JPH11271114A

JPH11271114A - 超音波渦流量計

Info

Publication number: JPH11271114A
Application number: JP10075325A
Authority: JP
Inventors: Masami Wada; 正巳和田; Hirohide Tsutsui; 弘英筒井
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】検出器と変換器の距離が増大しても、受信器
から送られる受信信号の振幅がほぼ一定に保持される超
音波渦流量計を提供すること。【解決手段】測定流体を流す管路１２に設けられた渦
発生体１４の下流側に配置された送信器１６と受信器１
８の間で超音波を送受する検出器１０と、この送信器に
駆動信号を送る送信回路２２とこの受信器から受信波を
受け取る受信回路２４を有する変換器２０と、この検出
器と変換器との間で受信信号を授受するケーブル４０と
を有する超音波渦流量計において、前記ケーブルの線間
容量を補償するインピーダンス補償手段を設けることを
特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体流速に比例す
る渦周波数を超音波信号を用いて検出する超音波渦流量
計に関し、特に検出器と変換器との距離が離れている場
合でも、超音波の受信振幅の安定を確保する改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波渦流量計は、例えば、本出
願人の提案にかかる特開平７−７１９８７号公報に開示
されている。図８は超音波渦流量計の構成図で、検出器
と変換器が離れている場合を示している。図において、
検出器１０は管路１２、渦発生体１４、送信器１６並び
に受信器１８を有している。送信器１６と受信器１８に
は、例えば電気信号を機械振動に変換する圧電素子が用
いられている。変換器２０は送信回路２２と受信回路２
４を有している。

【０００３】管路１２は水・石油・蒸気等の測定流体を
流すもので、例えば鋳鉄やステンレス鋼が用いられる。
渦発生体１４は管路１２の直径方向に固定されたもの
で、安定したカルマン渦が発生するように等脚台形に類
似した断面形状をしている。送信器１６は渦発生体１４
の下流側であって、管路１２の外壁に測定流体に非接触
状態で固定されている。受信器１８は受信器１６に対向
して配置されている。

【０００４】送信回路２２は、送信ケーブル３０を介し
て送信器１６と接続されており、送信周期Ｔ毎に送信器
１６に駆動パルス信号を送る。受信回路２４は、受信器
１８と受信ケーブル４０を介して接続されており、受信
器１８の渦信号を含む受信信号を信号処理して、渦周波
数信号や流速信号として出力する。

【０００５】図９は図８の装置の信号波形図で、（Ａ）
は送信回路２２、（Ｂ）は受信回路２４、（Ｃ）はウィ
ンドゥを示している。ウィンドゥは受信回路２４に設け
られたゲート回路で、受信波に含まれる信号成分たる流
体を透過した超音波を抽出し、管路１２を伝わった超音
波や多重反射波はノイズとして除去するものである。ウ
ィンドゥは受信波の振幅が、一定のトリガレベルを越え
る透過超音波を取り出すように定められている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、検出器と変換
器の距離が増大すると、受信ケーブル４０の距離も長く
なって線間容量も増えて、受信器１８からみたインピー
ダンスが小さくなる。すると、受信回路２４の処理する
受信波の振幅が減衰して、信号処理が困難になるという
課題があった。

【０００７】図１０は受信波振幅とケーブル長の説明図
である。受信ケーブル４０の線間容量は、例えば５０
［ｐＦ／ｍ］であり、受信波の周波数が１．２ＭＨｚと
する。すると、ケーブル長が２０ｍのとき、ケーブルの
インピーダンスは１３０Ωになり、受信波の振幅はケー
ブル長が０ｍのときと比較して１／３程度になってしま
う。

【０００８】本発明は上述の課題を解決したもので、検
出器と変換器の距離が増大しても、受信器から送られる
受信信号の振幅がほぼ一定に保持される超音波渦流量計
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の超音波渦流量計は、測定流体を流
す管路１２に設けられた渦発生体１４の下流側に配置さ
れた送信器１６と受信器１８の間で超音波を送受する検
出器１０と、この送信器に駆動信号を送る送信回路２２
とこの受信器から受信波を受け取る受信回路２４を有す
る変換器２０と、この検出器と変換器との間で受信信号
を授受するケーブル４０とを有する超音波渦流量計にお
いて、前記ケーブルの線間容量を補償するインピーダン
ス補償手段を設けることを特徴としている。

【００１０】これによると、インピーダンス補償手段に
よりケーブルの線間容量を補償しているので、検出器と
変換器との距離が増大してケーブルが長くなっても、受
信回路２４の受信波振幅の減衰が少なくて済む。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて、本発明を説明
する。図１は本発明の一実施例を示す構成ブロック図で
ある。尚、図１において前記図８と同一作用をするもの
には同一符号を付して説明を省略する。インピーダンス
補償部４２は、受信ケーブル４０に挿入されたもので、
受信波の周波数と受信器１８のインピーダンスを考慮し
て、ケーブルの線間容量を補償する。

【００１２】図２はインピーダンス補償部４２の第１の
具体例を示す要部回路図である。インピーダンス補償部
４２は、インダクタＬと直列に接続される第１の抵抗Ｒ
１と、線間容量Ｃｏと並列に接続された第２の抵抗Ｒ２
を有している。インダクタＬは、受信ケーブルの最大長
maxにおける線間容量Ｃmaxの半分の容量値で、受信波の
角周波数ωに対して共振する値に選定する。Ｌ＝｛ω²x（Ｃmax／２)}^-1 (1)

【００１３】抵抗Ｒ１，Ｒ２は、線間容量Ｃｏとインダ
クタＬの共振Ｑを小さくするために挿入される。図３は
図２の回路の入力インピーダンスＺinとケーブル長の説
明図である。図中、破線は従来例（図８）の特性、の
実線はインダクタＬのみを実装している場合の特性、
は抵抗Ｒ１とインダクタＬを実装している場合の特性、
は抵抗Ｒ１，Ｒ２とインダクタＬを実装している場合
の特性図である。

【００１４】入力インピーダンスＺinは、発振器１８か
らみたインピーダンス補償部４２のインピーダンスであ
る。破線では、ケーブル長が増加すると、入力インピー
ダンスＺinは単純減少する。実線では、受信ケーブル
の最大長maxの半分の長さで、入力インピーダンスＺin
は最大値をとる。実線では、ＬＣ共振による入力イン
ピーダンスＺinの変動が小さくなる。実線では、並列
抵抗Ｒ２の働きで、実線に比較してさらに入力インピ
ーダンスＺinの変動が小さくなる。

【００１５】図４はインピーダンス補償部４２の第２の
具体例を示す要部回路図である。インピーダンス補償部
４２は、線間容量Ｃｏと並列に接続された第３の抵抗Ｒ
３を有している。この抵抗値Ｒ３は、次のように定め
る。Ｒ３<<(ωＣmax)^-1 (2)

【００１６】図５は図４の回路の入力インピーダンスＺ
inとケーブル長の説明図である。発振器１８からみた抵
抗Ｒ３側の入力インピーダンスＺinは、次式で与えられ
る。Ｚin＝(ｊωＣ＋Ｒ^-1)^-1 (3) 抵抗Ｒ３の抵抗値を(2)式のように選定することで、ケ
ーブル長が長くなっても入力インピーダンスＺinの変動
が小さくなる。

【００１７】図６はインピーダンス補償部４２の第３の
具体例を示す要部回路図である。インピーダンス補償部
４２は、線間容量Ｃｏと並列に接続されたインダクタＬ
２を有している。このインダクタンスＬ２は、次のよう
に定める。 ωＬ２<<(ωＣmax)^-1 (4)

【００１８】図７は図６の回路の入力インピーダンスＺ
inとケーブル長の説明図である。発振器１８からみた抵
抗Ｒ３側の入力インピーダンスＺinは、次式で与えられ
る。Ｚin＝{ｊωＣ＋(ｊωＬ２)^-1}^-1 (5) インダクタンスＬ２を(4)式のように選定することで、
ケーブル長が長くなっても入力インピーダンスＺinの変
動が小さくなる。ここでは、ＬＣ共振の周波数は、受信
ケーブルの最大長maxよりも長いときの線間容量Ｃで生
じるように選定されている。

【００１９】尚、上記実施例において、インピーダンス
補償部４２はインダクタや抵抗を用いるものを示した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、ようする
に受信ケーブルが長くなって線間容量が増大しても、受
信回路２４で送信波の振幅が減衰しないようなものであ
ればよい。例えば、能動アンプ等を用いて、受信器１８
をローインピーダンス化してもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の超
音波渦流量計は、インピーダンス補償手段によりケーブ
ルの線間容量を補償しているので、検出器と変換器との
距離が増大してケーブルが長くなっても、受信回路２４
の受信波振幅の減衰が少なくて済む。

【００２１】ここで、請求項２〜５のようにインピーダ
ンス補償手段をインダクタや抵抗等の受動素子を用いて
構成すると、能動アンプの場合に必要とされる電源ライ
ンが不要となり、受信ケーブル４０の芯数が少なくてす
み、構造が簡単になる。

【００２２】請求項２記載の超音波渦流量計では、イン
ピーダンス補償手段は、前記ケーブルの最大長における
線間容量Ｃmaxの半分の容量値で、前記受信波の角周波
数ωに対して共振するインダクタＬとしているので、ケ
ーブルの最大長の範囲で入力インピーダンスが大きくと
れる。好ましくは、請求項３のように、インダクタと直
列に接続される第１の抵抗Ｒ１と、前記線間容量と並列
に接続された第２の抵抗Ｒ２を有する構成とすると、Ｌ
Ｃ共振の影響を少なくして、入力インピーダンスの変動
を小さくできる。

【００２３】請求項４記載の超音波渦流量計は、インピ
ーダンス補償手段は、前記線間容量と並列に接続される
第３の抵抗Ｒ３であって、この抵抗値を(2)式を満たす
ように構成したので、ケーブル長さが最大長までの範囲
で変化しても、入力インピーダンスの変動を小さくでき
る。

【００２４】請求項５記載の超音波渦流量計は、インピ
ーダンス補償手段は、前記線間容量と並列に接続される
第２のインダクＬ２であって、このインダクタンスを
(4)式を満たすように構成したので、ケーブル長さが最
大長までの範囲で変化しても、入力インピーダンスの変
動を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。

【図２】インピーダンス補償部４２の第１の具体例を示
す要部回路図である。

【図３】図２の回路の入力インピーダンスＺinとケーブ
ル長の説明図である。

【図４】インピーダンス補償部４２の第２の具体例を示
す要部回路図である。

【図５】図４の回路の入力インピーダンスＺinとケーブ
ル長の説明図である。

【図６】インピーダンス補償部４２の第３の具体例を示
す要部回路図である。

【図７】図６の回路の入力インピーダンスＺinとケーブ
ル長の説明図である。

【図８】超音波渦流量計の構成図である。

【図９】図８の装置の波形図である。

【図１０】受信波振幅とケーブル長の説明図である。

【符号の説明】

１０検出器１２管路１４渦発生体１６送信器１８受信器２０変換器２２送信回路２４受信回路３０送信ケーブル４０受信ケーブル４２インピーダンス補償手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定流体を流す管路（１２）に設けられた
渦発生体（１４）の下流側に配置された送信器（１６）
と受信器（１８）の間で超音波を送受する検出器（１
０）と、この送信器に駆動信号を送る送信回路（２２）とこの受
信器から受信波を受け取る受信回路（２４）を有する変
換器（２０）と、この検出器と変換器との間で受信信号を授受するケーブ
ル（４０）と、を有する超音波渦流量計において、前記ケーブルの線間容量を補償するインピーダンス補償
手段を設けることを特徴とする超音波渦流量計。
【請求項２】前記インピーダンス補償手段は、前記ケー
ブルの最大長における線間容量（Ｃmax)の半分の容量値
で、前記受信波の角周波数（ω）に対して共振するイン
ダクタ（Ｌ）を有することを特徴とする請求項１記載の
超音波渦流量計。
【請求項３】前記インダクタと直列に接続される第１の
抵抗（Ｒ１）と、前記線間容量と並列に接続された第２
の抵抗（Ｒ２）を有することを特徴とする請求項２記載
の超音波渦流量計。
【請求項４】前記インピーダンス補償手段は、前記線間
容量と並列に接続される第３の抵抗（Ｒ３）であって、
この抵抗値を次式：Ｒ３<<(ωＣmax)^-1 を満たすことを特徴とする請求項１記載の超音波渦流量
計。
【請求項５】前記インピーダンス補償手段は、前記線間
容量と並列に接続される第２のインダク（Ｌ２）であっ
て、このインダクタンスを次式： ωＬ２<<(ωＣmax)^-1 を満たすことを特徴とする請求項１記載の超音波渦流量
計。