JPS59214714A - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
- Publication number
- JPS59214714A JPS59214714A JP8881483A JP8881483A JPS59214714A JP S59214714 A JPS59214714 A JP S59214714A JP 8881483 A JP8881483 A JP 8881483A JP 8881483 A JP8881483 A JP 8881483A JP S59214714 A JPS59214714 A JP S59214714A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- wave
- level
- circuit
- flow
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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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
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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。
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、超音波流量計、特に、流路を形成する管路壁
に流路に対して一定の取付角度をもって対向して配設さ
れた超音波送受波器を有し、該送受波器間の超音波伝播
時間から流速又は流＋Ｊ、を求める超音波流量計に関す
る。
に流路に対して一定の取付角度をもって対向して配設さ
れた超音波送受波器を有し、該送受波器間の超音波伝播
時間から流速又は流＋Ｊ、を求める超音波流量計に関す
る。
超？イ波を利用して流速、流量をａｌす定する所謂超音
波流量計は周知であり、上下水道、水力発電所等におい
て実際に使用されている。
波流量計は周知であり、上下水道、水力発電所等におい
て実際に使用されている。
この超音波流量計の測定原理は、流れている流体中にお
ける音波の伝播速度が流れの方向に伝ゎるときは流速だ
け見掛は上速くなり、逆の方向にはそれたけおそくなる
ことを応用したもので、管内流速をＶ、静止流体中の音
速をＣとし、距離したけへたたる２点に送受波器をおい
た場合、上流側Ａ点から発射されん超音波が下流側Ｂ点
に達する時間ｔｌがｔｌ＝Ｌ／（ｃ＋ｖ）であり、下流
側Ｂ点から発射された超音波が上流側Ａ点に達する時間
ｔ２がｔ ２ ＝ Ｌ／（ｃ −ｖ）であり、ｃ））ｖ
であることから、 ｔ ２ ｔ １ ＝ ２ Ｌ ｖ ／ ｃ ２を求め
、この時間差ｔ２−ｔ１を求めることにより流速Ｖを求
めるものである。
ける音波の伝播速度が流れの方向に伝ゎるときは流速だ
け見掛は上速くなり、逆の方向にはそれたけおそくなる
ことを応用したもので、管内流速をＶ、静止流体中の音
速をＣとし、距離したけへたたる２点に送受波器をおい
た場合、上流側Ａ点から発射されん超音波が下流側Ｂ点
に達する時間ｔｌがｔｌ＝Ｌ／（ｃ＋ｖ）であり、下流
側Ｂ点から発射された超音波が上流側Ａ点に達する時間
ｔ２がｔ ２ ＝ Ｌ／（ｃ −ｖ）であり、ｃ））ｖ
であることから、 ｔ ２ ｔ １ ＝ ２ Ｌ ｖ ／ ｃ ２を求め
、この時間差ｔ２−ｔ１を求めることにより流速Ｖを求
めるものである。
而して、上記時間差ｔ２−ｔｌは非常に短いものであり
、この時間差を正確に求めることは非常に困難であった
。即ち従来の方式においては送受波器は１対となってお
り、それぞれ固有振動数をもった振動体でもある。従っ
て送波器に対して発振信号が印加されたとしても定常状
態に到るまでには時間遅れを伴なう。
、この時間差を正確に求めることは非常に困難であった
。即ち従来の方式においては送受波器は１対となってお
り、それぞれ固有振動数をもった振動体でもある。従っ
て送波器に対して発振信号が印加されたとしても定常状
態に到るまでには時間遅れを伴なう。
しかるに媒質内における超音波は距離に対して指数関数
的に減衰するので、送受信器間の距離か大きくなる大口
径の流量計においては受波器側の音圧は極めて低くなる
。加えて音圧−電圧、の変換効率を加味すると数１０デ
シベル以上もの電圧値となり、従って、上記送波器の信
号を受波器で受波した受信信号は極めて小さい。また、
送波器の時間遅れと同様に受波器にも時間遅れがあるた
め受信信号はゆるやかに増大し、ｔ１＋ １２を算出
する信号の検出レベルが不安定となる。
的に減衰するので、送受信器間の距離か大きくなる大口
径の流量計においては受波器側の音圧は極めて低くなる
。加えて音圧−電圧、の変換効率を加味すると数１０デ
シベル以上もの電圧値となり、従って、上記送波器の信
号を受波器で受波した受信信号は極めて小さい。また、
送波器の時間遅れと同様に受波器にも時間遅れがあるた
め受信信号はゆるやかに増大し、ｔ１＋ １２を算出
する信号の検出レベルが不安定となる。
本発明は、」一連のごとき実情に鑑みてなされたもので
、特に、超音波流量計における超音波の伝播時間を正確
に求め得るようにし、もって、測定精度の向上を図った
ものである。
、特に、超音波流量計における超音波の伝播時間を正確
に求め得るようにし、もって、測定精度の向上を図った
ものである。
第１図及び第２図は、本発明の測定原理を説明するため
の信号波形図で、第１図は超音波送波器より発射される
超音波の信号波形図、第２図は、超音波受波器により受
波される超音波の信号波形図で、図示例の場合、超音波
送受波器を２対有し、送波器側において発射された第１
図（ａ）に示す超音波は受波器側において第２図（ａ）
に示すような波形の超γ１波として受波され、一方、送
波器側に才１いて発射された第１図（ｂ）に示す、１ｆ
ｌ音波は受波器側に才ｊいて第２図（ｂ）に示すような
波形の超音波どして受波される。而して、送波器側より
発射さ］しる２つの超音波（第１図（、）及び（ｂ））
は、＼ン１ユリ位相及び振幅が同一で、かつ、周波数が
異なっている。なお、第１図（ｃ）には、第１図（ａ）
及び（ｂ）に示した超音波を加算した場合の波形をｚ＋
＜す。」二連のようにして送波器側により発射された超
音波は被測定流体中を伝播して受波器側に達１−るが、
各受波器の出力信号波形は該受波器の立上り時に時間遅
れ等によってそれぞれ第２図（ａ）及び（ｂ）のように
なり、これら両信号を加え合わせると第２図（ｃ）に示
すようになり、受信開始より所定時間経過後に特異レベ
ル［）に達するが、この特異レベルＰが現われる時間は
、常に、受信開始より一定時間後である。従って、送波
器側において超音波を発射する時刻から前記特異レベル
が呪われる時刻までの時間を測れば、超音波が被測定流
体中を伝播する時間を測ることができ、前記特異レベル
が顕著に現われるので、被測定流体中における超音波伝
播時間を正確に求めることができる。
の信号波形図で、第１図は超音波送波器より発射される
超音波の信号波形図、第２図は、超音波受波器により受
波される超音波の信号波形図で、図示例の場合、超音波
送受波器を２対有し、送波器側において発射された第１
図（ａ）に示す超音波は受波器側において第２図（ａ）
に示すような波形の超γ１波として受波され、一方、送
波器側に才１いて発射された第１図（ｂ）に示す、１ｆ
ｌ音波は受波器側に才ｊいて第２図（ｂ）に示すような
波形の超音波どして受波される。而して、送波器側より
発射さ］しる２つの超音波（第１図（、）及び（ｂ））
は、＼ン１ユリ位相及び振幅が同一で、かつ、周波数が
異なっている。なお、第１図（ｃ）には、第１図（ａ）
及び（ｂ）に示した超音波を加算した場合の波形をｚ＋
＜す。」二連のようにして送波器側により発射された超
音波は被測定流体中を伝播して受波器側に達１−るが、
各受波器の出力信号波形は該受波器の立上り時に時間遅
れ等によってそれぞれ第２図（ａ）及び（ｂ）のように
なり、これら両信号を加え合わせると第２図（ｃ）に示
すようになり、受信開始より所定時間経過後に特異レベ
ル［）に達するが、この特異レベルＰが現われる時間は
、常に、受信開始より一定時間後である。従って、送波
器側において超音波を発射する時刻から前記特異レベル
が呪われる時刻までの時間を測れば、超音波が被測定流
体中を伝播する時間を測ることができ、前記特異レベル
が顕著に現われるので、被測定流体中における超音波伝
播時間を正確に求めることができる。
第３図は、」二連のごとき測定原理に基づいて構成した
本発明による超音波流量計の一実施例を示す図で、図中
、］はトリガ回路、２及び３は発振器、４及び５は超音
波送波器、６及び７は超音波受波８に、８及び９は増幅
器、１０は加算器、１１は波形整形回路、１２はプリン
プフロツプ回路、１３はタロツクパルス発生器、１／ｌ
はグー１−回路、１５はカウンター、２０は流路管で、
該流路管２０の管壁には、図示のように、流路に対して
一定の取すイ」け角度をもって２′＠の超音波送受波器
４゜６及び５，７が対向して配設されており、例えは、
送波器４からは第１図（ａ）に示した超音波信号が発射
され、送波器５からは第１図（ｂ）に示した超音波信号
が発射され、送波器４よりの超音波は受波器６により、
また、送波器５よりの超音波は受波器７によりそれぞれ
受信されるようになっている。而して、本発明において
は、超音波送波器４、（・受誠盟０との間の距期［１，
１と超１″τ波送波器５とパゑ波器７との間の距離１−
４２は全く′る′シくなるように−ｉｔ １：、 ２対
の超ｉ″を波送受波器か配設され、向超ｌ＋’、ｉ波送
波器４及び５からは、第１図（ａ）及び（■））に７バ
したようなへ１．．ｌ−Ｊ位（１１及び振幅か等しく、
かつ、周波数の異なる超音波か発！］＝ｊされるが、こ
、［１ら両川音波の立１−り位イ・［１は、１−リカ回
路１によって両弁４ｈ’、 ’？ｌ：１２及び３を同時
に起動することによって同一位相に保たれている。１へ
リカ回路１は上述のようにして発振器２及び３を同時起
動するとと−１−１に、Ｓ Ｒフリップフロップ回路１
２をオンして一ケーＩ〜回路１４を開き、グロックパル
ス発生回路１：）からのタロツクパルスをカウンター１
５にて１：１故し、始める。一方、前述のごとくして超
音波送波Ｈ：）４及び５より発射された超音波は、それ
ぞれ超音波受波器６及び７によって受波され、加算器１
０によって加算され、第２図（、−、）に示したよう’
、’ｒ Ｃ１号に・変換される。この加算器１０の出力
信号中に（Ｊ第２図（Ｃ）にＰにて示したような特異レ
ベル点か現わ」しるので、この特異レベル点１）を波形
整形回路１１によって検出してフリップフロップ１（（
Ｉｆｌ′ｆ’！ Ｉ ２をオフすれば、カウンター１５
はＡｌｌ ７：’１波送信から前記特異レベル発生月：
℃の時間を、ｉ ＋４１１１したことになる。而して、
受信から特異レヘル定牛まての時間［は前述のように一
定であるので、該カウンター１５のＨ」数値より被測定
流体中に、１−９ける超ｔ”ｆ波の伝播時間を求めるこ
とかできろ５、な才ｔ。
本発明による超音波流量計の一実施例を示す図で、図中
、］はトリガ回路、２及び３は発振器、４及び５は超音
波送波器、６及び７は超音波受波８に、８及び９は増幅
器、１０は加算器、１１は波形整形回路、１２はプリン
プフロツプ回路、１３はタロツクパルス発生器、１／ｌ
はグー１−回路、１５はカウンター、２０は流路管で、
該流路管２０の管壁には、図示のように、流路に対して
一定の取すイ」け角度をもって２′＠の超音波送受波器
４゜６及び５，７が対向して配設されており、例えは、
送波器４からは第１図（ａ）に示した超音波信号が発射
され、送波器５からは第１図（ｂ）に示した超音波信号
が発射され、送波器４よりの超音波は受波器６により、
また、送波器５よりの超音波は受波器７によりそれぞれ
受信されるようになっている。而して、本発明において
は、超音波送波器４、（・受誠盟０との間の距期［１，
１と超１″τ波送波器５とパゑ波器７との間の距離１−
４２は全く′る′シくなるように−ｉｔ １：、 ２対
の超ｉ″を波送受波器か配設され、向超ｌ＋’、ｉ波送
波器４及び５からは、第１図（ａ）及び（■））に７バ
したようなへ１．．ｌ−Ｊ位（１１及び振幅か等しく、
かつ、周波数の異なる超音波か発！］＝ｊされるが、こ
、［１ら両川音波の立１−り位イ・［１は、１−リカ回
路１によって両弁４ｈ’、 ’？ｌ：１２及び３を同時
に起動することによって同一位相に保たれている。１へ
リカ回路１は上述のようにして発振器２及び３を同時起
動するとと−１−１に、Ｓ Ｒフリップフロップ回路１
２をオンして一ケーＩ〜回路１４を開き、グロックパル
ス発生回路１：）からのタロツクパルスをカウンター１
５にて１：１故し、始める。一方、前述のごとくして超
音波送波Ｈ：）４及び５より発射された超音波は、それ
ぞれ超音波受波器６及び７によって受波され、加算器１
０によって加算され、第２図（、−、）に示したよう’
、’ｒ Ｃ１号に・変換される。この加算器１０の出力
信号中に（Ｊ第２図（Ｃ）にＰにて示したような特異レ
ベル点か現わ」しるので、この特異レベル点１）を波形
整形回路１１によって検出してフリップフロップ１（（
Ｉｆｌ′ｆ’！ Ｉ ２をオフすれば、カウンター１５
はＡｌｌ ７：’１波送信から前記特異レベル発生月：
℃の時間を、ｉ ＋４１１１したことになる。而して、
受信から特異レヘル定牛まての時間［は前述のように一
定であるので、該カウンター１５のＨ」数値より被測定
流体中に、１−９ける超ｔ”ｆ波の伝播時間を求めるこ
とかできろ５、な才ｔ。
以１−に説明した実施例は、被ｉ１＋’ｌ定流体の・力
面の流れに列してのみｄｌす定するようにしたものであ
るか、本発明は、十記実施例に限定されるもので（コな
・（、例えば、上記実施例お更に改良してシンタアラウ
ンｉ一方式の超音波流ｆ？Ｌｉ１ｌを構成することも可
能で、その場合には、波形整形回路１１の出力信号によ
って、超音波送受波器を切り換えろとともに（すなわち
、発振器２及び３の出力を受波））；十Ｇ及び７に入力
して該受波器６及び７を送汲盟とするとともに、送波器
４及び５を受波器とし、該受波器４及び５の出力をそれ
ぞれ増幅器８及び０に人力する）、１−リカ回路１を起
動するようにすれは、被測定流体の順方向及び逆方向の
流れに勾して交互に測定することができる。
面の流れに列してのみｄｌす定するようにしたものであ
るか、本発明は、十記実施例に限定されるもので（コな
・（、例えば、上記実施例お更に改良してシンタアラウ
ンｉ一方式の超音波流ｆ？Ｌｉ１ｌを構成することも可
能で、その場合には、波形整形回路１１の出力信号によ
って、超音波送受波器を切り換えろとともに（すなわち
、発振器２及び３の出力を受波））；十Ｇ及び７に入力
して該受波器６及び７を送汲盟とするとともに、送波器
４及び５を受波器とし、該受波器４及び５の出力をそれ
ぞれ増幅器８及び０に人力する）、１−リカ回路１を起
動するようにすれは、被測定流体の順方向及び逆方向の
流れに勾して交互に測定することができる。
以上の説明がら明らかなように、本発明によると、簡単
な構成で、しがも、測定精度の高い超音波受波器を提供
することができる。
な構成で、しがも、測定精度の高い超音波受波器を提供
することができる。
第１図及び第２図は、本発明の動作原理を説明するため
の信号波形図で、第１図は、送波超音波の波形図、第２
図は、受波超音波の波形図、第３図は、本発明の一実施
例を示す構成図である。 １・１−リカ回路、２，３・・・パース１〜発振器、４
゜５ 超音波送波（受波）器、６，７・超音波受波（送
波）器、８，９・・増幅器、１ｏ 加算器、１１ ・波
形整形回路、１２・ＳＲフリップフロップ回路、Ｉ３・
クロックパルス発生回路、１４・グー１〜回路、１５−
・カウンター。
の信号波形図で、第１図は、送波超音波の波形図、第２
図は、受波超音波の波形図、第３図は、本発明の一実施
例を示す構成図である。 １・１−リカ回路、２，３・・・パース１〜発振器、４
゜５ 超音波送波（受波）器、６，７・超音波受波（送
波）器、８，９・・増幅器、１ｏ 加算器、１１ ・波
形整形回路、１２・ＳＲフリップフロップ回路、Ｉ３・
クロックパルス発生回路、１４・グー１〜回路、１５−
・カウンター。
Claims (2)
- （１）、流路を形成する管路壁に流路に対して一定の取
（＝Ｊ角度をもって対向して配設された超音波送受波器
を有し、該送受波器間を伝播する超音波の伝播時間から
流星を測定する超音波流量計において、１１１ｆ記超音
波送受波器を複数対同一の超音波流量計１に１１髪もっ
て配設し、前記各送波器は同−立−１−り位相、同一レ
ベルでかつ周波数の異なる超音波を発射し、前記受波器
側において各受波器の検出イｌ”２号を加算し、その加
算値が所定レヘルに達したＩＩ′、刻を検出し、前記室
」ニリ時間より前記所定レベルに達するまでの時間によ
り前記流路内を流れる流体の流量を４１１定するように
したことを特徴とする超、パｆ波流則１ｉ−１，。 - （２）、流路を形成する管路壁に流路に苅し一定のＩＩ
’＜ （」角度で対向して配設された超音波送受波器を
ｆｊシ、該送受波器間で超音波のバースト信号を送イご
し、この受信４号にもとづいて送信することによって流
れの順方向と逆方向における超音波の伝播時間差から流
量を求める超音波流量側において、」−記超行波送受波
器を複数列配設し、これら送受波器の超音波伝播距離お
よび信号レベルを一定とし・て、かつ、それぞれの送波
器には同一位相で異なる周波数の超音波信号を印加し、
受波されたヒート信号により送信するようにしたことを
特徴とする超音波流量側。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8881483A JPS59214714A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8881483A JPS59214714A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 超音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59214714A true JPS59214714A (ja) | 1984-12-04 |
| JPH0361892B2 JPH0361892B2 (ja) | 1991-09-24 |
Family
ID=13953367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8881483A Granted JPS59214714A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59214714A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4727314A (en) * | 1982-12-23 | 1988-02-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Transient detector apparatus |
| JP2019020250A (ja) * | 2017-07-18 | 2019-02-07 | 株式会社東京精密 | 非破壊検査装置及びその方法 |
| EP3894799B1 (de) * | 2018-12-13 | 2023-11-01 | Endress + Hauser Flowtec AG | Ultraschallwandleranordnung einer clamp-on-ultraschall-durchflussmessstelle, und eine clamp-on-ultraschall-durchflussmessstelle sowie verfahren zur inbetriebnahme der clamp-on-ultraschall-durchflussmessstelle |
-
1983
- 1983-05-20 JP JP8881483A patent/JPS59214714A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4727314A (en) * | 1982-12-23 | 1988-02-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Transient detector apparatus |
| JP2019020250A (ja) * | 2017-07-18 | 2019-02-07 | 株式会社東京精密 | 非破壊検査装置及びその方法 |
| EP3894799B1 (de) * | 2018-12-13 | 2023-11-01 | Endress + Hauser Flowtec AG | Ultraschallwandleranordnung einer clamp-on-ultraschall-durchflussmessstelle, und eine clamp-on-ultraschall-durchflussmessstelle sowie verfahren zur inbetriebnahme der clamp-on-ultraschall-durchflussmessstelle |
| US11841254B2 (en) | 2018-12-13 | 2023-12-12 | Endress+Hauser Flowtec Ag | Clamp-on ultrasonic transducer arrangement independent of measuring tube diameter at a measuring point |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0361892B2 (ja) | 1991-09-24 |
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