JPH0943016A - 流量計測装置 - Google Patents
流量計測装置Info
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- JPH0943016A JPH0943016A JP7197345A JP19734595A JPH0943016A JP H0943016 A JPH0943016 A JP H0943016A JP 7197345 A JP7197345 A JP 7197345A JP 19734595 A JP19734595 A JP 19734595A JP H0943016 A JPH0943016 A JP H0943016A
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Abstract
た第1振動子6および第2振動子7と、振動子間の信号
伝搬時間を計測する計測回路8と、計測回路8の信号に
基づいて流量を算出する流量演算手段16とを備えてい
る。これによって主流路の流速分布の変動に対しても誤
差が少なく広範囲にわたって計測精度を高めることがで
きる。
Description
などの流量を計測する流量計測装置に関するものであ
る。
ば特開平4−328424号公報が知られており、図8
に示すように、流体管路1の一部に超音波振動子2と3
を流れの上流と下流に、超音波が流れを横断するように
流れ方向にある角度を有して設けている。このように流
路の断面を横断して超音波が走査するようにして、流路
断面内の不均一な速度分布を有する流れを補正してい
る。振動子1から流れ方向に超音波を発生しこの超音波
を振動子2で検出すると再び振動子1から超音波を発生
させ、この繰り返しを行ってその時間を計測し、逆に振
動子2から流れに逆らって超音波を発生し同様の繰り返
し時間を計測し、この時間の差から流体の速度を求め流
量を演算していた。
来の流量計測装置では流れを横断するように超音波が伝
搬するため超音波が気流に流され、振動子に到達したと
きには振動子の中心からはずれる。この超音波のかたよ
りは受信感度に影響し、受信信号レベルが変化するため
誤差が大きくなり、また速度分布が流量の値によって変
化するため流量の精度を高めることができなかった。こ
の課題を解決するために、超音波を流路の中で複数回反
射させて、複数の走査によって速度分布の不均一性を補
い、また反射面を曲面にして超音波が気流に流されるこ
とを防止することも考えられているが、振動子を流路に
対し斜めにとりつけるため振動子間の中心軸の不一致に
よって誤差が発生するうえに、さらに反射することによ
り超音波の中心軸の位置精度が低下するため、流量精度
を高めるには限界があり、流量を精度よく計測できる流
路構成を得ることが新たな課題となっていた。
囲の流量を高精度で計測することを目的としている。
に本発明の流量計測装置は、以下の構成とした。
と、バイパス流路に設けられた第1振動子および第2振
動子と、振動子間の信号伝搬時間を計測する計測回路
と、計測回路の信号に基づいて流量を算出する流量演算
手段とを備えたものである。
子および第2振動子の送受信面の形状をほぼ同一にした
ものである。
度でバイパス流路の出入口を構成したものである。
るバイパス抵抗体を備えたものである。
流路と、バイパス流路に設けられた第1振動子および第
2振動子と、主流路もしくはバイパス流路に設けられた
調節可能なバイパス抵抗体と、振動子間の信号伝搬時間
を計測する計測回路と、計測回路の信号に基づいて流量
を算出するとともにバイパス抵抗体によって流量演算手
段の流量係数を変化させるバイパス比率設定手段とを備
えたものである。
るまでの主流路に流量を規制する主抵抗体を備えたもの
である。
流路と、バイパス流路に設けられた第1振動子および第
2振動子と、振動子間の信号伝搬時間を計測する計測回
路と、計測回路の信号に基づいて流量を算出する流量演
算手段と、第1振動子および第2振動子より上流の主流
路に設けられた遮断弁とを備えたものである。
流路と、バイパス流路に設けられた第1振動子および第
2振動子と、振動子間の信号伝搬時間を計測する計測回
路と、計測回路の信号に基づいて流量を算出する流量演
算手段と、バイパス流路に設けられた開閉弁と、開閉弁
の閉弁時に流量を計測するゼロ点検定手段とを備えたも
のである。
ることを検出するゼロ判定手段によりゼロ点検定手段を
作動させるものである。
算手段の値を補正するものである。
速を求めて主流路を含めた流量を計測するものである。
いて説明する。図1において、主流路4の途中にこの主
流路4を迂回するバイパス流路5を設け、このバイパス
流路5に超音波を送受信する第1振動子6と第2振動子
7が流れの上流と下流に配置されている。8は超音波信
号を処理して流速を求める計測回路で、トリガ回路9で
送信回路10から切換回路11を介して振動子6から超
音波を発信させ、振動子7で受信した信号を切換回路1
1を介して増幅回路12で増幅し、比較回路13で基準
信号と比較し、繰り返し回路14で設定された回数だけ
超音波の伝搬を繰り返したのち計時回路15でその時間
を測定するものである。計時回路15による超音波伝搬
時間に応じて主流路4やバイパス流路5の大きさや流れ
の状態を考慮して流量演算手段16で流量値を求める。
9から送信回路10よりバースト信号が送出され第1振
動子6で発信された超音波信号は、流れの中を伝搬し第
2振動子7で受信され増幅回路12と比較回路13で信
号処理される。繰り返し回路14で設定された回数の発
信から受信までの時間を計時手段15で測定する。
vとすると、流れの順方向の超音波の伝搬速度は(c+
v)となる。振動子5と6の間の距離をL、超音波伝搬
軸と管路の中心軸とがなす角度をφとすると、超音波が
到達する時間tは、 t=L/(c+vCOSφ) (1) となり、(1)式より v=(L/t−c)/COSφ (2) となり、Lとφが既知ならtを測定すればバイパス流路
の流速vが求められる。
流路4とバイパス流路5との流量比率をR、補正計数を
Kとすれば、 Q=KSRv (3) となる。
るので、流速の変化によるバイパス流路5内の流速分布
の不均一性の変化は小さいが、図1に示すように振動子
6と7の超音波を発信または受信する面の形状をバイパ
ス流路5の断面形状をほぼ同じ大きさにすれば、超音波
がバイパス流路5内の全面に広がって伝搬するため、超
音波と流れの中心軸が一致しても流れのすべてを走査で
き、振動子で送信された超音波のほとんど全部が対抗す
る振動子に伝搬する。
パス流路5の入口5aと出口5bの角度を、流れによっ
て異物がバイパス流路5に混入しないように流れの方向
に対してθ゜傾けたもので、θを100〜160゜の範
囲、望ましくは120゜に設定する。
パス流路5の入口にバイパス抵抗体17を設けたもの
で、このバイパス抵抗体17によってバイパス流路5の
流量を制限し流れの乱れを小さくするとともに、異物の
混入を制限したものである。このような絞りによっても
極めて小さな異物の混入は避けることができないが、バ
イパス流路5の出口側を大きくすることにより異物を流
出させ内部に残留させないようにすることができる。な
お異物の混入に関して、バイパス流路5を主流路の上部
に形成することや、バイパス流路5の入口を高くし出口
側が下がるような勾配をつけることが考えられる。
(A)の流路構成の平面図である図4(B)に示すよう
に複数のバイパス抵抗体17a、17b、17c、17
dを有し、そのいずれかを選択し、図4(A)に示す主
流路4に対するバイパス流路の比率を替えることができ
るようにし、バイパス抵抗体の大きさと連動して、バイ
パス比率設定手段18によって流量演算手段16の流量
係数を変更するものである。
パス流路5の分岐から合流までの主流路4の間に主流路
抵抗体19を設けたものであり、この主流路抵抗体19
とバイパス抵抗体17とのそれぞれの抵抗体の比率によ
ってバイパス比率が決まるものであり、その他の流路の
影響が小さくなる。
弁20を第1振動子6および第2振動子7の上流に配置
したものである。遮断弁20はコイル21により発生す
る電磁力よってプランジャ22をスプリング23の力に
抗して移動させ、プランジャ22と一体の弁体24を開
くもので、異常使用時やガス漏れのとき閉弁するもので
ある。この遮断弁20を通過した流れは通常弁体の隙間
を通り、かつ曲がり部を通過するため乱れた流れとなっ
ている。この乱れた流れによって主流路4内の流速分布
は予測のつかないものになっているが、バイパス流路5
の流れは主流路5に比べ流速分布の変動は小さい。
パス流路5の流路の一部に開閉弁25が設けられてお
り、バイパス流路5の流れを停止することができる。こ
の開閉弁25はゼロ点検定手段26の信号によって開閉
し、計測装置のゼロ点のズレを検定する。すなわちゼロ
点検定手段26からの信号はで開閉弁25を閉じるとバ
イパス流路5には気流が流れなくなる。ゼロ点検定手段
26はそれと同時に計測回路8のトリガ回路を作動さ
せ、流量計測を行いゼロ点の誤差(オフセット)を求め
る。このゼロ点検定手段の動作中に主流路4内の流体が
流れていても問題はないが、より精度を高めたい場合に
はなるべく主流路4に流体が流れていない方がよい。こ
のため、流量演算手段16で流量を求めた結果、ゼロ値
付近の値が検出されたことをゼロ判定手段27で検出
し、ゼロ判定手段27の信号によりゼロ点検定手段26
をスタートさせる。ゼロ点検定手段26は、1日の中で
ゼロが発生する確率が高い深夜に行ったり、ゼロ値の測
定が複数回連続して検出したときのみゼロ判定をするよ
うにすれば、さらに安定した検定が行われる。ゼロ検定
手段によってある値以上のオフセットが検出されたとき
はオフセットの値は何回か平均され、ゼロ点のズレを補
正するように流量演算手段16で演算が行われる。
得られる。
イパス流路に設けられた第1振動子および第2振動子
と、振動子間の信号伝搬時間を計測する計測回路と、計
測回路の信号に基づいて流量を算出する流量演算手段と
を備えたので、流速分布の変化に対しても計測精度が高
い。また超音波と流線の方向とを一致させることができ
超音波が気流に流されて感度が変化することがないので
大流量でも精度が高い。
子および第2振動子の送受信面の形状をほぼ同一にした
ので、バイパス流路断面の全部を超音波が走査すること
ができ、バイパス流路内の流速分布の変動に対する精度
が高い。また送信された超音波のほとんど全部が受信さ
れるのため、超音波振動子の感度が高くなり検出精度が
向上する。
度でバイパス流路の出入口を構成したので、バイパス流
路の振動子にゴミなどの異物が混入しにくい。
るバイパス抵抗体を備えたので、バイパス流路の流体抵
抗のばらつきの影響を受けずバイパス抵抗体の流体抵抗
によって主流路との流量比率が決定され量産性に優れ
る。また異物の混入が少なく、混入しても流出し易く信
頼性が高い。
流路と、バイパス流路に設けられた第1振動子および第
2振動子と、主流路もしくはバイパス流路に設けられた
調節可能なバイパス抵抗体と、振動子間の信号伝搬時間
を計測する計測回路と、計測回路の信号に基づいて流量
を算出するとともにバイパス抵抗体によって流量演算手
段の流量係数を変化させるバイパス比率設定手段とを備
えたので、測定範囲の異なる機種が容易に製造できるの
で安価に製造できる。
るまでの主流路に流量を規制する主抵抗体を備えたの
で、主抵抗体の寸法によって主流路の流量比率が決定さ
れ、流路の製造ばらつきに対し誤差が小さい。
流路と、バイパス流路に設けられた第1振動子および第
2振動子と、振動子間の信号伝搬時間を計測する計測回
路と、計測回路の信号に基づいて流量を算出する流量演
算手段と、第1振動子および第2振動子より上流の主流
路に設けられた遮断弁とを備えたので、遮断弁で生じる
流れの乱れによって生じる流速分布の変動の影響をバイ
パス流路で測ることによって小さくすることができ、広
範囲な流量を高精度に計測することができる。
流路と、バイパス流路に設けられた第1振動子および第
2振動子と、振動子間の信号伝搬時間を計測する計測回
路と、計測回路の信号に基づいて流量を算出する流量演
算手段と、バイパス流路に設けられた開閉弁と、開閉弁
の閉弁時に流量を計測するゼロ点検定手段とを備えたの
で、主流路の流れを止めることなくゼロ点をチェックす
ることができ、またバイパス流路の小さな開閉弁で構成
することができる。
ることを検出するゼロ判定手段によりゼロ点検定手段を
作動させるので、主流路が流れていないときのより高精
度なゼロ検定が行われるばかりでなく、流量の積算値を
求める場合には積算誤差がなくなる。
演算手段の値を補正するので、長期にわたってゼロ点の
安定が維持されメンテナンスが容易になる。
成図
成図
構成図 (B)図4(A)の流路構成図の平面図
成図
成図
Claims (10)
- 【請求項1】主流路と、前記主流路より細いバイパス流
路と、前記バイパス流路に設けられた第1振動子および
第2振動子と、前記振動子間の信号伝搬時間を計測する
計測回路と、前記計測回路の信号に基づいて流量を算出
する流量演算手段とを備えた流量計測装置。 - 【請求項2】バイパス流路の断面形状と第1振動子およ
び第2振動子の送受信面の形状をほぼ同一にした請求項
1記載の流量計測装置。 - 【請求項3】主流路と100゜から160゜の角度でバ
イパス流路の出入口を構成した請求項1記載の流量計測
装置。 - 【請求項4】バイパス流路の入口に流量を規制するバイ
パス抵抗体を備えた請求項1記載の流量計測装置。 - 【請求項5】主流路と、前記主流路より細いバイパス流
路と、前記バイパス流路に設けられた第1振動子および
第2振動子と、前記主流路もしくは前記バイパス流路に
設けられた調節可能なバイパス抵抗体と、前記振動子間
の信号伝搬時間を計測する計測回路と、前記計測回路の
信号に基づいて流量を算出するとともに前記バイパス抵
抗体によって流量演算手段の流量係数を変化させるバイ
パス比率設定手段とを備えた流量計測装置。 - 【請求項6】バイパス流路が分岐して再び合流するまで
の主流路に流量を規制する主抵抗体を備えた請求項1記
載の流量計測装置。 - 【請求項7】主流路と、前記主流路より細いバイパス流
路と、前記バイパス流路に設けられた第1振動子および
第2振動子と、前記振動子間の信号伝搬時間を計測する
計測回路と、前記計測回路の信号に基づいて流量を算出
する流量演算手段と、前記第1振動子および第2振動子
より上流の主流路に設けられた遮断弁とを備えた流量計
測装置。 - 【請求項8】主流路と、前記主流路より細いバイパス流
路と、前記バイパス流路に設けられた第1振動子および
第2振動子と、前記振動子間の信号伝搬時間を計測する
計測回路と、前記計測回路の信号に基づいて流量を算出
する流量演算手段と、前記バイパス流路に設けられた開
閉弁と、前記開閉弁の閉弁時に流量を計測するゼロ点検
定手段とを備えた流量計測装置。 - 【請求項9】流量演算手段の信号によりゼロ値を検出す
るゼロ判定手段と、前記ゼロ判定手段によってゼロ点検
定手段を作動させる請求項8記載の流量計測装置。 - 【請求項10】ゼロ点検定手段の値に応じて流量演算手
段の値を補正する請求項8記載の流量計測装置。
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-
1995
- 1995-08-02 JP JP19734595A patent/JP3557735B2/ja not_active Expired - Fee Related
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