、前記発振回路の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送る制御部と、前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較する比較器と、前記発振開始信号によってスタートし前記比較器の出力によってストップするタイマーと、前記超音波振動子の駆動電圧波形と駆動電流波形の位相差に応じた信号を出力する駆動検知回路とを備え、前記周波数コントロール手段は駆動検知回路の出力をほぼ一定とする超音波流速計。
- 測定経路に設置した第一の超音波プローブと、前記第一の超音波プローブを駆動する発振回路と、前記発振回路の発振周波数をコントロールする周波数コントロール手段と、前記発振回路の発振開始信号を送る制御部と、前記第一の超音波プローブの発した超音波を受信する第二の超音波プローブと、前記第二の超音波プローブの受信信号と基準電圧を比較する比較器と、前記発振開始信号によってスタートし前記比較器の出力によってストップするタイマーと、前記超音波プローブに取り付けられ駆動電流と一定の関係を持った信号を出力するセンサ電極と、前記センサ電極の出力と前記圧電振動子の駆動電圧を比較し位相関係に応じた値を、周波数コントロール手段に出力する位相比較器とを備え、周波数コントロール手段によって前記位相比較器の出力をほぼ一定とする超音波流速計。
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| JP11454596A JP3651110B2 (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 超音波流速計 |
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Publications (2)
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