JPS6029616A - 超音波流速計 - Google Patents
超音波流速計Info
- Publication number
- JPS6029616A JPS6029616A JP13701283A JP13701283A JPS6029616A JP S6029616 A JPS6029616 A JP S6029616A JP 13701283 A JP13701283 A JP 13701283A JP 13701283 A JP13701283 A JP 13701283A JP S6029616 A JPS6029616 A JP S6029616A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- circuit
- flow velocity
- phi2
- phase change
- Prior art date
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- 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】
ａ、産業上の利用分野
本発明は超音波流速計、特に連続発振超音波を用いる流
速計の温度補償に関する。
速計の温度補償に関する。
ｂ１発明の目的
本発明に係る超音波流速計は、送信用超音波トランスデ
ユーサと受信用超音波トランスデユーサとを対向しない
ように配置し、流体中の超音波の位相変化の流速■への
依存性と両超音波トランスデユーサ間の距離りから流速
を測定する装置である。
ユーサと受信用超音波トランスデユーサとを対向しない
ように配置し、流体中の超音波の位相変化の流速■への
依存性と両超音波トランスデユーサ間の距離りから流速
を測定する装置である。
流体中の超音波の音速Ｃは流体の温度に依存するので、
流体の音速変化は流速測定における誤差要因である。
流体の音速変化は流速測定における誤差要因である。
本発明は、上記温度依存性をなくすことを課題とし、流
体の音速変化に対応させて超音波の周波数ｆを変化させ
て、上記課題を解決することを目的とするものである。
体の音速変化に対応させて超音波の周波数ｆを変化させ
て、上記課題を解決することを目的とするものである。
Ｃ９従来技術
第１図は従来技術による連続発振超音波流速計の一例を
表わすブロックダイヤグラムである。
表わすブロックダイヤグラムである。
送信用超音波トランスデユーサＴと受信用超音波トラン
スデユーサＲは、流体の流れる管壁に互いに対向しない
ように付設されており、超音波発振器Ｏからの発振信号
によって送信用超音波トランスデユーサＴがら連続超音
波が送信され、流体中を伝播してきた超音波は受信用超
音波トランスデユーサＲで検出され電気信号に変換され
、その出力信号の位相差Δψを位相差検出回路Ｐでめ流
速を得る。
スデユーサＲは、流体の流れる管壁に互いに対向しない
ように付設されており、超音波発振器Ｏからの発振信号
によって送信用超音波トランスデユーサＴがら連続超音
波が送信され、流体中を伝播してきた超音波は受信用超
音波トランスデユーサＲで検出され電気信号に変換され
、その出力信号の位相差Δψを位相差検出回路Ｐでめ流
速を得る。
超音波トランスデユーサＴの出力と超音波トランスデユ
ーサＲの出力信号の間の位相差φは、（１）式で表わさ
れる。
ーサＲの出力信号の間の位相差φは、（１）式で表わさ
れる。
Ｖ／ｃが小さいとき、（１）式は（２）式のように展開
される。
される。
流速と順方向のときのφの値をφ１．逆方向のときのφ
の値をφ２とすると、その差りは（３）式で力えられる
。
の値をφ２とすると、その差りは（３）式で力えられる
。
（３）式から流速Ｖをめるとき、音速Ｃが温度依存性を
有することが問題となる。
有することが問題となる。
音速の温度依存性の影響をなくすため、ｆ／ｃ ２が一
定になるように音速Ｃに応じて周波数を制御する超音波
流速計が本発明者によって提案されている。しかしこの
場合、上記制御のためにハマイクロコンピュータが必要
である。その結実装置が複雑となり、したがって高価と
なる問題点を有していた。
定になるように音速Ｃに応じて周波数を制御する超音波
流速計が本発明者によって提案されている。しかしこの
場合、上記制御のためにハマイクロコンピュータが必要
である。その結実装置が複雑となり、したがって高価と
なる問題点を有していた。
ｄ１発明の構成
本発明は、従来技術による超音波流速計における上記問
題点を、流速と音波の進行方向が順方向の場合と逆方向
の場合の位相差φ６．φ、の和φ、十φ、の１／２をπ
ｈＫ保つことにより、解決するものである。
題点を、流速と音波の進行方向が順方向の場合と逆方向
の場合の位相差φ６．φ、の和φ、十φ、の１／２をπ
ｈＫ保つことにより、解決するものである。
以下、図面を参照しながら本発明の超音波流速側を説明
する。
する。
第２図は、本発明の好ましい実施例のブロックダイヤグ
ラムである。
ラムである。
送信発振器ＶＣＯの出力は送信用超音波トランスデユー
サＴに加えられ、該トランスデユーサＴから送信された
超音波は流速がＶの流体中を伝播して受信用超音波トラ
ンスデユーサＲｓ 、Ｒ２で受信される。該トランスデ
ユーサＲ１の出力の一部は増幅回路Ａ４＋遅延回路Ｄ１
を経て矩形波化回路ＲＷ、において矩形波に変換され
る。また該トランスデユーサＲ７の出力も同様に、増幅
回路Ａ３ ＋遅延回路Ｄ３を経て矩形波化回路ＲＷ、に
おいて矩形波に変換される。さらに上記送信発振器ＶＣ
Ｏの出力の一部も矩形波化回路ＲＷ、において矩形波に
変換される。
サＴに加えられ、該トランスデユーサＴから送信された
超音波は流速がＶの流体中を伝播して受信用超音波トラ
ンスデユーサＲｓ 、Ｒ２で受信される。該トランスデ
ユーサＲ１の出力の一部は増幅回路Ａ４＋遅延回路Ｄ１
を経て矩形波化回路ＲＷ、において矩形波に変換され
る。また該トランスデユーサＲ７の出力も同様に、増幅
回路Ａ３ ＋遅延回路Ｄ３を経て矩形波化回路ＲＷ、に
おいて矩形波に変換される。さらに上記送信発振器ＶＣ
Ｏの出力の一部も矩形波化回路ＲＷ、において矩形波に
変換される。
矩形波化回路ＲＷ、とＲＷ、の出力の位相差を位相差検
出回路Ｐ、 （例えば排他的論理和回路）で検出し、電
圧変換回路Ｃ，（例えばＣＲ平滑回路）で上記位相差に
比例した電圧信号φ１を得る。同様にして矩形波化回路
ＲＷｓとＲＷ２の出力の位相差に比例した電圧信号φ、
を、位相差検出回路Ｐ、と電圧変換回路Ｃ２によって得
る。
出回路Ｐ、 （例えば排他的論理和回路）で検出し、電
圧変換回路Ｃ，（例えばＣＲ平滑回路）で上記位相差に
比例した電圧信号φ１を得る。同様にして矩形波化回路
ＲＷｓとＲＷ２の出力の位相差に比例した電圧信号φ、
を、位相差検出回路Ｐ、と電圧変換回路Ｃ２によって得
る。
上記信号φ１とφ２を加算回路Σの人力とすることによ
り和信号（φ１＋φ２）／２を作り、（φ１＋φ、）／
２が一定値となるように負帰還回路ＮＦを介して送信発
振器の周波数を制御する。なお上記一定値は測定範囲の
関係からπ／２であることが好ましい。他方信号φ、と
φ、は減算回路Ｎの入力にもなっており、その出力（φ
１−φ２）は流速に比例するのでその出力（φ、−φ、
）を指示計器で指示することにより流速が表示される。
り和信号（φ１＋φ２）／２を作り、（φ１＋φ、）／
２が一定値となるように負帰還回路ＮＦを介して送信発
振器の周波数を制御する。なお上記一定値は測定範囲の
関係からπ／２であることが好ましい。他方信号φ、と
φ、は減算回路Ｎの入力にもなっており、その出力（φ
１−φ２）は流速に比例するのでその出力（φ、−φ、
）を指示計器で指示することにより流速が表示される。
上記周波数の制御により、（φ１−φ２）からめられた
流速は、流体中の音速に依存しない。
流速は、流体中の音速に依存しない。
なお必要に応じて送信超音波トランスデユーサＴと受信
超音波トランスデユーサＲの立場を、送信受信切換回路
Ｋ（図示せず）によって反転することも可能である。
超音波トランスデユーサＲの立場を、送信受信切換回路
Ｋ（図示せず）によって反転することも可能である。
０１作用
本発明に従って送信発撮器の周波数を制御したとき、（
φ、−φ２）からめられる流速が流体の音速の湿度変化
に依存しない理由は次のとおりである。
φ、−φ２）からめられる流速が流体の音速の湿度変化
に依存しない理由は次のとおりである。
発振器の角周波数をω、送信トランスデユーサＴと受信
トランスデユーサＲの距静をり、流速をＶ、流体中の音
速をＣとし、遅延回路の遅延時間を適当な値いにするこ
とにより、位相差に比例する電圧φ１．φ２はスケール
ファクタを除いて＋４１ 、 （５１式とすることがで
きる（Ｃｏ：定数）。
トランスデユーサＲの距静をり、流速をＶ、流体中の音
速をＣとし、遅延回路の遅延時間を適当な値いにするこ
とにより、位相差に比例する電圧φ１．φ２はスケール
ファクタを除いて＋４１ 、 （５１式とすることがで
きる（Ｃｏ：定数）。
流速Ｖは、（４）式と（５）式の差φからめられる。
（６）式において音速Ｃが温度（Ｔ）依存性を有する場
合には、測定結果は温度依存性をもつ。この温度依存性
を補償するためには、周波数ωを変化させることが考え
られる。φが温度依存性を持たないためのωの条件は、
次のようにめられる。
合には、測定結果は温度依存性をもつ。この温度依存性
を補償するためには、周波数ωを変化させることが考え
られる。φが温度依存性を持たないためのωの条件は、
次のようにめられる。
（７）式に（６）式を代入して計算すると（８）式が得
られる。
られる。
ｖ＜Ｃの時（８）式は（９１式になる。
したがって（１■式に従って周波数ωを追随させると、
（６）式は温度依存性をもた１よい。
（６）式は温度依存性をもた１よい。
従来技術においては、このように追随させるために、音
速Ｃおよび周波数ωについての情報が必要であるので、
適当なセンサーやマイクロプロセッサ−が必要であった
。
速Ｃおよび周波数ωについての情報が必要であるので、
適当なセンサーやマイクロプロセッサ−が必要であった
。
本発明の超音波流速計は、００１式を直接適用して周波
数を追随させずにφ１＋φ２を一定値に保つことにより
、同じ目的を達成することができる。
数を追随させずにφ１＋φ２を一定値に保つことにより
、同じ目的を達成することができる。
（４）と（５）からＶ（Ｃの時００式が得られる。
ωとＣをそれぞれω十Δω、ｃｏ＋ΔＣとすると００式
％式％ ことにより（φ１＋φ２）／２が実用上一定となる。
％式％ ことにより（φ１＋φ２）／２が実用上一定となる。
逆Ｋ（φ１＋φ２）／２をπ／２ Ｋ保つことＫより（
順式が実用範囲内で成立する・ ０３）式と００式はファクターを除いて同じ関数形であ
るので、（φ、＋φ２）／２をπ／２Ｋ（！っことは実
用範囲内で００）式の関係を満たすように周波数を追随
させることになる。
順式が実用範囲内で成立する・ ０３）式と００式はファクターを除いて同じ関数形であ
るので、（φ、＋φ２）／２をπ／２Ｋ（！っことは実
用範囲内で００）式の関係を満たすように周波数を追随
させることになる。
ｆ１発明の効果
このよう（、ｃ、本発明は超音波の位相差から流速をめ
る超音波流速計において、流体中の音速の温度依存性を
除くために、流速と順方同圧伝播する超音波の位相変化
と逆方向に伝播する１召午（力υ のイｅｒ ＃−４列
’ −（ｋ σ） ％Ｉｌ ｂ ｈａズ ｗ イｔ リ
− Ｌ−Ｉｆｆ と ｈすなわち温度センサーやマイ
クロプロセッサ−を用いることなく、計測された流速の
音速の温度変化の影響をほぼ除くことを可能にしたもの
である。
る超音波流速計において、流体中の音速の温度依存性を
除くために、流速と順方同圧伝播する超音波の位相変化
と逆方向に伝播する１召午（力υ のイｅｒ ＃−４列
’ −（ｋ σ） ％Ｉｌ ｂ ｈａズ ｗ イｔ リ
− Ｌ−Ｉｆｆ と ｈすなわち温度センサーやマイ
クロプロセッサ−を用いることなく、計測された流速の
音速の温度変化の影響をほぼ除くことを可能にしたもの
である。
第３図は本発明による温度補償を伴う場合と伴わない場
合を対比して示す実験例を概念的に示すものである。
合を対比して示す実験例を概念的に示すものである。
第３図（Ａ）は、本発明の温度補償を伴わずに、流速■
が一定の流体を測定したときの、水温（破線）と流速（
実線）の測定値の時間（１）変化であり、第３図（Ｂ）
は、本発明の温度補償を伴う場合の同じ条件における、
水温（破線）と流速（実線）の測定値の時間（１）変化
である。
が一定の流体を測定したときの、水温（破線）と流速（
実線）の測定値の時間（１）変化であり、第３図（Ｂ）
は、本発明の温度補償を伴う場合の同じ条件における、
水温（破線）と流速（実線）の測定値の時間（１）変化
である。
以上に説明した実施例においては、φ１とφ２は同時に
測定されているが、サンプルホールド回路と送信受信切
替回路を用いて交互に測定して、それから（φ１＋φ、
）／２を一定にして温度補償を行い、（φ２−φＩ）か
ら流速をめることも当然に可能である。
測定されているが、サンプルホールド回路と送信受信切
替回路を用いて交互に測定して、それから（φ１＋φ、
）／２を一定にして温度補償を行い、（φ２−φＩ）か
ら流速をめることも当然に可能である。
第１図は従来技術による超音波流速計の概念本発明の超
音波流速計の実施例についての実験例である。 Ｔ・・・・・・送信用超音波トランスデユーサ、Ｒ、Ｒ
，、Ｒ，・・・・・・受信用超音波トランスデユーサ、
ｏ 、 ｖｃｏ・・・・・・送信発振器、Ａ＋ 、 Ａ
２ 、Ａ！・・・・・・増幅回路、ＤＩ、Ｄ７．Ｄ、・
・・・・・遅延回路、ＲＷｉ 、ＲＷ２ 、ＲＷｓ・・
・・・矩形波化回路、Ｐ、 、 Ｐ、・・・・・・位相
差検出回路、Σ・・・・・・加算回路、 Ｎ・・・・・・減算回路、 ＮＦ・・・・・・帰還回路。
音波流速計の実施例についての実験例である。 Ｔ・・・・・・送信用超音波トランスデユーサ、Ｒ、Ｒ
，、Ｒ，・・・・・・受信用超音波トランスデユーサ、
ｏ 、 ｖｃｏ・・・・・・送信発振器、Ａ＋ 、 Ａ
２ 、Ａ！・・・・・・増幅回路、ＤＩ、Ｄ７．Ｄ、・
・・・・・遅延回路、ＲＷｉ 、ＲＷ２ 、ＲＷｓ・・
・・・矩形波化回路、Ｐ、 、 Ｐ、・・・・・・位相
差検出回路、Σ・・・・・・加算回路、 Ｎ・・・・・・減算回路、 ＮＦ・・・・・・帰還回路。
Claims (3)
- （１）送信用超音波トランスデユーサと受信用超音波ト
ランスデユーサとを対向しないように配置し、流体中の
超音波の位相変化の流速依存性と両超音波トランスデユ
ーサ間の距離から流速を測定する超音波流速計において
、流速と順方向に伝播する超音波の位相変化をめる手段
と、流速と逆方向に伝播する超音波の位相変化をめる手
段と、上記位相変化の和と差をそれぞれアナログ信号に
変換する手段と、上記送信用超音波トランスデユーサの
信号を送る送信発振器の周波数を制御して上記位相変化
の和を一定値にする帰還回路と、上記位相変化の差から
流速をめて表示する表示手段とを有することを特徴とす
る超音波流速計。 - （２）上記超音波の位相変化をめる手段が、超音波トラ
ンスデユー与、増幅回路、遅延回路。 矩形波回路を直列に結んだ回路の出力と、発振器、矩形
波回路を直列に結んだ回路の出力とを人力とする排他的
論理和回路およびその出力を平滑化する平滑化回路とか
らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
音波流速計。 - （３）一定に保たれる上記位相変化の和の１／２が１／
４周期に対応することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の超音波流速計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13701283A JPS6029616A (ja) | 1983-07-27 | 1983-07-27 | 超音波流速計 |
| US06/632,045 US4611496A (en) | 1983-07-27 | 1984-07-18 | Ultrasonic flow meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13701283A JPS6029616A (ja) | 1983-07-27 | 1983-07-27 | 超音波流速計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6029616A true JPS6029616A (ja) | 1985-02-15 |
Family
ID=15188748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13701283A Pending JPS6029616A (ja) | 1983-07-27 | 1983-07-27 | 超音波流速計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6029616A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6258117A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-03-13 | Tokyo Keiki Co Ltd | 超音波流速計 |
| JP2010280090A (ja) * | 2009-06-03 | 2010-12-16 | Honda Motor Co Ltd | 射出成形装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5113431A (ja) * | 1974-07-23 | 1976-02-02 | Yoshio Sugo | Haisuitoratsupu |
-
1983
- 1983-07-27 JP JP13701283A patent/JPS6029616A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5113431A (ja) * | 1974-07-23 | 1976-02-02 | Yoshio Sugo | Haisuitoratsupu |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6258117A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-03-13 | Tokyo Keiki Co Ltd | 超音波流速計 |
| JPH0545124B2 (ja) * | 1985-09-06 | 1993-07-08 | Tokimec Inc | |
| JP2010280090A (ja) * | 2009-06-03 | 2010-12-16 | Honda Motor Co Ltd | 射出成形装置 |
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