JP4400260B2 - 流量計測装置 - Google Patents

Description

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。

従来この種の超音波流量計は、図２に示すように、流体の中に配置し超音波を送受信す
る１対の超音波振動子（超音波振動子３、超音波振動子４）と、送信側の超音波振動子を駆動する送信回路１と、被測定流体を伝搬した超音波を受信する受信側の超音波振動子の出力信号から受信判定し送信回路１に出力する受信回路２と、超音波振動子３、４と送受信回路１、２の接続を送受切り替えることによって送受の方向を切り替える切り替え器５と、切り替え器５を制御し送受の方向を交互に切り替え測定開始信号を送信回路１に出力する制御部６と、超音波の送信から受信そして帰還までの繰り返しの回数を計測するカウンタ７と、１回目の超音波の送信開始から繰り返しの回数が所定回数に達するまでの時間を計測するタイマ８と、タイマ８の値から流量を求める演算部９を備えていた（例えば、特許文献１参照）。

次に動作を説明する。まず、制御部６が切り替え器５を制御し超音波を伝搬させる方向を決める。ここでは超音波は超音波振動子３から超音波振動子４に伝搬させる。その後制御部６は測定開始信号を送信回路１に出力する。測定開始信号を受けた送信回路１は超音波振動子３を駆動し、超音波振動子３は超音波を送信する。超音波振動子４は被測定流体を伝搬してきた超音波を受信し受信信号を受信回路２に出力する。受信回路２は受信判定を行い超音波の受信を確認した場合送信回路１に出力を行う。受信回路２の出力を受けた送信回路１は再度超音波振動子３を駆動する。カウンタ７はこの超音波の送信から受信の回数を数え、この回数がカウンタ７の設定値（Ｎ回）に達した場合タイマ８を停止させる。タイマ８は測定開始からの時間を計測しており、この時のタイマ８の値ｔ１は超音波の伝搬時間のＮ倍となる。次に制御部６は超音波を伝搬させる方向を超音波振動子４から超音波振動子３に切り替える。そして前回の測定と同様な動作をさせｔ２を測定する。この値をもとに演算部９は次の計算によって流量を求める。

超音波の伝搬距離をＬ、被測定流体の流れる断面積をＳ、被測定流体の流速をＶ、上流から下流方向への伝搬時間をｔ１、下流から上流方向への伝搬時間をｔ２、超音波振動子の取り付け角度をΘ、カウンタ７の設定値をＮとした場合の流量Ｑを求める計算式を次式に示す。

Ｑ＝Ｓ・Ｖ
＝Ｓ・Ｌ［（１／ｔ１／Ｎ）−（１／ｔ２／Ｎ）］／２ＣＯＳΘ・・・（式１）
また、図２に示すように受信回路２と送信回路１の間に、受信回路２の出力を受け所定の遅延時間経過後に送信回路１へ出力する帰還回路１０を設け、超音波振動子間を反射した後受信側の超音波振動子で受信される反射波と、送信側の超音波振動子から送信され直接受信側の超音波振動子で受信する直接波との受信タイミングを外し測定誤差を小さくしているものもあった。

また、超音振動子の送受信感度は流体、温度、経年変化、設置状態等によって大きく変動し、この変動の吸収を送信出力変更、受信回路の定数変更などによって行っているものもあった。
特開平８−１２８８７５号公報

しかしながら、前記従来の流量計測装置では超音波振動子の接続を間違えるとプラスの流量が流れているにもかかわらずマイナス流量と検出してしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、超音波振動子の接続の方向性を考慮することなく超音波振動子を接続することができるようにすることを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、正の流量を流すように検査モードを設定する検査設定手段と、検査モードにおいて演算部でマイナス流量を検出したとき超音波振動子の逆接続と判断して前記演算部における演算結果の符合を入れ替える補正を行う補正手段とを備えた構成としたものである。

これによって、超音波振動子の接続の方向性を考慮することなく接続できるので、製造時の接続ミス発生の防止策を図る必要がなくなり、工程を簡素化できる。

本発明の流量計測装置によれば、超音波振動子の接続の方向性を気にすることなく接続しても気体の流れ方向の流量を正確に測定することができる。

第１の発明は、超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定する受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅延時間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前記超音波の送信から受信そして帰還までの繰り返し回数を計測するカウンタと、前記繰り返しの回数が所定回数に達する時間を計測するタイマと、前記タイマの値から流量を求める演算部と、正の流量を流すように検査モードを設定する検査設定手段と、検査モードにおいて前記演算部でマイナス流量を検出したとき超音波振動子の逆接続と判断して前記演算部における演算結果の符合を入れ替える補正を行う補正手段とを備えた構成とすることにより、超音波センサを逆接続しても気体の流れ方向の流量を検出することが可能となる。

第２の発明は、検査モードにおいて、超音波振動子の逆接続と判断した場合に、逆接続の状態を記憶する記憶手段を備えた構成とすることにより、電源を落として再投入した場合にも記憶手段の内容により正確な流量を検出することが可能となる。

第３の発明は、検査モードにおいて、超音波振動子の逆接続と判断した場合に、逆接続であることを表示する表示手段を備えた構成とすることにより、超音波振動子の方向を逆接続したことを報知できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の流量計測装置のブロック図である。図１に示すように本発明の流量計測装置は、送信側の超音波周波数の信号を出力する送信回路１と、被測定流体を伝搬した超音波信号を受信し電気信号に変換した信号から受信判定し送信回路１に出力する受信回路２と、超音波の送受信を行う超音波振動子３、４と、送信回路１と受信回路２の接続を送受切り替えることによって送受の方向を切り替える切り替え器５と、切り替え器５を制御し送受の方向を交互に切り替え測定開始信号を送信回路１に出力する制御部６と、測定開始からの受信回路の信号出力を数えるカウンタ７と、カウンタ７の値が所定回数に達するまでの時間を計測するタイマ８と、タイマ８の値から流量を求める演算部９と、検査モードを設定する検査設定手段１１と、検査モードにおいて演算部９でマイナス流量を検出したとき超音波振動子３、４の逆接続として補正を行う補正手段１２を備えている。

また、演算部９でマイナス流量を検出したとき、超音波振動子３、４の逆接続の状態を
記憶する記憶手段１３と、超音波振動子３、４の逆接続の状態を表示する表示手段１４を備えている。

初めに超音波を超音波振動子３から超音波振動子４に伝搬させた場合を説明する。

まず、制御部６が切り替え器５を制御し送信回路１と超音波振動子３とを接続する、同時に受信回路２と超音波振動子４とを接続する。次に制御部６は測定開始信号を送信回路１に出力する。測定開始信号を受けた送信回路１は超音波振動子３を駆動し、超音波振動子３は超音波を送信する。送信された超音波は被測定流体を伝搬し超音波振動子４に伝搬する。超音波振動子４は超音波を受信し受信信号を受信回路２に出力する。受信回路２は受信判定を行い超音波の受信を確認し送信回路１に出力を行う。受信回路２の出力を受けた送信回路１は再度超音波振動子３を駆動する。この超音波の送信から受信の回数をカウンタ７で数え、この回数がカウンタ７の設定値（Ｎ回）に達した場合タイマ８を停止させる。タイマ８は測定開始からの時間を計測しており、この時のタイマの値ｔ１は超音波の伝搬時間のＮ倍となる。次に制御部６は超音波の伝搬させる方向を超音波振動子４から超音波振動子３に切り替える。そして前回の測定と同様な動作をさせｔ２を測定する。この値をもとに演算部９は（式１）によって流量を求める。

しかしながら、超音波振動子３と超音波振動子４を逆接続してしまうと、送信回路１と超音波振動子３が接続しているつもりでも送信回路１と超音波振動子４が接続されており、超音波は超音波振動子４から超音波振動子３に伝搬する。したがって（式１）のｔ１とｔ２が逆となり演算部９で演算を行った結果、流量の符合が逆となってしまう。

しかし、この計測装置自身は実際の流量が正の流量であるか、負の流量であるかを判断できない。そのため検査設定手段１１で検査モードに設定し、検査モード時は必ず正の流量を流すようにする。また流量も例えば１０００Ｌ／ｈとなるように流す。このとき超音波振動子が逆接続されていると演算部９はマイナス１０００Ｌ／ｈを検出する。補正手段１２は検査設定手段１１からの信号が検査モードのとき演算部９の演算結果がマイナス１０００Ｌ／ｈであれば、超音波振動子の逆接続であることを判断し、演算結果の符合を入れ替える補正を行う。

また、補正手段１２は超音波振動子の逆接続を検出すると記憶手段１３に逆接続であることの信号を送り、記憶手段は超音波振動子の逆接続の情報を記憶すると同時に表示手段１４にも超音波振動子の逆接続であることの信号を送り、表示手段１４は超音波振動子の逆接続の表示を行う。

また、補正手段１２は検査設定手段１１からの信号が検査モード以外のときでも記憶手段１３の情報が超音波振動子の逆接続のときは演算部９の演算結果の符合を入れ替える補正処理を行う。例えば電源を落とした場合でも記憶手段には超音波振動子の逆接続の状態は保持されているため、電源を再投入した場合でも補正手段１２は演算部９の演算結果の補正を行う。

したがって、超音波振動子が逆接続されていてもいなくても気体の流れ方向の流量を正確に測定することができる。

以上のように、本発明にかかる流量計測装置は、超音波振動子の接続の方向性を気にすることなく接続しても気体の流れ方向の流量を正確に測定することが可能となるので、１対の超音波振動子を用いて計測を行う種々の計測装置に適用できる。

本発明の実施の形態１の流量計測装置のブロック図 従来の流量計測装置のブロック図

１ 送信回路
２ 受信回路
３ 第１の超音波振動子
４ 第２の超音波振動子
５ 切り替え器
６ 制御部
７ カウンタ
８ タイマ
９ 演算部
１０ 帰還回路
１１ 検査設定手段
１２ 補正手段
１３ 記憶手段
１４ 表示手段

Claims (3)

1. 超音波を送信する第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子を駆動する送信回路と、被測定流体を伝搬した超音波を受信する第２の超音波振動子と、前記第２の超音波振動子の出力信号から受信判定する受信回路と、前記受信回路の出力を受け所定の遅延時間経過後に前記送信回路へ出力する帰還回路と、前記超音波の送信から受信そして帰還までの繰り返し回数を計測するカウンタと、前記繰り返しの回数が所定回数に達する時間を計測するタイマと、前記タイマの値から流量を求める演算部と、正の流量を流すように検査モードを設定する検査設定手段と、検査モードにおいて前記演算部でマイナス流量を検出したとき超音波振動子の逆接続と判断して前記演算部における演算結果の符合を入れ替える補正を行う補正手段とを備えた流量計測装置。
2. 検査モードにおいて、超音波振動子の逆接続と判断した場合に、逆接続の状態を記憶する記憶手段を備えた請求項１記載の流量計測装置。
3. 検査モードにおいて超音波振動子の逆接続と判断した場合に、逆接続であることを表示を行う表示手段を備えた請求項１記載の流量計測装置。

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