JP4082226B2 - 流量計測装置 - Google Patents
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Description
【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。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置は、図5に示すように、流路1に超音波送受信器2と3を流れの方向に斜めに相対して設け、トリガ手段4で送受信器1から流れ方向に超音波を発生し、この超音波を送受信器2で検出すると増幅手段5で信号を増幅し、比較手段6で基準信号と比較し超音波信号が受信されたことを検出し、繰り返し手段7から遅延手段8を介して再度トリガ手段4で送信する。
【0003】
このようにして繰り返し手段7が回数設定手段9で設定された回数だけ上記の動作を繰り返した時までの時間を、計時手段10で計測する。
【0004】
次に切換手段11で送受信器2と3の方向を切り替えて同様の計測を行い、計時手段10で時間を計測する。上記2つの計時手段の値から流量演算手段12で流量を算出していた。
【0005】
特に高精度な流量計測においては、送受信器間の反射波によるノイズを低減させるため送信の都度ディレイ時間を設けて、正規の受信波と反射波の干渉を防止していた。(特許文献1)。
【0006】
【特許文献1】
特開平8−128875号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の流量計測装置ではディレイ発生回路による消費電力が大きく電池で駆動されるガスメータなどでは電池消費量が多くなるという問題があった。
【0008】
本発明は上記課題を解決するもので、消費電力を低減することを目的としている。
【0009】
【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に、流路に設けられ、超音波信号を送受信する1対の超音波送受信器と、計測周期毎に前記超音波送受信器相互の音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段と、前記超音波送受信器間の超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段が算出した流量値の増加に伴って遅延時間を減少させるように遅延時間を調節する遅延調節手段とを具備したもので、例えば、小流量値のときには遅延時間を大きくとって、超音波の反射による影響をなくし、高精度な計測を維持するようにしたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明は、流路に設けられ、超音波信号を送受信する1対の超音波送受信器と、計測周期毎に前記超音波送受信器相互の音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段と、前記超音波送受信器間の超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段が算出した流量値の増加に伴って遅延時間を減少させるように遅延時間を調節する遅延調節手段とを具備したもので、例えば、小流量値のときには遅延時間を大きくとって、超音波の反射による影響をなくし、高精度な計測を維持するようにしたものである。
【0011】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【0012】
(実施例1)
図1は本発明の第1の実施例を示し、従来例と同一のものについては同一番号を付与する。
【0013】
図1において、流路1の一部に超音波送受信器2と3を流れの方向に相対して設け、トリガ手段4で送信信号を送出し、上流側の送受信器1から流れと同一方向に超音波を発生する。
【0014】
この超音波は流れの中を音速で伝搬し、送受信器2で検出されて電気信号に変換され、増幅手段5でその信号を増幅し、比較手段6で基準信号と比較し超音波信号が受信されたことを検出する。
【0015】
この比較信号の変化は繰り返し手段7へ送られて、遅延手段8を介して再度トリガ手段4で送信する。
【0016】
この繰り返し回数は回数設定手段9で設定された回数で終了する。計時手段10は、最初のトリガ信号が送信されたときにタイマをリセットされ、繰り返しが終了したときまでの時間を計測する。
【0017】
上流から下流への超音波の送信を終了すると、切換手段11により送受信の方向が切り換えられる。
【0018】
送受信器3から送受信器2に向けて、すなわち下流から上流に向けて送信が行われ、前述と同様に繰り返して送信が行われその時間が計時される。上流から下流へこの時間と下流から上流への時間差から、流量演算手段12で伝搬時間逆数差などの演算式によって流量が算出される。
【0019】
この流量値が比較的小さい場合には遅延手段8には所定の遅延時間が設定されて送受信器間2と3の反射による影響をなくしている。
【0020】
しかし流量値が大きくて反射波による計測誤差が許される場合には遅延時間を設けず、受信後直ちに送信を繰り返す。
【0021】
遅延手段8の設定は、超音波のくり返し計測を行う場合に送受信器間で反射した信号が真の信号に重畳してノイズになり計測精度が悪化するのを防止するために設けられる。
【0022】
ガスメータのように広い範囲の流量を計測する場合には、低流量では高い精度が求められる。
【0023】
例えば流量50L/hの気体が流れているときの超音波信号の伝搬時間差が50ナノ秒とすると、許容される流量の誤差を読み値の3%以内とすると流量値の許容誤差は1.5L/hになり、許容される伝搬時間の誤差は1.5ナノ秒になる。
【0024】
したがって小さい反射波の影響をも受けないように遅延時間を設定しなければならない。
【0025】
一方6000L/hの気体が流れているときは許容される誤差を読み値の1.5%とすると許容される流量は90L/hであり、許容される伝搬時間の誤差は90ナノ秒になる。
【0026】
90ナノ秒の誤差であれば遅延時間を正確に設ける必要はなく、あるいは遅延時間をなくしても十分な性能を得ることができる。
【0027】
すなわち、流量演算手段12で算出した流量に基づいて遅延調節手段13で遅延時間を設定すると、流量演算手段12の値が小さいときには遅延時間を最適値に調節し、流量演算の値が大きいとき遅延手段の遅延値を小さくあるいはなくすようにする。
【0028】
このようにして流量精度を維持しながら消費電力を低減することができる。また計測時間が短くなることで、過大な流量を早く検出でき、異常時に弁を遮断するなど迅速に対応できる。
【0029】
(実施例2)
図2は本発明の第2の実施例を示すものである。
【0030】
図2は流体の流量が時間的に変動している(脈動)場合の実施例であり、超音波流量計はその瞬時の値をそれぞれ計測し平均流量を算出している。脈動時の計測の場合には、計測値が極めて大きく変動するので反射波の影響は小さくなって、遅延時間を小さくあるいはなくなしても計測精度を維持できる。
【0031】
すなわち図2に示すように流量演算手段12の値に基づいて脈動が所定値以上であるか否かを演算する脈動判別手段14を設ける。
【0032】
脈動判別手段14は流量演算手段12の値のばらつき度合によって判定でき、ばらつきが所定値以上であれば大きな脈動が発生していると判定し、遅延手段8の時間を小さくあるいは動作させないようにする。
【0033】
脈動の判別は脈動変化値そのもの、あるいは平均値に対する脈動変化値の割合で行うことができる。また平均流量が小さいときには脈動変化値で行い、平均流量が大きいときには前記の割合で行うこともできる。
【0034】
このようにして脈動がある場合には消費電力を低減して流量計測を行うことができる。
【0035】
(実施例3)
図3は本発明の第3の実施例を示すものである。
【0036】
図3は、送受信器2、3の受信検出状態を調節する受信調節手段15を動作させたときの実施例である。
【0037】
送受信器2、3の増幅手段5の増幅度を換える可変利得手段5Aにより比較手段6に入力する信号レベルをほぼ同じ大きさにするものである。
【0038】
音波の送受信器2、3の信号は製造時のばらつきや経時変化あるいは気体の密度などによって変化する。この信号を安定して精度よく検出するには比較手段6の入力信号を一定の大きさにすることが必要である。
【0039】
具体的な手段としては信号のピーク値をある範囲にすることで達成される。
【0040】
比較手段6とは別のピーク比較手段6Aを設け、このピーク比較手段6Aが動作する大きさまで可変利得手段5Aで信号の増幅度を変化させる。ピーク値をある一定の範囲内に制御したり、あるいはピーク値の確認のためには、しばしば受信調節手段15を作動させる必要がある。
【0041】
波形整形手段16から信号が送出されると送受信器2、3との間で送受信が行われ、ピーク比較手段6Aのピーク値の検出が行われ、所定値以外であれば可変利得手段5Aの値を変えて再度送信される。
【0042】
このとき多少の反射波があってもピーク値検出には影響を及ぼさないので、遅延手段8は遅延時間を小さくまたはゼロに設定される。このようにして受信信号を調節している際には消費電力を低減できる。
【0043】
(実施例4)
図4は本発明の第4の実施例を示すものであり、送受信器2、3の信号の比較手段6(例えばコンパレータ)の比較基準電圧を変更するレベル設定手段6Bを設け、受信波形の形状の変化に対応して比較手段6の基準電圧を調節する。
【0044】
流量値をゼロにしておいて、波形調節手段16から信号が送出されると送受信器2、3との間で送受信が行われ、流量を計測する。
【0045】
この流量値が適切でない場合にはレベル設定手段6Bで比較手段6の基準電圧を変化させ、再度流量を計測し正常な値になるまで繰り返す。
【0046】
いくつかの基準電圧で正常な流量値が存在するので、その中心となる基準電圧となるようにレベル設定手段6Bで設定する。
【0047】
このとき多少の反射波があってもレベル設定に影響を及ぼさないので、波形調節手段16の信号により、遅延手段8は遅延時間を小さくまたはゼロに設定される。
【0048】
このようにして信号の比較基準電圧を調整している間、消費電力を低減できる。
【0049】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、流量演算手段の値によって遅延時間を調節したので、消費電力を抑制しながら正確な流量計測ができ、特に、流量が少ない状態での超音波の反射による影響をなくし、高精度な計測を維持できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図2】 本発明の第2の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図3】 本発明の第3の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図4】 本発明の第4の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図5】 従来の流量計測装置の制御ブロック図
【符号の説明】
1 流路
2、3 送受信器
7 繰り返し手段
8 遅延手段
12 流量演算手段
13 遅延調節手段
15 検出調節手段
Claims (2)
- 流路に設けられ、超音波信号を送受信する1対の超音波送受信器と、計測周期毎に前記超音波送受信器相互の音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段と、前記超音波送受信器間の超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段が算出した流量値の増加に伴って遅延時間を減少させるように遅延時間を調節する遅延調節手段とを具備した流量計測装置。
- 流路に設けられ、超音波信号を送受信する1対の超音波送受信器と、計測周期毎に前記超音波送受信器相互の音波伝搬を複数回行う繰り返し手段と、繰り返し毎に遅延時間を発生する遅延手段と、前記超音波送受信器間の超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流量演算手段と、前記流量演算手段が算出した流量値が所定値以下のときにのみ遅延時間を発生させるように遅延時間を調節する遅延調節手段とを具備した流量計測装置。
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