JPH02247526A - 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」 本発明は流量計に係り、特に、流体の流速と密度とから
質量流量を計測する流量計に関するものである。

「従来の技術Ｊ 従来、流量計として下記の方式のものが知られている。

■　特公昭５３−２８８２０号公報に記載されているよ
うに、流路中に設けられた渦発生体により生成されるカ
ルマン渦の生成数から流量を算出するカルマン渦流量計
。

■　特開昭４７−２３４１号公報に記載されているよう
に、流路の上流側、下流側のそれぞれに流れの変化を検
出するセンサを設け、これらのセンサの信号の相互相関
関数から流量を算出する相関式流量計。

■　特公昭５７−３７８７２号公報に記載されているよ
うに、流体中の微粒子の移動にともなって超音波に発生
するドツプラ周波数から流量を算出するドツプラ流量計
。

また上記各流量計は、測定された流速に該流速の測定箇
所の断面積を乗することにより、該流路中を単位時間に
流れる流体の体積を求める体積流量計としての機能を果
している。

さらに、近年、工程管理上必要なデータとして、質量流
量が求められており、この質量流量は、前記いずれかの
方式の流量計により測定された体積流量に密度を乗じる
ことにより算出することができる。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記質量流量は、被測定物の密度が一定の場
合には体積流量から容易に算出可能であるが、密度が経
時的に変化する可能性がある場合には、前記流量計と別
個に密度計を設けることが必要とされ、したがって、こ
の質量流量算出のための新たな構成部品によって装置が
全体として複雑化し、コストアップするという問題があ
る。

本考案は上記事情に鑑みて提案されたもので、質量流量
を容易に算出し得る流量計を提供することを目的とする
ものである。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本発明は、流路中に設けられ
た超音波発信器の駆動信号と超音波受信器の検出信号と
から前記流路の体積流量を検出する体積流量検出手段と
、前記駆動信号にこれと異なる波長の音速検出信号を合
成する合成器と、該合成器で合成された音速検出信号が
超音波発信器から超音波受信器へと伝搬する時間から前
記流路中の音速を測定する音速検出回路と、前記超音波
発信器のインピーダンスを検出するインピーダンス検出
回路と、前記音速検出回路およびインピーダンス検出回
路の出力から流路内の流体の密度を演算する密度演算回
路と、演算された密度信号と体積流量信号とから質量流
量を演算する質量流量演算回路とから構成してなるもの
である。

「作用」 上記構成によれば、合成器において合成された信号の伝
搬時間から流体中の音速を算出するとともに、超音波発
信器のインピーダンスを測定して、これらより流体の密
度を求めることができ、この密度と流量とから質量流量
を測定することができる。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

まず、第２図により、本発明が適用されるカルマン渦流
量計の測定原理を説明する。

符号ｌは被測定配管中に直列に挿入される管路である。

この管路ｌの中心を介して対向する２点には、それぞれ
超音波発信器２および超音波受信器３が設けられている
。これらの発信器２および受信器３より上流側の位置に
は渦発生体４が設けられて、その後流側の管内流体にカ
ルマン渦を積極的に発生させるようになっている。

前記超音発信器３は、駆動回路５から出力されるドライ
ブ信号により駆動されて管内流体へ超音波を伝搬させ、
また、管内流体中を伝搬した超音波は超音波受信器３に
検出されて再度電気信号に変換されるようになっている
。

前記超音波受信器３および駆動回路５の出力信号（それ
ぞれ発信信号および受信信号という）は、それぞれ位相
制御器６・７によって億年補正を受けた後、位相比較器
８に入力されて位相が比較され、渦による超音波の位相
変化が検出されるようになっている。また位相比較器８
の出力は、フィルタ回路９においてノイズ成分が除去さ
れ、このフィルタ回路９から、流速（容積流量）に比例
した渦周波数信号９ａ、すなわち、渦の発生周波数に対
応する正弦波（あるいはパルス）信号が出力されるよう
になっている。

なお前記位相制御器６・７は、流体の温度変化等による
流体中の音速変化による信号位相の変化を補正するもの
である。すなわち、このような原因による位相変化は、
渦の発生による位相変化に対してはるかにゆるやかであ
るから、フィルタ回路９から低周波成分のみをフィード
バックすることにより、渦信号の検出に影響することな
（前記原因による位相変化を常に補正することができる
。

次いで、超音波を利用した密度測定の原理を説明すれば
、第３図に示すように、超音波を放射する媒質（液体）
の密度ρと音速Ｃとによって定まる値ｎ−１に比例して
、媒質中に一定のパワーの音波を放射するための電流、
換言すれば、音源（発信器）のインピーダンスが変化す
ることが理解される。（第３図は種々の液体における前
記ｆｊ−ｒｌ−の値と、その中で共通の放射圧を生ずる
に要する水晶板を流れる高周波電流ｉとの関係を示す。

また放射圧板の直径は１．５ｃｍとする。） したがって、音源のインピーダンスと音速とを測定する
ことにより、流速とともに流体の密度を測定することが
できる。

第１図は上記原理に基づく質量流量計の一実施例を示す
ものである。

この装置の駆動回路５と超音波発信器２との間には、合
成器１０およびインピーダンス検出回路１１が設けられ
、一方、超音波受信器３と位相制御器７との間には、音
速検出回路１２が設けられている。前記合成器１０は、
駆動回路５から出力させる超音波駆動信号に音速検出信
号を重畳させるもので、この合成１１１０で合成された
音速検出信号が超音波受信器３で検出され、るまでの時
間を音速検出回路１２で検出することにより、管路ｌ内
の音速を示す信号βが出力されるようになっている。ま
た、前記インピーダンス検出回路１１は、例えば超音波
発信器２に接続されたブリッジ回路などにより検出した
超音波発信器２のインピーダンスを示すインピーダンス
信号αを出力するようになっている。

前記インピーダンス信号αおよび音速信号βは、密度演
算回路１３に供給され、この密度演算回路１３は、前記
信号α、β、および、第３図に示す特性に基づいてあら
かじめ設定された係数にに基づいて所定の演算を施すこ
とにより流体の密度を演算し、密度信号γを出力する。

一方、前記駆動回路５の出力（駆動信号）、および、受
信器３の出力（検出信号）は、第２図に示す場合と同様
にそれぞれ位相制御器６・７を経由して位相比較器８へ
供給され、さらに、フィルタ９においてノイズが除去さ
れて流量（体積流量）信号９ａに変換される。

そして、前記密度演算回路１３から供給される密度信号
γと、前記フィルタ９から供給される体積流量信号９ａ
とは質量流量演算回路１４に供給され、ここで質量流量
が演算される。

なお本発明の技術は、上記実施例の渦流量計のみならず
、渦発生体を用いない無障害型の渦流量計、相関式流量
計、ドツプラ型流量計を初めとする各種流量計、すなわ
ち、超音波の伝搬特性により体積流量を測定し得る他の
方式の流量計に応用し得るのはもちろんである。

「発明の効果」 以上の説明で明らかなように、本発明は、体積流量を求
めるために必要とされる駆動回路と超音波発信器との間
に、駆動信号と別個の音速検出信号を合成する合成器、
および、超音波発信器のインピーダンスの検出するイン
ピーダンス検出回路を設けることにより、流体の密度を
算出することができるから、求められた密度と体積流量
とから容易に質量流量を測定することができ、したがっ
て、測定すべき流路中に、体積流量測定に必須の超音波
発信器および超音波受信器以外の新たな機構を設けるこ
となく、制御上あるいは工程管理上有用な質量流量デー
タを得ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は質量流
量計のブロック図、第２図は超音波を用いた体積流量計
のブロック図、第３図は流体の密度と音速およびインピ
ーダンスとの関係を示す図表である。 ｌ・・・・・・管路、２・・・・・・超音波発振器、３
・・・・・・超音波受信器、４・・・・・・渦発生体、
５・・・・・・駆動回路、８・・・・・・位相比較器、
９・・・・・・フィルタ、ｌＯ・・・・・・合成器、１
１・・・・・・インピーダンス検出回路、１２・・・・
・・音速検出回路、１３・・・・・・密度演算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流路中に設けられた超音波発信器の駆動信号と超音波受
   信器の検出信号とに基づいて前記流路の体積流量を検出
   する体積流量検出手段と、前記駆動信号にこれと異なる
   波長の音速検出信号を合成する合成器と、該合成器で合
   成された音速検出信号が超音波発信器から超音波受信器
   へと伝搬する時間から前記流路中の音速を測定する音速
   検出回路と、前記超音波発信器のインピーダンスを検出
   するインピーダンス検出回路と、前記音速検出回路およ
   びインピーダンス検出回路の出力から流路内の流体の密
   度を演算する密度演算回路と、演算された密度信号と体
   積流量信号とから質量流量を演算する質量流量演算回路
   とからなることを特徴とする流量計。