JP3468233B2 - 流量計測装置 - Google Patents
流量計測装置Info
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- JP3468233B2 JP3468233B2 JP2001306114A JP2001306114A JP3468233B2 JP 3468233 B2 JP3468233 B2 JP 3468233B2 JP 2001306114 A JP2001306114 A JP 2001306114A JP 2001306114 A JP2001306114 A JP 2001306114A JP 3468233 B2 JP3468233 B2 JP 3468233B2
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Description
スなどの流量を計測する流量計測装置に関するものであ
る。
に示すようなものが一般的であった。この装置は流体の
流れる流路1に設置した超音波振動子2と、第1超音波
振動子2、第2超音波振動子3の送受信を切り換える切
換手段4と、第1超音波振動子2及び第2超音波振動子
3を駆動する送信手段5と、受信側の超音波振動子で受
信した信号を所定の振幅まで増幅する増幅手段6と、増
幅手段6で増幅された受信信号と基準電圧とを比較する
基準比較手段7と、図19に示すように基準比較手段7
で基準電圧と比較し大小関係が反転した後の増幅信号の
最初のゼロクロス点aで繰り返し手段9へ出力信号Dを
出力する判定手段8と、この判定手段8からの信号をカ
ウントし予め設定された回数だけカウントすると共に判
定手段8からの信号を制御手段12へ出力する繰り返し
手段9と、繰り返し手段9で予め設定された回数をカウ
ントした時間を計時する計時手段10と、計時手段10
の計時した時間に応じて管路の大きさや流れの状態を考
慮して流量を算出する流量算出手段11と、流量算出手
段11から算出された流量出力、繰り返し手段9からの
信号を受け送信手段5の動作を制御する制御手段12と
から構成されている。
を動作させ超音波振動子2で発信された超音波信号が、
流れの中を伝搬し第2超音波振動子3で受信され、増幅
手段6で増幅後、基準比較手段7と判定手段8で信号処
理され、繰り返し手段9を通り制御手段12に入力され
る。この動作を予め設定されたn回数繰り返し行い、こ
の間の時間を計時手段10により測定する。
振動子3とを切換手段4により切り替えて、同様な動作
を行い、被測定流体の上流から下流(この方向を正流と
する)と下流から上流(この方向を逆流とする)のそれ
ぞれの伝搬時間を測定し、(式1)より流量Qを求めて
いた(超音波振動子間の流れ方向の有効距離をL、上流
から下流へのn回分の測定時間をt1、下流から上流へ
のn回分の測定時間をt2、被測定流体の流速をv、流
路の断面積をS、センサ角度をφ、流量をQとする)。
/t1)−(1/t2))・・・(式1)(実際には、
式1に流量に応じた係数を乗じて流量を算出する)ま
た、増幅手段6のゲインは受信側の超音波振動子で受信
した信号を一定振幅となるようゲインを調整しており、
流量計測毎に受信信号のピーク電圧値が所定の電圧範囲
に入るように調整される。これは図20の点線で示す受
信信号bに示すように受信信号のピーク電圧値が所定の
電圧範囲の下限より下回った時は、次回の流量計測時に
ゲインがアップされ、また、図20の点線で示す受信信
号cに示すように受信信号のピーク電圧値が所定の電圧
範囲の上限より上回った時は、次回の流量計測時にゲイ
ンをダウンして図20の実線で示す受信信号aのように
電圧範囲の上限、下限の内に入るようにする。この動作
は流量計測毎に行われる。
の流量計測装置は、基準比較手段において所定の振幅レ
ベルに増幅された受信信号と比較する基準電圧の電圧設
定方法として、固定抵抗器と半固定抵抗器を用い抵抗分
圧で設定することが多く用いられてきた。この方法では
所定の電圧を発生するように基準電圧を監視しながら半
固定抵抗器を手動で調節を行うので基準電圧設定に時間
が掛かり、また、調整ミスの発生の可能性も有してい
た。
動、熱衝撃等を受けることによって調整位置が変化した
りすることもあった。そして超音波振動子が経年変化等
でその感度が変化すると再度、基準電圧を設定し直す必
要があ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、基準電圧の設定を迅速かつ、
精度良く行い、常に最適な基準電圧に保つ流量計測装置
を提供することを目的とする。
るために、本発明の流量計測装置は超音波振動子の受信
信号を基に電圧設定手段が適当な基準電圧を出力するよ
うにしたものである。
なく、常に受信信号に対し所定の電圧を出力することが
可能となるので、基準電圧の設定動作が迅速かつ、精度
良く行われ、常に最適な基準電圧に保たれた流量計測装
置となる。
は、流体管路に設けられ超音波信号を送受信する第1振
動子及び第2振動子と、前記振動子を駆動する送信手段
と、前記振動子の送受信を切り換える切換手段と、前記
振動子間の相互の超音波伝達を複数回行う繰り返し手段
と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流
量算出手段と、受信側の振動子の受信信号を増幅する増
幅手段と、基準電圧を出力する電圧設定手段と、前記増
幅手段で増幅された信号と基準電圧とを比較する基準比
較手段と、前記基準比較手段の出力と前記増幅手段出力
とから超音波の到達ポイントを判定する判定手段とを備
え、前記電圧設定手段は、超音波の伝搬時間に基づいて
基準電圧を設定することにより、電圧設定部が基準電圧
の設定可能範囲を認識し、設定可能範囲で電圧設定部が
基準電圧を出力し、基準電圧の設定動作が迅速かつ、精
度良く行われ、常に最適な基準電圧に保たれた流量計測
装置とすることが出来る。
られ超音波信号を送受信する第1振動子及び第2振動子
と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の送
受信を切り換える切換手段と、前記振動子間の相互の超
音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、超音波伝搬の累
積時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、受信
側の振動子の受信信号を増幅する増幅手段と、基準電圧
を出力する電圧設定手段と、前記増幅手段で増幅された
信号と基準電圧とを比較する基準比較手段と、前記基準
比較手段の出力と前記増幅手段出力とから超音波の到達
ポイントを判定する判定手段とを備え、前記電圧設定手
段は、前記基準比較手段の出力と前記判定手段からの出
力の時間差に基づいて基準電圧を設定する流量計測装置
とすることにより、増幅手段により所定の振幅まで増幅
された受信側の振動子の受信信号が基準電圧を越えてか
ら、判定手段により検知される受信信号のゼロクロスポ
イントまでの時間を計時し、この時間差より電圧設定部
が基準電圧の設定可能範囲を認識し、設定可能範囲で電
圧設定部が基準電圧を設定するので、受信信号に対して
基準電圧を設定することが出来、基準電圧の設定が迅速
かつ、精度良く行われ、常に最適な基準電圧に保たれた
流量計測装置とすることが出来る。
が、増幅手段の出力のピーク電圧に対し所定の比率の基
準電圧を出力する請求項1または2記載の流量計測装置
とすることにより、増幅手段により所定の振幅まで増幅
された受信側の振動子の受信信号に対し、予め設定され
た比率の基準電圧を電圧設定手段で出力するので、受信
信号に対してほぼ一定の比率の基準電圧とすることが出
来、基準電圧の設定が迅速かつ、精度良く行われ、常に
最適な基準電圧に保たれた流量計測装置とすることが出
来る。
が、基準電圧の電圧設定範囲の上限,下限基準電圧にお
ける時間差の中間点となる時間差である基準電圧を設定
する請求項2記載の流量計測装置とすることにより、増
幅手段により所定の振幅まで増幅された受信側の振動子
の受信信号が基準電圧を越えてから、判定手段により検
知される受信信号のゼロクロスポイントまでの時間を計
時し、この時間差より電圧設定部が基準電圧の設定可能
範囲を認識し、設定可能範囲の中間点で電圧設定部が基
準電圧を設定するので、受信信号に対して特定のポイン
トに基準電圧を設定することが出来、基準電圧の設定が
迅速かつ、精度良く行われ、常に最適な基準電圧に保た
れた流量計測装置とすることが出来る。
が、基準比較手段の出力信号のパルス幅に基づいて基準
電圧の設定動作を行う請求項1または2記載の流量計測
装置とすることにより、増幅手段により所定の振幅まで
増幅された受信側の振動子の受信信号が基準電圧を越え
ている期間の時間を計時し、この時間が所定の時間とな
るように電圧設定部で基準電圧を設定するので、受信信
号に対して特定のポイントに基準電圧を設定することが
出来、基準電圧の設定が迅速かつ、精度良く行われ、常
に最適な基準電圧に保たれた流量計測装置とすることが
出来る。
が、記憶部が初期化直後または定期的な更新時期である
場合に、基準電圧の設定動作を行う請求項1または2記
載の流量計測装置とすることにより、記憶部に記憶され
ている電圧設定部の設定で基準電圧を出力するので設定
動作が迅速かつ、精度良く行われ、常に最適な基準電圧
に保たれた流量計測装置とすることが出来る。
が、増幅手段のゲインが変更されていれば基準電圧の設
定動作を行う請求項1または2記載の流量計測装置とす
ることにより、増幅手段のゲインが変更されたことによ
り増幅手段により増幅された受信信号と基準電圧の相対
関係が変化したときのみ電圧設定部の基準電圧値の更新
を行い、基準電圧の設定が迅速かつ、精度良く行われ、
常に最適な基準電圧に保たれた流量計測装置とすること
が出来る。
が、流量算出手段により算出した流量の変化に応じて基
準電圧を更新する請求項1または2記載の流量計測装置
とすることにより、流量が変化し超音波振動子の感度が
変化することで、増幅手段のゲインが変化した場合電圧
設定部の基準電圧値の更新を行い、基準電圧の設定が迅
速かつ、精度良く行われ、常に最適な基準電圧に保たれ
た流量計測装置とすることが出来る。
出する温度算出部を備え、電圧設定手段が、流体の温度
が一定以上変化するごとに基準電圧の設定動作を行う請
求項1または2記載の流量計測装置とすることにより、
流体の温度が変化し超音波振動子の感度が変化すること
で、増幅手段のゲインが変化した場合のみ電圧設定部の
基準電圧値の更新を行い、基準電圧の設定が迅速かつ、
精度良く行われ、常に最適な基準電圧に保たれた流量計
測装置とすることが出来る。
けられ超音波信号を送受信する第1振動子及び第2振動
子を送信手段で駆動し、受信側の振動子の受信信号を増
幅手段で増幅し、電圧設定手段が基準電圧を出力して、
前記増幅手段で増幅された信号と基準電圧とを基準比較
手段が比較し、前記基準比較手段の出力と前記増幅手段
出力とから判定手段が超音波の到達ポイントを判定する
流量計測方法において、前記電圧設定手段は、増幅手段
の出力のピーク電圧に対し所定の比率の基準電圧を出力
して、前記基準比較手段の出力と前記判定手段からの出
力との時間差または超音波の伝搬時間に基づいて基準電
圧を設定する流量計測方法により、増幅手段により所定
の振幅まで増幅された受信側の振動子の受信信号に対
し、予め設定された比率の基準電圧を電圧設定手段で出
力するので、受信信号に対してほぼ一定の比率の基準電
圧とすることが出来、基準電圧の設定が迅速かつ、精度
良く行われ、常に最適な基準電圧に保つことが出来る。
がら説明する。
ク図を示すものである。
動作説明図である。図1において、流路1の途中に超音
波を送信する第1超音波振動子2と受信する第2超音波
振動子3が流れ方向に角度φで配置されている。5は第
1超音波振動子2への送信手段であり、4は第1超音波
振動子2、第2超音波振動子3の送受信を切り換える切
換手段、6は受信側の超音波振動子で受信した信号を一
定振幅となるようゲインを調整し増幅する増幅手段、1
3は前記増幅手段6の出力を基に予め設定された基準電
圧を基準比較手段へ出力する電圧設定手段、7は前記増
幅手段6で増幅された信号と基準電圧とを比較する基準
比較手段、8は基準比較手段7の出力と前記増幅手段6
で増幅された信号とから超音波の到達ポイントを判定す
る判定手段、9は判定手段8の信号をカウントし予め設
定された回数だけカウントすると共に判定手段8からの
信号を制御手段12へ出力する繰り返し手段である。1
0は繰り返し手段9で予め設定された回数をカウントし
た時間を計時する計時手段であり、11は第1計時手段
10の計時した時間に応じて管路の大きさや流れの状態
を考慮して流量を算出する流量算出手段である。また、
12は流量算出手段11、繰り返し手段9からの信号を
受け送信手段5、増幅手段6の動作を制御する制御手段
である。
いて、以下その動作、作用を説明する。まず制御手段1
2は流量計測を開始すると送信手段5を動作させ超音波
振動子2より超音波信号を送信する。第1超音波振動子
2より送信された超音波信号は流路1の流れの中を伝搬
し、第2超音波振動子3で受信され、増幅手段6で制御
手段12からの指示により、受信信号が一定の振幅にな
るようなゲインに自動的に調整されて、基準比較手段
7、電圧設定手段13、判定手段8へ出力される。電圧
設定手段13は増幅手段6の出力のピーク電圧に対し所
定の比率の電圧を発生し、基準比較手段7へ出力する。
ここで図2に受信波の様子、さらに(表1)に受信波の
2波、3波の波高値と受信波のピーク値となる5波の波
高値との比率を示す(流体は13Aの場合)。
と5波の波高値(ピーク値)との比率は温度にあまり影
響されず、ほぼ一定で2波/5波で0.77、3波/5
波で0.86程である。つまり図2に示すように2波と
3波の波高値の中間で基準電圧を設定しようとすると設
定電圧を5波の波高値(ピーク値)の0.82程の比率
の電圧に設定すれば良い。このように電圧設定手段13
は増幅手段6により所定の振幅になるように増幅された
受信信号をADコンバータ等を用いて入力し、そのピー
ク値の0.82程度の比率の電圧にDAコンバータ等を
用いて設定し、基準比較手段7へ出力する。基準比較手
段7は増幅手段6の出力と基準電圧とを比較し、図2に
示すようにその大小関係が反転した時点(タイミング
c)で判定手段8に出力信号Cを出力する。判定手段8
ではタイミングc以降の増幅手段6出力の符号が正から
負に変わる最初の負のゼロクロス点aを超音波の到達ポ
イントと判定し、出力信号Dを繰り返し手段9に出力す
る。
段9でカウントされた後、制御手段12に入力される。
制御手段12は送信手段5を再度動作させ超音波振動子
2より超音波信号を送信すると共に第2計時手段13a
に計時開始信号を再度出力し、この一連の動作を予め設
定されたn回数繰り返し行い、この間の時間を計時手段
10により測定する。そして、第1超音波振動子2と第
2超音波振動子3とを切換手段4により切り替えて、同
様な動作を行い、被測定流体の上流から下流と下流から
上流のそれぞれの伝搬時間を測定し、これらの時間差よ
り流量算出手段11で流路の大きさや流れの状態を考慮
して流量値を求める。以上のように動作することにより
基準電圧が電圧設定手段13により増幅手段6の出力の
ピーク電圧に対し所定の比率の電圧に自動的に設定さ
れ、基準電圧の設定動作が迅速かつ、精度良く行われ、
常に最適な基準電圧に保たれた流量計測装置とすること
が出来る。
あり、図4は同流量計測装置の動作説明図である。図3
において、13bは制御手段12からの超音波の送信開
始信号と判定手段8からの出力より流体管路の超音波の
伝搬時間を計時する伝搬計時部であり、13aは前記伝
搬計時部13bの出力より基準電圧を設定し基準比較手
段7へ出力する電圧設定部であり、伝搬計時部13aと
電圧設定部13bで電圧設定手段13を構成している。
他の構成要素は実施例1と同じであるので説明は省略す
る。
いて、以下その動作、作用を説明する。制御手段12は
流量計測を開始すると送信手段5を動作させ超音波振動
子2より超音波信号を送信する。第1超音波振動子2よ
り送信された超音波信号は流路1の流れの中を伝搬し、
第2超音波振動子3で受信され、増幅手段6で制御手段
12からの指示により、受信信号が一定の振幅になるよ
うなゲインに自動的に調整されて、基準比較手段7、判
定手段8へ出力される。
御手段12からの超音波の送信開始信号と判定手段8か
らの出力より計時する流体管路の超音波の伝搬時間を入
力しながら基準電圧を一旦、僅かずつ下げていき図4の
基準電圧bに示す判定手段8が受信波の2波のゼロクロ
ス点を検知するレベルまで下げると基準比較手段7の出
力と判定手段8の出力はそれぞれ出力信号B1、出力信
号B2となり、これにより判定手段8が3波のゼロクロ
ス点を検知していたときに比べ、伝搬計時部13bが計
時する伝搬時間は超音波の駆動周波数の1波長分(50
0KHz:2μs)短くなる。
動周波数の1波長分短くなると電圧設定部13aは、逆
に基準電圧を僅かずつ上げていき、図4の基準電圧cに
示す受信波の4波のゼロクロス点を検知するレベルまで
上げると、基準比較手段7と判定手段8の出力がそれぞ
れ出力信号C1、出力信号C2となり伝搬計時部13b
が計時する伝搬時間が、最初の伝搬時間より超音波の駆
動周波数の1波長分まで長くなる。
4に示すように基準電圧は受信波の2波のMax値付近
から、3波のMax値付近まで変化するので、電圧設定
部13aはその中間点を最適な基準電圧として決定し、
基準比較手段7へ出力する。そして、基準比較手段7は
この決定された基準電圧と増幅手段6の出力とを比較
し、その大小関係が反転した時点を判定手段8に通知
し、判定手段8ではそれ以降の増幅手段6出力の符号が
正から負に変わる最初の負のゼロクロス点(図4のゼロ
クロス点a)を超音波の到達ポイントと判定し、出力を
繰り返し手段9に出力する。
段8が増幅手段6の出力(受信波)の特定のポイント
(例えば3波の負のゼロクロス点)を検知可能な基準電
圧の範囲を、電圧設定手段13が基準電圧を変化させな
がら伝搬時間より検出して、基準電圧をその範囲の中間
点に設定する。それにより安定して受信波の特定のポイ
ントを検知できるようになる。つまり、このような基準
電圧の設定動作が迅速かつ、精度良く行うことが出来、
常に最適な基準電圧に保たれた流量計測装置とすること
が出来る。
また、図6、図7は同流量計測装置の動作説明図であ
り、電圧設定手段13の動作を説明したものである。図
5において13cは基準比較手段7の出力と判定手段8
からの出力の時間差を計時する時間差計時部であり、1
3aは前記時間差計時部13cの出力より基準比較手段
7へ基準電圧を出力する電圧設定部であり、電圧設定部
13aと時間差計時部13cで電圧設定手段13を構成
している。他の構成要素は実施例1と同じであるので説
明は省略する。
いて、以下その動作、作用を説明する。制御手段12は
流量計測を開始すると送信手段5を動作させ超音波振動
子2より超音波信号を送信する。第1超音波振動子2よ
り送信された超音波信号は流路1の流れの中を伝搬し、
第2超音波振動子3で受信され、増幅手段6で制御手段
12からの指示により、受信信号が一定の振幅になるよ
うなゲインに自動的に調整されて、基準比較手段7、判
定手段8へ出力される。基準比較手段7は増幅手段6の
出力と基準電圧とを比較し、実施例1と同様にその大小
関係が反転した時点で出力信号C1を判定手段8と時間
差計時部13cに出力する。
り、図6に示すような増幅手段6の出力の符号が正から
負に変わる最初の負のゼロクロス点aを超音波の到達ポ
イントと判定し、時間差計時部13cへ出力信号C2を
出力する。時間差計時部13cでは基準比較手段7の出
力信号C1と判定手段8の出力信号C2から図6に示す
ような時間差tdを計時する。電圧設定部13aは時間
差計時部13cの計時する時間差tdを入力しながら基
準電力を上下に変化させていく。時間作tdは基準電圧
の変化に対し図7に示すように変化する。
ロクロス点を検知するレベルである受信信号の2波のピ
ーク値とほぼ同じ電圧v2であるとき、時間差tdはt
doであり受信波の1/4波長の500nsとなる。そ
して基準電圧をv2より大きくして判定手段8が3波の
負のゼロクロス点を検知するようにすると時間差tdは
図7示すように最大値になり、以降、基準電圧の増加に
応じて小さくなり、基準電圧が3波のピーク値とほぼ同
じ電圧v3の時にまた、tdoとなる。
変化させたときの時間差tdの最大値と最小値(波長の
1/4)より、時間差tdがその中間点となる基準電圧
に設定する。このように動作することで、時間差計時部
13cの計時する時間差が基準電圧の変化に対する変動
範囲の中間点に設定され、それにより基準電圧は受信波
の特定のゼロクロス点で安定して、検知できるに保たれ
る。このような基準電圧の設定動作が迅速かつ、精度良
く行うことが出来、常に最適な基準電圧に保たれた流量
計測装置とすることが出来る。
あり、図9は同流量計測装置の動作説明図である。図8
において13dは制御手段12からの超音波の送信開始
信号と判定手段8からの出力より流体管路の超音波の伝
搬時間を計時すると共に基準比較手段7の出力と判定手
段8からの出力の時間差を計時する伝搬・時差計時部で
あり、13aは前記伝搬・時差計時部13dの出力より
基準比較手段7へ基準電圧を出力する電圧設定部であ
り、電圧設定部13aと伝搬・時差計時部13dで電圧
設定手段13を構成している。他の構成要素は実施例1
と同じであるので説明は省略する。
いて、以下その動作、作用を説明する。制御手段12は
流量計測を開始すると送信手段5を動作させ超音波振動
子2より超音波信号を送信する。第1超音波振動子2よ
り送信された超音波信号は流路1の流れの中を伝搬し、
第2超音波振動子3で受信され、増幅手段6で制御手段
12からの指示により、受信信号が一定の振幅になるよ
うなゲインに自動的に調整されて、基準比較手段7、判
定手段8へ出力される。基準比較手段7は増幅手段6の
出力と基準電圧とを比較し、実施例1と同様にその大小
関係が反転した時点を判定手段8へ出力すると共に伝搬
・時差計時部13dに通知する。
り、図9に示すような増幅手段6の出力の符号が正から
負に変わる最初の負のゼロクロスa点を超音波の到達ポ
イントと判定し、伝搬・時差計時部13dへ出力する。
伝搬・時差計時部13dでは図9に示すように基準比較
手段7の出力信号C1と判定手段8の出力信号C2から
図9に示すような時間差tdと、制御手段12からの送
信開始信号と判定手段8の出力から流体管路の超音波の
伝搬時間を計時する。
圧bに示すように伝搬・時差計時部13dの計時する超
音波の伝搬時間が超音波の駆動周波数の1波長分(50
0KHz:2μs)短くなるまで基準電圧を僅かずつ下
げていく(1波長短くなった時の基準比較手段7と判定
手段8の出力を出力信号B1、B2に示す)。その後、
基準電圧を若干上げて、超音波の伝搬時間が元に戻り、
判定手段8の出力が出力信号B2からC2になった時点
での基準比較手段7の出力信号C1と判定手段8の出力
信号C2から時間差tdを伝搬・時差計時部13dで計
時する(この時の基準電圧が判定手段8で受信波の3波
の負のゼロクロス点を検知できる基準電圧設定範囲の下
限値となり、上限値は3波のピーク値電圧となる)。こ
の時の時間差tdを初期値td0として、電圧設定部1
3aは、伝搬・時差計時部13dで計時する時間差td
が基準電圧の電圧設定範囲の上限時の時間差(td1と
し、td1は基準電圧が受信波の3波のピーク電圧時の
時間差であるので1波長2μs/4で500ns)との
中間点である(td0―駆動周波数波長/4)/2+駆
動周波数波長/4となる基準電圧cまで電圧を上げてい
く(例えば時間差td0=900ns、駆動周波数波長
2μsとするとtd=(900−2000/4)/2+
2000/4=700nsとなるまで電圧を上げてい
く)。
基準電圧bの基準比較手段出力C1の立ち下がりから受
信波の3波のピーク迄の時間の中間点に設定される。つ
まり伝搬・時差計時部13dが基準比較手段7の出力信
号と判定手段8の出力信号から計時する時間差tdのみ
を用いて、基準電圧を設定する。設定動作として電圧設
定可能範囲の下限である図9の基準電圧bだけを探索す
る動作のみで、設定すべき時間差tdが求まるので基準
電圧の設定動作がさらに迅速にかつ、精度良く行うこと
が出来、常に最適な基準電圧に保たれた流量計測装置と
することが出来る。
であり、図11は同流量計測装置の動作説明図である。
図10において13eは基準比較手段7の出力の信号幅
を計時するパルス幅計時部であり、13aは前記パルス
幅計時部13eの出力より基準比較手段へ基準電圧を出
力する電圧設定部であり、電圧設定部13aとパルス幅
計時部13eから電圧設定手段13を構成している。他
の構成要素は実施例1と同じであるので説明は省略す
る。
いて、以下その動作、作用を説明する。制御手段12は
流量計測を開始すると送信手段5を動作させ超音波振動
子2より超音波信号を送信する。第1超音波振動子2よ
り送信された超音波信号は流路1の流れの中を伝搬し、
第2超音波振動子3で受信され、増幅手段6で制御手段
12からの指示により、受信信号が一定の振幅になるよ
うなゲインに自動的に調整されて、基準比較手段7、判
定手段8へ出力される。基準比較手段7は増幅手段6の
出力と基準電圧とを比較し、実施例1と同様にその大小
関係が反転した時点を判定手段8へ出力すると共にパル
ス幅計時部13dに通知する。判定手段8では基準比較
手段7の出力より、図11に示すような増幅手段6の出
力の符号が正から負に変わる最初の負のゼロクロスa点
を超音波の到達ポイントと判定し、パルス幅計時部13
eへ出力する。パルス幅計時部13eでは図11に示す
ように基準比較手段7の出力信号C1の負パルスの幅と
判定手段8の出力信号C2から図11に示すような時間
twと、制御手段12からの送信開始信号と判定手段8
の出力から流体管路の超音波の伝搬時間を計時する。
電圧bに示すようにパルス幅計時部13eで時する超音
波の伝搬時間が超音波の駆動周波数の1波長分(500
KHz:2μs)短くなるまで基準電圧を僅かずつ下げ
ていく(1波長短くなった時の基準比較手段7と判定手
段8の出力を出力信号B1、B2に示す)。その後、基
準電圧を若干上げて、判定手段8の出力が出力信号B2
からC2になった時点での基準比較手段7の出力信号C
1の負パルス幅twをパルス幅計時部13eで計時す
る。そしてこの時の時間twを初期値tw0として、電
圧設定部13aは、パルス幅計時部13eで計時する時
間twがtw0/2となる基準電圧cまで電圧を上げて
いく。
基準電圧bと受信波の3波のピーク電圧のほぼ中間点に
設定される。つまりパルス幅計時部13eが計時する負
パルス幅twのみを用いて、基準電圧を設定する。設定
動作として図11の基準電圧bだけを探索する動作のみ
で、設定すべきパルス幅twが求まるので基準電圧の設
定動作がさらに迅速で、精度良く行うことが出来、常に
最適な基準電圧に保たれた流量計測装置とすることが出
来る。
である。図12において13dは基準比較手段7の出力
と判定手段8からの出力の時間差を計時する伝搬・時差
計時部であり、13fは電圧設定部13aの設定値を記
憶する記憶部であり、13aは制御手段12の指示によ
り伝搬・時差計時部13dの出力、もしくは記憶部13
fの出力のどちらかに応じた基準電圧を基準比較手段7
へ出力する電圧設定部であり、電圧設定部13aと伝搬
・時差計時部13dと記憶部13fで電圧設定手段13
を構成している。他の構成要素は実施例1と同じである
ので説明は省略する。以上のように構成された流量計測
装置について、以下その動作、作用を説明する。
手段5を動作させ超音波振動子2より超音波信号を送信
する。第1超音波振動子2より送信された超音波信号は
流路1の流れの中を伝搬し、第2超音波振動子3で受信
され、増幅手段6で制御手段12からの指示により、受
信信号が一定の振幅になるようなゲインに自動的に調整
されて、基準比較手段7、判定手段8へ出力される。基
準比較手段7は増幅手段6の出力と基準電圧とを比較
し、実施例1と同様にその大小関係が反転した時点を判
定手段8へ出力すると共に伝搬・時差計時部13dに通
知する。
り、図9に示すような増幅手段6の出力の符号が正から
負に変わる最初の負のゼロクロスa点を超音波の到達ポ
イントと判定し、伝搬・時差計時部13dへ出力する。
伝搬・時差計時部13dでは図9に示すように基準比較
手段7の出力信号C1と判定手段8の出力信号C2から
図9に示すような時間差tdと、制御手段12からの送
信開始信号と判定手段8の出力から流体管路の超音波の
伝搬時間を計時する。
が初期化直後でデータが何も記憶されていない状態、ま
たは定期的(例えば1ヶ月に一度)な更新時期である場
合に、制御手段12から出される記憶部13fの更新指
示により伝搬・時差計時部13dの計時する時間差をも
とに実施例4のような基準電圧設定動作を行い、その設
定値を記憶部13fに記憶する。そして、制御手段12
から記憶部13fの更新指示が出されていない場合に
は、電圧設定部13aは記憶部13fに記憶される設定
値で基準電圧を設定し基準比較手段7に出力する。
定部13aで基準電圧を設定した後の設定動作は記憶部
13fに記憶されている設定値で基準電圧が設定される
ので基準電圧設定動作が迅速に行われる。さらにこれは
記憶部13fを不揮発性の記憶部とすることにより、低
消費電力の目的で行われる流量計測時以外の期間に電源
を遮断し、計測開始時に電源が再投入される流量計測装
置にはとくに効果を有する。以上のように基準電圧の設
定動作が迅速かつ、精度良く行うことが出来、常に最適
な基準電圧に保たれた流量計測装置とすることが出来
る。
であり、本実施例では電圧設定部13aは増幅手段6の
ゲインが変更された場合に基準比較手段7への基準電圧
の更新を行うようにしたものである。
チャートを用いて説明する。制御手段12が流量計測を
開始すると、まず最初に基準電圧設定の為の予備の流量
計測を行う(Step1)。(この予備の流量計測は通
常の流量計測に比べ繰り返し手段9で繰り返される回数
が少なく短時間で終了するものである)そして予備流量
計測の結果、増幅手段6のゲインが変更されたかどうか
判定する。(Step2)ゲインが変更されていた場
合、電圧設定部13aにより基準電圧設定動作が行われ
て(Step3)、流量計測が行われる(Step
9)。
しに通常の流量計測が行われる(Step9)。これは
図20の従来例の説明図で示すように増幅手段6のゲイ
ンを変更した場合、基準電圧と受信信号の相対関係が変
化するので基準電圧を再設定する方が望ましいからであ
る。以上のように動作することで、増幅手段6のゲイン
が変更され、基準電圧の再設定が必要になった際に、基
準電圧の設定動作が迅速かつ、精度良く行うことが出
来、常に最適な基準電圧に保たれた流量計測装置とする
ことが出来る。
図、図15流量と受信信号の感度(振幅レベル)の関係
を示す図である。図15において、上流の超音波振動子
から下流側へ送信した場合の流量と受信信号の振幅レベ
ルを実線で示し、下流の超音波振動子から上流側へ送信
した場合の流量と受信信号の感度(振幅レベル)を点線
で示している。図15に示すように感度の低下具合は異
なるものの、どちらも流量の増加と共に受信信号の感度
は低下している。従って増幅手段6では流量の増加によ
る感度低下に対し一定の振幅レベルとなるようにゲイン
を上げて調整する。そして電圧設定部13aは流量算出
手段11で算出した流量の変化があった場合に基準比較
手段7への基準電圧の更新を行うようにしたものであ
る。電圧設定部13aの動作を図13のフローチャート
を用いて説明する。
ず最初に基準電圧設定の為の予備の流量計測を行う(S
tep1)(この予備の流量計測は通常の流量計測に比
べ繰り返し手段9で繰り返される回数が少なく短時間で
終了するものである)。
0L/H以上かどうか判定する(Step3)。500
0L/H未満であれば更に10000L/H以上か判定
する(Step5)。その結果、流量域に応じてフラグ
がセットされ(Step2、4、6)、前回の流量計測
時と比べ流量域が変化しているかが判定され、(Ste
p7)流量域が変化していれば電圧設定部13aにより
基準電圧設定動作が行われ(Step8)、その後、通
常の流量計測が行われる。また、流量域に変化がなけれ
ば設定動作なしに通常の流量計測が行われる(Step
9)。
し増幅手段6のゲインが変更され、基準電圧の再設定が
必要になった際に、基準電圧の設定動作が迅速かつ、精
度良く行われ、常に最適な基準電圧に保たれた流量計測
装置とすることが出来る。
図、図17は本発明の実施例9の流量計測装置の動作説
明図である。図16において、13gは計時手段10の
出力より流体の温度を算出する温度算出部であり、13
dは制御手段12からの超音波の送信開始信号と判定手
段8からの出力より流体管路の超音波の伝搬時間を計時
すると共に基準比較手段7の出力と判定手段8からの出
力の時間差を計時する伝搬・時差計時部であり、13a
は前記温度算出部13gからの出力と伝搬・時差計時部
13dの出力より基準比較手段7へ基準電圧を出力する
電圧設定部であり、電圧設定部13aと伝搬・時差計時
部13d、温度算出部13gで電圧設定手段13を構成
している。他の構成要素は実施例1と同じであるので説
明は省略する。
いて、以下その動作、作用を説明する。温度算出部13
gは計時手段11の計時する上流から下流へのn回分の
測定時間をt1、下流から上流へのn回分の測定時間を
t2から(式2)により流体の温度を算出する(超音波
振動子間の流れ方向の有効距離をL(単位m)、被測定
流体の流速をV(単位m/s)、センサ角度をφ、音速
をC=331+0.6×Tmp、T1=L/(C+Vc
osφ)、T2=L/(C−Vcosφ)とする)。
圧設定部13aの動作を図17のフローチャートを用い
て説明する。制御手段12で流量計測を開始すると、ま
ず最初に基準電圧設定の為の予備の流量計測を行う。
(Step1)(この予備の流量計測は通常の流量計測
に比べ繰り返し手段9で繰り返される回数が少なく短時
間で終了するものである)そして予備流量計測の結果、
計時手段10の計時した時間より(式2)に基づいて流
体の温度を算出する。そして、流体の温度が前回に比べ
10℃以上変化しているか判定する(Step2)。
設定部13aにより基準電圧設定動作が行われ(Ste
p3)、その後、通常の流量計測が行われる(Step
4)。また、10℃以上変化していなければ設定動作な
しに通常の流量計測が行われる(Step4)。
電圧設定動作を行うとしたが、温度変化による増幅手段
6のゲインが変更される最低温度幅に定めればよい。以
上のように動作することで、流体の温度が一定以上変化
するごとに基準電圧の設定動作が迅速かつ、精度良く行
われ、常に最適な基準電圧に保たれた流量計測装置とす
ることが出来る。
果を総括的に述べれば次の通りである。
ント(例えば3波の負のゼロクロス点)を検知可能な基
準電圧の範囲を、電圧設定手段が基準電圧を変化させな
がら伝搬時間より検出して、基準電圧をその範囲に設定
することで安定して受信波を検知できるようになり、こ
のような基準電圧の設定動作が迅速かつ、精度良く行わ
れ、常に最適な基準電圧に保たれた流量計測装置とする
ことが出来る効果がある。
判定手段の出力から計時する時間差を、超音波の駆動周
波長(2μs)を基に予め設定された値になるように規
準電圧を設定することで、安定して受信波を検知できる
ようになり、このような基準電圧の設定動作が迅速か
つ、精度良く行われ、常に最適な基準電圧に保たれた流
量計測装置とすることが出来る効果がある。
手段の出力のピーク電圧に対し所定の比率の電圧に自動
的に設定され、基準電圧の設定動作が迅速かつ、精度良
く行われ、常に最適な基準電圧に保たれた流量計測装置
とすることが出来る効果がある。
設定可能範囲を認識し、設定可能範囲の中間点で電圧設
定部が基準電圧を設定するので、受信信号に対して特定
のポイントに基準電圧を設定することが出来、基準電圧
の設定が迅速かつ、精度良く行われ、常に最適な基準電
圧に保たれた流量計測装置とすることが出来る効果があ
る。
基準電圧を設定することが出来、基準電圧の設定動作が
迅速かつ、精度良く行われ、常に最適な基準電圧に保た
れた流量計測装置とすることが出来る効果がある。
した後の設定動作は記憶部に記憶されている設定値で基
準電圧が設定されるので基準電圧設定動作が迅速に行わ
れ、かつ精度良く行うことが出来、常に最適な基準電圧
に保たれた流量計測装置とすることが出来る効果があ
る。
電圧の再設定が必要になった際に、電圧設定部により基
準電圧の設定動作が迅速かつ、精度良く行われ、常に最
適な基準電圧に保たれた流量計測装置とすることが出来
る効果がある。
更され、基準電圧の再設定が必要になった際に、電圧設
定部により基準電圧の設定動作が迅速かつ、精度良く行
われ、常に最適な基準電圧に保たれた流量計測装置とす
ることが出来る効果がある。
に電圧設定部により基準電圧の設定動作が迅速かつ、精
度良く行われ、常に最適な基準電圧に保たれた流量計測
装置とすることが出来る効果がある。
増幅手段により所定の振幅まで増幅された受信側の振動
子の受信信号に対し、予め設定された比率の基準電圧を
電圧設定手段で出力するので、受信信号に対してほぼ一
定の比率の基準電圧とすることが出来、基準電圧の設定
が迅速かつ、精度良く行われ、常に最適な基準電圧に保
つことが出来る効果がある。
の設定動作が迅速かつ、精度良く行われ、常に最適な基
準電圧に保たれた流量計測装置とすることが出来る効果
がある。
ック図
ック図
ック図
ック図
ロック図
ロック図
作を説明するフローチャート
作を説明するフローチャート
特性図
ロック図
図
Claims (10)
- 【請求項1】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
する第1振動子及び第2振動子と、前記振動子を駆動す
る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
段と、前記振動子間の相互の超音波伝達を複数回行う繰
り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を
算出する流量算出手段と、受信側の振動子の受信信号を
増幅する増幅手段と、基準電圧を出力する電圧設定手段
と、前記増幅手段で増幅された信号と基準電圧とを比較
する基準比較手段と、前記基準比較手段の出力と前記増
幅手段出力とから超音波の到達ポイントを判定する判定
手段とを備え、前記電圧設定手段は、超音波の伝搬時間
に基づいて基準電圧を設定する流量計測装置。 - 【請求項2】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
する第1振動子及び第2振動子と、前記振動子を駆動す
る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
段と、前記振動子間の相互の超音波伝達を複数回行う繰
り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を
算出する流量算出手段と、受信側の振動子の受信信号を
増幅する増幅手段と、基準電圧を出力する電圧設定手段
と、前記増幅手段で増幅された信号と基準電圧とを比較
する基準比較手段と、前記基準比較手段の出力と前記増
幅手段出力とから超音波の到達ポイントを判定する判定
手段とを備え、前記電圧設定手段は、前記基準比較手段
の出力と前記判定手段からの出力の時間差に基づいて基
準電圧を設定する流量計測装置。 - 【請求項3】 電圧設定手段は、増幅手段の出力のピー
ク電圧に対し所定の比率の基準電圧を出力する請求項1
または2記載の流量計測装置。 - 【請求項4】 電圧設定手段は、基準電圧の電圧設定範
囲の上限,下限基準電圧における時間差の中間点となる
時間差である基準電圧を設定する請求項2記載の流量計
測装置。 - 【請求項5】 電圧設定手段は、基準比較手段の出力信
号のパルス幅に基づいて基準電圧の設定動作を行う請求
項1または2記載の流量計測装置。 - 【請求項6】 電圧設定手段は、記憶部が初期化直後ま
たは定期的な更新時期である場合に、基準電圧の設定動
作を行う請求項1または2記載の流量計測装置。 - 【請求項7】 電圧設定手段は、増幅手段のゲインが変
更されていれば基準電圧の設定動作を行う請求項1また
は2記載の流量計測装置。 - 【請求項8】 電圧設定手段は、流量算出手段により算
出した流量の変化に応じて基準電圧を更新する請求項1
または2記載の流量計測装置。 - 【請求項9】 流体の温度を算出する温度算出部を備
え、電圧設定手段は、流体の温度が一定以上変化するご
とに基準電圧の設定動作を行う請求項1または2記載の
流量計測装置。 - 【請求項10】 流体管路に設けられ超音波信号を送受
信する第1振動子及び第2振動子を送信手段で駆動し、
受信側の振動子の受信信号を増幅手段で増幅し、電圧設
定手段が基準電圧を出力して、前記増幅手段で増幅され
た信号と基準電圧とを基準比較手段が比較し、前記基準
比較手段の出力と前記増幅手段出力とから判定手段が超
音波の到達ポイントを判定する流量計測方法において、
前記電圧設定手段は、増幅手段の出力のピーク電圧に対
し所定の比率の基準電圧を出力して、前記基準比較手段
の出力と前記判定手段からの出力との時間差または超音
波の伝搬時間に基づいて基準電圧を設定する流量計測方
法。
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