JPS58171625A - 超音波流量計 - 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】 この発明は被測定渡体を導く電路に対して直角方向に対
向配置された一方の超音波送受波器の出力に基づ−て前
記管路に対して斜めに対向配置された倫方の超音波送受
＊養０出力を補正して、この他方の超音波送受波器の出
力に基づいて得られるＲｊＩ値の零点補正を行うように
した超音波流量計嗜に関する。

管路に被測定渡体を導いて被測定流体の流量測定を行う
超音波流量計は、通常第１図に示すように、被測定渡体
１を導く管路２に一対の超音波送受Ｒ器（以下、送受＃
Ｌ器と略称する）３１．３ｂを管路２の軸１１に対して
斜めに対向配置し、仁の一対の送受波器３ｍ、３ｂの出
力を変換器４に供給し、この変換１１４により、送受波
！ｉ１３＆、３ｂで交互に受信される超音波の伝播時間
差を測定し、こＯ伝播時間差に基づ−で被測定渡体１の
流量を測定するよう帆なって−る。

ところでこのような超音波流量計において線、送受波９
３　＆と変換器４とを接続しているケーブル５＆を含む
信号経路の特性（主に分布容量に起因する信号の伝播特
性）と、送受波器３ｂと変換器４とを接続して−るケー
ブル５ｂを含む信号経路Ｏ！ｆＩｔ性とが同一でなくな
ると、各信号経路の信号伝播時間が一致しなくなり、測
定値が正確な流量を示さなくなる。このため第１図に示
すよう々超音ｔｌｔ渡量計においては、通常被測定流体
１の流れを止めて流速Ｖを零にし、こ０時に指示針が流
量零を示すように変換器４０零点―整器　４ａを調整し
く零点補正し）、各信号経路Ｏ特性の差異に起因する測
定誤差および回路のオフセットに起因する測定誤差をな
くすようにしている。しかしながらこの場合、工場等の
ように操業中に被測定流体１０流れを止めることができ
な一所で鉱、上述したようＫして回路の零点補正を行う
ことは不可能であった。

第２図社被測定流体１の流れを止めることなく零点補正
を行うことができる超音波流量計の回路構成例を示すブ
ロック図である。このＩＩＫ示すように、この超音波流
量針においては、送受波器３ａ３ｂと変換４１９４との
間に信号経路の切換えを行う切換回路６が設けられ、送
受波１１３ｍで受信された信号な送受波器３＆→ケーブ
ル５　ａ１→切換−６→ケーブルＳ軸→変換器４なる経
路で変換１１４に供給し、送受波器３ｂで受信された信
号を送受波１１Ｈｂ→＋−クル５　ｂｘ−＋９Ｊ換４１
６−ｓケーブル５　ｂａ→変換ＩＩ！１４なる経路で変
換器４に供給した時に得られた流量のａ零値と、切換器
６を切換え、送受［１１３ｍで受信した信号をケーブル
５ｂｇを介して切換１１４に供給し、かつ送受波器３ｂ
で受信されたＩｌｌをケーブルｓ１を介して切換１１＃
４に供給した時に得られた流量の絶対値とが一致するよ
うに、置換１１４に設けられて−る零点１１１１ＥＩｔ
４ａを調整してケーブル５ｍ、！＄ｂＯ％性差に起因す
る零点ずれを補正するようになって−る。

しかしながらこＯような超音波流量計において社、送信
Ｗ＃にお−て送受波＠３ｍ（あるいは送受波器３ｂ）Ｋ
印加される電圧が数百ＶＩＩＣ４ｉなり、かつこの時に
数ムの電流が流れることから、また逆に受信１１には送
受＊Ｉ！３ｂ（あるいは送受波器３１）で得られる信号
が数ｍＶ〜数十Ｉｌｖ、ｌ！：微小であることから、切
換器６　のスイッチ６＆を高耐圧・高定格電流、低イン
ピーダンス・低ノイズの％Ｏにする必要があると共に、
送受波器３１．３ｂ閣で送受信される超音波パルスａ数
百ＫＨｚ〜数Ｍ［ｌｚの高帯域信号であることから周波
数特性も優れたものにする必要がある。したがってスイ
ッチ６１を例えば半導体等で構成する時に社、上述した
ように厳し一制約に耐える極めて特殊な半導体が必要に
なり、コスト高になるという不都合が生じ、またコスト
増加を押えるためにスイッチ６＆をリレー等で構成する
と、リレーの接点摩耗により、回路の信頼性が低下する
という不都合が生じる。

またこのような従来の超音波流量針においては切換器６
な切換えた時においても送受波器３１の信号がケーブル
５１１を通り、送受波器３ｂＣ）信号がケーブル５　ｂ
ｌを通ることから、ケーブル５＆１．５ｂｔの特性ずれ
に起因する零点ずれを補正できないと−う不都合がある
。そこでこのような不都合をなくすために、切換器６　
を送受波５３ｍ、３ｂの近くに設置してケーブルＳ　＆
ｔ、５　ｂｓの長さをなるべく短くしてこれらのケーブ
ル５　＆、　、　５　ｋＤの影餐を少なくすることが考
えられるが、送受波器３ｍ、３ｂの近傍Ｆｉ環境条件が
患いことから好重し一方法でなＶＳＯみならず、切換器
６　のスイッチＩＩ＆等を制御するための制御ケーブル
が必俄になり、コスト高になると−う不都合がある。

こＯ発＠妹上記Ｏ点に−み、信号経路を切換える切換器
を用−ることなく、かつ被測定流体の流れを止めること
なく回路の零点ずれを補正することができる爆音ｆｌＲ
量針を提供するもので、第１の送受波器な管路に対して
斜めに対向配Ｉｌさせ、第２０送受掖響を前記管路に対
して直角方向に対向配置させ、１６にこれら第１、第２
の送受波器の信号ケーブルを共通にし、この第２の送受
波器の出力に基づいて前記第１０送受波器の出力を補正
して零点ずれをなくすようにしたことを特徴としている
。

以下この発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第５１ＥＩＦｉこの発明による超音波流量計の一路構成
例を示すブロック図である。なおこの図において第１Ｗ
Ｏ各部と対応する部分には同一の符号を付して説明を省
略する。この図において、７＆、７ｂは各々管ｗＩ２の
管軸と直角方向に対向するように設けられた送受波器（
第２の超音波送受波器）であり、一方の送受波器７＆は
ケーブル８＆を介してトランス９１の巻ｉ１Ｇ町に接続
され、他方の送受波器７ｋｌＨケーブル８ｂを介してト
ランス９　ｂ　（Ｄ＠＠　９１）ＩＫ後接続れている。

トランス９＆の巻１１９−社ケーブルＢｍｌを介して送
受波器３＆（第１の超音波送受波器）Ｋ接続されており
、同トランス９＆の巻ｉＩ９番ｓＦ１ケーブル５ａＪを
介して流速測定回路１０の第１端子に接続されている。

また同様に、トランス９　［１ｎｉｌｌｌＧ　ｂｚはケ
ーブル５ｂｓｔ−介し送受波器３ｂ（第１の超音波送受
波−）に、同トランス９　ｂｏｏｍｓ　ｂｓはケーブル
５１を介して流速測定−路ｌＯの第２端子に、各々接続
されている。流速測定回路１０は送受波器３＆、７＆と
送受ｔ１ｍｓｂｓ７ｂとを交互に励振しこれにより得ら
れた受信信号に基づいて被側定流体１の流速を求めるも
のであり、ｆｊｌ流速流速同定回路１０力する信号Ｓ、
（この信号〜は被側定流体１０流速Ｖを示している）社
記憶回路１１および零点監視回路１２に各々供給される
。記憶回路１１社Ｃ０ＩＩ号虐、を記憶するものであり
、同紀ｕ１１ｇｌ略１１に一時記憶された信号〜は出力
囲路１３に供給され、このｔＨ力１ｉ１１ｊｌ１３によ
って出力信号令に変換された後に図示せぬ後段回路に供
給される。

また前記零点ｍ１回路１２は前記信号〜に基づ−てケー
ブルＳ＆＾　Ｓ−の特性の差および回路各部の誤差に起
因する零点ずれを検出する回路であり、岡零点監視回路
１蓼の出力Ｓ１１は流速測定回路１０Ｃ）第１餉御端子
に供給される。また、１４ｉｔ回路各部を制御する制御
回路であり、この制御−路１４の一方Ｏ出力邸、は記憶
回路１１および零点監視−路１ｚＯ各制御端子に供給さ
れ、他方の出カー蝶流速欄定囲路１ＧＣＩ第２制御端子
に供給される。

またこの実施例にお−では、トランス９＆は送受波１１
３１Ｌ％　７ａＯ近傍に設けられ、同様にトランス９ｂ
は送受波４１　ｓ　ｈ　％　７　ｂの近傍に設けられて
いる。

次に以上の構成になる回路の動作を第４図に示す波形図
を参照しながら説明する。まず、流速測定回路１０が励
振信号８１を発生し、との励振信号８ｔ（第４図００）
参照）をケーブルＳ＆賑　トランス９＆、ケーブル５１
□あるいはケーブル８＆を順次弁して送受波１ｉｓａ、
ｙａに供給すると、送受波器３ｍ、７ｍが各々超音波パ
ルスを発生し、これらＯ超音波パルスが被欄定流体１中
を通過して対応する送受波＠３ｂ、７ｂで各々受信され
、これらの送受液＠　ａ　ｂ　ｓ　　ｙ　ｂが第４にＳ
−）、を→に示す受信信号へ、８．を出力する。ここで
送受波＃＃３＆が超音波パルスを発生してから送受波器
３ｂがこの超音波パルスを受信るまでの時間（超音波パ
ルスの伝播時間）テ１＆は、 Ｄ　／ｌ烏− Ｔｌｂ−−む■薯「　　　　　　・・・・・・（１）但
し、ｐは管路２の内径 ０は被測定流体１内の音速 θは超音波パルスの入射角 となり、また送受波器７＆が超音波パルスを発生してか
ら送受波器７ｂがこの超音波パルスを受信する壕でＫＩ
Ｎす時開！諺１は、 ア３１．．＋　　　　　　　　　　　・・・・・・（″
）となる。そしてこれらの受信信号Ｂ、Ｂｊｆｉトラン
ス９ｂで合成され信号Ｉｔ、（＄４図のに）参照）とな
って流速測定回路１０に供給される。この流速測定回路
１（１にお−では、第４ＷＪ（ホ）に示す選択信号ａｓ
Ｋよって前記信号１４ｆｉ−４受信パルスＰ８のみが選
択され、この受領パルスＰ１に基づいて超音波パルスの
伝播期間！１ａが求められる。また上述した動作と同様
にして、流速測定回路１０は次の測定廟関において逆方
向Ｏ伝播時間Ｔｒｂ（このＴｔｂは送受波＠　３　ｍ　
、３　ｂ間の伝播時間を示すものであり、Ｔｌｂ−τ％
、ある）を求め、この後にＯ記憶回路１１に記憶された
信号８．は出力回路ＩＳＫ供給され、ζこで出力信号〜
に変換されて後段−路に供給される。このようにして被
測定流体１０流遍（流量）測定が行なわれる。

次に１制御回路１４Ｆｉ外部からの信号あるいは予め定
められている所定のタイミングで、制御信号へを出力し
て叫憶回路１１の出力な固定させて出力信号Ｓ７を固定
させると共に、零点監視回路１２を動作状轢にし、また
この時に制御信号８．を出力して流速測定回路１０の信
号選択タイミングを切換え、第４図（へ）に小す選択信
号８．。で信号Ｓ４の選択を行なわせる。これにより、
流速測定回路ｌＯにおいて上述した伝播時間Ｔｅａおよ
び逆方向の伝播時間Ｔ２ｂが求められ、この後に［１／
　Ｔｚａ−１／’ｌ”、ｂＪなる演算が行なわれる。こ
こで、被測定流体ｌａ管路２の管軸に沿って流れている
とするｇ’Ａ　ｓｈ　＝　ｌ　／　Ｔｘｂ　Ｊとなるこ
とから、流速測定回路ｌＯから出力される信号へは流速
間を小すものとなる。しかしながらここで、ケーブル５
■の特性とケーブル５１ｎ０１！Ｉｆ性とが一致してい
なかったり、流速測定回路１０に時間的なオフセットが
あったりすると（零点ずれが発生すると）、を出力して
流速測定回路ｌＯの出力が流速間」を示すように同流速
測定−路１０のオフセット量（零点ずれＯ補正量）を１
４１１Ｌ、流速間となった時にこのオフセット量を固定
させる。そしてこのようにして流速が園となった後にあ
るいは予め建められて−る所定のタイミングで制御回路
１４が出力を切換え、回路を元の流量測定モードにする
。これにより、再び上述した流ｔｉｌｌＪ定動作が行な
われ、流速測定回路１０から零点を補正された信号へか
出力され、出力回路１３から零点ずれのないｌ！ｉ１速
Ｖを示す出力信号８ｐ出力される。

このようにして、回路Ｏ零点ずれＯ補正動作が行なわれ
る。ｔたこの実施例にお−では、トランス９＆を送受波
Ｉ！９３ｍ、７ｍの近傍に設けると共に、）ランスｇｂ
を送受波器３ｂ、７ｂの近傍に設けていることからケー
ブルを２本用いるだけで各送受波！！３＆、７１．３ｂ
、７ｂと流速測定回路１０とを＊ａすることができる。

また制御回路１４から制御信号８．・Ｂ、を出力させる
の与で回路の零点ずれを補正させることができることか
ら、零点補正動作の自動化を容易に運成し得るという効
果を得ることができる。

また上述した実施例においては、各送受波器３＆、７ｍ
、３ｂ、７ｂ、流速測定ｌ路１０をトランス９ｍ、９ｂ
により結合しているがこれをＬＯＲネットワークで結合
して１良く、また送受波器３＆と送受波器７＆とを接続
し、この接続点と流速ｆＭ足回路１０の第１端子と接続
し、同様にして送受波器３ｂ、７に＋と流速測定回路１
０の第２端子とを直接接続するようにしても良い。

また、との実施例において社零点監視し路１２により、
回路の零点ずれを検出し、この検出結果を流速測定回路
ｌＯに帰還して零点ずれを補正するようにしているが、
これを零点監視回路１２０代わりにｆｓマの記憶回路を
設け、制御回路１４が制御信号１に出力した時にこの第
２の記憶（９）路に信号Ｓ、（この時の信号Ｓ、Ｆｉ零
点ずれの量を示している）を記憶させておき、制御１回
路１４が制御信号Ｓ、の出力を停止した時、すなわち零
点ずれ検出稜において流速測定が再開された時に、第１
の記憶回路１１に記憶された信号へから第２の記憶回路
に鴫憶されている零点補正飯を減算し、この減算結果を
出力回路１３に供給するようにしても良い。

また、上述した実施例における制御回路１４、記憶回路
１１および零点検出回路１２は通常のマイクロコンビエ
ータを用いて鶴成しても良い。そしてこの場合、既にマ
イクロコンピュータを内蔵している超音波流量針ならば
、プログラムを変更するのみで上述した零点補正動作を
行なわせることができる。ただしこの場合、第工の送受
波器３＆、３ｂと共に第２の送受波器７１．７ｂを必要
とすることから、通常送受波器の交換が必要になるが、
この交換作業は、変艇器４のケーブル端子（第１、＊＊
＊子）上で接続を切換えることにより容品に行うことが
できる。

以上説明したようにこの発明による超音波流量針は、管
路に対して斜めに対向配置された第１の超音波送受波器
と、前記管路に対して直角方向に対向配置された第２の
超音波流量針と、この第２０超音波送受波器の出力に基
づいて前記第１０超音波送受波器の出力の零点補正を行
うゼロ点補正回路とを設けたので、信号経路を切換える
切換器を用−ることなく、かつ被測定流体の流れを止め
ることなく回路の零点ずれを補正することがで龜る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波流量計の回路構成例を示すブロッ
ク図、如２図に′ｉ従来の超音波流量計の他の回路構成
真を示すブロック図、第３図はこの発明による超音波流
量計の同ｗｒ構成例を示すプはツク図、第に因は第３図
に示すブロック図を説明するための波形図である。 １・・・・・被測定流体、２・・・・・管路、３＆、３
ｂ・・・・・超音波送受波器（蕗ｌの超音波送受波器）
、７１．７ｂ・・・・・超音波送受波器（第２の超音波
送受波器）１１２・・・・・零点監視回路（ゼロ点禰正
回路）。 第３図 Ｑｈ 第４図 （へ）Ｓｔ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定流体を導く管路に対向配置された超音波送受波器
   間の超音波伝播時間に基づいて前記被測定渡体の流速・
   流量測定を行う超音波流量計において、前記管路に対し
   て斜めに対向配置された第１０超音波送受獣器と、前記
   管路に対して直角方向に対向配置された第１０超音波送
   受獣器と、この＃１１２の超音波送受波器の出力に基づ
   −で前記第１の超音波送受波器Ｏ出力を補正して前記第
   １０超音波送＊＊の出力の零点補正を行うゼロ点補正回
   路とを具備したことを特徴とする超音波流量針。