JP2007051890A - 流体の流れ計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】計時手段11による超音波の伝搬時間の計時動作を制御する計測制御手段4は、計時動作中は、セラミック発振回路16から供給される高速クロックに基づいて動作する。クロック制御手段18は計時手段の計時動作が終了するごとにセラミック発振回路16からのクロック供給を停止し、伝搬時間の計測が終了してから次の計測処理を実行するまでの待ち時間を水晶発振回路15から供給される低速クロックで制御している。
これによって、一連の計測処理中の消費電力を低減して、周期性の流量変動に対する追従性を維持したまま、省電力の計測を実現できる。
【選択図】図1
Description
tb=L/(C−v・cosθ) (式2)
(式1)および(式2)を変形し、(式3)で流速vが求まる。
v=L・(1/ta−1/tb)/2cosθ (式3)
(式3)で求めた値に流体管路の断面積Sと補正係数Kを掛ければ流体の瞬時流量Q、すなわち単位時間あたりの流量を求めることができる。
ここで、(式4)のtaとtbの差は流速が小さいときには極めて微小であり、正確に計ることが困難であるので測定回数を多く設定し平均化することで、誤差を比較的小さくするとともに分解能を高めている。
を説明するタイミングチャートであり、流速変化と計測タイミングの関係を示している。時間τa1において、まず、流れの上流側の第1振動子52を送信側、下流側の第2振動子53を受信側として繰り返し計測を4回行った後、計測制御手段54が第1振動子52、第2振動子53の役割を切替え、時間τb1において繰り返し計測を4回実行する。
図1において、流体管路1の途中に超音波を送信する第1振動子2が流れの上流側に配置され、第1振動子2から送信された超音波を受信する第2振動子3が流れの下流側に配置されている。
子回路であり、デジタル回路とアナログ回路により構成されている。同期設定手段5は、計測制御手段4の処理タイミングを制御している。
段18が時間τ0でセラミック発振回路16の動作を開始させ、安定時間(例えば、1ms)が経過した後の時間τ1でセラミック発振回路16から供給される同期クロックと同期して計測制御手段4が動作を開始する。
この方法を用いることにより、計時手段11の時間分解能は補助クロックによって保証されることになるので、高速クロック周波数は、送信手段6の矩形波出力などのその他の処理タイミングに必要とされる時間精度に基づいて決定できる。
ここで、T1は高精度の低速クロックの周期であるため、既知の値と判断できる。また、T2とT3の比が既知の値M(T2とT3の関係式については後述する)であれば、T1とT2の関係式は(式7)のように求められる。
ここで、T1は非常に高精度の値であるので、T2も同様に高精度の値として信頼性の
高い値と認識できる。
図7は実施の形態2における流量計測装置のブロック図である。図7の主要部分は図1と同一であるため詳細な説明は図1のものを援用し、異なる部分についてのみ説明する。
図7において異常判定手段20は検定手段12の検定結果の異常を判断するものであり、報知手段21は、異常判定手段20が異常を検知した場合に、通信回線を介して外部に異常を報知するものである。
図8は実施の形態3を示し、主要部分は図1、7と同一であるため詳細な説明は図1および図7のものを援用し、異なる部分についてのみ説明する。
2 第1振動子
3 第2振動子
4 計測制御手段
11 計時手段
12 検定手段
13 補正手段
14 演算手段
15 水晶発振回路
16 セラミック発振回路
18 クロック制御手段
19 リングオシレータ
21 報知手段
23 遮断弁
Claims (18)
- 流体管路に設けられ超音波信号を送信する第1振動子と、前記第1振動子から送信された超音波信号を受信する第2振動子と、前記振動子間の超音波の伝搬を1回または連続して複数回行い伝搬時間を求める計時手段と、前記計時手段で計時した伝搬時間に基づき流速および/または流量を求める演算手段と、動作周波数の高い高速クロック発生手段と、動作周波数の低い低速クロック発生手段と、前記高速クロックの動作を制御するクロック制御手段と、前記二つのクロック発生手段から供給されるクロックに基づいて動作し、前記一対の振動子と前記計時手段による計時動作を制御する計測制御手段とを備え、前記クロック制御手段は前記計時手段の計時動作が終了するごとに前記高速クロック発生手段からのクロック供給を停止するようにした流体の流れ計測装置。
- 高速クロックよりも更に高速な補助クロックを計時手段の計時動作の最後でのみ供給する補助クロック供給手段を備え、計時手段は、高速クロックと補助クロックを用いて伝搬時間を求めるようにした請求項1記載の流体の流れ計測装置。
- 立ち上がり時間の短い高速クロック発生手段と、高速クロック発生手段より供給される高速クロックよりも精度の高い低速クロックを供給する低速クロック発生手段とを備え、計測制御手段は、高速クロックと同期して伝搬時間を計時する計時手段と、低速クロックの発振周期を基に高速クロックの発振周期を求める検定手段と、検定手段で求めた高速クロックの発振周期を基に計時手段で求めた伝搬時間を補正する補正手段とを備えた請求項1または2記載の流体の流れ計測装置。
- 検定手段は、低速クロックの発振周期と高速クロックよりも更に高速な補助クロックの発振周期を基に高速クロックの発振周期を求めるようにした請求項3記載の流体の流れ計測装置。
- 計時手段と検定手段で用いる補助クロックとを同一とした請求項4記載の流体の流れ計測装置。
- 検定手段は、高速クロックの発振周期を基に補助クロックの発振周期を求める請求項4または5に記載の流体の流れ計測装置。
- 検定手段は、低速クロックの発振周期を基に補助クロックの発振周期を求める請求項4または5に記載の流体の流れ計測装置。
- 高速クロック発生手段を立ち上がりの高速なセラミック発振回路またはCR発振回路のいずれかにより構成した請求項1〜7いずれか1項記載の流体の流れ計測装置。
- 低速クロック発生手段を水晶発振回路により構成した請求項1〜7いずれか1項記載の流体の流れ計測装置。
- 補助クロック発生手段をリングオシレータにより構成した請求項2、4、5いずれか1項記載の流体の流れ計測装置。
- 検定手段は、計時手段の動作と並行して高速クロックの検定を行うようにした請求項3または4記載の流体の流れ計測装置。
- 検定手段は、計時手段の動作と並行して補助クロックの検定を行うようにした請求項6または7記載の流体の流れ計測装置。
- 検定手段で求めた高速クロックの発振周期が予め定めた範囲を逸脱した場合には、予め定めた標準値を検定値と定めるようにした請求項3記載の流体の流れ計測装置。
- 検定手段で求めた補助クロックの発振周期が予め定めた範囲を逸脱した場合には、予め定めた標準値を検定値と定めるようにした請求項6記載の流体の流れ計測装置。
- 検定手段で求めた高速クロックの発振周期が予め定めた範囲を逸脱した場合には、外部に報知する報知手段を備えた請求項3記載の流体の流れ計測装置。
- 検定手段で求めた補助クロックの発振周期が予め定めた範囲を逸脱した場合には、外部に報知する報知手段を備えた請求項6記載の流体の流れ計測装置。
- 検定手段で求めた高速クロックの発振周期が予め定めた範囲を逸脱した場合に、流体の流れを遮断する遮断手段を備えた請求項3記載の流体の流れ計測装置。
- 検定手段で求めた補助クロックの発振周期が予め定めた範囲を逸脱した場合に、流体の流れを遮断する遮断手段を備えた請求項6記載の流体の流れ計測装置。
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