JPS5817217Y2 - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
- Publication number
- JPS5817217Y2 JPS5817217Y2 JP8673478U JP8673478U JPS5817217Y2 JP S5817217 Y2 JPS5817217 Y2 JP S5817217Y2 JP 8673478 U JP8673478 U JP 8673478U JP 8673478 U JP8673478 U JP 8673478U JP S5817217 Y2 JPS5817217 Y2 JP S5817217Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- output
- flow direction
- gate
- detection circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Measuring Volume Flow (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Details Of Flowmeters (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案は、超音波流量計、特に流体の流れを横切って、
その流れの方向と、その流れと逆の方向とに交互に超音
波を発射し、これら２方向の超音波の伝搬時間の差から
流量を測定する方式の超音波流量計に関するものである
。
その流れの方向と、その流れと逆の方向とに交互に超音
波を発射し、これら２方向の超音波の伝搬時間の差から
流量を測定する方式の超音波流量計に関するものである
。
従来用いられているこの種の超音波流量計のブロックを
第１図に示す。
第１図に示す。
超音波振動子１および１′は流体２の流れる管３を斜め
に横切って相対して位置し、管３の外周部にそれぞれ接
触子４，４′を介して音響的に結合せしめられている。
に横切って相対して位置し、管３の外周部にそれぞれ接
触子４，４′を介して音響的に結合せしめられている。
超音波振動子１および１′はそれぞれ制御回路１０に制
御される駆動回路１２および１２′と増巾回路１３およ
び１３′が接続し、この増巾回路１３および１３′は制
御回路１０により動作する切要スイッチ１１ａを介して
、制御回路１０に接続するカウンタ１５の接続する時間
差球出回路１６に接続している。
御される駆動回路１２および１２′と増巾回路１３およ
び１３′が接続し、この増巾回路１３および１３′は制
御回路１０により動作する切要スイッチ１１ａを介して
、制御回路１０に接続するカウンタ１５の接続する時間
差球出回路１６に接続している。
時間差検出回路１゛６は制御回路１０によって動作する
切替スイッチ１１ｂを介して積分回路１７と電圧制御発
振器１４、および積分回路１７′と電圧制御発振器１４
′に接続し、電圧制御発振器１４および１４′は周波数
差検出回路１８、周波数電圧変換回路１９に接続されて
いる。
切替スイッチ１１ｂを介して積分回路１７と電圧制御発
振器１４、および積分回路１７′と電圧制御発振器１４
′に接続し、電圧制御発振器１４および１４′は周波数
差検出回路１８、周波数電圧変換回路１９に接続されて
いる。
このような装置を用いて流量の測定を行なうには、まず
、制御回路１０からの信号で、スイッチ１１ａ、１１ｂ
およびＩｌｃを例えば図示の位置に制御し、駆動回路１
２を介して、超音波振動子１を駆動し、超音波振動子１
′の方向に向けて流体２中に超音波を伝搬させる。
、制御回路１０からの信号で、スイッチ１１ａ、１１ｂ
およびＩｌｃを例えば図示の位置に制御し、駆動回路１
２を介して、超音波振動子１を駆動し、超音波振動子１
′の方向に向けて流体２中に超音波を伝搬させる。
これと同時にカウンタ１５も制御回路１０からの信号で
、電圧制御発振器１４の出力パルスの計数を開始する。
、電圧制御発振器１４の出力パルスの計数を開始する。
そして、カウンタ１５がＮ個のパルスを計数すると、第
１の到着信号を時間差検出回路１６に供給する。
１の到着信号を時間差検出回路１６に供給する。
方、超音波を発射してからＴ１後に超音波振動子１′で
受信された信号は、増巾回路１３を介して時間差検出回
路１６の第２到着信号となる。
受信された信号は、増巾回路１３を介して時間差検出回
路１６の第２到着信号となる。
時間差検出回路１６の出力には、これら第１および第２
到着信号の時間差、および信号到着の〒遅に応じた信号
が生じ、積分回路１７で積分される。
到着信号の時間差、および信号到着の〒遅に応じた信号
が生じ、積分回路１７で積分される。
積分回路１・Ｔの出力は電圧制御発振器１４の周波数ｆ
１を制御し、時間差検出回路１６への第１および第２の
到着信号の時間差が零になるところで制御ループは平衡
する。
１を制御し、時間差検出回路１６への第１および第２の
到着信号の時間差が零になるところで制御ループは平衡
する。
従って、Ｔ ＝Ｎ／ｆ１ ・・・・・・
・・・・・・（１）となる。
・・・・・・（１）となる。
次にスイッチＩｌａ、１１ｂ、１１ｃを制御回路１０に
より第１図の図示方向と反対に切替え、前記と同様な経
過を経て電圧制御発振器１４′の周波数ｆ２を制御し、 Ｔ２＝Ｎ／ｆ２ ・・・・・・・・・・・
（２）となる。
より第１図の図示方向と反対に切替え、前記と同様な経
過を経て電圧制御発振器１４′の周波数ｆ２を制御し、 Ｔ２＝Ｎ／ｆ２ ・・・・・・・・・・・
（２）となる。
Ｔ２は超音波振動子１′から超音波振動子１の方へ伝搬
するのに要する時間である。
するのに要する時間である。
このように！１ｍされる周波数ｆ１およびＴ２は、周波
数差検出回路１８および周波数電圧変換回路１９により
信号変換される。
数差検出回路１８および周波数電圧変換回路１９により
信号変換される。
いま、流体２が矢印の方向に流速Ｖで流れ、超音波が角
度θで、流体中を伝搬すると、前述の如く制御される電
圧制御発振器１４および１４′の周波数ｆ１およびＴ２
は次式の如く表わすことができる。
度θで、流体中を伝搬すると、前述の如く制御される電
圧制御発振器１４および１４′の周波数ｆ１およびＴ２
は次式の如く表わすことができる。
ここで、Ｄは管内径、Ｃは流体中における音速τは流体
坦外の超畳波伝搬に要する時間と゛回路内における電気
的遅延の和である。
坦外の超畳波伝搬に要する時間と゛回路内における電気
的遅延の和である。
従つｔ１周波数差検出回路１８の出力信号Ｊｆは（３）
、（４）式より −一となる。
、（４）式より −一となる。
また、周波数電圧変換回路１９の出力信号Ｅ。
は、その変換利得を０１、標準入力信号なＥｓとすれば
Ｅｏ＝０１（、Ｊｆ）・Ｅｓ・・・・・・・・（６）と
なり、（５成を（６）式に代入すれば となって、流体２の流速Ｖに比例した信号が得られ、管
内断面積を乗することにより、流量が測定できる。
なり、（５成を（６）式に代入すれば となって、流体２の流速Ｖに比例した信号が得られ、管
内断面積を乗することにより、流量が測定できる。
か７））る方式の超音波流量計においては、前述ｆ１．
ｆ２を常時測定しているので、このｆｌとＴ２の値を比
較することにより、流体２の流れ方向も判別することが
可能である。
ｆ２を常時測定しているので、このｆｌとＴ２の値を比
較することにより、流体２の流れ方向も判別することが
可能である。
すなわち、第１図のように流体２が矢印の方向に流れて
いる場合は、Ｔ１くＴ２となることは明らかであり （１）式、（２）式より、ｆｌ〉Ｔ２となっている。
いる場合は、Ｔ１くＴ２となることは明らかであり （１）式、（２）式より、ｆｌ〉Ｔ２となっている。
流体２が、第１図と反対方向に流れている場合には、ｆ
ｌ＜Ｔ２となる。
ｌ＜Ｔ２となる。
第１図において流れ方向検出器２０は、このようにｆｌ
、Ｔ２の絶対値の比較を行い、流れ方向を検出して外部
への出力信号としている。
、Ｔ２の絶対値の比較を行い、流れ方向を検出して外部
への出力信号としている。
その出力信号の動作例を第４図に示す。ｆｌ〉Ｔ２の場
合は、流れ方向検出回路２０の出力信号Ｑは、第４図ａ
の通りＬ”レベル、ｆｌ＜Ｔ２の場合は″Ｈｎレベルと
なって安定状態を保持している。
合は、流れ方向検出回路２０の出力信号Ｑは、第４図ａ
の通りＬ”レベル、ｆｌ＜Ｔ２の場合は″Ｈｎレベルと
なって安定状態を保持している。
すなわち、正確に流れ方向を判別している。
しかしｆ１″−、Ｔ２の場合つまり流速ｖ＝０の領域で
は、わずかの流体のゆらぎによりｆｌくＴ２あるいはｆ
ｌ〉Ｔ２の状態が生じ、流れ方向検出回路２０の出力は
第４図すのようにパルス状態となる。
は、わずかの流体のゆらぎによりｆｌくＴ２あるいはｆ
ｌ〉Ｔ２の状態が生じ、流れ方向検出回路２０の出力は
第４図すのようにパルス状態となる。
今、−例として流体２を水として、かかる超音波流量計
を浄水場、あるいは中継ポンプ場などの流量計測に適用
した場合を考える。
を浄水場、あるいは中継ポンプ場などの流量計測に適用
した場合を考える。
取水、送水の状態を前記流れ方向検出回路２０の出力信
号で判別しているとすれば、取水状態から送水状態、あ
るいは送水状態から取水状態への切替え（すなわち流れ
方向が変化する場合）過度期において、流れ方向検出回
路２０の出力信号が、前述のパルス状態になってしまい
、流れ方向の正確な判別が出来なくなり、不安定な動作
となる欠点があった。
号で判別しているとすれば、取水状態から送水状態、あ
るいは送水状態から取水状態への切替え（すなわち流れ
方向が変化する場合）過度期において、流れ方向検出回
路２０の出力信号が、前述のパルス状態になってしまい
、流れ方向の正確な判別が出来なくなり、不安定な動作
となる欠点があった。
本考案の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、□
周波数ｆ１とＴ２がほとんど等しい領域に対しても流れ
方向検出器の出力が不安定にならないような超音波流量
計を提供することにある。
周波数ｆ１とＴ２がほとんど等しい領域に対しても流れ
方向検出器の出力が不安定にならないような超音波流量
計を提供することにある。
このため本考案は、流れ方向検出回路の出力が一方の入
力端子に、他方の入力端子には単安定回路を介して入力
されるＮＡＮＤゲートと、前記流れ方向検出回路の出力
がＮＯＴゲートを介して一方の入力端子に、他方の入力
端子には単安定回路を介して入力されるＮＯＲゲートと
、前記ＮＡＮＤゲートの出力がセット端子に、前記ＮＯ
Ｒゲートの出力がリセット端子に接続されたフリップフ
ロップと力）らなる遅延回路を設け、流れ方向検出回路
の出力にヒステリシス特性をもたせるようにしたもので
ある。
力端子に、他方の入力端子には単安定回路を介して入力
されるＮＡＮＤゲートと、前記流れ方向検出回路の出力
がＮＯＴゲートを介して一方の入力端子に、他方の入力
端子には単安定回路を介して入力されるＮＯＲゲートと
、前記ＮＡＮＤゲートの出力がセット端子に、前記ＮＯ
Ｒゲートの出力がリセット端子に接続されたフリップフ
ロップと力）らなる遅延回路を設け、流れ方向検出回路
の出力にヒステリシス特性をもたせるようにしたもので
ある。
以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。
第３図は、第２図における遅延回路２１の具体的構成例
を示すもので、流れ方向検出回路２０の出力信号Ｑは、
単安定回路２０１．ＮＯＴゲート２０３ 、ＮＡＮＤゲ
ート２０４の一方の入力に接続される。
を示すもので、流れ方向検出回路２０の出力信号Ｑは、
単安定回路２０１．ＮＯＴゲート２０３ 、ＮＡＮＤゲ
ート２０４の一方の入力に接続される。
一方、信号Ｑは前記ＮＯＴゲート２０３で反転して、Ｎ
ＯＲゲート２０５の一方の入力と、単安定回路２０２に
接続される。
ＯＲゲート２０５の一方の入力と、単安定回路２０２に
接続される。
前記単安定回路２０１の出力は、前記ＮＡＮＤゲート２
０４の一方の入力に接続、該ＮＡＮＤゲート２０４の出
力はフリップフロップ２０６のセット端子に接続される
。
０４の一方の入力に接続、該ＮＡＮＤゲート２０４の出
力はフリップフロップ２０６のセット端子に接続される
。
他方、前記単安定回路２０２の出力は前記ＮＯＲゲート
の一方の入力に接続され、該ＮＯＲゲートの出力は前記
フリップフロップ２０６のリセット端子に接続される。
の一方の入力に接続され、該ＮＯＲゲートの出力は前記
フリップフロップ２０６のリセット端子に接続される。
ここで、ｆｌ〉ｆｌの場合を考えると、前記流れ方向検
出回路２０の出力信号、すなわち遅延回路２１の入力信
号ＱはＬ”レベルである。
出回路２０の出力信号、すなわち遅延回路２１の入力信
号ＱはＬ”レベルである。
このとき、入力信号Ｑは前記単安定回路２０１、前記Ｎ
ＡＮＤゲート２０４を介して前記フリップフロップ２０
６のセット端子にＨ” レヘ）Ｌ’を印加する。
ＡＮＤゲート２０４を介して前記フリップフロップ２０
６のセット端子にＨ” レヘ）Ｌ’を印加する。
一方該フリップフロップ２０６のリセット端子には前記
ＮＯＴゲート２０３、前記単安定回路２０２、前記ＮＯ
Ｔゲート２０５を介してＬ Ｉ＋レベルが印加される。
ＮＯＴゲート２０３、前記単安定回路２０２、前記ＮＯ
Ｔゲート２０５を介してＬ Ｉ＋レベルが印加される。
この結果、ｆｌ〉ｆｌの安定状態では、前記フリップフ
ロップの出力信号Ｑ′はＬ”レベルとなる。
ロップの出力信号Ｑ′はＬ”レベルとなる。
ｆ１″、ｆｌの場合は、前記入力信号Ｑは第４図すのよ
うにパルス状態となる。
うにパルス状態となる。
第４図Ｃに示す前記単安定回路１の出力パルス幅、ＴＤ
より早い時間にｆｌ＜ｆｌ、ｆｌ〉ｆｌが変化する場合
は、前記ＮＡＮＤゲート２０４の２つの入力端子のいず
れかは”Ｌ”レベルとなり、従って前記フリップフロッ
プ２０６のセット端子にはｆｌ＜ｆｌ、ｆｌ＞ｆｌの状
態がパルス的に変化しても、常に′″Ｈ”レベルとなり
前記フリップフロップ２０６の出力げは、第４図ｄの通
り常に”Ｌ”レベルとなる。
より早い時間にｆｌ＜ｆｌ、ｆｌ〉ｆｌが変化する場合
は、前記ＮＡＮＤゲート２０４の２つの入力端子のいず
れかは”Ｌ”レベルとなり、従って前記フリップフロッ
プ２０６のセット端子にはｆｌ＜ｆｌ、ｆｌ＞ｆｌの状
態がパルス的に変化しても、常に′″Ｈ”レベルとなり
前記フリップフロップ２０６の出力げは、第４図ｄの通
り常に”Ｌ”レベルとなる。
次に前記パルス幅、ＴＤより遅れてｆｌ＜ｆｌ、ｆｌ〉
ｆｌの状態が変ると、前記ＮＡＮＤゲート２０４の一方
の入力端子がＨ”レベルとなり前記フリップフロップ２
０６のセット端子は′Ｌ”レベルとなり出力信号Ｑ′は
′″ＨｎＨｎレベル。
ｆｌの状態が変ると、前記ＮＡＮＤゲート２０４の一方
の入力端子がＨ”レベルとなり前記フリップフロップ２
０６のセット端子は′Ｌ”レベルとなり出力信号Ｑ′は
′″ＨｎＨｎレベル。
同時にｆｌ〉ｆｌの安定状態からｆｌ〉ｆｌ、ｆｌくｆ
ｌの状態変化のときは、前記単安定回路２、ＮＯＲゲー
ト２０５、フリップフロップ２０６のリセット端子を介
して、前述の動作と同じような働きをする。
ｌの状態変化のときは、前記単安定回路２、ＮＯＲゲー
ト２０５、フリップフロップ２０６のリセット端子を介
して、前述の動作と同じような働きをする。
以上の如く、流れ方向検出にヒステリシス特性を有する
ため、流体の流速が零付近でも安定した流れ方向検出が
可能となる効果がある。
ため、流体の流速が零付近でも安定した流れ方向検出が
可能となる効果がある。
第１図は従来の超音波流量計のブロック図、第２図は本
考案の超音波流量計のブロック図、第３図は本考案の一
実施例を示す回路図、第４図は動作波形図を示す図であ
る。 ２０１．２０２・・・・・・単安定回路、２０３・・・
・・・ＮＯＲゲート、２０４・・・・・・ＮＡＮＤゲー
ト、２０５・・・・・・ＮＯＲゲート、２０６・・・・
・・フリップフロップ回路。
考案の超音波流量計のブロック図、第３図は本考案の一
実施例を示す回路図、第４図は動作波形図を示す図であ
る。 ２０１．２０２・・・・・・単安定回路、２０３・・・
・・・ＮＯＲゲート、２０４・・・・・・ＮＡＮＤゲー
ト、２０５・・・・・・ＮＯＲゲート、２０６・・・・
・・フリップフロップ回路。
Claims (1)
- 流体の流れを横切って、その流れの方向と、その流れと
逆の方向とに超音波を発射し、発射された超音波が受信
されるまでの第１および第２．の伝搬時間を、それぞれ
の周期の整数倍の時間が、前記第１および第２の伝搬時
間に等しい第１の周波数ｆ、および第２の周波数ｆ２に
変換し、該第１と第２の周波数の差を電圧に変換して前
記流体の流量を計測し、前記第１、第２の周波数ｆ１．
ｆ２を入力として流体の流れ方向を検出する流れ方向検
出回路を備えた超音波流量計におい°て、前記流れ方向
検出回路の出力が一方の入力端子に、他方の入力端子に
は単安定回路を介して入力されるＮＡＮＤゲートと、前
記流れ方向検出回路の出力がＮＯＴゲートを介して一方
の入力端子に、他方の入力端子には単安定回路を介して
入力されるＮＯＲゲートと、前記ＮＡＮＤゲートの出力
がセット端子に、前記ＮＯＲゲートの出力がリセット端
子に接続されたフリツプフ自ツブとからなル遅延回路を
設げたことを特徴とする超音波流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8673478U JPS5817217Y2 (ja) | 1978-06-26 | 1978-06-26 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8673478U JPS5817217Y2 (ja) | 1978-06-26 | 1978-06-26 | 超音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS555309U JPS555309U (ja) | 1980-01-14 |
| JPS5817217Y2 true JPS5817217Y2 (ja) | 1983-04-07 |
Family
ID=29011597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8673478U Expired JPS5817217Y2 (ja) | 1978-06-26 | 1978-06-26 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5817217Y2 (ja) |
-
1978
- 1978-06-26 JP JP8673478U patent/JPS5817217Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS555309U (ja) | 1980-01-14 |
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