JPS58184513A

JPS58184513A - 超音波流量計

Info

Publication number: JPS58184513A
Application number: JP6723282A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ishii; 誠石井; Masahiro Iketani; 池谷　正宏
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1982-04-23
Filing date: 1982-04-23
Publication date: 1983-10-28

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】本発明は、流路管内をＲねる空気などの流体のｆＩＬｔ
を１測するための超音波流量針に関するものであり、特
に内燃エンジンの吸入空気量の針側に適した超音波流量
計に関するものである。

流路管内をｆｉねる流体に超音波を放射し、その伝播時
間の変化または時間差を側室し、こねに基づいて流体の
流速を演算し、流量を求めること１ｊ古くから知られて
いる。

内炉エンジンの吸入空気量のｔｔ　Ｉｌｉｌｌ　ｉζも
、このような超音波流量計が取入わらわており、例えば
シングアラウンド法として知られている（特願昭５６−
　１７０６９０　号など参照）。

しかし、シングアラウンド法による場合１２，超音波の
送受信器を２組配置するか、Ｉｌ雑な切換手段で超音波
送受信を切換えるかすることが必要であり、構造が複雑
となり、コスト高をもたらす原因となっている。

本発明は，前記の事情に鎌みてなざれたものであり、そ
の目的は、構造な簡略化してコストの低減と、信幌性お
よび応答性の向上をはかることのできる超音波流量計を
提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明においては。

その内部を空気などの流体が流れる流路管と、前記流路
管の一側に配設８ｔ′Ｉ、前記流体に向って超音波を放
射する送信器と、前記流路管の反対側に、それぞれが鉤
記送償ｌＩキ対向し、送信器から放射さね、流体中な伝
播してきた超音波を受信するように配設ざわた一対の受
信器と、餉記一対の受信器の各出力の位相差を門出する
手段とを設け、両受信器の出力の位相差に基づいて流量
を演算するようにしている。

以上に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。第
ｌ図は本発明の一実施例を示す断面図および電気回路の
ブロック図である。

図においてｌは、その内部を空気などの流体が通過する
１５１ｗＩ管（内燃エンジンの場合は吸気道）。

２はその一側に配設ざね、前記流体に向けて超音波を放
射する送信器、　３１および３ｂは、そわぞわが前記送
信器２と対向し、送信器から放射８ｔ１で流路管内を伝
播してきた超音波を受信できるように、前記流路管ｌの
反対側に配設８ｔＩた第１および第２の受信器である。

また、８は流路管１の上流側に設けらｒた整流板、　２
０は送信器２に電気信号な供給する発振回路、２１ｍ　
　および　２ｌｂｌｊ第１，第２受信器３ｍ。

３ｂ　の出力を増幅する増幅器、２２ｍ　　および２２
ｂは前記各増幅６　　２１ｍ　、　　２ｌｂ　の出力を
波形Ｉｌ形する波形整形器である。

２３ａ　　および２３ｂ　は各波形整形＠　　２２ｍ　
、２２ｂの出力の位相を制御する移相器、２４は各移相
器２３ｍ　、　　２３ｂ　　の出力信号の位相差を検出
する位相比較器、２５は積分器（または、平均値回路）
である。なお、後述するところから明らかなように、移
相器２３ｍ　、　　２３ｂは、この実施例では省略でき
るものである。

この実施例では、送信器２から第１受信！３ａ６ζ向う
超音波伝播路Ａは、流路管１内で流体が流わる方向Ｃと
実質上直交するようにされ、一方、送信器２から第２受
信１１３ｂに向う超音波伝播路Ｂは、前記超音波伝播路
Ａに対し、上流側に角度θだけ傾斜するように８ｔ１て
いる。

ここで、伝播路ＡとＢは、流体の流速Ｖがゼロのとき、
送信器２からの超音波が同位相で受信ざれるように調整
ｇｒｔでいる。

流速■がゼロでなくなったとき、伝播路Ａは流体の流ね
る方向Ｃと一直であるから、超音波の伝播速度Ｕは影響
な受けないが、伝播路Ｂは上流側へ傾斜しているので、
この方向へ向かう超音波の伝播速度Ｕは遅らせられる。

したがって、第１受信器３ａに受信される超音波の位相
は変化しないが、第２受信器３ｂに受信される超音波の
位相はΔｔだけおくれることになる。

前記の位相おくわΔｔは、超音波伝播路Ｂの距離をＬｂ
とすると、つぎの式であられされる。

流体の流速Ｕが、超音波伝播速度■に比べて十分に小さ
いと仮定すれば、　　Ｉｌｌ’　１，１．。

Ｕ＞Ｖ苅θ であるからとなる。すなわち、位相おくわΔｔは流速Ｖの一次ｌｌ
Ｉ数となる。流量は、流速■に流路管の断面積（こねは
一定である）な乗じたものであるから、流量は位相おく
わΔｔに比例することになる。

この場合の流量と位相おくわΔｔとの関係を、第２図に
実線で示す。図において、横軸は流電または流速）、縦
軸は位相おくわΔｔである。

以上の解析から明らかなように、第１図の実施例におい
て、第１および第２受信５　３ｍ　　、　３ｂの出力を
、そわぞれ増幅しくかつ、必要に応じてχ）波形１１形し）、両者の位相差を検知することによって
、流量奄求めゐことができる。

実録に１１．篤１図に示したように、位相差Δｔを積分
し、積分出力またはその平均値をアナログ出力として、
他の諸制御に利用したり、表示したりするのがよい。

前記実施例は、超音波伝播路ＡおよびＢの長さを調節し
て、流速Ｖかゼロのときに、自費信器３ｍ。

３ｂの受信パルスが同位相となるように初期設定するも
のであった。

しかし、超音波伝播路の長さの調節は、機械的に行なわ
なけわばならないので、調節に熟騨と要時間を要する欠
点がある。

この解決策としては、超音波伝播路の長さを調節する代
りに、第１図に点線で示しているように、移相器　２３
ｍ　　、　２３ｂ　　を、各受信器３ｍ　、　３ｂの検
出電気回路の少なくとも一方多ζ挿入することが考えら
れる。

出力パルス波形の位相を電気的に制御することによって
、流速Ｖがゼロのときに、両受信器３ｍ。

３ｂの出力パルス波形の位相が一致するようにするごと
は容具である。その後の流速、流量の＃ｊ定手法は、前
述の鳩舎と全く同様である。

また、さらに他の実施例として、流速がゼロのとき、両
受信器の出力パルス位相が１ｌｌｌＪ４＠となるよう−
Ｃ初期設定した後、欄定時には、位相比較器の出力を、
例えば移相器２３ｂに員場遺して閉ループ制＃回路を構
成し、移相比ＩＩ！器の出力が常にゼロになるように、
移相ｆｉｌ　２３ｂ　の移相量を制御するようにするこ
ともできる。

明らかなように、この場合には、移相＠　２３ｂの移相
量と、流路管ｌ内の流量との間に前記関係が成立する。

すなわち、流量は移相制御量の一次関数となる。

ｊＪｔ上ｔ”４１、第２の受１ｉｔａｉ　Ｂｂｔ、＄　
１０）受４Ｉｌ器の上流側にａけた例について述べたが
、第２の受信！ｉ３ｂ＋３．第１の受信器の下流ＩＩＫ
設けてもよい。

このように配置した本発明の他の実施例を第３図および
第４図に示す。こわらの図において、第１図と同一の符
号は同一または同等部分をあられしている。

４．５１才、送信１ｉ１２および第１受信３３ａノＩｋ
付位置を調籠するための機構（この例では、それぞれの
取付円筒部にねじ係合８１１１る。また、第１図に関し
て前述したように、この機構は省略してもよい。）、６
．７ｍ、７ｂは送信！Ｉ２および第１、第２受信器３ｍ
　、　３ｂの背後にそわぞれ配設された振動吸収材であ
る。

また、９　、　１０ｍ　　、　　１０ｂ　はそわぞれ送
信４＋！および受信器のリード線、１１　、　１２ｍ　
　、　　１２ｂ　は前記各リード線のグロメット、１３
　、　１４ｍ　　、１４ｂはそわぞｔ１取付カバー、Ｉ
ｓ　　、　　１６ｍ　　、　　１６ｂ　は送信器２およ
び受信器３・、・３ｂの背後の空間部に充１１３１１ざ
わた樹脂、　１７は流路管ｌの下流端に設けられた整流
板、１８は流路管ｌの内壁に配設さむたＩｊ！Ｌｉｔラ
イニングである。

第３図の実施例と、第４図のそれとの違いは、第３図で
は、ｌＩ４２の受信器３ｂが流路管１に対しＣ＠めに取
付けられ、送信器２の超音波発生（ｊ！ｌｔｌζ正対さ
れているのに対し、第４図では、第２の受信器３ｂがｆ
Ｌ路管ｌの鷺に−直に取付けらねており、送１！器２の
超音波発生源に対して斜めに対向する点で相違するだけ
であり、その動作は同じである。

これらの実施例では、流路管内での流速■は、超音波伝
播路Ｂ１ζおける伝播速度Ｕを早めるようｔＣ作用する
ので、２つの受信パルスの位相差Ａｔと流速■との関係
は、つぎのように表わされる。

Ｕ　　　Ｕ十Ｖ辿θ そね故に、第１図の場合と同様−ζして、２つの受信パ
ルスの位相差を針側すること１ｃより、流速−一シたが
って、流量を測定することができる。

この場合の流１（または流速）と位相お（れΔｔとの関
係を、第２図に点線で示している。

前述の各実施例で４１、いずれも、送信器から第１の受
信器へ至る超音波伝播路が、流体の流れる方向または流
路管の中心軸に喬直になるように設定されたが、本発明
な実施するうえでは、このことも必ずしも必要ではない
。

すなわち、送信器から第１および第２の受信器へ至る亀
音波伝播路の両方が、共に流路管の中心軸に対して傾斜
するように配置しても、本発明は前述と全く同様に実施
することができる。

この場合の、流速Ｖと位相差Ａｔとの関係は、流速■が
十分番こ遷いとすわば、つぎの式であらゎｌｌｖねる。

　　　　′ ただし、この式では送信器から第１．第２受信器に至る
伝播路の長さをＬａ　、　Ｌｂとし、各伝播路が流路管
の中心軸と垂直な線に対してなす角をθａ　、θｂ　と
している。また、伝播路Ｌａ　、　Ｌｂの長さは、流速
Ｖがゼロのとき、各受信器における受信パルスの位相差
がゼロになるように一般定ざわているものと仮定してい
る。

以上の説明では、いずれの場合も、初期設定として、流
速がゼロのとき、一対の受信器３ｍ　、　３ｂの出力が
同位相Ｊζなるようにｇｔ＋た。しかし、このような初
期設定の場合には、特に流速が遅い状態で−　すなわち
、積分器（または平均値回路）の出力が小さい状態で、
ノイズが受信器に入来したときに、積分器（または平均
値回路）の出力に及ぼすノイズの影響が大きくなる欠点
がある。

これをさけるためには、初期設定−すなわち、流速がゼ
ロのときに、両受信器の出力パルスまたは移相器の各出
力に予定量の位相差が存在し、したがって、位相比較器
の出力がゼロにならないようにするのがよい。このよう
な初期設定は、送信器および受信器間の距離を調節する
か、移相器の移相量を変えるかのいずれかの方法によっ
て実現することができる。以上の説明から分るように、
本発明によりば、構造を簡略化してコストの低減と信頼
性の向上を実現した超音波流量針が実現される。　　　
　　　　　　　　　　・す

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図および電気回路のブ
ロック図、第２図は本発明における流量と位相差（時間
差）との関係を示す図、第３図および第４図はそわぞわ
本発明の他の実施例の要部を示す断面図である。ｌ・・流路管、２・・・送信器、３ａ・・・第１受信器
、３ｂ・・・１ｇ２受信器、４．５・・・送信Ｓおよび
第１受信器の取付位置を調整するための機構、２２１゜
２２ｂ・・・波形整形器、２３ｍ、２３ｂ・・・移相器
、２４・・・位相比較器、２ｓ・・・積分器代理人弁理士　平　木　道　人１　　　　　外１名 □

Claims

【特許請求の範囲】

（１）その内部を空気などの置体が論ねる波路管と、前
記波路管の一側に配設ざわ、前記流体に向って超１ｔｔ
Ｉｔを放射する送信器と、前記波路管の反対側に、それ
ぞれが前記送信器と対向し、送信器から対射されて酌記
捷路管内を伝播してきた超ｆａを受信するように配設さ
れた一対の受信器と、藺紀一対の受信器の各出力の位相
差を検出する手段とを具備したことを特徴とする超音波
流量針。
（２）　　送信器から受信器の一方に至る超音波伝播路
が、波路管の中心軸に実質上垂直であることを特徴とす
る紬紀％詐祷求の範囲第１項記載の超ｆ波誠１計。
（３）波路管内の流体の渡速かゼロのとき、一対の受信
器−ζ得られる各出力の位相差が予定値になるように、
送信器および各受信器間の距離が設定されたこと１＊＊
とする前記特許請求の範囲第１項または第２項記載の超
音波流量針。
（４）その内部を空気などの置体がｆｔｔする波路管と
、１ＩＩｌ紀諏路管の一儒に配ｌ＆され、前記流体に向
って超音波を放射する過儒饅と、前記波路管の反対情Ｉ
【、そわぞわが−配送信器と対向し、送信器から放射ｇ
ｔ＋て蘭記潰路管内を伝播してきた超ｆ［を受信するよ
うに配役８わた一対の受信器と、藺紀各受信器の少なく
とも一方の出力の位相を制御する移相器と、前記一対の
受信器の各出力の位相差を検出する手段と壺真備したこ
とな特徴とする超音波流量針。＋５１　　Ｎｉｌ管内の置体の流速がゼロのとき、一対
の受信器に得られる各出力の位相差が予定値になるよう
に、―紀移椙器の移相量が予め設定８ｔ′Ｉたことを特
徴とする特許超ｆｆｌ流量針。