JPS5899717A - Ultrasonic wave flowmeter - Google Patents

Ultrasonic wave flowmeter

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JPS5899717A
JPS5899717A JP56198877A JP19887781A JPS5899717A JP S5899717 A JPS5899717 A JP S5899717A JP 56198877 A JP56198877 A JP 56198877A JP 19887781 A JP19887781 A JP 19887781A JP S5899717 A JPS5899717 A JP S5899717A
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JP
Japan
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time
signal
circuit
distribution characteristic
value
Prior art date
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Application number
JP56198877A
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Japanese (ja)
Inventor
Chuji Akiyama
忠次 秋山
Masayuki Takahashi
正行 高橋
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Hokushin Electric Works Ltd
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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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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Abstract

PURPOSE:To obtain the ultrasonic wave flowmeter without level detecting errors in received pulses due to dust and the like, by obtaining a proparating time by multiplying the measurement distribution characteristic of the propagating time of the ultrasonic wave and the weighting function which gives the weight, with the peak value of the distribution characteristic as a center. CONSTITUTION:A signal S1 is sent to a transmission circuit 13 from a synchronizing circuit 11 by a start signal S from a CPU 12, and a clock signal CL is concurrently sent to a counter 14 wherein an amount of delay is set, and down counting is performed. The signal S1 passes through a transmitter and a receiver 2a and 2b of a pipe 1. Then a signal S2 is outputted from a receiving circuit 15, and inputted to a high speed integrating circuit 16 as a stop signal, when the counted value 14 becomes a ''0''. Then, an integrated output dV1 is inputted to the CPU 12. The CPU 12 is constituted as follows: The weighting function of a ''1'' is formed in the region, wherein the dV1 that gives the maximum peak is the center, and that of ''0'' is formed in the other region; and a distribution curve is obtained by multiplying the result and the distributing characteristic. Therefore the level detecting errors in the signal S2 due to the dust and the like are eliminated.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は超音波パルスを繰り返し送信し、同超膏波パ
ルスの送信時刻から同超音波パルスの受信時刻までの時
間を計測して流量を測定する超音波流量計に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ultrasonic flowmeter that repeatedly transmits ultrasonic pulses and measures the flow rate by measuring the time from the transmission time of the ultrasonic pulses to the reception time of the ultrasonic pulses. .

超音波流量計において使用される超音波パルスはパルス
状に放射される超音波搬送波でるり、受信される超音波
パルスはその搬送波の振幅が受信開始時点から一旦徐々
に増大した後徐々に減衰してゆく。そして、このような
超音波パルスを使用して精密な時間計測を行なうために
、超音波流量計等においては受信された超音波パルスの
搬送波中の特定の波(%電波)を検出し、この特定波の
一到達時刻を使用して被測定流体の流速および流量の測
定を行っている。
The ultrasonic pulses used in ultrasonic flowmeters are ultrasonic carrier waves emitted in a pulsed manner, and the amplitude of the received ultrasonic pulses increases gradually from the time the reception starts, and then gradually attenuates. I'm going to go. In order to perform precise time measurement using such ultrasonic pulses, ultrasonic flowmeters, etc. detect specific waves (% radio waves) in the carrier wave of the received ultrasonic pulses, and The flow velocity and flow rate of the fluid to be measured are measured using the arrival time of a specific wave.

第1図はこの超音波流量計の流量測定原理を示す図であ
り、この図に示すように内径がDの管路1に1対の超音
波送受波器(以下単に送受波器と呼ぶ)2a、2bが管
路1の軸心に対して斜めに相対向して取付けられている
。この送受波器2&、2bの間の距離を!、送受波器2
m、2bを結ぶ線と管路1の直径とのなす角度をθ、管
路1内を流れる被+11J定流体の流速を!、この被測
定流体中における超音波の伝播速度をCとすれば、送受
波器2&から送信された超音波パルスが送受波器2bに
おいて受信されるまでに要する伝播時間(往路の時間)
T、は ’l’=   l        ・・・・・・(1)
1−1Tηπr となる。逆に送受波器2bから送信された超音波パルス
が送受波器2mにおいて受信されるまでに景する伝播時
間(復路の時間)T2は T2=+     ・・・・・・(2)となる。また距
離lはD / a+Sθであるか、ら、(1)式と(2
)式から       ゛ なる関係が導かれる。ここで管径pと角度θとは一定で
るるから、前記伝播時間TxとT8とを各々計測し、そ
れらの逆数の差を求めれば(8)式から被測定流体の流
速νを求めることができ、この流速υと管径りとから流
量を得ることができる。
Fig. 1 is a diagram showing the flow rate measurement principle of this ultrasonic flowmeter. As shown in this figure, a pair of ultrasonic transducers (hereinafter simply referred to as transducers) is installed in a pipe 1 with an inner diameter of D. 2a and 2b are attached diagonally opposite to each other with respect to the axis of the conduit 1. The distance between these transducers 2&, 2b! , transducer 2
The angle between the line connecting m and 2b and the diameter of pipe 1 is θ, and the flow velocity of +11J constant fluid flowing in pipe 1 is! , if the propagation velocity of the ultrasonic wave in this fluid to be measured is C, then the propagation time (outward time) required for the ultrasonic pulse transmitted from the transducer 2& to be received by the transducer 2b is
T, is 'l' = l (1)
1-1Tηπr. Conversely, the propagation time (return time) T2 required for the ultrasonic pulse transmitted from the transducer 2b to be received by the transducer 2m is T2=+ (2). Also, is the distance l equal to D/a+Sθ?
), the following relationship is derived. Here, since the pipe diameter p and angle θ are constant, the flow velocity ν of the fluid to be measured can be found from equation (8) by measuring the propagation times Tx and T8 and finding the difference in their reciprocals. The flow rate can be obtained from this flow velocity υ and the pipe diameter.

ここで、送受波器2&と2bとにおいて受信される超音
波パルスの波形を示すと第2図の0)の如くであり、そ
の搬送波の上側包絡*(エンベロープ)aは受信開始時
点から徐々に上昇した後徐々に下降する。一方、超音波
流量計の受信回路には矩形波を発生させる(第2図(ロ
)参照)。そして、受信回路は超音波パルスが基準レベ
ルLを最初に越える部分i%定電波この例では2波目)
として、この特定波がレベル0をよぎる時刻を検出し、
この時刻において立上る受信パルスS、(第2図G−e
参照)を発生させる。そして、この受信パルスS2が発
せられる時刻が超音波パル冬の到達時刻となる。
Here, the waveform of the ultrasonic pulse received by the transducers 2& and 2b is as shown in 0) in Figure 2, and the upper envelope * (envelope) a of the carrier wave gradually changes from the start of reception. It rises and then gradually falls. On the other hand, a rectangular wave is generated in the receiving circuit of the ultrasonic flowmeter (see FIG. 2 (b)). Then, the receiving circuit uses the part (i% constant radio wave) where the ultrasonic pulse first exceeds the reference level L (in this example, the second wave).
, detect the time when this specific wave crosses level 0,
The received pulse S rising at this time (Fig. 2 G-e
). Then, the time when this received pulse S2 is emitted becomes the arrival time of the ultrasonic pulse.

ところで受信される超音波パルスが流体中のゴミや気泡
等により減衰されたために、送受波器2&2bにおいて
受信される波形が例えば第2図のに)のようになると、
この超音波パルスにおいて基準レベルLを最初に越える
波は一3波目であり、前述した特定波(2波目)から1
波分遅れていることになる。この結果、比較器の出力信
号は同図(ホ)に示すように、また、受信パルス4は(
へ)に示すようになる。そして、この場合の受信パルス
S2と、第2図f−1に示す受信パルスS8との間には
略l波分の時間に相当する時間ムTなる時間計測誤差が
生ずる。この時間ΔTは超音波パルスの搬送周波数−,
1)を500KHzとすれば略2μsとなり、時間計測
を数n13単位で行なう必要がめる超音波流量針におい
ては決定的な誤差となる。
By the way, if the received ultrasonic pulse is attenuated by dust, bubbles, etc. in the fluid, the waveform received by the transducer 2 & 2b becomes as shown in Fig. 2, for example.
In this ultrasonic pulse, the wave that first exceeds the reference level L is the 13th wave, and 1 from the specific wave (2nd wave) mentioned above.
This means that you are one wave behind the other. As a result, the output signal of the comparator is as shown in the same figure (e), and the received pulse 4 is (
). A time measurement error of time T, which corresponds to the time of approximately l waves, occurs between the received pulse S2 in this case and the received pulse S8 shown in FIG. 2 f-1. This time ΔT is the carrier frequency of the ultrasonic pulse −,
If 1) is set to 500 KHz, it becomes approximately 2 μs, which becomes a decisive error in an ultrasonic flow needle that requires time measurement to be performed in units of several n13.

そこで、この問題を解決する方法として従来以下に述べ
る2つの方法が用いられていた。
Therefore, two methods described below have been conventionally used to solve this problem.

■ l測定毎に得られる超音波の伝播時間?、(あるい
はT、)をN回平均し、この結果得られる平均伝播時間
TI!II (6るいはちm)と新たに得られる伝播時
間T1とを比較し、l Tl−Tlm l≦ΔTなる関
係が成り立つ時だけ、この新たな伝播時間T工を正常な
値として取り込む方法。
■ Ultrasonic propagation time obtained for each measurement? , (or T,) N times, and the resulting average propagation time TI! A method in which the new propagation time T is taken as a normal value only when the relationship: l Tl - Tlm l≦ΔT is established by comparing II (6 lm) with the newly obtained propagation time T1.

■ 1測定毎に超音波パルスが基準レベルLを越える回
数を計数しく第2図(イ)に示す場合は2回)、この計
数値が正常時における値と同じ時だけ、新たな伝播時間
を正常なデータとして取り込む方法。
■ Count the number of times the ultrasonic pulse exceeds the reference level L for each measurement (two times in the case shown in Figure 2 (a)), and only when this count is the same as the value under normal conditions, calculate the new propagation time. How to import it as normal data.

しかしながら、上述した■の方法においては被測定流体
中にゴミ、気泡等が多量に存在すると平均伝播時間T1
mが正しい値を示さなくなる場合があり、このような場
合には測定結果に誤差を生じたり、測定動作が不安定に
なったりする欠点がめった。
However, in the method (2) described above, if there is a large amount of dust, bubbles, etc. in the fluid to be measured, the average propagation time T1
In some cases, m does not show the correct value, and in such cases, there is a problem that errors occur in the measurement results or the measurement operation becomes unstable.

また、■の方法においては超音波パルスのエンベロープ
(第2図0)のa参照)が変化した場合、取り込むべき
データの選択を誤る欠点がめった。
In addition, in the method (2), when the envelope of the ultrasonic pulse (see a in FIG. 2, 0) changes, the data to be captured is frequently selected incorrectly.

この発明は上述した41fiに鑑み、被測定流体中にゴ
ミ、泡尋が多量に存在した場合でも安定かつ高精度に測
定が行なえる超音波流量計を提供するもので、伝播時間
の測定値をサンプルしてこの伝播時間の分布特性を検出
する分布特性検出手段と、前記分布特性のピーク値を中
心とする所定の区間において前記分布特性に重みを付け
るための重み関数を設定する重み関数設定手段とを設け
、前記分布特性に前記重み関数を乗算した結果に基づい
て流量を側御するようにしたものである。。
In view of the above-mentioned 41fi, the present invention provides an ultrasonic flowmeter that can perform measurements stably and with high accuracy even when a large amount of dirt and bubbles are present in the fluid to be measured, and which allows measurement of propagation time to be distribution characteristic detection means for sampling and detecting the distribution characteristic of the propagation time; and weighting function setting means for setting a weighting function for weighting the distribution characteristic in a predetermined interval centered on the peak value of the distribution characteristic. and the flow rate is controlled based on the result of multiplying the distribution characteristic by the weighting function. .

以下−面を苧照してその発明の実施例について説明す4
−i1始めに姫3図、$4図を参照してこの発明の詳細
な説明する。なお、以下の説明にンいては伝播時間T1
0測定を例にとって説明を行うが、伝播時間T5#1定
する場合も同様である。
Embodiments of the invention will be described below with reference to aspects 4.
-i1 First, the present invention will be explained in detail with reference to Figure 3 and Figure 4. In addition, in the following explanation, the propagation time T1
The explanation will be given using 0 measurement as an example, but the same applies to the case where the propagation time T5#1 is fixed.

第3図(イ)はam定流体中にゴミ、泡等がなく、超音
波パルスの伝播性が良い場合における伝播時間T、の分
布特性でおる。この図に示すように分布特性は正しい測
定値T ptにおいて単一のピークを待つ。一方、第3
図←)は被測定流体中にゴミ、泡等が多く存在している
場合の分布特性でおり、この図に示すように正しい測定
値T P、の他に測定値T ’9z、Tp3、T T4
においてピークを持つ。このピークを与える各測定値T
P、〜’I’Pji各々Δτづつ隔れているが、これは
第2図(へ)において説明したことから明らかでろろう
FIG. 3(a) shows the distribution characteristics of the propagation time T when there is no dust, bubbles, etc. in the am constant fluid and the propagation of the ultrasonic pulse is good. As shown in this figure, the distribution characteristic waits for a single peak at the correct measured value Tpt. On the other hand, the third
Figure ←) shows the distribution characteristics when there is a lot of dust, bubbles, etc. in the fluid to be measured. T4
It has a peak at Each measurement value T giving this peak
P, ~'I'Pji are separated by Δτ, which will be clear from the explanation in FIG.

ところで、この発明では超音波パルスの伝播性が悪い場
合でも、従来のように正常な測定値だけを採用するとい
うのではなく、異常な測燈値をも採用して俺えば第3図
(ロ)に示すような分布特性を心に2dなる区間におい
て艮」、その他の区間において[OIとなる哀み関数W
(t)を設定し、この重み関数W (t、)と第3図(
ロ)に示す分布特性を乗算し、この結果から伝播時間T
1を算出するようにする。
By the way, in this invention, even if the propagation of ultrasonic pulses is poor, instead of only adopting normal measurement values as in the past, we can also adopt abnormal light measurement values and obtain the results shown in Figure 3 (Ro). ), keep in mind the distribution characteristics shown in 2d interval, and in other intervals, the sadness function W that becomes OI.
(t), and this weighting function W (t,) and Figure 3 (
Multiply by the distribution characteristics shown in b), and from this result, the propagation time T
1.

また、この発明では測定精度をさらに向上させるために
以下に述べる手段をとっている。
Furthermore, the present invention takes the following measures to further improve measurement accuracy.

第4図(づに超音波パルスが発せられてから受信パルス
が発せられるまでの時間、すなわち伝播時間T1を示す
が、この伝播時間)を測定するために一般には積分回路
が用いられ、同図(ロ)に示すように伝播時間′1″ヨ
の開所定電圧(一定電圧)を積分する。この結果得られ
る電圧v1は伝播時間T□に対応するわけであるが、こ
のように積分回路のダイナミックレンジを広くとると積
分回路自体に要求される精度がきびしくなるため、一般
には、積分開始時間を同図f9に示すように所定の遅延
時間τ(τ<T、)だけ遅ら媚る。そして、より高速の
積分回路で積分して電圧dv1を得る。こOt圧dlが
伝達時間T1に対応しているのはい″うまでもない。そ
して、この発明では後者の方式を°採用し、さらに遅a
FRf閣τを流体の温度、管路1の内径り等に応じて最
適の値となるように適宜変化させる。これは遅延時間τ
が伝播時間T□に較べてあまり少さいと、積分回路のダ
イナミックレンジを広くとらねばならず、このため、測
定精度が悪化するからである。
In general, an integrating circuit is used to measure the propagation time T1, which is the time from when an ultrasonic pulse is emitted to when a received pulse is emitted. As shown in (b), the predetermined open voltage (constant voltage) with a propagation time of '1'' is integrated.The voltage v1 obtained as a result corresponds to the propagation time T□. When the dynamic range is widened, the accuracy required of the integration circuit itself becomes stricter, so generally, the integration start time is delayed by a predetermined delay time τ (τ<T,) as shown in f9 of the same figure. Then, the voltage dv1 is obtained by integrating with a faster integration circuit.It goes without saying that the Ot pressure dl corresponds to the transmission time T1. In this invention, the latter method is adopted, and even slower a
The FRf value τ is appropriately changed depending on the temperature of the fluid, the inner diameter of the pipe line 1, etc. so that it becomes an optimal value. This is the delay time τ
If T□ is too small compared to the propagation time T□, the dynamic range of the integrating circuit must be widened, resulting in poor measurement accuracy.

次に、第5図はこの発明の一実施例の構成を示すブロッ
ク図でめる。
Next, FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention.

この図において10は第6図(&)に示すクロックパル
スOLを発生するクロックパルス発生回路でタート信号
Sが供給されると、クロックパルスC’Lに同期したス
タートパルスS、を送信回路13に供給すると共に、カ
ウンタ14ヘクロツクパルスCTJを供給するものであ
る。カウンタ14はアップカウントとダウンカウントの
2種の動作モードを持っており、これらのモードの切り
換えは(!PU12から供給される制御信号によって行
なわれる。このカウンタ14のアップカウント動作はク
ロックパルスOLを受信回路15から受信パルスS2が
供給されるまでカウントし、その計数値Nを0PU12
へ供給する動作でるり、そして、ダウンカウント動作は
OFυ12から供給される初期値XをクロックパルスO
Lでダウンカウントしてゆき、カウント値がOになった
とき尚速槓分回路16へパルス信号を供給する動作でめ
る。両速積分回路16はカウンタ14からパルス信号が
供給されてから、受信パルスS2が供給されるまで所定
の一定電圧を積分する回路である。間違積分回路16の
出力電圧dv1はインターフェイス回路19によりデジ
タル信号に変換されてC!PU12へ供給される。20
は出力回路でめり、CPU12から供給される信号に基
づき、指示計器、表示装置等へ供給するための信号を作
成する回路である。21はメモリであり、ROM(リー
ドオンリメモリ)、RAM(−)ンダムアクセスメモリ
)から構成され、ROMには0PU12で用いられるプ
ログラムが記憶され、また、RAMには種々のデータが
格納される。また、スイッチ17.18は0PU12に
より制御されるスイッチでめり。
In this figure, 10 is a clock pulse generation circuit that generates the clock pulse OL shown in FIG. At the same time, it also supplies a clock pulse CTJ to the counter 14. The counter 14 has two operating modes: up-counting and down-counting, and switching between these modes is performed by a control signal supplied from the (!PU 12). Count until the reception pulse S2 is supplied from the reception circuit 15, and set the count value N to 0PU12.
The down-count operation is the operation of supplying the initial value X supplied from OFυ12 to the clock pulse O
It continues counting down with L, and when the count value reaches O, it is started by supplying a pulse signal to the high speed division circuit 16. The dual-speed integration circuit 16 is a circuit that integrates a predetermined constant voltage from the time when the pulse signal is supplied from the counter 14 until the reception pulse S2 is supplied. The output voltage dv1 of the erroneous integration circuit 16 is converted into a digital signal by the interface circuit 19 and outputted as C! It is supplied to PU12. 20
is an output circuit that creates signals to be supplied to indicating instruments, display devices, etc. based on signals supplied from the CPU 12. A memory 21 is composed of a ROM (read only memory) and a RAM (-) random access memory).The ROM stores programs used in the 0PU12, and the RAM stores various data. In addition, switches 17 and 18 are switches controlled by 0PU12.

(C!FU12からの制御線は図示を略した)、伝播時
間T1を測定するときは共通接点17 c、18 aが
接点17&、18&に各々接し、伝播時間T2を測定す
るときは共通接点17c、18oが接点171)、18
1)に各々接する。なお、22はデータバスである。
(The control line from C! FU 12 is not shown.) When measuring the propagation time T1, the common contacts 17c and 18a touch the contacts 17&, 18&, respectively, and when measuring the propagation time T2, the common contacts 17c , 18o is the contact 171), 18
1) respectively. Note that 22 is a data bus.

次にこの*施例の動作を説明するが、この実施例には前
述した遅延時間τを設定するモード1と実際に伝播時間
T1を測定するモード2とがおり、始めにモード1の動
作について説明する。
Next, we will explain the operation of this *embodiment. This embodiment has mode 1, which sets the delay time τ mentioned above, and mode 2, which actually measures the propagation time T1. First, we will explain the operation of mode 1. explain.

第5図に示す回路において電源が投入されると、CPU
12から制御信号がカウンタ14に供給され、カウンタ
14がアップカウントモードとなる。
When the power is turned on in the circuit shown in Fig. 5, the CPU
A control signal is supplied from the counter 12 to the counter 14, and the counter 14 enters an up-counting mode.

次いで、クロック発生回路10から第6図(&)K示す
クロックパルスOLが同期回路11へ供給される。そし
て、0PU12から第6図(b)に示すスタート信号S
が同期回路11へ供給されると、同期回路11は第6図
(0)に示すようにクロックパルスCxJに同期したス
タートパルスS、を゛送信回路13に供給すると共に、
カウンタ14ヘクロツク/<ルスOLを供給する。この
時からカウンタ14はクロックパルスo′XJを計数し
始める。そして、超音波が送受波器3&から3bへ伝達
され、受信波が受信回路15に供給されると、受信回路
15は第6図(旬に示す受信パルスS!をカウンタ14
に供給する。この時点でカウンタ14の計数動作は終了
し、その計数値M(第6図(&)参照)がC+PU12
を介してメモリ21へ格納される。またこの時、OPυ
12はに=N−1なる演算を行い初期値Xを算出し、こ
の初期値XO値をメモリ21へ格納する。このモード、
1において、メモリ21に格納される計数値Nは第6図
(&)と(Qを較べれば解るように、伝播時間T1の概
略値に対応し、また計数値Nより「lだけ少ない初期値
Xは第6図(b)に示すように遅延時間τに対応してい
る。
Next, a clock pulse OL shown in FIG. 6(&)K is supplied from the clock generation circuit 10 to the synchronization circuit 11. Then, a start signal S shown in FIG. 6(b) is sent from 0PU12.
is supplied to the synchronization circuit 11, the synchronization circuit 11 supplies a start pulse S synchronized with the clock pulse CxJ to the transmission circuit 13 as shown in FIG. 6(0), and
A clock/< pulse OL is supplied to the counter 14. From this time, the counter 14 starts counting the clock pulses o'XJ. Then, when the ultrasonic wave is transmitted from the transducer 3 & to the transducer 3b and the received wave is supplied to the receiving circuit 15, the receiving circuit 15 receives the received pulse S! shown in FIG.
supply to. At this point, the counting operation of the counter 14 is completed, and the counted value M (see FIG. 6 (&)) is transferred to the C+PU 12.
The data is stored in the memory 21 via the . At this time again, OPυ
Step 12 calculates the initial value X by performing the calculation of =N-1, and stores this initial value XO value in the memory 21. This mode,
1, the count value N stored in the memory 21 corresponds to the approximate value of the propagation time T1, as can be seen by comparing (&) and (Q in FIG. 6). X corresponds to the delay time τ as shown in FIG. 6(b).

次にモード2の動作を説明する。Next, the operation in mode 2 will be explained.

第5図において0Ptr12はカウンタ14をダウンカ
ウントモードにする制御信号を出力して、カウンタ14
をダウンカウントモードにした後、さらに初期、値Kを
カウンタ14へ供給する。そして、クロック発生回路l
OからクロックパルスOLか同期回路11へ供給され、
さらに、opU12からスタート信号Sが同期回路11
へ供給されると、前述したモード1の場合と同様に同期
回路11は第6図(C)に示すスタートパルスS□を送
信回路13に供給すると共に、クロックパルスCLをカ
ウンタ14へ供給する。この時点からカウンタ14は初
期値XをクロックパルスOLでダウンカウントしてゆく
。一方、超音波が送受波器2aから2bへ伝達され、受
信波が受信回路15に供給されると、受信回路15は第
6図(d)に示す受直パルスS2を時刻t2において高
速積分回路16へ供給する。ところで、カウンタ14は
カウント値が0になった時に高速積分回路21にパルス
信号を供給するが、この時の時刻t、は受信パルスもが
高速積分回路16へ供給される時刻t2よりわずかに早
い。これは伝播時間T1の概略値に対応する計数値Nよ
り、初期値にの方かは」だけ少ないためでるる。そして
、尚速積分回路16は時刻ちからt2まで積分動作を行
ない、その結果得られる電圧d V。
In FIG. 5, 0Ptr12 outputs a control signal that puts the counter 14 in a down-count mode, and the counter 14
After setting the counter to the down count mode, the value K is supplied to the counter 14 at an initial stage. And clock generation circuit l
A clock pulse OL is supplied from O to the synchronous circuit 11,
Furthermore, the start signal S from the opU 12 is transmitted to the synchronous circuit 11.
When the clock pulse CL is supplied to the transmitting circuit 13, the synchronizing circuit 11 supplies the start pulse S□ shown in FIG. From this point on, the counter 14 counts down the initial value X using the clock pulse OL. On the other hand, when the ultrasonic wave is transmitted from the transducer 2a to the transducer 2b and the received wave is supplied to the receiving circuit 15, the receiving circuit 15 transmits the direct receiving pulse S2 shown in FIG. 6(d) to the high-speed integration circuit at time t2. 16. By the way, the counter 14 supplies a pulse signal to the high-speed integration circuit 21 when the count value reaches 0, but the time t at this time is slightly earlier than the time t2 at which the received pulse is also supplied to the high-speed integration circuit 16. . This is because the initial value is smaller than the count value N corresponding to the approximate value of the propagation time T1. Then, the fast integration circuit 16 performs an integration operation from time t2 to t2, and the resulting voltage dV.

をインターフェイス回路19へ供給する。インターフェ
イス回路19は電圧dv1をデジタル信号に変換した後
、0PU12を介してメモリ21へ格納する。以上がモ
ード2における測定値取り込み動作でおる。
is supplied to the interface circuit 19. The interface circuit 19 converts the voltage dv1 into a digital signal, and then stores it in the memory 21 via the 0PU12. The above is the measurement value acquisition operation in mode 2.

そして、この実施例では通常このモード2で動作し電源
投入直後および適切な間隔でモード】となり、初期値X
すなわち遅延時間τの更新を行う。
In this embodiment, it normally operates in this mode 2, and changes to the mode immediately after the power is turned on and at appropriate intervals, and the initial value
That is, the delay time τ is updated.

なお以上の説明では計数値Nと初期値Xとの差を国とし
たが、2以上の値でめっても良し、−1以下(この場合
は計数と受信の時間的順序関係が逆転する)で8っても
良い。
In the above explanation, the difference between the count value N and the initial value ) may be 8.

さて、モード2においてメモリ21に格納される電圧a
V、の値は被測定流体中に泡、ゴミ等が多く存在する場
合、第7図0)に示す分布特性を持つことはすでに述べ
たことから明らかである。なお、この図においてΔVは
第3図61ff)に示すΔTに対応する電圧である。こ
こで、0PU12は同図(ロ)に示すように、最高ピー
ク値を与える測定値(l V plを中心とする区間2
dにおいて1月、他の区間においてroJなる重み関f
it(V)を作成する。そして、(!PU12は重み関
数W(V)と分布特性を乗算し、第7図e9に示す分布
曲−を得る。この分布曲線がゴミ、泡寺の影響を受けて
いないものでめることは、図からも容易に解る。そして
、apUi2はこの分布曲稼の平均値V meanlを
算出する。また、このモード2においては同様の動作に
より伝WJ時間T2に対応するT!rIean 2を算
出するのは勿論でるる。
Now, in mode 2, the voltage a stored in the memory 21
It is clear from the above that the value of V has the distribution characteristics shown in FIG. 7 (0) when there are many bubbles, dust, etc. in the fluid to be measured. In this figure, ΔV is a voltage corresponding to ΔT shown in FIG. 3 (61ff). Here, 0PU12 is the measured value that gives the highest peak value (section 2 centered on l
The weight function f is January in d and roJ in other intervals.
Create it(V). Then, (!PU12 multiplies the weighting function W(V) and the distribution characteristic to obtain the distribution curve shown in e9 of Fig. can be easily understood from the figure.Then, apUi2 calculates the average value Vmeanl of this distribution curve.Also, in this mode 2, T!rIean2 corresponding to the transmission WJ time T2 is calculated by the same operation. Of course you can.

ここで0PU12はメモリ21に格納されている計数値
Nを2乗し、また、VIT+ean2からVmeanl
を減算して、この減算結果を(N2 )で除算する。
Here, 0PU12 squares the count value N stored in the memory 21, and also calculates Vmeanl from VIT+ean2.
and divide the subtraction result by (N2).

ところで、計数値Nが伝播時間T1に比例するのは第6
図から明らかであり、したがって次式が成り立つ。
By the way, the fact that the count value N is proportional to the propagation time T1 is the sixth
It is clear from the figure, and therefore the following equation holds true.

N  (X:T、            ・・・・・
・(4)そして、伝播時間T1とT2は一般に極めて近
い値であり、その差はnlのオーダとなる。よって(4
)式としても差しつかえない。
N (X:T,...
(4) The propagation times T1 and T2 are generally very close values, and the difference therebetween is on the order of nl. Therefore (4
) can also be used as an expression.

したがって′% optT12で行なわれる演算には次
式が成り立つ。
Therefore, the following equation holds true for the calculation performed in '% optT12.

この(6)式の右辺は前述した(8)式の左辺と等しい
The right side of this equation (6) is equal to the left side of the above-mentioned equation (8).

したがって、apU12で行なわれる演算は流速υに比
例していることが解る。
Therefore, it can be seen that the calculation performed by apU12 is proportional to the flow velocity υ.

なお、この実施例において、メモリ21に格納されてゆ
く電圧a vlの値を統計処理する際、電圧dv1の値
をM個づつ取り込んでから処理を行うバッチ処理でもよ
いし、測定毎に最も古い・測定値を一最新値と入れ換え
て処理を行う移動処理でもよい。
In this embodiment, when statistically processing the values of the voltage avl stored in the memory 21, batch processing may be used in which M values of the voltage dv1 are fetched and then processed, or the oldest value is processed for each measurement. - A moving process may be used in which the measured value is replaced with the latest value.

また、これらの中間的な処理でもよい。Further, intermediate processing between these may be used.

図←)〜に)に示すように、同図(づに示す分布特性の
−各ピークに対応する重み関数W、(V)〜Wn(7)
を設定する。この重み関数W、(V)〜Wn(’V)は
次式に示すように、すなわち、谷ピークを与える測定値
(lVp□〜6 V p Hを中心に、2(Lなる区間
で開、他の区蛎で「0」となるように設定する。
As shown in the figure ←) ~), the weighting functions W, (V) ~ Wn (7) corresponding to each peak of the distribution characteristics shown in the same figure (←) ~
Set. This weighting function W, (V) ~ Wn ('V) is calculated as shown in the following equation, that is, the measurement value (lVp□ ~ 6 V p H) that gives the valley peak is centered, and is opened in an interval of 2 (L), Set it to "0" in other wards.

そして、”このようにして設定された亜み関数W、(V
)−W 、 (V)を各々第8図0)に示す分布特性に
乗算)る。この結果として、各々第8図(へ)〜(す)
に示す分布曲−を得るが、この分布曲線のうち、測定j
匝6 V p iに対応するもの以外をΔv6るいは、
ΔVの整数倍づつ適宜ずらして、測定値d V p 1
に対応する分布曲線と重ね合′わせる。この結果得られ
る分布曲線を第8図体)に示す。そして、第8図体)に
示す分布曲線の平均値Vmeanlを算出し、  表こ
の平均値−V meanl(および”Vmeanl)を
用いて、(6)式に示す演算を行なうようにする。
Then, “the subfunction W set in this way, (V
)-W, (V) are respectively multiplied by the distribution characteristics shown in FIG. 80). As a result of this, Figures 8 (to) to (su) respectively.
We obtain the distribution curve shown in
Δv6 or other than those corresponding to 匝6 V p i,
By appropriately shifting in integer multiples of ΔV, the measured value d V p 1
superimpose it on the distribution curve corresponding to . The resulting distribution curve is shown in Figure 8). Then, the average value Vmeanl of the distribution curve shown in Figure 8) is calculated, and the calculation shown in equation (6) is performed using this average value -Vmeanl (and "Vmeanl").

また、この実施例における重み関数W (V)は矩形で
めったか、例えば第9図に示すように、その関数値が変
化する境界付近で、なめらかな曲解となルヨうな関数を
用いてもよい。
In addition, the weighting function W (V) in this embodiment may be rectangular, or a function with a smooth curve may be used near the boundary where the function value changes, as shown in FIG. 9, for example. .

以上説明したように、この発明によれば、伝播時間より
わずかに小さな遅延時間を設定し、しかも、この遅延時
間を前記伝播時間に対応して貧化するようにし、かつ、
前記伝播時間と遅延時間との差から得られる測定値の分
布特性を検出して、この分布特性のピーク値を中心とす
る所定の区間において前記分布特性に重みを付ける重み
関数を設定し、この重み関数と前記分布特性の積から得
られる結果に基づき、流量を算出するようにしたので、
被測定流体中にゴミ、気泡尋が多重に存在していても、
高精度、高安定の測定を行うことができる。また、温度
変化があった場合でも、測定fil1度が低下しない利
点が得られる。
As explained above, according to the present invention, the delay time is set slightly smaller than the propagation time, and the delay time is reduced corresponding to the propagation time, and
Detecting the distribution characteristic of the measured value obtained from the difference between the propagation time and the delay time, and setting a weighting function that weights the distribution characteristic in a predetermined interval centered on the peak value of this distribution characteristic. Since the flow rate is calculated based on the result obtained from the product of the weighting function and the distribution characteristics,
Even if there are multiple dusts and bubbles in the fluid to be measured,
Highly accurate and highly stable measurements can be performed. Further, even when there is a temperature change, there is an advantage that the measured fil1 degree does not decrease.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は超音波流蓋計の測定原理を示す図、第2図0)
、−(へ)は受信パルス8□が発せられる過程を説明す
る図、第3図(イ)は被測定流体の超音波伝播性が良い
場合の伝播時間T□の分布特性を示す図、縞3図←)は
被測定流体の超音波伝播特性が悪い場合の伝播時間T/
)分布特性を示す図、第4図は遅延時間τを説明するた
めの図、第5図はこの発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図、第6図(&)〜(e)は第5図に示す回路各部
における波形を示す波形図、第7図(イ)〜f→は同実
施例における重み関数W(V)および平均値vm@an
lの算出方法を説明する図、第8図0)〜に)は重み関
数W(mおよび平均値Vmean lを算出する他の方
法を説明する図、第9図は重み関数W(V)の他の関数
形を示す図である。 10・・・・・クロック発生回路(概略値測定手段)、
11・・・・・同期回路(概略値測定手段)、12・・
・・・CPU(中央処理装置;概略値測定手段、遅延時
間設定手段1分布特性検出手段、重み関数設定手段、乗
算手段)、21・・−・・メモリ(概略値測定手段、遅
延時間設定手段、盆布特性検出手段、重み関数設定手段
)。 第3図 第4図
Figure 1 shows the measurement principle of the ultrasonic flow meter, Figure 20)
, -(f) is a diagram explaining the process in which the received pulse 8□ is emitted, and Figure 3 (a) is a diagram showing the distribution characteristics of the propagation time T□ when the fluid to be measured has good ultrasonic propagation properties. Figure 3←) shows the propagation time T/ when the ultrasonic propagation characteristics of the measured fluid are poor.
) A diagram showing the distribution characteristics, FIG. 4 is a diagram for explaining the delay time τ, FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention, and FIGS. Waveform diagrams showing waveforms in each part of the circuit shown in FIG. 5, and FIG.
Figure 8 (0) to 8) is a diagram explaining the method of calculating l, Figure 8 is a diagram explaining another method of calculating the weighting function W (m and the average value Vmean l, Figure 9 is a diagram explaining the weighting function W(V)). It is a diagram showing other functional forms. 10...Clock generation circuit (approximate value measuring means),
11... Synchronous circuit (approximate value measuring means), 12...
...CPU (central processing unit; approximate value measuring means, delay time setting means 1 distribution characteristic detecting means, weighting function setting means, multiplication means), 21...Memory (approximate value measuring means, delay time setting means) , Bonfu characteristic detection means, weight function setting means). Figure 3 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 2個の送受波器間の超音波の伝播時間よりもわずかに小
さな遅延時間を設定し、この遅延時間と伝播時間との差
を測定して流量を測定する超音波流量計において、所定
の時間毎に前記伝播時間め概略値を測定する概略値測定
手段と、この概略値測定手段の測定結果に基づき前記゛
遅延時間を設定する遅延時間設定手段と、前記伝播時間
と前記遅延時間との差から得られる測定値の分布特性を
検出する分布特性検出出段と、前記分布特性におけるピ
ーク値を中心とする所定の区間において前記分布特性に
重みを付ける重み関数設定手段件、前自己重み関数を前
記分布特性に乗算する乗算手段とを具備することを特徴
とする超音波流量計。
In an ultrasonic flow meter, the flow rate is measured by setting a delay time slightly smaller than the propagation time of the ultrasonic waves between two transducers and measuring the difference between this delay time and the propagation time. an approximate value measuring means for measuring an approximate value of the propagation time at each time; a delay time setting means for setting the delay time based on the measurement result of the approximate value measuring means; and a difference between the propagation time and the delay time. a distribution characteristic detection stage for detecting a distribution characteristic of measured values obtained from a distribution characteristic; a weighting function setting means for weighting the distribution characteristic in a predetermined interval centered on a peak value in the distribution characteristic; An ultrasonic flowmeter comprising: a multiplier for multiplying the distribution characteristic.
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