JPS5832121A - 位相差方式による超音波流量計 - Google Patents
位相差方式による超音波流量計Info
- Publication number
- JPS5832121A JPS5832121A JP12880981A JP12880981A JPS5832121A JP S5832121 A JPS5832121 A JP S5832121A JP 12880981 A JP12880981 A JP 12880981A JP 12880981 A JP12880981 A JP 12880981A JP S5832121 A JPS5832121 A JP S5832121A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- phase difference
- flow
- signal
- flow rate
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
- G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は位相差検出方式による超音波流量計において
測定対象の流体温度、圧力変化による超音波伝播速度の
変化の影響を受けず、超音波送受信素子の特性変化によ
り生ずる位相ずれの影響を除去するための補正方法に関
する。
測定対象の流体温度、圧力変化による超音波伝播速度の
変化の影響を受けず、超音波送受信素子の特性変化によ
り生ずる位相ずれの影響を除去するための補正方法に関
する。
超音波を流量計として利用する場合、被測定流体の流速
とは無関係である超音波の伝播速度の影響を受けない方
式をとることは流量測定精度を同上させるための一つの
条件である。
とは無関係である超音波の伝播速度の影響を受けない方
式をとることは流量測定精度を同上させるための一つの
条件である。
超音波流量計におけるシングアランド方式は、原理的に
超音波伝播速度が介入されないので超音波流量計として
この方式は広く採用されてきた＠この方式は流れに対し
一定角度で対回し配設された超音波送受信器間で、超音
波の送信→受信→整形→増巾→送信と自励発振させ、該
自励発振周波数が、流れに対して正方向と逆方向に超音
波を斃信された場合には異なり、該周波数の差が流速に
比例することを利用したものである０この方式において
は自励発振周波数を決定する構成要素の中に遅れ要素が
あると、これは誤差要因ともなるので、精度向上には応
答性を高くする必要がある０このために超音波の送受信
素子は固有揚動数の為いものを使用するとともに、超音
波信号は鋭いパルスに整形送信することが会費条件とな
る・このことのためにシングアランド方式は素子の選択
が問題であり、電気回路的にも高価となる。このように
しても超音波の伝播時間と遅れ時間との比＆入口径が小
さくなる程小さくなり、流量計として広範囲に適用させ
ることは困難である。
超音波伝播速度が介入されないので超音波流量計として
この方式は広く採用されてきた＠この方式は流れに対し
一定角度で対回し配設された超音波送受信器間で、超音
波の送信→受信→整形→増巾→送信と自励発振させ、該
自励発振周波数が、流れに対して正方向と逆方向に超音
波を斃信された場合には異なり、該周波数の差が流速に
比例することを利用したものである０この方式において
は自励発振周波数を決定する構成要素の中に遅れ要素が
あると、これは誤差要因ともなるので、精度向上には応
答性を高くする必要がある０このために超音波の送受信
素子は固有揚動数の為いものを使用するとともに、超音
波信号は鋭いパルスに整形送信することが会費条件とな
る・このことのためにシングアランド方式は素子の選択
が問題であり、電気回路的にも高価となる。このように
しても超音波の伝播時間と遅れ時間との比＆入口径が小
さくなる程小さくなり、流量計として広範囲に適用させ
ることは困難である。
これに対して位相差検出法は流れに対して正逆になるよ
うに配設された２組の超音波送（１１トの送信側を一定
の周波数で駆動し、受信側で得られた超音波信号の位相
差が流速に比例することを利用するものであるが、この
方式においては原理的に超音波の伝播速度が、この比例
関係に介在するので音速が変化すると位相差も変化する
。ｆｊ！、（二連音波の送受信素子も、温度圧力等の環
境条件の変化により特性が変化し、このため位相ずれを
もたらすなど、不安定な要素が多く、加えて駆動する超
音波周波数は送受信素子の固有揚動数を選ぶので、シン
グアランド方式の場合とは反対に最大位相変化の時間と
伝播時間との比は固定されるので、口径が大きくなると
精度が低下するという問題点があるため、位相差方式は
流量計としては一般に使用されていなかった。
うに配設された２組の超音波送（１１トの送信側を一定
の周波数で駆動し、受信側で得られた超音波信号の位相
差が流速に比例することを利用するものであるが、この
方式においては原理的に超音波の伝播速度が、この比例
関係に介在するので音速が変化すると位相差も変化する
。ｆｊ！、（二連音波の送受信素子も、温度圧力等の環
境条件の変化により特性が変化し、このため位相ずれを
もたらすなど、不安定な要素が多く、加えて駆動する超
音波周波数は送受信素子の固有揚動数を選ぶので、シン
グアランド方式の場合とは反対に最大位相変化の時間と
伝播時間との比は固定されるので、口径が大きくなると
精度が低下するという問題点があるため、位相差方式は
流量計としては一般に使用されていなかった。
この発明は叙上の点に着目して成されたもので超音波信
号をそのま＼用いないでその変ｇ１１！伯号による位相
差法により流速を計測して流量を知るようにした新規な
位相一方式による超音波流量計に関する。
号をそのま＼用いないでその変ｇ１１！伯号による位相
差法により流速を計測して流量を知るようにした新規な
位相一方式による超音波流量計に関する。
すなわち、流路中に二組の超音波発信素子と超音波受信
素子とを同一距離を以って互いに流れの方向に相対向し
て配設した超音波信号位相差法において流速Ｖと位相差
Δ−との関係は、２Ｌ ｆｃｍ’１．Ｓｒ で表わされる。
素子とを同一距離を以って互いに流れの方向に相対向し
て配設した超音波信号位相差法において流速Ｖと位相差
Δ−との関係は、２Ｌ ｆｃｍ’１．Ｓｒ で表わされる。
ここに ＣＯ：基準状態に於ける音速
Ｌ ：超音波発信素子と受信素子との間の距離
ｒ（ｘＪ：温度、圧力、密度などの−または複数の補正
要因 Ｘの関数 ＃ ：超音波周波数に受信素子とｔ結ぶ超音波経路と流
れの方向との角度Ｏ ｆ ：変調信号の周波数 上式（Ｉ）において基準状態における変調周波数をｆｏ
として ｆｗｆ、ｔｃｘＪ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・−・・・・（Ｉとなるように変調
信号の周波数ｆを変化させる時は、 （Ｉ）式は虹）式を代入して となり流速Ｖは位相差Δφだけの関数とすることができ
る。
要因 Ｘの関数 ＃ ：超音波周波数に受信素子とｔ結ぶ超音波経路と流
れの方向との角度Ｏ ｆ ：変調信号の周波数 上式（Ｉ）において基準状態における変調周波数をｆｏ
として ｆｗｆ、ｔｃｘＪ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・−・・・・（Ｉとなるように変調
信号の周波数ｆを変化させる時は、 （Ｉ）式は虹）式を代入して となり流速Ｖは位相差Δφだけの関数とすることができ
る。
この発明は叙上の位相差方法を用いて超音波信号に変調
周波数をかけると共に温度、圧力、密度などの補正要因
な゛補正量の関数として前記変調周波数を変化させ、こ
の信号を受信し復調して流速ないしは流量信号を抽出し
たときに前記補正要因をすべて除去した状態で得られる
ようにした超音波流量計の補正方法を提供することにあ
るＯ以下にこの発明の一実施例を図面に示す回路図につ
いて述べる０ なな、この実施例では補正要因を温度ｔに限って説明す
る０ １．２は一対の超音波発信素子と受信素子３、番は他の
一対の超音波発信素子と受信素子で、それぞれ所望の被
計測流体が流れる管路５において流体の流れに沿って互
いに相対向する反対方向に配設し、流体の流れる方向と
角度−を保ち力１つ発信素子１．３と受信素子２．４と
は所望の距離Ｌ２を保つものとするＯ ６は超音波発振器、７は変調器、８は温度センサーで流
体の温度を検出する。９は該温度センナ−８により検出
された温度を補正要因として補正量を発生できる補正関
数発生器で、基準温度における変調周波数周ｆ０を定数
として次段の変調信号発生器１０により変調周波数ｆが ｆ＝ｆ、・ｒ（ｔ） となるように働かせて前記変調器７と接続させている０ １１．１２は超音波受信素子２．４と接続されるプリア
ンプ、１３，１４は同じく同上プリアンプ１１．１２と
接続される復調器、１５は位相差を検出できる位相検波
器、１６は低周波フィルタ、を示し出力部１７より房望
の流量信号を取り出すことができる◎ 叙上の構成に基づいて作用を説明する。
周波数をかけると共に温度、圧力、密度などの補正要因
な゛補正量の関数として前記変調周波数を変化させ、こ
の信号を受信し復調して流速ないしは流量信号を抽出し
たときに前記補正要因をすべて除去した状態で得られる
ようにした超音波流量計の補正方法を提供することにあ
るＯ以下にこの発明の一実施例を図面に示す回路図につ
いて述べる０ なな、この実施例では補正要因を温度ｔに限って説明す
る０ １．２は一対の超音波発信素子と受信素子３、番は他の
一対の超音波発信素子と受信素子で、それぞれ所望の被
計測流体が流れる管路５において流体の流れに沿って互
いに相対向する反対方向に配設し、流体の流れる方向と
角度−を保ち力１つ発信素子１．３と受信素子２．４と
は所望の距離Ｌ２を保つものとするＯ ６は超音波発振器、７は変調器、８は温度センサーで流
体の温度を検出する。９は該温度センナ−８により検出
された温度を補正要因として補正量を発生できる補正関
数発生器で、基準温度における変調周波数周ｆ０を定数
として次段の変調信号発生器１０により変調周波数ｆが ｆ＝ｆ、・ｒ（ｔ） となるように働かせて前記変調器７と接続させている０ １１．１２は超音波受信素子２．４と接続されるプリア
ンプ、１３，１４は同じく同上プリアンプ１１．１２と
接続される復調器、１５は位相差を検出できる位相検波
器、１６は低周波フィルタ、を示し出力部１７より房望
の流量信号を取り出すことができる◎ 叙上の構成に基づいて作用を説明する。
超音波発信素子１．３より発信される超音波信号１：
は、超音波発振器６よりの超音波信号に、変調器７によ
り変調がかけられる・ すなわち、流路５中に設けた温度センナ−８ζ二よって
補正関数発生源９でｆ（ｔｌが演算され、変調信号発生
器１０によってｆ−１ｏ・ｔ （ｔｌの変調信号が発生
され、この変調信号により、前記超音波ｉ号に所望の変
調をかけることができるＯこの温度補正量によって変調
された超音波信号はそれぞれ二個の超音波発信素子１．
３により発信されそれぞれ流体の流れに沿って一万は流
れに従い他方は流れに逆らって超音波受信素子２．４に
よって受信される。
り変調がかけられる・ すなわち、流路５中に設けた温度センナ−８ζ二よって
補正関数発生源９でｆ（ｔｌが演算され、変調信号発生
器１０によってｆ−１ｏ・ｔ （ｔｌの変調信号が発生
され、この変調信号により、前記超音波ｉ号に所望の変
調をかけることができるＯこの温度補正量によって変調
された超音波信号はそれぞれ二個の超音波発信素子１．
３により発信されそれぞれ流体の流れに沿って一万は流
れに従い他方は流れに逆らって超音波受信素子２．４に
よって受信される。
この受信信号はプリアンプ１１，１２で増巾され復調器
１３，１４で復調され、流量信号を含んだ変調信号とし
て得られると共に位相検波器１５により位相差△−が検
出されて低周波フィルタ１６により流量出力をその出力
部１７から取り出すことができる・ この流量出力は、流速なＶとした場合、前述の（２）式
で示したように位相差△−のみの関数として得られる◎ この発明は叙上のように超音波信号に変調をかけ、必要
とする温度、圧力、密度などの補正要因による補正の関
数によりて変調周波数を変化させることにより、流速な
いし流量信号を取り出す際の複雑な補正処理が不要とな
り、しかも計測範囲に適した変調周波数を任意に選べる
等の利点を有する・ また、この発明によれば補正要因は前述したように温度
は勿論のこと圧力、密度の必要数の併用もでき、また関
数も随意であり変調方法も周波数変調、位相変調、揚巾
変調のいずれも問わない・さらに、この発明によれば連
続波は勿論のことパルス波、バースト波でも可能である
などの効果を有する・ 伺叙上においては正しく受信超音波の位相差に比例した
流速を求めるため被測定流体内の超音波の伝播速度の影
゛響を除去する方法に関するものであり、得られた結果
は容積流量である。しかるに（Ｉ）式における補正要因
としての温度、圧力等は被測定流体に関しては密度の変
数であり、温度、圧力を各々ｔ、ｐとすると密度Ｐに関
し Ｐ−ｈ（ｔ、ｐ） （５）の関係が成立
つ、従って（１式は偉ｉの形とする事ができる。
１３，１４で復調され、流量信号を含んだ変調信号とし
て得られると共に位相検波器１５により位相差△−が検
出されて低周波フィルタ１６により流量出力をその出力
部１７から取り出すことができる・ この流量出力は、流速なＶとした場合、前述の（２）式
で示したように位相差△−のみの関数として得られる◎ この発明は叙上のように超音波信号に変調をかけ、必要
とする温度、圧力、密度などの補正要因による補正の関
数によりて変調周波数を変化させることにより、流速な
いし流量信号を取り出す際の複雑な補正処理が不要とな
り、しかも計測範囲に適した変調周波数を任意に選べる
等の利点を有する・ また、この発明によれば補正要因は前述したように温度
は勿論のこと圧力、密度の必要数の併用もでき、また関
数も随意であり変調方法も周波数変調、位相変調、揚巾
変調のいずれも問わない・さらに、この発明によれば連
続波は勿論のことパルス波、バースト波でも可能である
などの効果を有する・ 伺叙上においては正しく受信超音波の位相差に比例した
流速を求めるため被測定流体内の超音波の伝播速度の影
゛響を除去する方法に関するものであり、得られた結果
は容積流量である。しかるに（Ｉ）式における補正要因
としての温度、圧力等は被測定流体に関しては密度の変
数であり、温度、圧力を各々ｔ、ｐとすると密度Ｐに関
し Ｐ−ｈ（ｔ、ｐ） （５）の関係が成立
つ、従って（１式は偉ｉの形とする事ができる。
この結果一式は
となり質量流量を求めることができる。即ち、補正関数
発生器６を圧力、温度、又は密度に関し、叫Ｉを満足す
る機能を与えることにより、質量流量を簡単に求めるこ
とができる。
発生器６を圧力、温度、又は密度に関し、叫Ｉを満足す
る機能を与えることにより、質量流量を簡単に求めるこ
とができる。
図はこの発明の＝実施例を示す位相差方式による超音波
流量計の回路図を示す。 １．３・・・超音波発信素子 ２．４・・・超音波受信素子 ５ ・・・流 路 ６ ・・・超音波信号発振器 ７・・・変調器 ８ ・・・温度センサ ９ ・・・補正関数発生源 １０ ・・・変調信号発生器 １３．１４・・・復調器 １５ ・・・ 位相検波器
流量計の回路図を示す。 １．３・・・超音波発信素子 ２．４・・・超音波受信素子 ５ ・・・流 路 ６ ・・・超音波信号発振器 ７・・・変調器 ８ ・・・温度センサ ９ ・・・補正関数発生源 １０ ・・・変調信号発生器 １３．１４・・・復調器 １５ ・・・ 位相検波器
Claims (1)
- （１）被計測流体の流路に二組の超音波の送信器と受信
器とを同一距離を以って流れの方向に正逆相対向して配
設し、前記超音波送信器を正弦波に限らない一定の周波
数な発振する超音波信号発振器で駆動し、超音波の伝播
に伴なって生ずる前記超音波受信前号間の位相差が流速
に比例することから流量を求める超音波流量針において
、被計測流体内の超音波伝播速度の変化要因を変数とし
た超音波の伝播速度と、該変化要因を変数とした発振周
波数とが同一の関数形となる発振周波数で前記超音波信
号を変調して、超音波送信器を駆動収超音波受信器で該
変調信号を受信変調し、該復調信号間の位相検波を行な
い、ローパスフィルタを介することにより超音波伝播速
度の影響を受けない流量信号を得ることを特徴とした位
相差方式による超音波流量計・ −（２）被計測流体内の超音波伝播速度の変化要因を変
数とした超音波の伝播速度と同一の関数形を更に被計測
流体の密度で除算してなる関数に比例した発振周波数で
前記超音波信号を変調することにより質量流量を求める
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位相差方
式による超音波流量計
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12880981A JPS5832121A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 位相差方式による超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12880981A JPS5832121A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 位相差方式による超音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5832121A true JPS5832121A (ja) | 1983-02-25 |
| JPH0324607B2 JPH0324607B2 (ja) | 1991-04-03 |
Family
ID=14993949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12880981A Granted JPS5832121A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 位相差方式による超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5832121A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6043602U (ja) * | 1983-08-31 | 1985-03-27 | 富士重工業株式会社 | 塵芥収集車の塵芥積込装置 |
| JPS647103U (ja) * | 1987-06-30 | 1989-01-17 | ||
| JPH01132606U (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-08 | ||
| WO2009063896A1 (ja) | 2007-11-15 | 2009-05-22 | National University Corporation Hokkaido University | 超音波混相流量計、超音波混相流量計測プログラム、および超音波を用いた混相流量計測方法 |
-
1981
- 1981-08-19 JP JP12880981A patent/JPS5832121A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6043602U (ja) * | 1983-08-31 | 1985-03-27 | 富士重工業株式会社 | 塵芥収集車の塵芥積込装置 |
| JPS647103U (ja) * | 1987-06-30 | 1989-01-17 | ||
| JPH01132606U (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-08 | ||
| WO2009063896A1 (ja) | 2007-11-15 | 2009-05-22 | National University Corporation Hokkaido University | 超音波混相流量計、超音波混相流量計測プログラム、および超音波を用いた混相流量計測方法 |
| US8401805B2 (en) | 2007-11-15 | 2013-03-19 | National University Corporation Hokkaido University | Ultrasonic multiphase flowmeter, ultrasonic multiphase flow rate measurement program, and multiphase flow rate measurement method using ultrasonic wave |
| JP5208124B2 (ja) * | 2007-11-15 | 2013-06-12 | 国立大学法人北海道大学 | 超音波混相流量計、超音波混相流量計測プログラム、および超音波を用いた混相流量計測方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0324607B2 (ja) | 1991-04-03 |
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