JPS6258117A - 超音波流速計 - Google Patents

超音波流速計

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JPS6258117A
JPS6258117A JP60197374A JP19737485A JPS6258117A JP S6258117 A JPS6258117 A JP S6258117A JP 60197374 A JP60197374 A JP 60197374A JP 19737485 A JP19737485 A JP 19737485A JP S6258117 A JPS6258117 A JP S6258117A
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JP
Japan
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fluid
circuit
frequency
output
ultrasonic
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JP60197374A
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Taichi Komachi
小町 太一
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Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokyo Keiki Co Ltd
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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】 a、産業上の利用分野 本発明は連続超音波を用いた位相差式超音波流速計に関
し、特に被測定流体の音速の影響をなくした超音波流速
計に関する。
b、従来の技術 本発明者によって特願昭58−137012号にて既に
提案しており、第3図はこの従来の連続超音波を用いた
位相差式超音波流速計の一例を示すブロック図である。
同図において、送信又は受信用としての超音波トランス
デユーサUS、と受信又は送信用としての超音波トラン
スデユーサUS、は、流体が矢印の方向に流速Vで流れ
る管Pの管壁に互いに対向しないように、距離りを隔て
て付設されている。一方、超音波のための周波数発振器
OSCからの発振電気信号はカウンタ回路CNT+で分
周され、そのひとつの出力をゲート回路GAT lの制
御信号としてゲートの開閉動作を行わせ、一定時間間隔
で前記発振器OSCの出力を通過させる。このゲートを
通過した発振器OSCの出力は超音波送信回路T、で増
幅され、送・受信切換えスイッチS−を経由して前記超
音波トランスデユーサUSl又はUS、に送られる。こ
の2個の超音波トランスデユーサUS、、 US2は一
方が送信機能を果すときは、他方が受信の機能を果し、
その機能は前記送・受信切換えスイッチSWを前記カウ
ンタ回路CNT 、のもうひとつの出力によって周期的
に繰返し切換えられる。
流体中を流速の方向に対して順方向または逆方向に伝播
した超音波は超音波トランスデユーサで検出され、その
受信信号は上記送・受信切換えスイッチSWを経由して
超音波受信回路しで増幅される。前記超音波受信回路R
,の出力は矩形波化回路四2において矩形波に波形整形
される。
前記発振器OSC及び矩形波化回路のRti、の出力は
それぞれカウンタ回路CNT、、 CNT2でCNT 
、と同期して分周された後、位相差検出回路PHDで位
相差が検出される。上記位相差検出回路PHDは、例え
ば排他的論理和回路で構成することができる。
位相差検出器PHI)の出力は位相差/電圧変換回路P
VTにおいて電圧信号に変換され、超音波伝播方向が流
体の流速の方向に対して順方向のときと逆方向のときの
該信号の値がそれぞれサンプルホールド回路S/HIと
SiH2で保持される。
サンプルホールド回路S/H、とS/H,の保持内容の
和が加算回路ADDで計算され、その和が一定になるよ
うに前記発振器OSCの発振周波数fが慣用の方法で制
御され(負帰還) 、f/cを一定にし、送信受信の関
係を一定に保持されるようにした。
他方、サンプルホールド回路S/H、とSiH2の保持
内容の差を減算回路SBTで計算し、その出力は流体の
流速に比例するものとして流速測定に使用している。
C0発明が解決しようとする問題点 第3図において、超音波伝播が流体の流速方向に対して
順方向のときと逆方向のときの位相φ5.φ2はそれぞ
れ次のようである。(発振器の発振周波数fの角速度を
ωとする) C+V     C2 今、v”<(Zとすると ωL         v         π上記位
相φ1. φ2を位相に比例した電圧v、、 V!にそ
れぞれ変換すると(Eを比例定数とする)となる。そこ
で、この電圧の和から v、+v2E が一定になるように発振器O8Cの発振周波数fを制御
し、流体の流速Cの影響を受けないように構成すると、
f/cは一定となり シ1〜シz=に’  −−・−・す・(3)(Kは比例
定数とする) となる。v < Cのときは前記従来の技術の項で述べ
た通り減算回路SBTの出力は流体の流速に比例するも
のとして取扱えるが流速をより精度よく測定する場合や
、V<Cでなくv”<C2の場合における超音波流速計
にあっては前記(3)式よりその出力はν/Cに比例す
るため流体の音速Cの影響を受けるという問題点があっ
た。
d0問題点を解決するための手段 本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前
記問題点を解消し、流体の流速測定に際し流体中の音速
の影響を受けない超音波流速計を提供するにある。
上記目的を達成するための本発明の構成は送信用超音波
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、前記両トランスデユーサ間の
距離と流体中を伝播する超音波の位相変化から流体の流
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検出する順
方向位相差検出手段と、流速と逆方向に伝播する超音波
の位相変化を検出する逆方向位相差検出手段と、前記位
相変化き和と差をそれぞれアナログ信号に変換するアナ
ログ信号変換手段と、前記送信用超音波トランスデユー
サに信号を送る送信用発振器の周波数を制御して前記位
相変化の和を一定にするための帰還手段と、前記位相変
化の差に比例した時間の間送信発振器の出力信号を通過
させるゲート手段と、前記ゲートを通過する前記発振器
の信号波を計数表示する計数表示手段とを具備したこと
を特徴とする。
e、実施例 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すものであり、これは第
3図の従来の連続超音波を用いた位相差式超音波流速計
のブロック図に、電圧/周波数変換回路V/F、  ゲ
ート回路cA’rz、  カウンタ回路CNT:+、 
 ラッチ回路LAT、  表示装置IND、  ディジ
タル/アナログ変換回路D/A、  電圧/電流変換回
路V/Iを付加したものである。従って、前記付加以前
のブロック図の説明は重複するので省略する。
第1図において、減算回路SBTからの出力電圧は電圧
/周波数変換回路V/Fを介し周波数に変換され、ゲー
ト回路cArtにゲート制御信号として入力される。
又、このゲート回路GAT2には送信用の周波数発振器
OSCからの発−振出力が廟波数逓倍又は分周され(周
波数逓倍回路又は分周回路は図示せず)、又はそのまま
入力される。
減算回路SBTからのり/c(vは流体の流速、Cは流
体中の音速)に比例した出力電圧は電圧/周波数変換回
路V/Fによって、この出力電圧に比例した周波数に変
換してゲート回路GATzに入力され、周波数に比例す
るゲート幅を作る。すなわち、減算回路SBTからの出
力電圧に比例したゲート幅を作る。そして、そのゲート
幅の間を通過させたf/cが一定の送信周波数fの発振
器出力をVに比例した信号波の積算用出力とし、又、カ
ウンタ回路CNT3で信号波を積算計数しディジタル出
力として表示装置INDに表示する。
ラッチ回路LATは表示装置に表示するディジタル信号
を繰返し期間、保持する回路であり、その繰返し周期に
ついては電圧/周波数変換回路V/F 、  カウンタ
回路CNT 3及び送・受信切換スイッチS−等と共に
前記カウンタ回路CNT、の出力によっ制御され、繰返
し計測が行われる。
また、カウンタ回路CNT3からのディジタル出力はデ
ィジタル/アナログ変換回路D/Aを介してVに比例し
たアナログ電圧出力としたり、更にその出力を電圧/電
流変換回路V/Iを介してVに比例した電流出力として
使用するようにしたものである。
次に上記構成による実施例において、ゲート回路GAT
2からの出力が流体中の音速Cに影響されない理由を述
べる。
上記ゲート回路GATZにおいて、減算回路SBTから
のv/cに比例した出力信号に基づいて、これに比例し
たゲート幅を作り、かつゲートの開閉動作を行わせる。
一方、周波数制御されてf/cか一定となる送信周波数
fの発振器OSCの出力をこのゲート回路carzに入
力させ、上記ゲート幅の間、ゲートを開いて発振器OS
Cの発振出力を通過させたときその波の計数値は、v/
cに比例した信号値と送信周波数fとの積を表すことに
なる。すなわちゲート回路cArtの出力は次のように
なる。
(K    )  X(f)  =K −v  =K 
 ’  vここで K’=に一=一定 C。
従って、上記出力は流体の流速Vのみに比例し、Cには
無関係となるため流体の音速の影響を受けないことにな
る。
本実施例において、減算回路SBTからのv/cに比例
したゲート幅を作るための電圧/周波数変換回路V/F
に使用した具体的回路を第2図に示す。第2図において
、vFCは電圧/周波数コンバータ、AMPは動作増幅
器、R8〜R#は抵抗器、VRは可変抵抗器、eは直流
電圧で、入力端子に減算回路SBTからの出力電圧V 
(V/C1を加えると電圧/周波数コンバータVFCの
入力端には−6+ V (V/C)を入力され、その出
力端子には、V (V/C)に比例した周波数の出力信
号が出力される。
なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定さ
れるものではなく同様な機能を果す他の態様の手段にも
適用される。
f、効果 以上の説明から明らかなように本発明によれば、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、前記両トランスデユー
サ間の距離と流体中を伝播する超音波の位相変化から流
体の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検出する順
方向位相差検出手段と、流速と逆方向に伝播する超音波
の位相変化を検出する逆方向位相差検出手段と、前記位
相変化の和と差をそれぞれアナログ信号に変換するアナ
ログ信号変換手段と、前記送信用超音波トランスデユー
サに信号を送る送信用発振器の周波数を制御して前記位
相変化の和を一定にするための帰還手段と、前記位相変
化の差に比例した時間の間、送信発振器の出力信号を通
過させるゲート手段と、前記ゲートを通過する前記発振
器の信号波を計数表示する計数表示手段とを具備したの
で流体の流速測定に際し流体中の音速の影響を受けない
で流速に比例した出力が得られる効果があると共に高精
度な流速測定に好適である。
更に、コンピュータを使用しないで、簡単な回路から構
成できるため安価で、保守も容易である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す連続超音波を用いた位
相差式超音波流速計のブロック図、第2図は電圧/周波
数変換回路に使用した回路図、第3図は従来の位相差式
超音波流速計のブロック図である。 P・・・管、 US、、 US2・・・超音波トランスデユーサ、OS
C・・・送信用周波数発振器、 PIID・・・位相差検出回路、 PνT・・・位相差/電圧変換回路、 S/HI、 S/Hz・・・サンプルホールド回路、S
BT・・・減算回路、 V/F・・・電圧/周波数変換回路、 GAT2・・・ゲート回路、   CNT3・・・カウ
ンタ回路、IND・・・表示装置、    LAT・・
・ラッチ回路。 第2図 第3F71 手続補正書(餞) 昭和60年10月18日 1、事件の表示 昭和60年特許願第197374号 2、発明の名称 超音波流速計 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称  (338)  株式会社 東 京 計 器4、
代理人 〒107 (ほか2名) 5、補正の対象   明細書の「発明の詳細な説明」の
欄。 6、補正の内容   別紙のとおり 補正の内容 (1)  明細書第4頁第6行に、r f / cを一
定にし、」とあるのを「f/c (ただし、Cは流体の
音速とする)を一定にし、」に訂正する。 (2)同第5頁の下から第6行に、「流体の流速Cの影
響を・・・・−・−」とあるのを「流体の音速Cの影響
を−・・・・・−」に訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 送信用超音波トランスデューサと受信用超音波トランス
    デューサとを対向しないように配置し、前記両トランス
    デューサ間の距離と流体中を伝播する超音波の位相変化
    から流体の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検出する順
    方向位相差検出手段と、流速と逆方向に伝播する超音波
    の位相変化を検出する逆方向位相差検出手段と、前記位
    相変化の和と差をそれぞれアナログ信号に変換するアナ
    ログ信号変換手段と、前記送信用超音波トランスデュー
    サに信号を送る発振器の周波数を制御して前記位相変化
    の和を一定にするための帰還手段と、前記位相変化の差
    に比例した時間に前記発振器の出力信号を通過させるゲ
    ート手段と、前記ゲートを通過する前記発振器の信号波
    を計数表示する計数表示手段とを具備した超音波流速計
JP60197374A 1985-09-06 1985-09-06 超音波流速計 Granted JPS6258117A (ja)

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JPH0545124B2 JPH0545124B2 (ja) 1993-07-08

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100797128B1 (ko) * 2000-12-27 2008-01-22 사파스고교 가부시키가이샤 유량 측정 방법, 초음파 유량계, 유속 측정 방법, 온도또는 압력의 측정 방법 및 초음파 온도·압력계

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6029616A (ja) * 1983-07-27 1985-02-15 Tokyo Keiki Co Ltd 超音波流速計

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