JP4052149B2 - Temperature measuring device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波流量計を利用して流体の温度を測定する温度測定装置に関し、発泡性飲料水の自動供給装置に適し、特に飲料水に注入するガスの量を制御するうえで、飲料水の温度計測に適した温度測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
発泡性飲料の供給装置、例えば、ビールディスペンサにおいては、温度変化のよる発泡量抑制のため、ビールを供給する導管に温度センサを挿入してビールの温度を測定しており、供給するビールの量を図示しない流量検出手段によって測定している。このようなビールディスペンサの温度測定装置として、例えば、図7に示す温度測定装置は、ビールの導管9に挿入された温度センサ11と、変換器1とを有している。
【0003】
変換器1は、温度センサ15からの信号に基づいてビールの温度を計測する温度測定部12と、温度測定部12からの温度信号に基づいてビールに注入する炭酸ガスの量を制御する制御部13とを有している。
【0004】
温度センサ15は、導管9内のビールの温度を検出し、温度に対応した電気信号を温度測定部12へ出力するもので、種々のものが知られている(例えば、特許文献1〜3参照。)。温度測定部12は、温度センサ15から入力された電気信号を温度信号に変換し、制御部13へ出力する。
【0005】
制御部13は、ビールの温度と炭酸ガスの含有率との関係が予め記憶され、温度信号を入力すると、入力した温度に対応した炭酸ガスの含有率を読み出すことができる。そこで、制御部13は、ビールの温度に対応した炭酸ガスの含有率となるように炭酸ガスボンベの圧力調整バルブに対して圧力調整信号を出力するように設定されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平11−023373号公報
【特許文献2】
特開平11−326070号公報
【特許文献3】
特開2000−292269公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発泡性飲料の供給装置、例えば、ビールディスペンサにおいては、上記のように、温度変化による発泡量抑制のため、測定したビールの温度から制御部13を介して炭酸ガスの圧力制御を行うと共に、定量抽出のため、温度測定手段と流量検出手段という別個独立の測定手段を設けていた。このように、流体の温度と流量とを測定する装置においては、2種類の測定手段を用いていることから、大型化すると共に、価格が高価になるという問題を生じさせていた。
【0008】
この発明は上記に鑑みてなされたものであって、大型化を抑えてコンパクトにし、コストダウンを図りつつ流体の温度を測定することが可能な温度測定装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1にかかる温度測定装置は、導管を通過する流体の温度を測定する温度測定装置であって、前記導管の外周部に配設される1対の超音波送受信器及び温度センサと、前記温度センサから出力される信号に基づいて前記導管の温度を測定するとともに、前記導管内を伝播する超音波の伝播時間と音速、前記流体内を伝播する超音波の伝播時間と音速を演算する演算部とを備え、前記1対の超音波送受信器間で双方向に超音波を伝播させるとともに、互いに受信させ、前記演算部が、受信された上流方向への伝搬時間と下流方向への伝搬時間との相加平均から総伝搬時間を算出し、かつ測定した導管の温度から特定される音速に基づいて総伝搬時間から流体のみの伝搬時間を算出し、該算出した流体のみの伝搬時間から流体の音速を演算することにより当該流体の温度を特定することを特徴とする。
【0010】
また、請求項2にかかる温度測定装置は、上記の発明において、前記温度センサは、導管内に埋設されることを特徴とする。
【0011】
また、請求項3にかかる温度測定装置は、上記の発明において、前記温度センサは、前記導管内に複数個埋設されることを特徴とする。
【0012】
また、請求項4にかかる温度測定装置は、上記の発明において、前記温度センサは、前記流体の流れに沿って前記導管に配設されることを特徴とする。
【0013】
また、請求項5にかかる温度測定装置は、上記の発明において、前記演算部は、前記複数個の温度センサから出力される信号に基づいて、前記流体の温度を算出することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる温度測定装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【0015】
本発明にかかる温度測定装置は、上記目的を達成するため、超音波流量計を利用することによって、簡易な構成で、流体の温度を安価に測定可能としたことを特徴としている。また、本発明は、流体の温度が、その流体の音速と相関関係を有していることを利用し、流体の音速から、流体の温度を導き出すことを基本原理としている。
【0016】
まず、超音波流量計の測定原理から説明する。超音波を利用した超音波流量計とは、被測定流体を通過させる導管に配設した1対の超音波送受信器を用いて、超音波を互いに送受信させる。そして、移動流体中の超音波速度が音速と流速のベクトル和になることを利用し、流れ方向および逆方向に超音波を発射し、伝播時間差、信号の位相差などによって流量を求めるものである。
【0017】
したがって、本発明にかかる温度測定装置は、超音波流量計としての機能も有しているため、基本的な構成も超音波流量計と共通している。
【0018】
図1は、この発明の実施の形態1である温度測定装置の構成を示すブロック図である。図1において、この温度測定装置は、流体を通過させる導管9の外周部に配設され、超音波を互いに送受信する1対の超音波送受信器10a,10bと、超音波送受信器10a,10bから入力される超音波信号を処理し流体の温度を特定し、流体に含有させるガスの量を制御するための制御信号を出力する変換器1とを有している。
【0019】
まず、送信部2は、制御部8からの超音波信号の送信指示を受けると、切替器7を介して超音波送受信器10aに超音波発信信号を送信する。ここで、切替器7は、制御部8の制御のもとに、送信部2から超音波送受信器10a,10bに対する信号と、超音波送受信器10a,10bから受信部3に対する信号の切替を行う。
【0020】
送信部2から超音波発信信号が超音波送受信器10aに送信されると、超音波送受信器10aから超音波が発信され、超音波送受信器10bに受信される。そして、超音波送受信器10bから受信した超音波に基づく超音波受信信号は、切替器7を介して受信部3に送信される。
【0021】
受信部3は、予め設定された所定の基準値に基づいて、受信した超音波信号を2値化して、受信信号として認識し、受信したと認識した時刻を時間計測部4に送信する。時間計測部4は、超音波信号を送信した時刻が制御部8から通知されており、送信信号と受信信号との時間差を計測することによって、超音波送受信器10aから超音波送受信器10bへの伝播時間を特定する。同様にして、切替器7の伝送路を切替えることによって、時間計測部4は、超音波送受信器10bから超音波送受信器10aへの伝播時間を特定し、これら2種類の伝播時間を、演算部6に送信する。
【0022】
演算部6は、導管9の温度と音速との関係特性と、流体の温度と音速との関係特性とを記憶している記憶部5aと、温度センサ11〜13からの検知信号を温度信号に変換する温度測定部5bとを有している。また、温度センサ11〜13は、流体の流れに沿って導管9に配設され、導管9の温度を検知して、検知信号を、変換器1を介して温度測定部5bに出力する。温度測定部5bは、入力される前記検知信号に基づいて導管9の温度を求め、その温度に対応した温度信号を演算部6に出力する。
【0023】
演算部6は、温度測定部5bから入力された導管9の温度と、時間計測部4から入力された流体内を伝播した2種類の超音波の伝播時間の差とから、流体内の音速を算出する。そして、記憶部5aに記憶されている流体温度と音速の関係特性によって、流体温度を特定する。
【0024】
ここで、2種類の超音波の伝播時間をもとにして導管9を流れる流体の温度を特定する方法を詳細に説明する。図2は、送信部2での送信信号(a)、受信部3での受信信号(b)、時間計測部4での時間計測部発信パルス(c)の変化を示すタイムチャートである。また、図3は、超音波の伝播経路を詳しく説明するための導管9の断面図である。
【0025】
まず、制御部8から、超音波の発信指示が出力されると、送信部2においては、図2(a)に示すような超音波送信信号a1を出力する。送信部2の超音波送信信号a1によって、導管9に配設された超音波送受信器10aから超音波が発信される。発信された超音波は、図3に示すように導管9経路RAを経由し、一旦、所定の屈折角をもって流体に進入し、流体経路RBを経由し、導管9で反射して、流体経路RB´を経由して、再び所定の屈折角をもって導管9に進入し、導管9経路RA´を経由して、超音波送受信器10bに到達する。このような経路(RA→RB→RB´→RA´)を経由した超音波信号は、流体を経由する経路としては最短であるため、受信部3では、図2(b)に示すような受信信号b2を受信する。
【0026】
ところで、発信された超音波の一部は、導管9経路のみを伝播して、超音波送受信器10bに到達するものもある。導管9のみを経由した音波は、導管9と流体の両方を経由する経路より短いため、超音波送受信器10bに速く到達することができる。しかも、導管9の材料として知られるポリサルホン材中を伝播する超音波の音速は3MHz,10℃のときに、2,300m/sであり、一方、流体の主成分である水を伝播する超音波の音速は、3MHz,10℃のときに、1,400m/sである。したがって、導管9のみを経路とした超音波が最も速く伝播する。
【0027】
しかし、超音波は、媒質の密度、粘性、比熱、熱伝導率等の様々な要因によって、減衰するため、超音波の減衰率は経路長のみに依存しない。そのため、図2(b)に示すように、導管9のみを経由した音波b1は速いが、振幅は小さく受信され、逆に、導管9と流体の両方を経由した音波b2は遅いが、振幅は大きく受信される。
【0028】
本発明にかかる温度測定装置の場合は、上記に該当する場合であって、受信部3においては、受信信号b1は、導管9のみを伝播した超音波であり、b2は導管9と流体の両方を伝播した超音波である。したがって、所定の基準値を設定すれば、導管9のみを伝播した超音波b1と、導管9と流体の両方を伝播した超音波b2の受信信号を区別することができる。
【0029】
上記のように受信部3において、所定の基準値を設定すると、受信部3で受信された受信信号b1,b2の内b1は基準値に満たないため、出力零となる。時間計測部4では、送信信号a1と受信信号b2に対応したパルスc1,c2が発信される。
【0030】
つぎに、流体の下流にある超音波送受信器10bから、超音波が発信され、流体の上流にある超音波送受信器10aに受信される場合を説明する。
【0031】
この場合、送信部2では、図2(a)に示すように送信信号a2が送信され、受信部3では、図2(b)に示すように、受信信号b3,b4が受信される。この場合も上述と同様の理由によって、導管9のみを伝播した超音波は受信信号b3として受信され、導管9と流体の両方を伝播した超音波は受信信号b4として受信される。
【0032】
ここで、所定の基準値を設定すれば、振幅の大きい受信信号b4のみが時間計測部4に出力することができる。時間計測部4では、送信部2で送信した送信信号a2と、受信部3で受信した受信信号b4に対応して、図2(c)に示すようにパルスc3,c4を発信し、演算部5に出力する。
【0033】
ここで、流体の上流から下流への超音波の伝播時間をT1aとし、下流から上流への伝播時間をT1bとすると、T1a=c2−c1,T1b=c4−c3で表せる。そして、流体の流れの影響を受けて、T1a≠T1bとなる。
【0034】
しかし、仮に導管9と静止流体の両方を経由した総伝播時間をT2とすると、導管9の流体の流れが一定であれば、下流方向への伝播時間T1aと上流方向への伝播時間T1bの相加平均を用いて、総伝播時間T2を以下の式(1)のように表すことができる。
2=(T1a+T1b)/2 ・・・・(1)
【0035】
ここで、導管9と静止流体の両方を経由する総伝播時間T2が求まるが、総伝播時間T2と、流体の温度との関係特性を示す図4から分かるように、総伝播時間T2は、温度の2次関数になっており、総伝播時間T2からは、一意的に流体の温度は特定できない。これは、媒質の違いによって、音速も異なることに起因する。換言すれば、音速は媒質に依存するからである。
【0036】
そこで、導管9内と流体を経由する場合の総伝播時間T2については、導管9の伝播時間と、流体の伝播時間に分ける必要がある。そこで、総伝播時間T2を、導管9経路(RA←→RA´)を伝播する時間TAと、流体経路(RB←→RB´)を伝播する時間TBとに分けると、総伝播時間T2は以下の式(2)で表される。
2=TA+TB ・・・・(2)
さらに、夫々導管9の音速をVAとし、流体の音速をVBとすると、夫々の伝播時間TA,TBは以下の式(3),(4)で表される。
A=(RA+RA´)/VA ・・・・(3)
B=(RB+RB´)/VB ・・・・(4)
【0037】
ところで、温度測定部5bでは、導管9に埋設された温度センサ11〜13から出力された検知信号を温度信号に変換して、演算部6に出力する。図3に示すように、3つの温度センサ11〜13が流体の流れに沿うように導管9に設置されていれば、温度センサ11〜13から出力され、温度測定部5bで温度信号に変換された夫々の温度信号t11,t12,t13について、演算部6では、導管9の温度tを相加平均値{(t11+t12+t13)/3}と定義して演算することができる。
【0038】
一方、演算部6内の記憶部5aには、導管9の温度tと音速との関係特性(図5)が記憶されており、導管9の温度tが特定されると、導管9の音速VAが特定される。導管9の音速VAが特定されると、導管9経路(RA+RA´)は幾何学的に導き出されるので、式(3)から導管9を伝播する超音波の伝播時間TAが算出される。
【0039】
そして、導管9の伝播時間TAが算出されると、式(2)より、流体の超音波の伝播時間TBが算出される。さらに、流体の伝播時間TBが算出されると、流体経路(RB+RB´)は幾何学的に導き出されるので、式(4)から流体の音速VBが算出される。
【0040】
そこで、流体の音速と、流体の温度との関係特性(図6)を記憶部5aに入力しておけば、演算部6で算出された流体の音速VBの値が分かれば、関係特性(図6)から流体の温度が特定される。流体の温度が特定されると、演算部6は特定された流体温度を制御部8に出力する。制御部8は、特定された流体温度における炭酸ガスの含有率を記憶しており、その含有率の値が所定の値と一致するように、ガスボンベの圧力調整バルブに対して、圧力の加減制御信号を出力し、所定量の炭酸ガスを含有する飲料を供給する。
【0041】
なお、実施の形態の説明では、導管9に設置する温度センサ11〜13の数を3個としたが、3個以外の数であってもよい。温度センサ11〜13数は導管9の長さや形状や、また、流体の流量等によって、適切な数を選択することが適当であるからである。
【0042】
また、実施の形態の説明では、導管9に設置する温度センサ11〜13を流体の流れ方向に沿って配置したが、温度センサ11〜13を流体の流れに対して垂直方向に配置してもよい。導管9の温度を特定する際に、導管9の厚み方向の温度分布を考慮することができるからである。
【0043】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、既存の超音波流量計を利用して、流体の温度が測定できるため、流体温度測定の目的のために追加の部品等を設けること無しに、つまりコストアップをせずに、かつコンパクトに流体の温度が測定できるという効果を奏する。
【0044】
また、この発明によれば、流体温度測定のために、導管9に、部品を付加する必要が無いので、温度測定のためのセンサ類などの突起物によってガスが気化して、気泡による超音波の伝播時間の誤差を招来して、超音波流量計および、本発明にかかる温度測定装置への悪影響を無くすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態である超音波流体温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図2】この発明の実施の形態で説明した超音波流体温度測定装置の送信部、受信部、および時間計測部における信号の変化を示すタイムチャートである。
【図3】図1に示した温度測定装置の導管における超音波の伝播経路を説明する導管断面図である。
【図4】この発明の実施の形態で説明した、導管と流体を経由した超音波の総伝播時間と、流体の温度との関係を示すグラフ図である。
【図5】この発明にかかる超音波流体温度測定装置の記憶部に記憶されている、導管の音速と温度との関係特性を示すグラフ図である。
【図6】この発明にかかる超音波流体温度測定装置の記憶部に記憶されている、流体の音速と温度との関係特性を示すグラフ図である。
【図7】従来の流体温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 変換器
2 送信部
3 受信部
4 時間計測部
5a 記憶部
5b 温度測定部
6 演算部
7 切替器
8 制御部
9 導管
10a 超音波送受信器
10b 超音波送受信器
11 温度センサ
12 温度センサ
13 温度センサ
14 温度測定部
15 温度センサ
16 制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature measuring device that measures the temperature of a fluid using an ultrasonic flow meter, and is suitable for an automatic supply device for effervescent drinking water, and particularly for controlling the amount of gas injected into drinking water. The present invention relates to a temperature measuring device suitable for water temperature measurement.
[0002]
[Prior art]
In an effervescent beverage supply device, for example, a beer dispenser, the temperature of beer is measured by inserting a temperature sensor into a beer supply conduit in order to suppress the amount of foaming due to temperature change, and the amount of beer supplied Is measured by a flow rate detection means (not shown). As a temperature measuring device for such a beer dispenser, for example, the temperature measuring device shown in FIG. 7 includes a temperature sensor 11 inserted into a beer conduit 9 and a converter 1.
[0003]
The converter 1 includes a temperature measurement unit 12 that measures the temperature of beer based on a signal from the temperature sensor 15, and a control unit that controls the amount of carbon dioxide injected into the beer based on the temperature signal from the temperature measurement unit 12. 13.
[0004]
The temperature sensor 15 detects the temperature of the beer in the conduit 9 and outputs an electrical signal corresponding to the temperature to the temperature measuring unit 12, and various types are known (see, for example, Patent Documents 1 to 3). .) The temperature measurement unit 12 converts the electrical signal input from the temperature sensor 15 into a temperature signal and outputs the temperature signal to the control unit 13.
[0005]
When the relationship between the beer temperature and the carbon dioxide content is stored in advance and the temperature signal is input, the control unit 13 can read the carbon dioxide content corresponding to the input temperature. Therefore, the control unit 13 is set to output a pressure adjustment signal to the pressure adjustment valve of the carbon dioxide gas cylinder so that the content of carbon dioxide gas corresponds to the temperature of beer.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-023373 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-326070 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-292269
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the effervescent beverage supply apparatus, for example, the beer dispenser, as described above, the pressure control of the carbon dioxide gas is performed through the control unit 13 from the measured beer temperature in order to suppress the foaming amount due to the temperature change. For the purpose of quantitative extraction, separate measuring means, temperature measuring means and flow rate detecting means, were provided. As described above, the apparatus for measuring the temperature and flow rate of the fluid uses two types of measuring means, which causes problems that the size is increased and the price is increased.
[0008]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a temperature measuring device capable of measuring the temperature of a fluid while reducing the size and reducing the cost and reducing the cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a temperature measuring device according to claim 1 is a temperature measuring device for measuring a temperature of a fluid passing through a conduit, and a pair of ultrasonic waves disposed on an outer peripheral portion of the conduit. The temperature of the conduit is measured based on a signal output from the transmitter / receiver and the temperature sensor, and the propagation time and speed of the ultrasonic wave propagating in the conduit, and the ultrasonic wave propagating in the fluid are measured. A calculation unit that calculates a propagation time and a sound velocity, and transmits ultrasonic waves bidirectionally between the pair of ultrasonic transmitters and receivers, and receives the signals from each other, and the calculation unit propagates the received upstream signal. Calculate the total propagation time from the arithmetic average of the time and the propagation time in the downstream direction, and calculate the propagation time of the fluid only from the total propagation time based on the sound velocity specified from the measured temperature of the conduit. Of only the fluid And identifies the temperature of the fluid by calculating the sound speed of the fluid from between.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the temperature measuring device according to the above invention, wherein the temperature sensor is embedded in a conduit.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the temperature measuring device according to the above invention, wherein a plurality of the temperature sensors are embedded in the conduit.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the temperature measuring device according to the above invention, wherein the temperature sensor is disposed in the conduit along the flow of the fluid.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the temperature measuring device according to the above invention, wherein the calculation unit calculates the temperature of the fluid based on signals output from the plurality of temperature sensors.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a temperature measuring device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
[0015]
In order to achieve the above object, a temperature measuring device according to the present invention is characterized in that the temperature of a fluid can be measured at a low cost with a simple configuration by using an ultrasonic flowmeter. Further, the present invention is based on the principle that the temperature of the fluid is derived from the sound speed of the fluid by utilizing the fact that the temperature of the fluid has a correlation with the sound speed of the fluid.
[0016]
First, the measurement principle of the ultrasonic flowmeter will be described. An ultrasonic flowmeter using ultrasonic waves transmits and receives ultrasonic waves to and from each other using a pair of ultrasonic transmitters / receivers arranged in a conduit that allows a fluid to be measured to pass through. Then, utilizing the fact that the ultrasonic velocity in the moving fluid becomes the vector sum of the sound velocity and the flow velocity, the ultrasonic wave is emitted in the flow direction and in the opposite direction, and the flow rate is obtained by the propagation time difference, the signal phase difference, etc. .
[0017]
Therefore, since the temperature measuring device according to the present invention also has a function as an ultrasonic flow meter, the basic configuration is also common to the ultrasonic flow meter.
[0018]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a temperature measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, this temperature measuring device is disposed on the outer periphery of a conduit 9 through which a fluid passes, and includes a pair of ultrasonic transmitters / receivers 10a and 10b that transmit and receive ultrasonic waves to each other, and ultrasonic transmitters / receivers 10a and 10b. And a converter 1 that processes an input ultrasonic signal, identifies a temperature of the fluid, and outputs a control signal for controlling the amount of gas contained in the fluid.
[0019]
First, when receiving a transmission instruction of an ultrasonic signal from the control unit 8, the transmission unit 2 transmits an ultrasonic transmission signal to the ultrasonic transceiver 10 a via the switch 7. Here, the switch 7 switches the signal from the transmitter 2 to the ultrasonic transmitters / receivers 10a and 10b and the signal from the ultrasonic transmitter / receivers 10a and 10b to the receiver 3 under the control of the controller 8. .
[0020]
When an ultrasonic transmission signal is transmitted from the transmitter 2 to the ultrasonic transceiver 10a, ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic transceiver 10a and received by the ultrasonic transceiver 10b. Then, an ultrasonic reception signal based on the ultrasonic wave received from the ultrasonic transmitter / receiver 10 b is transmitted to the receiving unit 3 via the switch 7.
[0021]
The receiving unit 3 binarizes the received ultrasonic signal based on a predetermined reference value set in advance, recognizes it as a received signal, and transmits the time recognized as received to the time measuring unit 4. The time measurement unit 4 is notified from the control unit 8 of the time at which the ultrasonic signal is transmitted, and measures the time difference between the transmission signal and the reception signal to thereby transmit the ultrasonic signal from the ultrasonic transmitter / receiver 10a to the ultrasonic transmitter / receiver 10b. Identify the propagation time. Similarly, by switching the transmission path of the switch 7, the time measuring unit 4 specifies the propagation time from the ultrasonic transmitter / receiver 10 b to the ultrasonic transmitter / receiver 10 a, and calculates these two types of propagation times to the calculation unit. 6 to send.
[0022]
The calculation unit 6 stores the relationship between the temperature of the conduit 9 and the speed of sound and the relationship between the temperature of the fluid and the speed of sound, and the detection signals from the temperature sensors 11 to 13 as temperature signals. And a temperature measuring unit 5b for conversion. Further, the temperature sensors 11 to 13 are disposed in the conduit 9 along the flow of the fluid, detect the temperature of the conduit 9, and output a detection signal to the temperature measuring unit 5 b via the converter 1. The temperature measurement unit 5b calculates the temperature of the conduit 9 based on the input detection signal and outputs a temperature signal corresponding to the temperature to the calculation unit 6.
[0023]
The calculation unit 6 calculates the sound velocity in the fluid from the temperature of the conduit 9 input from the temperature measurement unit 5b and the difference between the propagation times of the two types of ultrasonic waves propagated in the fluid input from the time measurement unit 4. calculate. Then, the fluid temperature is specified by the relational characteristic between the fluid temperature and the sound speed stored in the storage unit 5a.
[0024]
Here, a method for specifying the temperature of the fluid flowing through the conduit 9 based on the propagation time of two types of ultrasonic waves will be described in detail. FIG. 2 is a time chart showing changes in the transmission signal (a) in the transmission unit 2, the reception signal (b) in the reception unit 3, and the time measurement unit transmission pulse (c) in the time measurement unit 4. FIG. 3 is a cross-sectional view of the conduit 9 for explaining the ultrasonic propagation path in detail.
[0025]
First, when an instruction for transmitting an ultrasonic wave is output from the control unit 8, the transmission unit 2 outputs an ultrasonic transmission signal a1 as shown in FIG. An ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transmitter / receiver 10 a disposed in the conduit 9 by the ultrasonic transmission signal a <b> 1 of the transmitter 2. Originating ultrasonic wave, via conduit 9 route R A, as shown in FIG. 3, once enters the fluid at a predetermined refraction angle, via the fluid path R B, is reflected by the conduit 9, the fluid It again enters the conduit 9 through the path R B ′ with a predetermined refraction angle, and reaches the ultrasonic transceiver 10 b via the conduit 9 path R A ′. Since the ultrasonic signal passing through such a path (R A → R B → R B ′ → R A ′) is the shortest path through the fluid, the receiving unit 3 is shown in FIG. A received signal b2 as shown is received.
[0026]
By the way, a part of the transmitted ultrasonic wave propagates only through the conduit 9 and reaches the ultrasonic transceiver 10b. Since the sound wave passing through only the conduit 9 is shorter than the path passing through both the conduit 9 and the fluid, it can reach the ultrasonic transceiver 10b quickly. Moreover, the sound velocity of the ultrasonic wave propagating through the polysulfone material known as the material of the conduit 9 is 2,300 m / s at 3 MHz and 10 ° C., while the ultrasonic wave propagating through water, which is the main component of the fluid. The speed of sound is 1,400 m / s at 3 MHz and 10 ° C. Therefore, the ultrasonic wave that travels only through the conduit 9 propagates the fastest.
[0027]
However, since the ultrasonic wave is attenuated by various factors such as the density, viscosity, specific heat, and thermal conductivity of the medium, the attenuation rate of the ultrasonic wave does not depend only on the path length. Therefore, as shown in FIG. 2B, the sound wave b1 passing only through the conduit 9 is fast, but the amplitude is received with a small amplitude, and conversely, the sound wave b2 passing through both the conduit 9 and the fluid is slow, but the amplitude is Received greatly.
[0028]
In the case of the temperature measuring device according to the present invention, the above is true, and in the receiving unit 3, the received signal b1 is an ultrasonic wave propagated only through the conduit 9, and b2 is both the conduit 9 and the fluid. It is the ultrasonic wave that propagated. Therefore, if a predetermined reference value is set, it is possible to distinguish the reception signal of the ultrasonic wave b1 propagated only through the conduit 9 and the ultrasonic wave b2 propagated through both the conduit 9 and the fluid.
[0029]
When a predetermined reference value is set in the receiving unit 3 as described above, the output b becomes zero because b1 of the reception signals b1 and b2 received by the receiving unit 3 does not satisfy the reference value. In the time measuring unit 4, pulses c1 and c2 corresponding to the transmission signal a1 and the reception signal b2 are transmitted.
[0030]
Next, a case where ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic transmitter / receiver 10b downstream of the fluid and received by the ultrasonic transmitter / receiver 10a upstream of the fluid will be described.
[0031]
In this case, the transmission unit 2 transmits a transmission signal a2 as shown in FIG. 2A, and the reception unit 3 receives reception signals b3 and b4 as shown in FIG. 2B. Also in this case, for the same reason as described above, the ultrasonic wave propagated only through the conduit 9 is received as the received signal b3, and the ultrasonic wave propagated through both the conduit 9 and the fluid is received as the received signal b4.
[0032]
Here, if a predetermined reference value is set, only the received signal b 4 having a large amplitude can be output to the time measuring unit 4. The time measuring unit 4 transmits pulses c3 and c4 as shown in FIG. 2 (c) corresponding to the transmission signal a2 transmitted by the transmission unit 2 and the reception signal b4 received by the reception unit 3, and the calculation unit 5 is output.
[0033]
Here, assuming that the propagation time of the ultrasonic wave from the upstream to the downstream of the fluid is T 1a and the propagation time from the downstream to the upstream is T 1b , T 1a = c 2 -c 1, T 1b = c 4 -c 3. Under the influence of the fluid flow, T 1a ≠ T 1b .
[0034]
However, if the total propagation time through both the conduit 9 and the stationary fluid is T 2 , if the fluid flow in the conduit 9 is constant, the downstream propagation time T 1a and the upstream propagation time T Using the arithmetic mean of 1b , the total propagation time T 2 can be expressed as in the following formula (1).
T 2 = (T 1a + T 1b ) / 2 (1)
[0035]
Here, the total propagation time T 2 passing through both static fluid conduit 9 is obtained, the total propagation time T 2, as can be seen from FIG. 4 showing a relationship between characteristics of the temperature of the fluid, the total propagation time T 2 is a two-linear function of temperature, from the total propagation time T 2, the temperature of the uniquely fluid can not be specified. This is because the sound speed varies depending on the medium. In other words, the speed of sound depends on the medium.
[0036]
Therefore, the total propagation time T 2 when the fluid passes through the conduit 9 needs to be divided into the propagation time of the conduit 9 and the propagation time of the fluid. Therefore, the total propagation time T 2, 'the time T A to propagate, fluid path (R B ← → R B conduit 9 path (R A ← → R A) ' when divided into a time T B to propagate) The total propagation time T 2 is expressed by the following equation (2).
T 2 = T A + T B (2)
Further, assuming that the sound speed of the conduit 9 is V A and the sound speed of the fluid is V B , the propagation times T A and T B are expressed by the following equations (3) and (4).
T A = (R A + R A ′) / V A (3)
T B = (R B + R B ′) / V B (4)
[0037]
By the way, in the temperature measurement part 5b, the detection signal output from the temperature sensors 11-13 embedded in the conduit | pipe 9 is converted into a temperature signal, and is output to the calculating part 6. FIG. As shown in FIG. 3, if the three temperature sensors 11 to 13 are installed in the conduit 9 so as to follow the flow of the fluid, they are output from the temperature sensors 11 to 13 and converted into temperature signals by the temperature measuring unit 5b. For each of the temperature signals t11, t12, and t13, the calculation unit 6 can calculate the temperature t of the conduit 9 by defining it as an arithmetic mean value {(t11 + t12 + t13) / 3}.
[0038]
On the other hand, the storage unit 5a in the calculation unit 6 stores a relational characteristic (FIG. 5) between the temperature t of the conduit 9 and the sound velocity. When the temperature t of the conduit 9 is specified, the sound velocity V of the conduit 9 is determined. A is specified. When the acoustic velocity V A of the conduit 9 is specified, the conduit 9 path (R A + R A ') is geometrically derived, ultrasonic wave propagation time T A of the calculation propagating conduit 9 from equation (3) Is done.
[0039]
When the propagation time T A of the conduit 9 is calculated, the propagation time T B of the ultrasonic wave of the fluid is calculated from the equation (2). Further, when the fluid propagation time T B is calculated, the fluid path (R B + R B ′) is geometrically derived, so the sound velocity V B of the fluid is calculated from Equation (4).
[0040]
Therefore, if the relationship characteristic (FIG. 6) between the sound speed of the fluid and the temperature of the fluid is input to the storage unit 5a, if the value of the sound speed V B of the fluid calculated by the calculation unit 6 is known, the relationship characteristic ( The temperature of the fluid is specified from FIG. When the temperature of the fluid is specified, the calculation unit 6 outputs the specified fluid temperature to the control unit 8. The control unit 8 stores the carbon dioxide content at the specified fluid temperature, and controls the pressure adjustment to the pressure adjustment valve of the gas cylinder so that the value of the content matches a predetermined value. A signal is output and a beverage containing a predetermined amount of carbon dioxide gas is supplied.
[0041]
In the description of the embodiment, the number of the temperature sensors 11 to 13 installed in the conduit 9 is three, but the number may be other than three. This is because it is appropriate to select an appropriate number of the temperature sensors 11 to 13 according to the length and shape of the conduit 9 and the flow rate of the fluid.
[0042]
In the description of the embodiment, the temperature sensors 11 to 13 installed in the conduit 9 are arranged along the fluid flow direction, but the temperature sensors 11 to 13 may be arranged in the direction perpendicular to the fluid flow. Good. This is because the temperature distribution in the thickness direction of the conduit 9 can be taken into account when specifying the temperature of the conduit 9.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the temperature of the fluid can be measured using the existing ultrasonic flowmeter, without providing additional parts or the like for the purpose of fluid temperature measurement, That is, there is an effect that the temperature of the fluid can be measured in a compact manner without increasing the cost.
[0044]
Further, according to the present invention, since it is not necessary to add parts to the conduit 9 for fluid temperature measurement, gas is vaporized by protrusions such as sensors for temperature measurement, and ultrasonic waves generated by bubbles are used. Error of the propagation time is caused, and an adverse effect on the ultrasonic flowmeter and the temperature measuring device according to the present invention can be eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic fluid temperature measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart showing changes in signals in a transmission unit, a reception unit, and a time measurement unit of the ultrasonic fluid temperature measurement apparatus described in the embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a conduit for explaining an ultrasonic wave propagation path in the conduit of the temperature measuring device shown in FIG.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the total propagation time of the ultrasonic wave passing through the conduit and the fluid and the temperature of the fluid described in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a relational characteristic between the sound velocity of the conduit and the temperature stored in the storage unit of the ultrasonic fluid temperature measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a relational characteristic between the sound speed and the temperature of the fluid stored in the storage unit of the ultrasonic fluid temperature measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional fluid temperature measuring device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Converter 2 Transmission part 3 Reception part 4 Time measurement part 5a Memory | storage part 5b Temperature measurement part 6 Calculation part 7 Switch 8 Control part 9 Conduit 10a Ultrasonic transmitter / receiver 10b Ultrasonic transmitter / receiver 11 Temperature sensor 12 Temperature sensor 13 Temperature sensor 14 Temperature measurement part 15 Temperature sensor 16 Control part

Claims (5)

導管を通過する流体の温度を測定する温度測定装置であって、前記導管の外周部に配設される1対の超音波送受信器及び温度センサと、
前記温度センサから出力される信号に基づいて前記導管の温度を測定するとともに、前記導管内を伝播する超音波の伝播時間と音速、前記流体内を伝播する超音波の伝播時間と音速を演算する演算部とを備え、
前記1対の超音波送受信器間で双方向に超音波を伝播させるとともに、互いに受信させ、前記演算部が、受信された上流方向への伝搬時間と下流方向への伝搬時間との相加平均から総伝搬時間を算出し、かつ測定した導管の温度から特定される音速に基づいて総伝搬時間から流体のみの伝搬時間を算出し、該算出した流体のみの伝搬時間から流体の音速を演算することにより当該流体の温度を特定することを特徴とする温度測定装置。
A temperature measuring device for measuring the temperature of a fluid passing through a conduit, a pair of ultrasonic transceivers and a temperature sensor disposed on an outer periphery of the conduit;
The temperature of the conduit is measured based on a signal output from the temperature sensor, and the propagation time and sound velocity of the ultrasonic wave propagating through the conduit and the propagation time and sound velocity of the ultrasonic wave propagating through the fluid are calculated. With an arithmetic unit,
The ultrasonic wave is propagated bidirectionally between the pair of ultrasonic transmitters / receivers and received by each other, and the arithmetic unit calculates an arithmetic average of the received propagation time in the upstream direction and propagation time in the downstream direction. The total propagation time is calculated from the measured temperature of the conduit, and the propagation time of only the fluid is calculated from the total propagation time based on the sound speed specified from the measured conduit temperature, and the sound speed of the fluid is calculated from the calculated propagation time of only the fluid. The temperature measuring device characterized by specifying the temperature of the fluid.
前記温度センサは、導管内に埋設されることを特徴とする請求項1に記載の温度測定装置。  The temperature measuring device according to claim 1, wherein the temperature sensor is embedded in a conduit. 前記温度センサは、前記導管内に複数個埋設されることを特徴とする請求項1または2に記載の温度測定装置。  The temperature measuring device according to claim 1, wherein a plurality of the temperature sensors are embedded in the conduit. 前記温度センサは、前記流体の流れに沿って前記導管に配設されることを特徴とする請求項3に記載の温度測定装置。  The temperature measuring device according to claim 3, wherein the temperature sensor is disposed in the conduit along the flow of the fluid. 前記演算部は、前記複数個の温度センサから出力される信号に基づいて、前記流体の温度を算出することを特徴とする請求項3または4に記載の温度測定装置。  The temperature measuring device according to claim 3 or 4, wherein the calculation unit calculates the temperature of the fluid based on signals output from the plurality of temperature sensors.
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