JPS60107524A - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計

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JPS60107524A
JPS60107524A JP21508683A JP21508683A JPS60107524A JP S60107524 A JPS60107524 A JP S60107524A JP 21508683 A JP21508683 A JP 21508683A JP 21508683 A JP21508683 A JP 21508683A JP S60107524 A JPS60107524 A JP S60107524A
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medium
equation
flow
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JP21508683A
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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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    • 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)
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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は超音波流量計に関するものであり、更に詳しく
は、TLL (Time Locked Loop)方
式と称される方式によった超音波流量計における零点調
整に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
先ずTLL方式による超音波流量計の測定原理を本発明
の理解に必要な範囲で以下説明する。(このTLL方式
による超音波流量計は本件出願人によって昭和50年に
発行された富士時報第48巻第2号第29頁ないし第3
8頁において詳細に開示されているので、必要があれば
参照されたい。)そして、第1図はこの富士時報に掲載
されたTLL方式による超音波伝播時間検出回路の原理
を示すブロック図である。同図において、1は受信回路
、2はカウンタ、3は時間差検出回路、4は電圧制御発
振器(VCO)、5は同期発生回路、6は送信回路、8
a、8bはそれぞれ振動子、である。
回路動作は次の如くである。送信回路6により駆動され
た送信側振動子8aは、測定媒体中に媒体の流れ方向に
沿って超音波パルスを送出する0受信側振動子8bはそ
の超音波パルスを受信し、受信出力を受信回路1に送る
。他方、同期発生回路5では、発振器4より出力される
パルスに同期してスタートパルスを発生して前記送信回
路6をスタートさせると共に、カウンタ2をスタートさ
せる。
カウンタ2は、発振器4からの繰り返し周波数がfのパ
ルスを8個カウントしたらカウント終了信号を時間差検
出回路3へ送出するようになっている。Nは適当に選択
された整数である。
時間差検出回路3では、超音波パルスが送信側振動子8
aから受信側振動子8bまで測定媒体中を伝播するのに
要した時間Tlを受信回路1から与えられると共に、カ
ウンタ2が、繰り返し周波比較し、その時間差(T1 
t )が所定値たとえば零になるように発振器4の繰り
返し周波数を制御次に、受信側振動子8bを送信側振動
子とし、送信側振動子8aを受信側振動子として、測定
媒体中をこれまでとは逆方向つまり流れに逆らう方向に
超音波パルスを伝播させ、同様の操作を行なって発振器
4の出力周波数f2をめる。このとき他方、 N Δf=f1−(2x−・■ ・・曲(1)なる関係式の
成立することが知られている。ここでLは、振動子8a
と8bの間の距離であり、■は媒体の流れの速度(流速
)である。
LとNは既知であるから、測定によってΔfがまれば媒
体の流れの速度Vがまり、流量を知ることが出来る。
以上がTLL方式超音波流量計の測定原理である(なお
、詳細が知りたければ、例えば特開昭51−10156
9号公報、特開昭54−149669号公報などを参照
されたい)。
所で、かかる超音波流量計においても、他の計器と同様
、測定の開始に先立ち目盛の零点調整量を知っておく必
要がある。
すなわち、媒体の流れ速度を零にした状態で、順方向に
おいて測定した伝播時間T1と逆方向において測定した
伝播時間T2とをめる。本来、理論的には、このとき’
r1=’r2となる筈であるが、超音波パルスの波形の
アンバランスとか測定用電気回路における遅延時間の相
違等に起因してTl〜T2となる。
そこで’ri−’r2−ΔTをめると共に、ΔTに相当
する周波数差Δfoを算出しておき、測定によりめたΔ
fに対してΔfoを用いて誤差補正(零点補正)を行な
う方法が採られる。所が、媒体の温度が変化すると、超
音波の伝播速度が変化するので、このことと関連してΔ
foが温度特性をもち、最初にめたΔf、によって誤差
補正(零点補正)を行なうのでは充分でない場合が生じ
る。
以下、このことを数式的に説明する。
今、媒体における超音波の伝播速度をC11伝播距離を
Lとし、媒体の流れ零のとき、順方向において測定した
伝播時間をTo1逆方向において測定した伝播時間が本
来Toとなるべき所を、前述のような理由により(To
十ΔT)になったものとする。
式が成立する。
ここで(L/C1) >>ΔTとすると、ΔT −−c1 ・川・・ (2) 上記(2)式から明らかなように、零点調整量Δf。
は、超音波の伝播速度C1と共に変化する(C1は媒体
の温度が変われば変わる)ので、最初にこれをめたとし
ても、その後媒体の温度変化があれば、最初にめた零点
調整量を従来のようにそのまま使用していたのでは、零
点調整が不完全となり測定誤差を免れないという欠点が
従来の超音波流量計にはあった。
〔発明の目的〕
本発明は上述のような従来技術の欠点を除失するために
なされたものであり、従って本発明の目的は、媒体の温
度が零点調整量をめたときの温度から変化したとしても
そのことにより零点調整が不完全とはならず、従って測
定誤差を生じないですむような超音波流量計を提供する
ことにある。
〔発明の要点〕
一般に、媒体の流れ速度(流速)をV1媒体中の距離り
を超音波が流れに沿う順方向において伝播するのに要す
る時間をT1、流れに逆らう逆方向において伝播するの
に要する時間をT2、伝播速度(音速)をCとすると、
次の関係式の成立することが知られている またTLL方式の原理により次の関係式が成立する。
故に 上記(5)式より、音速Cをめることができる。
また前記(1)式より媒体の流速Vは次式で与えられる
今、流量零(流速が雰)のときの順方向の周波数測定値
をfol、逆方向の周波数測定値をT02とし、その差
をΔfo、またこのときの音速をC1とする。
次に、流量測定時において、媒体の温度変化により音速
がC1からCに変化していたとする。すると、前記(6
)式において、Δfに音速変化を加味した次の如き零点
調整を施すことにより、誤差のない流速■を得ることが
できる。すなわちつまり、(6)式において零点の影響
を補償するためには、数式的には次の演算がなされなけ
ればならない。
但し、Δfは流量測定時の周波数f1 v T2の差、
Δfoは流量零の時の周波@r011 T02の差であ
る。
ここで、音速C1つまり温度t1のときの流量を■11
音速C2つまり温度t2のときの流量を■2とすると、
■I、■2は(8)式に基づき次式で表わされる。
但し1Δf01 pΔf02は同様に鰺)式に基づき次
式で表わされる。
ここで、温度1工(音速CI)における流量測定時の周
波数をfll p ’21 %流量零時の周波数をfO
1lpf021とし、そして、湿度t2(音速C2)’
における流量測定時の周波数をT12 v f2’2 
、流量零時の周波数をT012 y T022とすると
、0り式のΔf02は(5)式に基づいて次のように表
わせる。
さらに、(5)式に対して、温度t1における流量零時
の周波数f011 T T021を代入すると、次式が
得られる。
従って、(2)式は次のように書き直せる。
0Q式に1式を適用して、Cl51式を変形する。
C6)式は温度t1における零点補正量Δfo1と湿度
t2における零点補正量Δf02との関係を示す。よっ
て、CI(11式は次のように書き直せる。
ここで、上述の如く、Δf2は温度12 (音速C2)
における流量測定時の周波数’12 F ’22によっ
てめられ、またΔfox (−Δf011−Δfo21
)sΔfall pΔf021は温度t1(音速Ct)
における流量零時の周波数Δfo11.Δf021によ
ってめられる。従って、音速C,における流量零時の周
波数を上述の如く’01 v ’02、その差をΔfO
とし、しかも音速Cにおける流量測定時の周波数を同様
に上述の如くfl。
f2とすれば、a?)式は次のように一般式に戻すこと
ができる。
この0119式は(7)式と同じであり、それゆえ(7
)弐つまり(18式により零点の音速補正が可能である
ことが理解できよう。
なお、卸式、(lZ式から次式が得られる。
従って、(11式は次のように書き直せる。
(5)式に基づいて、C1,C2をめる。
・・・・・・ Qυ 従って、QI)式を(2)式に代入すると、C7)式と
同じ形の式が得られ、それゆえ上述の如くその式を一般
式に戻すと0119式が得られる。よって、音速C1,
C2の展開からも(1樽式を導出することが可能である
本発明の要点は、流速零の状態において測定したfol
 v ’02 yΔfoを記憶しておき、流量測定時に
測定したfl y f2 sΔfを用い、前記(7)式
によって演算することにより、零点調整を完全にして誤
差のない流量を得るようにした点にある。
〔発明の実施例〕
次に図を参照して本発明の一実施例を説明する。
第2図は本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図において、第1図におけるのと同じ要素には同じ符号
を付しである・そのほか、9はメモリを含む演算手段(
たとえばマイクロコンピュータ) 、Sla l S1
bはそれぞれサンプリング接点、S2a + S2b 
y S4a w S4bはそれぞれ切換接点、S3は同
期スタート接点、SWはキー、である。
第2図において、先ずキーSWを破線位置まで倒すこと
により、流速零の状態におけるfol p f02 e
Δfoヲ測定して演算手段(マイクロコンピュータ)9
内のメモリに記憶する。
このときの回路動作は次の如くである。
第2図において、切換接点s、、aj ”’4bが実線
位置にあ、るとき、接点S2aは閉じ、S2bは開いて
いる。今、成るタイミングにおいて、同期発生回路5が
送信回路6から送信パルスを送出させ、かつスタート接
点S3を閉じる。
このため送信側振動子8aから超音波パルスが送出され
受信側振動子8bはこれを受ける。これにより受信回路
1が受信波出力を発生し、時間差検出回路3へ送る。
他方、カウンタ2は、発振器4aからの出力パルスを8
個カウントし、カウントし終わるとカウントエンド信号
を時間差検出回路3へ送ってカウントの終了を知らせる
時間差検出回路3では、受信回路1から与えられる超音
波パルスの伝播に要した時間とカウンタ2から与えられ
るカウントに要した時間を比較し、その差をdカする。
次のタイミングでサンプリング接点S1aが閉じ、時間
差検出回路3からの差出力が零になるように発振器4a
の発振周波数を制御し、制御された周波数の値fQ1を
測定して演算手段(たとえばマイクロコンピュータ)9
内のメモリに取り込む0次に切換接点S4a t S4
bを実線位置から破線位置へ切り換え、また接点S2a
を開に、S2bを閉にする。そして次のタイミングにお
いて、同期発生回路5から送信パルスを送出させ、かつ
スタート接点S3を閉じる。
この結果、今度は受信側振動子8bが発信側となり、発
信側振動子8aが受信側となって、超音波パルスの伝播
方向が反転する。以下同様にして、次のサンプリング期
間においてサンプリング接点Sxbが閉じ、時間差換出
回ハ3からの出力が所定値たとえば零になるように発振
器4bの発振周波数を制御し、制御された周波数の値f
02を測定して演算手段9内のメモリに取り込む。演算
手段9は、上述のようにして取り込んだ二つの周波数の
値’01 e f02からΔfoを算出し、これもメモ
リに記憶する。
次に、媒体の流れている状態において、上述と全く同様
の操作を行なって’1 e ’2およびΔfをメモリに
取り込む。そして演算手段9において、前記(7)式に
よる演算を行なって媒体の流速を算出し、ひいては流量
を算出する。
〔発明の効果〕
以f脱mi、たように、本発明によれば、媒体の流量測
定時に、その前に零点調整量をめたときの媒体温度とは
異なった温度に媒体があるときでも、零点調整を完全に
行ない、そのことに起因する測定誤差を流量測定結果に
含まないようにした超音波流量計を提供できるという利
点がある0
【図面の簡単な説明】
第1FgJはTLL方式による超音波伝播時間検出回路
の原理を示すブロック図、第2図は本発明の一実施例を
示すブロツン図、である。 符号説明

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)媒体の流れに沿う順方向において測定した成る2点
    間の超音波伝播時間の逆数に比例した第1の周波数f、
    と、媒体の流れに逆らう逆方向において測定した前記2
    点間の超音波伝播時間の逆数に比例した第2の周波数f
    2との差Δfを用いて前記媒体の流量をめる超音波流量
    計において、前記流れが静止しているときの前記第1お
    よび第2の各周波数の値f01 e f02とその差で
    ある零点補正量としてのΔfoを測定して記憶する手段
    と、流量測定時においてめた前記Δfに対する零点補正
    量を前記fl e f2 y rot t f02 y
    ΔfOの値を用い手段とを具備し、算出した前記零点補
    正量によって零点補正を行なうようにしたことを特徴と
    する超音波流量計。
JP21508683A 1983-11-17 1983-11-17 超音波流量計 Granted JPS60107524A (ja)

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JP21508683A JPS60107524A (ja) 1983-11-17 1983-11-17 超音波流量計
DE19843440873 DE3440873A1 (de) 1983-11-17 1984-11-08 Verfahren zur ultraschall-durchflussmessung und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE4422367C1 (de) * 1994-06-27 1996-02-01 Siemens Ag Ultraschall-Durchflußmesser mit kontinuierlicher Nullfluß-Kalibrierung
EP0855577A1 (de) * 1997-01-28 1998-07-29 Electrowatt Technology Innovation AG Verfahren zur selbsttätigen Einstellung von Parametern eines Ultraschall-Messwertgebers

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JPH0527047B2 (ja) 1993-04-20

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