JPS62180219A - 超音波流量計の測定値処理方法 - Google Patents

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〕 本発明は、超音波流量計の測定値処理方法に係り、とく
に気泡等の混入し易い流体に対する流量測定に好適な超
音波流量計の測定処理値方法に関する。

〔従来の技術〕

従来より一般に多く用いられている超音波流量計の測定
値処理方法としては、例えば、特公昭５９−１４１７３
号公報に係るものがある。この従来例は、まず、流体の
流れに従う順方向および逆方向の各超音波の伝播時間を
検出し、次に、この検出信号のレベルに対応して形成さ
れるランプ電圧に対して基準レベルを設定し、この各基
準しベルに上限と下限を設け、この制限値を越えた場合
を異常データと判断する。そして、具体的に測定値を採
用するに際しては、順方向と逆方向の双方の受信信号が
正常の場合のみ両方の測定値を採用するという方式のも
のとなっている。

一方、上記特公昭５９−１４１７３号公報には特に開示
されていないが、被測定流体の順方向と逆方向の各受信
超音波の波形は、具体的には第５図ｆｉｌ　（３）　（
４１のＡ、Ｂに示すように種々変化している。

このため、いづれの波の部分を基準として超音波の到達
時間を定めるかが、流量の精密測定に際しては重要な課
題となっている。

従来より多く採用されているものとして、まず受信基準
レベルＳＬを定め、この受信基準レベルＳＬに最初に達
した波がその中心時間軸（ゼロレベル）と交叉する時点
を特定点（ゼロクロスポイント）とし、この特定点を受
信側の基準計測点として受信信号の到達時を決定すると
いう方式のものがある。

これを、前述した第５図につき更に詳述すると、第５図
において、Ａは被測定流体の流れに沿った順方向の超音
波の受信信号（実線）を示し、Ｂは流れに逆らう逆方向
の受信信号（破線）を示す。

また、受信波形の内、一番目の山を第１波の、これに続
く谷を第２波■、二番目の山を第３波■。

これに続く谷を第４波■、・・・・・・三番目の山を第
５波■、・・・・・・とする。そして、これらの波形が
受信基準レベルＳＬと最初に交わるのは例えば第５図（
１）の場合は第３波となり、この場合の波が山から谷へ
進行して零レベルＳ０に達し、その交点（ゼロクロスポ
イント）が特定される。

即ち、第５図（１）の場合は、受信信号Ａ、Ｂとも第３
波が受信基準レベルＳＬを越えている。また同図（２）
の場合は、流体中の気泡等が介在しｔ全体的に受信感度
が悪くなった状態で、受信信号Ａ。

Ｂとも第５波が受信基準レベルＳＬを越えており、同図
（１）とは異なった状態となっている。更に第５図（３
）の場合は、順方向の受信信号Ａが第３波で。

又逆方向の受信信号Ｂが第５波でそれぞれ受信基準レベ
ルＳ、を越えており、上記二つの例とは著しく異なった
状況となっており、実際の測定中によく発生する異常現
象である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した第５図の各受信信号の内、第５図（１）は正常
のものである。同図（２）のものは、被測定流体ととも
に流動する気泡の影響、及び電源の電圧変動や装置の送
信系または受信系の不調等により応々にして発生するも
のである。また、同図（３）のものは、被測定流体の異
常（多くは気泡の介在）により生じる明らかな異常信号
である。

このような各種の受信信号に対し、従来の装置では、前
述した特公昭５９−１４１７３号で明らかの如く、被測
定流体の順方向と逆方向の各超音波の受信信号を各別に
取り出してその異常の有無をチェックするとともに、そ
の両方が同時に正常の場合以外は当該各受信信号を総て
異常と判断して破棄するとしている。このため、上記従
来例においては、第５図（１１（３１（４１の各受信波
形の内、逆方向の受信信号Ｔ　ｕ　Ｉ　ｉ。、の到達時
間が明らかにｒＴ＋１（ｉ＋Ｉｌ≠Ｔｕｆｆ＋Ｚｌ≠Ｔ
　ｕ　（ｒ　＋３．Ｊであることから、第５図（１１の
ものを正常値とするとそれ以外は総て異常値と判断され
る。

このため、上記従来例においては正常値の採用の確率が
悪（なり、場合によっては３回測定する内の１回のみ若
しくはそれ以下となって測定上無駄が多いばかりでなく
、測定結果に対する信頼性が悪いという不都合があり、
これを補うためには測定時間を長く設定して正常値を多
く検出しなければならなくなり、これがため流速の変化
に対する応答が悪いという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、とく
に、従来より異常データとされていた受信感度の低い多
くの測定値を正常データとして取扱い得るとともに、流
速の変化に迅速に対応して当該流速変化に伴う流量の変
化を直ちに測定することを可能とし、これによって測定
精度の向上及び測定時間の短縮を図ることのできる超音
波流量計の測定値処理方法を提供することを、その目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明では、まず、測定される被測定流体の流
れの順方向及び逆方向における超音波の伝播時間に基づ
いてこれら各超音波の伝播時間差を算出し、この算出さ
れた超音波の伝播時間差に基づいて前記被測定流体の流
量を定める超音波流量測定方法において、前記被測定流
体の流れの順方向と逆方向との超音波の伝播時間差デー
タを記憶するとともに、この記憶された時間差データを
それ以前に記憶された最新の伝播時間差データと比較し
てその差を求める。次に、この新旧の各伝播時間差デー
タの差が予め定めた基準値より小さい場合には、当該最
新の伝播時間差データに係る測定値を正常データとして
採用する。一方、前記新旧の各伝播時間差データの差が
予め定めた基準時間値より大きい場合には、この最新の
伝播時間差データに係る測定データを異常データとして
破棄し、同時に異常データの連続検出回数を計数する。

そして、この異常データの連続検出回数が予め定めた基
準回数値を越えた場合に当該最新の異常データの次に得
られる測定値を正常データとして採用するという手法を
採り、これによって前記目的を達成しようとするもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第５図に基づい
て説明する。

まず、第１図は、管体１内に被測定流体が矢印２の方向
に流動している場合を示す。管体１には、被測定流体２
の上流と下流とに分かれ且つ一定の間隔をおいて、図に
示す如くその上方側と下方側にそれぞれ超音波送受波器
３Ａ、３Ｂが装備されるようになっている。この超音波
送受波器３Ａ。

３Ｂには、その励振信号として送信回路４より送信信号
Ｔが操り返し期間Ｓ毎に交互に送り込まれるようになっ
ている。

即ち、送信回路４は、切換回路５に対して所定周波数の
励振信号Ｔと切換回路５用の切換信号Ｓを出力する機能
を有している。切換回路５は、第２図に示す所定の繰り
返し周期Ｓのタイミングで切換作動し、一方の超音波送
受波器３Ａが送信状態にあるときは他方の超音波送受波
器３Ｂを受信状態に設定するようになっている。管体１
内の斜めの点線Ｐは超音波の伝播経路を示す。

超音波送受波器３Ａ又は３Ｂから送られてくる受信信号
Ｒは、切換回路５を介して受信回路６へ送られる。この
受信回路６は、受信信号Ｒを入力したのちこれを増幅す
るとともに、内蔵する零交差パルス発生部（図示せず）
によってパルス信号Ｒ’、Ｒ”を生成し出力する（第２
図及び第５図（２）参照）。このパルス信号Ｒ’、Ｒ”
は、前述した送信回路４からの出力信号である送信信号
Ｔとともにカウンタ回路７へ入力される。Ｃはカウンタ
回路７の出力を示す。即ち、このカウンタ回路７では、
送信信号Ｔと受信回路６の出力信号Ｒ′。

Ｒ″とにより成るゲート信号によって、まずクロックパ
ルスＣ′が形成され、このクロ・ツクパルスＣ′の計数
値である計数データがカウンタ出力Ｃとして演算回路８
へ出力されるようになっている。

第２図に、これら各信号及びそのタイミングチャー　１
−を示す。

ここでカウンタ出力Ｃは、被測定流体の順方向及び逆方
向の各超音波の伝播時間に係る情報を備えた信号となっ
ている。そして、これらの情報を入力した演算回路８は
、流量の演算のほか、流速及び積算流量等の種々の演算
をなし、しかるのちこれを表示手段４０に出力して表示
し得るようになっている。

前述した演算回路８は、具体的には第３図に示すように
、入出力インタフェース回路（Ｉ／Ｄ　ＩＦＣ）８Ａ、
中央演算装置（ＣＰＵ）　８　Ｂ　、プログラムが書き
込まれている読み出し専用メモリ　（ＲＯＭ）　８　Ｃ
。

データ記ｊ９及びその他命令信号等をメモリする書き込
み、読み出し可能なメモリ　（ＲＡＭ）　８　Ｄ及び演
算の基準となるクロックパルスを出力するクロック発振
器（ＯＳＣ）　８　Ｅ等を主要部としたマイクロコンピ
ュータから成る。そして、この演算回路８は、第１図に
示す機能が付され、カウンタ回路７より出力信号Ｃを入
力し、同時にキーボード９からは演算開始に際して必要
な設定値等を入力して第４図に示すフローチャートに従
い所定の演算をし、その後、表示手段４０にその演算結
果を出力するようになっている。

次に、この演算回路８の具体的な技術思想としての構成
およびその作用について説明する。

第１図において、測定データ入力手段１０に入力される
カウンタ出力Ｃは、被測定流体の順方向の超音波伝播時
間を表す信号Ｔ、（、。１．と、同じく逆方向の超音波
伝播時間を表す信号ＴｕＴｉ＋＋１の両方のデータを有
している。ここで、ｒｉ＝Ｑ、ｌ。

２．３．・・・・・・、に、・・・・・・ｎ」であり、
また（ｉ＋１）は繰り返し周期の（ｉ＋１）番目の超音
波発振及び受信の回数を示す。

このカウンタ出力ＣすなわちＴｄ（、、、、及びＴ　Ｉ
Ｉ　（ｉ。、）は、順方向及び逆方向の繰り返し期間ご
とに入力されて記憶手段１１に記憶される。この記憶手
段１１には伝播時間差算定部１２が併設されている。こ
の伝播時間算定部１２は、記憶手段１１に一時的に記憶
されるデータＴａｔ＝＋Ｉ、とＴ　ｕ　（ｉ’＋　Ｉ　
ｌを読み出してその伝播時間差データΔＴ１．。５．を
算出するようになっている。この伝播時間差データΔＴ
ｔ＝＊＋、は、ＴｄＨ＋１１とＴ　ｕ　（＝　＋　＋１
とが正常データである場合に記憶手段１１に正式に記憶
される。記憶手段１１で記憶されるべき伝播時間差デー
タΔＴ（ｉ。１．は、時間差比較判定手段１３によって
正常データか否かが判断される。ここで正常データと判
断された伝播時間差データΔＴ、ｉ、、、　は、次の伝
播時間差データΔＴ（Ｈｅ２１　又はΔＴ＋ｔ＋ｋ）　
が正常データと判断されるまで正式に記憶手段１１に記
憶される。

時間差比較判定手段１３は、新旧時間差データを比較す
る時間差比較演算部１３Ａと、この時間差比較演算部１
３Ａの出力である新旧伝播時間差データの差に対する正
常か異常かの判定基準値Ｇを出力する基準設定部１３Ｂ
と、基準値Ｇと新旧伝播時間差データの差とを比較して
後述する所定の制御信号を出力する比較判定部１３Ｃと
により構成されている。

これを更に詳述すると、まず時間差比較演算部１３Ａは
、記憶手段１１で記憶されるべき伝播時間差データΔＴ
＋ｉ＋１．がそれ以前に記憶手段１１に記憶されている
正常データΔＴ１４．とほぼ等しいか否かを比較する。

このため、時間差比較演算部１３Ａは、前記記憶手段１
１から当該伝播時間差データΔＴＢ＋１）　　とそれ以
前に記憶されている伝播時間差データΔＴ３．〉　とを
読み出して両者を比較し、その差を比較判定部１３Ｃへ
出力する。

比較判定部１３Ｃは、時間差比較演算部１３Ａでの演算
結果［１ΔＴ（ｉ。、）−ΔＴ＋ｔ＋ｌＪを基準値設定
部１３Ｂから入力される基準値Ｇと比較し、ｊΔＴ　Ｈ
ｅ１１−ΔＴ＜＝、ｌ≧Ｇ のときは異常データとしてΔＴ＋Ｌ、ｎ　の書き込みを
中止せしめる゛書き込み中止信号を記憶手段１１に出力
するとともに、後述する異常値用のカウンタ２ＯＡを歩
進せしめる歩進信号を出力する機能を有している。また
、この比較判定部１３Ｃは、時間差比較演算部１１Ａで
の演算結果が基準値Ｇより小のとき、即ち １ΔＴ＋ｔ−ｎ−ΔＴ＋ｔ＋ｌ＜Ｇ のときは正常データとしてΔＴ１．。Ｉ、の書き込みを
指令するための記憶指令信号を記憶手段１１へ出力し、
同時に、異常値用のカウンタ２ＯＡに対するクリア信号
及び流速流量演算部３０に対する演算指令信号を各々出
力する機能を有している。

さらに、比較判定部１３Ｃは、外部からの指令によって
基準値ＧをＧ′若しくは（、ＩＩに自動変更する機能を
も有している（但し、ｃ　＜　ｃ　Ｉ　＜　ｃ　ＩＩ　
）。

時間差比較判定手段１３の比較判定部１３Ｃに、流速変
化判定手段２０が併設されている。この流速変化判定手
段２０は、異常値の連続検出回数を計数するカウンタ２
０Ａと、このカウンタ２ＯＡの計数値が基準回数値Ｈを
越えた場合に当該最新の異常データの次に得られる測定
値を流速変化に伴う正常データとして記憶するために、
基準値ＧをＧ′又はＧ　ＩＩに変更するための基準値変
更指令を前記比較判定部１３Ｃに対し出力するとともに
。

前記カウンタ２０Ａにクリア信号を出力する異常回数比
較部２０Ｂと、この異常回数比較部２０Ｂに基準回数値
Ｈに係る信号を送り込む基準回数設定部２０Ｃとにより
構成されている。

流速流量演算部３０は、前記時間差比較判定手段１３か
ら演算指令信号が出力された場合に作動し、記憶手段１
１から送り込まれる伝播時間差データに基づいて直ちに
所定の演算を開始し、当該伝播時間差データΔＴ（１＋
１１等に係る流速および流量等を算出し、その結果を表
示手段４０に出力して表示せしめる機能を有している。

次に、第４図に示すフローチャートに基づいて、前述し
た演算回路８の全体的動作について説明する。

まず、ステップ２００においては、第１図に示す測定デ
ータ入力手段１０にてカウンタ出力Ｃ即ち順方向及び逆
方向の各測定データＴａ（ｉ。、。

Ｔｕｆｉ４１＋を入力し、次にステップ２０２で、入力
データＴ、、、。＋１＋Ｔｕ（□。１．から伝播時間差
ΔＴ（ｉ。１〉を算出しステップ２０４に進む。

ステップ２０４では、この伝播時間差ΔＴ（ｉｌｌ）と
前回の処理により記憶手段１１に（実際にはＲＡＭ８Ｄ
）に記憶された伝播時間差ΔＴｅａ＞　　とを比較して
その差を求め、その差即ち「１ΔＴ（ｉ。１゜−ΔＴ＋
＝＋ｌＪが予めキーボード９　（第３図参照）から入力
され設定される基準値Ｇと比較される。

そして、前述した如く、新旧の伝播時間差データの差が
基準値Ｇより小さい場合には当該最新の伝播時間差デー
タに係る測定値を正常データと判断しステップ２０６へ
進み、一方、それ以外の場合はすべて異常データと判断
してステップ２４０へ進む。

このため、入力したデータΔＴｄＬｉ。１．とΔＴ　ｕ
　（ｉ。１．そのものがそれ以前に入力されたデータΔ
Ｔｄ（ｉ）及びΔＴｕ（ｉ）と著しく異なっていても、
本実施例ではその差ΔＴ＋ｉ＋ｎ　に著しい変化がない
限りすべて正常データとして取り扱い、これがため測定
データの内の正常データとしての採用確率が著しく多く
なり、測定精度の向上及び測定時間の短縮を充分に図り
得るという利点が生じている。

即ち、入力データが、ステップ２０４で正常データと判
断されると、ステップ２０６では入力データＴ　ｄ　（
ｉｌｌ）　＋　Ｔｕ　（ｉｌｌ）を記憶（ＲＡＭ８Ｄに
書き込み）してステップ２０日へ進み、このステップ２
０８で、前述した如く異常データの連続測定回数を計数
するカウンタ２ＯＡのカウントＫをｒＫ＝ＯＪとし、そ
の後ステップ２１０にてΔＴ（ｔｅｌ）を記憶する。そ
して、ステップ２１２ないしステップ２１６にて、当Ｊ
亥データΔＴ（ｆや、）に基づいて流速及び流量を算出
してこれを補正し、続いて全体の積算流量を計算する等
の処理のデータ処理が成される。これら各ステップで処
理された信号はステップ２１８にて表示手段４０を駆動
表示するために使用され、これによって正常データとさ
れた場合の一サイクルが終了する。以下同様のことが繰
り返される。

一方、入力データが異常データと判断されると、当該入
力データは記１．αされることなくステップ２４０に進
み、異常データの回数カウントＫに１を加え（Ｋ＝に＋
１．初期値に＝０）　、その後、ステップ２４２へ進む
。

このステップ２４２では、異常データの連続計数値即ち
カウント数Ｋが基準回数設定部２’ＯＣ（具体的にはキ
ーボード９）により設定された基準値Ｈより大きいか否
かが判断される。ここで、ｒＫ＜ＨＪであればステップ
２００へ戻り、次の伝播時間に係るデータＴ　４　（１
＊ＨＩ　Ｔ　ｇ　（１、ｚ）を入力する。一方、ｒＫ＞
ＨＪであればそのままステップ２４４に進む。このステ
ップ２４４では、伝播時間差データΔＴＢ＋＋１を前記
記憶手段１１　（ＲＡＭ８Ｄ）に書き込んだのちステッ
プ２４６に進む。このステップ２４６では異常値用のカ
ウント数ＫをｒＫ＝ＯＪとし、次のステップ２４８で比
較判定部１３Ｂ（第１図参照）内における伝播時間差基
準値ＧをＧ’　　（但しＧ’　＞Ｇ）と設定し、ステッ
プ２００へ戻る。これにより、次に入力されるデータＴ
ｄ（ｉ。２）ｌ　Ｔｕ＋ｔ＋ｚ＋を、流速変化に伴う正
常データとして処理し得る状態が設定される。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によると、被測定流体の流れの順
方向と逆方向との超音波の伝播時間差を求め、その伝播
時間差データを記憶するとともに、この記憶された時間
差データをそれ以前に記憶された最新の伝播時間差デー
タと比較してその差を求め、その結果、新旧の伝播時間
差データの差が予め定めた基準値よりも小さい場合に当
該最新の伝播時間差データに係る測定値を正常データと
して採用するとしたことから、受信信号の全体（順方向
と逆方向）の感度が低下して順方向と逆方向の各受信時
間が同時にづれた場合であっても、その時間差が通常の
受信感度時の場合と大幅なづれがない限りこれを正常デ
ータとして採り入れるようになっている。このため、従
来ではすべて一律に異常データとして扱っていた「感度
低下に伴う検出時間のづれた受信信号」であっても、そ
のほとんどを正常データとして有効なものとして取り扱
うことができ、従って、気泡を多く含んだ管体内の流速
及び流量の測定に際しても、気泡の全くない場合と同様
に充分にこれに対応することができるという利点がある
。また、新旧の時間差データの差が、予め定めた基準値
よりも大きい場合には、この最新の伝播時間差データに
係る測定データを異常データとして破棄するとしたこと
から、順方向と逆方向の超音波の伝播時間が大幅に異な
るものについては個々にチェックすることなく異常デー
タとして破棄することとなり、この結果、本来的に異常
性を帯びた測定データの採用を完全に排除することがで
きる。更に、前記異常データが連続して検出される場合
には予め連続検出回数を計数し、この異常データの連続
検出回数が予め定めた基準回数を越えた場合には当該最
新の異常データの次に得られる測定値を流速変化に伴う
正常データとして採用するとしたことから、例えば気泡
の多い管体内の流速変化であっても、これを有効に検知
してその流速及び流量の変化として算出することができ
るという従来にない優れた超音波流量計の測定値処理方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を含む超音波流量計の全体的
構成を示すブロック図、第２図は第１図の切換信号及び
送受信信号等のタイミングを示す説明図、第３図は第１
の演算回路部分のハード構成を示すブロック図、第４図
は第１図の演算回路部分の信号処理の手順を示すフロー
チャート・第５図（１）　（２）　（３）　（４１は各
々検出された各種受信波形の具体例及びそれに伴う受信
信号の発生との関係等を示す説明図である。 １１・・・・・・記憶手段、１２・・・・・・伝播時間
差算定部、１３Ａ・・・・・・時間差比較演算部、１３
Ｂ・・・・・・基準値設定部、１３Ｃ・・・・・・比較
判定部、２０Ａ・・・・・・カウンタ、２０Ｂ・・・・
・・異常回数比較部、２０Ｃ・・・・・・基準回数設定
部。 特許出願人　　株式会社　東　京　計　器第１ｖＡ 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、測定される被測定流体の流れの順方向及び逆方
   向における超音波の伝播時間に基づいてこれら各超音波
   の伝播時間差を算出し、この算出された超音波の伝播時
   間差に基づいて前記被測定流体の流量を定める超音波流
   量測定方法において、前記被測定流体の流れの順方向と
   逆方向との超音波の伝播時間差データを記憶し、この記
   憶された時間差データをそれ以前に記憶された最新の伝
   播時間差データと比較してその差を求め、 次に、この新旧の各伝播時間差データの差が予め定めた
   基準時間値より小さい場合には、当該最新の伝播時間差
   データに係る測定値を正常データとして採用するととも
   に、前記新旧の各伝播時間差データの差が予め定めた基
   準値より大きい場合には、この最新の伝播時間差データ
   に係る測定データを異常データとして破棄すると同時に
   異常データの連続検出回数を計数し、この異常データの
   連続検出回数が予め定めた基準回数を越えた場合に当該
   最新の異常データの次に得られる測定値を流速変化に伴
   う正常データとして採用することを特徴とした超音波流
   量計の測定値処理方法。