JP3251378B2 - 気体用超音波流量計 - Google Patents
気体用超音波流量計Info
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Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、気体用超音波流量計に関し、よ
り詳細には、気体用超音波流量計の超音波トランスデュ
ーサに付着して出力阻害を引き起こすミスト等を取り除
くためのミスト除去手段を有する気体用超音波流量計に
関する。
り詳細には、気体用超音波流量計の超音波トランスデュ
ーサに付着して出力阻害を引き起こすミスト等を取り除
くためのミスト除去手段を有する気体用超音波流量計に
関する。
【０００２】
【従来技術】超音波流量計は、周知のように測定管に対
して斜めに横切る超音波を流れの順方向と逆方向とに送
受波して伝播時間差に基づいて流れを妨げずに流量計測
を可能とする代表的な流量計で、超音波が伝播するすべ
ての流体を測定できる特徴を有している。超音波流量計
の方式には多くの種類があるが、測定する流体の種類や
温度条件等により変化する超音波の伝播時間に影響され
ない周波数差方式が多用されている。超音波流量計と同
様に流れを妨げることない流量計として電磁流用計があ
るが、電磁流量計は、非導電性の流体を測定することは
できない。超音波流量計は、電磁流量計では測定できな
い非導電性の流体流量も測定できるので、より汎用性の
ある流量計ということができる。
して斜めに横切る超音波を流れの順方向と逆方向とに送
受波して伝播時間差に基づいて流れを妨げずに流量計測
を可能とする代表的な流量計で、超音波が伝播するすべ
ての流体を測定できる特徴を有している。超音波流量計
の方式には多くの種類があるが、測定する流体の種類や
温度条件等により変化する超音波の伝播時間に影響され
ない周波数差方式が多用されている。超音波流量計と同
様に流れを妨げることない流量計として電磁流用計があ
るが、電磁流量計は、非導電性の流体を測定することは
できない。超音波流量計は、電磁流量計では測定できな
い非導電性の流体流量も測定できるので、より汎用性の
ある流量計ということができる。
【０００３】超音波流量計は、流れを妨げることがなく
気体流量測定には最適な流量計であるが気体用の超音波
トランスデューサは、圧電素子を駆動源としており、圧
電素子の厚み方向の振動に基づいて超音波を送受波する
ので、多くは超音波トランスデューサの振動面が直接測
定気体と接するように取り付けられている。このため、
超音波トランスューサの表面に配管内の錆等の微粒が付
着し、変換効率を阻害することが多い。特に、気温が低
下することによりミストが発生し、これと気体中の微粒
粉とが混合し、超音波トランスデューサの表面に付着し
て超音波の発生出力を低下させ、極端な場合計測不可能
になることがある。
気体流量測定には最適な流量計であるが気体用の超音波
トランスデューサは、圧電素子を駆動源としており、圧
電素子の厚み方向の振動に基づいて超音波を送受波する
ので、多くは超音波トランスデューサの振動面が直接測
定気体と接するように取り付けられている。このため、
超音波トランスューサの表面に配管内の錆等の微粒が付
着し、変換効率を阻害することが多い。特に、気温が低
下することによりミストが発生し、これと気体中の微粒
粉とが混合し、超音波トランスデューサの表面に付着し
て超音波の発生出力を低下させ、極端な場合計測不可能
になることがある。
【０００４】
【目的】本発明は、上述の実情に鑑みなされたもので、
流量計測するために超音波を送受波する時間以外の周期
あるいは信号低下等の異常が検知されたとき、超音波ト
ランスデューサに、この超音波トランスデューサを構成
する圧電素子の固有振動数に等しい周波数の電圧を印加
することより得られる超音波振動エネルギを利用して簡
単にダストミスト除去を行うことを目的とするものであ
る。
流量計測するために超音波を送受波する時間以外の周期
あるいは信号低下等の異常が検知されたとき、超音波ト
ランスデューサに、この超音波トランスデューサを構成
する圧電素子の固有振動数に等しい周波数の電圧を印加
することより得られる超音波振動エネルギを利用して簡
単にダストミスト除去を行うことを目的とするものであ
る。
【０００５】
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
気体が流れる測定管と、該測定管を斜めに横切って超音
波を送受波する円板状の圧電素子板を駆動源とした超音
波トランスデューサと、該超音波トランスデューサから
所定時間毎に流れの順方向と逆方向に超音波を送受波し
て得られた周波数差から流量を検知する流量変換器と、
前記超音波を送受波している以外の時間内において前記
超音波トランスデューサを圧電素子径方向の共振周波数
と略等しい周波数で駆動するミスト除去電源とからなる
こと、或いは、（２）気体が流れる測定管と、該測定管
を斜めに横切って超音波を送受波する円板状の圧電素子
板を駆動源とした超音波トランスデューサと、該超音波
トランスデューサから超音波を流れの順方向と逆方向に
送受波したときの超音波の伝播時間差の関数として流量
を検知する流量変換器と、前記超音波トランスデューサ
から送受波される送受波信号の振幅を検出し、該送受波
信号と予め定められた正常な振幅値とを比較し、送受波
信号が正常か否かを判定する送受波信号異常判定手段
と、該送受波信号異常判定手段が正常と判断したときは
前記流量検知を継続し、異常と判断したときは前記流量
検知を所定時間停止するモード切換手段と、前記流量検
知が停止している所定時間において、前記超音波トラン
スデューサを圧電素子径方向の共振周波数と略等しい周
波数で駆動するミスト除去電源とからなること、更に
は、（３）前記（１）又は（２）において、前記ミスト
除去電源の電源周波数を前記圧電素子の厚み方向の共振
周波数を含まず、径方向の共振周波数を含む所定周波数
範囲における連続した周波数としたことを特徴とするも
のである。以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
気体が流れる測定管と、該測定管を斜めに横切って超音
波を送受波する円板状の圧電素子板を駆動源とした超音
波トランスデューサと、該超音波トランスデューサから
所定時間毎に流れの順方向と逆方向に超音波を送受波し
て得られた周波数差から流量を検知する流量変換器と、
前記超音波を送受波している以外の時間内において前記
超音波トランスデューサを圧電素子径方向の共振周波数
と略等しい周波数で駆動するミスト除去電源とからなる
こと、或いは、（２）気体が流れる測定管と、該測定管
を斜めに横切って超音波を送受波する円板状の圧電素子
板を駆動源とした超音波トランスデューサと、該超音波
トランスデューサから超音波を流れの順方向と逆方向に
送受波したときの超音波の伝播時間差の関数として流量
を検知する流量変換器と、前記超音波トランスデューサ
から送受波される送受波信号の振幅を検出し、該送受波
信号と予め定められた正常な振幅値とを比較し、送受波
信号が正常か否かを判定する送受波信号異常判定手段
と、該送受波信号異常判定手段が正常と判断したときは
前記流量検知を継続し、異常と判断したときは前記流量
検知を所定時間停止するモード切換手段と、前記流量検
知が停止している所定時間において、前記超音波トラン
スデューサを圧電素子径方向の共振周波数と略等しい周
波数で駆動するミスト除去電源とからなること、更に
は、（３）前記（１）又は（２）において、前記ミスト
除去電源の電源周波数を前記圧電素子の厚み方向の共振
周波数を含まず、径方向の共振周波数を含む所定周波数
範囲における連続した周波数としたことを特徴とするも
のである。以下、本発明の実施例に基づいて説明する。
【０００６】図１は、本発明による気体用超音波流量計
を説明するためのブロック図の一例であり、図中、１は
測定管、２、３は超音波トランスデューサ、４は流量変
換器、５は発振制御回路、６は同期回路、７は超音波パ
ルス発生器、８は切換回路、９は受信回路、１０は時間
差電圧変換回路、１１は分周回路、１２、１３はサンプ
ルホールド回路、１４、１５は積分回路、１７、１８は
電圧制御発振器（以下ＶＣＯと略称する）、１９は変調
器、２０は周波数−電圧変換回路、２１はミスト除去電
源、２２はミスト除去発振器、２３は増幅器である。
を説明するためのブロック図の一例であり、図中、１は
測定管、２、３は超音波トランスデューサ、４は流量変
換器、５は発振制御回路、６は同期回路、７は超音波パ
ルス発生器、８は切換回路、９は受信回路、１０は時間
差電圧変換回路、１１は分周回路、１２、１３はサンプ
ルホールド回路、１４、１５は積分回路、１７、１８は
電圧制御発振器（以下ＶＣＯと略称する）、１９は変調
器、２０は周波数−電圧変換回路、２１はミスト除去電
源、２２はミスト除去発振器、２３は増幅器である。
【０００７】図１において、測定管１は計測気体が流れ
る管体で、超音波トランスデューサ２,３が送受波され
る超音波が測定管１を斜めに横切るように取付けられて
いる。流量変換器４は、位相同期グループ（以下ＰＬＬ
と略称する）を利用した周波数差から流量を求める公知
の流量演算回路４の一例であり、送受波信号が所定時間
間隔ごとに繰り返される周波数差方式の回路であれば、
回路内容は問わない。ミスト除去電源２１は、ミスト除
去発振器２２と増幅器２３とからなり、ミスト除去発振
器２２は超音波トランスデューサ２,３を構成する円板
状の圧電素子の径方向の固有振動数と略等しい周波数の
電圧を発信する発振器である。
る管体で、超音波トランスデューサ２,３が送受波され
る超音波が測定管１を斜めに横切るように取付けられて
いる。流量変換器４は、位相同期グループ（以下ＰＬＬ
と略称する）を利用した周波数差から流量を求める公知
の流量演算回路４の一例であり、送受波信号が所定時間
間隔ごとに繰り返される周波数差方式の回路であれば、
回路内容は問わない。ミスト除去電源２１は、ミスト除
去発振器２２と増幅器２３とからなり、ミスト除去発振
器２２は超音波トランスデューサ２,３を構成する円板
状の圧電素子の径方向の固有振動数と略等しい周波数の
電圧を発信する発振器である。
【０００８】測定管１の超音波トランスデューサ２,３
は同一特性の圧電素子（図示せず）の厚み方向の振動を
駆動源とした超音波の送受波器である。超音波トランス
デューサ２,３は切換回路８のスイッチＳ2，Ｓ3を切換
えることにより送波と受波機能を換えることができる。
流量変換器４では、次のような動作が行われる。まず、
発振制御回路５から出力された超音波トランスデューサ
２,３の厚み方向の振動周波数と大きく異なる高周波の
クロックパルスが同期回路６に入力される。一方、同期
回路６には、クロックパルスの他に、スイッチＳ1で切
り換えられたＶＣＯ１７とＶＣＯ１８の周波数信号が交
互に入力され、同期回路６からはＶＣＯ１７とＶＣＯ１
８と同期したスタートパルスが出力される。スタートパ
ルスは、超音波パルス発生回路７に入力して超音波パル
ス発生回路７からは超音波パルスが出力される。
は同一特性の圧電素子（図示せず）の厚み方向の振動を
駆動源とした超音波の送受波器である。超音波トランス
デューサ２,３は切換回路８のスイッチＳ2，Ｓ3を切換
えることにより送波と受波機能を換えることができる。
流量変換器４では、次のような動作が行われる。まず、
発振制御回路５から出力された超音波トランスデューサ
２,３の厚み方向の振動周波数と大きく異なる高周波の
クロックパルスが同期回路６に入力される。一方、同期
回路６には、クロックパルスの他に、スイッチＳ1で切
り換えられたＶＣＯ１７とＶＣＯ１８の周波数信号が交
互に入力され、同期回路６からはＶＣＯ１７とＶＣＯ１
８と同期したスタートパルスが出力される。スタートパ
ルスは、超音波パルス発生回路７に入力して超音波パル
ス発生回路７からは超音波パルスが出力される。
【０００９】流量測定時には、出力された超音波パルス
を入力するために切換回路８のスイッチＳ5，Ｓ6，Ｓ7
及びＳ2，Ｓ3はａ接点に接続されており、超音波パルス
発生回路７から出力した超音波パルスはスイッチＳ5，
Ｓ2を介して超音波トランスデューサ２を送波器として
駆動し、発生し伝播した超音波パルスを超音波トランス
デューサ３が受波する。また、スイッチＳ5，Ｓ6はａ接
点に接続したままでスイッチＳ2とＳ3をｂ接点に切り換
えると、超音波トランスデューサ３が送波器となり超音
波トランスデューサ２は受波側に切り換えられ、超音波
トランスデューサ２と３との間で送受波が双方向に切り
換えられる。
を入力するために切換回路８のスイッチＳ5，Ｓ6，Ｓ7
及びＳ2，Ｓ3はａ接点に接続されており、超音波パルス
発生回路７から出力した超音波パルスはスイッチＳ5，
Ｓ2を介して超音波トランスデューサ２を送波器として
駆動し、発生し伝播した超音波パルスを超音波トランス
デューサ３が受波する。また、スイッチＳ5，Ｓ6はａ接
点に接続したままでスイッチＳ2とＳ3をｂ接点に切り換
えると、超音波トランスデューサ３が送波器となり超音
波トランスデューサ２は受波側に切り換えられ、超音波
トランスデューサ２と３との間で送受波が双方向に切り
換えられる。
【００１０】順方向と逆方向に切り換えられ受波された
超音波パルス信号はスイッチＳ6のａ接点を介して受信
回路９に入力される。入力レベルが所定値に達すると受
信回路９から受信パルスが出力され、時間差変換回路１
０の一方側に入力される。また時間差変換回路１０の他
方側の入力には分周回路１１からの出力信号が入力され
る。
超音波パルス信号はスイッチＳ6のａ接点を介して受信
回路９に入力される。入力レベルが所定値に達すると受
信回路９から受信パルスが出力され、時間差変換回路１
０の一方側に入力される。また時間差変換回路１０の他
方側の入力には分周回路１１からの出力信号が入力され
る。
【００１１】分周回路１１の一方にはＶＣＯ１７，ＶＣ
Ｏ１８の何れかの発振周波数を入力し、他方には同期回
路６の同期信号からのスタート信号が入力される。分周
回路６からは同期回路６から出力されたスタート信号の
入力と同時に、ＶＣＯ１７又はＶＣＯ１８からの周波数
信号が入力し、１／Ｎの分周信号を出力する。
Ｏ１８の何れかの発振周波数を入力し、他方には同期回
路６の同期信号からのスタート信号が入力される。分周
回路６からは同期回路６から出力されたスタート信号の
入力と同時に、ＶＣＯ１７又はＶＣＯ１８からの周波数
信号が入力し、１／Ｎの分周信号を出力する。
【００１２】一方、時間差電圧変換回路１０からは、超
音波パルスが送出されてから受信パルスまでの時間と、
ＶＣＯ１７又はＶＣＯ１８の発振信号を１／Ｎに分周す
る時間差△Ｔに比例した電圧を出力し、これをサンプル
ホールド回路１２，１３に入力し、サンプルホールドさ
れる。すなわち、サンプルホールド回路１２，１３には
スイッチＳ1，Ｓ2，Ｓ3と連動して切り換えられるスイ
ッチＳ4を介してサンプルパルス１６が交互に供給さ
れ、時間差電圧変換回路１０の出力電圧がサンプルホー
ルドされる。この結果、サンプルホールド回路１２に
は、超音波トランスデューサ２から３に音波が達する時
間とＶＣＯ１７の発振信号を１／Ｎに分周した時間との
時間差△ＴAに対応した電圧がサンプルホールドされ
る。同様に、サンプルホールド回路１３には、超音波が
超音波トランスデューサ３から２に達する時間とＶＣＯ
１８の１／Ｎ分周信号との時間差△ＴBに対応した電圧
がサンプルホールドされる。
音波パルスが送出されてから受信パルスまでの時間と、
ＶＣＯ１７又はＶＣＯ１８の発振信号を１／Ｎに分周す
る時間差△Ｔに比例した電圧を出力し、これをサンプル
ホールド回路１２，１３に入力し、サンプルホールドさ
れる。すなわち、サンプルホールド回路１２，１３には
スイッチＳ1，Ｓ2，Ｓ3と連動して切り換えられるスイ
ッチＳ4を介してサンプルパルス１６が交互に供給さ
れ、時間差電圧変換回路１０の出力電圧がサンプルホー
ルドされる。この結果、サンプルホールド回路１２に
は、超音波トランスデューサ２から３に音波が達する時
間とＶＣＯ１７の発振信号を１／Ｎに分周した時間との
時間差△ＴAに対応した電圧がサンプルホールドされ
る。同様に、サンプルホールド回路１３には、超音波が
超音波トランスデューサ３から２に達する時間とＶＣＯ
１８の１／Ｎ分周信号との時間差△ＴBに対応した電圧
がサンプルホールドされる。
【００１３】これらのサンプルホールド電圧は、各々積
分回路１４，１５を介してＶＣＯ１７，１８の制御端子
に供給され双方の発振周波数を制御する。このとき、Ｖ
ＣＯ１７の周波数をｆ1、ＶＣＯ１８の周波数をｆ2とす
るとＶＣＯ１７およびＶＣＯ１８は前記時間差△ＴA、
△ＴBを共に零とするように周波数ｆ1およびｆ2を制御
する。
分回路１４，１５を介してＶＣＯ１７，１８の制御端子
に供給され双方の発振周波数を制御する。このとき、Ｖ
ＣＯ１７の周波数をｆ1、ＶＣＯ１８の周波数をｆ2とす
るとＶＣＯ１７およびＶＣＯ１８は前記時間差△ＴA、
△ＴBを共に零とするように周波数ｆ1およびｆ2を制御
する。
【００１４】この結果、変調器１９からは周波数ｆ1と
ｆ2との差周波数△ｆが出力される。この差周波数△ｆ
は、測定管内流速に比例した音速を含まない量であり、
この差周波数△ｆを周波数−電圧変換回路２０に入力し
て流量信号を出力する。なお、以上の説明は、測定管１
に測定管１を斜めに横切るように配設した超音波トラン
スデューサ２,３が透過形の気体用超音波流量計につい
て行ったが、反射形の場合についても同じである。
ｆ2との差周波数△ｆが出力される。この差周波数△ｆ
は、測定管内流速に比例した音速を含まない量であり、
この差周波数△ｆを周波数−電圧変換回路２０に入力し
て流量信号を出力する。なお、以上の説明は、測定管１
に測定管１を斜めに横切るように配設した超音波トラン
スデューサ２,３が透過形の気体用超音波流量計につい
て行ったが、反射形の場合についても同じである。
【００１５】次に切換スイッチＳ5，Ｓ6およびＳ7を共
にｂ接点に切換えると流量信号を出力する周波数−電圧
変換回路２０の出力は接地され流量変換器４の動作は停
止し、同時に超音波トランスデューサ２にはミスト除去
電源２１が接続される。次にスイッチＳ2，Ｓ3を共にｂ
接点に切り換えると、超音波トランスデューサ３のみに
ミスト除去電源２１が印加される。
にｂ接点に切換えると流量信号を出力する周波数−電圧
変換回路２０の出力は接地され流量変換器４の動作は停
止し、同時に超音波トランスデューサ２にはミスト除去
電源２１が接続される。次にスイッチＳ2，Ｓ3を共にｂ
接点に切り換えると、超音波トランスデューサ３のみに
ミスト除去電源２１が印加される。
【００１６】図２は、超音波トランスデューサの周波数
−インピーダンス特性の一例を示す図で、横軸に周波数
ｆ、縦軸にインピーダンス|ＺP|をとっている。超音波
トランスデューサ２,３には、前記のように円板形の圧
電素子が収納されている。円板形の圧電素子は、直径と
厚さとの比により定められる２つの共振周波数を有して
いる。一つは径方向の共振周波数ｆdで、他の共振周波
数は厚み方向の共振周波数ｆsであり、径方向の共振周
波数ｆdは基本周波数であり、厚み方向の共振周波数ｆs
よりも低く、インピーダンス|Ｚ|は低い。厚み方向の共
振周波数ｆsは超音波発振に利用されるが、径方向の共
振周波数ｆdはミスト等の除去用に使用される。
−インピーダンス特性の一例を示す図で、横軸に周波数
ｆ、縦軸にインピーダンス|ＺP|をとっている。超音波
トランスデューサ２,３には、前記のように円板形の圧
電素子が収納されている。円板形の圧電素子は、直径と
厚さとの比により定められる２つの共振周波数を有して
いる。一つは径方向の共振周波数ｆdで、他の共振周波
数は厚み方向の共振周波数ｆsであり、径方向の共振周
波数ｆdは基本周波数であり、厚み方向の共振周波数ｆs
よりも低く、インピーダンス|Ｚ|は低い。厚み方向の共
振周波数ｆsは超音波発振に利用されるが、径方向の共
振周波数ｆdはミスト等の除去用に使用される。
【００１７】図３は、本発明にかかるミスト除去電源の
印加のタイミングを示すタイムチャートで、最初、例え
ば、時間Ｔ1の期間において超音波トランスデューサ２
から順方向の送波信号Ａが印加され、超音波トランスデ
ューサ３からＴ2時に受波信号ＡCが得られる。次にトラ
ンスデューサ３から時間Ｔ4の期間に逆方向の送波信号
Ｂが送波されるが、その間の期間Ｔ3においてスイッチ
Ｓ5，Ｓ6およびＳ7がｂ接点に接続され、ミスト除去電
源２２から径方向の共振周波数ｆdの駆動信号が印加さ
れる。これにより、超音波トランスデューサ２は、径方
向に大きい振幅で拡大・縮小を繰り返し、該超音波トラ
ンスデューサ３に付着したミスト等の付着物は、径方向
に振動して破断されて除去される。
印加のタイミングを示すタイムチャートで、最初、例え
ば、時間Ｔ1の期間において超音波トランスデューサ２
から順方向の送波信号Ａが印加され、超音波トランスデ
ューサ３からＴ2時に受波信号ＡCが得られる。次にトラ
ンスデューサ３から時間Ｔ4の期間に逆方向の送波信号
Ｂが送波されるが、その間の期間Ｔ3においてスイッチ
Ｓ5，Ｓ6およびＳ7がｂ接点に接続され、ミスト除去電
源２２から径方向の共振周波数ｆdの駆動信号が印加さ
れる。これにより、超音波トランスデューサ２は、径方
向に大きい振幅で拡大・縮小を繰り返し、該超音波トラ
ンスデューサ３に付着したミスト等の付着物は、径方向
に振動して破断されて除去される。
【００１８】同様の作用により、超音波トランスデュー
サ３に付着したミスト等は、超音波トランスデューサ３
が逆方向に向けて時間Ｔ4の期間に送波され、時間Ｔ5の
期間で受波信号ＢCが得られた後に、時間Ｔ6の期間にお
いてスイッチＳ2，Ｓ5をｂ接点に切り換えることにより
除去される。
サ３に付着したミスト等は、超音波トランスデューサ３
が逆方向に向けて時間Ｔ4の期間に送波され、時間Ｔ5の
期間で受波信号ＢCが得られた後に、時間Ｔ6の期間にお
いてスイッチＳ2，Ｓ5をｂ接点に切り換えることにより
除去される。
【００１９】図４は、本発明による気体用超音波流量計
の他の実施例を説明するためのブロック図の一例であ
り、図中、２４は送受波異常判別器、２５，２６はピー
クホールド回路、２７，２８は比較回路、２９，３０は
基準電圧、３１は判別回路、３２はモード切換回路、３
３はスイッチ切換信号、３４は異常表示回路であり、図
１と同じ作用をする部分には図１と同一の参照番号を付
している。
の他の実施例を説明するためのブロック図の一例であ
り、図中、２４は送受波異常判別器、２５，２６はピー
クホールド回路、２７，２８は比較回路、２９，３０は
基準電圧、３１は判別回路、３２はモード切換回路、３
３はスイッチ切換信号、３４は異常表示回路であり、図
１と同じ作用をする部分には図１と同一の参照番号を付
している。
【００２０】図４の気体用超音波流量計は、流量変換器
４は図１と同じであり、ミスト除去電源２１の印加時期
が送受波異常判別器２４が異常信号を発信したときに限
られている。以下、図４の気体用超音波流量計のミスト
除去の原理に関して説明する。
４は図１と同じであり、ミスト除去電源２１の印加時期
が送受波異常判別器２４が異常信号を発信したときに限
られている。以下、図４の気体用超音波流量計のミスト
除去の原理に関して説明する。
【００２１】超音波トランスデューサ２と３とは、切換
回路のスイッチＳ2およびＳ3を切換えることにより、双
方的に送波器と受波器とが交互に切換えられる。送波パ
ルスは、切換えられた超音波トランスデューサ２か３の
何れかに超音波パルス発生回路７から超音波パルスが印
加される。この超音波パルスの波高値は一定に制御され
ているが、超音波トランスデューサ２又は３から送波さ
れる超音波が正常か異常かを判別する前提条件として、
正常な超音波パルスが印加されているか否かを判別しな
ければならない。超音波トランスデューサにミスト等が
付着すると、送波信号と受波信号は共に小さくなるの
で、受波パルスの波高値が正常か異常かは、超音波トラ
ンスデューサ２又は３或いは双方とも正常か異常かによ
り定められる。
回路のスイッチＳ2およびＳ3を切換えることにより、双
方的に送波器と受波器とが交互に切換えられる。送波パ
ルスは、切換えられた超音波トランスデューサ２か３の
何れかに超音波パルス発生回路７から超音波パルスが印
加される。この超音波パルスの波高値は一定に制御され
ているが、超音波トランスデューサ２又は３から送波さ
れる超音波が正常か異常かを判別する前提条件として、
正常な超音波パルスが印加されているか否かを判別しな
ければならない。超音波トランスデューサにミスト等が
付着すると、送波信号と受波信号は共に小さくなるの
で、受波パルスの波高値が正常か異常かは、超音波トラ
ンスデューサ２又は３或いは双方とも正常か異常かによ
り定められる。
【００２２】送受波信号異常判別器２４は、超音波パル
ス発生回路７から出力される超音波パルスの波高値と、
受波パルスの波高値とが正常値であるか否かを判別して
判別信号を出力する回路である。
ス発生回路７から出力される超音波パルスの波高値と、
受波パルスの波高値とが正常値であるか否かを判別して
判別信号を出力する回路である。
【００２３】まず、ピークホールド回路２５は、超音波
トランスデューサ２又は３に印加される超音波パルスの
波高値が正常か異常かを判別するために超音波パルスの
波高値をホールドする回路で、ホールドされた波高値
は、予め定められた基準電圧とを比較回路２７によって
比較される。
トランスデューサ２又は３に印加される超音波パルスの
波高値が正常か異常かを判別するために超音波パルスの
波高値をホールドする回路で、ホールドされた波高値
は、予め定められた基準電圧とを比較回路２７によって
比較される。
【００２４】また、受波パルスの波高値も超音波パルス
の場合と同様に、ピークホールド回路２６によりピーク
値を保持され、予め定められた基準電圧３０と比較回路
２８により比較される。
の場合と同様に、ピークホールド回路２６によりピーク
値を保持され、予め定められた基準電圧３０と比較回路
２８により比較される。
【００２５】比較回路２７および／又は比較回路２８の
出力が異常と判断されたとき、判別回路３１は異常あり
と判断し、超音波トランスデューサ２および／又は３の
超音波トランスデューサにミスト等の異物が付着し、送
波信号および／又は受波信号が小さくなったことを示
す。
出力が異常と判断されたとき、判別回路３１は異常あり
と判断し、超音波トランスデューサ２および／又は３の
超音波トランスデューサにミスト等の異物が付着し、送
波信号および／又は受波信号が小さくなったことを示
す。
【００２６】判別回路３１から出力された正常，異常信
号は、モード切換回路３２に入力され、流量計測してい
る正常信号の場合は、図示の状態，スイッチＳ5，Ｓ6お
よびＳ7はａ接点に接続しているが、異常信号の場合
は、モード切換回路からはスイッチ切換信号３３が出力
され、スイッチＳ5，Ｓ6およびＳ7をａ接点からｂ接点
に切換える。この結果、超音波トランスデューサ２には
ミスト除去電源２１が接続される。このとき、スイッチ
Ｓ2とＳ3とは切換可能になっており、各々ｂ接点に接続
することにより、超音波トランスデューサ３にもミスト
除去電源２１が接続される。また、異常の場合、異常表
示回路３４が作動し、異常であることを表示する。
号は、モード切換回路３２に入力され、流量計測してい
る正常信号の場合は、図示の状態，スイッチＳ5，Ｓ6お
よびＳ7はａ接点に接続しているが、異常信号の場合
は、モード切換回路からはスイッチ切換信号３３が出力
され、スイッチＳ5，Ｓ6およびＳ7をａ接点からｂ接点
に切換える。この結果、超音波トランスデューサ２には
ミスト除去電源２１が接続される。このとき、スイッチ
Ｓ2とＳ3とは切換可能になっており、各々ｂ接点に接続
することにより、超音波トランスデューサ３にもミスト
除去電源２１が接続される。また、異常の場合、異常表
示回路３４が作動し、異常であることを表示する。
【００２７】異常が検知されると、モード切換回路３２
から出力される。切換信号３３によりスイッチＳ5，Ｓ6
およびＳ7がｂ接点に接続され、ミスト除去電源２２か
ら径方向の共振周波数ｆdの駆動信号が印加される。こ
れにより、超音波トランスデューサ２は、径方向に大き
い振幅で拡大・縮小を繰り返し、該超音波トランスデュ
ーサ３に付着したミスト等の付着物は、径方向に振動し
て破断されて剥離除去される。超音波トランスデューサ
３に付着したミスト等は、スイッチＳ2，Ｓ3をｂ接点に
切換え、超音波パルスが逆方向に向けて送波することに
より、同様の作用により除去される。
から出力される。切換信号３３によりスイッチＳ5，Ｓ6
およびＳ7がｂ接点に接続され、ミスト除去電源２２か
ら径方向の共振周波数ｆdの駆動信号が印加される。こ
れにより、超音波トランスデューサ２は、径方向に大き
い振幅で拡大・縮小を繰り返し、該超音波トランスデュ
ーサ３に付着したミスト等の付着物は、径方向に振動し
て破断されて剥離除去される。超音波トランスデューサ
３に付着したミスト等は、スイッチＳ2，Ｓ3をｂ接点に
切換え、超音波パルスが逆方向に向けて送波することに
より、同様の作用により除去される。
【００２８】図５は、本発明に係るミスト除去電源の出
力波形の他の実施例を示す図で、図１，図４において
は、超音波トランスデューサ２,３を径方向の共振周波
数ｆdのみで駆動したが、図においては、周波数が、例
えば、図２の周波数−インピーダンス特性において、径
方向の共振周波数ｆdを中心にして厚み方向の共振周波
数ｆsを含まない周波数の範囲で、連続して周波数が変
化する周波数を出力する電源としたものである。このこ
とにより、ミスト等の付着物がこの周波数範囲のある特
定の周波数に同期して、より完全にミスト等を除去する
ことができる。
力波形の他の実施例を示す図で、図１，図４において
は、超音波トランスデューサ２,３を径方向の共振周波
数ｆdのみで駆動したが、図においては、周波数が、例
えば、図２の周波数−インピーダンス特性において、径
方向の共振周波数ｆdを中心にして厚み方向の共振周波
数ｆsを含まない周波数の範囲で、連続して周波数が変
化する周波数を出力する電源としたものである。このこ
とにより、ミスト等の付着物がこの周波数範囲のある特
定の周波数に同期して、より完全にミスト等を除去する
ことができる。
【００２９】
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、（１）周波数差に基づく流量計測を行っている期間
を除いた期間において、測定気体に含まれるミストやダ
スト等の異物が付着した超音波トランスデューサに、該
超音波トランスデューサの圧電素子の径方向の共振周波
数の駆動電源を印加するという簡単な手段により、これ
らの付着物を取り除くことができるので長期安定した気
体流量を計測できる。（２）流量計測中、常に超音波パ
ルスおよび受波パルスの波高値を監視し続け、異常が発
生したときのみ流量計測を中止し、測定気体に含まれる
ミストやダスト等の異物が付着した超音波トランスデュ
ーサに、該超音波トランスデューサの圧電素子の径方向
の共振周波数の駆動電源を印加するという簡単な手段に
より、これらの付着物を取り除くことができるので長期
安定した気体流量を計測できる。また、（３）駆動周波
数を圧電素子の径方向の共振周波数を含み、厚み方向の
共振周波数を含まない所定範囲の周波数を連続して変化
させたので、特定な付着粒子を取り除くことができる。
と、（１）周波数差に基づく流量計測を行っている期間
を除いた期間において、測定気体に含まれるミストやダ
スト等の異物が付着した超音波トランスデューサに、該
超音波トランスデューサの圧電素子の径方向の共振周波
数の駆動電源を印加するという簡単な手段により、これ
らの付着物を取り除くことができるので長期安定した気
体流量を計測できる。（２）流量計測中、常に超音波パ
ルスおよび受波パルスの波高値を監視し続け、異常が発
生したときのみ流量計測を中止し、測定気体に含まれる
ミストやダスト等の異物が付着した超音波トランスデュ
ーサに、該超音波トランスデューサの圧電素子の径方向
の共振周波数の駆動電源を印加するという簡単な手段に
より、これらの付着物を取り除くことができるので長期
安定した気体流量を計測できる。また、（３）駆動周波
数を圧電素子の径方向の共振周波数を含み、厚み方向の
共振周波数を含まない所定範囲の周波数を連続して変化
させたので、特定な付着粒子を取り除くことができる。
【図１】 本発明による気体用超音波流量計を説明する
ためのブロック図の一例である。
ためのブロック図の一例である。
【図２】 超音波トランスデューサの周波数−インピー
ダンス特性の一例を示す図である。
ダンス特性の一例を示す図である。
【図３】 本発明にかかるミスト除去電源の印加のタイ
ミングを示すタイムチャートである。
ミングを示すタイムチャートである。
【図４】 本発明による気体用超音波流量計の他の実施
例を説明するためのブロック図の一例である。
例を説明するためのブロック図の一例である。
【図５】 本発明に係るミスト除去電源の出力波形の他
の実施例を示す図である。
の実施例を示す図である。
１…測定管、２,３…超音波トランスデューサ、４…流
量変換器、５…発振制御回路、６…同期回路、７…超音
波パルス発生器、８…切換回路、９…受信回路、１０…
時間差電圧変換回路、１１…分周回路、１２，１３…サ
ンプルホールド回路、１４，１５…積分回路、１７，１
８…電圧制御発振器（以下ＶＣＯと略称する）、１９…
変調器、２０…周波数−電圧変換回路、２１…ミスト除
去電源、２２…ミスト除去発振器、２３…増幅器、２４
…送受波異常判別器、２５，２６…ピークホールド回
路、２７，２８…比較回路、２９，３０…基準電圧、３
１…判別回路、３２…モード切換回路、３３…スイッチ
切換信号、３４…異常表示回路。
量変換器、５…発振制御回路、６…同期回路、７…超音
波パルス発生器、８…切換回路、９…受信回路、１０…
時間差電圧変換回路、１１…分周回路、１２，１３…サ
ンプルホールド回路、１４，１５…積分回路、１７，１
８…電圧制御発振器（以下ＶＣＯと略称する）、１９…
変調器、２０…周波数−電圧変換回路、２１…ミスト除
去電源、２２…ミスト除去発振器、２３…増幅器、２４
…送受波異常判別器、２５，２６…ピークホールド回
路、２７，２８…比較回路、２９，３０…基準電圧、３
１…判別回路、３２…モード切換回路、３３…スイッチ
切換信号、３４…異常表示回路。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−149016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−197826（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−132917（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭45−3439（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/66 - 1/66 103
Claims (3)
- 【請求項１】 気体が流れる測定管と、該測定管を斜め
に横切って超音波を送受波する円板状の圧電素子板を駆
動源とした超音波トランスデューサと、該超音波トラン
スデューサから所定時間毎に流れの順方向と逆方向に超
音波を送受波して得られた周波数差から流量を検知する
流量変換器と、前記超音波を送受波している以外の時間
内において前記超音波トランスデューサを圧電素子径方
向の共振周波数と略等しい周波数で駆動するミスト除去
電源とからなることを特徴とする気体用超音波流量計。 - 【請求項２】 気体が流れる測定管と、該測定管を斜め
に横切って超音波を送受波する円板状の圧電素子板を駆
動源とした超音波トランスデューサと、該超音波トラン
スデューサから超音波を流れの順方向と逆方向に送受波
したときの超音波の伝播時間差の関数として流量を検知
する流量変換器と、前記超音波トランスデューサから送
受波される送受波信号の振幅を検出し、該送受波信号と
予め定められた正常な振幅値とを比較し、送受波信号が
正常か否かを判定する送受波信号異常判定手段と、該送
受波信号異常判定手段が正常と判断したときは前記流量
検知を継続し、異常と判断したときは前記流量検知を所
定時間停止するモード切換手段と、前記流量検知が停止
している所定時間において、前記超音波トランスデュー
サを圧電素子径方向の共振周波数と略等しい周波数で駆
動するミスト除去電源とからなることを特徴とする気体
用超音波流量計。 - 【請求項３】 前記ミスト除去電源の電源周波数を前記
圧電素子の厚み方向の共振周波数を含まず、径方向の共
振周波数を含む所定周波数範囲における連続した周波数
としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の気体用
超音波流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11101493A JP3251378B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 気体用超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11101493A JP3251378B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 気体用超音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06300598A JPH06300598A (ja) | 1994-10-28 |
| JP3251378B2 true JP3251378B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=14550215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11101493A Expired - Fee Related JP3251378B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 気体用超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3251378B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100479830B1 (ko) * | 2000-03-29 | 2005-03-30 | 주식회사 포스코 | 유속 측정시스템의 이물질 제거방법 |
| JP4792653B2 (ja) * | 2001-04-20 | 2011-10-12 | パナソニック株式会社 | 流量計 |
| JP2006038708A (ja) * | 2004-07-28 | 2006-02-09 | Ricoh Elemex Corp | 超音波流量計 |
-
1993
- 1993-04-13 JP JP11101493A patent/JP3251378B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06300598A (ja) | 1994-10-28 |
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