JPS61120015A - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計

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Publication number
JPS61120015A
JPS61120015A JP59240574A JP24057484A JPS61120015A JP S61120015 A JPS61120015 A JP S61120015A JP 59240574 A JP59240574 A JP 59240574A JP 24057484 A JP24057484 A JP 24057484A JP S61120015 A JPS61120015 A JP S61120015A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
propagation time
fluid
temperature
flow rate
ultrasonic
Prior art date
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Pending
Application number
JP59240574A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Matsuda
松田 保雄
Yukio Nakagawa
中川 行雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP59240574A priority Critical patent/JPS61120015A/ja
Publication of JPS61120015A publication Critical patent/JPS61120015A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は超音波流量計に関するものであり、さらに詳
しくは、流体の流れに所定の角度をもって超音波を順方
向および逆方向にそれぞれ送受波したときの各伝搬時間
の差ΔTおよび両者の平均伝搬時間Toから、所定の演
算式を用いて流体の流量を測定するとともに、この測定
直から音速の平均伝搬時間および温度による測定誤差を
除去するようにした超音波流量針に関する。
〔従来の技術〕
かかる超音波流量計について、出願人は既に以下の如き
ものを提案している(特願昭58−204886号)。
第4図は提案済み(以下、これを従来例という。)の超
音波流量計を示す構成図である。
この例では、超音波振動子1および1′がクサビ部材2
および2′にそれぞれ図示の如く取り付けられ、クサビ
部材2および2′は、流体6が流れる管をこの振動子の
一万から発せられる超音波が所定の角度θをもって横切
り、管4の内壁で反射した後他方の振動子に受信される
よう、管4の外側に略同−線上に並べて取り付けられ、
これによって超音波振動子1.クサビ部材2.管4の内
壁、流体6.管4の内壁、クサビ部材2′および超音波
振動子1′が互いに音響的に結合される。
すなわち、超音波振動子1は、発信部5から実線位置に
ある切替スイッチ部6aを介して入力される電気信号を
超音波に変換し、これを他方の超音波振動子1′に向け
て発振する。振動子1′では、受信した超音波を電気信
号に変換して出力する。受信及び時間計測回路7は、発
信部5からの発信々号と実線位置にある切替スイッチ部
6bを介して受信した振動子1′からの受信々号とくよ
って、超音波の伝搬時間T1を計測する。この計測時間
T1は、実線位置にある切替スイッチ部6Cを介して記
憶回路8に与えられ、記憶される。次にスイッチ6a 
、6bおよび6Cを破線位置へと切り替え、振動子1′
を発信側、同じ(1を受信側とすることにより、上記と
は逆方向に超音波の発、受信を行ない、このときの超音
波の伝搬時間T2を測定し、もつ一方の記憶回路9に記
憶させる。
ところで、振動子1から1′までの、流れに対する順方
向の超音波伝搬時間T1および振動子1′から1までの
逆方向の超音波伝搬時間T2は、流体中の伝搬時間をそ
れぞれt、、i2とし、流体以外のクサビ部材や管壁に
おける伝搬時間をTとすると、次式で表わすことができ
る。
T 1= t 1+τ          ・・・・・
・(1)T2 = t2+τ          ・・
・・・・(2)したがって、その伝搬時間差ΔTは次式
の如(求めることができる。
ΔT −T2− T。
−(1十τ)−(1,十τ) −12−1,・・・・・・(5) いま、管4の内径をり、流体中の音速(超音波の伝搬速
度)をC1超音波の入射角をθ、管内の流速iVとする
と、上記伝搬時間t1 + t2 h一般に次式の如く
表わされることが知られている。
したがって、ΔTは次の如(なる。
こ−で、流体中の音速Cと管内の流速■とを比較すると
、流体が水の場合、Cは一般に1.000〜1.600
m、/Sの範囲にあるのに対し、Vはjom/El以下
である。したがって、 C” >> V”sin”θ となり、ΔTは次の如(近代1することができる。
流体中の超音波音速Cが一定であれば、sinθ/C”
CO5θ なる量は一定となり、ΔTは流速■に比例する。
したがって、ΔTを計測することによって、流速Vおよ
びこれと所定の比例関係にある流量を計測することがで
きる。
ところで、上記(7)式においては、流体の音速Cが変
化しないときは、 ΔTαV の関係が成り立つが、流体中の音速Cは流体の温度また
は圧力が変わることによって変化する。また、音速Cが
変化することにより反射・屈折に関するスネルの法則に
したがって角度θも変化するため、音速Cが変化すると
流速Vの計測値に誤差が生じる。特に、流体が常温から
高温(3aa℃位ンまで変化するとか、管の厚みが大き
い場合には、音速Cの変化による影響も大きくなり、計
測誤差が大となる。そこで、上記(7)式を次式の如く
変形する。
いま、流体が静止しているもの(V−0)とすると、上
記(4)および(5)式より、となり、1.=12とな
る。そこで TI = T2 ””r。
とお(と、先の(1) 、 (2)式より、となり、こ
れを変形すると、 が得られる。この(11)式を(7)式に代入すると、
5ia2θ −−(T o−7戸・■  ・・・・・・(12)とな
り、 が得られる。こ〜で、流体が流れているときには、とし
て近似的にToを求めることができ、上記(13)式は
V←0のときも成立する。つまり、この(13)式にお
いて、ΔT、’roはさておき、角度θおよびτを計測
できれば所定の演算装置を用いて流速Vを求めることが
できるが、この角度θおよび流体以外の部分における伝
搬時間τをそれぞれ独立に計測することは、必ずしも容
易ではない。
しかしながら、Toと1/5in2θおよび1/(su
2θ・(To−τ)1〕との間にはそれぞれ第5図およ
び第6図の如き関係が成立し、これは温度、圧力等の条
件にか〜わりなく成立することが確かめられている。し
たがって、第4図の如く、演算部10にて伝搬時間差Δ
Tを求める一方、演算部11にて平均伝搬時間Toを求
め、この演算11LToから関数発生器やROM等を用
いて1/(sia2θ・(To−丁)1〕の値を求め、
演算部121Cおいてこの[!にΔTを乗算した後、演
算部13にて所定のスケールファクタ(換算係数)を考
慮することにより、流体の流速■または流量Qを求める
ことができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述の如き従来方式にも、以下の如き問題点がある。
すなわち、水中の超音波の伝搬速度Cは、水温が約70
℃のとき最も速く、水温がそれより高(ても低くても音
速Cは第7図の如く遅くなる。このため、伝搬時間T1
* T2および平均伝搬時間Toは、水温70℃付近で
最小となる。したがって、流体の圧力が一定のもとて流
体の水温が決定すれば伝搬時間Toを一義的に決めるこ
とができるが、逆に平均伝搬時間Toが決まったとして
も、これと対応する水温は第8図のa、bの如く2ケ所
あるため、水温を一義的に決定することができない。つ
まり、上述の如く第5図および第6図の如き特性曲線を
用いて音速Cの補正を行なう場合、Toの成る1点に対
して補正係数(X、Y)が2点となる領域(第5図のR
1および第6図のR2参照)が存在するため、いずれの
値を用いて補正すべきかを判断することができないとい
う問題が残されていることになる。このことは、超音波
流量計を常温から高温域(300℃位)の広い範囲で使
用する場合の障害ともなることから、しかるべき手当て
をしておくことが望ましい。
〔問題点を解決するための手段および作用〕流体の音速
は温度によっても変化することから、超音波の管材中の
伝搬時間から間接的に流体の温度を求める手段を設け、
この温度情報から音速補正回路の出力を選択することに
より、流体温度が常温から高温(300℃位)まで変化
しても、流速、流量を正確に計測しうるようにしたもの
である。
〔実施例〕
第1図はこの発明の実施例を示す構成図であり、第5図
と同じものについては同一の符号を付して示している。
第1図からも明らかなよ5に、この実施例は管材4中を
図示の如き経路tで伝搬する超音波の伝搬時間Tpを計
測する計測回路14を設けた点が特徴である。この場合
、クサビや超音波振動子は新たに設ける必要はなく、従
来からおるものをそのま〜使用して管材中を伝搬する超
音波信号の伝搬時間T−′を求めることができる。なお
、かかる超音波信号はこれ迄はノイズとして処理されて
いたものであるが、こ−ではこれを積極的に利用するよ
うにする。また、上記伝搬時間T、の計測を受信及び時
間計測回路7によって行なうことにより省略することが
できる。−万、管材すなわちバイブ4としては鉄まだは
塩ビ等が用いられ、鉄材中の音速C3は第2図の如く、
温度の上昇によって下降する特性をもつことが知られて
いる。そして、この管材中の音速は圧力の変化による影
響を受けないことから、管材中の超音波の伝搬時間T。
を計測することによって、その音速がわかり、この音速
から第2図の如き関係にある温度を一義的に求めること
が可能となる。このようにして温度がわかれば、先の第
5図、第6図の補正カーブについて、■〜@、@〜θと
Φ〜G、θ〜■のいずれを用いるかを決定することがで
きる。例えば、流体温度が0〜70°Cの範囲では■〜
o、eb〜θが、また、70〜300℃の範囲では(9
〜θ、e〜■のカーブがそれぞれ用いられることになる
なお、第5図または第6図の如き特性を関数発生器また
は半固定メモ!J (FLOM )等を用いて取り出す
タイプのものであれば、これらの出力を温度および平均
伝搬時間Toの関数として選択し得るようにしておくこ
とにより、容易に取り出すことができる。
このように、管材中を伝搬する超音波の伝搬時間Tpを
計測することにより、新たに流体温度計測用の素子を設
げることなく流体の温度を求めることが可能でちり、し
たがって、流体温度の賀化によって音速が変化しても、
流速、流−3kを正しく計測することができる。
以上では、超音波の反射を利用するようにしたが、次の
如くすることも可能である。
第3図はこの発明の他の実施例を示す構成図である。こ
れは、超音波を直接送受信し計測する系を2系統(A、
Bブロック)設げた、いわゆる2測線計測する例である
。基本的には第1図に示すものと同じであるが、各基(
人、B7′ロツクンの出力を平均する平均値演算部15
を設けることによって、より高精度の計測を可能とする
ものであり、場合によってはもう1つ別の系を付加する
こともできる。この場合の伝搬時間Tpの計測は振動子
1aと1bまたは1 a/と1b’の間で行なわれ、こ
れらの点を除けば第1図と同様であるので、これ以上の
説明は省略する。
〔効果〕
この発明によれば、以下の如き利点または効果を期待す
ることができる。
1)温度、圧力を別個のセンサで計測して補正する方法
も考えられるが、この場合は検出時間のズレによる誤差
が生じ、特に急激な温度変化に対しては誤差が大きくな
る。これに対し、この発明では流量の基本となる伝搬時
間差ΔTと、補正のための基本となる平均伝搬時間TO
および管材中の伝搬時間Tr)とが常に同時に計測され
るため、検出時間のズレによる誤差は生じない。
2)温度計をわざわざ設けなくても、流体の温度計測が
可能である。
5)精度は余り期待できないが、圧力信号を取り出すこ
とができる。
4)この発明の他の実、施例に示す如き2測線計測を行
なうことにより、管内流体の偏流による計測誤差を啄め
て小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す構成図 第2図は流体
温度と鉄中の音速との関係を示すグラフ、第3図はこの
発明の他の実施例を示す構成図、第4図は超音波流量計
の従来例を示す構成図、第5図は平均伝搬時間Toと1
 /sin 2θとの関係を示すグラフ、第6図は平均
伝搬時間TOと補正係数との関係を示すグラフ、第7図
は水温と水中音速との関係を示すグラフ、第8図は水温
と平均伝搬時間Toとの関係を示すグラフでちる。 符号説明 1.1’ + iat 1a’ 、1b+ jb’  
”・・”超音波振動子、2 + 2’ r 2a r 
2a’ 、 2b 、 2b’・・・・・・クサビ部材
、3・・・・・・流体、4・・・・・・管材()(イブ
)、5・・・・・・発信部、6a j 6b 、6C・
・・・・・切替スイッチ部、7・・・・・・受信及び時
間計測部、8,9・・・・・・記憶回路、10・・・・
・・時間差(ΔT)演算部、11・・・・・・平均伝搬
時間(TO)演算部、12・・・・・・音速補正演算部
、13・・・・・・スケールファクタ演算部、14・・
・・・・管材伝搬時間計測回路、15・・・・・・平均
値演算部。 M1図 冨 22 第 3 図 第 4 図 @ 5 図 薯8図 水清

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 流体の流れに所定の角度をもつて超音波を順方向および
    逆方向にそれぞれ送受波することによりその伝搬時間の
    差および両者の平均伝搬時間ならびに該平均伝搬時間と
    所定の関数関係にある補正量を求め、伝搬時間差を用い
    て演算される流量を該補正量にて補正して流量を計測す
    る超音波流量計であつて、超音波の流体の流れを経由せ
    ずに伝搬する伝搬時間から流体の温度を計測する温度計
    測手段を備え、該温度により前記補正量を決定して流量
    を計測することを特徴とする超音波流量計。
JP59240574A 1984-11-16 1984-11-16 超音波流量計 Pending JPS61120015A (ja)

Priority Applications (1)

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JP59240574A JPS61120015A (ja) 1984-11-16 1984-11-16 超音波流量計

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JP59240574A JPS61120015A (ja) 1984-11-16 1984-11-16 超音波流量計

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JPS61120015A true JPS61120015A (ja) 1986-06-07

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ID=17061544

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JP59240574A Pending JPS61120015A (ja) 1984-11-16 1984-11-16 超音波流量計

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0598720A1 (en) * 1991-08-14 1994-06-01 Rockwell International Corp EXTERNAL FLOW DETECTION SYSTEM.
JP2004264252A (ja) * 2003-03-04 2004-09-24 Fuji Electric Retail Systems Co Ltd 超音波流量温度計および飲料注出装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5374458A (en) * 1976-12-14 1978-07-01 Hitachi Ltd Ultrasonic flow meter
JPS5570715A (en) * 1978-11-22 1980-05-28 Fuji Electric Co Ltd Ultrasonic wave flow meter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5374458A (en) * 1976-12-14 1978-07-01 Hitachi Ltd Ultrasonic flow meter
JPS5570715A (en) * 1978-11-22 1980-05-28 Fuji Electric Co Ltd Ultrasonic wave flow meter

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0598720A1 (en) * 1991-08-14 1994-06-01 Rockwell International Corp EXTERNAL FLOW DETECTION SYSTEM.
EP0598720A4 (en) * 1991-08-14 1994-06-29 Rockwell International Corp Nonintrusive flow sensing system.
JP2004264252A (ja) * 2003-03-04 2004-09-24 Fuji Electric Retail Systems Co Ltd 超音波流量温度計および飲料注出装置

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