JPS5833124A - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計

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JPS5833124A
JPS5833124A JP56130225A JP13022581A JPS5833124A JP S5833124 A JPS5833124 A JP S5833124A JP 56130225 A JP56130225 A JP 56130225A JP 13022581 A JP13022581 A JP 13022581A JP S5833124 A JPS5833124 A JP S5833124A
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JP
Japan
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ultrasonic
flow rate
frequency
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oscillation frequencies
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JP56130225A
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JPS6261894B2 (ja
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Yukio Nakagawa
中川 行雄
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Fuji Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring 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
    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波が被測定媒体中を伝搬する時間を流れ
に対して順方向および逆方向について測定して、その媒
体流量を測定する超音波流量針に関し、%に流量針の状
態変化に基づく誤差を消去するよ5Kt、た自動オフ4
ット除去機能付の超音波流量針に関するものである。
従来公知な趨音諌流量針の一例として、電圧制御形見振
器で発振される周波数fのパルス信号をN個計数する時
間と、流体中の超音波の伝搬時間とな一歇させるように
その電圧制御形見振器の発振周波数ft−制御する閉ル
ープを構成し、一方の振動子の発振と同期して、この周
波数fのパルスTkN個計数するカウンタの出力な時間
差検出回路に入力し、他方、超音波受f!I信号をもこ
の時間差検出回路に入力して、時間差を出力し、その時
間差が零となるように閉ループを構成したものがある。
このような従来の趣音波流量針の一例を51図に示す、
allにおいて、電圧制御形発振回路IOは、制御電圧
の大きさによつ【その発振周tIL数が資化する一つの
電圧制御形見振器(以下VCOという)13および/1
を有している。VCO/Jf)発振出力信号−27()
im数ft)とvco isの発振出力信号JJ(周波
数ft)とな、スイッチコで切換え【、それによって得
られる電圧制御形発振回路10の出力信号コツなパルス
発生回路コ?に供給する。パルス発生回路Xは、信号j
に同期してパルス信号J/な発生すると共に、計数開始
信号JJf発生する。このパルス1号J/に基づいて送
信回路みはトランスジニーす暴動信号Jりt発生する。
コつのトランスジ≧−すたる釘および侵は、スイッチQ
の切換えによって交互に供給されるトツンスジューナ駆
動信号nに応じて、一方は電気信号な音響信号(超音波
付あるいは亭7)K変換する送信側として、そして他方
はその音響信号な電気信号に変換する受ll側として働
く、?−の音響信号を受信して得た電気信号は、切換ス
イッチjiな介して受信信号S3として受信回路おに導
入される。
受信回路srは受信信号jJK応じて受波検出信号S7
を時間差検出回路nに供給する。
また、計数開始信号J、7によって付勢されたカウンタ
基/は電圧制御i41形発振薗路10の出力領号コ9t
jt針数する。この力9ンタ4/は、その計数状態が予
め設定された数値NKなると、パルス出力信号Uを時間
差検出回路dに供給し、しかる後リセットされる。時間
差検出回路nは、両信号nおよび630時間差な検出し
、その時間差に応じた電圧の制御偏号訂を発生する。こ
の制御信号訂は、スイッチ47で切換えられ、電圧制御
形発振關路10内の両VCO/、Iおよび/jのいずれ
か一方に導入されて、その発振周波数f1あるいはf、
な制御する。
第一図は、被側定流体の管路に両トフンスジューサを取
付けた状!!lな示し、また超音波の伝illな示す。
図において、対向配置された一方のトランスジニーナ釘
から発射された超音波は、それを管71内に斜めに伝搬
させるプラスチックくさびりJおよび管7/を介して被
絢定滝体ツ5へ伝搬し、再び管71の壁および別なプラ
スチックくさび77を介して他方のトッンスジエーナ#
JK伝搬する。この場合に、トランスジュー11からト
ランスジニーナ侵への超音波層方向伝搬時間T1は、 として与えられる。また、逆にトランスジニーナ幻から
トランスジニーナ釘への超音波逆方向伝搬時間T富は、 として与えられる。ここで、Dは管ツlの内径、CWは
流体ツjが静止しているときにおけるその流体りj中の
音速、■は流体7jD流速、−は超音波が流体7j中に
入射する際の入射角である。なお、ζこでは、両くさび
73.ツクおよび管デ/の管厚部な超音波が伝搬する時
間は無視する。
次に、第1図および第2図を参照し″′c1流体tSの
流量測定について述べる。なお、この測定原理は位相ロ
ックループを利用した周知なものであるので藺単に説明
する。先ず、全ての切換スイッチn 、 !! 、 r
/および47なそれぞれ接点1側に接続して順方向モー
ドとする。この場合、電圧制御形発振回路IOから得ら
れる周波数f1の出力信号JfK基づいて、超音波轄の
伝搬時間〒1は曽述した(1)式で表わされる。またカ
ウンタ基lの計数状態がNK−1!!するまでの時間〒
はN/flである。この時間Tと先の伝搬時間丁型とが
所定の関係(この場合等しくする)となるように、vc
o iJの発振周波数f1な帰還制御する位相−ツクル
ープな形成している。従つ【、この系が安定したら、)
i/f1 =〒1となるから、 の関係が成立する。
また、全ての切換スイッチB、N、j/および67なそ
れぞれ接点す側に切換えて逆方向モードとする。この場
合も同様にして、藺述した(2)式で表わされる超音波
軒の伝搬時間T意とカワンタ41が計数状!!INに達
するまでの時閲丁とが所定の関係(この場合等しくする
)となるよ5に、VCO/jを含tr位相−ツクループ
の系が安定する。従って、VCO/jの発振周波数f、
は、 として表わされる。
これら画周波数の差Δf(=fs  f宜)をとると、 D/−#      D として与えられる。従って、入射角−が一定であれば周
波数差ノfは流体力の流速Vのみの関数として与えられ
る。これら両信号〃およびJJf)jii周波数f1お
よびf、を力9ン夕(図示せず)で計数して求めた後、
その計数結果より周波数jf(=ft   h)な計算
する。そのため、(j)式より、流速Vは、 として表わされるから、この(6)式に基づいて、被側
定流体ts f)ft連Vが求まり、その流量を測定す
ることができる。
このような超音波流量針(クランプ形)は、2つのトラ
ンスジニーす亭lおよびR#を被一定流体7jの管路7
1に取付けるのみで流量測定が可能となる。
そのため、例えプラント稼動中であつ′C%、被州定扼
体の管路に両トランスジエーナな蹴付けて、その流量−
1定か可能である。
ところが、流量一定においては、例えば、被側定流体り
lの流速Vが零にも拘わらず流量指示(以下これをオフ
セットと称する)t−なすことがある。
これは、流量計自体の回路構成上あるいはその設置状態
に因り、実際上避けられないものである。
そのため、オフセットの影響を除去する必要がある。
本発明の目的は、上述した点に鑑み、稼動中の管路に設
定してもまた設定後であっても状態変化に対処して正確
な流量測定な行うことができる自動オフ竜ット除去機能
付の超音波流量計な提供することKある。
このような目的は、被調定媒体の流れに対して順方向お
よび逆方向に超音波が伝搬するそれぞれの時間と、カウ
ンタが第1および第一の発振器の発振出力俳号を設定値
まで計数するのKl!するそれぞれの計数時間とがそれ
ぞれ所定の関係になるように前記Ji/および第1の発
振器の両発振周波数な制御し、前記両発振周波数から前
記被調定媒体の流量を測定する超音波流量針において、
前記超音波が順方向に伝搬するときの前記第1およびg
コの発振器の両発振周波数を求め、更に、前記超音波が
逆方向に伝搬するときの前記第1および#!コの発振器
の両発振周皺数な求め、前記参つの発振周波数から前記
被調定媒体の流量な求めるように構成すること(より【
達成され葛。
以下図1i1iK基づいて本発明な詳mKa明する。
第3図は、本発明の一実施例を示し、ここで、第1図と
同一符号は同−回路等を示す、また、第1図と異なる点
は、両VCOtJおよび/jの岡山力信号J/およびコ
な一対の開閉スイッチxiおよびt1f介して演算部9
1に供給するように構成し、これら両スイッチI/およ
びtJの開閉動作を制御部!jからの籐l制御信号10
/により【行5よ5に構成したことである。また、両ト
ランスジエーナ#lおよび侵の切換えな行う両切換スイ
ッチ社および21と、両VCOtJおよび/にの切換え
を行5両切換スイッチコおよび6りとな同期して作動さ
せずに、それぞれ別個に制御部汀からのjlJ制御償号
信号Jおよび第J制御信号tOSのそれぞれによって行
うよ5に構成している。このように構成した本発明装置
について以下11!明する。
先ず、制御11?jかもの第1制御信号101によって
両切換スイッチ1/およびIJIk−開く0次いで%第
一制御信号103 Kよって両切換スイッチqおよび5
tt−それぞれ接点a側に接続する。また、第J制御信
号tOSによって両切換スイッチJJおよび1ツをそれ
ぞれ接点m@に接続する。このような状!lにおいて、
第1図に関して述べた如く、VCO/Jの系が安定する
と、超音披釘の順方向伝搬時間T、とVCO/jの発振
周波数filとの関係は、fo = =(?) Tz として表わされる。
次に、第−制御信号103によって両切換スイッチas
およびxiなそれぞれ接点bIlilに切換えると共に
、第J制御信号10jKよって両切換スイッチコおよび
6りなそれぞれ接点lI@に切換える。この場合も同様
にして、第1図に関連して説明した如くVCO/!の系
が安定すれば、超音波参7の逆方向伝搬時ll5Tzと
VCO/Jとの発振周波数f、とり関係は、として表わ
される。なお、ここで、4xは、超音披伝搬時間なJl
lfl披数に変換する際の本装置全体における誤差(オ
フセット)であり、相対的4c vc。
/jの糸のみに換算したものである。
しかる後、第1制御信号によって両スイッチt/および
13を閉じる0内周tIL数fllおよびfstな、演
算部9/のカウンタで計数して、一旦記憶する。
再び第1 IIIIJ御信号10/ Kよって両スイッ
チl/およびI3な開く0次に、篇2w御信号/JJK
よって両切換スイッチ社およびj/をそれぞれ接点a 
II K切換える。この場合、両切換スイッチコおよび
47は接点m1lK接続されたままであるから、超音波
QLl)順方向伝搬時114Ttは、変換誤差な含んだ
vco isの系によって与えられる。すなわち、伝搬
時間T1とVCO/jの発振周波数fuとの関係は、と
して表わされる。
次に、第一制御信号taJKよって両スイッチ釘および
j/Qそれぞれ接点b@に切換えると共に、第3制御信
号tosycよつ1両スイッチ−および6γをそれぞれ
接点1側に切換える。仁の状11におい(、超音波参り
の逆方向伝搬時間T、とVCO/Jの発振S波数f寞意
との関係は、 f冨宜 −−Qo) 8 として表、わされる。
しかる後、再び第1制御信号10/ Kより【両スイッ
チI/およびt3f閉じて、演算部デ/において画周波
数ftおよびt!!な針数して記憶する0次いで、両ス
イッチE/およびIJf開く。
従って、(り)式および<1)式から、′”−1゛1”
n−(5+ jx)       (//)の関係が成
立すると共に、(り式および(lo)式から、fss 
 In −(−+Δx) −−(/コ)Ts     
Tz の関係が成立する。
(/l)式および(/−)式から、 (fo  fat)+(f1*  f1翼)スコ()−
J(fo  f意1)T墓  丁意 (/J) が得られる。ところで、この(/J)式における右辺の
(fst In)  は流量Vの関数たる周波数差ノt
<t、S>式参照)に一致する・ 従って、周波数差ノfは、 コ として表わされるから、演算部9/に記憶したjIl披
数tsi e f21 e ’1重およびlssの値か
ら、(/亭)式および(j)弐に基づいた演算をなして
、被測定流体りjの流量を求める。この演算結果には、
変換誤差ΔXが消去されている。すなわち、本流置針設
置後において上述した手順を踏んで流量なその都度求め
るならば、オフセットおよびそのドリフトがあってもそ
の影響な除去することができる。
以上詳述した如く、本発明によれば、例えば稼動中のプ
ランt4おける媒体流量の測定が、オフセットの自動的
な除去のもとに、可能となる超音波流量計な実埃するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
is1図は従来の超音波流量針な示すブーツク図、第1
図はトランスジ瓢−すの設置状態を示す図、第Jall
は本発明の一実施例な示すブロック図である。 /J 、 /よ一電圧制御形発振器、 3j・・−送信回路、 釘、41J・−トランスジニーす、 お・・・受信囲路、    n・一時間、差検出回路、
6ノ・・・カウンタ、    りI−被測定流体、9/
・・・演算部、     9I−・制御部。 特許出願人  富士電a製造株式会社 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)被橢定媒体の流れに対して順方向および逆方向に超
    音波が伝搬するそれぞれの時間と、力9ンタがII/お
    よびSコの発振器の発振出力信号を設定値まで計数する
    のに要するそれぞれの針数時間とがそれぞれ所定の関係
    になるように#記第7および第一の発振器の両発振周波
    数を制御し、前記両発振崗技数から餉記被捌定媒体の流
    量を測定する超音波流量針におい【、前記超音波が順方
    向に伝搬するときの前記II/およびJIJの発振器の
    両発振周波数な求め、更に、前記超音波が逆方向に伝搬
    するときの前記第7およびjIJの発振器の両発振周波
    数を求め、前記参つの発振周波数から前記被測定媒体の
    流量を求めるように構成したことな特徴とする超音波流
    量針。 2)  41#V−請求の@囲第1項記賊の趙音#IL
    fIL量針において、前記超音波が層方向および逆方向
    に伝搬するときのそれぞれに対応し【、前記jlI/お
    よびIIIJ発振器の発振周波数を求めた後、前記jl
    lJ発振器およびjI1発編器の発振周波数な求めるよ
    うに構成したことを畳黴とする超音波流量針。
JP56130225A 1981-08-21 1981-08-21 超音波流量計 Granted JPS5833124A (ja)

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JP56130225A JPS5833124A (ja) 1981-08-21 1981-08-21 超音波流量計
DE19823231439 DE3231439A1 (de) 1981-08-21 1982-08-20 Durchflussmesseinrichtung nach dem ultraschallprinzip

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JP56130225A JPS5833124A (ja) 1981-08-21 1981-08-21 超音波流量計

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JPS5833124A true JPS5833124A (ja) 1983-02-26
JPS6261894B2 JPS6261894B2 (ja) 1987-12-23

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