JP2006292378A - Ultrasonic flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波を用いて流体の流量を計測する超音波流量計に関し、特に測定精度を向上させる技術に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of a fluid using ultrasonic waves, and more particularly to a technique for improving measurement accuracy.
従来、流体の流路の上流側と下流側に一定の距離をおいて一対の超音波振動子を配置し、制御回路の制御の下に、一対の超音波振動子の間で相互に超音波を繰り返して送受信し、上流側から下流側への超音波の伝播時間の積算値と、下流側から上流側への超音波の伝播時間の積算値との差に基づいて流体の流量を測定する超音波流量計が知られている。このような超音波流量計では、流路の中に配置された一対の超音波振動子と流路の外に配置された制御回路とは、流路を形成するケースに設けられた穴に中継端子を嵌め込み、この中継端子を経由する信号線により接続されている。 Conventionally, a pair of ultrasonic transducers are arranged at a certain distance on the upstream side and downstream side of a fluid flow path, and ultrasonic waves are mutually transmitted between the pair of ultrasonic transducers under the control of a control circuit. To measure the fluid flow rate based on the difference between the integrated value of the ultrasonic propagation time from the upstream side to the downstream side and the integrated value of the ultrasonic propagation time from the downstream side to the upstream side. Ultrasonic flow meters are known. In such an ultrasonic flowmeter, a pair of ultrasonic transducers arranged in the flow path and a control circuit arranged outside the flow path are relayed to a hole provided in a case forming the flow path. The terminals are fitted and connected by signal lines passing through the relay terminals.
また、上記超音波流量計に関連する技術として、開口穴での渦の低減と超音波送受信器から発信された超音波の不要成分の減衰促進により、超音波の送信波形のS/Nを高めて計測精度および流量計測できる上限値を高めることができる超音波流量計測装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, as a technology related to the ultrasonic flow meter, the S / N of the ultrasonic transmission waveform is increased by reducing the vortex in the opening hole and promoting the attenuation of unnecessary components of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter / receiver. There is known an ultrasonic flow rate measuring device capable of increasing the measurement accuracy and the upper limit value for flow rate measurement (see, for example, Patent Document 1).
この超音波流量計測装置は、流体が流れる計測流路と、この計測流路の上流側および下流側に設けた超音波送受信器と、この超音波送受信器を計測流路に臨ませる上流側および下流側の開口穴と、開口穴の内面に配設した電気絶縁性を有する材料で形成した開口穴絶縁体と、開口穴に流入抑制体を備えている。 The ultrasonic flow rate measuring device includes a measurement channel through which a fluid flows, an ultrasonic transmitter / receiver provided upstream and downstream of the measurement channel, an upstream side where the ultrasonic transmitter / receiver faces the measurement channel, and An opening hole on the downstream side, an opening hole insulator formed of an electrically insulating material disposed on the inner surface of the opening hole, and an inflow suppressor are provided in the opening hole.
これにより、コンパクトな収納スペースでも開口穴絶縁体により超音波送受信器と開口穴を形成する流路体との間の導電距離を大きくし、落雷などにより取り付け側の流路体と超音波送受信器間に異常高電圧が発生した場合でもリークに至る耐電圧を高め、リーク電流による超音波送受信器の破損を防いで信頼性を向上することができる。
しかしながら、上述した従来の超音波流量計では、中継端子の部分での信号線とケースとの絶縁抵抗が温度などで変化することによりリーク電流が変化すると、一対の超音波振動子と制御回路との間で送受される信号の波形が歪み、またオフセット電圧が変化する。その結果、計測流量の値がばらつくという問題がある。 However, in the conventional ultrasonic flowmeter described above, when the leakage current changes due to the change in the insulation resistance between the signal line and the case at the relay terminal due to temperature or the like, a pair of ultrasonic transducers and a control circuit The waveform of the signal transmitted / received between is distorted and the offset voltage changes. As a result, there is a problem that the value of the measured flow rate varies.
本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、温度変化に拘わらず高い精度で流量を測定できる超音波流量計を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic flowmeter capable of measuring a flow rate with high accuracy regardless of a temperature change.
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波流量計は、被計測流体が流れる流路を形成するケースと、流路の内部の上流側に配置された第1超音波振動子と、流路の内部の下流側に第1超音波振動子と対向するように配置された第2超音波振動子と、流路の外部に配置され、第1超音波振動子と第2超音波振動子との間で送受される超音波の伝播時間に基づいて流路に流れる被計測流体の流量を算出する制御回路と、第1超音波振動子および第2超音波振動子と制御回路との間を接続する信号線と、ケースに穿たれた穴に配置され、信号線を保持しケースとの絶縁を確保する絶縁材とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, an ultrasonic flowmeter according to the present invention includes a case for forming a flow path through which a fluid to be measured flows, a first ultrasonic vibrator disposed on the upstream side of the flow path, A second ultrasonic transducer disposed on the downstream side of the flow channel so as to face the first ultrasonic transducer, and a first ultrasonic transducer and a second ultrasonic vibration disposed outside the flow channel. A control circuit for calculating a flow rate of a fluid to be measured flowing in a flow path based on a propagation time of ultrasonic waves transmitted to and received from a child, a first ultrasonic transducer, a second ultrasonic transducer, and a control circuit; It is characterized by comprising a signal line that connects the two and an insulating material that is disposed in a hole formed in the case and holds the signal line and ensures insulation from the case.
本発明に係る超音波流量計によれば、第1超音波振動子および第2超音波振動子と制御回路とを接続する信号線とケースとの間に、信号線を保持しケースとの絶縁を確保する絶縁材が配置されているので、信号線に流れる電流がケースへリークするのを抑制することができる。その結果、第1超音波振動子および第2超音波振動子と制御回路との間で送受される信号波形の歪みを抑えることができるので、流量の計測精度が劣化することを防止できる。 According to the ultrasonic flowmeter of the present invention, the signal line is held between the signal line connecting the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer and the control circuit and the case and insulated from the case. Since the insulating material for ensuring the resistance is arranged, it is possible to suppress the leakage of the current flowing through the signal line to the case. As a result, distortion of signal waveforms transmitted and received between the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer and the control circuit can be suppressed, so that deterioration in flow rate measurement accuracy can be prevented.
以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る超音波流量計の構造を示す側断面図である。この超音波流量計の内部には、ケース10により、流体が流れる流路11が形成されている。外部から供給された流体は、矢印で示すように、流入口12から流路11内に導入され、流路11を通過して流出口13から排出される。
FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention. A flow path 11 through which a fluid flows is formed by the
流路11の上流側には第1超音波振動子14が配置されている。また、流路11の下流側には、所定距離をおいて第1超音波振動子14に対向するように第2超音波振動子15が配置されている。
A first
また、流路11の外側には、制御回路16が設けられている。この制御回路16と、第1超音波振動子14および第2超音波振動子15との間は、ケース10に穿たれた穴17に配置された中継端子18を経由する信号線19により接続されている。また、穴17は、中継端子18の絶縁材20により塞がれており、流路11の気密を保つようになっている。絶縁材20は、信号線19を保持し、ケース10との絶縁を確保するように構成されている。絶縁材20としては、体積抵抗率が1×1015(Ω−cm)以上の高抵抗の材料、例えば体積抵抗率が1×1018(Ω−cm)を有するテフロン(登録商標)材で構成することができる。なお、絶縁材20としては、テフロン(登録商標)材に限らず、例えば、体積抵抗率が1×1015(Ω−cm)のシリコン材を用いることができる。
A
上記の構成において、第1超音波振動子14は、制御回路16から送られてくる駆動パルス信号に応じて超音波を発生し、第2超音波振動子15に向けて送信する。また、第1超音波振動子14は、第2超音波振動子15からの超音波を受信して電気信号に変換し、制御回路16に送る。第2超音波振動子15は、制御回路16から送られてくる駆動パルス信号に応じて超音波を発生し、第1超音波振動子14に向けて送信する。また、第2超音波振動子15は、第1超音波振動子14からの超音波を受信して電気信号に変換し、制御回路16に送る。
In the above configuration, the first
制御回路16は、例えばマイクロコンピュータを含み、第1超音波振動子14または第2超音波振動子15に駆動パルス信号を送って超音波を発生させるとともに、この超音波を受信した第1超音波振動子14または第2超音波振動子15から送られてくる受信信号に基づき、第1超音波振動子14から第2超音波振動子15への超音波の伝播時間(順方向伝播時間)と第2超音波振動子15から第1超音波振動子14へ超音波の伝播時間(逆方向伝播時間)とを算出する。そして、これら算出した超音波の順方向伝播時間と逆方向伝播時間との差に基づいて流体の流速を算出し、算出した流速に流路11の断面積を乗じて体積流量を求める。求められた体積流量が、測定された流体の流量として外部に出力される。
The
以上のように構成される本発明の実施例1に係る超音波流量計によれば、ケース10に穿たれた穴17に配置された中継端子18の周囲は、高抵抗の絶縁材20で覆われているので、温度変化があっても中継端子18及び信号線17に流れる信号電流がケース10へリークするのを抑制することができる。
According to the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention configured as described above, the periphery of the relay terminal 18 disposed in the
その結果、第1超音波振動子14および第2超音波振動子15と制御回路16との間で送受される信号波形の歪みを抑えることができるので、流量の計測精度が劣化することを防止できる。
As a result, distortion of signal waveforms transmitted and received between the first
本発明の実施例2に係る超音波流量計は、実施例1に係る超音波流量計おける信号線の代わりに同軸線を用いたものである。なお、以下においては、実施例1に係る超音波流量計の構造と同一または相当部分には実施例1と同一の符号を付して説明を省略または簡単化する。 The ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention uses a coaxial line instead of the signal line in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment. In the following, the same or corresponding parts as the structure of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted or simplified.
図2は、本発明の実施例2に係る超音波流量計の構造を示す側断面図である。この超音波流量計は、図1に示した実施例1に係る超音波流量計の中継端子18および信号線19の代わりに同軸線21を用いて、第1超音波振動子14および第2超音波振動子15と制御回路16とが接続されている。同軸線21は、2本の信号線を絶縁材で被覆することにより構成されている。
FIG. 2 is a side sectional view showing the structure of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention. This ultrasonic flowmeter uses the
また、ケース10に穿たれた穴17を通過する同軸線21の周囲は、充填材22で塞がれて構成されている。これにより、流路11の気密性を保つことができる。充填材22としては、シリコン材、テフロン(登録商標)材、軟質のゴム、エポキシ樹脂などを用いることができる。
Further, the periphery of the
以上のように構成される本発明の実施例2に係る超音波流量計によれば、第1超音波振動子14および第2超音波振動子15と制御回路16との接続に同軸線21を用いたので中継端子が不要になるとともに、同軸線21自体が信号線を絶縁材で被覆することにより構成されているので、信号線とケース10との間の絶縁性を保つことができる。
According to the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention configured as described above, the
本発明の実施例3に係る超音波流量計は、一対の超音波振動子をケースに取り付けたものである。なお、以下においては、実施例1に係る超音波流量計の構造と同一または相当部分には実施例1と同一の符号を付して説明を省略または簡単化する。 The ultrasonic flowmeter according to the third embodiment of the present invention has a pair of ultrasonic transducers attached to a case. In the following, the same or corresponding parts as the structure of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted or simplified.
図3は、本発明の実施例3に係る超音波流量計の構造を示す側断面図である。この超音波流量計においては、第1超音波振動子14は、流路11の上流側のケース10の内側壁に取り付けられており、その信号端子30は、ケース10の外側壁から外部に露出するように導かれている。この第1超音波振動子14の信号端子30は、流路11の外部において信号線19により制御回路16に接続されている。
FIG. 3 is a side sectional view showing the structure of the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment of the present invention. In this ultrasonic flow meter, the first
また、第2超音波振動子15は、流路11の下流側のケース10の内側壁に、第1超音波振動子14に対向するように取り付けられており、その信号端子30は、ケース10の外側壁から外部に露出するように導かれている。この第2超音波振動子15の信号端子30は、流路11の外部において信号線19により制御回路16に接続されている。
The second ultrasonic transducer 15 is attached to the inner wall of the
図4は、第1超音波振動子14の取り付け状態を拡大して示す図であり、図4(a)は平面図、図4(b)は側断面図である。第1超音波振動子14は、その信号端子30がケース10に穿たれた穴23を介してケース10の外部に露出されるようにして、絶縁性Oリング31を介在させてケース10の内側壁に取り付けられている。
FIGS. 4A and 4B are enlarged views showing a state where the first
より詳しくは、ケース10の内側壁に絶縁性Oリング31を介在させて第1超音波振動子14の本体が載置され、この本体の鍔部14aをOリング32により押圧するようにして留めネジ33によりケース10にネジ止めされている。第2超音波振動子15の取り付けも同様の方法で行われている。絶縁性Oリング31は、高抵抗、例えば体積抵抗率が1×1015(Ω−cm)を有するテフロン(登録商標)材またはシリコン材をドーナツ状に成型して作製することができる。
More specifically, the main body of the first
以上のように構成される本発明の実施例3に係る超音波流量計によれば、第1超音波振動子14および第2超音波振動子15の信号端子30からの信号線19を、流路11の内部に配線することなく(流路11の外部を通過するようにして)、制御回路16に接続したので、温度変化があっても信号端子30に流れる信号電流がケース10へリークするのを抑制することができる。
According to the ultrasonic flowmeter of the third embodiment of the present invention configured as described above, the
その結果、第1超音波振動子14および第2超音波振動子15と制御回路16との間で送受される信号波形の歪みを抑えることができるので、流量の計測精度が劣化することを防止できる。
As a result, distortion of signal waveforms transmitted and received between the first
なお、実施例3に係る超音波流量計では、第1超音波振動子14および第2超音波振動子15のケース10への取り付けを、絶縁性Oリング31を介在させてネジ止めにより行うように構成したが、第1超音波振動子14および第2超音波振動子15は、その本体と熱膨張係数が同一の接着剤を用いてケース10に取り付けるように構成することもできる。この場合、絶縁性Oリング31、Oリング32および留めネジ33は不要になるので、超音波流量計を安価に構成できる。また、ネジ止め作業を行う必要がないので、組み立て作業が簡単になり、製造コストを下げることができる。
In the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment, the first
本発明の実施例4に係る超音波流量計は、実施例1に係る超音波流量計において、信号線とケースとの間のリーク電流を監視するようにしたものである。 The ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment of the present invention monitors the leakage current between the signal line and the case in the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment.
図5は、本発明の実施例4に係る超音波流量計の構成を示す図である。この超音波流量計は、図1に示した実施例1に係る超音波流量計に、リーク電流監視回路40が追加されて構成されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment of the present invention. This ultrasonic flow meter is configured by adding a leakage
リーク電流監視回路40は、ケース10と絶縁材20とに接続され、これら間の抵抗値を計測する。具体的には、リーク電流監視回路40は、定期的にケース10と絶縁材20との間に電圧を印加し、電圧印加時にケース10と絶縁材20との間に流れるリーク電流を計測する。そして、計測されたリーク電流値を所定の基準値と比較し、リーク電流値が基準値以上になった場合に、ケース10と中継端子18(信号線19)との間の抵抗値が所定値以下になったものとみなし、その旨を外部に通知する。
The leakage
以上のように構成される本発明の実施例4に係る超音波流量計によれば、ケース10と絶縁材20との間の抵抗値が所定値以下になった場合に外部に通知されるので、経年変化等により絶縁材20の絶縁特性が劣化したことを知ることができ、必要に応じて絶縁材20を交換することができる。
According to the ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment of the present invention configured as described above, when the resistance value between the
従って、第1超音波振動子14および第2超音波振動子15と制御回路16との間で送受される信号波形の歪みを常に正常に保つことができるので、流量の計測精度が劣化することを防止できる。
Accordingly, the distortion of the signal waveform transmitted and received between the first
本発明は、超音波ガスメータ等に適用可能である。 The present invention is applicable to an ultrasonic gas meter or the like.
10 ケース
11 流路
12 流入口
13 流出口
14 第1超音波振動子
14a 鍔部
15 第2超音波振動子
16 制御回路
17 穴
18 中継端子
19 信号線
20 絶縁材
21 同軸線
22 充填材
23 穴
30 信号端子
31 絶縁性Oリング
32 Oリング
33 留めネジ
40 リーク電流監視回路
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記流路の内部の上流側に配置された第1超音波振動子と、
前記流路の内部の下流側に前記第1超音波振動子と対向するように配置された第2超音波振動子と、
前記流路の外部に配置され、前記第1超音波振動子と前記第2超音波振動子との間で送受される超音波の伝播時間に基づいて前記流路に流れる被計測流体の流量を算出する制御回路と、
前記第1超音波振動子および第2超音波振動子と前記制御回路との間を接続する信号線と、
前記ケースに穿たれた穴に配置され、前記信号線を保持し前記ケースとの絶縁を確保する絶縁材と、
を備えることを特徴とする超音波流量計。 A case forming a flow path through which the fluid to be measured flows;
A first ultrasonic transducer disposed on the upstream side of the flow path;
A second ultrasonic transducer disposed on the downstream side of the flow path so as to face the first ultrasonic transducer;
The flow rate of the fluid to be measured that flows in the flow path based on the propagation time of the ultrasonic wave that is arranged outside the flow path and is transmitted and received between the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer. A control circuit to calculate,
A signal line connecting between the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer and the control circuit;
An insulating material that is disposed in a hole formed in the case and holds the signal line and secures insulation from the case;
An ultrasonic flowmeter comprising:
前記流路の内部の上流側に配置され且つ前記ケースの内側壁に、第1信号端子が前記流路の外部に露出するように取り付けられた第1超音波振動子と、
前記流路の内部の下流側に前記第1超音波振動子と対向するように配置され且つ前記ケースの内側壁に、第2信号端子が前記流路の外部に露出するように取り付けられた第2超音波振動子と、
前記流路の外部に配置され、前記第1超音波振動子と前記第2超音波振動子との間で送受される超音波の伝播時間に基づいて前記流路に流れる被計測流体の流量を算出する制御回路と、
前記流路の外部を通過して、前記第1超音波振動子および第2超音波振動子の各信号端子と前記制御回路との間を接続する信号線と、
前記各超音波振動子毎に設けられ、前記超音波振動子と前記ケースの内側壁との間に配置された絶縁材と、
を備えることを特徴とする超音波流量計。 A case forming a flow path through which the fluid to be measured flows;
A first ultrasonic transducer disposed upstream of the flow path and attached to an inner wall of the case so that a first signal terminal is exposed to the outside of the flow path;
A second signal terminal is disposed on the downstream side of the flow path so as to face the first ultrasonic transducer and is attached to an inner wall of the case so as to be exposed to the outside of the flow path. 2 ultrasonic transducers,
The flow rate of the fluid to be measured that flows in the flow path based on the propagation time of the ultrasonic wave that is arranged outside the flow path and is transmitted and received between the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer. A control circuit to calculate,
A signal line that passes through the outside of the flow path and connects between the signal terminals of the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer and the control circuit;
An insulating material provided for each of the ultrasonic transducers and disposed between the ultrasonic transducer and an inner wall of the case;
An ultrasonic flowmeter comprising:
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