JPS58811Y2 - 超音波流量計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、音波を用いて流体の流速・流量を測定する超
音波流量計に関するものである。

この種の超音波流量計としては、大別して、被測定流体
内を通過する音波により流速を測定する方式と被測定流
体中の浮遊物で反射した音波により流速を測定する方式
の三方式がある。

前者の例としては、音速の精密測定などに利用される測
定法として知られるシングアラウンド法を用いるものが
ある。

これは、例えば被測定流体の通路を形成する測定管に、
前記通路に面し且つ流れ方向についてそれぞれ異なる位
置に互いに対向させて一対の超音波トランスジューサを
配し、これら超音波トランスジューサをそれぞれＡ１．
Ａ２とすれば、一方の超音波トランスジューサ穴工から
発信された音波を被測定流体を介して他方の超音波トラ
ンスジューサＡ２が受信したら、その信号を増幅して再
び超音波トランスジューサＡ１から音波として発信させ
ることを所定時間ずつ順逆両方向（Ａ、→Ａ２→増幅→
Ａ１→Ａ２・・・・・・の如く流体中の音波の通過経路
がＡ１→Ａ２となる方向、およびＡ２→Ａ１→増幅→Ａ
２→Ａ１・・・・・・の如く流体中の音波の通過経路が
Ａ２→Ａ０となる方向）についてそれぞれ繰り返し、Ａ
１→Ａ２経路とＡ２→Ａ１経路の各々についてのシング
アラウンド周波数ｆ１＝１／ ｔ １（ｔ ｔ ； Ａ
ｌ→Ａ２経路の伝播時間）およびｆ２＝１／ ｔ ｚ（
ｔ ２ ； Ａ２→Ａ１経路の伝播時間）を測定して、
ｆ１＝（Ｃ＋■ｃｏ８θ）／ｌおよびｆ２＝（Ｃ−■。

ｏ５θ）／Ｖ （Ｃ；音速。■；流速、θ；被測定流体
流路と音波通路とのなす角、ｌ；音波通路長）から流速
を求める方式である。

一方、後者の例としては、ドツプラ効果を応用したもの
がある。

これは、例えば、被測定流体の通路を形成する測定管に
、前記通路に面し且つ被測定流体中の浮遊物による反射
波を利用して音波の送受を行ない得るように一対の超音
波トランスジューサを配し、一方の超音波トランスジュ
ーサから発信され被測定流体中の固形物などの浮遊物で
反射された音波を他方の超音波トランスジューサで受信
し、ドツプラ効果により発信音波に対して反射音波の周
波数が被測定流体の流速に応じて変化する現象をとらえ
、発信音波に対応する駆動信号と受信音波に対応する受
信信号との間でビート・を生ゼしぬ、このビート周波数
に基づいて流速を求める方式である。

前者の非ドツプラ方式による測定の場合、被測定流体中
を通過する音波で測定を行なうため、被測定流体中に固
形成分や細かい気泡などの浮遊物が余り多く含まれると
音波の通過が阻害され流速・流量の測定が不能となる。

これに対して、後者のドツプラ方式による測定の場合、
被測定流体中の固形物などの浮遊物による反射波で測定
を行なうため、被測定流体中に前記浮遊物がある程度以
上存在しないと上述した音波の反射が起らず流速・流量
の測定が不能となる。

しかるに、このような流量計は、例えば排水などの測定
に用いられるものであり、同一被測定流体が上述の浮遊
物が多いこともあればほとんど浮遊物がないことも起り
得るのが普通である。

従って、上述のように浮遊物の少ない場合の測定に適し
た非ドツプラ方式は浮遊物の多い場合に測定不能となり
、逆に浮遊物の多い場合の測定に適したドツプラ方式は
浮遊物の少ない場合に測定不能となるということは、実
用上極めて不都合である。

本考案は、このような事情に基づいてなされたもので、
簡単な構成を用いて浮遊物の含有量の多少にかかわらず
高精度で且つ安定な流速・流量測定が行なえる極めて実
用的な超音波流量計を提供することを目的としている。

すなわち、本考案の特徴とするところは、三個の超音波
トランスジューサを同一測定管に効果的に設置し、ドツ
プラ、非ドツプラ両方式での流速・流量測定を行ない得
るようにすることにある。

以下、図面を参照して本考案の一実施例を説明する。

図において、１は被測定流体の通路を形成する測定管、
２および３は測定管１の流体通路に面し且つこの場合そ
れぞれ図示の如く流体の流れ方向について異なる位置に
前記流体通路の中心軸と交わる直線上で相対向するよう
に配設された第１および第２の超音波トランスジューサ
、４は前記流体通路の中心軸を垂線に持ち且つこの中心
軸と第１、第２の超音波トランスジューサ２，３の対向
軸との交点を含む面に対し第２の超音波トランスジュー
サ３と対称な位置に配設された第３の超音波トランスジ
ューサ、５は第１．第２のトランスジューサ２，３を用
いて通過音波を利用する例えばシングアラウンド法によ
り被測定流体の流速を測定する第１の測定回路、６は第
１．第３のトランスジューサ２，４を用いて反射音波を
利用するドツプラ法により被測定流体の流速を測定する
第２の測定回路、７は第１および第２の測定回路５およ
び６の出力のうち一方を適宜選択しあるいはこれら面出
力を組み合わせ平均値などとして出力する出力制御回路
である。

このような構成において、第１．第２の超音波トランス
ジューサ２，３および第１の測定回路５は上述したシン
グアラウンド法により、被測定流体中に音波を通過させ
て被測定流体の流速測定を行ない、また第１．第３の超
音波トランスジューサ２，４および第２の測定回路６は
上述したドツプラ法により被測定流体中の浮遊物で反射
音波を生せしめ被測定流体の流速測定を行なう。

ここで、第３の超音波トランスジューサ４を受渡専用に
用いる場合は、第１の超音波トランスジューサ２が送波
を行なっているときにのみ第２の測定回路６によるドツ
プラ法の流量測定が行なえ、第３の超音波トランスジュ
ーサ４を送受両用とする場合にはこれを第２の超音波ト
ランスジューサ３と略同様に駆動し、第１の超音波トラ
ンスジューサ２における受信出力を弁別分離することに
より常時ドツプラ法の流量測定が行なえる。

そして、被測定流体中に固形物や細かい気泡等の浮遊物
が少なくドツプラ法による測定が不適当であるような場
合には出力制御回路７により第１の測定回路５の出力を
選択して流速・流量測定値として出力し、逆に被測定流
体中に浮遊物が多くシングアラウンド法などの非ドツプ
ラ法による測定が不適当であるような場合には出力制御
回路７により第２の測定回路６の出力を選択して流速・
流量測定値として出力する。

これら出力制御回路７での選択は測定出力信号を電子的
に分析評価して自動選択するようにしても、手動により
選択操作するようにしてもよい。

また、第１、第２の測定回路５，６の出力がいずれも信
頼できる場合、つまり非ドツプラ法、ドツプラ法のいず
れでも測定不能な場合には、出力制御回路７で一方を選
択するほか面出力を組み合わせて平均値などを出力させ
測定精度の向上を図るようにすることも可能である。

このように、同一の測定管１を用いた構成により相反す
る特質を有する非ドツプラ法とドツプラ法の両測定法に
よる測定が行なえ、これら両測定法を相補的にあるいは
組み合わせて相乗的に使うことができ極めて実用的であ
る。

また第１の超音波トランスジューサ２は前記両測定法に
共通に用いており、３個の超音波トランスジューサ２，
３．４を効果的に配置して前記両測定法を最少限の構成
で実施できるという利点もある。

尚、本考案は、上記し且つ図面に示す実施例にのみ限定
されず、その要旨を変更しない範囲内で種々変形して実
施できるものである。

例えば、第２のトランスジューサ３から送信し、第１の
１−ランスジューサ２との間で非ドツプラ法、第３のト
ランスジューサ４との間でドツプラ法により夫々計測す
るようにしても良い。

以上説明したように、本考案によれば、簡単な構成で浮
遊物の含有量の多少にかかわらず高精度で且つ安定な流
速・流量測定が行なえる極めて実用的な超音波流量計を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の一実施例の構成を示すブロック図である。 １・・・・・・測定管、２・・・・・・第１の超音波ト
ランスジューサ、３・・・・・・第２の超音波トランス
ジューサ、４・・・・・・第３の超音波トランスジュー
サ、５・・・・・・第１の測定回路、６・・・・・・第
２の測定回路、７・・・・・・出力制御回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被測定流体の通路を形成する測定管と、この測定管の前
   記通路に面して配設された第１の超音波トランスジュー
   サと、前記測定管の前記通路に面し且つ前記第１の超音
   波トランスジューサに対し被測定流体の流れ方向に関し
   て異なる位置に該第１のトランスジューサとの間で被測
   定流体を通して音波の送受を行ない得るように配設され
   た第２の超音波トランスジューサと、前記測定管の前記
   通路に面し且つ前記第１の超音波トランスジューサとの
   間で被測定流体中の浮遊物による反射波を用いて音波の
   送受を行ない得るように配設された第３の超音波トラン
   スジューサと、前記第１および第２の超音波トランスジ
   ューサを用いて被測定流体中の通過音波により被測定流
   体の流速測定を行なう第１の測定回路と、前記第１及び
   第３の超音波トランスジューサを用いて前記反射波にお
   けるドツプラ効果を利用して被測定流体の流速測定を行
   なう第２の測定回路とを具備する超音波流量計。