JP5608884B2 - Ultrasonic flow meter and fluid supply system - Google Patents

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本発明は、超音波の伝搬時間差により流体の流量を測定する超音波流量計、それを用いた流体供給システムに関するものである。 The present invention is an ultrasonic flowmeter for measuring a flow rate of a fluid by the propagation time difference of the ultrasonic wave, in which relates to a fluid supply system using the same.

従来、超音波を利用して液体の体積流量を測定する超音波流量計が提案されている(例えば、特許文献1参照)。図14に示されるように、特許文献1の超音波流量計60では、流体Wを流す配管61の上流側及び下流側において対向するよう一対の超音波振動子62,63が配置される。そして、一方の超音波振動子から発せられた超音波が流体W中を伝搬して他方の超音波振動子に至るまでの伝搬時間を測定する。具体的には、流体Wの流れの正逆方向に超音波を伝搬させ、その正方向の伝搬時間と逆方向の伝搬時間とを測定する。ここで、各超音波振動子62,63間の超音波の伝搬距離L、流体W中の音速C、流体Wの流速Vとすると、正方向の伝搬時間Tdと逆方向の伝搬時間Tuとは、それぞれ以下の式(1),(2)で表される。

Figure 0005608884
Figure 0005608884
2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic flowmeter that measures the volume flow rate of a liquid using ultrasonic waves has been proposed (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 14, in the ultrasonic flowmeter 60 of Patent Document 1, a pair of ultrasonic transducers 62 and 63 are disposed so as to face each other on the upstream side and the downstream side of the pipe 61 through which the fluid W flows. And the propagation time until the ultrasonic wave emitted from one ultrasonic transducer propagates in the fluid W and reaches the other ultrasonic transducer is measured. Specifically, ultrasonic waves are propagated in the forward and reverse directions of the flow of the fluid W, and the propagation time in the forward direction and the propagation time in the reverse direction are measured. Here, assuming that the ultrasonic wave propagation distance L between the ultrasonic transducers 62 and 63, the speed of sound C in the fluid W, and the flow velocity V of the fluid W, the forward propagation time Td and the reverse propagation time Tu are: Are represented by the following equations (1) and (2), respectively.
Figure 0005608884
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すなわち、流体Wの流速Vが速くなると、正方向に伝搬される超音波Sの伝搬時間Tdは短くなり、逆方向に伝搬される超音波Sの伝搬時間Tuは長くなる(図15参照)。そして、それら超音波Sの伝搬時間差ΔTは、次式(3)のように表される。

Figure 0005608884
That is, when the flow velocity V of the fluid W is increased, the propagation time Td of the ultrasonic S 0 propagated in the forward direction is shortened, the propagation time Tu of ultrasonic S 0 propagated in the opposite direction becomes longer (see FIG. 15 ). And the propagation time difference ΔT of the ultrasonic waves S 0 is expressed as the following equation (3).
Figure 0005608884

ここで、流体Wの流速Vは音速Cと比較すると無視できる程度の速さである。そのため、上記の式(3)は次式(4)のように表すことができる。

Figure 0005608884
Here, the flow velocity V of the fluid W is negligible compared with the sound velocity C. Therefore, the above equation (3) can be expressed as the following equation (4).
Figure 0005608884

従って、流速Vは、次式(5)により求めることができる。

Figure 0005608884
Therefore, the flow velocity V can be obtained by the following equation (5).
Figure 0005608884

さらに、この流速Vに配管61の断面積Aを乗算することで流体Wの体積流量Q(=V×A)が求められる。   Further, the volume flow rate Q (= V × A) of the fluid W is obtained by multiplying the flow velocity V by the cross-sectional area A of the pipe 61.

上記従来の超音波流量計において、測定用流体の温度や濃度が変化すると、その変化に伴って流体の動粘度が変化するため、流量Qの計測誤差が生じてしまう。この対策として、温度変化に対応した動粘度に基づいて流量の補正を行う技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   In the conventional ultrasonic flowmeter, when the temperature or concentration of the measurement fluid changes, the kinematic viscosity of the fluid changes with the change, and thus a measurement error of the flow rate Q occurs. As a countermeasure, a technique for correcting the flow rate based on the kinematic viscosity corresponding to the temperature change has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特許文献2に開示されている補正方法では、超音波流量計により流速及び音速を計測し、音速をパラメータとした温度テーブルを使用して流体の温度を求める。そして、温度をパラメータとした動粘度テーブルを使用して動粘度を求め、その動粘度に応じた比率で流量を補正している。   In the correction method disclosed in Patent Document 2, the flow velocity and the sound velocity are measured by an ultrasonic flowmeter, and the temperature of the fluid is obtained using a temperature table using the sound velocity as a parameter. And kinematic viscosity is calculated | required using the kinematic viscosity table which made temperature the parameter, and the flow volume is correct | amended by the ratio according to the kinematic viscosity.

特開2002−162269号公報JP 2002-162269 A 特開2007−51913号公報JP 2007-51913 A

ところが、上述した特許文献1の補正方法では、予め決められた測定用流体とは異なる種類の流体を測定する場合、使用されるテーブルデータがその測定用流体に対応していないため、誤った補正を行ってしまい計測誤差が大きくなってしまう。また、流体の種類によっては、音速と温度との関係に極大点P1を持つ場合がある(図16参照)。この場合には、測定した音速から温度が一意に求まらないため、測定可能な温度範囲が制限されるといった問題も生じてしまう。   However, in the correction method of Patent Document 1 described above, when measuring a fluid of a type different from a predetermined measurement fluid, the table data used does not correspond to the measurement fluid, and thus an incorrect correction is made. Measurement error will increase. Further, depending on the type of fluid, there may be a maximum point P1 in the relationship between the speed of sound and temperature (see FIG. 16). In this case, since the temperature cannot be uniquely obtained from the measured sound speed, there is a problem that the measurable temperature range is limited.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体の種類を特定してその流体の種類に応じた的確な流量補正を行うことができる超音波流量計を提供することにある。さらに、別の目的は、前記超音波流量計を用いることにより、複数種類の流体の流量を低コストで正確に測定することができる流体供給システムを提供することにある。また、別の目的は、前記超音波流量計を用いることにより、流体の濃度及び流量を低コストで正確に調整することができる流体供給システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic flowmeter capable of specifying the type of fluid and performing accurate flow rate correction according to the type of fluid. It is in . Et al is another object, said by using an ultrasonic flowmeter, it is to provide a fluid supply system that can accurately measure the flow rate of plural kinds of fluids at a low cost. Another object is to provide a fluid supply system that can accurately adjust the concentration and flow rate of a fluid at low cost by using the ultrasonic flowmeter.

上記課題を解決するために、手段1に記載の発明は、流体を流す流路を構成する管路に設けられ、前記管路内において前記流体の流れの正逆方向に超音波を伝搬させてその正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波とを受信してそれらの伝搬時間差を検出するための第1センサ部と、前記管路に設けられ、前記管路を流れる流体に超音波を伝搬させ、前記管路の内壁面で反射した超音波を受信してその信号強度と伝搬時間とを検出するための第2センサ部と、前記第1センサ部で検出した超音波の伝搬時間差に基づいて、前記流路を流れる流体の流量を算出する流量算出手段と、前記第1センサ部または前記第2センサ部で検出した超音波の伝搬時間とその超音波の伝搬距離とに基づいて、前記流体の音速を求める音速算出手段と、前記第2センサ部で検出した反射波の信号強度と前記管路を構成する材質の音響インピーダンスとに基づいて、前記流体の音響インピーダンスを求める音響インピーダンス算出手段と、前記音響インピーダンス算出手段が求めた前記流体の音響インピーダンスと前記音速とに基づいて、前記流体の密度を算出する密度算出手段と、複数種類の流体における音速、密度及び動粘度係数の三者間の関係を前記複数種類の流体ごとに規定した流量補正用データを記憶する記憶手段と、前記データと、前記音響パラメータ算出手段が算出した前記流体の音速及び前記密度算出手段が算出した前記流体の密度とに基づいて、前記管路を流れる流体の種類を特定する流体特定手段と、記流量算出手段が算出した前記流体の流量を、前記流体特定手段が特定した前記流体の種類に応じた動粘度係数を使用して補正する流量補正手段とを備えたことを特徴とする超音波流量計をその要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in the means 1 is provided in a pipe line constituting a flow path for flowing fluid, and propagates ultrasonic waves in the forward and reverse directions of the fluid flow in the pipe line. A first sensor unit for receiving the ultrasonic wave propagating in the forward direction and the ultrasonic wave propagating in the reverse direction and detecting the propagation time difference between the ultrasonic wave and the fluid flowing in the pipe line A second sensor unit for propagating the ultrasonic wave, receiving the ultrasonic wave reflected by the inner wall surface of the pipe and detecting its signal intensity and propagation time; and the ultrasonic wave detected by the first sensor unit Based on the propagation time difference, the flow rate calculation means for calculating the flow rate of the fluid flowing through the flow path, the propagation time of the ultrasonic wave detected by the first sensor unit or the second sensor unit, and the propagation distance of the ultrasonic wave based on the sound velocity calculation means for calculating the sound speed of the fluid, Based serial signal strength of the reflected wave detected by the second sensor unit and to the acoustic impedance of the material constituting the conduit, and the acoustic impedance calculating means for calculating the acoustic impedance of the fluid, the acoustic impedance calculating means is determined The density calculation means for calculating the density of the fluid based on the acoustic impedance of the fluid and the speed of sound, and the relationship among the three types of sound speed, density, and kinematic viscosity coefficient in the plurality of types of fluid for each of the plurality of types of fluid. Based on the storage means for storing the flow rate correction data defined in the above, the data, the sound velocity of the fluid calculated by the acoustic parameter calculation means, and the density of the fluid calculated by the density calculation means. a fluid specifying means for specifying the type of fluid flowing through the flow rate of said fluid before Symbol flow rate calculation unit has calculated, the fluid specifying means Laid An ultrasonic flow meter for the flow rate correction means for correcting using kinematic viscosity coefficient corresponding to the type of the fluid and further comprising a as its gist.

従って、手段1に記載の発明によると、流量算出手段により、第1センサ部で検出した超音波の伝搬時間差に基づいて、流路を流れる流体の流量が算出される。ここで、流路に複数種類の流体が流れる場合、その流体の種類に応じて流れの特性が異なる。この場合、流量算出手段が算出した流体の流量は、流体の種類に応じた計測誤差を含む測定値となる。このため、本発明では、音響パラメータ算出手段により、第2センサ部で検出した反射波の信号強度と管路を構成する材質の音響インピーダンスとに基づいて、流体の音響パラメータが求められる。また、記憶手段には、複数種類の流体の音響パラメータに関するデータが記憶されている。そして、記憶手段のデータと音響パラメータ算出手段が算出した音響パラメータとに基づいて、流体特定手段により、管路を流れる流体の種類が特定される。さらに、流量補正手段により、その流体の種類に応じて流体の流量が補正される。このようにすると、管路を流れる流体の種類が変更された場合でも、その流体の種類に応じた的確な流量を求めることができる。   Therefore, according to the invention described in means 1, the flow rate of the fluid flowing through the flow path is calculated by the flow rate calculation means based on the propagation time difference of the ultrasonic wave detected by the first sensor unit. Here, when a plurality of types of fluid flows through the flow path, the flow characteristics differ depending on the type of the fluid. In this case, the flow rate of the fluid calculated by the flow rate calculation means is a measurement value including a measurement error corresponding to the type of fluid. Therefore, in the present invention, the acoustic parameter calculation means obtains the acoustic parameter of the fluid based on the signal intensity of the reflected wave detected by the second sensor unit and the acoustic impedance of the material constituting the pipe. Further, the storage means stores data relating to acoustic parameters of a plurality of types of fluids. Then, based on the data in the storage means and the acoustic parameters calculated by the acoustic parameter calculation means, the type of fluid flowing through the pipe is specified by the fluid specifying means. Further, the flow rate of the fluid is corrected by the flow rate correction means according to the type of the fluid. In this way, even when the type of fluid flowing through the pipeline is changed, an accurate flow rate according to the type of fluid can be obtained.

手段に記載の発明は、手段1に記載の超音波流量計と、複数種類の流体がそれぞれ供給される複数本の流体供給用管路と、前記超音波流量計が設けられる流体出力用管路と、前記複数本の流体供給用管路と流体出力用管路とが接続され、前記各流体供給用管路から供給される複数種類の流体のうちのいずれか1つの流体を前記流体出力用管路に供給する切り替え手段とを備え、前記超音波流量計は、前記切り替え手段を介して前記流体出力用管路内に選択的に供給される流体の種類を特定し、特定した種類に応じて流体の流量を補正することを特徴とする流体供給システムをその要旨とする。 The invention described in the means 2 includes the ultrasonic flowmeter according to the means 1, a plurality of fluid supply pipes to which a plurality of types of fluids are respectively supplied, and a fluid output pipe provided with the ultrasonic flowmeter. A fluid path, a plurality of fluid supply conduits and a fluid output conduit are connected, and any one of a plurality of types of fluids supplied from the fluid supply conduits is supplied to the fluid output Switching means for supplying to the pipeline, and the ultrasonic flowmeter specifies the type of fluid that is selectively supplied into the fluid output pipeline via the switching means, and determines the specified type. The gist of the fluid supply system is to correct the flow rate of the fluid accordingly.

従って、手段に記載の発明によると、切り替え手段には複数本の流体供給用管路と流体出力用管路とが接続されており、その切り替え手段により、各流体供給用管路から供給される複数種類の流体のうちのいずれか1つの流体が流体出力用管路に供給される。そして、流体出力用管路に設けられている超音波流量計によって、流体出力用管路内に供給される流体の種類が特定され、その種類に応じて流体の流量が補正される。このように構成すると、複数本の流体供給用管路毎に流量計を設けなくても、1つの超音波流量計によって複数種類の流体の流量を正確に測定することができ、システムの部品コストを低減することが可能となる。 Therefore, according to the invention described in the means 2 , a plurality of fluid supply pipes and fluid output pipes are connected to the switching means, and are supplied from each fluid supply pipe by the switching means. Any one of a plurality of types of fluids is supplied to the fluid output conduit. The type of fluid supplied into the fluid output conduit is specified by the ultrasonic flowmeter provided in the fluid output conduit, and the fluid flow rate is corrected according to the type. With this configuration, it is possible to accurately measure the flow rates of a plurality of types of fluids with a single ultrasonic flow meter without providing a flow meter for each of a plurality of fluid supply pipelines. Can be reduced.

手段に記載の発明は、手段の超音波流量計と、前記超音波流量計が設けられる流体供給用管路と、前記管路に供給する流体の濃度を調整する濃度調整手段と、前記管路に供給する流体の流量を調整する流量調整手段と、前記濃度調整手段及び前記流量調整手段を制御する制御手段とを備え、前記超音波流量計は、前記管路を流れる流体の濃度を求めるとともに、その流体の流量を求め、その濃度及び流量を前記制御手段に出力することを特徴とする流体供給システムをその要旨とする。 The invention described in means 3 includes the ultrasonic flowmeter of means 1 , a fluid supply pipe provided with the ultrasonic flowmeter, a concentration adjusting means for adjusting the concentration of fluid supplied to the pipe, A flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of the fluid supplied to the pipe line; and a control means for controlling the concentration adjusting means and the flow rate adjusting means. A gist of the fluid supply system is to obtain the flow rate of the fluid and output the concentration and flow rate to the control means.

従って、手段に記載の発明によると、超音波流量計により、流体供給用管路を流れる流体の濃度が求められるとともに、流体の流量が求められ、その濃度及び流量が制御手段に出力される。そして、超音波流量計で計測された濃度及び流量に基づいて、制御手段により、濃度調整手段及び流量調整手段が制御される。このようにすると、流量計と濃度計とを別々に設けなくても、的確な濃度及び流量の流体を流体供給用管路に流すことができ、システムの部品コストを低減することが可能となる。 Therefore, according to the invention described in the means 3 , the concentration of the fluid flowing through the fluid supply pipe line is obtained by the ultrasonic flowmeter, the flow rate of the fluid is obtained, and the concentration and the flow rate are output to the control means. . And based on the density | concentration and flow volume which were measured with the ultrasonic flowmeter, a density | concentration adjustment means and a flow volume adjustment means are controlled by a control means. In this way, even if a flow meter and a densitometer are not provided separately, a fluid having an appropriate concentration and flow rate can be flowed to the fluid supply conduit, and the cost of system components can be reduced. .

以上詳述したように、請求項に記載の発明によると、流体の種類を特定してその流体の種類に応じた的確な流量補正を行うことができる超音波流量計を提供することができる。さらに、請求項に記載の発明によると、前記超音波流量計を用いることにより、複数種類の流体の流量を低コストで正確に測定することができる流体供給システムを提供することができる。また、請求項に記載の発明によると、前記超音波流量計を用いることにより、流体の濃度及び流量を低コストで正確に調整することができる流体供給システムを提供することができる。 As described above in detail, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide an ultrasonic flowmeter capable of specifying the type of fluid and performing accurate flow rate correction according to the type of fluid. . A is found, according to the invention described in claim 2, wherein by using an ultrasonic flowmeter, it is possible to provide a fluid supply system which can accurately measure the flow rate of a plurality of types of fluids at low cost . In addition, according to the invention described in claim 3 , by using the ultrasonic flowmeter, it is possible to provide a fluid supply system capable of accurately adjusting the concentration and flow rate of the fluid at low cost.

第1の実施の形態の流体供給システムを示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the fluid supply system of 1st Embodiment. 第1の実施の形態における第2センサ部の概略構成を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of the 2nd sensor part in 1st Embodiment. 超音波流量計の電気的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the electrical constitution of an ultrasonic flowmeter. 各反射波の受信時刻及び伝搬時間を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the reception time and propagation time of each reflected wave. 波形信号の相関関数を示す説明図。Explanatory drawing which shows the correlation function of a waveform signal. 流体の密度を算出するための処理例を示すフローチャート。The flowchart which shows the process example for calculating the density of a fluid. 流体の流量を算出するための処理例を示すフローチャート。The flowchart which shows the process example for calculating the flow volume of a fluid. 第2の実施の形態の流体供給システムを示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the fluid supply system of 2nd Embodiment. エタノール水溶液濃度と各パラメータとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between ethanol aqueous solution density | concentration and each parameter. 第3の実施の形態における第2センサ部の概略構成を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of the 2nd sensor part in 3rd Embodiment. 第4の実施の形態における第2センサ部の概略構成を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of the 2nd sensor part in 4th Embodiment. 別の実施の形態における第2センサ部の概略構成を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of the 2nd sensor part in another embodiment. 別の実施の形態における第1センサ部の概略構成を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of the 1st sensor part in another embodiment. 従来の超音波流量計を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the conventional ultrasonic flowmeter. 超音波の伝搬時間及び伝搬時間差を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the propagation time and propagation time difference of an ultrasonic wave. 音速と温度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between sound speed and temperature.

[第1の実施の形態]
以下、本発明を流体供給システムに具体化した第1の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、本実施の形態の流体供給システムは、例えば、半導体製造ラインにおいて、シリコン基板(ウェハ)の各種表面処理を行うための複数種類の薬液(例えば、半導体洗浄用薬液)を供給するシステムとして用いられる。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in a fluid supply system will be described in detail with reference to the drawings. The fluid supply system according to the present embodiment is used, for example, as a system for supplying a plurality of types of chemical solutions (for example, chemical solutions for semiconductor cleaning) for performing various surface treatments of a silicon substrate (wafer) in a semiconductor production line. It is done.

図1に示されるように、流体供給システム1は、超音波流量計2と、複数種類の薬液W1〜W4(流体)がそれぞれ供給される複数本の流体供給用管路3〜6と、超音波流量計2が設けられる流体出力用管路7と、流体供給用管路3〜6と流体供給用管路7とが接続される流路切り替え装置8とを備える。   As shown in FIG. 1, the fluid supply system 1 includes an ultrasonic flow meter 2, a plurality of fluid supply pipes 3 to 6 to which a plurality of types of chemical liquids W <b> 1 to W <b> 4 (fluid) are respectively supplied, A fluid output conduit 7 provided with the sonic flow meter 2 and a flow path switching device 8 to which the fluid supply conduits 3 to 6 and the fluid supply conduit 7 are connected are provided.

流路切り替え装置8は、切り替えバルブ9(切り替え手段)と、その切り替えバルブ9を駆動制御するコントローラ10とを備え、コントローラ10によって切り替えバルブ9を動作させることで、各流体供給用管路3〜6から供給される複数種類の流体W1〜W4のうちのいずれか1つの流体Wを流体出力用管路7に供給するよう構成されている。なお、本実施の形態の流体供給システム1では、各流体W1〜W4は、一定の温度(例えば、20℃)となるよう温度調節された状態で供給される。   The flow path switching device 8 includes a switching valve 9 (switching means) and a controller 10 that drives and controls the switching valve 9, and the controller 10 operates the switching valve 9 so that each of the fluid supply pipes 3 to 3 is operated. 6, any one of the plurality of types of fluids W <b> 1 to W <b> 4 supplied from the fluid 6 is supplied to the fluid output conduit 7. In the fluid supply system 1 of the present embodiment, each of the fluids W1 to W4 is supplied in a state where the temperature is adjusted to be a constant temperature (for example, 20 ° C.).

超音波流量計2は、超音波伝搬時間差方式で流体W(W1〜W4)の体積流量を測定するための第1センサ部11と、流体Wの音響インイーダンスや密度などを測定するための第2センサ部12とを備え、流体出力用管路7の途中に設けられている。   The ultrasonic flowmeter 2 is a first sensor unit 11 for measuring the volume flow rate of the fluid W (W1 to W4) by the ultrasonic propagation time difference method, and for measuring the acoustic impedance, density, etc. of the fluid W. The second sensor unit 12 is provided and provided in the middle of the fluid output conduit 7.

以下、超音波流量計2の具体的な構成について詳述する。
図1に示されるように、超音波流量計2の第1センサ部11は、略コ字状に屈曲形成された配管14と、その配管14の2つのコーナー部14a,14bにそれぞれ固定され配管14の直管部14cを介して対向するよう配置される一対の第1超音波振動子15,16とを備える。第1センサ部11の配管14は、耐薬品性に優れるフッ素樹脂(例えばテフロン(登録商標))を用いて形成されており、直管部14cの長さは10cm程度である。また、この配管14内に形成される流路の断面形状は円形であり、その口径は10mm程度である。このように、流路の断面形状を円形とすることにより、その流路内において、流体Wの乱流が防止され、流体Wがスムーズに流れるようになっている。
Hereinafter, a specific configuration of the ultrasonic flowmeter 2 will be described in detail.
As shown in FIG. 1, the first sensor unit 11 of the ultrasonic flowmeter 2 is fixed to a pipe 14 bent in a substantially U shape and two corner parts 14 a and 14 b of the pipe 14. And a pair of first ultrasonic transducers 15 and 16 arranged to face each other via 14 straight pipe portions 14c. The pipe 14 of the first sensor unit 11 is formed using a fluororesin (for example, Teflon (registered trademark)) having excellent chemical resistance, and the length of the straight pipe portion 14c is about 10 cm. Moreover, the cross-sectional shape of the flow path formed in this piping 14 is circular, and the aperture is about 10 mm. Thus, by making the cross-sectional shape of a flow path circular, the turbulent flow of the fluid W is prevented in the flow path, and the fluid W flows smoothly.

また、図2に示されるように、第2センサ部12は、第1センサ部11の下流側に接続される配管17と、その配管17における上流側及び下流側の外壁面に配置される一対の第2超音波振動子18,19とを備える。第2センサ部12の配管17も、耐薬品性に優れるフッ素樹脂(例えばテフロン(登録商標))を用いて形成されている。この配管17内に形成される流路の断面形状は四角形であり、各第2超音波振動子18,19から発せられた超音波Sは、流体Wの流れる方向と平行な一対の内壁面17a,17bに対して垂直に交わる角度で入射するようになっている。この配管17では、一対の第2超音波振動子18,19が設けられる上流側と下流側とで内壁面17a,17bの間隔を異ならせている。具体的には、上流側の内壁面17a,17bの間隔dは下流側の内壁面17a,17bの間隔dの2倍の間隔となっている。また、一対の第2超音波振動子18,19が設けられている配管17の側壁の厚さは、上流側と下流側とで等しくなっている。 As shown in FIG. 2, the second sensor unit 12 includes a pipe 17 connected to the downstream side of the first sensor unit 11 and a pair arranged on the outer wall surfaces on the upstream side and the downstream side of the pipe 17. Second ultrasonic transducers 18 and 19. The piping 17 of the second sensor unit 12 is also formed using a fluorine resin (for example, Teflon (registered trademark)) having excellent chemical resistance. The cross-sectional shape of the flow path formed in the pipe 17 is a quadrangle, and the ultrasonic wave S 0 emitted from each of the second ultrasonic transducers 18 and 19 is a pair of inner wall surfaces parallel to the direction in which the fluid W flows. It is made incident at an angle perpendicular to 17a and 17b. In the pipe 17, the interval between the inner wall surfaces 17 a and 17 b is different between the upstream side and the downstream side where the pair of second ultrasonic transducers 18 and 19 are provided. Specifically, the upstream side of the inner wall surface 17a, distance d 1 and 17b has a inner wall surface 17a, 17b 2 times the distance of the spacing d 2 of the downstream side. Moreover, the thickness of the side wall of the pipe 17 provided with the pair of second ultrasonic transducers 18 and 19 is equal on the upstream side and the downstream side.

超音波流量計2において、第1センサ部11の各第1超音波振動子15,16及び第2センサ部12の各第2超音波振動子18,19には、制御装置20が電気的に接続されている。   In the ultrasonic flowmeter 2, the control device 20 is electrically connected to the first ultrasonic transducers 15 and 16 of the first sensor unit 11 and the second ultrasonic transducers 18 and 19 of the second sensor unit 12. It is connected.

図3は、超音波流量計2の電気的構成を示すブロック図である。図3に示されるように、制御装置20は、CPU21、第1信号処理回路22、第2信号処理回路23、メモリ24、入力装置25、表示装置26、データ出力回路27を備える。   FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the ultrasonic flowmeter 2. As shown in FIG. 3, the control device 20 includes a CPU 21, a first signal processing circuit 22, a second signal processing circuit 23, a memory 24, an input device 25, a display device 26, and a data output circuit 27.

第1信号処理回路22は、切り替え回路31、パルス発生回路32、受信回路33、検波回路34、及びA/D変換回路35を備える。   The first signal processing circuit 22 includes a switching circuit 31, a pulse generation circuit 32, a reception circuit 33, a detection circuit 34, and an A / D conversion circuit 35.

切り替え回路31は、一対の第1超音波振動子15,16のうちの上流側の第1超音波振動子15をパルス発生回路32に接続するとともに下流側の第1超音波振動子16を受信回路33に接続する第1の接続位置と、下流側の第1超音波振動子16をパルス発生回路32に接続するとともに上流側の第1超音波振動子15を受信回路33に接続する第2の接続位置とを切り替え可能に構成されている。この切り替え回路31における接続位置は、CPU21から出力される切り替え信号によって制御される。   The switching circuit 31 connects the first ultrasonic transducer 15 on the upstream side of the pair of first ultrasonic transducers 15 and 16 to the pulse generation circuit 32 and receives the first ultrasonic transducer 16 on the downstream side. A first connection position to be connected to the circuit 33 and a second connection for connecting the downstream first ultrasonic transducer 16 to the pulse generation circuit 32 and connecting the upstream first ultrasonic transducer 15 to the reception circuit 33. The connection position can be switched. The connection position in the switching circuit 31 is controlled by a switching signal output from the CPU 21.

パルス発生回路32は、CPU21からの制御信号に応答して動作し、第1超音波振動子15,16を駆動するための駆動パルスを出力する。この駆動パルスが切り替え回路31を介して各第1超音波振動子15,16に供給される。ここで例えば、切り替え回路31が第1の接続位置に切り替えられた場合、上流側の第1超音波振動子15に駆動パルスが供給され、その第1超音波振動子15が振動することにより、所定周波数(具体的には、1MHzの周波数)の超音波が出力される。そして、その超音波は、配管14の流体W中をその流体Wの流れの正方向に伝搬して下流側の第1超音波振動子16で受信される。また逆に、切り替え回路31が第2の接続位置に切り替えられた場合には、下流側の第1超音波振動子16に駆動パルスが供給され、その第1超音波振動子16が振動することにより、所定周波数(具体的には、1MHzの周波数)の超音波が出力される。そして、その超音波は、配管14の流体W中をその流体Wの流れの逆方向に伝搬して上流側の第1超音波振動子15で受信される。   The pulse generation circuit 32 operates in response to a control signal from the CPU 21 and outputs a driving pulse for driving the first ultrasonic transducers 15 and 16. This drive pulse is supplied to the first ultrasonic transducers 15 and 16 via the switching circuit 31. Here, for example, when the switching circuit 31 is switched to the first connection position, a drive pulse is supplied to the first ultrasonic transducer 15 on the upstream side, and the first ultrasonic transducer 15 vibrates. An ultrasonic wave having a predetermined frequency (specifically, a frequency of 1 MHz) is output. The ultrasonic wave propagates in the fluid W of the pipe 14 in the positive direction of the flow of the fluid W and is received by the first ultrasonic transducer 16 on the downstream side. Conversely, when the switching circuit 31 is switched to the second connection position, a drive pulse is supplied to the first ultrasonic transducer 16 on the downstream side, and the first ultrasonic transducer 16 vibrates. Thus, an ultrasonic wave having a predetermined frequency (specifically, a frequency of 1 MHz) is output. The ultrasonic wave propagates in the fluid W of the pipe 14 in the direction opposite to the flow of the fluid W, and is received by the first ultrasonic transducer 15 on the upstream side.

受信回路33は、図示しない信号増幅回路を含み、各第1超音波振動子15,16で受信された超音波信号を増幅した後、検波回路34に出力する。検波回路34は、図示しないゲート回路を含み、受信信号の中から1パルス分の超音波信号を抽出してA/D変換回路35に出力する。A/D変換回路35では、アナログ信号である超音波信号をデジタル信号にA/D変換する。CPU21は、このA/D変換後の超音波信号を取り込み、メモリ24に一旦記憶する。   The reception circuit 33 includes a signal amplification circuit (not shown), amplifies the ultrasonic signal received by each of the first ultrasonic transducers 15 and 16, and then outputs the amplified signal to the detection circuit 34. The detection circuit 34 includes a gate circuit (not shown), extracts an ultrasonic signal for one pulse from the received signal, and outputs it to the A / D conversion circuit 35. The A / D conversion circuit 35 A / D converts an ultrasonic signal that is an analog signal into a digital signal. The CPU 21 takes in the ultrasonic signal after this A / D conversion and temporarily stores it in the memory 24.

第2信号処理回路23は、切り替え回路41、パルス発生回路42、受信回路43、検波回路44、A/D変換回路45、及びタイマ46を備える。   The second signal processing circuit 23 includes a switching circuit 41, a pulse generation circuit 42, a reception circuit 43, a detection circuit 44, an A / D conversion circuit 45, and a timer 46.

切り替え回路41は、第1スイッチ部41aと第2スイッチ部41bとを備え、第1スイッチ部41aでは、上流側の第2超音波振動子18と下流側の第2超音波振動子19とのいずれか一方に接続位置を切り替え、第2スイッチ部41bでは、パルス発生回路42と受信回路43とのいずれか一方に接続位置を切り替える。この切り替え回路41における接続位置も、CPU21から出力される切り替え信号によって制御される。   The switching circuit 41 includes a first switch unit 41a and a second switch unit 41b. In the first switch unit 41a, the second ultrasonic transducer 18 on the upstream side and the second ultrasonic transducer 19 on the downstream side are connected. The connection position is switched to either one, and the second switch unit 41 b switches the connection position to one of the pulse generation circuit 42 and the reception circuit 43. The connection position in the switching circuit 41 is also controlled by a switching signal output from the CPU 21.

パルス発生回路42は、CPU21からの制御信号に応答して動作し、第2超音波振動子18,19を駆動するための駆動パルスを出力する。駆動パルスは、例えば500ms毎に出力され、切り替え回路41を介して上流側の第2超音波振動子18と下流側の第2超音波振動子19とに交互に供給される。そして、駆動パルスによって第2超音波振動子18,19が振動することにより、所定周波数(具体的には、1MHzの周波数)の超音波が出力される。   The pulse generation circuit 42 operates in response to a control signal from the CPU 21 and outputs a drive pulse for driving the second ultrasonic transducers 18 and 19. The drive pulse is output, for example, every 500 ms, and is alternately supplied to the second ultrasonic transducer 18 on the upstream side and the second ultrasonic transducer 19 on the downstream side via the switching circuit 41. Then, the second ultrasonic transducers 18 and 19 are vibrated by the drive pulse, whereby ultrasonic waves having a predetermined frequency (specifically, a frequency of 1 MHz) are output.

図2に示されるように、各第2超音波振動子18,19から出力された超音波Sは、配管17の側壁を介してその内側を流れる流体Wに伝搬する。このとき、超音波Sの一部は、配管17と流体Wとの境界面(流路の一方の内壁面17a)で反射するとともに、一部が通過して流体W中に伝搬する。さらに、流体Wを伝搬した超音波Sの一部は、流体Wと配管17との境界面(流路の他方の内壁面17b)で反射する。ここで、上流側において、一方の内壁面17aで反射した反射波S01と他方の内壁面17bで反射した反射波S11とが第2超音波振動子18で受信され、電子信号に変換される。また、下流側において、一方の内壁面17aで反射した反射波S02と他方の内壁面17bで反射した反射波S12とが第2超音波振動子19で受信され、電子信号に変換される。それら反射波S01,S11,S02,S12の信号は、切り替え回路41を介して受信回路43に供給される。 As shown in FIG. 2, the ultrasonic wave S 0 output from each of the second ultrasonic transducers 18 and 19 propagates to the fluid W flowing through the side wall of the pipe 17. At this time, a part of the ultrasonic wave S 0 is reflected by the boundary surface (one inner wall surface 17 a of the flow path) between the pipe 17 and the fluid W, and part of the ultrasonic wave S 0 is propagated into the fluid W. Further, a part of the ultrasonic wave S 0 propagated through the fluid W is reflected by the boundary surface between the fluid W and the pipe 17 (the other inner wall surface 17 b of the flow path). Here, on the upstream side, the reflected wave S 01 reflected by one inner wall surface 17 a and the reflected wave S 11 reflected by the other inner wall surface 17 b are received by the second ultrasonic transducer 18 and converted into an electronic signal. The Further, on the downstream side, and one of the inner wall surface 17a reflected wave S 12 reflected by the reflection reflected wave S 02 and the other inner wall surface 17b in is received by the second ultrasonic transducer 19 and converted into an electronic signal . The signals of these reflected waves S 01 , S 11 , S 02 , S 12 are supplied to the receiving circuit 43 via the switching circuit 41.

受信回路43は、図示しない信号増幅回路を含み、第2超音波振動子18,19で受信された反射波S01,S11,S02,S12の信号を増幅した後、検波回路44に出力する。検波回路44は、配管17内の各内壁面17a,17bで反射した超音波の反射波S01,S11,S02,S12を検出するための回路であり、図示しないゲート回路や比較回路などを含む。具体的には、検波回路44は、ゲート回路により各反射波S01,S11,S02,S12を抽出し、各反射波S01,S11,S02,S12の信号強度に対応した電圧信号をA/D変換回路45に出力する。A/D変換回路45では、アナログ信号である電圧信号をデジタル信号にA/D変換し、CPU21は、このA/D変換後の電圧信号を取り込み、各反射波S01,S11,S02,S12の信号強度としてメモリ24に記憶する。また、検波回路44は、比較回路により反射波S01,S11,S02,S12の信号が所定のしきい値電圧を超えたタイミングを検出し、その検出信号をタイマ46に通知する。 The reception circuit 43 includes a signal amplification circuit (not shown), amplifies the signals of the reflected waves S 01 , S 11 , S 02 , and S 12 received by the second ultrasonic transducers 18 and 19, and then sends them to the detection circuit 44. Output. The detection circuit 44 is a circuit for detecting the reflected waves S 01 , S 11 , S 02 , S 12 of the ultrasonic waves reflected by the inner wall surfaces 17a, 17b in the pipe 17, and is not shown in the figure. Etc. Specifically, the detection circuit 44 extracts the reflected waves S 01, S 11, S 02 , S 12 by the gate circuit corresponding to the signal intensity of each reflected wave S 01, S 11, S 02 , S 12 The voltage signal is output to the A / D conversion circuit 45. The A / D conversion circuit 45 A / D converts a voltage signal, which is an analog signal, into a digital signal, and the CPU 21 takes in the voltage signal after the A / D conversion, and each reflected wave S 01 , S 11 , S 02. , S 12 , and stored in the memory 24. Further, the detection circuit 44 detects the timing at which the signals of the reflected waves S 01 , S 11 , S 02 and S 12 exceed a predetermined threshold voltage by the comparison circuit, and notifies the timer 46 of the detection signal.

タイマ46は、検波回路44から出力される検出信号に基づいて、超音波Sの伝搬時間を計測し、その時間に対応したデータを出力する。この伝搬時間のデータは、CPU21によってメモリ24に記憶される。 The timer 46 measures the propagation time of the ultrasonic wave S 0 based on the detection signal output from the detection circuit 44 and outputs data corresponding to the time. The propagation time data is stored in the memory 24 by the CPU 21.

CPU21は、メモリ24を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、音速、密度、及び流量等を算出するためのプログラム、流体Wの種類を特定するためのプログラム、測定値を表示するためのプログラムなどを含む。なお、CPU21が実行するプログラムとしては、メモリカードなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には、メモリ24に読み込んで使用する。   The CPU 21 executes a control program using the memory 24 and controls the entire apparatus in an integrated manner. The control program includes a program for calculating sound speed, density, flow rate, and the like, a program for specifying the type of fluid W, a program for displaying measurement values, and the like. The program executed by the CPU 21 may be a program stored in a storage medium such as a memory card or a program downloaded via a communication medium, and is read into the memory 24 and used at the time of execution.

表示装置26は、例えば液晶ディスプレイであり、音速、密度、及び体積流量などの測定値を表示するために用いられる。入力装置25は、各種の操作ボタンを含み、測定の開始・終了、表示モードの設定などを行うために用いられる。データ出力回路27は、データ出力用のインターフェース(例えば、RS232などのポート)を含み、測定した流量や流体の種類に関するデータを図示しない外部装置(例えば、半導体製造ラインにおいて各種制御を管理するコンピュータ)に出力する。   The display device 26 is a liquid crystal display, for example, and is used for displaying measured values such as sound velocity, density, and volume flow rate. The input device 25 includes various operation buttons and is used for starting / ending measurement, setting a display mode, and the like. The data output circuit 27 includes an interface for data output (for example, a port such as RS232), and an external device (for example, a computer that manages various controls in a semiconductor manufacturing line) that does not show data relating to the measured flow rate or fluid type. Output to.

次に、本実施の形態における流体W中の音速Cの具体的な算出方法について説明する。   Next, a specific method for calculating the speed of sound C in the fluid W in the present embodiment will be described.

まず、第2センサ部12において、上流側の第2超音波振動子18から超音波Sを出力する。配管17はフッ素樹脂からなり流体Wと音響インピーダンスが異なるため、一対の内壁面17a,17b(流体Wとの境界面)で超音波Sがそれぞれ反射する。そして、各反射波S01,S11の受信時刻t1,t2から超音波の伝搬時間T1(=t2−t1)を取得する(図4参照)。具体的には、図4に示されるように、各反射波S01,S11の受信時刻t1,t2(波形信号が所定のしきい値電圧を超えたタイミング)において検波回路44から検出信号が出力される。タイマ46では、その検出信号に基づいて反射波S01が受信されてから反射波S11が受信されるまでの時間が計測され、その計測値が伝搬時間T1として取得される。ここで、超音波Sの伝搬距離は、各内壁面17a,17bの間隔d(流路の幅)の2倍であるため、次式(6)のように、伝搬距離2dを伝搬時間T1で除算することで流体W中の音速Cが求められる。

Figure 0005608884
First, the second sensor unit 12, and outputs an ultrasonic wave S 0 from the second ultrasonic transducer 18 on the upstream side. Pipe 17 for fluid W and the acoustic impedance consists fluororesin different, a pair of inner wall surfaces 17a, ultrasonic S 0 at 17b (the boundary surface between the fluid W) reflected respectively. Then, the ultrasonic wave propagation time T1 (= t2−t1) is acquired from the reception times t1 and t2 of the reflected waves S 01 and S 11 (see FIG. 4). Specifically, as shown in FIG. 4, the detection signal from the detection circuit 44 is received at the reception times t1 and t2 of the reflected waves S 01 and S 11 (timing when the waveform signal exceeds a predetermined threshold voltage). Is output. In the timer 46, the time from the received reflected waves S 01 based on the detection signal to the reflected wave S 11 is received is measured, the measured value is acquired as the propagation time T1. Here, since the propagation distance of the ultrasonic wave S 0 is twice the distance d 1 (width of the flow path) between the inner wall surfaces 17a and 17b, the propagation distance 2d 1 is propagated as shown in the following equation (6). By dividing by the time T1, the speed of sound C in the fluid W is obtained.
Figure 0005608884

また、流体W中の音速Cは、下流側の第2超音波振動子19を用いても同様に求めることができる。なおこの場合、超音波の伝搬距離は2dとなる。 Further, the sound velocity C in the fluid W can be obtained in the same manner by using the second ultrasonic transducer 19 on the downstream side. It should be noted that in this case, the propagation distance of the ultrasonic wave becomes 2d 2.

次に、超音波Sの伝搬時間差から流体Wの流量を算出する方法について説明する。 Next, a method for calculating the flow rate of the fluid W from the difference in propagation time of the ultrasonic wave S 0 will be described.

本実施の形態では、まず、第1センサ部11の一対の第1超音波振動子15,16において、例えば、250μs毎に、正方向、逆方向、逆方向及び正方向の順序となる所定パターンで一方の第1超音波振動子から超音波を送信するとともに、流体W中を伝搬した各超音波を他方の第1超音波振動子で受信する。このとき、第1超音波振動子15,16で電気信号に変換された超音波信号は、さらに第1信号処理回路22において切り替え回路31、受信回路33、検波回路34、及びA/D変換回路35を経てデジタル信号に変換された後、超音波の波形信号としてメモリ24に記憶される。なお、本実施の形態では、上述した所定パターンの超音波の送受信にて取得された4パルス分の波形信号が、流体Wの流量を求めるためのデータの塊としてメモリ24に記憶される。   In the present embodiment, first, in the pair of first ultrasonic transducers 15 and 16 of the first sensor unit 11, for example, a predetermined pattern in the order of the forward direction, the backward direction, the backward direction, and the forward direction every 250 μs. The ultrasonic waves are transmitted from one of the first ultrasonic transducers, and each ultrasonic wave propagated through the fluid W is received by the other first ultrasonic transducer. At this time, the ultrasonic signals converted into electrical signals by the first ultrasonic transducers 15 and 16 are further switched by the first signal processing circuit 22 in the switching circuit 31, the reception circuit 33, the detection circuit 34, and the A / D conversion circuit. After being converted to a digital signal through 35, it is stored in the memory 24 as an ultrasonic waveform signal. In the present embodiment, the waveform signals for four pulses acquired by transmitting and receiving the ultrasonic wave of the predetermined pattern described above are stored in the memory 24 as a data lump for obtaining the flow rate of the fluid W.

そして、それら超音波の波形信号を比較することで、波形信号の相関関数を算出する。具体的には、例えば、最初に送受信した第1パルスの波形信号と次に送受信した第2パルスの波形信号とを比較して、第1パルスを基準とした相関関数を求める。また、第1パルスの波形信号と第3パルスの波形信号とを比較して、第1パルスを基準とした相関関数を求める。さらに、第1パルスの波形信号と第4パルスの波形信号とを比較して、第1パルスを基準とした相関関数を求める。同様に、第2パルスの波形信号と第3パルスの波形信号とを比較して第2パルスを基準とした相関関数を求め、第2パルスの波形信号と第4パルスの波形信号とを比較して第2パルスを基準とした相関関数を求める。さらに、第3パルスの波形信号と第4パルスの波形信号とを比較して第3パルスを基準とした相関関数を求める。   Then, the correlation function of the waveform signal is calculated by comparing the waveform signals of the ultrasonic waves. Specifically, for example, the waveform signal of the first pulse transmitted / received first is compared with the waveform signal of the second pulse transmitted / received next, and a correlation function based on the first pulse is obtained. In addition, the waveform signal of the first pulse and the waveform signal of the third pulse are compared to obtain a correlation function based on the first pulse. Further, the waveform signal of the first pulse and the waveform signal of the fourth pulse are compared to obtain a correlation function based on the first pulse. Similarly, the second pulse waveform signal and the third pulse waveform signal are compared to obtain a correlation function based on the second pulse, and the second pulse waveform signal and the fourth pulse waveform signal are compared. To obtain a correlation function based on the second pulse. Further, the third pulse waveform signal and the fourth pulse waveform signal are compared to obtain a correlation function based on the third pulse.

ここで、配管14を流れる流体W中に気泡などの異物が含まれる場合、その異物によって超音波が乱反射するため、受信された各超音波はその波形が異なるものとなる。この場合、各波形信号により求められた相関関数の相関値は、1よりも相当小さくなる。一方、流体W中に気泡が含まれない場合には、各超音波の波形は類似したものとなるため、相関関数の相関値が1に近い値(例えば0.97)となる。従って、本実施の形態では、相関関数の相関値が1に近い値(例えば、0.9以上)である場合に、測定に有効な波形信号であると判定する。そして、有効と判定した波形信号に基づいて、超音波の伝搬時間差を求める。   Here, when a foreign substance such as a bubble is included in the fluid W flowing through the pipe 14, the ultrasonic wave is irregularly reflected by the foreign substance, so that each received ultrasonic wave has a different waveform. In this case, the correlation value of the correlation function obtained from each waveform signal is considerably smaller than 1. On the other hand, when bubbles are not included in the fluid W, the waveforms of the ultrasonic waves are similar, and the correlation value of the correlation function is a value close to 1 (for example, 0.97). Therefore, in this embodiment, when the correlation value of the correlation function is a value close to 1 (for example, 0.9 or more), it is determined that the waveform signal is effective for measurement. Then, an ultrasonic propagation time difference is obtained based on the waveform signal determined to be valid.

本実施の形態では、第1パルスの超音波及び第4パルスの超音波は、両方とも流体W中を正方向に伝搬している。従って、図5に示されるように、これら超音波の波形信号を比較して求めた相関関数f1は、その時間的なズレ量が0となる。これに対して、第1パルスの超音波及び第2パルスの超音波は、正方向及び逆方向に伝搬している。そのため、これら超音波の波形信号を比較して求めた相関関数f2は、前記相関関数f1と比較すると、超音波の伝搬時間差ΔTのズレが生じる。よって、本実施の形態では、相関関数f2の相関値が最大となる時刻に基づいて、超音波の伝搬時間差ΔTが求められる。   In the present embodiment, both the first pulse ultrasonic wave and the fourth pulse ultrasonic wave propagate in the fluid W in the positive direction. Therefore, as shown in FIG. 5, the correlation function f1 obtained by comparing the waveform signals of these ultrasonic waves has a temporal deviation of zero. In contrast, the ultrasonic waves of the first pulse and the ultrasonic waves of the second pulse propagate in the forward direction and the reverse direction. For this reason, the correlation function f2 obtained by comparing these ultrasonic waveform signals causes a deviation of the ultrasonic propagation time difference ΔT when compared with the correlation function f1. Therefore, in the present embodiment, the ultrasonic propagation time difference ΔT is obtained based on the time when the correlation value of the correlation function f2 becomes maximum.

そして、式(6)により求めた流体W中の音速Cとこの伝搬時間差ΔTとを上記の式(5)に代入して流体Wの流速Vを求める。さらに、この流速Vに配管14の断面積Aを乗算することで流体Wの体積流量Q(=V×A)を求める。   Then, the flow velocity V of the fluid W is obtained by substituting the speed of sound C in the fluid W obtained from the equation (6) and the propagation time difference ΔT into the equation (5). Further, the volume flow rate Q (= V × A) of the fluid W is obtained by multiplying the flow velocity V by the cross-sectional area A of the pipe 14.

なお、第1センサ部11で測定される流速Vは、配管14における略中央部分での測定値となっている。配管14において、流体Wの流れが乱れることにより、その中央部分よりも側壁側の流速Vが遅くなる。このため、流体Wの流速分布を考慮して体積流量Qを補正する必要がある。   In addition, the flow velocity V measured by the first sensor unit 11 is a measured value at a substantially central portion of the pipe 14. In the pipe 14, the flow rate of the fluid W is disturbed, so that the flow velocity V on the side wall side is slower than the central portion. For this reason, it is necessary to correct the volume flow rate Q in consideration of the flow velocity distribution of the fluid W.

また、本実施の形態の流体供給システム1では、複数種類の流体W1〜W4のうちのいずれかの流体Wを供給する構成であり、各流体W1〜W4の種類に応じて流れの特性が異なる。このため、流速Vに基づいて算出した体積流量Qに対して流体W1〜W4の種類に応じた流量補正を行うように構成している。   Moreover, in the fluid supply system 1 of this Embodiment, it is the structure which supplies the fluid W in any one of several types of fluids W1-W4, and the characteristic of a flow changes according to the kind of each fluid W1-W4. . For this reason, it is comprised so that the flow volume correction | amendment according to the kind of the fluids W1-W4 may be performed with respect to the volume flow volume Q calculated based on the flow velocity V. FIG.

配管14内における流速分布(流体Wの流れの特性)は、次式(7)で示されるレイノルズ数Reによって決定される。

Figure 0005608884
The flow velocity distribution (the characteristics of the flow of the fluid W) in the pipe 14 is determined by the Reynolds number Re represented by the following equation (7).
Figure 0005608884

ここで、Vは特性流速、Lは特性長さ、 は動粘度係数である。特性長さLは、配管14の形状によって決まる長さである。所定形状の配管14で流体Wの流量を測定する場合、レイノルズ数Reは、流体Wの流速Vに比例し、動粘度係数 に反比例して変化する。従って、流体Wの動粘度係数 によって配管14内での流速分布に違いが生じ、それに応じて誤差が生じて計測値が変化する。 Here, V is a characteristic flow velocity, L 1 is a characteristic length, and is a kinematic viscosity coefficient. The characteristic length L 1 is a length determined by the shape of the pipe 14. When the flow rate of the fluid W is measured with the pipe 14 having a predetermined shape, the Reynolds number Re changes in proportion to the flow velocity V of the fluid W and inversely proportional to the kinematic viscosity coefficient. Accordingly, a difference occurs in the flow velocity distribution in the pipe 14 depending on the kinematic viscosity coefficient of the fluid W, and an error is generated accordingly and the measured value changes.

表1には、複数種類の薬液の音速C、密度ρ、動粘度係数 に関するデータを示している。なおここでは、20℃における純水、フッ酸、塩酸、アンモニア水溶液、過酸化水素水を薬液の具体例として示している。

Figure 0005608884
Table 1 shows data relating to the sound speed C, density ρ, and kinematic viscosity coefficient of a plurality of types of chemical solutions. Here, pure water, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, aqueous ammonia solution, and hydrogen peroxide solution at 20 ° C. are shown as specific examples of the chemical solution.
Figure 0005608884

表1にて示されるように、純水とフッ酸とは密度ρが1.00g/cmであるため、密度ρだけでは、流体Wが純水であるかフッ酸であるかの特定は困難であるが、音速Cを同時に測定することにより、流体Wの特定が可能となる。また、計測した流体Wの音速Cが1493m/sであったとしても、計測誤差によって流体Wが純水かアンモニア水溶液かの判断が困難となることがあるが、密度ρを同時に測定することによって、流体Wの特定を確実に行うことができる。 As shown in Table 1, since the density ρ of pure water and hydrofluoric acid is 1.00 g / cm 3 , it is possible to specify whether the fluid W is pure water or hydrofluoric acid only by the density ρ. Although difficult, the fluid W can be specified by measuring the sound velocity C simultaneously. Even if the measured sound velocity C of the fluid W is 1493 m / s, it may be difficult to determine whether the fluid W is pure water or an aqueous ammonia solution due to a measurement error, but by simultaneously measuring the density ρ, The fluid W can be reliably identified.

従って、本実施の形態の超音波流量計2では、流体Wの音速Cに加えて密度ρを求め、それら音速Cと密度ρとに基づいて流体出力用管路7に流れる流体Wの種類を特定し、その特定した種類に応じて流量補正を行うようにしている。なお、本実施の形態では、表1に示されるような複数種類の薬液に関するデータが流量補正を行うためのデータとしてメモリ24に予め記憶されている。   Therefore, in the ultrasonic flowmeter 2 of the present embodiment, the density ρ is obtained in addition to the sound velocity C of the fluid W, and the type of the fluid W flowing in the fluid output conduit 7 is determined based on the sound velocity C and the density ρ. The flow rate is corrected according to the specified type. In the present embodiment, data relating to a plurality of types of chemical solutions as shown in Table 1 is stored in advance in the memory 24 as data for performing flow rate correction.

以下、流体Wの密度ρの算出方法について説明する。   Hereinafter, a method for calculating the density ρ of the fluid W will be described.

第2センサ部12において、各第2超音波振動子18,19から発せられた超音波Sは、その一部が配管17と流体Wとの境界面(各内壁面17a,17b)で反射する(図2参照)。これら内壁面17a,17bでの反射波S01,S11,S02,S12の信号強度は、次式(8),(9)の関係が成り立つ。

Figure 0005608884
Figure 0005608884
In the second sensor unit 12, an ultrasonic S 0 emitted from the second ultrasonic transducer 18, 19, reflected at the boundary surface between a portion of the pipe 17 and the fluid W (the inner wall surface 17a, 17b) (See FIG. 2). The signal intensities of the reflected waves S 01 , S 11 , S 02 , and S 12 on the inner wall surfaces 17a and 17b have the following relationships (8) and (9).
Figure 0005608884
Figure 0005608884

ここで、αは、流体Wの減衰定数であり、Zは、配管17を構成するフッ素樹脂の音響インピーダンスであり、Zは、流体Wの音響インピーダンスである。 Here, α is the attenuation constant of the fluid W, Z 0 is the acoustic impedance of the fluororesin constituting the pipe 17, and Z f is the acoustic impedance of the fluid W.

これら式(8)及び式(9)により、各反射波S01,S11,S02,S12の信号強度と音響インピーダンスZとに基づいて流体Wの音響インピーダンスZを求めることができる。 From these equations (8) and (9), the acoustic impedance Z f of the fluid W can be obtained based on the signal intensity of each reflected wave S 01 , S 11 , S 02 , S 12 and the acoustic impedance Z 0. .

そして、流体Wの密度ρは、その音響インピーダンスZと音速Cとに基づいて次式(10)により求められる。

Figure 0005608884
The density ρ of the fluid W is obtained by the following equation (10) based on the acoustic impedance Zf and the sound velocity C.
Figure 0005608884

また、本実施の形態の超音波流量計2では、配管14内を流れる流体Wの流量Qや動粘度係数 によって、第1センサ部11で計測される流量Qの計測誤差がどのような関係になるか予め調べ、その関係に応じて作成された補正式や補正テーブルのデータをメモリ24に記憶している。そして、流体Wの音速Cや密度ρを用いて特定した流体Wの動粘度係数 を使用して、流量Qの計測誤差を補正することにより、流体Wの種類に応じた流量Qを正確に計測するようにしている。   Further, in the ultrasonic flowmeter 2 of the present embodiment, the relationship between the measurement error of the flow rate Q measured by the first sensor unit 11 depends on the flow rate Q and the kinematic viscosity coefficient of the fluid W flowing in the pipe 14. The memory 24 stores the correction formulas and correction table data created according to the relationship. Then, the flow rate Q corresponding to the type of the fluid W is accurately measured by correcting the measurement error of the flow rate Q using the kinematic viscosity coefficient of the fluid W specified by using the sonic velocity C and the density ρ of the fluid W. Like to do.

次に、本実施の形態において、流体Wの音速Cや密度ρを測定するための処理例について図6のフローチャートを用いて説明する。なお、図6の処理は、作業者が入力装置25に設けられている開始ボタンを操作したときに開始される。   Next, in the present embodiment, a processing example for measuring the sound velocity C and density ρ of the fluid W will be described with reference to the flowchart of FIG. 6 is started when an operator operates a start button provided on the input device 25.

まず、CPU21は、第2信号処理回路23のパルス発生回路42を動作させ、例えば500ms毎に駆動パルスを出力させるとともに、切り替え回路41の接続位置を切り替えて、第2センサ部12における上流側の第2超音波振動子18及び下流側の第2超音波振動子19に対して駆動パルスを順次供給する(ステップ100)。これにより、各第2超音波振動子18,19から超音波Sが照射され、流路の各内壁面17a,17bで反射された各反射波S01,S11,S02,S12の電気信号が検波回路44で抽出される。そして、CPU21は、A/D変換回路45で変換されたデータを取り込み、反射波S01,S11,S02,S12の信号強度のデータとしてメモリ24に記憶する。またこのとき、タイマ46により、反射波S01,S11の受信タイミングに基づいて超音波の伝搬時間T1が計測され、その伝搬時間T1のデータがメモリ24に記憶される。 First, the CPU 21 operates the pulse generation circuit 42 of the second signal processing circuit 23 to output a drive pulse, for example, every 500 ms, and switches the connection position of the switching circuit 41 so that the upstream side in the second sensor unit 12 is switched. Drive pulses are sequentially supplied to the second ultrasonic transducer 18 and the downstream second ultrasonic transducer 19 (step 100). Thereby, the ultrasonic waves S 0 are irradiated from the second ultrasonic transducers 18 and 19, and the reflected waves S 01 , S 11 , S 02 , and S 12 reflected by the inner wall surfaces 17 a and 17 b of the flow path are reflected. An electric signal is extracted by the detection circuit 44. Then, the CPU 21 takes in the data converted by the A / D conversion circuit 45 and stores it in the memory 24 as data of the signal intensity of the reflected waves S 01 , S 11 , S 02 , S 12 . At this time, the ultrasonic wave propagation time T1 is measured by the timer 46 based on the reception timing of the reflected waves S 01 and S 11 , and the data of the propagation time T 1 is stored in the memory 24.

そして、音速算出手段としてのCPU21は、超音波の伝搬時間T1と伝搬距離2dとに基づいて、流体Wの音速Cを求める(ステップ110)。また、音響パラメータ算出手段としてのCPU21は、各反射波S01,S11,S02,S12の信号強度と配管17(フッ素樹脂)の音響インピーダンスZとに基づいて、流体Wの音響インピーダンスZを求める(ステップ120)。さらに、CPU21は、流体Wの音響インピーダンスZを音速Cで除算することにより流体Wの密度ρを求める(ステップ130)。 Then, CPU 21 of the sound velocity calculation means, based on the propagation distance 2d 1 and the propagation time T1 of the ultrasonic wave, it obtains the sound speed C of the fluid W (step 110). Further, the CPU 21 as the acoustic parameter calculation means, based on the signal intensity of each reflected wave S 01 , S 11 , S 02 , S 12 and the acoustic impedance Z 0 of the pipe 17 (fluororesin), Zf is obtained (step 120). Further, CPU 21 calculates the density ρ of the fluid W by dividing the acoustic impedance Z f of the fluid W at the speed of sound C (step 130).

その後、CPU21は、密度ρの測定処理を継続するか否かを判定する(ステップ140)。具体的には、CPU21は、入力装置25の終了ボタンが操作されているか否かを判定し、終了ボタンが操作されていない場合には、ステップ100の処理に戻り、ステップ100〜ステップ140の処理を再度行う。そして、入力装置25の終了ボタンが操作された場合、CPU21は図6の処理を終了する。   Thereafter, the CPU 21 determines whether or not to continue the density ρ measurement process (step 140). Specifically, the CPU 21 determines whether or not the end button of the input device 25 is operated. When the end button is not operated, the CPU 21 returns to the process of step 100 and performs the processes of steps 100 to 140. Again. And when the end button of the input device 25 is operated, CPU21 complete | finishes the process of FIG.

次に、本実施の形態において、流体Wの流量を測定するための処理例について図7のフローチャートを用いて説明する。図7の処理は、図6の処理によって流体Wの音速Cや密度ρが測定された後に実行される。   Next, a processing example for measuring the flow rate of the fluid W in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The process of FIG. 7 is executed after the sound speed C and density ρ of the fluid W are measured by the process of FIG.

先ず、CPU21は、第1信号処理回路22のパルス発生回路32を動作させ、250μs毎に駆動パルスを出力させるとともに、切り替え回路31の接続位置を切り替えて、上流側の第1超音波振動子15及び下流側の第1超音波振動子16に対して駆動パルスを順次供給する(ステップ200)。これにより、各第1超音波振動子15,16において、正方向、逆方向、逆方向及び正方向の順序となる所定パターンで超音波の送受信が行われる。そして、各第1超音波振動子15,16で受信された超音波信号は、第1信号処理回路22において切り替え回路31、受信回路33、検波回路34、及びA/D変換回路35を経てデジタル信号に変換される。CPU21は、そのA/D変換後の超音波信号を順次取り込み、超音波の波形信号としてメモリ24に記憶する。なおここでは、上述した所定パターンの4パルス分の波形信号がメモリ24に記憶される。   First, the CPU 21 operates the pulse generation circuit 32 of the first signal processing circuit 22 to output a drive pulse every 250 μs, and switches the connection position of the switching circuit 31, so that the first ultrasonic transducer 15 on the upstream side is switched. And a drive pulse is sequentially supplied with respect to the 1st ultrasonic transducer | vibrator 16 of the downstream (step 200). Thereby, in each 1st ultrasonic transducer | vibrator 15, 16, the transmission / reception of an ultrasonic wave is performed by the predetermined pattern which becomes a forward direction, a reverse direction, a reverse direction, and the order of a forward direction. The ultrasonic signals received by the first ultrasonic transducers 15 and 16 are digitally transmitted through the switching circuit 31, the receiving circuit 33, the detection circuit 34, and the A / D conversion circuit 35 in the first signal processing circuit 22. Converted to a signal. The CPU 21 sequentially takes in the ultrasonic signals after the A / D conversion and stores them in the memory 24 as ultrasonic waveform signals. Here, the waveform signals for the four pulses of the predetermined pattern described above are stored in the memory 24.

その後、CPU21は、各超音波の波形信号を読み出し、それら波形信号を比較して相関関数を算出する(ステップ210)。そして、CPU21は、波形信号の相関関数の相関値により測定に有効な波形信号であるか否かを判定する(ステップ220)。具体的には、相関関数の相関値が所定のしきい値(例えば、0.9)以上である場合、CPU21は、測定に有効な波形信号であると判定し、その波形信号のデータをメモリ24に残す。一方、所定のしきい値よりも小さい場合には、比較した波形信号の少なくとも一方が測定に無効な波形信号である。この場合、CPU21は、他の波形信号との比較で求めた相関関数により、測定に無効な波形信号を特定して、その波形信号のデータをメモリ24から削除する。そして、4パルスの超音波において、正方向の第1パルス及び第4パルスの波形信号の両方、または逆方向の第2パルス及び第3パルスの波形信号の両方が無効な波形信号であると判定した場合、液体中に異物の混入ありと判断して、CPU21はその旨を表示装置26に表示させる(ステップ230)。その後、CPU21は、ステップ200の処理に戻り、所定パターンでの超音波の送受信を再度行う。   Thereafter, the CPU 21 reads the waveform signals of the respective ultrasonic waves, compares the waveform signals, and calculates a correlation function (step 210). Then, the CPU 21 determines whether or not the waveform signal is effective for measurement based on the correlation value of the correlation function of the waveform signal (step 220). Specifically, when the correlation value of the correlation function is a predetermined threshold value (for example, 0.9) or more, the CPU 21 determines that the waveform signal is effective for measurement, and stores the waveform signal data in the memory. Leave to 24. On the other hand, when it is smaller than the predetermined threshold, at least one of the compared waveform signals is a waveform signal that is invalid for measurement. In this case, the CPU 21 specifies a waveform signal that is invalid for measurement by using a correlation function obtained by comparison with another waveform signal, and deletes the waveform signal data from the memory 24. Then, in the four-pulse ultrasonic wave, it is determined that both the waveform signals of the first pulse and the fourth pulse in the forward direction or the waveform signals of the second pulse and the third pulse in the reverse direction are invalid waveform signals. In such a case, it is determined that there is foreign matter in the liquid, and the CPU 21 displays that fact on the display device 26 (step 230). Thereafter, the CPU 21 returns to the process of step 200 and performs transmission / reception of ultrasonic waves in a predetermined pattern again.

一方、正方向の第1パルス及び第4パルスの波形信号の少なくとも一方が有効であると判定し、かつ逆方向の第2パルス及び第3パルスの波形信号の少なくとも一方が有効であると判定した場合、CPU21は、有効と判定した波形信号の相関関数に基づいて、正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波との伝搬時間差ΔTを求める(ステップ240)。   On the other hand, it is determined that at least one of the waveform signals of the first pulse and the fourth pulse in the forward direction is valid, and at least one of the waveform signals of the second pulse and the third pulse in the reverse direction is determined to be valid. In this case, the CPU 21 obtains a propagation time difference ΔT between the ultrasonic wave propagated in the forward direction and the ultrasonic wave propagated in the reverse direction based on the correlation function of the waveform signal determined to be valid (step 240).

さらに、CPU21は、図6の処理で求めた流体Wの音速Cとステップ240で求めた伝搬時間差ΔTとを用い、式(5)に対応した演算を行うことにより流体Wの流速Vを求め、さらにその流速Vと配管14の断面積Aとを乗算することにより流体Wの体積流量Qを求める(ステップ250)。   Furthermore, the CPU 21 obtains the flow velocity V of the fluid W by performing an operation corresponding to the equation (5) using the sound velocity C of the fluid W obtained in the process of FIG. 6 and the propagation time difference ΔT obtained in step 240. Further, the volume flow rate Q of the fluid W is obtained by multiplying the flow velocity V by the cross-sectional area A of the pipe 14 (step 250).

また、流体特定手段としてのCPU21は、図6の処理で求めた流体Wの音速Cと密度ρに基づいて、メモリ24に記憶されているデータを参照することにより、流体Wの種類を特定する(ステップ260)。   Further, the CPU 21 as the fluid specifying means specifies the type of the fluid W by referring to the data stored in the memory 24 based on the sound speed C and the density ρ of the fluid W obtained in the processing of FIG. (Step 260).

その後、流量補正手段としてのCPU21は、特定した流体Wの種類に応じた動粘度係数 のデータをメモリ24から読み出し、そのデータを使用して流量Qの補正を行う(ステップ270)。なおここでは、動粘度係数 とステップ250で算出した補正前の流量Qとに応じた補正率の関係を示す補正曲線のデータを用いて補正率を求め、その補正率によって補正前の流量Qを補正することで補正後の流量Qを求める。   Thereafter, the CPU 21 serving as the flow rate correction means reads kinematic viscosity coefficient data corresponding to the identified type of the fluid W from the memory 24 and corrects the flow rate Q using the data (step 270). Here, the correction rate is obtained using the correction curve data indicating the relationship between the correction coefficient according to the kinematic viscosity coefficient and the flow rate Q before correction calculated in step 250, and the flow rate Q before correction is determined by the correction rate. By correcting, the corrected flow rate Q is obtained.

その後、CPU21は、補正後の流量Qを表示装置26に表示させる(ステップ280)。なおこのとき、流量Qに加えて、特定した流体Wの種類に関する情報を表示装置26に表示させてもよい。また、外部装置からの要求時には、補正後の流量Qや特定した流体Wの種類に関する情報をデータ出力回路27から外部装置に転送する。   Thereafter, the CPU 21 displays the corrected flow rate Q on the display device 26 (step 280). At this time, in addition to the flow rate Q, information regarding the type of the specified fluid W may be displayed on the display device 26. In addition, at the time of a request from the external device, information on the corrected flow rate Q and the specified type of fluid W is transferred from the data output circuit 27 to the external device.

そして、CPU21は、流量Qの測定処理を継続するか否かを判定する(ステップ290)。具体的には、CPU21は、入力装置25の終了ボタンが操作されているか否かを判定し、終了ボタンが操作されていない場合には、ステップ200の処理に戻り、ステップ200〜ステップ290の処理を再度行う。そして、入力装置25の終了ボタンが操作された場合、CPU21は図7の処理を終了する。   Then, the CPU 21 determines whether or not to continue the flow rate Q measurement process (step 290). Specifically, the CPU 21 determines whether or not the end button of the input device 25 is operated. When the end button is not operated, the CPU 21 returns to the process of step 200 and performs the processes of step 200 to step 290. Again. Then, when the end button of the input device 25 is operated, the CPU 21 ends the process of FIG.

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

(1)本実施の形態の流体供給システム1では、超音波流量計2により、流体出力用管路7を流れる流体Wの音速Cと密度ρとが求められ、それら音速Cと密度ρとに基づいて流体Wの種類を特定することができる。そして、その特定した流体Wの種類に応じた流量補正を的確に行うことができる。このようにすると、複数本の流体供給用管路3〜6毎に流量計を設けなくても、複数種類の流体W1〜W4の流量Qを正確に測定することができ、システム1の部品コストを低減することが可能となる。   (1) In the fluid supply system 1 of the present embodiment, the ultrasonic flowmeter 2 determines the sonic velocity C and the density ρ of the fluid W flowing through the fluid output conduit 7. The type of the fluid W can be specified based on this. And the flow volume correction | amendment according to the kind of the specified fluid W can be performed exactly. In this way, the flow rate Q of a plurality of types of fluids W1 to W4 can be accurately measured without providing a flow meter for each of the plurality of fluid supply pipes 3 to 6, and the component cost of the system 1 Can be reduced.

(2)本実施の形態の超音波流量計2では、補正後の流量Qと特定された流体Wの種類とが表示装置26に表示されるので、液体供給システム1の作動状態を的確に把握することができる。   (2) In the ultrasonic flowmeter 2 of the present embodiment, the corrected flow rate Q and the type of the specified fluid W are displayed on the display device 26, so that the operating state of the liquid supply system 1 can be accurately grasped. can do.

(3)本実施の形態の超音波流量計2では、流体Wの流量Qだけではなく、流体Wの音速Cや密度ρを計測できることから、これらの計測情報に基づいて、製造ラインの異常を速やかに検知することが可能となる。   (3) Since the ultrasonic flowmeter 2 of the present embodiment can measure not only the flow rate Q of the fluid W but also the sound velocity C and density ρ of the fluid W, an abnormality in the production line can be detected based on these measurement information. It becomes possible to detect promptly.

(4)本実施の形態の超音波流量計2では、波形信号の相関関数が算出され、その相関関数の相関値に基づいて、流体W中に異物が含まれない正常な状態で取得された有効な波形信号であるか否かを判定することができる。そして、有効と判定した波形信号に基づいて、超音波の伝搬時間差ΔTが求められ、その伝搬時間差ΔTにより流体Wの流量Qが求められる。このように、信頼性の高い波形信号のみを使用して流量Qを算出することができるので、測定精度を十分に高めることができる。
[第2の実施の形態]
(4) In the ultrasonic flowmeter 2 of the present embodiment, the correlation function of the waveform signal is calculated and acquired in a normal state in which no foreign matter is contained in the fluid W based on the correlation value of the correlation function. It can be determined whether the waveform signal is valid. Then, based on the waveform signal determined to be valid, the ultrasonic propagation time difference ΔT is obtained, and the flow rate Q of the fluid W is obtained from the propagation time difference ΔT. Thus, since the flow rate Q can be calculated using only a highly reliable waveform signal, the measurement accuracy can be sufficiently increased.
[Second Embodiment]

次に、本発明を具体化した第2の実施の形態を図面に基づき説明する。本実施の形態の流体供給システム1は、濃度及び流量を調整した流体W(例えば、エタノール水溶液)を供給するシステムであり、例えば、燃料電池の発電効率を制御するために用いられる。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The fluid supply system 1 of the present embodiment is a system that supplies a fluid W (for example, an ethanol aqueous solution) whose concentration and flow rate are adjusted, and is used, for example, to control the power generation efficiency of a fuel cell.

図8に示されるように、流体供給システム1は、超音波流量計2と、その超音波流量計2が設けられる流体供給用管路51と、濃度調整器52(濃度調整手段)を有し、所定濃度の流体Wを流体供給用管路51に供給する供給タンク53と、流体供給用管路51の途中に設けられる流量調整バルブ54(流量調整手段)と、濃度調整器52及び流量調整バルブ54を制御するコントローラ55(制御手段)とを備えている。なお、本実施の形態の流体供給システム1でも、流体Wは一定の温度(例えば20℃)に温度調節された状態で供給される。   As shown in FIG. 8, the fluid supply system 1 includes an ultrasonic flow meter 2, a fluid supply pipe 51 provided with the ultrasonic flow meter 2, and a concentration adjuster 52 (concentration adjusting means). , A supply tank 53 for supplying a fluid W having a predetermined concentration to the fluid supply pipe 51, a flow rate adjusting valve 54 (flow rate adjusting means) provided in the middle of the fluid supply pipe 51, a concentration adjuster 52, and a flow rate adjuster. And a controller 55 (control means) for controlling the valve 54. In the fluid supply system 1 of the present embodiment, the fluid W is supplied in a state where the temperature is adjusted to a constant temperature (for example, 20 ° C.).

流体供給システム1において、コントローラ55が濃度調整器52を制御することにより、供給タンク53の流体Wの濃度が予め設定された濃度となるよう調整される。そして、濃度の調整後の流体Wが供給タンク53から流体供給用管路51に供給される。また、コントローラ55が流量調整バルブ54の開度を制御することにより、流体供給用管路51に流れる流体Wの流量が予め設定された流量となるよう調整される。   In the fluid supply system 1, the controller 55 controls the concentration adjuster 52 so that the concentration of the fluid W in the supply tank 53 is adjusted to a preset concentration. Then, the fluid W after the concentration adjustment is supplied from the supply tank 53 to the fluid supply pipe 51. Further, the controller 55 controls the opening degree of the flow rate adjusting valve 54 so that the flow rate of the fluid W flowing through the fluid supply conduit 51 is adjusted to a preset flow rate.

本実施の形態の超音波流量計2は、第1の実施の形態と同じ構成であり、第1センサ部11と第2センサ部12とを備える。この超音波流量計2において、流体供給用管路51を流れる流体Wの密度ρが求められ、その密度ρに基づいて流体Wの濃度が求められる。   The ultrasonic flowmeter 2 of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, and includes a first sensor unit 11 and a second sensor unit 12. In the ultrasonic flowmeter 2, the density ρ of the fluid W flowing through the fluid supply pipe 51 is obtained, and the concentration of the fluid W is obtained based on the density ρ.

表2には、エタノール水溶液の濃度X、音速C、密度ρ、動粘度係数 に関するデータを示している。また、図9には、20℃におけるエタノール水溶液の濃度Xと、音速C、密度ρ、粘度η、動粘度係数 との関係を示している。

Figure 0005608884
Table 2 shows data on the concentration X, the speed of sound C, the density ρ, and the kinematic viscosity coefficient of the ethanol aqueous solution. FIG. 9 shows the relationship between the concentration X of the aqueous ethanol solution at 20 ° C., the sound velocity C, the density ρ, the viscosity η, and the kinematic viscosity coefficient.
Figure 0005608884

本実施の形態の超音波流量計2では、エタノール水溶液の濃度Xに対応した音速C、密度ρ、動粘度係数 に関するデータがメモリ24に記憶されている。そして、第2センサ部12で求めた流体Wの密度ρに基づいて、流体Wの濃度Xが特定される。そして、その流体Wの濃度Xに基づいて動粘度係数 が算出される。さらに、超音波流量計2では、その流体Wの動粘度係数 を使用して、第1センサ部11で計測した流量の計測誤差を補正する。これにより、流体Wの濃度Xに応じた流量を正確に計測することができる。   In the ultrasonic flow meter 2 of the present embodiment, data relating to the sound velocity C, density ρ, and kinematic viscosity coefficient corresponding to the concentration X of the aqueous ethanol solution is stored in the memory 24. Then, the concentration X of the fluid W is specified based on the density ρ of the fluid W obtained by the second sensor unit 12. Then, a kinematic viscosity coefficient is calculated based on the concentration X of the fluid W. Further, the ultrasonic flow meter 2 corrects the measurement error of the flow rate measured by the first sensor unit 11 using the kinematic viscosity coefficient of the fluid W. Thereby, the flow volume according to the density | concentration X of the fluid W can be measured correctly.

ここで、従来技術のように音速Cだけでエタノール水溶液の動粘度係数 を求めて流量補正を行う場合、図9に示されるように、測定された流体Wの音速Cが、例えば1500m/sであると、エタノール水溶液の濃度Xは、5%であるのか50%であるのか判断することができない。ここで、50%の濃度のエタノール水溶液を5%の濃度と誤って判断すると、実際の流体Wの流動粘度係数 が2.28cSt程度であるにもかかわらず、1.1cStの数値を使用して流量補正を行うこととなり、計測誤差が大きくなってしまう。これに対して、本実施の形態のように、密度ρを算出してその密度ρを用いれば、エタノール水溶液の濃度Xとその動粘度係数 が一意に求まるため、従来技術のような計測誤差を解消することができる。   Here, when the flow rate correction is performed by obtaining the kinematic viscosity coefficient of the ethanol aqueous solution only with the sonic velocity C as in the prior art, the measured sonic velocity C of the fluid W is, for example, 1500 m / s as shown in FIG. If it exists, it cannot be judged whether the density | concentration X of ethanol aqueous solution is 5% or 50%. Here, if an ethanol aqueous solution having a concentration of 50% is mistakenly determined to be a concentration of 5%, the numerical value of 1.1 cSt is used even though the actual fluid W has a fluid viscosity coefficient of about 2.28 cSt. The flow rate is corrected, and the measurement error becomes large. On the other hand, if the density ρ is calculated and the density ρ is used as in the present embodiment, the concentration X of the aqueous ethanol solution and its kinematic viscosity coefficient are uniquely determined. Can be resolved.

また、超音波流量計2は、計測した流体Wの濃度Xと流量Qとをコントローラ55に出力する。そして、コントローラ55は、その濃度Xと流量Qとに基づいて、濃度調整器52及び流量調整バルブ54を制御する。このように流体供給システム1を構成すると、流量計と濃度計とを別々に設けなくても、流体供給用管路51に流れる流体Wの濃度X及び流量Qを的確に制御することができ、システム1の部品コストを低減することが可能となる。
[第3の実施の形態]
Further, the ultrasonic flowmeter 2 outputs the measured concentration W and flow rate Q of the fluid W to the controller 55. Then, the controller 55 controls the concentration adjuster 52 and the flow rate adjusting valve 54 based on the concentration X and the flow rate Q. When the fluid supply system 1 is configured in this manner, the concentration X and the flow rate Q of the fluid W flowing in the fluid supply pipe 51 can be accurately controlled without separately providing a flow meter and a concentration meter. The component cost of the system 1 can be reduced.
[Third Embodiment]

次に、本発明を具体化した第3の実施の形態を図面に基づき説明する。本実施の形態では、超音波流量計2における第2センサ部12の配管17の構成を変更した点が上記第1の実施の形態と異なる。なお、本実施の形態の超音波流量計2において、第2センサ部12以外の他の構成(第1センサ部11や制御装置20の電気的構成など)は第1の実施の形態と同様である。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is different from the first embodiment in that the configuration of the pipe 17 of the second sensor unit 12 in the ultrasonic flowmeter 2 is changed. In the ultrasonic flowmeter 2 of the present embodiment, the configuration other than the second sensor unit 12 (such as the electrical configuration of the first sensor unit 11 and the control device 20) is the same as that of the first embodiment. is there.

具体的には、図10に示されるように、本実施の形態における第2センサ部12の配管17は、上流側と下流側とで音響インピーダンスが異なる配管部材57,58で形成されている。また、この配管17における内壁面17a,17bの間隔d(流路の幅)は、上流側と下流側とで等しく形成されている。 Specifically, as shown in FIG. 10, the pipe 17 of the second sensor unit 12 in the present embodiment is formed of pipe members 57 and 58 having different acoustic impedances on the upstream side and the downstream side. Further, the interval d 1 (width of the flow path) between the inner wall surfaces 17a and 17b in the pipe 17 is formed equal on the upstream side and the downstream side.

この場合、上流側の配管部材57の音響インピーダンスをZ01、下流側の配管部材58の音響インピーダンスをZ02とすると、各内壁面15a,15bでの反射波S01,S11,S02,S12は、次式(11),(12)の関係が成り立つ。

Figure 0005608884
Figure 0005608884
In this case, if the acoustic impedance of the upstream piping member 57 is Z 01 and the acoustic impedance of the downstream piping member 58 is Z 02 , the reflected waves S 01 , S 11 , S 02 , S 12, the following equation (11), holds the relationship (12).
Figure 0005608884
Figure 0005608884

そして、これら式(11)及び式(12)により、各反射波S01,S11,S02,S12の信号強度と音響インピーダンスZ01,Z02とに基づいて、流体Wの音響インピーダンスZを求めることができる。さらに、流体Wの音速Cは上記第1の実施の形態と同様の手法で求めることができ、その音速Cと音響インピーダンスZとにより流体Wの密度ρを求めることができる。
[第4の実施の形態]
Then, according to the equations (11) and (12), the acoustic impedance Z of the fluid W is calculated based on the signal intensity of each reflected wave S 01 , S 11 , S 02 , S 12 and the acoustic impedances Z 01 , Z 02. f can be obtained. Furthermore, the sound velocity C of the fluid W can be determined in the same manner as the first embodiment, it is possible to obtain the density ρ of the fluid W by its sound velocity C and the acoustic impedance Z f.
[Fourth Embodiment]

次に、本発明を具体化した第4の実施の形態を説明する。本実施の形態でも、第2センサ部12における配管17の構成を変更した点が上記第1の実施の形態と異なる。なお、本実施の形態の超音波流量計2において、他の構成(第1センサ部11や制御装置20の電気的構成など)は第1の実施の形態と同様である。   Next, a fourth embodiment embodying the present invention will be described. This embodiment is also different from the first embodiment in that the configuration of the pipe 17 in the second sensor unit 12 is changed. In the ultrasonic flowmeter 2 of the present embodiment, other configurations (such as the electrical configuration of the first sensor unit 11 and the control device 20) are the same as those of the first embodiment.

具体的には、図11に示されるように、本実施の形態における第2センサ部12の配管17は、長方形状に形成されており、一方の第2超音波振動子18は第1の外壁面17e(図11では短辺側の外壁面)に配置されるとともに、他方の第2超音波振動子19は第1の外壁面17eと直交する第2の外壁面17f(図11では長辺側の外壁面)に配置されている。また、配管17において一対の第2超音波振動子18,19が配置される側壁の厚さは等しく、その配管17内に形成される流路は、水平方向の幅d(内壁面17a,17bの間隔)が垂直方向の幅d(内壁面17c,17dの間隔)の2倍となっている。なお、図11の配管17では、紙面の手前側から奥行き方向に流体Wが流れる。 Specifically, as shown in FIG. 11, the pipe 17 of the second sensor unit 12 in the present embodiment is formed in a rectangular shape, and one of the second ultrasonic transducers 18 has a first outer surface. The second ultrasonic transducer 19 is disposed on the wall surface 17e (the outer wall surface on the short side in FIG. 11), and the other second ultrasonic transducer 19 is a second outer wall surface 17f (the long side in FIG. 11) orthogonal to the first outer wall surface 17e. It is arranged on the side outer wall surface. Moreover, the thickness of the side wall in which the pair of second ultrasonic transducers 18 and 19 are arranged in the pipe 17 is equal, and the flow path formed in the pipe 17 has a horizontal width d 1 (inner wall surface 17a, 17b) is twice the vertical width d 2 (the distance between the inner wall surfaces 17c and 17d). In addition, in the piping 17 of FIG. 11, the fluid W flows in the depth direction from the near side of the drawing.

このように第2センサ部12を構成した場合、各内壁面17a,17b,17c,17dで反射する反射波S01,S11,S02,S12は、上式(8),(9)の関係が成り立つ。従って、本実施の形態でも、上記第1の実施の形態と同様に、流体Wの音響インピーダンスZを求めることができ、さらには、流体Wの密度ρを求めることができる。また、上記第1の実施の形態のように、各超音波振動子18,19を流体Wの流通方向(上流側または下流側の方向)にずらして配置する必要がないため、超音波流量計2をコンパクトに形成することが可能となる。 Thus case where the second sensor unit 12, the reflected wave S 01 reflected by the inner wall surfaces 17a, 17b, 17c, 17d, S 11, S 02, S 12 is the above equation (8), (9) The relationship holds. Therefore, also in this embodiment, as in the first embodiment, it is possible to obtain the acoustic impedance Z f of the fluid W, further, it is possible to obtain the density ρ of the fluid W. In addition, unlike the first embodiment, each ultrasonic transducer 18 and 19 does not need to be shifted in the flow direction of the fluid W (upstream side or downstream direction), so that the ultrasonic flowmeter 2 can be formed compactly.

なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。   In addition, you may change each embodiment of this invention as follows.

・上記第3の実施の形態において、第2センサ部12における配管17の上流側と下流側とは、音響インピーダンスZ01,Z02が異なる配管部材57,58で形成するものであったが、図12に示されるように、超音波の反射面となる内壁面17bの一部を配管17とは音響インピーダンスが異なる材質からなる反射板59で形成してもよい。このように第2センサ部12を形成した場合でも、各内壁面17a,17bにおける反射波S01,S11,S02,S12の信号強度に基づいて、配管17を流れる流体Wの音響インピーダンスZや密度ρを求めることができる。 In the third embodiment, the upstream side and the downstream side of the pipe 17 in the second sensor unit 12 are formed by the pipe members 57 and 58 having different acoustic impedances Z 01 and Z 02 . As shown in FIG. 12, a part of the inner wall surface 17 b serving as an ultrasonic reflection surface may be formed by a reflection plate 59 made of a material having an acoustic impedance different from that of the pipe 17. Even when the second sensor portion 12 is formed in this way, the acoustic impedance of the fluid W flowing through the pipe 17 is based on the signal strength of the reflected waves S 01 , S 11 , S 02 , S 12 on the inner wall surfaces 17a, 17b. Zf and density ρ can be obtained.

・上記各実施の形態では、超音波流量計2の第2センサ部12における第2超音波振動子18,19を用いて流体Wの音速Cを求めるものであったが、これに限定されるものではない。例えば、第1センサ部11の第1超音波振動子15,16を用いて超音波の伝搬時間差から流体Wの音速Cを求めてもよい。その具体的な算出方法について説明する。超音波流量計2において、第1センサ部11の流路長をL、流体Wの音速C、流速Vとした場合、流体Wの流れの正方向に伝搬した超音波の伝搬時間Tdと逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間Tuは、上記式(1),(2)で表すことができる。そのため、それら式(1),式(2)により、音速Cは次式(13)のように表すことができる。

Figure 0005608884
In each of the above-described embodiments, the sound velocity C of the fluid W is obtained using the second ultrasonic transducers 18 and 19 in the second sensor unit 12 of the ultrasonic flowmeter 2, but the present invention is not limited to this. It is not a thing. For example, the sound velocity C of the fluid W may be obtained from the difference in ultrasonic propagation time using the first ultrasonic transducers 15 and 16 of the first sensor unit 11. A specific calculation method will be described. In the ultrasonic flowmeter 2, when the flow path length of the first sensor unit 11 is L, the sound velocity C of the fluid W, and the flow velocity V, the propagation time Td of the ultrasonic wave propagated in the forward direction of the flow of the fluid W is opposite. The propagation time Tu of the ultrasonic wave propagated to can be expressed by the above formulas (1) and (2). Therefore, the sound velocity C can be expressed as the following equation (13) by these equations (1) and (2).
Figure 0005608884

従って、第1センサ部11において正逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間Td,Tuを計測し、各伝搬時間Td,Tuを上記式(13)に代入して演算することにより、流体Wの音速Cを求めることができる。そして、この音速Cを用いて上記各実施の形態と同様に流体Wの音響インピーダンスZや密度ρを求めることができる。 Therefore, by measuring the propagation times Td and Tu of the ultrasonic waves propagating in the forward and reverse directions in the first sensor unit 11 and substituting the propagation times Td and Tu into the above equation (13), the calculation of the fluid W The speed of sound C can be obtained. Then, the acoustic impedance Zf and density ρ of the fluid W can be obtained using the sound velocity C as in the above embodiments.

・上記第1の実施の形態では、密度ρ及び音速Cにより流体Wの種類を特定するものであったが、これに限定されるものではない。密度ρに代えて音響インピーダンスZを用いて流体Wの種類を特定するように構成してもよい。ただし、この場合には、複数種類の流体Wの音速C、音響インピーダンスZ、動粘度係数 に関するデータをメモリ24に記憶しておき、そのデータを使用して流体Wの種類を特定する。また、使用する流体Wの種類によっては、密度ρや音響インピーダンスZのみで特定が可能な場合もあるので、その場合には、音速Cを使用しないで、算出した密度ρや音響インピーダンスZにより流体Wの特定を行うようにしてもよい。また、第2の実施の形態においても、密度ρに代えて音響インピーダンスZを用いて流体Wの濃度Xを求めるように構成してもよし、密度ρや音響インピーダンスZに加えて音速Cを用いて流体Wの濃度Xを求めるように構成してもよい。 In the first embodiment, the type of the fluid W is specified by the density ρ and the sound speed C, but the present invention is not limited to this. It may be configured to identify the type of fluid W by using the acoustic impedance Z f in place of the density [rho. However, in this case, data on the sound speed C, acoustic impedance Z f , and kinematic viscosity coefficient of a plurality of types of fluid W is stored in the memory 24, and the type of the fluid W is specified using the data. Further, depending on the type of fluid W to be used, the identification may be possible only with the density ρ and the acoustic impedance Z f , and in this case, the calculated density ρ and the acoustic impedance Z f without using the sound velocity C. The fluid W may be specified by the above. Also in the second embodiment, be configured to determine the concentration X of the fluid W by using the acoustic impedance Z f in place of the density ρ Well, speed of sound in addition to the density ρ and the acoustic impedance Z f C May be used to determine the concentration X of the fluid W.

・上記各実施の形態では、温度が一定(例えば、20℃)に保たれる流体供給システム1,1Aに具体化していたが、これに限定されるものではない。流体Wの温度が変化する場合には、第1センサ部11の配管14や第2センサ部12の配管17の途中にサーミスタなどの温度センサ56(温度検出手段)を設け(図13参照)、流体Wの温度を流体Wの密度ρと同時に測定する。また、温度に応じた密度ρや動粘度係数 などのデータをメモリ24に記憶しておく。そして、温度センサ56で検出した温度に応じたデータを参照し、必要時には補間や直線近似などの演算を行うことにより、密度ρや動粘度係数 を求める。このようにすれば、流体Wの温度が変化した場合でも、流体Wの種類の特定を確実に行うことができ、温度に応じた流量補正を行うことができる。   In each of the above embodiments, the fluid supply system 1 or 1A is maintained in which the temperature is kept constant (for example, 20 ° C.). However, the present invention is not limited to this. When the temperature of the fluid W changes, a temperature sensor 56 (temperature detection means) such as a thermistor is provided in the middle of the pipe 14 of the first sensor unit 11 or the pipe 17 of the second sensor unit 12 (see FIG. 13). The temperature of the fluid W is measured simultaneously with the density ρ of the fluid W. Further, data such as density ρ and kinematic viscosity coefficient according to temperature are stored in the memory 24. Then, the data according to the temperature detected by the temperature sensor 56 is referred to, and if necessary, the density ρ and the kinematic viscosity coefficient are obtained by performing calculations such as interpolation and linear approximation. In this way, even when the temperature of the fluid W changes, the type of the fluid W can be reliably identified, and the flow rate correction according to the temperature can be performed.

上記各実施の形態では、第1センサ部11において、流体Wの流れと平行な方向に超音波が伝搬するよう一対の超音波振動子15,16を配置するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、流体Wの流れ方向に対して所定の角度(例えば、45°の角度)で超音波が伝搬するように各超音波振動子15,16を設けてもよい。   In each of the above embodiments, the pair of ultrasonic transducers 15 and 16 are arranged in the first sensor unit 11 so that the ultrasonic wave propagates in a direction parallel to the flow of the fluid W. However, the present invention is not limited to this. Is not to be done. For example, the ultrasonic transducers 15 and 16 may be provided so that ultrasonic waves propagate at a predetermined angle (for example, an angle of 45 °) with respect to the flow direction of the fluid W.

・上記各実施の形態では、波形信号の相関関数を求め、相関値によって測定に有効な波形信号を判定するように構成していたが、これに限定されるものではない。例えば、気泡などを含まない流体Wを測定する場合には、信頼性の高い波形信号を確実に取得できるので、相関関数を算出する必要はなく、取得した波形信号をそのまま利用して伝搬時間差を算出してもよい。   In each of the above embodiments, the correlation function of the waveform signal is obtained and the waveform signal effective for measurement is determined based on the correlation value. However, the present invention is not limited to this. For example, when measuring a fluid W that does not include bubbles or the like, a highly reliable waveform signal can be reliably acquired, so there is no need to calculate a correlation function, and the acquired waveform signal is used as it is to determine the propagation time difference. It may be calculated.

・上記各実施の形態において、第1センサ部11を省略し、第2センサ部12と制御装置20とにより、流体Wの濃度Xまたは動粘度係数 を測定する超音波計測器として具体化してもよい。この超音波計測器では、第2センサ部12で求めた流体Wの音速Cと音響インピーダンスZとの2つのパラメータを使用して濃度Xまたは動粘度係数 を正確に求めることができる。 In each of the above embodiments, the first sensor unit 11 may be omitted, and the second sensor unit 12 and the control device 20 may be embodied as an ultrasonic measuring instrument that measures the concentration X or kinematic viscosity coefficient of the fluid W. Good. In the ultrasonic measuring instrument, it is possible to determine the concentration X or kinematic viscosity coefficients using two parameters of sound velocity C and the acoustic impedance Z f of the fluid W obtained by the second sensor unit 12 accurately.

・上記各実施の形態では、半導体製造ラインの液体供給システム1や燃料電池の液体供給システム1に超音波流量計2を用いるものであったが、これに限定されるものではない。例えば、所定の化学反応を進行させる装置などに超音波流量計2を用いることにより、流体Wにおいて反応に寄与している成分の濃度Xや流体Wの音響インピーダンスZを求め、反応の進行度合や反応効率を把握するようにしてもよい。 In each of the above embodiments, the ultrasonic flowmeter 2 is used for the liquid supply system 1 of the semiconductor manufacturing line and the liquid supply system 1 of the fuel cell, but the present invention is not limited to this. For example, by using an ultrasonic flowmeter 2 in such apparatus for advancing a predetermined chemical reaction, determined acoustic impedance Z f concentration X and fluid W components that contribute to the reaction in the fluid W, progress of the reaction Or the reaction efficiency may be grasped.

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した各実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。   Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the respective embodiments described above are listed below.

(1)手段1において、前記管路に設けられ、前記管路を流れる流体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記記憶手段には、前記流体の温度に応じた前記音響パラメータのデータが記憶され、前記流体特定手段は、前記温度検出手段が検出した温度に応じたデータを参照することにより、前記流体の種類を特定することを特徴とする超音波流量計。   (1) The means 1 further includes temperature detecting means provided in the pipe and detecting the temperature of the fluid flowing through the pipe, and the storage means stores the acoustic parameter data according to the temperature of the fluid. And the fluid specifying means specifies the type of the fluid by referring to data corresponding to the temperature detected by the temperature detecting means.

(2)技術的思想(1)において、前記流量補正手段は、前記流体の種類及び流体の温度に基づいて、前記流体の流量を補正することを特徴とする超音波流量計。   (2) In the technical idea (1), the flow rate correction unit corrects the flow rate of the fluid based on the type of the fluid and the temperature of the fluid.

(3)手段1において、前記記憶手段には、複数種類の流体について前記音響パラメータに対応した流体の粘度または動粘度係数のデータが記憶され、前記流量補正手段は、前記流体特定手段が特定した流体の種類に応じた前記データに基づいて、前記流体の粘度または動粘度係数を算出し、その算出結果に基づいて前記流量を補正することを特徴とする超音波流量計。   (3) In the means 1, the storage means stores fluid viscosity or kinematic viscosity coefficient data corresponding to the acoustic parameters for a plurality of types of fluids, and the fluid correction means specifies the flow rate correction means. An ultrasonic flowmeter, wherein a viscosity or a kinematic viscosity coefficient of the fluid is calculated based on the data corresponding to a type of fluid, and the flow rate is corrected based on the calculation result.

(4)手段2において、前記流体特定手段は、前記音響インピーダンス及び前記密度のいずれかの音響パラメータ、またはその音響パラメータと前記音速とに基づいて、前記流体の種類を特定することを特徴とする超音波流量計。   (4) In the means 2, the fluid specifying means specifies the type of the fluid based on one of the acoustic parameters of the acoustic impedance and the density, or the acoustic parameter and the speed of sound. Ultrasonic flow meter.

(5)手段1または2において、前記補正した流量と、前記特定した流体の種類の情報とを表示する表示手段をさらに備えたことを特徴とする超音波流量計。   (5) The ultrasonic flowmeter according to (1) or (2), further comprising display means for displaying the corrected flow rate and the information of the specified fluid type.

1…流体供給システム
2…超音波流量計
3〜6,51…流体供給用管路
7…流体出力用管路
9…切り替え手段としての切り替えバルブ
11…第1センサ部
12…第2センサ部
14…管路を構成する配管
17…管路を構成する配管
17a,17b,17c,17d…内壁面
20…制御手段としての制御装置
21…音速算出手段、流量算出手段、音響パラメータ算出手段、流体特定手段、流量補正手段としてのCPU
24…記憶手段としてのメモリ
52…濃度調整手段としての濃度調整器
54…流量調整手段としての流量調整バルブ
55…制御手段としてのコントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fluid supply system 2 ... Ultrasonic flowmeter 3-6, 51 ... Fluid supply line 7 ... Fluid output line 9 ... Switching valve as switching means 11 ... 1st sensor part 12 ... 2nd sensor part 14 ... Pipe constituting pipe 17 ... Pipe constituting pipe 17a, 17b, 17c, 17d ... Inner wall surface 20 ... Control device as control means 21 ... Sonic velocity calculation means, flow rate calculation means, acoustic parameter calculation means, fluid identification And CPU as flow rate correction means
DESCRIPTION OF SYMBOLS 24 ... Memory as memory | storage means 52 ... Concentration adjuster as density | concentration adjustment means 54 ... Flow rate adjustment valve as flow-rate adjustment means 55 ... Controller as control means

Claims (3)

流体を流す流路を構成する管路に設けられ、前記管路内において前記流体の流れの正逆方向に超音波を伝搬させてその正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波とを受信してそれらの伝搬時間差を検出するための第1センサ部と、
前記管路に設けられ、前記管路を流れる流体に超音波を伝搬させ、前記管路の内壁面で反射した超音波を受信してその信号強度と伝搬時間とを検出するための第2センサ部と、
前記第1センサ部で検出した超音波の伝搬時間差に基づいて、前記流路を流れる流体の流量を算出する流量算出手段と
前記第1センサ部または前記第2センサ部で検出した超音波の伝搬時間とその超音波の伝搬距離とに基づいて、前記流体の音速を求める音速算出手段と、
前記第2センサ部で検出した反射波の信号強度と前記管路を構成する材質の音響インピーダンスとに基づいて、前記流体の音響インピーダンスを求める音響インピーダンス算出手段と、
前記音響インピーダンス算出手段が求めた前記流体の音響インピーダンスと前記音速とに基づいて、前記流体の密度を算出する密度算出手段と、
複数種類の流体における音速、密度及び動粘度係数の三者間の関係を前記複数種類の流体ごとに規定した流量補正用データを記憶する記憶手段と、
前記データと、前記音響パラメータ算出手段が算出した前記流体の音速及び前記密度算出手段が算出した前記流体の密度とに基づいて、前記管路を流れる流体の種類を特定する流体特定手段と、
記流量算出手段が算出した前記流体の流量を、前記流体特定手段が特定した前記流体の種類に応じた動粘度係数を使用して補正する流量補正手段と
を備えたことを特徴とする超音波流量計。
An ultrasonic wave that is provided in a pipe that forms a flow path for flowing a fluid, propagates in the forward and reverse directions of the fluid flow in the pipe, and propagates in the opposite direction to the ultrasonic wave that propagates in the forward direction. And a first sensor unit for detecting the propagation time difference between them,
A second sensor for detecting the signal intensity and propagation time of the ultrasonic wave that is provided in the pipe, propagates the ultrasonic wave to the fluid flowing through the pipe, receives the ultrasonic wave reflected by the inner wall surface of the pipe, and And
A flow rate calculating means for calculating a flow rate of the fluid flowing through the flow path based on a propagation time difference of the ultrasonic wave detected by the first sensor unit ;
A sound velocity calculating means for obtaining a sound velocity of the fluid based on a propagation time of the ultrasonic wave detected by the first sensor unit or the second sensor unit and a propagation distance of the ultrasonic wave;
Acoustic impedance calculation means for obtaining the acoustic impedance of the fluid based on the signal intensity of the reflected wave detected by the second sensor unit and the acoustic impedance of the material constituting the pipe ;
Density calculating means for calculating the density of the fluid based on the acoustic impedance of the fluid and the speed of sound obtained by the acoustic impedance calculating means;
Storage means for storing flow rate correction data defining the relationship among the three types of fluid velocity, density and kinematic viscosity coefficient for each of the plurality of types of fluids ;
Based on the data, the sound velocity of the fluid calculated by the acoustic parameter calculation unit, and the density of the fluid calculated by the density calculation unit, a fluid identification unit that identifies the type of fluid flowing through the conduit;
Ultra before Symbol flow rate calculation means of the flow rate of the fluid is calculated, characterized in that the fluid specific means and a flow rate correction means for correcting using kinematic viscosity coefficient corresponding to the type of the identified said fluid Sonic flow meter.
請求項に記載の超音波流量計と、
複数種類の流体がそれぞれ供給される複数本の流体供給用管路と、
前記超音波流量計が設けられる流体出力用管路と、
前記複数本の流体供給用管路と流体出力用管路とが接続され、前記各流体供給用管路から供給される複数種類の流体のうちのいずれか1つの流体を前記流体出力用管路に供給する切り替え手段と
を備え、
前記超音波流量計は、前記切り替え手段を介して前記流体出力用管路内に選択的に供給される流体の種類を特定し、特定した種類に応じて流体の流量を補正する
ことを特徴とする流体供給システム。
The ultrasonic flowmeter according to claim 1 ;
A plurality of fluid supply pipes to which a plurality of types of fluids are respectively supplied;
A fluid output conduit provided with the ultrasonic flowmeter;
The plurality of fluid supply conduits and fluid output conduits are connected, and any one of a plurality of types of fluids supplied from the fluid supply conduits is supplied to the fluid output conduit. Switching means for supplying to
The ultrasonic flowmeter is characterized by specifying a type of fluid that is selectively supplied into the fluid output conduit via the switching unit, and correcting the flow rate of the fluid according to the specified type. Fluid supply system.
請求項に記載の超音波流量計と、
前記超音波流量計が設けられる流体供給用管路と、
前記管路に供給する流体の濃度を調整する濃度調整手段と、
前記管路に供給する流体の流量を調整する流量調整手段と、
前記濃度調整手段及び前記流量調整手段を制御する制御手段と
を備え、
前記超音波流量計は、前記管路を流れる流体の濃度を求めるとともに、その流体の流量を求め、その濃度及び流量を前記制御手段に出力する
ことを特徴とする流体供給システム。
The ultrasonic flowmeter according to claim 1 ;
A fluid supply conduit in which the ultrasonic flowmeter is provided;
Concentration adjusting means for adjusting the concentration of the fluid supplied to the conduit;
A flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of the fluid supplied to the conduit;
Control means for controlling the concentration adjusting means and the flow rate adjusting means,
The ultrasonic flowmeter obtains the concentration of the fluid flowing through the pipe line, obtains the flow rate of the fluid, and outputs the concentration and the flow rate to the control means.
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