JPH01134213A - 流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は流体の流量を計測する流ｆｆ１Ｒ１に係り、特
に超音波を利用して流体の流量を検出する流量計に関す
る。

商取引きの対象となる流体の流量は、そのａ１測に正確
さを要求されるが、この流量の計測を体積を基に行うと
、体積が温度変化に伴って変化することから基準温度で
の体積に変換する必要がある。

又、超音波を含む音波の速度、即ち音速は音波が伝播す
る媒体固有の温度の関数となっている。

このため正確な流量の測定を行うためには、この温度変
化による流体の体積変化及び音速の変化を考慮した補正
が必要となる。

従来の技術 第３図は従来の流ω計の一例の構成図を示す。

同図の流量計は、流体が同図上方から下方へ向かって通
過する管路１の略中火に設けられた渦発生体２によって
発生される所謂カルマン渦を検出するタイプの周知の流
量計である。カルマン渦が発生する個数は近似的に流体
の流速に比例することが知られており、このカルマン渦
の単位時間当りの発生数を知ることができれば流体の流
速と、この流速から流体の流量とを測定することができ
る。

このカルマン渦を検出する方法として、同図の流量計は
超音波を利用している。即ち、超音波信号発生器３によ
って発生された超音波信号を管路１の壁面上に設けられ
た超音波送信器４より流体中に送信し、流体中を伝播し
た超音波を管路１の壁面上の超音波送信器と対向する位
置に設けられた超音波受信器５によって受信する。ここ
で受信された超音波信号は、流体中を伝播する途中にお
いて、カルマン渦に遭遇すると、その位相に変化を受け
る。超音波受信器５の出力超音波信号を検出回路６に供
給し、この位相の変化を検知することによってカルマン
渦の発生を検出することができる。

第３図の流量計では管路１の内側の流体に接する部分に
温度センサ７を設け、その出力信号を湿度検出補正回路
８に供給して温度を求める。この温度と流体固有の関数
を基にして得た補正信号を超音波信号発生器３へ供給し
、超音波信号発生器によって発生される超音波信号の周
波数を超音波受信器５の受信レベルが必要以上のレベル
となるような周波数に変化させる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら第３図の従来回路のように温度セン勺７を
管路１の内側の壁面上に設けるには、その密閉性を考慮
しなければならず、又温度センサ７を流体中に設けるこ
とから流体が温度センサ７によって何らかの影響を受け
、測定誤差の原因ともなるという問題点があった。

本発明は、上記の点に鑑みて創作されたものであり、温
度センサを設けることなく温度変化に対する補正ができ
、流体の流量の正確な測定が可能な流Ｒ計を提供するこ
とを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は、超音波信号を発生するとともに補正信号によ
り周波数を変化し得る超音波信号発生器と、流体が流れ
る管路の壁面上に設けられ超音波信号を超音波として管
路の壁面から流体中に送信する超音波送信器と、管路の
壁面上であって超音波送信器と対向する位置に設けられ
流体中を伝播した超音波を受信する超音波受信器と、流
体の温度を検出し補正信号を超音波信号発生器へ供給す
る温度検出補正回路と、超音波受信器の出力超音波信号
から流体中で前記超音波が受けた伝達特性の変化を検出
するとともに、流体の流量演算を行う検出回路とからな
る流量計において、温度検出信号を発生する温度検出信
号発生回路と、温度検出信号と前記超音波信号発生器の
出力超音波信号とを合成して前記超音波送信器に供給す
る合成回路とを設け、前記温度検出補正回路を、合成回
路の出力信号中の温度検出信号と前記超音波受信器の出
力超音波信号中の温度検出信号との位相差を求めること
により温度を検出し、これをもとにして前記補正信号を
発生する構成とする。

作用 温度検出信号発生回路によって発生された湿度検出信号
は合成回路によって超音波信号発生器よりの超音波信号
に合成され、超音波送信器より流体中に送出される一方
、温度検出補正回路に供給される。流体中を伝播した超
音波は超音波受信器により受信され、超音波受信器の出
力超音波信号は温度検出補正回路及び検出回路に供給さ
れる。

検出回路は超音波受信器の出力超音波信号からカルマン
渦の数を検出し流体の流量を求める流量演算を行う。

温度検出補正回路は流体中を超音波として伝播した超音
波信号中の温度検出信号と合成回路より直接供給された
超音波信号中の温度検出信号の位相差（又は時間差）及
びこの位相差に対応する温度を求める。流体中の音速は
温度を変数とするその流体固有の関数であり、温度検出
補正回路は予め知られているこの関数と温度とをもとに
して得られた補正信号を超音波信号発生器に供給する。

超音波信号発生器では上記補正信号をもとにして、超音
波受信器によって受信される超音波の受信レベルが適当
なレベルとなるように超音波信号の周波数を適切に変化
させる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の構成図を示す。同図におい
て、超音波信号発生器１０は超音波信号を発生するため
の周知の回路である。また、この超音波信号発生器１０
が発生する超音波信号の周波数は、後述する温度検出補
正回路１５より供給される補正信号によって、１メガヘ
ルツ（Ｍ）−１ｚ　）を中心周波数としてプラスマイナ
ス０．１Ｍ　Ｈｚの範囲内で可変となっている。温度検
出信号発生回路１１は超音波信号発生器１０によって発
生された超音波信号に、合成回路１２において合成され
る温度検出信号を発生するためのものである。超音波送
信器１３、超音波受信器１４は第３図の従来装置におけ
る超音波送信器４、超音波受信器５と夫々同様のもので
あり、超音波送信器１３は合成回路１２の出力超音波信
号を超音波に変換して管路１内を流れる流体中に送信し
、超音波受信器１４はこの流体中を伝播した超音波を受
信して超音波信号に変換する。

温度検出補正回路１５は後述するように超音波受信器１
４ど合成回路１２の出力超音波信号から温度を求め、超
音波信号発生器１０に供給する補正信号を発生する。

検出回路１６は超音波受信器１４の出力超音波信号から
、流体中に渦発生体２によって発生されたカルマン渦の
発生数を検出しこれを基に流体の流量及び流速（以下流
量等という）を求める流量演算を行う。

前述のように、流体の体積及び音速は超音波が伝播する
媒体の温度を変数とする媒体固有の関数であるため、検
出回路１６の出力流量情報は温度によって変化する。そ
こでこの媒体固有の関数と音速がわかれば温度が求めら
れることとなり、この検出された温度から適切に超音波
の周波数を変化させることにより、流体の体積及び音速
の変化を補償することが可能となる。

本実施例では、これを以下のような方法によって行う。

第２図（Ａ）は合成回路１２において超音波信号と温度
検出信号とが合成された信号の波形の例を示す。同図中
ａで示す振幅の大きい部分が温度検出信号を示し、その
他の部分が超音波信号発生器１０によって発生された超
音波信号を示している。ここでは温度検出信号は振幅を
大きくした信号となっているが、これは超音波信号発生
器１ｏよりの超音波信号と明瞭に区別できるものであれ
ばよく、例えば超音波信号に対して周波数変化、位相変
化等を与えることによっても同様の効果が得られる。

同図（Ｂ）は同図（Ａ）に示す超音波信号が超音波送信
器１３より超音波として流体中に送出され流体中を伝播
した後超音波受信器１４によって受信された超音波信号
の波形を示す。同図（Ｂ）の信号は同図（Ａ）の信号に
対し、流体中を伝播する時間ｔだけ遅延している。

温度検出補正回路１５では、流体を通過する＾ｔの合成
回路１２の出力超音波信号と流体中を伝播したあとの超
音波受信器１４の出力超音波信号との位相を比較して音
速に反比例するこの遅延時間を求め、予め用意された流
体固有の関数テーブルから温度を求める。次に、この温
度に関する信号を補正信号として超音波信号発生器１０
に供給し、超音波信号の周波数を変化させる。前述の如
く本実施例ではこの周波数の可変範囲はＩＭＨ２を中心
周波数としてプラスマイナス０．１ＭＨｚである。

更に、第１図で温度検出補正回路１５から検出回路１６
へ向う破線の矢印は、流量演算補正信号を示している。

即ち、温度検出補正回路１５は超音波発生器１０へ補正
信号を供給するだけでなく、温度変化によって検出回路
の流量演算をも補正すべく流囲演算補正信号をも発生し
得る構成とすることも可能であり、これにより流通検出
の精度をより高いものとすることができる。

上記温度検出信号を超音波信号と合成することによる流
量検出補正回路１６のカルマン渦の検出に与える影響は
、この温度検出信号の発生時間ａをカルマン渦の発生と
発生の間の時間に比べて充分短くすることによって無視
できる程度に低減できる。

又、この温度検出信号が流体中に発生するカルマン渦に
遭遇すると、その位相に対し純粋な伝播による遅延以外
の変化を受ける。これをキャンセルするためには以下の
方法がある。まず第１図に、渦発生体２の左右に交互に
発生するカルマン渦が互いに逆方向に回転することから
、連続する２つのカルマン渦に対して位相差を計測して
平均する方法である。これによってカルマン渦の影響は
相殺される。第２には、渦が発生する周期に比較して充
分長い時間に亘っての測定値を平均し、交互に逆方向に
回転するカルマン渦の影響を相殺する方法である。

本実施例では、カルマン渦を検出することによって流体
の流ｍを計測する流量計について説明したが、本発明は
これに限るものではなく、流体中を通過する超音波がそ
の伝達特性に変化を受け、これを検出する流量計であれ
ばどのようなものに対しても適用できることは言うまで
もない。

発明の効果 上述の如く、本発明によれば、流体の温度補正を行う流
量測定の際に、超音波信号に温度検出信号を合成しこれ
を用いて温度測定を行う構成としたことにより、流体内
に特別な温度センサを設ける必要はなく、従って温度セ
ンサの密閉性などを考慮する必要もなく、又、温度セン
サを設けることにより流体の流れに対して影響を与え流
量、流速の計測の誤差の原因を生じることがない等の特
長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は超音波信
号と温度検出信号を合成した信号の波形図、第３図は従
来の流量計の一例の構成図である。 １・・・管路、２・・・渦発生体、３．１０・・・超音
波信号発生器、４．１３・・・超音波送信器、５．１４
・・・超音波受信器、１１・・・温度検出信号発生回路
、１２・・・合成回路、１５・・・温度検出補正回路、
１６・・・検出回路。 特許出願人　ト　キ　コ　株式会社 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 超音波信号を発生するとともに補正信号によって周波数
   を変化し得る超音波信号発生器と、流体が流れる管路の
   壁面上に設けられ該超音波信号を超音波として該管路の
   壁面から該流体中に送信する超音波送信器と、該管路の
   壁面上であつて該超音波送信器と対向する位置に設けら
   れ該流体中を伝播した該超音波を受信する超音波受信器
   と、該流体の温度を検出し該補正信号を該超音波信号発
   生器へ供給する温度検出補正回路と、該超音波受信器の
   出力超音波信号から該流体中で前記超音波が受けた伝達
   特性の変化を検出するとともに、該流体の流量演算を行
   う検出回路とからなる流量計において、 温度検出信号を発生する温度検出信号発生回路と、 該温度検出信号と前記超音波信号発生器の出力超音波信
   号とを合成して前記超音波送信器に供給する合成回路と
   を設け、 前記温度検出補正回路を、該合成回路の出力信号中の温
   度検出信号と前記超音波受信器の出力超音波信号中の温
   度検出信号との位相差を求めることにより温度を検出し
   、これをもとにして前記補正信号を発生する構成とした
   ことを特徴とする流量計。