JP2008175666A - 超音波流量計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、上記課題を解決するために、調整可能なパルス7を用いて、時間分解能を向上させる。また、受信波数と受信点とを関係付けることにより、受信波形の振幅が変化する場合でも、受信手段5の増幅器の増幅度を一定にして計測できるので、計測誤差を低減できる。
【選択図】図1
Description
T=L/(c+v・cosφ) (1)
となり、(1)式より
v=(L/T−c)/cosφ (2)
となり、Lとφが既知ならTを計測すれば流速vが求められる。この流速より流量Qは、通過面積をS、補正計数をKとすれば、
Q=K・S・v (3)
となる。
ると、順方向と逆方向のそれぞれの繰り返し時間T1,T2は、
T1=n・L/(c+v・cosφ) (4)
T2=n・L/(c−v・cosφ) (5)
となり、(4)、(5)式より
v=n・(L/2cosφ)・((1/T1)−(1/T2)) (6)
となり、Lとφが既知なら繰り返し時間T1,T2を計測すれば流速vが求められる。しかしながら繰り返し時間T1と繰り返し時間T2との差は流量が小さくかつ繰り返し回数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計測回数を多く設定し誤差を比較的小さくし、流量が大きくなると繰り返し時間(T1−T2)の差も大きくなるので計測が容易になり、その場合には繰り返し設定の回数を小さくしてサンプリング間隔を速くして誤差を小さくする。
おいて超音波センサA121へ1回目の送信信号(500kHzパルスの3波で、図22では「1st−S」と記載している)を与えると、図22(b)に示されるように、超音波の伝播時間T1後に超音波センサB22が受信する。受信波は図22で「1st−R」と記載している。受信波の第2波と第3波との中間に設定された閾値により受信を検出したすぐ後の基準値と交わる点(検出ポイント(P1))を検出する。検出ポイントから定められた既知の時間である遅延時間TD後に、再び2回目の送信信号(2nd−S)を超音波センサA121に与える。このような動作をn回繰り返す。これをシングアラウンドの回数がn回であると呼ぶ。1回目の送信からn回後の検出ポイント(Pn)までに含まれるパルス数NCをカウントする。パルスの1周期がT(秒)とし、また、実際の受信ポイントPTから第3波までの時間は固定値THとして扱うと、全体の計測時間は式(7)のようになる。
従って、平均的な超音波の伝播時間TAVGは次式のようになる。
=(NC・T−n・TH−(n−1)・TD)/n
=NC・T/n−TH−(n−1)・TD/n (8)
式(8)右辺第1項のT/nはパルスの周期がシングアラウンド回数nで割られているので、見かけのうえでは周期Tのパルスが周期T/nになり、時間分解能が細かくなっている。このように周期Tのパルスを使用して時間分解能をT/nにする計測手法がシングアラウンドである。
もあると記載されている。
T1がおよそ180μsec(μsecは10−6秒)、THがおよそ15μsec、TDがおよそ150μsec、シングアラウンドの回数を10回とすると、概算で、3.3msec(msecは10−3秒)程度となる。
DIS=σ/√n (9)
の関係があるので、DISを0.75(L/h)にするためには、例えばシングアラウンド8回の標準偏差σは図28から3.62となるので、nを求めると約24回となる。
な無駄な計測を省くことができる。
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を示すブロック図である。
て、P0点の値を求める。
で計測すると、「V真値との差」は2.45である。
そこで、平均値を取る。図6はこれを示した表である。例えば、図5の「I真値」が280で、調整可能な「IIパルスの半周期」が4.16と3.05(No.1とNo.23)の「IVパルス数から求めた受信信号までの時間」の平均値1.865を図6の「平均値」のところに示している。同図の「真値との差」は真値と平均値との差を絶対値で記載している。このようにすれば、最適な「IIパルスの半周期」で測定した場合と、そうでない場合とで平均化されるので、その値は、最適でない「IIパルスの半周期」で測定した場合の値よりも小さいものにすることができる。
、超音波の伝播時間T1とT2が求まり、両者の差から流量が算出される。これらの時間関係は図26に示されるものと同等である。本発明では、この1計測ごとに、調整可能なパルスの周期をわずかずつ変えながら測定を行う。
分解能を細かくするために、調整可能なパルスの周波数を変化させることは有効であるが、これは受信信号と調整可能なパルスの交わる点を微妙にずらしていることになる。そこで、図11に示すように、調整可能なパルスの周波数を部分的に変化させることでも同様な効果が得られる。図11(a)は基準パルス、図11(b)は調整可能なパルスを示しており、図11(b)にはタイミングがわかるように受信信号を重ねて記載している。図11(c)も調整可能なパルスであるが、図11(b)が周期一定なのに対して期間Sだけが周期が短くなっている。
図13(a)は超音波センサA2に与える送信信号、図13(b)は超音波センサB3で受信した受信信号、図13(c)は調整可能なパルスを示している。図13は受信信号から複数のポイントP1からP7で、調整可能なパルスの数をカウントして、それらの平均を取り、補正を加えることで、伝播時間T1を求めるようにしている。ポイントP1からP7は、それぞれ調整可能なパルスの異なるタイミングで交わるので、時間の分解能が細かくなると同時に、複数のデータの平均をとるので、平均化の効果も得られる。分解能や平均化効果は、ポイントの数で調整が可能である。この点は背景技術で述べた内容と同等であるが、調整可能なパルスによるカウントでさらに、分解能を細かくすることが可能となる。
のパケットAとパケットBの組を1計測と呼ぶことにする。1回のパケットAとパケットBからそれぞれ、超音波の伝播時間T1とT2が求め、両者の差から流量が算出するようにする。また、背景技術と同様に、2秒に1回の流量データを得るようにする。これらの時間関係は図26に示されるものと同等である。本発明では、この1計測ごとに、調整可能なパルスの周期をわずかずつ変えながら測定を行う。調整可能なパルスの中心周期は、「背景技術」で述べたシングアラウンド方式で用いているパルスの周期Tと同等とし、この調整可能なパルスの周期を変化させる範囲は、中心周期(Tと同等)の数%以内とする。
2 超音波センサA
3 超音波センサB
4 送信手段
5 受信手段
6 時間計時手段
7 基準パルス
8 調整可能なパルス
9 カウンタ
10 超音波流量計
11 超音波
13 発振器
14 スタート制御回路
21 受信点設定手段
22 波数カウント手段
23 判断手段
24 最大波の波数検知手段
25 基準値A
26 比較手段A
27 時間計測手段B
28 判断手段B
29 基準値B
30 比較手段B
Claims (7)
- 流体が通る流路と、前記流路内の媒体に超音波を発生する送信側超音波センサと、媒体を伝播する超音波を受信する受信側超音波センサと、前記送信側超音波センサに信号を送信する送信手段と、前記受信側超音波センサから信号を受信する受信手段と、送信から受信までの時間を計る時間計測手段を備え、
前記時間計測手段は、基準パルスと、調整可能なパルスと、前記パルスを数えるカウンタとを備えた超音波流量計。 - 調整可能なパルスを基準パルスと比較して、調整可能なパルスの周期の情報を得るようにした請求項1記載の超音波流量計。
- 調整可能なパルスは、発振器とそれを制御するスタート制御回路からつくり、前記スタート制御回路での前記発振器のスタート状態を制御するようにした請求項1記載の超音波流量計。
- 時間計測手段による時間計測は、1つの受信信号から複数の時間計測データを取得するようにした請求項1記載の超音波流量計。
- 調整可能なパルスの周期は、
送信手段が超音波センサに与える送信信号の周期と一致しないような周期に設定した請求項4記載の超音波流量計。 - 時間計測の分解能は、1つの受信信号から得る時間計測データ数で調整するようにした請求項4記載の超音波流量計。
- 計測回数は、流体の流量に応じて調整するようにした請求項4記載の超音波流量計。
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JP2006003312A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Tokyo Gas Co Ltd | ガスメータ |
JP2006200801A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ガス器具判別機能を有するガスメータおよびガス器具 |
JP2006214794A (ja) * | 2005-02-02 | 2006-08-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流量計測装置 |
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