JP3821102B2 - 流量計測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用してガ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。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置は、図7に示すように、流体管路1の一部に超音波振動子2と3を流れの方向に相対して設け、トリガ回路4、発信回路5を介し振動子1から流れ方向に超音波を発生しこの超音波を振動子2で受信し、増幅回路6、比較回路7を介し再び振動子1から超音波を発生させ、繰り返し手段8でこの繰り返しを行ってその伝搬時間を計時手段9で計測し、逆に切換手段10で振動子2から流れに逆らって超音波を発生し同様の繰り返し時間を計測し、この時間の差から流量演算手段11で流体の流量を演算していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の流量計測装置では振動子1から振動子2へ超音波を発信する場合と振動子2から振動子1へ発信する場合とで、時間に微少ながら差が生じる。この時間的な差によって電子回路周辺の温度が変化するときがあり、また間欠的に測定する場合には通電による発熱のために温度が時間的に変化する。これらの温度変化の影響によって回路の信号伝達速度が変化する。この伝達速度のの変化によって超音波の伝搬時間の測定は誤差を生じ、精度を低下させていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の流量計測装置は、以下の構成とした。
【0005】
すなわち、流体管路の上流と下流に設けられ超音波信号を発信受信する第1振動子及び第2振動子と、前記振動子間の超音波伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段の値に基づいて流量を演算する流量演算手段と、前記振動子を間欠的に駆動し計測を行うサンプリング制御手段と、計測値を無効にする予備計測手段とを備え、前記サンプリング制御手段は、前記予備計測手段の計測終了後に実際の計測を行うものである。
【0007】
本発明は上記構成によって、温度の影響をなくし流量測定を行うものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施例を図面にもとづいて説明する。図1において、流体管路12の途中に超音波を発信する第1振動子13と受信する第2振動子14が流れ方向に配置されている。15は発信を開始するトリガ回路で発信回路16を介し第1振動子13から超音波信号を発信する。この超音波信号は第2振動子14で受信され、増幅回路17でフィルタリングと増幅が行われ、この増幅された信号は基準信号と比較回路18で比較され、基準信号以上の信号が検出されたときカウンタからなる計時手段19でトリガから比較までの時間が計測される。
【0009】
この計時手段19の値に基づいて補正係数を乗じる流量演算手段20で流量値を求める。21は計測を開始するスタート回路で、このスタート回路21で上流先行計測手段22と下流先行計測手段23とが選択される。上流先行計測手段22は最初に振動子13(上流側)から振動子14(下流側)へ超音波信号を発信しその伝搬時間を求め、しかる後切換手段24で振動子13と振動子14とを切り換え振動子14(下流側)から振動子13(上流側)へ発信し伝搬時間を求めるものである。
【0010】
次に動作を図1と図2で説明する。スタート回路から計測開始信号が発せられると、まず上流先行計測手段が選択され、発信が第1振動子13になり受信が第2振動子14になる。トリガ回路15計時手段19がリセットされた後、発信回路16から信号が送出され振動子13(上流側)から超音波信号が発生される。
【0011】
この超音波は音速と流速の影響を受けた伝搬時間の後、第2振動子14(下流側)で受信され、その信号は増幅回路17を経て、比較回路18で判定され、計時手段19でトリガからの時間T1が計測され流量演算手段20にそのデータが記憶される。次にスタート回路21で切換手段24が作動し、発信が第2振動子14になり受信が第1振動子13になる。すなわち第2振動子14から第1振動子13へ超音波信号が発信され前述と同様にその伝搬時間T2が測定される。次にスタート回路21によって下流先行計測手段23が選択され、まず第2振動子14から第1振動子13へ超音波信号が発信されその伝搬時間T3が計測され、次に第1振動子13から第2振動子14へ超音波信号が発信されその伝搬時間T4が測定される。伝搬時間T1、T2、T3、T4は流量演算手段20に記憶されており、流量演算手段20では、
△T=(T2+T3)−(T1+T4)
が演算され、この値に流体管路12の大きさや管内の流速分布に応じた補正係数が乗じられて流量値が求められる。この一連の計測はミリ秒オーダーの短い時間で完了するので、このとき回路の温度変化は直線的に変化すると考えて差し支えない。△Tの演算では第1振動子13から第2振動子14への伝搬時間(T1+T4)を測定したときのスタートからの時間と、第2振動子14から第1振動子13への伝搬時間(T2+T3)を測定したときのスタートからの時間はほぼ同一であり、温度変化があったとしてもその平均温度はほぼ同一である。
【0012】
図3は第2の実施例であり、計測を時間を間欠的に行うサンプリング制御の場合を示したものである。サンプリング制御計測は計測の休止中には電圧を低くするかあるいは遮断し、計測開始と同時に電圧を高めるもので、消費電力を低くして電池による駆動を可能にするものである。サンプリング制御手段25は時間が経過毎に計測を行うもので、計測が開始されると予備計測手段26による動作が行われる。予備計測手段26は計測開始から所定回数の超音波発信による計測、あるいは所定時間の計測を行うが、その間の計測値を廃棄する。予備計測が終了すると実際の計測を行う。予備計測の回数および時間は計測開始時に通電電力が増し温度が急激に上昇する大きさによってあらかじめ設定する。
【0013】
図4は第3の実施例であり、前述のサンプリング制御に伴って行われるものである。第1振動子13から発信された超音波を第2振動子14により受信し、この受信信号を増幅回路17と比較回路18で受信信号を検出すると、繰り返し手段27からトリガ手段15に伝達され、再度発信回路16がトリガされる。この繰り返し手段27の回数は繰り返し設定手段28によって設定される。この繰り返し設定手段28によって設定された回数だけ超音波の伝搬を繰り返し、この繰り返しが終了すると、計時手段19によってこの間の累積時間が測定される。図5に示すように、サンプリング制御手段25により計測が開始されると、初期計測手段29によってトリガが開始されて所定回数の初期計測が行われ、この計測値によって繰り返し設定手段28の回数が設定される。
【0014】
初期計測の流量値が大きいとき、すなわち上流から下流と下流から上流との伝搬時間の差が大きいときには繰り返し設定回数を比較的小さくするが、流量値が小さいとき上述の伝搬時間の差が小さくなって精度確保が十分でなくなるので、繰り返し回数を比較的大きくして伝搬の累積時間を大きくするものである。初期計測手段29によって繰り返し回数が設定された後、実計測手段30によって通常の計測が行われ流量が測定される。
【0015】
図6は第4の実施例であり、第1振動子13から発信された超音波を第2振動子14により受信し、この受信信号を増幅回路17と比較回路18で受信信号を検出し計時手段19で時間を測定するまでの回路、すなわちトリガから計時までの信号処理回路31に正特性素子回路32と負特性素子回路33を含ませる。正特性素子回路32は温度上昇と共に伝達速度が速くなるもので通常の半導体素子ではこの傾向にある。負特性素子回路33は温度上昇と共に伝達速度が遅くなるもので、コンデンサ容量Cと抵抗Rとで構成される遅延回路で構成すると、この回路の時定数はその積(C*R)になり、このコンデンサ容量Cの温度特性を温度上昇と共に容量が大きくなるものを選定すると時定数は温度上昇によって大きくなるので伝達速度は遅くなる。正特性素子回路32と負特性素子回路33を組み合わせることにより、温度の影響に対し伝達速度の変化が相殺され影響が小さくなる。
【0016】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の流量計測装置によれば次の効果が得られる。
【0017】
流体管路の上流と下流に設けられ超音波信号を発信受信する第1振動子及び第2振動子と、振動子間の超音波伝搬時間を計測する計時手段と、計時手段の値に基づいて流量を演算する流量演算手段と、振動子を間欠的に駆動し計測を行うサンプリング制御手段と、計測値を無効にする予備計測手段とを備え、前記サンプリング制御手段は、前記予備計測手段の計測終了後に実際の計測を行うので、サンプリング計測の際に発生する計測開始直後の不安定さをなくすことができ計測誤差が小さい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図2】同装置の制御を示すフローチャート
【図3】本発明の第2の実施例の流量計測装置の制御を示すフローチャート
【図4】本発明の第3の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図5】同装置の制御を示すフローチャート
【図6】本発明の第4の実施例の流量計測装置の制御ブロック図
【図7】従来の流量計測装置の制御ブロック図
【符号の説明】
12 流体管路
13 第1振動子
14 第2振動子
19 計時手段
20 流量演算手段
21 外部設定手段
22 上流先行計測手段
23 下流先行計測手段
24 切換手段
25 サンプリング制御手段
26 予備計測手段
27 繰り返し手段
28 繰り返し設定手段
29 初期計測手段
30 実計測手段
31 信号処理回路
32 正特性素子回路
33 負特性素子回路
Claims (2)
- 流体管路の上流と下流に設けられ超音波信号を発信受信する第1振動子及び第2振動子と、前記振動子間の超音波伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段の値に基づいて流量を演算する流量演算手段と、前記振動子を間欠的に駆動し計測を行うサンプリング制御手段と、計測値を無効にする予備計測手段とを備え、前記サンプリング制御手段は、前記予備計測手段の計測終了後に実際の計測を行う流量計測装置。
- 予備計測手段は、サンプリング制御手段による計測開始から所定回数または所定時間は計測値を無効にする請求項1記載の流量計測装置。
Priority Applications (1)
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JP2003045642A JP3821102B2 (ja) | 2003-02-24 | 2003-02-24 | 流量計測装置 |
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JP2003045642A JP3821102B2 (ja) | 2003-02-24 | 2003-02-24 | 流量計測装置 |
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Family Applications (1)
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2003
- 2003-02-24 JP JP2003045642A patent/JP3821102B2/ja not_active Expired - Lifetime
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