JPH0814964A - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計

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JPH0814964A
JPH0814964A JP6173642A JP17364294A JPH0814964A JP H0814964 A JPH0814964 A JP H0814964A JP 6173642 A JP6173642 A JP 6173642A JP 17364294 A JP17364294 A JP 17364294A JP H0814964 A JPH0814964 A JP H0814964A
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ultrasonic
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ultrasonic transmitter
drive voltage
impedance
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Hiroo Kashimoto
廣男 樫本
Atsuro Sen
敦朗 千
Yutaka Inada
豊 稲田
Hiroshi Yoshikura
博史 吉倉
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Tokico Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度低下時においても安定してガスの流量を
計測できる超音波流量計を提供する。 【構成】 超音波送信器3と駆動手段5との間に電流検
出器10を介装し、該電流検出器10の検出信号に基づ
いて駆動手段5を制御して駆動電圧Dの振幅を調整する
駆動電圧調整器11を設けた。超音波送信器3に入力さ
れる電流が小さくなった際に駆動電圧調整器11が駆動
電圧Dの振幅を大きくするようにドライバ7を制御する
ように設定した。温度が低下し超音波送信器3のインピ
ーダンスが大きく、ひいては超音波送信器3に入力され
る電流が小さくなった場合、駆動電圧Dの振幅が大きく
なる。すると、超音波送信器3に入力するエネルギが大
きくなり、超音波送信器3の放射効率及び超音波送信器
3からガスへの伝達効率が向上する。このため、温度低
下時においても適正な流量計測を行えることになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超音波流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の超音波流量計の一例として、流体
の流れる管路に、カルマン渦を発生する渦発生体を配設
し、管路における渦発生体の下流側部分に、超音波送・
受信器を相対向して配設し、超音波送信器に、該超音波
送信器を駆動する駆動回路を接続した構成の超音波流量
計がある。この超音波流量計は、超音波送信器からの超
音波がカルマン渦によって流速に応じて変調され、変調
された超音波が超音波受信器に受信されることを利用
し、受信信号の変調量を算出して流体の流速、ひいては
流量を求めるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した超
音波流量計では、超音波送・受信器が、温度、圧力等の
影響を受けて特性が変化することがあり、これにより安
定した計測を行えなくなることが起こり得た。超音波送
・受信器は、温度に対して敏感であり、例えば−20℃
以下の低温環境においてはその効率が低下し、超音波送
・受信を適正に行えなくなってしまう虞があった。即
ち、温度の低下に伴い、超音波を放射する超音波送信器
の機械的損失が大きくなって電気機械変換効率及び超音
波送信器から流体への伝達効率が低下し、これにより超
音波送信器の電気的インピーダンスが大きくなり、一定
電圧で超音波送信器を駆動した場合、超音波送信器に入
力するエネルギが小さくなり放射効率が低下する。この
場合、流体がガスであると、超音波送信器からガスへの
伝達効率が低いことにより、上述した問題が顕著なもの
になる。
【0004】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、温度低下時においても安定してガスの流量を計測で
きる超音波流量計を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、ガス
の流れる管路に設けた超音波送・受信器と、前記超音波
送信器に駆動電圧を印加して該超音波送信器を駆動する
駆動手段とを備えた超音波流量計において、超音波送信
器と駆動手段との間に電流検出回路を介装し、該電流検
出回路の検出信号に基づいて前記駆動電圧の振幅を調整
する駆動電圧調整器を設けたことを特徴とする。
【0006】請求項2の発明は、請求項1の構成におい
て、駆動手段からの駆動電圧及び電流検出回路の検出信
号に基づいて超音波送信器のインピーダンスを検出しこ
の検出結果に応じて駆動電圧調整器を制御する調整器制
御手段を設けたことを特徴とする。
【0007】請求項3の発明は、ガスの流れる管路に設
けた超音波送・受信器と、前記超音波送信器に駆動電圧
を印加して該超音波送信器を駆動する駆動手段とを備え
た超音波流量計において、超音波送信器と駆動手段との
間に電流検出回路を介装し、ドライバと超音波送信器と
の間に、ドライバの出力インピーダンスを調整設定する
インピーダンス整合回路を介装し、駆動手段からの駆動
電圧及び電流検出回路の検出信号に基づいて超音波送信
器のインピーダンスを検出しこの検出結果に応じてイン
ピーダンス整合回路を制御する整合回路制御手段を設け
たことを特徴とする。
【0008】
【作用】請求項1の構成とすれば、超音波送信器に入力
される電流が小さくなった際に駆動電圧調整器が駆動電
圧の振幅を大きくするようにドライバを制御するように
設定でき、このように設定することにより、温度が低下
し超音波送信器のインピーダンスが大きく、ひいては超
音波送信器に入力される電流が小さくなった場合、駆動
電圧の振幅が大きくなる。このため、超音波送信器に入
力するエネルギが大きくなり、超音波送信器の放射効率
及び超音波送信器からガスへの伝達効率が向上する。
【0009】請求項2の構成とすれば、超音波送信器の
インピーダンスが所定の値以上になった場合に、駆動電
圧の振幅を大きくする一方、所定の値未満となった場合
に、駆動電圧の振幅を小さくするように制御でき、この
ように制御することにより、温度が低下した際には超音
波送信器のインピーダンスが大きくなることに基づい
て、駆動電圧の振幅が大きくなる。このため、超音波送
信器に入力するエネルギが大きくなり、超音波送信器の
放射効率及び超音波送信器からガスへの伝達効率が向上
する。また、温度が上昇し、これに伴って電気的インピ
ーダンスが所定の値未満になると、駆動電圧の振幅を小
さくする。
【0010】請求項3の構成とすれば、駆動手段の出力
インピーダンスが超音波送信器の入力インピーダンスに
同等になるように調整でき、このように設定しておくこ
とにより、駆動手段のドライバの出力インピーダンス
と、超音波送信器の入力インピーダンスとが同等になっ
ている時にドライバから超音波送信器に入力されるエネ
ルギが最大値になる特性が確保され、仮に、超音波送信
器のインピーダンスが温度低下に伴って大きくなって
も、超音波送信器に大きなエネルギが入力することにな
る。このため、超音波送信器の放射効率及び超音波送信
器からガスへの伝達効率が向上する。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例の超音波流量計を図
1に基づいて説明する。図において、ガスが流れる管1
には、流速、ひいては流量に対応する周波数のカルマン
渦を発生する渦発生体2が配設されている。カルマン渦
発生領域に臨むようにして管1には超音波送信器3及び
超音波受信器4が相対向して配設されている。超音波送
信器3には駆動手段5が接続されている。
【0012】駆動手段5は、発振回路6とドライバ7と
から構成されている。発振回路6は、所定周波数の発振
信号をドライバ7に出力する。ドライバ7は、発振信号
に比して同一位相の駆動電圧Dを超音波送信器3に印加
してこの超音波送信器3を駆動する。この場合、ドライ
バ7は、駆動電圧Dの振幅を変更し得るものになってい
る。前記超音波送信器3は、駆動電圧Dを受けてガス中
に超音波を放射する。
【0013】超音波受信器4及び発振回路6に接続して
渦信号検出器8が設けられており、超音波送信器3が放
射した超音波がカルマン渦により受けた変調量を求め、
管1内のガスの流速、ひいては流量に対応した渦信号K
を図示しないディスプレイやプリンタ等に接続される端
子9に出力するようになっている。
【0014】超音波送信器3とドライバ7との間には、
電流検出器10が介装されており、超音波送信器3に流
れる電流を検出しその検出信号を出力する。電流検出器
10には駆動電圧調整器11が接続されており、前記検
出信号に応じてドライバ7を制御し駆動電圧Dの振幅を
調整する。この場合、検出信号の値が小さい時には振幅
を大きくするようにドライバ7を制御する。
【0015】このように構成された超音波流量計の作用
を説明する。
【0016】ガス又は周囲などの温度が低下すると、超
音波送信器3の機械的損失が大きくなって電気機械変換
効率及び超音波送信器3からガスへの伝達効率が低下
し、超音波送信器3の電気的インピーダンスが大きくな
る。すると、超音波送信器3に入力される電流値が小さ
くなる。この電流値が小さくなったことに応じて駆動電
圧調整器11はドライバ7を制御して駆動電圧Dの振幅
が大きくなるようにする。駆動電圧Dの振幅が大きくな
ることに伴い超音波送信器3に入力するエネルギが大き
くなり、超音波送信器3の放射効率及び超音波送信器3
からガスへの伝達効率が向上する。このため、温度低下
時においても適正な流量計測を行えることになる。
【0017】次に、本発明の第2実施例の超音波流量計
を図2に基づき図1を参照して説明する。図2におい
て、ドライバ7、電流検出器10及び駆動電圧調整器1
1に接続して調整器制御手段12が設けられている。調
整器制御手段12は、ドライバ7からの駆動電圧Dの振
幅を電流検出器10が検出する電流で除すことにより超
音波送信器3の電気的インピーダンスを求め、このイン
ピーダンスが所定の値以上になった場合に、駆動電圧調
整器11を制御してドライバ7から出力される駆動電圧
Dの振幅を大きくする一方、所定の値未満となった場合
には、駆動電圧調整器11を制御して駆動電圧Dの振幅
を小さくするようになっている。
【0018】この超音波流量計は、ガス等の温度が低下
し、これに伴って超音波送信器3の電気的インピーダン
スが所定の値以上になると駆動電圧Dの振幅を大きくす
る。すると、超音波送信器3に入力されるエネルギが大
きくなり、放射効率及び超音波送信器3から管1内(図
1参照)のガスへの伝達効率が向上し、温度低下時にお
いても適正な流量計測を行えることになる。また、ガス
等の温度が上昇し、これに伴って電気的インピーダンス
が所定の値未満になると、超音波送信器3からの超音波
の放射量を所望量に維持した状態で駆動電圧Dの振幅を
小さくする。このため、常温〜高温時において、超音波
送信器3に流れる電流、即ち消費電流が少なくなり、装
置全体の省エネ効果を向上できる。
【0019】なお、上記実施例では、駆動手段5を、発
振回路6とドライバ7とから構成した場合を例にした
が、本発明はこれに限定されるものではなく、所定周波
数の駆動電圧Dを出力し、かつこの駆動電圧Dの振幅を
調整し得るようして駆動手段を構成してもよい。
【0020】次に、本発明の第3実施例の超音波流量計
を図3に基づき図1を参照して説明する。この第3実施
例のドライバ7は、所定周波数の駆動電圧Dを出力する
ものの、前記第1、第2実施例のドライバ7と異なり、
駆動電圧Dの振幅を調整しないものになっている。図3
において、ドライバ7と電流検出器10との間には、ド
ライバ7の出力インピーダンスを調整設定するインピー
ダンス整合回路13が介装されている。インピーダンス
整合回路13、ドライバ7及び電流検出器10に接続し
て整合回路制御手段14が設けられている。整合回路制
御手段14は、ドライバ7からの駆動電圧Dの振幅を電
流検出器10が検出する電流で除すことにより超音波送
信器3の入力インピーダンスを求め、ドライバ7の出力
インピーダンスがこの入力インピーダンスに同等になる
ように定数設定する。ここで、回路構成上、一般にドラ
イバ7の出力インピーダンスと、超音波送信器3の入力
インピーダンスとが同等になっている時にドライバ7か
ら超音波送信器3に入力されるエネルギが最大値になる
ことが知られている。
【0021】この超音波流量計では、上述したようにド
ライバ7の出力インピーダンスが超音波送信器3の入力
インピーダンスに同等になるように定数設定するので、
仮に、超音波送信器3のインピーダンスが温度低下に伴
って大きくなっても、超音波送信器3に大きなエネルギ
が入力することになる。このため、超音波送信器3の放
射効率及び超音波送信器3から管1内(図1参照)のガ
スへの伝達効率が向上し、温度低下時においても適正な
流量計測を行えることになる。なお、駆動手段5を、発
振回路6とドライバ7とから構成した場合を例にした
が、所定周波数の駆動電圧Dを出力するようして駆動手
段を構成してもよい。
【0022】
【発明の効果】請求項1の発明では、超音波送信器に入
力される電流が小さくなった際に駆動電圧調整器が駆動
電圧の振幅を大きくするようにドライバを制御するよう
に設定することにより、温度が低下し超音波送信器のイ
ンピーダンスが大きく、ひいては超音波送信器に入力さ
れる電流が小さくなった場合、駆動電圧の振幅が大きく
なって超音波送信器に入力するエネルギが大きくなり、
超音波送信器の放射効率及び超音波送信器からガスへの
伝達効率が向上するので、温度低下時においても適正な
流量計測を行えることになる。
【0023】請求項2の発明では、超音波送信器のイン
ピーダンスが所定の値以上になった場合に、駆動電圧の
振幅を大きくする一方、所定の値未満となった場合に、
駆動電圧の振幅を小さくするように制御することによ
り、温度が低下した際には超音波送信器のインピーダン
スが大きくなることに基づいて、駆動電圧の振幅が大き
くなって、超音波送信器に入力するエネルギが大きくな
り、超音波送信器の放射効率及び超音波送信器からガス
への伝達効率が向上するので、温度低下時においても適
正な流量計測を行えることになる。また、温度が上昇
し、これに伴って電気的インピーダンスが所定の値未満
になると、駆動電圧の振幅を小さくするので、常温ない
し高温時において、超音波送信器に流れる電流、即ち消
費電流が少なくなり、装置全体の省エネ効果を向上でき
る。
【0024】請求項3の発明では、駆動手段の出力イン
ピーダンスが超音波送信器の入力インピーダンスに同等
になるように設定しておくことにより、仮に、超音波送
信器のインピーダンスが温度低下に伴って大きくなって
も、超音波送信器に大きなエネルギが入力して、超音波
送信器の放射効率及び超音波送信器からガスへの伝達効
率が向上するので、温度低下時においても適正な流量計
測を行えることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の超音波流量計を模式的に
示す図である。
【図2】本発明の第2実施例の超音波流量計を模式的に
示す図である。
【図3】本発明の第3実施例の超音波流量計を模式的に
示す図である。
【符号の説明】
1 管 3 超音波送信器 4 超音波受信器 5 駆動手段 7 ドライバ 10 電流検出器 11 駆動電圧調整器 12 調整器制御手段 13 インピーダンス整合回路 14 整合回路制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千 敦朗 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 稲田 豊 神奈川県川崎市川崎区富士見1丁目6番3 号 トキコ株式会社内 (72)発明者 吉倉 博史 神奈川県川崎市川崎区富士見1丁目6番3 号 トキコ株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスの流れる管路に設けた超音波送・受
    信器と、前記超音波送信器に駆動電圧を印加して該超音
    波送信器を駆動する駆動手段とを備えた超音波流量計に
    おいて、超音波送信器と駆動手段との間に電流検出回路
    を介装し、該電流検出回路の検出信号に基づいて前記駆
    動電圧の振幅を調整する駆動電圧調整器を設けたことを
    特徴とする超音波流量計。
  2. 【請求項2】 駆動手段からの駆動電圧及び電流検出回
    路の検出信号に基づいて超音波送信器のインピーダンス
    を検出しこの検出結果に応じて駆動電圧調整器を制御す
    る調整器制御手段を設けた請求項1記載の超音波流量
    計。
  3. 【請求項3】 ガスの流れる管路に設けた超音波送・受
    信器と、前記超音波送信器に駆動電圧を印加して該超音
    波送信器を駆動する駆動手段とを備えた超音波流量計に
    おいて、超音波送信器と駆動手段との間に電流検出回路
    を介装し、ドライバと超音波送信器との間に、ドライバ
    の出力インピーダンスを調整設定するインピーダンス整
    合回路を介装し、駆動手段からの駆動電圧及び電流検出
    回路の検出信号に基づいて超音波送信器のインピーダン
    スを検出しこの検出結果に応じてインピーダンス整合回
    路を制御する整合回路制御手段を設けたことを特徴とす
    る超音波流量計。
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