JP3821102B2 - 流量計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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
【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)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003045642A JP3821102B2 (ja) | 2003-02-24 | 2003-02-24 | 流量計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003045642A JP3821102B2 (ja) | 2003-02-24 | 2003-02-24 | 流量計測装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12098095A Division JP3422131B2 (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | 流量計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003222545A JP2003222545A (ja) | 2003-08-08 |
| JP3821102B2 true JP3821102B2 (ja) | 2006-09-13 |
Family
ID=27751645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003045642A Expired - Lifetime JP3821102B2 (ja) | 2003-02-24 | 2003-02-24 | 流量計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3821102B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6209732B2 (ja) * | 2013-05-29 | 2017-10-11 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 超音波流量計測装置 |
-
2003
- 2003-02-24 JP JP2003045642A patent/JP3821102B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003222545A (ja) | 2003-08-08 |
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