JPS6113166B2 - - Google Patents

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JPS6113166B2
JPS6113166B2 JP50012624A JP1262475A JPS6113166B2 JP S6113166 B2 JPS6113166 B2 JP S6113166B2 JP 50012624 A JP50012624 A JP 50012624A JP 1262475 A JP1262475 A JP 1262475A JP S6113166 B2 JPS6113166 B2 JP S6113166B2
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JP
Japan
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pulse
transmission device
period
upstream
downstream
Prior art date
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Application number
JP50012624A
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Japanese (ja)
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JPS5190855A (en
Inventor
Reo Matsukushein Jeemusu
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Priority to JP50012624A priority Critical patent/JPS6113166B2/ja
Publication of JPS5190855A publication Critical patent/JPS5190855A/ja
Publication of JPS6113166B2 publication Critical patent/JPS6113166B2/ja
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  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は流量計特に一組の送受波器と送受切
換器とを用いたシングアラウンド方式(送波器、
受波器間の一定距離を伝搬した超音波パルスを受
信した信号で送波パルスをトリガする方式)すな
わち1ループ方式の超音波流量計に関するもので
ある。
[Detailed Description of the Invention] This invention relates to a flowmeter using a single-around method (transmitter,
The present invention relates to a one-loop type ultrasonic flowmeter (a method in which a transmission pulse is triggered by a signal received from an ultrasonic pulse propagated a certain distance between receivers), that is, a one-loop method.

超音波流量計について普通考えられている原理
は、一つは上流へ、他の一つは下流へと二方向に
流体媒質をとおつて超音波を送り、そして通常等
しい長さの通路をとおる伝搬時間を比較すること
に関する。音速が一定であると仮定すれば流体媒
体中の波動の伝搬速度はこれらの両方の通路でひ
としいが、伝搬時間は流体媒質の流速によつて変
化し、下流通路では伝搬時間は短くなり、上流通
路では伝搬時間は長くなる。この上流および下流
の伝搬時間の差から、この流体媒質の流速が時間
差技術によつて計算できる。ただ一つの音波通路
を使用すると複数の通路の流によつておこる差が
なくなる利点がある。
The principle commonly thought of for ultrasonic flowmeters is to send ultrasound waves through a fluid medium in two directions, one upstream and one downstream, and propagation through paths of usually equal length. Concerning comparing time. Assuming that the speed of sound is constant, the propagation speed of the wave in the fluid medium is the same in both these paths, but the propagation time varies depending on the flow speed of the fluid medium, and the propagation time is shorter in the downstream path and faster in the upper path. The propagation time is longer in the flow path. From the difference in upstream and downstream propagation times, the flow velocity of the fluid medium can be calculated by time difference techniques. The advantage of using only one acoustic path is that it eliminates the differences caused by multiple path flows.

前記時間差技術の基礎理論は次のように説明で
きる。すなわち、流速の一様流を有する管は互
いに距離をもつて対向する二組の伝達装置を含
み、音波通路は管軸と角θをなすものと仮定す
る。静止流体中の音速がであるならば、下流の
伝搬時間tAおよび上流の伝搬時間tBは次式で表
わされる。
The basic theory of the time difference technique can be explained as follows. That is, it is assumed that a tube having a uniform flow with a flow velocity v includes two sets of transmission devices facing each other at a distance d , and that the acoustic wave path makes an angle θ with the tube axis. If the speed of sound in a stationary fluid is c , the downstream propagation time t A and the upstream propagation time t B are expressed by the following equations.

(1) tA=d/c+v (2) tB=d/c−v ここにvpは音波通路の方向の速度成分、すな
わちvp=V・cosθである。もしパルスが両通路
に同時に送られるならば、次式の量だけ違つた時
間に受波信号が到達する。すなわち (3) △t=tB−tA=2dv/c−v この流速、したがつてvpは液体のあらゆる
実際の用途で、静止流体中の音速よりはるかに
小さい。これらの用途では近似式として、 (4) △t=2dv/c は非常に正確である。そこで、△tはvpに比例
し、vpは次の関係式から決定される。すなわち (5) vp=c・△t/2d 米国特許第3653259号には時間差技術にもとづ
いた超音波流量計装置が述べてあり、伝搬路をと
おる流体中の上流および下流へ同時に送られる音
波パルスの遅延時間がシングアラウンド式のくり
かえしパルスの送波によつて倍加される。この方
法は、ある期間の上流および下流へ送られるパル
ス間の遅延時間を結合させる蓄積効果があるため
上流および下流の送波の極めて小さい差を測定す
る必要がないという利点を有する。
(1) t A = d/c + v p (2) t B = d/c - v p where v p is the velocity component in the direction of the sound wave path, that is, v p = V·cos θ. If pulses are sent to both paths at the same time, the received signals will arrive at different times by an amount equal to: That is, (3) △t = t B - t A = 2dv p /c 2 - v p 2 This flow velocity v , and therefore v p , is in all practical applications of liquids much smaller than the speed of sound c in a stationary fluid. . In these applications, the approximate expression (4) Δt=2dv p /c 2 is very accurate. Therefore, Δt is proportional to v p , and v p is determined from the following relational expression. That is, (5) v p =c 2 △t/2d U.S. Pat. No. 3,653,259 describes an ultrasonic flowmeter device based on time difference technology, in which a flow rate is simultaneously transmitted upstream and downstream in a fluid through a propagation path. The delay time of the acoustic pulse is doubled by sending repeating pulses in sing-around fashion. This method has the advantage that very small differences in upstream and downstream transmissions do not need to be measured because of the cumulative effect of combining the delay times between upstream and downstream transmitted pulses for a period of time.

前記米国特許の装置では、一つは上流、他の一
つは下流への二つのシングアラウンド回路をもつ
たただ1対の伝達装置を利用することが望まし
い。この仕方では各伝達装置は送波器および受波
器の両方の動作をしなければならない。すなわ
ち、各伝達装置は送波後すぐに受波器として働く
ことができなければならない。この許される回復
時間は音波伝搬時間の数分の1であつて、標準的
回復時間は3インチまたは4インチ(76mmまたは
102mm)の管の水の流量計では10マイクロ秒であ
る。ある型の超音波流量計伝達装置、特に金属音
波窓つきの伝達装置では、この要求に副うように
送波パルスの後に生ずるリンギング信号(内部反
射)を非常に急速に減衰させねばならないという
問題に逢着した。前記リンギング信号が一定につ
づいている間では前記受波信号は減衰するので超
音波をつよく減衰させるような流体では前記問題
を解決することは一層むつかしい。
In the device of the aforementioned US patent, it is desirable to utilize only one pair of transmission devices with two sing-around circuits, one upstream and one downstream. In this manner, each transmission device must act as both a transmitter and a receiver. That is, each transmission device must be able to act as a receiver immediately after transmitting a wave. This allowed recovery time is a fraction of the sound wave propagation time, with typical recovery times of 3 or 4 inches (76 mm or
10 microseconds for a water flow meter with a 102 mm tube. To meet this requirement, some types of ultrasonic flowmeter transmission devices, particularly those with metal acoustic windows, have encountered the problem of having to very rapidly attenuate the ringing signal (internal reflection) that occurs after the transmitted pulse. We met. Since the received signal is attenuated while the ringing signal continues constant, it is more difficult to solve the problem with a fluid that strongly attenuates ultrasonic waves.

この発明によれば、受波器および送波器として
働く伝達装置の倍加時間差式超音波流量計に発生
するリンギングに基づく諸問題は上流側および下
流側に、それぞれ送波器と受波器とから成る伝達
装置を設け、一方の伝達装置の送波器からの超音
波パルスの連続列の送波方向と、他方の伝達装置
の送波器の送波方向とを交互にかえることによつ
て解決される。この発明では、多数のパルスがは
じめに所定の時間中に上流に送波され、その後に
同じ時間だけ多数のパルスが下流に送波され、こ
の仕方がくりかえされる。この型の倍加時間差式
超音波流量計から出る出力は、上流および下流へ
達するシングアラウンドパルス列である異なる周
期の二つのパルス列を比較することによつて定ま
る。この発明では所定の時点ではパルス列がただ
一つであるから、流量を得るため加えられる二つ
の信号を導出するため補助パルス列が別につくら
れ、この補助パルス列が上流および下流のシング
アラウンドパルス列のそれぞれと比較される。こ
の発明の目的は前記リンギング信号による従来の
この種流量計の欠点や難点をなくして、容易に且
つ正確に流量を測定できる流量計を得ることであ
る。
According to this invention, various problems caused by ringing that occur in a multiplication time difference type ultrasonic flowmeter in a transmission device that works as a receiver and a transmitter can be solved on the upstream and downstream sides of the transmitter and the receiver, respectively. By providing a transmission device consisting of a transmission device, and alternately changing the transmission direction of a continuous train of ultrasonic pulses from the transmitter of one transmission device and the transmission direction of the transmitter of the other transmission device. resolved. In this invention, a number of pulses are first sent upstream for a predetermined period of time, then a number of pulses are sent downstream for the same amount of time, and this process is repeated. The output from this type of doubling time differential ultrasonic flowmeter is determined by comparing two pulse trains of different periods, sing-around pulse trains reaching upstream and downstream. In this invention, since there is only one pulse train at a given time, an auxiliary pulse train is created separately to derive the two signals added to obtain the flow rate, and this auxiliary pulse train is connected to each of the upstream and downstream sing-around pulse trains. be compared. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a flowmeter that can easily and accurately measure flow rate by eliminating the disadvantages and difficulties of conventional flowmeters of this type due to the ringing signal.

もつと明確にいえば、この発明によると、流体
の流れと音波的に接触し、且つ音波通路が流体の
流の主成分と一線に並ぶように上流位置と下流位
置に対向して配置された一対の超音波伝達装置が
設けられる。一方の伝達装置の出力側を他方の伝
達装置の入力側に接続するフイードバツク回路
(シングアラウンド回路)が設けられ、それによ
つて一方の伝達装置から他方の伝達装置へ送波さ
れる信号は、流体の流をとおる単方向パルス列を
生ずるように前記フイードバツク回路を経て一方
の伝達装置に再循環される。それぞれの伝達装置
を前記フイードバツク回路に接続することを切換
えるため、切換装置が設けられ、それによつて単
方向パルス列を、この切換装置を一方の状態にし
て一方の伝達装置から下流へ、およびこの切換装
置を他方の状態にして他方の伝達装置から上流へ
送波することができる。なお、パルス間隔が一定
であるか、または本来一定の特性をもつているよ
うな補助パルスの発生源が設けられる。前記切換
装置を一方の状態にして前記補助パルスと再循環
パルスとの蓄積時間差に比例した第1信号を発生
させ、且つ切換装置を他方の状態にして前記補助
パルスと再循環パルスとの蓄積時間差に比例した
第2信号を発生させることによつて、これらの第
1信号および第2信号は加えられて、前記伝達装
置が中に設けられている流れの流量に比例した出
力信号を取出すことができる。
Specifically, according to the present invention, the upstream position and the downstream position are arranged opposite to each other so that they are in sonic contact with the fluid flow and the sound wave passage is aligned with the main component of the fluid flow. A pair of ultrasonic transmission devices are provided. A feedback circuit (sing-around circuit) is provided connecting the output of one transmission device to the input of the other transmission device, so that the signal transmitted from one transmission device to the other is is recirculated through the feedback circuit to one of the transmission devices to produce a unidirectional pulse train through the flow. A switching device is provided for switching the connection of each transmission device to the feedback circuit, thereby directing the unidirectional pulse train downstream from one transmission device with the switching device in one state, and The device can be placed in the other state and transmitted upstream from the other transmission device. It should be noted that a source of auxiliary pulses is provided whose pulse intervals are constant or which have essentially constant characteristics. the switching device in one state to generate a first signal proportional to the accumulation time difference between the auxiliary pulse and the recirculation pulse; and the switching device in the other state generating a first signal proportional to the accumulation time difference between the auxiliary pulse and the recirculation pulse. The first signal and the second signal may be added to derive an output signal proportional to the flow rate of the flow in which the transmission device is disposed. can.

要するにこの発明の概要は次のとおりである。
すなわちこの発明はパルス列が上流および下流に
交互に送波され、且つその送波方向は比較的ゆつ
くりした割合で反転されるような二つの伝達装置
を備えた(2検出器型)超音波流量計に関するも
のである。各伝達装置は上流および下流への送波
の各時限中に送波器または受波器のみとして働き
すなわち、上流および下流への送波は同時には行
われないので、その結果、ある種の従来の超音波
流量計が遭遇したリンギングの問題が解決され、
従来、リンギング状態がのこつているため、受信
信号が減衰するという欠点がなくなる効果があ
る。
In short, the outline of this invention is as follows.
That is, the present invention provides an ultrasonic flow rate system (two-detector type) equipped with two transmission devices such that pulse trains are transmitted alternately upstream and downstream, and the transmission direction is reversed at a relatively slow rate. It is related to the meter. Each transmission device acts only as a transmitter or receiver during each period of upstream and downstream transmission, i.e., upstream and downstream transmission does not occur simultaneously, resulting in some conventional The ringing problem encountered by ultrasonic flowmeters is resolved,
Conventionally, since the ringing condition remains, there is an effect of eliminating the drawback that the received signal is attenuated.

さて、図面特に第1図において、速度で矢印
Vの方向に、流体が中を流れる管10が示されて
いる。この管10の壁面に、しかも中の流体と音
波的に接触して、互いに向いあつた二つの離れて
対向した超音波の伝達装置11および12が設け
られている。伝達装置12から下流の伝達装置1
1へ送波された超音波パルスはc+vpにひとし
い速さを有し、ここには静止流体中の音速度で
あり、vpは前述のように、v・cosθであり、こ
こには管を貫流する流体の速度(ベクトル)で
あり、θは管軸と音波経路とのなす角である。管
または自由流の個所におけるように、もし二つの
伝達装置が一線に並ぶならばθ=0、且つvp
vである。これに反し、パルスが伝達装置11か
ら伝達装置12へ送波されるときは、波動エネル
ギー速度はc−vpである。
1, a tube 10 is shown through which a fluid flows in the direction of arrow V with a velocity v . On the wall of this tube 10 and in sonic contact with the fluid therein, two spaced apart ultrasound transmission devices 11 and 12 are provided facing each other. Transmission device 1 downstream from transmission device 12
The ultrasound pulse sent to 1 has a speed equal to c + v p , where c is the sound velocity in a stationary fluid, and v p is v cos θ, as described above, where v is the velocity (vector) of the fluid flowing through the tube, and θ is the angle between the tube axis and the sound wave path. If the two transmission devices are in line, as in a tube or free-stream location, θ = 0 and v p =
It is v. In contrast, when a pulse is transmitted from transmission device 11 to transmission device 12, the wave energy velocity is c-v p .

第1図に示された装置は、所定の時間だけ付勢
され、その後同じ時間だけ消勢され、再び同じ時
間だけ付勢され、以下同様にして働くようなリレ
ー14と、このリレーを駆動するドライバ16と
を含んでいる。第2図において波形aは前記ドラ
イバ16の出力波形を示すものであつて、ひとし
いオン、オフの時間はtsで表わしている。リレー
14は多数の接点を有し、それらの働きは後述す
る。
The apparatus shown in FIG. 1 includes a relay 14 which is energized for a predetermined period of time, then de-energized for the same period of time, energized again for the same period of time, and so on, and drives this relay. A driver 16 is included. In FIG. 2, waveform a shows the output waveform of the driver 16, and the equal on and off times are represented by ts. The relay 14 has a large number of contacts, the functions of which will be described later.

この発明のシングアラウンド回路(フイードバ
ツク回路)18は第1図で破線で囲まれた部分で
示されている。それは、パルスを受けるように接
続された入力端子をもつた増幅器20を含んでい
る。この増幅器20の出力はトリガ回路24を働
かせて受波した各超音波パルスの予定部分(すな
わち超音波振動のバースト)、特に第1または第
2の半波の前縁においてトリガパルス(信号)を
発生させる。このトリガ信号は非安定のマルチバ
イブレータ26を働かせて状態をかえ、その生じ
たマルチバイブレータ出力はブロツキング発振器
28をトリガしてその都度伝達装置11または1
2にあたえられる幅の狭いパルスを生じ、再生シ
ングアラウンド作用を完了する。
The sing-around circuit (feedback circuit) 18 of the present invention is shown within the dashed line in FIG. It includes an amplifier 20 having an input terminal connected to receive pulses. The output of this amplifier 20 activates a trigger circuit 24 to generate a trigger pulse (signal) at a predetermined portion of each received ultrasonic pulse (i.e., a burst of ultrasonic vibrations), particularly at the leading edge of the first or second half-wave. generate. This trigger signal activates the astable multivibrator 26 to change state, and the resulting multivibrator output triggers the blocking oscillator 28 to actuate the transmission device 11 or 1 in each case.
2 to complete the regenerative sing-around action.

第1図の回路の動作は第2図においてもつとも
よく理解できる。第1図のゲート回路30は二つ
のゲート信号を生じ、その一つはリード32に出
てくるし、他の一つはリード34に出てきてリー
ド32の信号よりτだけ遅延している。リード3
4のパルスを遅延させる目的はシングアラウンド
パルスと補助パルスとが各パルス列の始めの部分
で一致することを防止するためである。このこと
は後に述べられる。
The operation of the circuit of FIG. 1 can be better understood from FIG. Gating circuit 30 of FIG. 1 produces two gating signals, one appearing on lead 32 and the other appearing on lead 34, delayed by the signal on lead 32 by τ. lead 3
The purpose of delaying the fourth pulse is to prevent the sing-around pulse and the auxiliary pulse from coinciding at the beginning of each pulse train. This will be discussed later.

第2図のゲート波形bは、くりかえし周期Tで
くりかえし発生するようにシングアラウンドパル
ス、補助パルス、および読出しの回路が働かされ
る期間tONを示している。リレー14による方向
切換は非常にゆつくりした割合でおこるので、こ
れらのtONの期間は上流または下流の送波の各期
間tSの間におこる。そこで、全時間の大部分は
第2図のゲート波形bの切目で表わされる。もつ
と多くのシングアラウンドくりかえしがtONの間
におこることも第2図に示されている。
Gate waveform b in FIG. 2 shows a period t ON during which the sing-around pulse, auxiliary pulse, and readout circuits are operated so as to be generated repeatedly with a repetition period T. Since the directional switching by relay 14 occurs at a very slow rate, these t ON periods occur during each period t S of upstream or downstream transmission. Therefore, most of the total time is represented by a cut in the gate waveform b in FIG. Figure 2 also shows that many sing-around repetitions occur during t ON .

波形bのゲートパルスが、はじめにマルチバイ
ブレータ26にあたえられると、こマルチバイブ
レータはブロツキング発振器28を付勢するよう
に働かされ、それによつて伝達装置11を付勢し
た超音波発振器のバーストが伝達装置11から伝
達装置12へ送られる。伝達装置12で受けたこ
のバーストはリード36を経て増幅器20で増幅
されて、この増幅器20の出力はトリガ回路24
を付勢するのに使われ、トリガ回路24は再びマ
ルチバイブレータ26を働かせて第2パルスを送
信する。この結果、第2図の波形cに説明され、
くりかえし周期tAをもつた一連のシングアラウ
ンドパルスが生ずる。同時に、ゲート回路30か
ら出るパルスはリード40を経て電圧制御される
発振器(VCO)42にあたえられてVOC42を
働かせ、VCO42は第2図の波形dで説明され
たくりかえし周期tCの一連の補助パルスを生ず
る。下流への送波のくりかえし周期tSは常にく
りかえし周期tAよりも大きい。上流への送波の
場合には、前記補助パルスはリード44を経て、
フリツプフロツプ46にあたえられる。このフリ
ツプフロツプ46へのもう一つの入力端子は上流
への送波の場合にリード48およびリレー14の
接点を経て、波形cのシングアラウンドパルスが
出てくるリード38に接続される。このようにし
て、上流への送波の場合にはフリツプフロツプ4
6の出力端子に出てくる波形は第2図の波形eの
右側の半分の部分である。第2図からわかるよう
に、波形eの期間tONの間のパルスの蓄積幅は波
形cのパルスと波形dのパルスとの蓄積時間差に
比例する。下流への送波のときは第1図のリレー
接点が反転されて、リード34の遅延ゲート信号
がVCO42にあたえられ、これにたいしてリー
ド32の遅延のない主ゲート信号がマルチバイブ
レータ26にあたえられること以外には、この装
置の動作は上流への送波動作と同じである。この
ときには波形cのパルスは波形dの補助パルスよ
りも位相が進みフリツプフロツプ46の出力端子
の波形は波形eの左側の半分に示すようになる。
When a gate pulse of waveform b is first applied to the multivibrator 26, this multivibrator is activated to energize the blocking oscillator 28, thereby causing the burst of ultrasonic oscillator that energized the transmission device 11 to be applied to the transmission device 26. 11 to the transmission device 12. This burst received by transmission device 12 is amplified via lead 36 by amplifier 20 whose output is fed to trigger circuit 24.
The trigger circuit 24 again activates the multivibrator 26 to transmit a second pulse. As a result, as shown in waveform c in Fig. 2,
A series of sing-around pulses with a repeating period t A results. At the same time, pulses from the gate circuit 30 are applied via lead 40 to a voltage controlled oscillator (VCO) 42 which activates the VOC 42, which generates a series of auxiliary pulses with a repeating period t C illustrated by waveform d in FIG. produces a pulse. The repetition period t S of downstream wave transmission is always larger than the repetition period t A . In the case of upstream transmission, the auxiliary pulse passes through lead 44,
The signal is applied to flip-flop 46. Another input terminal to this flip-flop 46 is connected, in the case of upstream transmission, via a lead 48 and a contact of the relay 14 to a lead 38 from which a sing-around pulse of waveform c emerges. In this way, in the case of upstream transmission, the flip-flop 4
The waveform appearing at the output terminal of 6 is the right half of waveform e in FIG. As can be seen from FIG. 2, the pulse accumulation width during period t ON of waveform e is proportional to the accumulation time difference between the pulses of waveform c and the pulses of waveform d. When transmitting waves downstream, the relay contacts in FIG. 1 are reversed, and the delayed gate signal on lead 34 is applied to VCO 42, whereas the main gate signal without delay on lead 32 is applied to multivibrator 26. Otherwise, the operation of this device is the same as for upstream transmission. At this time, the phase of the pulse of waveform c is more advanced than that of the auxiliary pulse of waveform d, and the waveform at the output terminal of flip-flop 46 becomes as shown in the left half of waveform e.

この波形eは有効な出力パルスを示し、この
“有効”なることばはリード34の出力パルス
の、リード32の出力パルスに対するおくれτに
ひとしい一定部分は最終の出力に関係しないとい
うことであり、このことは図に示されてない。実
際の装置では、補助パルスまたはシングアラウン
ドパルスは、波形cおよびdの第1パルスが一致
しないようにリード34の遅延パルスによつて遅
延するようにされる。第2図に示された下流への
送波期間中には、フリツプフロツプ46からくる
出力パルスはシングアラウンドパルスによつて開
始され、補助パルスによつて終止される。ところ
が上流への送波中にはこれらの二つのパルス列の
役割は反対にされる。もし遅延、τが前記出力を
生じる二つのパルス列間にあると、一定幅τのパ
ルスからなる一つの波形は米国特許第3653259号
の装置のように、平均フリツプフロツプ出力から
減算されて正しい有効な出力を得るような電圧を
とり出すのに使われる。
This waveform e represents a valid output pulse, and by "valid" we mean that the constant portion of the output pulse on lead 34 equal to the delay τ with respect to the output pulse on lead 32 is not related to the final output; This is not shown in the diagram. In a practical device, the auxiliary or sing-around pulse is delayed by a delay pulse in lead 34 so that the first pulses of waveforms c and d do not coincide. During the downstream transmission period shown in FIG. 2, the output pulse from flip-flop 46 is initiated by a sing-around pulse and terminated by an auxiliary pulse. However, during upstream transmission, the roles of these two pulse trains are reversed. If a delay, τ, is between the two pulse trains producing the output, a waveform consisting of pulses of constant width τ is subtracted from the average flip-flop output to produce the correct valid output, as in the device of U.S. Pat. No. 3,653,259. It is used to extract the voltage that gives .

フリツプフロツプ46が働くためには前期くり
かえし周期tCはtAとtBとの中間になければな
らない。これはこの発明の1つの重要なポイント
となるので、ここで少し詳しく説明しておくと、
流体の上流方向および下流方向に伝搬する2つの
超音波パルスの伝搬時間の差を利用した超音波流
量計において、この伝搬時間の差はそれぞれの全
伝搬時間に比べて非常に小さい。従つて上流方向
および下流方向のそれぞれの全伝搬時間を別々に
測定し、後にこれらの差を求める方式では、それ
ぞれの伝搬時間の測定を非常に高い精度で行うこ
とが必要である。これを避けるためにこの発明に
おいては、全伝搬時間そのものは測定せずに時間
差のみを測定する方式をとつている。そしてこれ
を実現するために、異なる時間帯で測定される上
流方向と下流方向の、おのおのの全伝搬時間の中
間の値の周期を有する補助パルスを作り、それぞ
れをこの補助パルスと比較することによつて、全
伝搬時間を測定することなく、時間差の測定を行
う。例えばここで、tBおよびtAをそれぞれ上流
および下流へのシングアラウンドくりかえし周
期、tCを補助パルス列のくりかえし周期とする
と、時間差tB−tAを求めるのにtB−tCおよび
C−tAを別々に求め、これらの和としてtB
Aを求める。ここでtB−tCおよびtC−tA
パルス巾であり、常に正の値をとる必要がある。
従つて、tCはtBとtAの中間の値をとらなけれ
ばならない。音速度がかわる状態のもとでくりか
えし周期tCを正しい範囲に保持するためには、
くりかえし周期tCであるVCO、42の周波数を
制御することが必要である。この点について、フ
リツプフロツプ46の出力側における波形eはリ
ード45およびリレー14の接点を経てeBまた
はeAとして低域フイルタ50または52の何れ
かにあたえられ、そのフイルタの出力EBまたは
Aは差動増幅器54にあたえられる。この差動
増幅器54は次にリード56によつてVCO42
に制御電圧をあたえる。ここにのべた例では、パ
ルス幅(△t)Bはパルス幅(△t)Aより大きい。
これは第2図のとおりであることに注意された
い。それ故、くりかえし周期tCを大きくすれば
(△t)Bは(△t)Aとひとしくなり、上流および
下流へ伝わる各出力EAおよびEBはひとしくな
る。フリツプフロツプ46の出力は、上流および
下流の信号の両方を含む全出力EOを得るため低
域フイルタ58にもあたえられる。
In order for the flip-flop 46 to work, the early repetition period t C must be midway between t A and t B. This is one of the important points of this invention, so I will explain it in some detail here.
In an ultrasonic flowmeter that utilizes the difference in propagation time between two ultrasonic pulses propagating in the upstream and downstream directions of a fluid, this difference in propagation time is very small compared to the total propagation time of each. Therefore, in a method in which the total propagation times in the upstream and downstream directions are measured separately and the difference between them is determined later, it is necessary to measure each propagation time with very high precision. In order to avoid this, the present invention employs a method of measuring only the time difference without measuring the total propagation time itself. In order to achieve this, we created an auxiliary pulse with a period that was the middle of the total propagation time in the upstream and downstream directions measured at different times, and compared each pulse with this auxiliary pulse. Therefore, the time difference is measured without measuring the total propagation time. For example, here, if t B and t A are the upstream and downstream singaround repetition periods, and t C is the repetition period of the auxiliary pulse train, then t B - t C and t C −t A is determined separately, and the sum of these is t B
Find tA . Here, t B -t C and t C -t A are pulse widths, which must always take positive values.
Therefore, t C must take a value intermediate between t B and t A. In order to maintain the repetition period t C within the correct range under conditions where the speed of sound changes,
It is necessary to control the frequency of the VCO, 42, which is the repetition period t C . In this regard, the waveform e at the output of flip-flop 46 is applied via lead 45 and the contacts of relay 14 to either low-pass filter 50 or 52 as e B or e A , and the output of that filter E B or E A is applied to the differential amplifier 54. This differential amplifier 54 is then connected to the VCO 42 by a lead 56.
Apply control voltage to In the example given here, pulse width (△t) B is greater than pulse width (△t) A.
Note that this is as shown in FIG. Therefore, if the repetition period t C is increased, (Δt) B becomes equal to (Δt) A , and the respective outputs E A and E B transmitted upstream and downstream become equal. The output of flip-flop 46 is also applied to a low pass filter 58 to obtain a total output E o that includes both upstream and downstream signals.

もしtBおよびtAが上流および下流へのシング
アラウンドくりかえし周期であり、tCが補助パ
ルス列のくりかえし周期であるならば、上流およ
び下流への伝搬期間の時間差は (6) (△t)B=tB−tC (7) (△t)A=tC−tA それ故、全時間差は (8) △t=(△t)B+(△t)A=tB−tA それ故、個々の時間差の和は所望量tB−tA
あつてtCには無関係である。
If t B and t A are the upstream and downstream sing-around repetition periods, and t C is the auxiliary pulse train repetition period, the time difference between the upstream and downstream propagation periods is (6) (△t) B = t B - t C (7) (△t) A = t C - t A Therefore, the total time difference is (8) △ t = (△ t) B + (△ t) A = t B - t A that Therefore, the sum of the individual time differences is the desired amount tB - tA and is independent of tC .

この発明の装置の音速度修正はシングアラウン
ド回路が一定の期間(ゲート波形のパルス幅)で
動作するので起る。その出力は△t/t・t、すな
わち 音波通路の方向の流体速度成分vpに比例するも
ので表わすことができる。そこでこの発明の装置
の上流および下流へ伝わる音波の出力は次式で表
わされる。
The speed of sound modification of the device of this invention occurs because the sing-around circuit operates at a fixed period (pulse width of the gate waveform). Its output can be expressed as Δt/t A ·t B , ie proportional to the fluid velocity component v p in the direction of the acoustic wave path. Therefore, the output of the sound waves transmitted upstream and downstream of the device of this invention is expressed by the following equation.

(9) EB=K・d/2・(△t)/t・t (10) EA=K・d/2・(△t)/t・t
全出力EOは (11) EO=EB+EA=K・d/2・(△t)・t+(△t)・t/t・t・t (12) EO=EB+EA=K・d/2・(t−t)t+(t−t)t/t・t・t (13) EO=EB+EA=K・d/2・ △t/t・t=K・vp すなわち、 Vp=1/K(EB+EA) ここにKは定数、dは伝達装置間の距離であ
る。それ故、流体速度成分vpしたがつては、
温度変化やその他の原因に基づく音速度の変化に
は無関係にEB+EA(波形Eの上流および下流へ
のパルスの和)に比例する。
(9) E B =K・d/2・(△t) B /t B・t C (10) E A =K・d/2・(△t) A /t A・t
C
total output E O is (11) E O = E B + E A = K・d/2・(△t) B・t A + (△t) A・t B /t A・t B・t C ( 12) E O =E B +E A =K・d/2・(t B −t C )t A +(t C −t A )t B /t A・t B・t C (13) E O = E B +E A = K・d/2・△t/t A・t B =K・v p That is, V p =1/K (E B +E A ) where K is a constant and d is the distance between the transmission devices. It is distance. Therefore, the fluid velocity component v p and therefore v is
It is proportional to E B +E A (the sum of the upstream and downstream pulses of waveform E), regardless of changes in the speed of sound due to temperature changes or other causes.

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

第1図はこの発明の一実施例のブロツク略図、
第2図は第1図の装置の動作を説明した波形図で
ある。第1図において、1対の超音波伝達装置…
…11,12、フイードバツク回路……1,12
と18との接続回路、切換装置……14,16、
補助パルスを発生さる装置……40,42,4
4,48,46、出力信号を発生させる装置……
45,50,52,54,56。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the operation of the device shown in FIG. In Fig. 1, a pair of ultrasonic transmission devices...
...11,12, Feedback circuit...1,12
Connection circuit between and 18, switching device...14, 16,
Device that generates auxiliary pulses...40, 42, 4
4,48,46, Device that generates an output signal...
45, 50, 52, 54, 56.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 流体の流に沿うてその流体に音波接触する位
置に設けられた1対の対向した超音波伝達装置、
この超音波伝達装置の一方の電気出力を他方の超
音波伝達装置の電気入力と結合させて、前記一方
から他方の音波伝達装置へ伝搬される信号が前記
流体の流をとおる単方向のパルス列を生ずるよう
に前記一方の音波伝達装置に再循環されるフイー
ドバツク回路、前記それぞれの伝達装置の前記フ
イードバツク回路への接続を反転させて、前記単
方向のパルス列が、一方の状態において一方の伝
達装置から下流へ送波され、また他方の状態にお
いて他方の伝達装置から上流へ送波されるように
働く切換装置、この切換装置による一方の状態に
おける前記再循環されるパルスの周期と他方の状
態における再循環されるパルスの周期との中間の
値に周期を制御された補助パルスを発生する装
置、前記切換装置による一方の状態における補助
パルスと再循環されるパルスとの蓄積時間差およ
び他方の状態における再循環されるパルスと補助
パルスとの蓄積時間差の和に比例した出力信号を
生ずる装置を備えた流量計。
1 a pair of opposed ultrasonic transmission devices disposed along the flow of the fluid at a position in sonic contact with the fluid;
The electrical output of one of the ultrasound transmission devices is coupled to the electrical input of the other ultrasound transmission device such that a signal propagated from the one to the other ultrasound transmission device generates a unidirectional pulse train through the fluid flow. a feedback circuit that is recirculated to said one acoustic transmission device such that the connection of said respective transmission device to said feedback circuit is reversed so that said unidirectional pulse train is recirculated from one transmission device in one state; A switching device which serves to transmit downstream and upstream from the other transmission device in the other state, the period of the recirculated pulse in one state and the recirculated pulse in the other state by this switching device. a device for generating an auxiliary pulse whose period is controlled to a value intermediate to the period of the circulated pulse; and a device for generating an auxiliary pulse whose period is controlled to a value intermediate to the period of the circulated pulse; A flowmeter having a device for producing an output signal proportional to the sum of the accumulation time differences between the circulated pulse and the auxiliary pulse.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3653259A (en) * 1970-03-06 1972-04-04 Westinghouse Electric Corp Ultrasonic flowmeter systems

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