JPH0584849B2 - - Google Patents

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JPH0584849B2
JPH0584849B2 JP62005760A JP576087A JPH0584849B2 JP H0584849 B2 JPH0584849 B2 JP H0584849B2 JP 62005760 A JP62005760 A JP 62005760A JP 576087 A JP576087 A JP 576087A JP H0584849 B2 JPH0584849 B2 JP H0584849B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
gas flow
circuit
sets
transducers
Prior art date
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Application number
JP62005760A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS63173920A (ja
Inventor
Yukio Yoshida
Shusuke Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
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Publication date
Application filed by Tokimec Inc filed Critical Tokimec Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 a 産業上の利用分野 本発明は、超音波を利用して管内を流れる気体
の流速を測定するための超音波気体流速計に関す
る。
b 従来の技術 管内を流れる気体中に超音波を伝搬させて、そ
の伝搬速度の変化を利用して管内気体の流速また
は流量を測定する装置は従来から知られている。
例えば、流管の周壁に互いに斜めに対向して、一
対の超音波送受波用のプロープを配置し、このプ
ロープで流れに対して順方向および逆方向に交互
に超音波の送受信を行ない、それぞれの流管内を
よぎつて伝搬する超音波の順、逆両方向における
伝搬時間(若しくはその逆数)の差を求めること
により管内気体の流速を測定するものがある。
c 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、気体中における超音波の伝搬
は、気体の成分、温度、粉塵などによりその減衰
量が変化し、流速分布(例えば渦など)、温度分
布その他の不均一性により伝搬経路上での反射、
屈折が行なわれ、それらが液体に比べて著しい影
響を与える。従つて、前記従来例にあるように超
音波の送受信を交互に切替えて行なつたのでは、
順、逆方向における超音波の伝搬経路の対称性が
損なわれ、すなわち超音波受信波の振幅および位
相が変化することになり、正確な流速測定が困難
であるという問題点があつた。
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その
目的は前記の問題点を解消し、気体の流速測定に
際し、前記順、逆方向における超音波の伝搬経路
の時間経過に伴う非対称性を回避し、かつ受信系
に付随する非対称性、例えば、受信回路系のゲイ
ンおよびオフセツトの変動、ドリフトなどの影響
を除去すると共に、安定かつ測定精度のよい超音
波気体流速計を提供することにある。
d 問題点を解決するための手段 前記目的を達成するための本発明の構成は、 気体の流通路の壁面に、該流通路の長軸方向に
対して斜め方向に、または斜め方向から超音波を
対向して送受する一対の超音波送受波器を配設
し、気体の流れに順方向および逆方向に超音波を
伝搬させて、流通路内を伝搬する超音波の順、逆
両方向におけるそれぞれの伝搬時間若しくはそれ
ぞれの逆数の差に基づいて気体の流速を測定する
流速計において、 ひとつの送信回路からの送信信号を前記一対の
それぞれの超音波送受波器側のみに、かつ同時に
該両送受波器を駆動するために導通させると共
に、前記それぞれの送受波器からの受信信号を受
信回路側のみに導通させる2組の結合手段と、 前記それぞれの送受波器から受信信号を2組の
受信回路にそれぞれ交互に切替えて入力する2組
の切替手段と、 該2組の切替手段を前記送信信号の繰返し周期
より長い周期で切替える手段とを備えたことを特
徴とする。
e 作用 単一の送信回路からの送信信号により、前記一
対の超音波送受波器を同時に駆動して、超音波を
同時に発射させ、超音波を気体の流れに対しそれ
ぞれ順および逆方向に同一経路を伝搬させて、そ
れぞれの伝搬時間若しくはそれぞれの逆数の差に
より、気体の流速分布、温度分布その他の不均一
性による影響を受けないようにする。更に、受信
系に2組の受信回路を設け前記送信信号の繰返し
周期より長い周期により、前記それぞれの送受波
器からの受信信号を交互に切替えて入力し、同回
路のゲイン、オフセツトの変動およびドリフトな
どの影響を除去する。
f 実施例 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を
例示的に詳しく説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す超音波気体流
速計のブロツク図である。同図において、気体が
矢印方向に流れる流管10の壁面に、該流管10
の長軸方向に対して斜め方向に、または斜め方向
から超音波を対向して送受する一対の超音波送受
波器P1,P2が配設されている。タイマTIM70
は、超音波が流管10内を流れる気体をよぎつて
伝搬する伝搬時間より充分長い周期をもつ繰返し
パルスT1を発生し、ひとつの送信回路PLS20
へ供給する。
該送信回路PLS20は前記繰返しパルスT1
信号に基づき送信パルスTXを発生し、2組の結
合回路NET121,NET222を経て、同時に前
記それぞれの送受波器P1,P2へ送出する。送受
波器P1,P2は流管10を流れる気体中に同時に
超音波を発射し、それぞれ対向する送受波器P2
P1により気体中をよぎつて伝搬した超音波を受
波する。
結合回路NET121、NET222は送受波器
P1,P2からの受信波信号を受け、切替回路SW3
0を介し受信波信号RX1,RX2として受信回路
REC141,REC242へ入力する。受信回路
REC141,REC242は受信波信号RX1,RX2
受けて、所定のレベルまで増幅する。前記結合回
路NET121,NET222はリミツタおよび減衰
器から構成されており、送信パルスTXに対して
は効率よく送受波器P1,P2へ導通し、かつ、切
替回路SW30を介して受信回路REC141,
REC242への混入を防止すると共に、送受波器
P1,P2からの受信波信号に対しては効率よく、
切替回路SW30を介して受信回路REC141,
REC242へ導通し、かつ、前記送信回路PLS2
0への混入を阻止するようになつている。
切替回路SW30は2組の切替スイツチを有
し、タイマTIM70より出力される信号T2によ
り駆動され切替動作する。該信号T2は繰返しパ
ルスT1の繰返し周期より更に長い周期をもつ方
形波信号である。切替回路SW30は前記信号T2
により受信側送受波器P2,P1と受信回路REC1
1,REC242との組み合せ接続を2組のa,b
接点により交互に一定周期ごとに切替える。例え
ば、信号T2がHレベルの間は、送受波器P1から
の受信信号を受信回路REC141へ、一方の送受
波器P2からの受信信号を受信回路REC242へ接
続し、信号T2がLレベルの間は、送受波器P1
らの受信信号を受信回路REC242へ、一方の送
受波器P2からの受信信号を受信回路REC141へ
接続する。
次に、受信波信号検出回路DET143,DET2
44は前記受信回路REC141,REC242からの
出力を内蔵する基準電圧と比較し、その出力が基
準電圧を超えたときの受信波信号の到達(または
その波の次のゼロクロス点)をもつて受信波信号
の到達時刻とし、その時点で出力パルスをフリツ
プフロツプ回路FF151,FF252へ送出する。
フリツプフロツプ回路FF151,FF252はタ
イマTIM70からの繰返しパルスT1、すなわち
送信パルスTXの送出時刻にセツトされ、検出回
路DET143,DET244の出力パルスによりリ
セツトされる。このため、切替回路SW30内の
切替スイツチがa接点に接続されて、フリツプフ
ロツプ回路FF151が例えば下流側の送受波器P1
からの受信波信号を増幅した信号によりリセツト
されるものとすると、該フリツプフロツプ回路
FF151は気体の流れに対し順方向に伝搬する超
音波の伝搬時間の間Hレベルに保持される。同様
に、フリツプフロツプ回路FF252は、この場合
上流側の送受波器P2からの受信波信号によりリ
セツトされ、フリツプフロツプ回路FF252は流
れに対し逆方向に伝搬する超音波の伝搬時間の間
Hレベルに保持される。また、切替スイツチがb
接点に接続されたときも、第1図により相互の接
続は切替るが各回路は同様な動作を行なう。
カウンタCNT161,CNT262の計数値は、
前記フリツプフロツプ回路FF151,FF252の
出力がHレベルの間、ゲート53,54を介して
クロツクパルス発生回路CPG50からのクロツ
クパルスが与えられ、計数を行なう。これらのカ
ウンタCNT161,CNT262の計数値は、それ
ぞれのインターフエイスIF80を介して演算回
路CPU100に入力される。
該演算回路CPU100はカウンタCNT161,
CNT262の計数値の差に、あらかじめ決められ
た定数を乗ずることにより気体の流速を算出す
る。また、この流速値に、気体が流れる流管10
の断面積を乗ずることにより、その流路10を通
過する流量を算出し、流量計としての用途を満す
ことも可能である。
演算回路CPU100により得られた流速値
(またはその対応値)をインターフエイスIF80
を介して出力回路OUT90に出力する。この出
力回路OUT90は演算回路CPU100からの出
力データを表示する表示器のほか、該出力データ
をアナログに変換して出力するD/A変換回路な
どから構成される。
以上の説明は、超音波の順、逆方向における伝
搬送時間の差を基に流速を算出する例を示した
が、それぞれの伝搬時間の逆数の差、あるいは伝
搬時間のそれぞれに比例した周波数に変換し、そ
れらの差から流速を算出することも可能である。
また前記演算回路CPU100はマイクロコンピ
ユータで実行することも可能である。
以上のように送受波器P1,P2は同一時刻に同
一送信パルスによつて駆動され、送受波器P1
P2から同時に発射される超音波は同一伝搬経路
上を互に逆方向に伝搬し、対向配置されている送
受波器P2,P1で受波される。従つて、伝搬経路
上における減衰、反射、屈折は同様な影響をうけ
る。しかし、流れる気体の状態により超音波の減
衰量が増大したとすると、受信波信号RX1,RX2
は同様に減衰し、検出回路DET143,DET2
4からの出力パルスが遅延し、見掛け上超音波の
伝搬時間が増加するが、超音波伝搬時間の差には
相殺されるので影響されることはない。
更に、受信回路REC1,REC2、検出回路
DET1,DET2、カウンタCNT1,CNT2は、超音
波の順、逆方向において、それぞれ別個のハード
ウエアを使用しているため、順、逆方向について
同一伝搬時間であつてもカウンタCNT1,CNT2
の計数値は厳密には一致しない。これを防ぐため
あらかじめ補正を施す手段もあるが、前記ハード
ウエアのドリフトによる影響まで除去できない。
本実施例は前記ハードウエアを二組設け、前記タ
イマTIM70からの信号T2と切替回路SW30
とで一定周期ごとに切替えることにより、オフセ
ツト、ドリフトなどのハードウエアに起因する誤
差を除去することができる。すなわち、送受波器
P1〜REC141,P2〜REC242の組合せで、そ
の演算結果がV+ΔV(ΔVは前記ハードウエアに
基づく誤差)であつたとすると、P1〜REC2
2,P2〜REC141の組合せではV−ΔVとなる
ので、前記二つの演算結果の平均をとれば正しい
流速値Vを得ることができる。また、演算回路
CPU100を前記出力の平均を出力するように
構成しておけば、前記ハードウエアの変動の影響
をうけずに正確な流速を測定することができる。
なお、本発明の技術は前記実施例における技術
に限定されるものではなく、同様な機能を果す他
の態様の手段によつてもよく、また本発明の技術
は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が
可能である。
g 発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、気体の流速測定に際し、一定の超音波送受波
器から同時に発射された超音波は、気体の流れに
対しそれぞれ順および逆方向に同一経路を伝搬
し、該伝搬経路上における超音波の減衰、反射、
屈折は同じ影響を受けるが、それぞれの超音波伝
搬時間若しくはそれぞれの逆数の差はこれらに影
響されることはない。
また、流速計内に2組の受信回路を設け、送信
信号の繰返し周期より長い周期ごとに、前記それ
ぞれの送受波器からの受信信号を交互に切替えて
入力することにより、同回路のゲイン、オフセツ
トの変動、ドリフトなどの影響を除去し、それら
の出力の平均を出力するようにしたので、前記受
信回路系に基づく変動、影響を受けることはな
い。
これらの結果、本発明による超音波気体流速計
は、安定かつ精度よく気体の流速を測定すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す超音波気体流
速計のブロツク図である。 P1,P2……送受波器、10……流管、20…
…送受回路PLS、21,22……結合回路
NET1,NET2、30……切替回路SW、41,
42……受信回路REC1,REC2、43,44……
検出回路DET1,DET2、50……クロツクパル
ス発生回路CPG、51,52……フリツプフロ
ツプ回路FF1,FF2、53,54……ゲート、6
1,62……カウンタCNT1,CNT2、70……
タイマTIM、80……インターフエイスIF、9
0……出力回路OUT、100……演算回路
CPU。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 気体の流通路の壁面に、該流通路の長軸方向
    に対して斜め方向に、または斜め方向から超音波
    を対向して送受する一対の超音波送受波器を配設
    し、気体の流れに順方向および逆方向に超音波を
    伝搬させて、流通路内を伝搬する超音波の順、逆
    両方向におけるそれぞれの伝搬時間若しくはそれ
    ぞれの逆数の差に基づいて気体の流速を測定する
    流速計において、 送信回路からの送信信号を前記一対のそれぞれ
    の超音波送受波器側のみに、かつ同時に該両送受
    波器を駆動するために導通させると共に、前記そ
    れぞれの送受波器からの受信信号を受信回路側の
    みに導通させる2組の結合手段と、 前記それぞれの送受波器からの受信信号を2組
    の受信回路にそれぞれ交互に切替えて入力する2
    組の切替手段と、 該2組の切替手段を前記送信信号の繰返し周期
    より長い周期で切替える手段とを 備えたことを特徴とする超音波気体流速計。
JP62005760A 1987-01-13 1987-01-13 超音波気体流速計 Granted JPS63173920A (ja)

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JP62005760A JPS63173920A (ja) 1987-01-13 1987-01-13 超音波気体流速計

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JPS63173920A JPS63173920A (ja) 1988-07-18
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JP62005760A Granted JPS63173920A (ja) 1987-01-13 1987-01-13 超音波気体流速計

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DE19530054C2 (de) * 1995-08-16 1999-06-17 Hydrometer Gmbh Verfahren zur Ultraschall-Messung von Durchflußmengen von strömenden Fluiden
JP4572547B2 (ja) * 2004-03-10 2010-11-04 パナソニック株式会社 超音波流体計測装置
JP2009031137A (ja) * 2007-07-27 2009-02-12 Kaijo Sonic Corp 超音波式風測定システム
JP5467328B2 (ja) * 2009-01-06 2014-04-09 パナソニック株式会社 流量計測装置

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