WO2011083766A1 - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2011083766A1 WO2011083766A1 PCT/JP2011/000028 JP2011000028W WO2011083766A1 WO 2011083766 A1 WO2011083766 A1 WO 2011083766A1 JP 2011000028 W JP2011000028 W JP 2011000028W WO 2011083766 A1 WO2011083766 A1 WO 2011083766A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- propagation time
- ultrasonic
- measured
- correction value
- correction
- Prior art date
Links
Images
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
- G01F1/668—Compensating or correcting for variations in velocity of sound
-
- 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
Definitions
- the present invention relates to an ultrasonic flowmeter that measures the propagation time of ultrasonic waves using a pair of ultrasonic transducers capable of transmitting and receiving and measures the flow rate of a fluid to be measured.
- the ultrasonic propagation time measurement method used in conventional ultrasonic flowmeters is a method in which a pair of ultrasonic transducers capable of transmitting and receiving are arranged facing each other and one ultrasonic transducer is driven by a burst signal.
- the ultrasonic waves were transmitted and received and measured by the other ultrasonic transducer (see, for example, Patent Document 1).
- FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional ultrasonic flowmeter
- FIG. 4 shows a drive waveform of a transmission-side ultrasonic transducer and a reception waveform received by a reception-side ultrasonic transducer.
- the conventional ultrasonic flowmeter starts with an ultrasonic transducer 2 installed in a measurement flow channel 1 through which a fluid flows, a drive circuit 3 that drives the ultrasonic transducer 2, and a drive circuit 3.
- a control unit 4 that outputs a signal
- a propagation time measurement unit 5 that measures the propagation time of ultrasonic waves
- an ultrasonic transducer 7 that receives ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transducer 2, and an output of the ultrasonic transducer 7
- a reception detection circuit 15 that stops the propagation time measurement unit 5 when the magnitude relation is inverted by comparing the output of the amplifier 6 with a reference voltage.
- the propagation time of the ultrasonic wave from the upstream side to the downstream side of the measurement channel 1 and the propagation time from the downstream side to the upstream side are measured.
- a switch 8 is provided so that measurement can be performed.
- the horizontal axis indicates time
- the vertical axis indicates voltage
- T0 indicates the start point of the drive waveform W1
- T1 indicates the end point of the third wave after the start of drive.
- R0 indicates the reception start time
- R1 indicates the third wave end time after the reception starts.
- the ultrasonic propagation time can be measured, and the flow rate is calculated by measuring the flow velocity of the fluid using the propagation time.
- the start time T0 and the reception start time R0 of the drive waveform W1 can be indirectly measured by using the m-th wave end point R1. .
- the measurement accuracy is actually improved by receiving the reflected wave.
- the following principle will be described.
- the reception delay time measuring means provided in the propagation time measuring unit 5 transmits ultrasonic waves from the transmission side ultrasonic transducer using the drive waveform W1, and until the reception side ultrasonic transducer receives the first received waveform W2.
- the time Tp is measured.
- a time Tp2 until the reception side ultrasonic transducer receives the second received waveform W4 after being reflected once by the reception side ultrasonic transducer and the transmission side ultrasonic transducer is measured. That is, the ultrasonic wave reflected by the reception-side ultrasonic transducer reaches the transmission-side ultrasonic transducer as a waveform W3, and is further reflected by the transmission-side ultrasonic transducer and received as a reception waveform W4.
- the true propagation time Tp0 that is not affected by the shape of the received waveform or the like can be obtained from the following equation (Equation 1). It is possible to prevent deterioration in measurement accuracy due to an error from the true propagation time caused by a change in the received waveform due to a temperature change and a reflected wave in the measurement channel.
- the present invention solves the above-described conventional problems, and by measuring the correction value of the error from the true propagation time in advance for each propagation time, the ultrasonic flow rate with improved measurement accuracy and reduced current consumption.
- the purpose is to provide a total.
- an ultrasonic flowmeter of the present invention includes a measurement flow channel through which a fluid to be measured flows and a pair of ultrasonic transducers capable of transmitting and receiving an ultrasonic signal disposed in the measurement flow channel.
- a propagation time measurement unit that measures a propagation time until an ultrasonic signal transmitted from one ultrasonic transducer propagates through a fluid to be measured and is received by the other ultrasonic transducer; and the propagation
- a propagation time correction unit that corrects the propagation time measured by the time measurement unit to calculate a corrected propagation time; and a control unit that obtains a flow rate of the fluid to be measured by calculation from the corrected propagation time.
- a correction value calculating means for calculating a correction value for correcting the propagation time measured by the propagation time measuring unit based on the true propagation time measured in advance under a predetermined condition.
- the correction value for each propagation time is calculated based on the true propagation time measured in advance. Measurement is possible.
- the ultrasonic flowmeter of the present invention can always calculate an accurate ultrasonic wave propagation time without being affected by variations in ultrasonic transducers, temperature changes, and reflected waves in the flow path, it requires less consumption.
- An ultrasonic flow meter with very high accuracy can be realized with current.
- the first invention is transmitted from a measurement channel through which a fluid to be measured flows, a pair of ultrasonic transducers capable of transmitting and receiving ultrasonic signals arranged in the measurement channel, and one of the ultrasonic transducers
- a propagation time measurement unit that measures the propagation time until the ultrasonic signal propagates through the fluid to be measured and is received by the other ultrasonic transducer, and the propagation time measured by the propagation time measurement unit is corrected and corrected.
- a propagation time correction unit that calculates a propagation time; and a control unit that obtains a flow rate of the fluid to be measured by calculation from the corrected propagation time, and the propagation time correction unit calculates a true propagation time measured in advance under a predetermined condition.
- a measurement flow path through which a fluid to be measured flows, a pair of ultrasonic transducers capable of transmitting and receiving ultrasonic signals arranged in the measurement flow channel, and one of the ultrasonic transducers are transmitted.
- a propagation time measurement unit that measures the propagation time until the ultrasonic signal propagates through the fluid to be measured and is received by the other ultrasonic transducer, and the propagation time measured by the propagation time measurement unit is corrected and corrected.
- a propagation time correction unit that calculates a propagation time; and a control unit that obtains a flow rate of the fluid to be measured by calculation from the corrected propagation time, and the propagation time correction unit calculates a true propagation time measured in advance under a predetermined condition.
- a correction value calculation unit that calculates a correction value for correcting the propagation time measured by the propagation time measurement unit for each propagation time, and a storage unit that stores the correction value calculated by the correction value calculation unit And the storage means is stored.
- a correction value selection means for selecting a correction value according to the propagation time measured by the propagation time measurement unit from the correction value, it becomes possible to calculate the flow rate at the true propagation time, and the measurement accuracy of the ultrasonic flowmeter Can be improved.
- the fluid to be measured is a gas
- the correction value calculation means is a true value measured by changing the temperature with a constant gas type as a predetermined condition. Based on the propagation time, it is possible to calculate the correction value for each propagation time when fixing the gas type by calculating the relationship between the propagation time at any temperature and the correction value. Therefore, even when the temperature changes, the measurement accuracy of the ultrasonic flowmeter can be improved.
- the fluid to be measured is a gas
- the correction value calculation means is a true value measured by changing the gas type with a constant temperature as a predetermined condition. Based on the propagation time, it is possible to calculate the correction value for each propagation time when the temperature is fixed by calculating the relationship between the propagation time and correction value for any gas type. Therefore, even when the temperature changes, the measurement accuracy of the ultrasonic flowmeter can be improved.
- the correction value calculation means calculates a correction value when the flow rate of the fluid to be measured is zero, and calculates the correction value.
- the current consumption can be reduced by implementing the timing when the flow rate is not flowing.
- FIG. 1 shows a configuration diagram of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention.
- the ultrasonic flowmeter of the present embodiment includes ultrasonic transducers 2 and 7 installed in a measurement channel 1 through which a fluid flows, and a drive circuit 3 that drives the ultrasonic transducers 2 and 7.
- the control unit 4 that outputs a start signal to the drive circuit 3, the propagation time measurement unit 5 that measures the propagation time of the ultrasonic wave, the propagation time correction unit 11 that corrects the propagation time, and the ultrasonic transducers 2 and 7
- an selector switch 8 for switching transmission / reception between the ultrasonic transducer 7 on the upstream side and the ultrasonic transducer 2 on the downstream side.
- This ultrasonic flowmeter transmits ultrasonic waves from the ultrasonic transducer 2 by switching one of the ultrasonic transducers 2 and 7 to the transmission side and the other to the reception side by the changeover switch 8 to transmit the ultrasonic transducer 7. It is possible to measure the propagation time at the time of reception by the ultrasonic transducer 7 and the propagation time at the time of transmitting the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer 7 and receiving it by the ultrasonic transducer 2.
- the propagation time correction unit 11 includes a correction value calculation unit 9 that calculates an appropriate correction value for each temperature and gas type, and is measured by the propagation time measurement unit 5 from the correction value calculated by the correction value calculation unit 9. The corrected propagation time obtained by correcting the propagation time is calculated.
- the correction value calculation means 9 calculates an appropriate correction value for each gas type that is a fluid to be measured, the characteristics of the ultrasonic transducers vary and the ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic transducer on the transmission side before propagation.
- a correction value that takes into account an error from the propagation time can be calculated for each propagation time.
- the correction value calculation means 9 calculates the correction value from the propagation time when the flow rate is actually measured, and calculates the true propagation time by correcting the propagation time measured by the propagation time measurement unit 5.
- the correction value calculation means 9 is an arithmetic expression that can calculate a correction value from the relationship between the true propagation time measured by the method using (Expression 1) described in the background art and the propagation time Tp0 shown in FIG. It is also possible to ask for. As a result, in the normal measurement, it is possible to calculate the correction propagation time by measuring the propagation time T0p by measuring the propagation time T0p without measuring the reflected wave.
- the propagation time correction unit 11 corrects the propagation time by the correction value calculation means 9 calculating the correction value based on the propagation time measured by the propagation time measurement unit 5. It has. As a result, the characteristics of the ultrasonic transducers vary, the delay from the transmission of ultrasonic waves from the transmitting ultrasonic transducer to the start of propagation time measurement, and the arrival of ultrasonic waves at the receiving ultrasonic transducer Then, it is possible to correct an influence such as a delay until it is detected that the signal is received by the reception detection circuit and a combination of a received wave and a reflected wave.
- FIG. 2 shows a configuration diagram of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention.
- the basic configuration is the same as that of the first embodiment.
- the difference is that the propagation time correction unit 12 calculates an appropriate correction value for each temperature and gas type, and a storage unit 14 for storing the correction value calculated by the correction value calculation unit 9.
- the correction value selection unit 10 selects a correction value suitable for the propagation time from among the correction values stored in the storage unit 14, and the propagation time is corrected using the selected correction value.
- the correction value calculation means 9 that calculates an appropriate correction value for each gas type starts propagation time measurement after transmitting ultrasonic waves from the variation in characteristics of the ultrasonic transducers or from the ultrasonic transducer on the transmission side. Delay between the time when the ultrasonic wave reaches the ultrasonic transducer on the receiving side and the time when it is detected as received by the reception detection circuit, and the error from the true propagation time caused by the combination of the received wave and the reflected wave Is calculated for each propagation time and stored in the storage means 14. Then, the correction value selection means 10 selects a suitable correction value from the propagation time when the flow rate is actually measured, and calculates the true propagation time by performing correction.
- the correction value calculation means 9 calculates a correction value from the relationship between the true propagation time measured by the method using (Equation 1) described in the background art and the propagation time Tp0 shown in FIG.
- the means 14 can store the correction value for each propagation time, and the correction value selection means 10 can select the correction value according to the measured propagation time.
- the correction value selection means 10 can select the correction value according to the measured propagation time.
- the correction value calculation unit 9 that calculates the correction value of the propagation time and the correction value that matches the propagation time measured by the propagation time measurement unit 5.
- a correction value selection means 10 for selecting.
- the characteristics of the ultrasonic transducers vary, the delay from the transmission of ultrasonic waves from the transmitting ultrasonic transducer to the start of propagation time measurement, and the arrival of ultrasonic waves at the receiving ultrasonic transducer Then, it is possible to correct an influence such as a delay until it is detected that the signal is received by the reception detection circuit and a combination of a received wave and a reflected wave.
- correction value calculation means 9 calculates the correction value when the flow rate is not flowing, so that the measurement accuracy can be increased with low power consumption.
- correction value calculating means 9 is configured to calculate the relationship between the temperature and the correction value by fixing the gas type and changing the temperature by two or more points, the correction is made for each temperature, and therefore the temperature changes. Can improve the measurement accuracy of the ultrasonic flowmeter.
- the ultrasonic flowmeter can measure even when the gas type changes. The accuracy can be increased.
- the ultrasonic flowmeter according to the present invention performs correction every propagation time, there is no need to consider the characteristics of the ultrasonic transducer and the influence of reflected waves, and the ultrasonic propagation time is always accurate. Therefore, it is possible to realize a highly accurate ultrasonic flowmeter, and therefore, it can be applied to a flow measurement standard device, a gas meter, a water meter, and the like.
Abstract
超音波振動子の特性のバラツキや温度変化による受信波形の変化よる真の伝搬時間との誤差を補正し、超音波流量計の計測精度を向上させること。 超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子２、７と、超音波振動子２から送信された超音波が超音波振動子７に受信するまでの伝搬時間を計測する伝搬時間測定部５と、伝達時間から流量を求める制御部４と、超音波振動子の特性のバラツキや送信側の超音波振動子から超音波を送信してから伝搬時間計測を開始するまでの遅れや、受信側の超音波振動子に超音波が到達してから受信検知回路で受信したと検知するまでの遅れや、受信波と反射波の合成により生じる真の伝搬時間との誤差を加味した補正値を算出する補正算出手段と、補正値算出手段により算出された補正値から、伝搬時間に適合する補正値を選択する補正値選択手段１０と、伝搬時間を補正する伝搬時間補正部１１を備える。
Description
本発明は、一対の送受信可能な超音波振動子を用いて超音波の伝搬時間を計測し、被測定流体の流量を計測する超音波流量計に関するものである。
従来の超音波流量計に用いられている超音波伝搬時間の測定方法は、一対の送受信可能な超音波振動子を対向して配置し、一方の超音波振動子をバ－スト信号で駆動し、超音波を送信し、他方の超音波振動子で受信し測定していた（例えば、特許文献１参照）。図３は、従来の超音波流量計の構成図であり、図４は、送信側の超音波振動子の駆動波形と、受信側の超音波振動子で受信した受信波形を示している。
図３に示すように、従来の超音波流量計は、流体の流れる測定流路１に設置した超音波振動子２と、超音波振動子２を駆動する駆動回路３と、駆動回路３にスタート信号を出力する制御部４と、超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部５と、超音波振動子２から送信した超音波を受ける超音波振動子７と、超音波振動子７の出力を増幅するアンプ６と、アンプ６の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転したときに伝搬時間測定部５を停止させる受信検知回路１５から構成されている。また、音速に対する温度の影響を無視できるように伝搬時間逆数差法を用いるために、測定流路１の上流側から下流側への超音波の伝搬時間と下流側から上流側への伝搬時間が測定できるように、切り替えスイッチ８を備えているものが一般的である。
次に、測定方法について、図４を用いて説明する。
図４において、横軸に時間を、縦軸に電圧を示し、Ｔ０は駆動波形Ｗ１の開始時点を、Ｔ１は駆動開始後、第３波終了時点を示す。Ｒ０は受信開始時点を、Ｒ１は受信開始後、第３波終了時点を示す。このように、駆動波形の第ｍ（ｍ＝３）波目のゼロクロス点Ｔ１を起点とし、他方の超音波送受信器で受信した電気信号の第ｍ（ｍ＝３）波目を終点Ｒ１として、超音波伝搬時間を計測することができ、この伝搬時間を用いて流体の流速を計測し、流量を演算していた。
即ち、受信開始時点Ｒ０は、精度良く検知できない為、第ｍ波目の終点Ｒ１を利用することで、駆動波形Ｗ１の開始時点Ｔ０と受信開始時点Ｒ０を間接的に測定する事が可能となる。
そして、更に、精度を上げるため、実際には、反射波の受信を行うことで計測精度を向上させている。以下のその原理を説明する。
伝搬時間測定部５に備えられた受信遅れ時間測定手段では、送信側超音波振動子から駆動波形Ｗ１によって超音波を送信し、受信側超音波振動子で１回目の受信波形Ｗ２を受信するまでの時間Ｔｐを測定する。次に、受信側超音波振動子と送信側超音波振動子にそれぞれ１回ずつ反射した後に受信側超音波振動子で２回目の受信波形Ｗ４を受信するまでの時間Ｔｐ２を測定する。即ち、受信側超音波振動子に反射した超音波が、送信側超音波振動子に波形Ｗ３として到達し、更に送信側超音波振動子に反射されて受信波形Ｗ４の波形として受信側超音波振動子に達するので、これを２回目の受信とすると、次式（式１）より、受信波形の形状等に影響されない真の伝搬時間Ｔｐ０を求めることができ、超音波振動子の特性のバラツキや温度変化及び測定流路内の反射波によって受信波形が変化することにより発生する真の伝搬時間との誤差による、計測精度悪化を防ぐことができる。
Ｔｐ０＝（Ｔｐ２－Ｔｐ）／２ ・・・（式１）
しかしながら、前記従来の構成では、反射波までの測定を毎回行うため、消費電流が大きくなるということ、反射により受信波形の形が崩れてしまうため精度良い計測ができないということ、計測ソフトが複雑になるという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、真の伝搬時間との誤差の補正値を、伝搬時間毎にあらかじめ測定することにより、計測精度を向上させ、消費電流も少なくした超音波流量計を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、被測定流体が流れる測定流路と、前記測定流路に配置された超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信された超音波信号が、被測定流体を伝搬して他方の前記超音波振動子が受信するまでの伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間測定部で測定した伝搬時間を補正して補正伝搬時間を算出する伝搬時間補正部と、前記補正伝搬時間から演算によって被測定流体の流量を求める制御部とを備え、前記伝搬時間補正部は、所定条件において予め測定された真の伝搬時間を元に、前記伝搬時間測定部で測定された伝搬時間を補正する為の補正値を算出する補正値算出手段を有するものである。
これによって、超音波振動子のバラツキや温度変化等によって受信波形が変化した場合でも、予め測定された真の伝搬時間を元に各伝搬時間に対する補正値を算出するため、常に正確な伝搬時間の測定が可能となる。
本発明の超音波流量計は、超音波振動子のバラツキや温度変化及び流路内の反射波の影響を受けることなく、常に正確な超音波の伝搬時間を算出することができるため、少ない消費電流にて非常に高精度の超音波流量計を実現することができる。
第１の発明は、被測定流体が流れる測定流路と、前記測定流路に配置された超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信された超音波信号が、被測定流体を伝搬して他方の前記超音波振動子が受信するまでの伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間測定部で測定した伝搬時間を補正して補正伝搬時間を算出する伝搬時間補正部と、前記補正伝搬時間から演算によって被測定流体の流量を求める制御部とを備え、前記伝搬時間補正部は、所定条件において予め測定された真の伝搬時間を元に、前記伝搬時間測定部で測定された伝搬時間を補正する為の補正値を算出する補正値算出手段を有することにより、真の伝搬時間での流量計算が可能となり、超音波流量計の計測精度を向上させることができる。
第２の発明は、被測定流体が流れる測定流路と、前記測定流路に配置された超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、一方の前記超音波振動子から送信された超音波信号が、被測定流体を伝搬して他方の前記超音波振動子が受信するまでの伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間測定部で測定した伝搬時間を補正して補正伝搬時間を算出する伝搬時間補正部と、前記補正伝搬時間から演算によって被測定流体の流量を求める制御部とを備え、前記伝搬時間補正部は、所定条件において予め測定された真の伝搬時間を元に、前記伝搬時間測定部で測定された伝搬時間を補正する為の補正値を伝搬時間毎に算出する補正値算出手段と、前記補正値算出手段で算出された補正値を記憶する格納手段と、前記格納手段記憶された補正値から前記伝搬時間測定部で測定された伝搬時間に応じた補正値を選択する補正値選択手段を有することにより、真の伝搬時間での流量計算が可能となり、超音波流量計の計測精度を向上させることができる。
第３の発明は、特に、第１または２の発明において、前記被測定流体はガスであり、前記補正値算出手段は、所定条件としてガス種を一定とし、温度を変化させて測定した真の伝搬時間を元に、任意の温度における伝搬時間と補正値の関係を算出する構成としたことによりガス種固定の際の伝搬時間毎の補正値を算出することができ、温度毎に補正が可能となるため、温度が変化した際においても、超音波流量計の計測精度を向上させることができる。
第４の発明は、特に、第１または２の発明において、前記被測定流体はガスであり、前記補正値算出手段は、所定条件として温度を一定とし、ガス種を変化させて測定した真の伝搬時間を元に、任意のガス種における伝搬時間と補正値の関係を算出する構成としたことにより温度固定の際の伝搬時間毎の補正値を算出することができ、ガス種毎に補正が可能となるため、温度が変化した際においても、超音波流量計の計測精度を向上させることができる。
第５の発明は、特に、第１～４のいずれか１つの発明において、前記補正値算出手段は、被測定流体の流量がゼロの時に補正値を算出するもので、補正値の算出を行うタイミングを流量が流れていない時に実施することにより消費電流を減少させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超音波流量計の構成図を示すものである。
図１は、本発明の実施の形態１における超音波流量計の構成図を示すものである。
図１のように、本実施の形態の超音波流量計は、流体の流れる測定流路１に設置した超音波振動子２、７と、超音波振動子２、７を駆動する駆動回路３と、駆動回路３にスタート信号を出力する制御部４と、超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部５と、伝搬時間の補正を行う伝搬時間補正部１１と、超音波振動子２、７の出力を増幅するアンプ６と、上流側の超音波振動子７と下流側の超音波振動子２の送受信を切り替える切り替えスイッチ８を備えて構成される。この超音波流量計は、切り替えスイッチ８で超音波振動子２、７の一方を送信側、他方を受信側に切り替えることにより、超音波振動子２から超音波を送信して超音波振動子７で受信する時の伝搬時間と、超音波振動子７から超音波を送信して超音波振動子２で受信する時の伝搬時間とを測定可能としている。伝搬時間補正部１１には、温度やガス種ごとに適切な補正値を算出する補正値算出手段９を備えており、補正値算出手段９により算出された補正値から伝搬時間測定部５で測定した伝搬時間を補正した補正伝搬時間を算出するように構成されている。
以上のように構成された超音波流量計について以下その動作、作用を説明する。
まず、被測定流体であるガス種ごとに適切な補正値を算出する補正値算出手段９では、超音波振動子の特性のバラツキや送信側の超音波振動子から超音波を送信してから伝搬時間計測を開始するまでの遅れや、受信側の超音波振動子に超音波が到達してから受信検知回路で受信したと検知するまでの遅れや、受信波と反射波の合成により生じる真の伝搬時間との誤差を加味した補正値を、伝搬時間毎に演算可能に構成している。補正値算出手段９は、実際に流量測定を行った時の伝搬時間から補正値を演算し、伝搬時間測定部５で測定された伝搬時間の補正を行うことで真の伝搬時間を算出する。
なお、補正値算出手段９は、背景技術にて説明した（式１）を用いる方法にて測定した真の伝搬時間と、図４に示す伝搬時間Ｔｐ０との関係から補正値を算出できる演算式を求めておくことも可能である。これによって、通常の測定においては、反射波の測定をすることも無く、伝搬時間Ｔ０ｐを測定することで、この伝搬時間Ｔ０における補正値を算出し、補正伝搬時間を算出する事ができる。
以上のように、本実施の形態においては、伝搬時間測定部５で測定された伝搬時間を元に、補正値算出手段９が補正値を算出することで伝搬時間を補正する伝搬時間補正部１１を備えている。これにより、超音波振動子の特性のバラツキや送信側の超音波振動子から超音波を送信してから伝搬時間計測を開始するまでの遅れや、受信側の超音波振動子に超音波が到達してから受信検知回路で受信したと検知するまでの遅れや、受信波と反射波の合成などの影響を補正することができる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における超音波流量計の構成図を示すものである。
図２は、本発明の実施の形態２における超音波流量計の構成図を示すものである。
図２において、基本的な構成は実施の形態１と同様である。異なる点は、伝搬時間補正部１２が、温度やガス種ごとに適切な補正値を算出する補正値算出手段９と、補正値算出手段９により算出された補正値を格納する格納手段１４と、格納手段１４に格納されている補正値の中から伝搬時間に適合する補正値を選択する補正値選択手段１０とを有し、選択された補正値を用いて伝搬時間を補正する点である。
以上のように構成された超音波流量計について以下その動作、作用を説明する。
まず、ガス種ごとに適切な補正値を算出する補正値算出手段９では、超音波振動子の特性のバラツキや送信側の超音波振動子から超音波を送信してから伝搬時間計測を開始するまでの遅れや、受信側の超音波振動子に超音波が到達してから受信検知回路で受信したと検知するまでの遅れや、受信波と反射波の合成により生じる真の伝搬時間との誤差を加味した補正値を、伝搬時間毎に算出し、格納手段１４に格納しておく。そして、補正値選択手段１０は、実際に流量測定を行った時の伝搬時間から適合する補正値を選択し、補正を行うことで真の伝搬時間を算出する。
なお、補正値算出手段９は、背景技術にて説明した（式１）を用いる方法にて測定した真の伝搬時間と、図４に示す伝搬時間Ｔｐ０との関係から補正値を算出し、格納手段１４はこの補正値を伝搬時間毎に記憶し、補正値選択手段１０により、測定された伝搬時間に応じて補正値を選択するようにしておくことも可能である。これによって、通常の測定においては、反射波の測定をすることも無く、伝搬時間Ｔ０ｐを測定することで、この伝搬時間Ｔ０における補正値を選択し、補正伝搬時間を算出する事ができる。
以上のように、本実施の形態においては、伝搬時間補正部１２において、伝搬時間の補正値を算出する補正値算出手段９と、伝搬時間測定部５で測定された伝搬時間と適合する補正値を選択する補正値選択手段１０とを備えている。これにより、超音波振動子の特性のバラツキや送信側の超音波振動子から超音波を送信してから伝搬時間計測を開始するまでの遅れや、受信側の超音波振動子に超音波が到達してから受信検知回路で受信したと検知するまでの遅れや、受信波と反射波の合成などの影響を補正することができる。
また、補正値算出手段９は、流量の流れていない時に補正値の算出を行う様にしており消費電力を少ない状態で計測精度をあげることができる。
なお、補正値算出手段９において、ガス種を固定し、温度を２点以上変化させることにより温度と補正値の関係を算出する様に構成すると、温度毎に補正するため、温度が変化する際においても超音波流量計の計測精度をあげることができる。
また、補正値算出手段９において、温度を固定し、ガス種を変化させることによりガス種と補正値の関係を算出する様に構成すると、ガス種が変化する際においても超音波流量計の計測精度をあげることができる。
なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
本出願は、２０１０年１月７日出願の日本特許出願（特願２０１０－００１６８６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、伝搬時間毎に補正を行うため、超音波振動子の特性や反射波の影響を加味する必要が無く、常に正確な超音波の伝搬時間が測定できるため、非常に高精度の超音波流量計を実現することが可能となるので、流量測定基準器及びガスメーターや水道メーター等の用途にも適用できる。
１ 測定流路
２、７ 超音波振動子
５ 伝搬時間測定部
９ 補正値算出手段
１０ 補正値選択手段
１１ 伝搬時間補正部
１２ 伝搬時間補正部
１４ 格納手段
２、７ 超音波振動子
５ 伝搬時間測定部
９ 補正値算出手段
１０ 補正値選択手段
１１ 伝搬時間補正部
１２ 伝搬時間補正部
１４ 格納手段
Claims (5)
- 被測定流体が流れる測定流路と、
前記測定流路に配置された超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、
一方の前記超音波振動子から送信された超音波信号が、被測定流体を伝搬して他方の前記超音波振動子が受信するまでの伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、
前記伝搬時間測定部で測定した伝搬時間を補正して補正伝搬時間を算出する伝搬時間補正部と、
前記補正伝搬時間から演算によって被測定流体の流量を求める制御部と、を備え、
前記伝搬時間補正部は、所定条件において予め測定された真の伝搬時間を元に、前記伝搬時間測定部で測定された伝搬時間を補正する為の補正値を算出する補正値算出手段を有する超音波流量計。 - 被測定流体が流れる測定流路と、
前記測定流路に配置された超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、
一方の前記超音波振動子から送信された超音波信号が、被測定流体を伝搬して他方の前記超音波振動子が受信するまでの伝搬時間を計測する伝搬時間測定部と、
前記伝搬時間測定部で測定した伝搬時間を補正して補正伝搬時間を算出する伝搬時間補正部と、
前記補正伝搬時間から演算によって被測定流体の流量を求める制御部と、を備え、
前記伝搬時間補正部は、所定条件において予め測定された真の伝搬時間を元に、前記伝搬時間測定部で測定された伝搬時間を補正する為の補正値を伝搬時間毎に算出する補正値算出手段と、前記補正値算出手段で算出された補正値を記憶する格納手段と、前記格納手段に記憶された補正値から前記伝搬時間測定部で測定された伝搬時間に応じた補正値を選択する補正値選択手段を有する超音波流量計。 - 前記被測定流体はガスであり、前記補正値算出手段は、所定条件としてガス種を一定とし、温度を変化させて測定した真の伝搬時間を元に、任意の温度における伝搬時間と補正値の関係を算出する構成とした請求項１または２に記載の超音波流量計。
- 前記被測定流体はガスであり、前記補正値算出手段は、所定条件として温度を一定とし、ガス種を変化させて測定した真の伝搬時間を元に、任意のガス種における伝搬時間と補正値の関係を算出する構成とした請求項１または２に記載の超音波流量計。
- 前記補正値算出手段は、被測定流体の流量がゼロの時に補正値を算出する請求項１～４のいずれか一項に記載の超音波流量計。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/520,118 US20120272748A1 (en) | 2010-01-07 | 2011-01-06 | Ultrasonic flowmeter |
| CN201180005594XA CN102713531A (zh) | 2010-01-07 | 2011-01-06 | 超声波流量计 |
| EP11731764.4A EP2522963A4 (en) | 2010-01-07 | 2011-01-06 | ULTRASOUND FLOWMETER |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010001686 | 2010-01-07 | ||
| JP2010-001686 | 2010-01-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2011083766A1 true WO2011083766A1 (ja) | 2011-07-14 |
Family
ID=44305502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2011/000028 WO2011083766A1 (ja) | 2010-01-07 | 2011-01-06 | 超音波流量計 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20120272748A1 (ja) |
| EP (1) | EP2522963A4 (ja) |
| JP (1) | JP2011158470A (ja) |
| CN (1) | CN102713531A (ja) |
| WO (1) | WO2011083766A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102589656A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-07-18 | 上海中核维思仪器仪表有限公司 | 气体超声流量计声延时测试方法和测量装置 |
| CN106441520A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-02-22 | 齐鲁工业大学 | 一种小口径超声波水表精度校准方法及其校准系统 |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5682156B2 (ja) * | 2010-06-24 | 2015-03-11 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 超音波式流量計測装置 |
| CN102879060B (zh) * | 2012-07-26 | 2015-01-21 | 中国计量科学研究院 | 超声流量计延时检测校准装置 |
| JP2014092467A (ja) * | 2012-11-05 | 2014-05-19 | Panasonic Corp | 流量計測装置 |
| TWI456240B (zh) * | 2012-11-12 | 2014-10-11 | Ind Tech Res Inst | 超音波發射電路及其時間延遲校正方法 |
| US9996089B2 (en) | 2015-09-21 | 2018-06-12 | Blue-White Industries, Ltd. | Flow sensor devices and systems |
| WO2017098641A1 (ja) * | 2015-12-10 | 2017-06-15 | 株式会社日立製作所 | 超音波送受信装置、および、超音波送受信方法 |
| GB2555003B (en) * | 2016-09-23 | 2022-07-06 | Blue White Ind Ltd | Flow sensor devices and systems |
| CN106706056B (zh) * | 2017-03-07 | 2019-07-26 | 济南瑞泉电子有限公司 | 一种大口径超声波水表流量测量的补偿方法 |
| CN106932040B (zh) * | 2017-03-14 | 2019-06-21 | 浙江正泰仪器仪表有限责任公司 | 一种气体流量的计量方法 |
| FI128408B (fi) | 2017-07-07 | 2020-04-30 | Flaekt Woods Ab | Laitteisto ja menetelmä ilmanvirtauksen mittaukseen |
| CN107621292B (zh) * | 2017-07-25 | 2021-04-09 | 辽宁航宇星物联仪表科技有限公司 | 一种户用超声波水表错波补偿方法 |
| CN107607168B (zh) * | 2017-07-25 | 2021-04-09 | 辽宁航宇星物联仪表科技有限公司 | 一种户用超声波水表自适应方法 |
| CN108414039A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-08-17 | 广东万家乐燃气具有限公司 | 一种水流量、水温检测方法及水流量传感器 |
| DE102018006381B4 (de) * | 2018-08-11 | 2022-05-12 | Diehl Metering Gmbh | Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung |
| WO2020155085A1 (zh) * | 2019-02-01 | 2020-08-06 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 信号处理电路以及相关芯片、流量计及方法 |
| JP6956344B2 (ja) * | 2019-02-01 | 2021-11-02 | シェンチェン グディックス テクノロジー カンパニー，リミテッド | 信号処理回路と、関連するチップ、流量計および方法 |
| JP7320776B2 (ja) * | 2019-04-24 | 2023-08-04 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 超音波流量計 |
| JP7203353B2 (ja) * | 2019-04-24 | 2023-01-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 超音波流量計 |
| JP7203352B2 (ja) * | 2019-04-24 | 2023-01-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 超音波流量計 |
| JP7246021B2 (ja) * | 2019-04-24 | 2023-03-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 超音波流量計 |
| GB2587844A (en) | 2019-06-07 | 2021-04-14 | Blue White Ind Ltd | Flow sensor devices and systems |
| JP2022048471A (ja) * | 2020-09-15 | 2022-03-28 | オムロン株式会社 | 伝搬時間測定装置 |
| CN112254835A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-22 | 宁波水表(集团)股份有限公司 | 一种基于超声水表的水流温度测量方法以及超声波水表 |
| CN112304376B (zh) * | 2020-10-27 | 2021-09-28 | 浙江大学 | 基于数据融合的超声波流量计流量测量方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001255186A (ja) * | 2000-03-09 | 2001-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流量計測装置 |
| JP2005172556A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波流量計 |
| JP2008164465A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Ricoh Elemex Corp | 超音波流量計 |
| JP2008180566A (ja) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流速または流量計測装置とそのプログラム |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK56593A (da) * | 1992-08-25 | 1994-02-26 | Kamstrup Metro As | Strømningsmåler |
| AU4612700A (en) * | 1999-05-17 | 2000-12-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Flowmeter |
| EP1243901A4 (en) * | 1999-06-24 | 2006-07-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | FLOW METER |
| CN1217158C (zh) * | 2000-10-10 | 2005-08-31 | 松下电器产业株式会社 | 流量计 |
| WO2004048902A1 (ja) * | 2002-11-26 | 2004-06-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 超音波流量計および超音波による流量計測方法 |
| GB2443750B (en) * | 2004-07-21 | 2009-02-18 | Horiba Ltd | Acoustic flowmeter calibration method |
| DE102004061404A1 (de) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Robert Bosch Gmbh | Ultraschall-Durchflussmesser und Verfahren zur Durchflussmessung mittels Ultraschall |
| US7987731B2 (en) * | 2006-12-27 | 2011-08-02 | Panasonic Corporation | Ultrasonic flowmeter including an oscillation start unit for acceleration stability of the oscillator |
| DE102007027188A1 (de) * | 2007-06-13 | 2008-12-18 | Robert Bosch Gmbh | Ultraschallströmungssensor mit Quadratur-Demodulation |
| CN101334308B (zh) * | 2007-06-29 | 2013-03-27 | 通用电气公司 | 用于检测流量计的仿真电路 |
| US7911306B2 (en) * | 2008-01-08 | 2011-03-22 | Daniel Measurement And Control, Inc. | Transformer board |
| US8061186B2 (en) * | 2008-03-26 | 2011-11-22 | Expro Meters, Inc. | System and method for providing a compositional measurement of a mixture having entrained gas |
| CN102257366A (zh) * | 2008-12-18 | 2011-11-23 | 松下电器产业株式会社 | 超声波流量计 |
-
2011
- 2011-01-06 JP JP2011001006A patent/JP2011158470A/ja active Pending
- 2011-01-06 WO PCT/JP2011/000028 patent/WO2011083766A1/ja active Application Filing
- 2011-01-06 US US13/520,118 patent/US20120272748A1/en not_active Abandoned
- 2011-01-06 CN CN201180005594XA patent/CN102713531A/zh active Pending
- 2011-01-06 EP EP11731764.4A patent/EP2522963A4/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001255186A (ja) * | 2000-03-09 | 2001-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流量計測装置 |
| JP2005172556A (ja) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波流量計 |
| JP2008164465A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Ricoh Elemex Corp | 超音波流量計 |
| JP2008180566A (ja) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流速または流量計測装置とそのプログラム |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| See also references of EP2522963A4 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102589656A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-07-18 | 上海中核维思仪器仪表有限公司 | 气体超声流量计声延时测试方法和测量装置 |
| CN106441520A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-02-22 | 齐鲁工业大学 | 一种小口径超声波水表精度校准方法及其校准系统 |
| CN106441520B (zh) * | 2016-10-26 | 2023-07-11 | 齐鲁工业大学 | 一种小口径超声波水表精度校准方法及其校准系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102713531A (zh) | 2012-10-03 |
| EP2522963A4 (en) | 2013-09-25 |
| US20120272748A1 (en) | 2012-11-01 |
| EP2522963A1 (en) | 2012-11-14 |
| JP2011158470A (ja) | 2011-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2011083766A1 (ja) | 超音波流量計 | |
| WO2011055532A1 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP4595656B2 (ja) | 流体の流れ測定装置 | |
| JP2007187506A (ja) | 超音波流量計 | |
| JP4561088B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP5141613B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP4153721B2 (ja) | 超音波流量計および超音波流量計の自己診断方法 | |
| JP2018136276A (ja) | 超音波流量計 | |
| JP4797515B2 (ja) | 超音波式流れ計測装置 | |
| JP5034510B2 (ja) | 流速または流量計測装置とそのプログラム | |
| JP7203353B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP7203352B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| WO2012157261A1 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP7320776B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP4836176B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP7246021B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP2005300244A (ja) | 超音波流量計 | |
| JP5990770B2 (ja) | 超音波計測装置 | |
| JP2008180566A (ja) | 流速または流量計測装置とそのプログラム | |
| JP2007064988A (ja) | 流量計測装置 | |
| JP2007064988A5 (ja) | ||
| JP4409838B2 (ja) | 超音波流量計および超音波による流量計測方法 | |
| JP5092413B2 (ja) | 流速または流量計測装置 | |
| JP5092414B2 (ja) | 流速または流量計測装置 | |
| JP4863330B2 (ja) | 超音波流量計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 201180005594.X Country of ref document: CN |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11731764 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2011731764 Country of ref document: EP |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 13520118 Country of ref document: US |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |