JPH0133762B2 - - Google Patents
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- JPH0133762B2 JPH0133762B2 JP55046974A JP4697480A JPH0133762B2 JP H0133762 B2 JPH0133762 B2 JP H0133762B2 JP 55046974 A JP55046974 A JP 55046974A JP 4697480 A JP4697480 A JP 4697480A JP H0133762 B2 JPH0133762 B2 JP H0133762B2
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- pulse
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- pulse train
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
- G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
- G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
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- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超音波を用いた、流管中の液体の流
量計又は流速計に関するものであつて、更に特定
すれば、液体用超音波流量計であつて、広範囲の
流量に対して精度が高く、殊に小流量域の測定に
適したものである。
量計又は流速計に関するものであつて、更に特定
すれば、液体用超音波流量計であつて、広範囲の
流量に対して精度が高く、殊に小流量域の測定に
適したものである。
超音波流量計に関しては、特に、1974年８月６
日付のフランス特許No.2281571（74−27312）に述
べられているが、そこでは、二つの電気−音波変
換器が、それに関して流量又は流速を測ろうとす
る液体が循環している流管に対して、二つを結ぶ
線が交叉するように相対して置かれているもので
ある。（超音波の）送信に当たつては、繰り返し
周波数fe、例えば５メガヘルツ程度の、長さがte
のパルストレインが、同時に二つの変換器に送り
込まれる。この間、受信側の電子回路は遮断され
ている。送信が終ると、二つの変換器に接続され
た電子回路は、受信側に切り替えられる。この回
路は、増巾器、コンパレータ、分周器を持ち、受
信された信号を整形し、このパルスの周波数を、
繰り返し周波数がfe／ｄ＝１／trとなるようなｐ
個のパルストレインが得られるように適当な数ｄ
で割る。
日付のフランス特許No.2281571（74−27312）に述
べられているが、そこでは、二つの電気−音波変
換器が、それに関して流量又は流速を測ろうとす
る液体が循環している流管に対して、二つを結ぶ
線が交叉するように相対して置かれているもので
ある。（超音波の）送信に当たつては、繰り返し
周波数fe、例えば５メガヘルツ程度の、長さがte
のパルストレインが、同時に二つの変換器に送り
込まれる。この間、受信側の電子回路は遮断され
ている。送信が終ると、二つの変換器に接続され
た電子回路は、受信側に切り替えられる。この回
路は、増巾器、コンパレータ、分周器を持ち、受
信された信号を整形し、このパルスの周波数を、
繰り返し周波数がfe／ｄ＝１／trとなるようなｐ
個のパルストレインが得られるように適当な数ｄ
で割る。
受信された二つのパルストレインR1，R2は、
その周波数を１／ｄにされた後、R1は送信パル
ストレインに対しT1、R2は同じくT2の、各々時
間遅れを持つことになる。ここで差Ｔ＝±（T1−
T2）を測定するがこれは受信された二つのパル
ストレインR1とR2の離隔である。この時間遅れ
は、二つのパルストレインに属するパルスの組ご
とについて、全て等しい。従つて、振巾のｐ個の
パルスより成る信号Ｒをこれから作ることができ
る。パルスをｐ個とすることの意味は、このパル
スの立ち上り、及び立ち下りのフロントの不確実
さが測定時には問題とする信号と相関していなく
ても、その影響は繰り返し加算することで減少す
るという事実にある。循環速度Ｖは、よつて： Ｖ＝KT／T1T2 (1) で与えられるが、ここにＫは、流管の大きさと、
液体の性質に依存する係数である。
その周波数を１／ｄにされた後、R1は送信パル
ストレインに対しT1、R2は同じくT2の、各々時
間遅れを持つことになる。ここで差Ｔ＝±（T1−
T2）を測定するがこれは受信された二つのパル
ストレインR1とR2の離隔である。この時間遅れ
は、二つのパルストレインに属するパルスの組ご
とについて、全て等しい。従つて、振巾のｐ個の
パルスより成る信号Ｒをこれから作ることができ
る。パルスをｐ個とすることの意味は、このパル
スの立ち上り、及び立ち下りのフロントの不確実
さが測定時には問題とする信号と相関していなく
ても、その影響は繰り返し加算することで減少す
るという事実にある。循環速度Ｖは、よつて： Ｖ＝KT／T1T2 (1) で与えられるが、ここにＫは、流管の大きさと、
液体の性質に依存する係数である。
パルストレインR1とR2は上述のフランス特許
の中で述べられている電子回路によつて作り出さ
れる。式(1)で関係づけられている時間遅れＴ，
T1，T2は、定電流アナログ積分器によつて測定
され、その出力の電圧がこの時間遅れに比例する
ようになつており、また、速度はＴ，T1，T2に
比例する電圧からアナログ的に計算される。
の中で述べられている電子回路によつて作り出さ
れる。式(1)で関係づけられている時間遅れＴ，
T1，T2は、定電流アナログ積分器によつて測定
され、その出力の電圧がこの時間遅れに比例する
ようになつており、また、速度はＴ，T1，T2に
比例する電圧からアナログ的に計算される。
これまでの流量計の不便なところは、その構成
部品の精度が限られており、主に温度変化に起因
する二次的な効果の影響にさらされることであ
る。より正確に言えば、二つの受信経路に介在す
るロジツク回路が、決して正確には等しくないの
である。従つて、二つの受信経路が、受信信号に
対して同じ時間遅れを与えないという事実を考慮
に入れることが望ましいのである。
部品の精度が限られており、主に温度変化に起因
する二次的な効果の影響にさらされることであ
る。より正確に言えば、二つの受信経路に介在す
るロジツク回路が、決して正確には等しくないの
である。従つて、二つの受信経路が、受信信号に
対して同じ時間遅れを与えないという事実を考慮
に入れることが望ましいのである。
この発明によると、この時間遅れの差を測るた
めに単に送信信号を、二つの変換器に伝えるだけ
でなく、処理用電子回路の二つの受信経路にも伝
えるのである。二つの受信経路上で、送信が０又
は既知の時間遅れをもつて確認されてから、求め
る時間遅れの差は、測定された時間遅れから計算
で求められる。
めに単に送信信号を、二つの変換器に伝えるだけ
でなく、処理用電子回路の二つの受信経路にも伝
えるのである。二つの受信経路上で、送信が０又
は既知の時間遅れをもつて確認されてから、求め
る時間遅れの差は、測定された時間遅れから計算
で求められる。
時間遅れT1とT2は、100マイクロ秒程度が代表
的な値であるが、20メガヘルツのクロツクで数え
ることによつて測定される。時間遅れＴは１マイ
ルクロ秒程度になるが、20メガヘルツのクロツク
とアナログ積分器の両方を使つて測られる。巾t1
の間隔t1は、巾Ｔの間隔Ｔの立ち上りフロントか
ら始まり、クロツクのそれに続く最初の、又は、
もつと一般的にはｎ番目のパルスで終る。巾t2の
間隔t2は、Ｔの立ち下りフロントに始まり、クロ
ツクのそれに続く最初の、又はもつと一般的には
ｎ番目のパルスで終る。巾t0の間隔t0は、t1の立
ち下りフロントに始まり、t2の立ち下りフロント
で終る。間隔t0の巾は、クロツクの周期の整数の
倍に正確に等しく、このクロツクが送り出すパル
スを算えることによつて測られる。巾がt1および
t2の間隔は定電流のアナログ積分器で測られ、そ
の出力は次いで、数値化される。
的な値であるが、20メガヘルツのクロツクで数え
ることによつて測定される。時間遅れＴは１マイ
ルクロ秒程度になるが、20メガヘルツのクロツク
とアナログ積分器の両方を使つて測られる。巾t1
の間隔t1は、巾Ｔの間隔Ｔの立ち上りフロントか
ら始まり、クロツクのそれに続く最初の、又は、
もつと一般的にはｎ番目のパルスで終る。巾t2の
間隔t2は、Ｔの立ち下りフロントに始まり、クロ
ツクのそれに続く最初の、又はもつと一般的には
ｎ番目のパルスで終る。巾t0の間隔t0は、t1の立
ち下りフロントに始まり、t2の立ち下りフロント
で終る。間隔t0の巾は、クロツクの周期の整数の
倍に正確に等しく、このクロツクが送り出すパル
スを算えることによつて測られる。巾がt1および
t2の間隔は定電流のアナログ積分器で測られ、そ
の出力は次いで、数値化される。
そこで、間隔Ｔの巾は次の式で与えられる：
Ｔ＝t0＋t1−t2 (2)
間隔t1及びt2は、クロツクのそれに続く最初の
パルス又はｎ番目のパルスで終ることに気付くで
あろう。それがクロツクの、Ｔの立ち上り及び立
ち下りフロントに続く２番目のパルスで終るよう
にさせることによつて、間隔t1とt2の最小の大き
さは、20メガヘルツのベース・クロツクの一周期
に等しくなる。従つて、t1とt2を測定する定電流
積分器は、零点の付近ではなく、その直線性が最
も良い領域で作動することになる。
パルス又はｎ番目のパルスで終ることに気付くで
あろう。それがクロツクの、Ｔの立ち上り及び立
ち下りフロントに続く２番目のパルスで終るよう
にさせることによつて、間隔t1とt2の最小の大き
さは、20メガヘルツのベース・クロツクの一周期
に等しくなる。従つて、t1とt2を測定する定電流
積分器は、零点の付近ではなく、その直線性が最
も良い領域で作動することになる。
t1とt2の巾を測る二つの定電流積分器は、定期
的かつ自動的に、既知の巾の間隔で構成される。
これによつて計算の際に、リアルタイムで、零点
シフトと、このアナログ積分器のゲインの差を勘
定に入れることができる。
的かつ自動的に、既知の巾の間隔で構成される。
これによつて計算の際に、リアルタイムで、零点
シフトと、このアナログ積分器のゲインの差を勘
定に入れることができる。
マイクロ・コンピユーターが流量計の電子回路
の中に組み込まれていて、つぎのような役を果た
す： −測定の各段階（送信、受信、補正）の同期化； −以下の各測定値を得ること： ●経路間の時間遅れの差、 ●積分器の補正、 ●本来の測定； −リアルタイムで、流量又は流速を、先に述べた
欠陥の補正を行いつつ計算すること；流量を積
分して、総流量を求める可能性も含める； −計算結果を、装置前面にデジタル表示し、この
同じ値を記録が必用な場合には送り出すこと。
の中に組み込まれていて、つぎのような役を果た
す： −測定の各段階（送信、受信、補正）の同期化； −以下の各測定値を得ること： ●経路間の時間遅れの差、 ●積分器の補正、 ●本来の測定； −リアルタイムで、流量又は流速を、先に述べた
欠陥の補正を行いつつ計算すること；流量を積
分して、総流量を求める可能性も含める； −計算結果を、装置前面にデジタル表示し、この
同じ値を記録が必用な場合には送り出すこと。
以下添付図面により本発明を説明する。
次のような表記が以下の説明に用いられてい
る。： −Ｖ：問題の流体の速度； −Ｋ：速度の計算に使われる普遍定数； −T1：送信された第一のパルストレインと、受
信された第一のパルストレインの間の補正され
た時間遅れ； −T2：送信された第二のパルストレインと、受
信された第二のパルストレインの間の補正され
た時間遅れ； −Ｔ：受信された二つのパルストレインの間の補
正された時間遅れ； −Δt：時間遅れの測定に用いられるクロツクの
周期； −ｒ；二つの送信パルストレイン間のずれのクロ
ツク周波数； −N1：T1の測定の為に数えられたクロツク・パ
ルス数； −Te：二つの送信パルストレイン間の測定され
たずれ； −Tr：二つの受信パルストレイン間の測定され
たずれ； −nr：巾Trのｐ個の間隔の測定のために算えら
れたクロツク周期Δtの数； −tpr＝nr／ｐΔt −ne：巾Teのｐ個の間隔の測定のために算えら
れたクロツク周期Δtの数； −tpe＝ne／ｐΔt −δe：二つの送信パルストレイン間の時間遅れの
符号； −δr：二つの受信パルストレイン間の時間遅れの
符号； −t1r：Trの立ち上りフロントとそれに続くクロ
ツクの第二番目のパルスの間の時間； −t2r：Trの立ち下りフロントとそれに続くクロ
ツクの第二番目のパルスの間の時間； −t1e：Teの立ち上りフロントとそれに続くクロ
ツクの第二番目のパルスの間の時間； −t2e：Teの立ち下りフロントとそれに続くクロ
ツクの第二番目のパルスの間の時間； −U1e：時間t1eの間開放されている第一の積分器
の出力電圧； −U2e：時間t2eの間開放されている第二の積分器
の出力電圧； −U1r：時間t1rの間開放されている第一の積分器
の出力電圧； −U2r：時間t2rの間開放されている第二の積分器
の出力電圧； −U1n：補正のためのｐ個の間隔の間開放されて
いる第一の積分器の出力電圧； −U1M：補正のための2p個の間隔の間開放されて
いる第一の積分器の出力電圧； −U2n：補正のためのｐ個の間隔の間開放されて
いる第二の積分器の出力電圧； −U2M：補正のための2p個の間隔の間開放されて
いる第二の積分器の出力電圧。
る。： −Ｖ：問題の流体の速度； −Ｋ：速度の計算に使われる普遍定数； −T1：送信された第一のパルストレインと、受
信された第一のパルストレインの間の補正され
た時間遅れ； −T2：送信された第二のパルストレインと、受
信された第二のパルストレインの間の補正され
た時間遅れ； −Ｔ：受信された二つのパルストレインの間の補
正された時間遅れ； −Δt：時間遅れの測定に用いられるクロツクの
周期； −ｒ；二つの送信パルストレイン間のずれのクロ
ツク周波数； −N1：T1の測定の為に数えられたクロツク・パ
ルス数； −Te：二つの送信パルストレイン間の測定され
たずれ； −Tr：二つの受信パルストレイン間の測定され
たずれ； −nr：巾Trのｐ個の間隔の測定のために算えら
れたクロツク周期Δtの数； −tpr＝nr／ｐΔt −ne：巾Teのｐ個の間隔の測定のために算えら
れたクロツク周期Δtの数； −tpe＝ne／ｐΔt −δe：二つの送信パルストレイン間の時間遅れの
符号； −δr：二つの受信パルストレイン間の時間遅れの
符号； −t1r：Trの立ち上りフロントとそれに続くクロ
ツクの第二番目のパルスの間の時間； −t2r：Trの立ち下りフロントとそれに続くクロ
ツクの第二番目のパルスの間の時間； −t1e：Teの立ち上りフロントとそれに続くクロ
ツクの第二番目のパルスの間の時間； −t2e：Teの立ち下りフロントとそれに続くクロ
ツクの第二番目のパルスの間の時間； −U1e：時間t1eの間開放されている第一の積分器
の出力電圧； −U2e：時間t2eの間開放されている第二の積分器
の出力電圧； −U1r：時間t1rの間開放されている第一の積分器
の出力電圧； −U2r：時間t2rの間開放されている第二の積分器
の出力電圧； −U1n：補正のためのｐ個の間隔の間開放されて
いる第一の積分器の出力電圧； −U1M：補正のための2p個の間隔の間開放されて
いる第一の積分器の出力電圧； −U2n：補正のためのｐ個の間隔の間開放されて
いる第二の積分器の出力電圧； −U2M：補正のための2p個の間隔の間開放されて
いる第二の積分器の出力電圧。
第１図は、線ａ上に巾teの送信パルストレイン
Ｅを、線ｂ上に第一の変換器で受信され、送信パ
ルストレインに対し時間遅れT1を示す、時間巾tr
＝ｄ／feのパルストレインR1を、線ｃ上に第二の
変換器で受信され、送信パルストレインに対し時
間遅れT2を示す、時間巾tr＝ｄ／feのパルストレ
インR2を、各々示している。
Ｅを、線ｂ上に第一の変換器で受信され、送信パ
ルストレインに対し時間遅れT1を示す、時間巾tr
＝ｄ／feのパルストレインR1を、線ｃ上に第二の
変換器で受信され、送信パルストレインに対し時
間遅れT2を示す、時間巾tr＝ｄ／feのパルストレ
インR2を、各々示している。
第１図の線ｄ上には、信号R1及びR2を引いて
得られる巾Ｔのｐ個のパルスが示されている。線
ｅ上には、適当に拡大されたトレインのパルスＲ
が見られ、線ｆからｉ上には、クロツクのパル
ス、前部フロントがパルスＲの立ち上りフロント
に、後部フロントがパルスＲの立ち上りフロント
に続く二番目のクロツクのパルスに一致するパル
スt1、前部フロントがパルスＲの立ち下りフロン
トに、後部フロントがこの立ち下りフロントに続
く第二番目のクロツクのパルスに一致するパルス
t2、前部フロントがパルスt1の後部フロントに、
後部フロントがパルスt2の後部フロントに一致す
るパルスt0が、各々、示されている。
得られる巾Ｔのｐ個のパルスが示されている。線
ｅ上には、適当に拡大されたトレインのパルスＲ
が見られ、線ｆからｉ上には、クロツクのパル
ス、前部フロントがパルスＲの立ち上りフロント
に、後部フロントがパルスＲの立ち上りフロント
に続く二番目のクロツクのパルスに一致するパル
スt1、前部フロントがパルスＲの立ち下りフロン
トに、後部フロントがこの立ち下りフロントに続
く第二番目のクロツクのパルスに一致するパルス
t2、前部フロントがパルスt1の後部フロントに、
後部フロントがパルスt2の後部フロントに一致す
るパルスt0が、各々、示されている。
第２図では、二つの変換器の送信パルストレイ
ンは一致せず、rΔt（＝Te）だけずれているもの
とした。そこには、第一の送信パルストレインの
始まり、第二の送信パルストレインの始まり、第
一のパルストレインの始まりと第二の受信パルス
トレインの始まりが示されている。
ンは一致せず、rΔt（＝Te）だけずれているもの
とした。そこには、第一の送信パルストレインの
始まり、第二の送信パルストレインの始まり、第
一のパルストレインの始まりと第二の受信パルス
トレインの始まりが示されている。
第２図によれば、次のことが判る：
T1＝N1Δt−t2r−Tr (3)
T2＝T1＋Tr−Te (4)
ここで、T1とT2は、Ｔとt2rがわかれば、求め
られる。この二つの量の表式は以下に与えられ
る。
られる。この二つの量の表式は以下に与えられ
る。
送信経路中でのずれに起因する時間遅れは、
rΔtに、T〓で表される電子回路自体に内在する時
間遅れを足し又は引いたものに等しい。そこで： Te＝rΔt＋T〓 Tr＝rΔt＋T〓＋Ｔ で、 Ｔ＝Tr−Te。
rΔtに、T〓で表される電子回路自体に内在する時
間遅れを足し又は引いたものに等しい。そこで： Te＝rΔt＋T〓 Tr＝rΔt＋T〓＋Ｔ で、 Ｔ＝Tr−Te。
TrとTeは、次の式で与えられる：
Tr＝nr／ＰΔt＋δr（t1r−t2r） (5)
Te＝ne／ｐΔt＋δe（t1e−t2e） (6)
あとは、二つの積分器から出る電圧の関数とし
てt1r，t2r，t1e，t2eをはつきりした形で表すこと
が残つている。
てt1r，t2r，t1e，t2eをはつきりした形で表すこと
が残つている。
第３図には、積分器のゲイン直線と、積分時間
pΔt，pt，2pΔtの経過後に得られる電圧Un，Ｕ，
UMの関係が与えられている。第３図から次のこ
とがわかる： t1e−t2e＝Δt［U1e−U1n／U1M−U1n−U2e−U2n／U2M−
U2n］(7) t1r−t2r＝Δt［U1r−U1n／U1M−U1n−U2r−U2n／U2M−
U2n］(8) t2r＝Δt［１＋U2r−U2n／U2M−U2n］ (9) 次に第４Ａ図を参照すると、送信器１１は、例
えば周波数20メガヘルツのクロツク１１０と、巾
te、繰り返し周波数毎秒1000回の発生器１１１を
持つている。このパルスとクロツクパルスは、
ANDゲート１１２に印加され、その出力は更に、
他の二つのANDゲート１１３と１１４に接続さ
れており、それら自身も各々、増巾器１１５と１
１６に結線されているが、それは、そこで速度を
測ろうとする流管１０中に置かれた電気−音波変
換器又は計測器１と２に給電している。
pΔt，pt，2pΔtの経過後に得られる電圧Un，Ｕ，
UMの関係が与えられている。第３図から次のこ
とがわかる： t1e−t2e＝Δt［U1e−U1n／U1M−U1n−U2e−U2n／U2M−
U2n］(7) t1r−t2r＝Δt［U1r−U1n／U1M−U1n−U2r−U2n／U2M−
U2n］(8) t2r＝Δt［１＋U2r−U2n／U2M−U2n］ (9) 次に第４Ａ図を参照すると、送信器１１は、例
えば周波数20メガヘルツのクロツク１１０と、巾
te、繰り返し周波数毎秒1000回の発生器１１１を
持つている。このパルスとクロツクパルスは、
ANDゲート１１２に印加され、その出力は更に、
他の二つのANDゲート１１３と１１４に接続さ
れており、それら自身も各々、増巾器１１５と１
１６に結線されているが、それは、そこで速度を
測ろうとする流管１０中に置かれた電気−音波変
換器又は計測器１と２に給電している。
ANDゲート１１４には、発生器１１１の作る
間隔と同期した、巾rΔtの間隔を出す抑制パルス
発生器１１７が接続されている。こうして、一つ
のパルストレイン上でｒ個のパルスを消去するこ
とができる。かくして、二つの送信パルストレイ
ンの間に、既知の時間遅れを導入することができ
る。この方法で、零に近い極めて小さな流量に対
して、電子回路は零の付近では働いていないか
ら、測定された速度の符号に関するあいまいさは
生じない。
間隔と同期した、巾rΔtの間隔を出す抑制パルス
発生器１１７が接続されている。こうして、一つ
のパルストレイン上でｒ個のパルスを消去するこ
とができる。かくして、二つの送信パルストレイ
ンの間に、既知の時間遅れを導入することができ
る。この方法で、零に近い極めて小さな流量に対
して、電子回路は零の付近では働いていないか
ら、測定された速度の符号に関するあいまいさは
生じない。
受信器１２は、二つの増幅器１２１と１２２を
もつているが、それらは、送信信号と、受信信号
を受け取る。ロジツク信号によつて制御される、
例えば、電界効果トランジスタ１２０のような、
ゲイン調節スイツチが、増巾器１２１と１２２
に、送信信号を受け取る時には小さなゲインを、
受信信号を受け取る時には大きなゲインを与え
る。それは、通過する流体による減衰のために、
送信信号の振巾が、受信信号の振巾に比べて、は
るかに大きいからである。
もつているが、それらは、送信信号と、受信信号
を受け取る。ロジツク信号によつて制御される、
例えば、電界効果トランジスタ１２０のような、
ゲイン調節スイツチが、増巾器１２１と１２２
に、送信信号を受け取る時には小さなゲインを、
受信信号を受け取る時には大きなゲインを与え
る。それは、通過する流体による減衰のために、
送信信号の振巾が、受信信号の振巾に比べて、は
るかに大きいからである。
受信増巾器が、送信信号をも受けるという事実
によつて、すでに述べた様に、受信信号について
二つの測定経路により導入される時間遅れの差を
評価することができる。二つの経路が、同期して
送信信号を受けるならば、原理的には、時間遅れ
の測定値は零の筈である。実際は、正しくないロ
ジツク回路に伴う遅れや、測定のために、二つの
経路間の時間遅れの差T〓は、有限の大きさにな
る。
によつて、すでに述べた様に、受信信号について
二つの測定経路により導入される時間遅れの差を
評価することができる。二つの経路が、同期して
送信信号を受けるならば、原理的には、時間遅れ
の測定値は零の筈である。実際は、正しくないロ
ジツク回路に伴う遅れや、測定のために、二つの
経路間の時間遅れの差T〓は、有限の大きさにな
る。
増巾器１２１と１２２は、各々、ANDゲート
１２３と１２４に接続されゲート自身は又、
各々、ｄ分の１分周器１２５と１２６に接続され
ており、この分周器は又、各々、間隔数セレクタ
１２７と１２８につながれており、これは、問題
とする送信及び受信間隔の数ｐを決めるものであ
る。間隔数セレクタ１２７と１２８は、ANDゲ
ート１２３と１２４につながれ、これで、ｐ個の
間隔が受信されれば、ゲートが閉じるように指令
する。
１２３と１２４に接続されゲート自身は又、
各々、ｄ分の１分周器１２５と１２６に接続され
ており、この分周器は又、各々、間隔数セレクタ
１２７と１２８につながれており、これは、問題
とする送信及び受信間隔の数ｐを決めるものであ
る。間隔数セレクタ１２７と１２８は、ANDゲ
ート１２３と１２４につながれ、これで、ｐ個の
間隔が受信されれば、ゲートが閉じるように指令
する。
セレクタ１２７と１２８の出力から、第１図の
信号R1とR2を取り出す。
信号R1とR2を取り出す。
従つて受信回路の第一の目的は、受信信号の二
つのパルストレインの周波数をｄで割ることによ
つて、二つのパルストレインの間の時間遅れを数
回発生することにある。周波数を割つた後、この
時間遅れは、信号の半周期よりも短くならなけら
ばいけない。受信回路の第２の目的は、時間遅れ
Ｔの測定を行うべきｐ個の間隔を選択することに
ある。
つのパルストレインの周波数をｄで割ることによ
つて、二つのパルストレインの間の時間遅れを数
回発生することにある。周波数を割つた後、この
時間遅れは、信号の半周期よりも短くならなけら
ばいけない。受信回路の第２の目的は、時間遅れ
Ｔの測定を行うべきｐ個の間隔を選択することに
ある。
巾T1を測定するために、受信回路１２の出力
R1とR2は、ORゲート１３０１と１３０２を介し
て、処理回路１３の一部、１３００（第４Ｂ図）
に伝えられる。この回路１３００は、信号R1と
R2を引取つて、信号Ｒを作る。それは、クロツ
クのパルスを受け、巾が各々、t0，t1，t2のｐ個
のパルストレインt0，t1，t2の線路１３３０，１
３１０，１３２０上に送り出す。パルスt1は、積
分器１３１１に、パルスt2は、積分器１３１２に
伝えられ、この二つの積分器は又、各々、アナロ
グ・デイジタルな変換器１３２１と１３２２に接
続されている。ｐ個のパルスt0は、ANDゲート
１３０３に伝えられるが、このゲートはクロツク
のパルスも受けるのである。ｐ個のパルス又は間
隔t0の間にANDゲート１３０３を抜けたクロツ
ク・パルスは、計数器１３２３で算えられる。
R1とR2は、ORゲート１３０１と１３０２を介し
て、処理回路１３の一部、１３００（第４Ｂ図）
に伝えられる。この回路１３００は、信号R1と
R2を引取つて、信号Ｒを作る。それは、クロツ
クのパルスを受け、巾が各々、t0，t1，t2のｐ個
のパルストレインt0，t1，t2の線路１３３０，１
３１０，１３２０上に送り出す。パルスt1は、積
分器１３１１に、パルスt2は、積分器１３１２に
伝えられ、この二つの積分器は又、各々、アナロ
グ・デイジタルな変換器１３２１と１３２２に接
続されている。ｐ個のパルスt0は、ANDゲート
１３０３に伝えられるが、このゲートはクロツク
のパルスも受けるのである。ｐ個のパルス又は間
隔t0の間にANDゲート１３０３を抜けたクロツ
ク・パルスは、計数器１３２３で算えられる。
時間遅れT1を測定するには、信号Ｅと信号R1
が、T1の形成回路１３０４に伝えられるが、そ
れは単純なバイステーブル・フリツプフロツプで
よい。こうして作られた巾T1の間隔は、クロツ
クのパルスと同時とANDゲート１３１４に伝え
られ、そのパルスは計数器１３２４で数えられ
る。
が、T1の形成回路１３０４に伝えられるが、そ
れは単純なバイステーブル・フリツプフロツプで
よい。こうして作られた巾T1の間隔は、クロツ
クのパルスと同時とANDゲート１３１４に伝え
られ、そのパルスは計数器１３２４で数えられ
る。
かくして、回路１３２１，１３２２，１３２
３，１３２４の出力端１３１，１３２，１３３，
１３４から、量pU1，pU2，ｎ，N1を取り出す。
この四つの回路は、マイクロプロセツサー１４に
つながれていて、それは、送信の期間か受信の期
間かによつて、pU1e，pU2e，neかpU1r，pU2r，
nrを受け取り、量T1，T2，Tr，Te，Ｔを、
各々、式(3)、(4)、(6)、(7)、(5)に従つて計算する。
更に、第４Ｂ図には、補正用の間隔の発生器１３
０５があるが、これは間隔R1とR2を、所定の巾
のパルストレイン、一つはｐ個のパルス、次は
2p個のパルスを持つもので置き換える。このパ
ルスは、既知の巾を持つので、第３図の定電流積
分器のゲイン直線上の二点を決めることができ
る。積分器１３１１と１３１２の電流は、送信及
び受信パルストレインの数ｐに応じて用意されて
いるゲイン・コントロールによつて、調節され
る。
３，１３２４の出力端１３１，１３２，１３３，
１３４から、量pU1，pU2，ｎ，N1を取り出す。
この四つの回路は、マイクロプロセツサー１４に
つながれていて、それは、送信の期間か受信の期
間かによつて、pU1e，pU2e，neかpU1r，pU2r，
nrを受け取り、量T1，T2，Tr，Te，Ｔを、
各々、式(3)、(4)、(6)、(7)、(5)に従つて計算する。
更に、第４Ｂ図には、補正用の間隔の発生器１３
０５があるが、これは間隔R1とR2を、所定の巾
のパルストレイン、一つはｐ個のパルス、次は
2p個のパルスを持つもので置き換える。このパ
ルスは、既知の巾を持つので、第３図の定電流積
分器のゲイン直線上の二点を決めることができ
る。積分器１３１１と１３１２の電流は、送信及
び受信パルストレインの数ｐに応じて用意されて
いるゲイン・コントロールによつて、調節され
る。
第５図はパルスt0，t1，t2の発生回路１３００
を詳しく表している。
を詳しく表している。
第５図には、補正用のパルス発生器１３０５と
二つのORゲート１３０１と１３０２も見られ
る。動作モードの選択は、マイクロプロセツサー
によつて、線路１３５０上に、１（測定モード）
や０（校正モード）のいずれかを送り出すことに
よつて行われる。測定モードでは、ANDゲート
１３５１，１３５２，１３５７，１３５８が開か
れる。補正モードで開かれるのは、ANDゲート
１３５３と１３５４である。
二つのORゲート１３０１と１３０２も見られ
る。動作モードの選択は、マイクロプロセツサー
によつて、線路１３５０上に、１（測定モード）
や０（校正モード）のいずれかを送り出すことに
よつて行われる。測定モードでは、ANDゲート
１３５１，１３５２，１３５７，１３５８が開か
れる。補正モードで開かれるのは、ANDゲート
１３５３と１３５４である。
二つの測定と補正の経路の内、一つだけを示す
ことにしよう。他方は、全く同一だからである。
ことにしよう。他方は、全く同一だからである。
フリツプフロツプ１３６１は、測定（又は校
正）パルスR1を受け、その前部フロントで反転
する。形成回路１３６５は、フリツプフロツプ１
３６９を１にするところのこの正の前部フロント
と同時に、短い負のパルスを出す。
正）パルスR1を受け、その前部フロントで反転
する。形成回路１３６５は、フリツプフロツプ１
３６９を１にするところのこの正の前部フロント
と同時に、短い負のパルスを出す。
フリツプフロツプ１３６３は、パルスR1の巾
の間、クロツク・パルスを受ける；それは２進法
計数回路を具えていて、パルスR1の始まりに続
く第二番目のパルスで１に替わる。形成回路１３
６７は、フリツプフロツプ１３６３が１に替わる
のに合わせて、短い負のパルスを作る。この短い
負のパルスがフリツプフロツプ１３６１と１３６
９を零に戻す。こうして、フリツプフロツプ１３
６９がパルスt1を作ることがわかる。同様に、フ
リツプフロツプ１３７０はパルスt2を作るが、そ
れを助けるフリツプフロツプ１３６２と１３６４
は、フリツプフロツプ１３６１と１３６３と、形
成回路１３６６と１３６８は、形成回路１３６５
と１３６７と各々同等の働きをする。
の間、クロツク・パルスを受ける；それは２進法
計数回路を具えていて、パルスR1の始まりに続
く第二番目のパルスで１に替わる。形成回路１３
６７は、フリツプフロツプ１３６３が１に替わる
のに合わせて、短い負のパルスを作る。この短い
負のパルスがフリツプフロツプ１３６１と１３６
９を零に戻す。こうして、フリツプフロツプ１３
６９がパルスt1を作ることがわかる。同様に、フ
リツプフロツプ１３７０はパルスt2を作るが、そ
れを助けるフリツプフロツプ１３６２と１３６４
は、フリツプフロツプ１３６１と１３６３と、形
成回路１３６６と１３６８は、形成回路１３６５
と１３６７と各々同等の働きをする。
フリツプフロツプ１３７１は、t1が１から０に
なる時１に替わり、フリツプフロツプ１３７２
は、t2が１から０になる時１に替わる。排他的
ORゲート１３７０は、フリツプフロツプ１３７
１と１３７２が互いに違う状態にある時、１に等
しい信号を、この二つのフリツプフロツプが同じ
状態にある時、０に等しい信号を出す。従つて
ORゲート１３７０は、パルスt0を作る。
なる時１に替わり、フリツプフロツプ１３７２
は、t2が１から０になる時１に替わる。排他的
ORゲート１３７０は、フリツプフロツプ１３７
１と１３７２が互いに違う状態にある時、１に等
しい信号を、この二つのフリツプフロツプが同じ
状態にある時、０に等しい信号を出す。従つて
ORゲート１３７０は、パルスt0を作る。
速度の符号は、二つのフリツプフロツプ１３８
１と１３８２によつて与えられる。もしR1がR2
の前に到着すると、予じめ０に置かれたフリツプ
フロツプ１３８１は、R1の前部フロントの到着
と共に１に替わり、フリツプフロツプ１３８２の
コントロール入力が、その時０になつている。
R2の前部フロントが到着しても、フリツプフロ
ツプ１３８２は０のままである。もしR2がR1の
前に到着すると、予じめ０に置かれ、そのコント
ロール入力はフリツプフロツ１３８２は、R2の
前部フロントの到着と共に１に替わる。R1の到
着は何の影響も及ぼさない。
１と１３８２によつて与えられる。もしR1がR2
の前に到着すると、予じめ０に置かれたフリツプ
フロツプ１３８１は、R1の前部フロントの到着
と共に１に替わり、フリツプフロツプ１３８２の
コントロール入力が、その時０になつている。
R2の前部フロントが到着しても、フリツプフロ
ツプ１３８２は０のままである。もしR2がR1の
前に到着すると、予じめ０に置かれ、そのコント
ロール入力はフリツプフロツ１３８２は、R2の
前部フロントの到着と共に１に替わる。R1の到
着は何の影響も及ぼさない。
第１図は、パルスＲの巾Ｔの測定のための信号
のタイミング図、第２図は、パルスR1及びR2の
送信パルストレインに対する時間遅れの巾T1と
T2の測定を説明するための信号のタイミング図、
第３図は、T1，T2，Ｔの展開式の中に含まれる
幾つかの量の測定を説明するための信号のタイミ
ング図、第４Ａ図と第４Ｂ図は、本発明の流量計
の電子回路の図、第５図は、第４図に含まれてい
るパルスt0，t1，t2の形成用の経路の詳細図であ
る。 １１；送信器、１２；受信器。
のタイミング図、第２図は、パルスR1及びR2の
送信パルストレインに対する時間遅れの巾T1と
T2の測定を説明するための信号のタイミング図、
第３図は、T1，T2，Ｔの展開式の中に含まれる
幾つかの量の測定を説明するための信号のタイミ
ング図、第４Ａ図と第４Ｂ図は、本発明の流量計
の電子回路の図、第５図は、第４図に含まれてい
るパルスt0，t1，t2の形成用の経路の詳細図であ
る。 １１；送信器、１２；受信器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 管内の液体の流れを測定する液流測定装置に
おいて、 管軸に対して斜めの線に沿つて互いに相手から
離れて配置され、前記管内の２つの超音波電気音
響トランスジユーサと、 各グループにおけるパルス管の反復周波数を有
する第１及び第２の送信電気パルス・グループに
より前記超音波電気音響トランスジユーサをそれ
ぞれ付勢するパルス発生手段とを具備し、 前記超音波電気音響トランスジユーサの各々は
他方の超音波電気音響トランスジユーサからの音
響パルス・グループの各トランスジユーサによる
受信に応答して、前記反復周波数で第１及び第２
の受信した電気パルス・グループを発生し、 前記パルス発生手段及び超音波電気音響トラン
スジユーサに接続され、第１及び第２の送信及び
受信電気パルス・グループの反復周波数を与えら
れた係数ｄにより分周し、各パルスグループの各
パルスを前記係数ｄにより特徴付けられた各パル
ス列にそれぞれ変換する周波数分割手段と、 前記第１の送信パルス列の開始と前記受信パル
ス列の開始との間の第１の遅延を測定し、かつ前
記第２の送信パルス列の開始と前記受信パルス列
の開始との間の第２の遅延を測定する回路測定手
段とを備え、 前記回路測定手段は更に前記第１の受信パルス
列の開始と前記第２の受信パルス列の開始との間
の第３の遅延を測定し、かつ前記第１の送信パル
ス列の開始と前記２の送信パルス列の開始との間
の第４の遅延を測定し、 前記回路測定手段は、前記第３の遅延から前記
第４の遅延を引算して補正した遅延を提供し、 前記回路測定手段は前記第１及び第２の遅延の
積により前記補正した遅延を割算して液流に比例
する結果を得ることを特徴とする液流測定装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の液流測定装置に
おいて、前記回路測定手段は、 クロツク・パルスを発生するクロツク手段と、
整数遅延部分を得るクロツク手段と、 分数遅延部分及び整数遅延部分を含むカウント
の整数部分中に前記クロツク・パルスをカウント
し、その出力を前記整数遅延部分に比例させてい
るカウント手段と、 前記分数遅延部分中に作動し、その出力を前記
第１の分数遅延部分に比例させている第１の定電
流積分手段と、 前記分数遅延部分中で作動され、その出力を前
記第２の分数遅延部分に比例させている第２の定
電流積分手段と、 前記カウント手段の出力、及び前記第１及び第
２の定電流積分手段の出力を代数的に組合せる手
段とを備えていることを特徴とする液流測定装
置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の液流測定装置に
おいて、前記回路測定手段は、 クロツク・パルスを発生するクロツク手段と、 整数遅延部分を得るクロツク手段と、 分数遅延部分を含むカウントの整数部分中に前
記クロツク・パルスをカウントし、その出力を前
記整数遅延部分に比例させているカウント手段
と、 前記分数遅延部分中で作動され、その出力を前
記第１の分数遅延部分に比例している出力を供給
する積分手段と、 前記パルス列のそれぞれに対する前記第２分数
遅延部分に比例している出力とを備えていること
を特徴とする液流測定装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7909207A FR2454101A1 (fr) | 1979-04-11 | 1979-04-11 | Appareil de mesure de la vitesse d'une veine liquide par ultra-sons |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5635018A JPS5635018A (en) | 1981-04-07 |
| JPH0133762B2 true JPH0133762B2 (ja) | 1989-07-14 |
Family
ID=9224225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4697480A Granted JPS5635018A (en) | 1979-04-11 | 1980-04-11 | Device for measuring flow rate by ultrasonic waves |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4334434A (ja) |
| JP (1) | JPS5635018A (ja) |
| CA (1) | CA1151284A (ja) |
| DE (1) | DE3013809C2 (ja) |
| FR (1) | FR2454101A1 (ja) |
| GB (1) | GB2050603B (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58167918A (ja) * | 1982-03-29 | 1983-10-04 | Toshiba Corp | 超音波流速測定装置 |
| US4630482A (en) * | 1985-06-17 | 1986-12-23 | John Traina | Method and apparatus for ultrasonic measurements of a medium |
| EP0243515A1 (de) * | 1986-04-26 | 1987-11-04 | MMT-Medizin Messtechnik U. Spiegelhauer KG | Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Gasgemischen in einem freien Rohrquerschnitt |
| GB2237639B (en) * | 1989-10-31 | 1994-07-06 | British Gas Plc | Measurement system |
| GB9119742D0 (en) * | 1991-09-16 | 1991-10-30 | British Gas Plc | Measurement system |
| US5583301A (en) * | 1994-11-09 | 1996-12-10 | National Environmental Products Ltd., Inc. | Ultrasound air velocity detector for HVAC ducts and method therefor |
| KR100739506B1 (ko) | 2006-09-25 | 2007-07-13 | 한국과학기술원 | 정합필터의 간략한 계산을 사용한 초음파 거리 정밀측정방법 |
| US20120037361A1 (en) * | 2010-08-11 | 2012-02-16 | Safekick Limited | Arrangement and method for detecting fluid influx and/or loss in a well bore |
| CN106768103B (zh) * | 2016-12-07 | 2019-02-12 | 浙江威星智能仪表股份有限公司 | 一种超声波流量计自动校准时间偏差的方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1806437A1 (de) * | 1967-11-01 | 1969-08-21 | Mitsubishi Electric Corp | Ultraschalldurchflussmessgeraet |
| US3653259A (en) * | 1970-03-06 | 1972-04-04 | Westinghouse Electric Corp | Ultrasonic flowmeter systems |
| US3818757A (en) * | 1972-05-05 | 1974-06-25 | Saratoga Sys Inc | Dual path ultrasonic fluid flow metering system and method |
| US3918304A (en) * | 1973-11-23 | 1975-11-11 | Westinghouse Electric Corp | Flowmeter computer |
| FR2281571A1 (fr) * | 1974-08-06 | 1976-03-05 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Perfectionnements aux appareils pour mesurer la vitesse ou le debit d'un courant de liquide par determination de l'anisotropie de propagation d'ondes ultrasonores dans le courant |
| US3974693A (en) * | 1975-05-05 | 1976-08-17 | Westinghouse Electric Corporation | Multiple time difference ultrasonic flowmeter |
-
1979
- 1979-04-11 FR FR7909207A patent/FR2454101A1/fr active Granted
-
1980
- 1980-04-08 US US06/138,580 patent/US4334434A/en not_active Expired - Lifetime
- 1980-04-10 DE DE3013809A patent/DE3013809C2/de not_active Expired
- 1980-04-10 CA CA000349595A patent/CA1151284A/en not_active Expired
- 1980-04-11 GB GB8012000A patent/GB2050603B/en not_active Expired
- 1980-04-11 JP JP4697480A patent/JPS5635018A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2050603B (en) | 1983-08-24 |
| DE3013809C2 (de) | 1983-04-07 |
| GB2050603A (en) | 1981-01-07 |
| DE3013809A1 (de) | 1980-10-23 |
| US4334434A (en) | 1982-06-15 |
| FR2454101A1 (fr) | 1980-11-07 |
| FR2454101B1 (ja) | 1982-11-19 |
| CA1151284A (en) | 1983-08-02 |
| JPS5635018A (en) | 1981-04-07 |
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