JP4178341B2

JP4178341B2 - Flowmeter

Info

Publication number: JP4178341B2
Application number: JP33698598A
Authority: JP
Inventors: 豊稲田; 守孝古賀
Original assignee: トキコテクノ株式会社
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: JP2000162005A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量を計測する流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流量計の一例として、特開平１−２９２２１２号公報に示すものがある。この流量計は、被測定流体が流れる管内にカルマン渦を発生させる渦発生体を設け、前記カルマン渦発生領域を間にして前記管に一対の超音波送・受信器（超音波センサ）を２組設け、２つの受信器の超音波受信信号を位相比較することによりカルマン渦の発生周波数を検出して被測定流体の流量を求めるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、流量計では、超音波送・受信器の故障検出を行なうことが望まれているが、上記従来技術では、このような対策が施されておらず不便であった。
【０００４】
なお、この対策として、超音波受信器からの超音波受信信号の振幅（信号レベル）が一定値以下になった場合、超音波送・受信器が異常状態になったと判定する異常検出回路を設けることが考えられる。しかしながら、この対策案では、例えば管内が非満水になって管内に気体部分が生じ、液体との界面により超音波が反射され、超音波の伝搬が阻害され超音波受信信号の振幅が低下した場合のように超音波受信信号の振幅が一時的に小さくなった場合にも、超音波送・受信器が異常状態になったと判定することとなり、上記要望を適切には果たすことができないというのが実情であった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、超音波センサの故障判定を精度高く行なえる流量計を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る流量計の発明は、被測定流体が流れる管と、該管を挟んで配置される二組の超音波送信器及び超音波受信器と、前記超音波送信器に超音波を送信させる駆動部と、前記超音波送信器及び超音波受信器のそれぞれに接続され該超音波送信器及び超音波受信器で受信される超音波の振幅を検出して予め定められた基準値と比較する振幅検出回路と、前記超音波送信器の接続先を前記駆動部と前記振幅検出回路とに切り換える切換器と、前記超音波送信器及び超音波受信器により受信した超音波に基づいて流量を演算する演算手段と、からなり、前記演算手段は、一組の超音波送信器及び超音波受信器のうち超音波送信器が振幅検出回路に接続されるよう前記切換器を切り換えるとともに他の組の超音波送信器及び超音波受信器のうち何れかを判定用送信器として使用して当該判定用送信器より超音波を送信させ、前記振幅検出回路で該判定用送信器から送信され前記一組の超音波送信器及び超音波受信器で受信されるそれぞれの超音波の振幅が前記基準値以下であると判断されたときに当該受信した超音波の振幅が前記基準値以下である超音波送信器または超音波受信器が故障したと判定する故障判定手段を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態の流量計を図１に基づいて説明する。図１において、流量計１は、被測定流体が流れる管２と、この管２内に設けたカルマン渦発生用の渦発生体３とを有している。管２には、カルマン渦の発生領域に臨むようにして相対向する一対の送受信機能を有する超音波センサが２組、計４つの超音波センサ４（以下、適宜、第１、第２、第３、第４超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄという。）が固定されている。超音波センサ４は、電圧を印加されれば超音波を送信し（送信器として機能）し、また、振動させられれば超音波を受信する（受信器として機能する）ようになっている。
【０００８】
前記第１、第２超音波センサ４ａ，４ｂが相対向し、第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄが相対向するものになっており、通常使用状態で第１超音波センサ４ａ及び第３超音波センサ４ｃが送信器とされ、また、第２超音波センサ４ｂ及び第４超音波センサ４ｄが受信器とされている。第１、第２超音波センサ４ａ，４ｂの中心部を結ぶ線分Ａと第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄの中心部を結ぶ線分Ｂとは管２の中央部で直交するように第１、第２、第３、第４超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが配置されている。
なお、以下、適宜、第１、第２超音波センサ４ａ，４ｂをセンサ第１組４１といい、第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄをセンサ第２組４２という。
【０００９】
第１、第２、第３、第４超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄには、それぞれ第１、第２、第３、第４切換器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ（以下、適宜、切換器５と総称する。）を介して超音波駆動部６（駆動部）が接続されている。超音波駆動部６は第１、第２、第３、第４超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと接続されることにより、接続された超音波センサ４を駆動して当該超音波センサ４から超音波を送信させるようにしている。
切換器５は、後述する演算部７に制御されて、第１、第２、第３、第４超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと超音波駆動部６との接続を選択的に行なえ、超音波駆動部６に接続された超音波センサ４を送信器として使用させると共に超音波駆動部６に接続されない超音波センサ４を受信器として使用させるようにしている。
【００１０】
切換器５及び超音波駆動部６には演算部７（演算手段、故障判定手段）が接続されており、第２超音波センサ４ｂ（センサ第１組４１の受信器）の超音波受信信号及び第４超音波センサ４４ｄ（センサ第２組４２の受信器）の超音波受信信号を位相比較することによりカルマン渦の発生周波数を検出して被測定流体の流量を求めるようにしている。また、演算部７は、第１、第２、第３、第４切換器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを介して第１、第２、第３、第４超音波センサ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにそれぞれ接続した第１、第２、第３、第４振幅検出部（振幅検出回路を構成している。）８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ（以下、適宜、振幅検出部８と総称する。）を有し、受信器とされた超音波センサ４からの超音波受信信号を入力してその振幅を検出するようにしている。
【００１１】
さらに、演算部７は、第２超音波センサ４ｂ（センサ第１組４１の受信器）の超音波受信信号及び第４超音波センサ４ｄ（センサ第２組４２の受信器）の超音波受信信号をあらかじめ設定した第１基準値と比較し、前記超音波受信信号が第１基準値以下になったとき、次のような故障演算処理を行うようになっている。この故障演算処理内容を、第１基準値以下になった超音波受信信号が１つの場合と、２つの場合とに分けて、以下に説明する。
【００１２】
（１）演算部７は、第１基準値以下になった超音波受信信号が１つの場合、次のように故障演算を行う。上記第１基準値以下になった超音波受信信号が１つの場合は、センサ第１組４１及びセンサ第２組４２のうち一方の組に故障している超音波センサ４があるか、あるいは気相の発生があると推定される。以下、説明の便宜上、第１基準値以下になった超音波受信信号に対応する方の組を故障推定組といい、他方の組を非故障組という。
この場合、故障推定組の２つの超音波センサ４を、切換器５を制御して受信器に設定すると共に、非故障組の２つの超音波センサ４のうち一方の超音波センサ４（例えば通常時、送信器とされている超音波センサ４。本発明の判定用送信器を構成する。）から故障推定組の２つの超音波センサ４及び当該非故障組の他方の超音波センサ４（例えば通常時、受信器とされている超音波センサ４）の計３つの超音波センサ４へ超音波を送信させる。なお、非故障組の受信器に対しても超音波を送信しているが、これにより、故障検出時に送信器から良好な超音波が送信されているかの確認を行え故障検出の精度の向上を図るようにしている。
【００１３】
この際、非故障組の送信器からの超音波は、管２を伝搬して故障推定組の２つの超音波センサ４に受信されることになり、この故障推定組の２つの超音波センサ４に受信される超音波受信信号の振幅値をあらかじめ設定した第２基準値（基準値）と個々に比較する。
そして、この比較結果が、故障推定組の２つの超音波センサ４の超音波受信信号の振幅値が共に第２基準値以上であることを示している場合、故障推定組の２つの超音波センサ４は故障しておらず、上述したように超音波受信信号が第１基準値以下になった原因が、気体などによるものであると判定する。
一方、前記比較結果が、故障推定組の２つの超音波センサ４の超音波受信信号の振幅値が第２基準値未満であることを示している（２つの超音波受信信号の振幅値の一方または両方が第２基準値未満のことがあるが、このことは個々に示される）場合、第２基準値未満の超音波受信信号に対応する超音波センサ４が故障していると判定する。本実施の形態では、演算部７は、上述したように故障推定組の２つの超音波センサ４の超音波受信信号の振幅値が第２基準値未満であることを示している場合、第２基準値未満の超音波受信信号に対応する超音波センサ４が故障していると判定するようにしており、本実施の形態では、演算部７が故障判定手段を兼ねたものになっている。
【００１４】
（２）また、演算部７は、第１基準値以下になった超音波受信信号が２つの場合、次のように故障演算を行う。第１基準値以下になった超音波受信信号が２つの場合は、センサ第１組４１及びセンサ第２組４２の両方の組にそれぞれ故障した超音波センサ４があるか、あるいは気相の発生があると推定される。
この場合、４つの超音波センサ４のうち１つの超音波センサ４のみを送信器に設定し（送信器に設定した超音波センサ４を含む方の組を以下、便宜上、送信設定組といい、他の組を送信非設定組という。）、他の３つの超音波センサ４を受信器に設定し、送信非設定組の２つの超音波センサ４（受信器）の超音波受信信号の振幅値を前記第２基準値と個々に比較する。また、送信設定組の超音波センサ４（受信器）の超音波受信信号の振幅値は前記第１基準値と再比較する。
【００１５】
なお、送信設定組の超音波センサ４（受信器）にも超音波を送信しているが、この送信設定組の超音波センサ４（受信器）の超音波受信信号の振幅値は上述したように前記第１基準値以下を示す可能性が高い。しかし、この段階（超音波受信信号の振幅値が第１基準値以下を示したときから時間が経過し、気相の消滅の可能性がある段階）では、送信設定組の超音波センサ４（受信器）の超音波受信信号の振幅値が第１基準値以上になることも起こり得、再確認して故障検出精度の向上を図るようにしている。
【００１６】
送信非設定組の２つの超音波センサ４（受信器）の超音波受信信号の振幅値と第２基準値との比較結果が、超音波受信信号の振幅値が第２基準値以上であることを示している場合、当該２つの超音波センサ４は故障していないと判定する。一方、前記比較結果が、送信非設定組の２つの超音波センサ４（受信器）の超音波受信信号の振幅値のうち一方の振幅値が第２基準値未満で、他方の振幅値が第２基準値であることを示している場合、第２基準値未満の超音波受信信号に対応する超音波センサ４が故障していると判定する。
【００１７】
また、前記比較結果が、送信非設定組の２つの超音波センサ４（受信器）の超音波受信信号の振幅値の両者が第２基準値未満であることを示している場合、送信器として設定した超音波センサ４が故障している虞が大きいことから、他の超音波センサ４を送信器に設定して、上述したのと同様に超音波受信号の比較判定を行い、先に超音波受信信号の振幅値が第１基準値以下になった原因が、どの超音波センサ４にあるのか、または気相の発生にあるのかを特定するようにしている。
【００１８】
ここで、上述したように構成した流量計１の作用を、センサ第２組４２の受信器（第４超音波センサ４ｄ）の超音波受信信号の振幅値が第１基準値以下になった場合を例にして、以下に説明する。
【００１９】
（１Ａ）第１基準値以下になった超音波受信信号が１つの場合〔例えば図２（ａ）に示すようにセンサ第１組４１の超音波受信信号の振幅値は第１基準値以上である一方、図２（ｂ）に示すようにセンサ第２組４２の超音波受信信号の振幅値は第１基準値以下である場合〕、センサ第２組４２（故障推定組）の２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）を、切換器５を制御して受信器に設定すると共に、センサ第１組４１（非故障組）の超音波センサ４（送信器、第１超音波センサ４ａ、本発明の判定用送信器を構成する。）からセンサ第２組４２（故障推定組）の２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）及びセンサ第１組４１（非故障組）の受信器（第２超音波センサ４ｂ）、計３つの超音波センサ４へ超音波を送信させる。
【００２０】
この際、センサ第１組４１（非故障組）の送信器（第１超音波センサ４ａ）からの超音波は、管２を伝搬してセンサ第２組４２（故障推定組）の２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）に受信されることになり、このセンサ第２組４２（故障推定組）の２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）に受信される超音波受信信号の振幅値を第２基準値（本発明の基準値）と個々に比較する。
【００２１】
そして、この比較結果が、センサ第２組４２（故障推定組）の２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）の超音波受信信号の振幅値が共に第２基準値以上であることを示している場合、センサ第２組４２（故障推定組）の２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）は故障しておらず、上述したように超音波受信信号が第１基準値以下になった原因が、気体などによるものであると判定する。
一方、前記比較結果が、センサ第２組４２（故障推定組）の２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）の超音波受信信号の振幅値が第２基準値未満であることを示している（２つの超音波受信信号の振幅値の一方または両方が第２基準値未満のことがあり、このことは個々に示される）場合、第２基準値未満の超音波受信信号に対応する超音波センサ４が故障していると判定する。例えば図３（ａ）に示すように第３超音波センサ４ｃの超音波受信信号の振幅値は第２基準値以上である一方、図３（ｂ）に示すように第４超音波センサ４ｄの超音波受信信号の振幅値が第２基準値未満であることを示している場合、第２基準値未満の超音波受信信号に対応する第４超音波センサ４ｄが故障していると判定する。
【００２２】
（２Ａ）また、センサ第１組４１の受信器（第２超音波センサ４ｂ）の超音波受信信号の振幅値及びセンサ第２組４２の受信器（第４超音波センサ４ｄ）の超音波受信信号の振幅値が共に第１基準値以下になった場合、この流量計１は次のように作用することになる。
【００２３】
この場合、４つの超音波センサ４のうち１つの超音波センサ４〔例えばセンサ第１組４１（送信設定組）の第１超音波センサ４ａ〕のみを送信器に設定し、他の３つの超音波センサ４（第２、第３、第４超音波センサ４ｂ，４ｃ，４ｄ）を受信器に設定し、センサ第２組４２（送信非設定組）の２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）（受信器）の超音波受信信号の振幅値を前記第２基準値と個々に比較する。また、センサ第１組４１（送信設定組）の超音波センサ４（受信器）の超音波受信信号の振幅値は前記第１基準値と再比較する。
【００２４】
センサ第２組４２（送信非設定組）の２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）（受信器）の超音波受信信号の振幅値と第２基準値との比較結果が、超音波受信信号の振幅値が第２基準値以上であることを示している場合、当該２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）は故障していないと判定する。
一方、前記比較結果が、センサ第２組４２（送信非設定組）の２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）（受信器）の超音波受信信号の振幅値のうち一方の振幅値が第２基準値未満で、他方の振幅値が第２基準値であることを示している場合、第２基準値未満の超音波受信信号に対応する超音波センサ４（第３超音波センサ４ｃまたは第４超音波センサ４ｄ）が故障していると判定する。
【００２５】
また、前記比較結果が、センサ第２組４２（送信非設定組）の２つの超音波センサ４（第３、第４超音波センサ４ｃ，４ｄ）（受信器）の超音波受信信号の振幅値の両者が第２基準値未満であることを示している場合、他の超音波センサ４を送信器に設定して、上述したのと同様に超音波受信信号の比較判定を行い、先に超音波受信信号の振幅値が第１基準値以下になった原因が、どの超音波センサ４にあるのか、または気相の発生にあるのか、を特定するようにしている。
【００２６】
上述したように、本実施の形態では、４つの超音波センサ４からの超音波受信信号の振幅が第１基準値以下になったとき、第１基準値以下になった超音波受信信号に対応する超音波センサ４を含む組（故障推定組）の２つの超音波センサ４を受信器に設定すると共に、第１基準値以下になった超音波受信信号に対応する超音波センサ４を含まない方の組（非故障組）の一方を送信器に設定し、故障推定組の２つの超音波センサ４（受信器）の超音波受信信号の振幅を第２基準値と比較するようにしており、故障推定組の２つの超音波センサ４が故障したのか、あるいは気体などにより超音波受信信号の振幅値が一時的に低下したものであるのか、また、故障推定組の超音波センサ４の故障の場合いずれの超音波センサ４が故障したのか、を判定することができる。
【００２７】
上記実施の形態では、流量計１が渦発生体３を設けたいわゆる超音波式渦流量計である場合を例にしたが、本発明はこれに限らず、渦発生体３を設けないタイプの流量計に適用することができる。
また、本実施の形態では、対をなす超音波センサ４が管２の長手方向と直交して対向した流量計１を例にしたが、本発明はこれに限らず渦発生体３を省略すると共に、超音波センサ４を管２の長手方向に離間して斜めに対向させて配置し、被測定流体の流れの向きにより被測定流体中を伝搬する超音波の速度が変わることを利用して流量を計測するようにした流量計に本発明を適用してもよい。
【００２８】
なお、上述したように故障と判定した場合、（ａ）故障したことを報知するように構成したり、あるいは（ｂ）２組の超音波センサを設けていた場合、故障していない超音波センサを用いて流量計測を継続して行うように構成してもよい。このように故障していない超音波センサを用いて流量計測を継続して行う場合、２つの受信器の超音波受信信号の位相比較のみならず、１つの送信器に対する駆動信号と１つの受信器の超音波受信信号との位相比較により流量を求めるように構成してもよい。
【００２９】
また、上記実施の形態では、第１、第２基準値を持っている場合を例にしたが、第２基準値（本発明の基準値）のみを持ち、メンテナンス時あるいは流量計起動時等に、適宜スイッチなどを入れるなどして、故障判定を行うように構成してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、故障判定手段が、一組の超音波送信器及び超音波受信器のうち超音波送信器が振幅検出回路に接続されるよう前記切換器を切り換えるとともに他の組の超音波送信器及び超音波受信器のうち何れかを判定用送信器として使用して当該判定用送信器より超音波を送信させ、前記振幅検出回路で該判定用送信器から送信され前記一組の超音波送信器及び超音波受信器で受信されるそれぞれの超音波の振幅が前記基準値以下であると判断されたときに当該受信した超音波の振幅が前記基準値以下である超音波送信器または超音波受信器が故障したと判定するので、超音波送信器または超音波受信器の故障検出を確実かつ精度高く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の流量計を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１の超音波センサの超音波受信信号の振幅値と第１基準値との比較例の一例を示す波形図である。
【図３】図１の超音波センサの超音波受信信号の振幅値と第２基準値との比較例の一例を示す波形図である。
【符号の説明】
４超音波センサ（超音波送信器、超音波受信器、判定用送信器）
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ第１、第２、第３、第４超音波センサ
４１センサ第１組
４２センサ第２組
６超音波駆動部（駆動部）
７演算部（演算手段、故障判定手段）
８振幅検出部（振幅検出回路）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow meter for measuring a flow rate of a fluid.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional flow meter is shown in Japanese Patent Laid-Open No. 1-292212. This flow meter is provided with a vortex generator for generating a Karman vortex in a tube through which a fluid to be measured flows, and a pair of ultrasonic transmitters / receivers (ultrasonic sensors) are connected to the tube with the Karman vortex generation region in between. A set is provided to detect the frequency of Karman vortex generation by comparing the phase of the ultrasonic reception signals of the two receivers to determine the flow rate of the fluid to be measured.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the flowmeter, it is desired to detect a failure of the ultrasonic transmitter / receiver. However, the conventional technique described above is inconvenient because it does not take such measures.
[0004]
As a countermeasure, an abnormality detection circuit is provided that determines that the ultrasonic transmitter / receiver is in an abnormal state when the amplitude (signal level) of the ultrasonic reception signal from the ultrasonic receiver becomes a certain value or less. It is possible. However, in this countermeasure, for example, when the inside of the tube is not full, a gas portion is generated in the tube, the ultrasonic wave is reflected by the interface with the liquid, the propagation of the ultrasonic wave is inhibited, and the amplitude of the ultrasonic reception signal is reduced. Even when the amplitude of the ultrasonic reception signal is temporarily reduced as described above, it is determined that the ultrasonic transmitter / receiver is in an abnormal state, and the above-mentioned request cannot be properly achieved. It was a fact.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a flowmeter capable of performing failure determination of an ultrasonic sensor with high accuracy.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention of the flowmeter according to claim 1 is a pipe through which a fluid to be measured flows, two sets of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers arranged between the pipes, and ultrasonic waves to the ultrasonic transmitters. A drive unit for transmission, and a reference value determined in advance by detecting an amplitude of an ultrasonic wave connected to each of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver and received by the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver. An amplitude detection circuit to be compared, a switch for switching the connection destination of the ultrasonic transmitter to the drive unit and the amplitude detection circuit, and a flow rate based on the ultrasonic wave received by the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver And calculating means for switching the switch so that the ultrasonic transmitter of the set of ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver is connected to the amplitude detection circuit, and A pair of ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver Either used as judgment transmitter to transmit ultrasound from the judgment transmitter and at the amplitude detection circuit is transmitted from the judgment transmitter of the set ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver When it is determined that the amplitude of each received ultrasonic wave is equal to or lower than the reference value, it is determined that an ultrasonic transmitter or ultrasonic receiver whose amplitude of the received ultrasonic wave is equal to or lower than the reference value has failed. And a failure determination means.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a flow meter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a flow meter 1 has a pipe 2 through which a fluid to be measured flows, and a vortex generator 3 for generating Karman vortex provided in the pipe 2. The tube 2 has two pairs of ultrasonic sensors having a pair of transmitting and receiving functions facing each other so as to face the Karman vortex generation region, for a total of four ultrasonic sensors 4 (hereinafter referred to as first, second, third, The fourth ultrasonic sensors 4a, 4b, 4c and 4d) are fixed. The ultrasonic sensor 4 transmits an ultrasonic wave (functions as a transmitter) when a voltage is applied, and receives an ultrasonic wave (functions as a receiver) when vibrated.
[0008]
The first and second ultrasonic sensors 4a and 4b are opposed to each other, and the third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d are opposed to each other. The third ultrasonic sensor 4c is a transmitter, and the second ultrasonic sensor 4b and the fourth ultrasonic sensor 4d are receivers. A line segment A connecting the central portions of the first and second ultrasonic sensors 4a and 4b and a line segment B connecting the central portions of the third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d are orthogonal to each other at the central portion of the tube 2. In addition, first, second, third, and fourth ultrasonic sensors 4a, 4b, 4c, and 4d are arranged.
Hereinafter, the first and second ultrasonic sensors 4a and 4b will be referred to as a sensor first set 41, and the third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d will be referred to as a sensor second set 42 as appropriate.
[0009]
The first, second, third, and fourth ultrasonic sensors 4a, 4b, 4c, and 4d include first, second, third, and fourth switchers 5a, 5b, 5c, and 5d (hereinafter, as appropriate). An ultrasonic drive unit 6 (drive unit) is connected via a switcher 5. The ultrasonic drive unit 6 is connected to the first, second, third, and fourth ultrasonic sensors 4 a, 4 b, 4 c, and 4 d, thereby driving the connected ultrasonic sensor 4 and the ultrasonic sensor 4. To transmit ultrasonic waves.
The switch 5 is controlled by the arithmetic unit 7 described later, and can selectively connect the first, second, third, and fourth ultrasonic sensors 4a, 4b, 4c, and 4d and the ultrasonic driving unit 6. The ultrasonic sensor 4 connected to the ultrasonic drive unit 6 is used as a transmitter, and the ultrasonic sensor 4 not connected to the ultrasonic drive unit 6 is used as a receiver.
[0010]
The switching unit 5 and the ultrasonic drive unit 6 are connected to a calculation unit 7 (calculation unit, failure determination unit), and an ultrasonic reception signal of the second ultrasonic sensor 4b (receiver of the first sensor set 41) and The phase of the ultrasonic reception signal of the fourth ultrasonic sensor 44d (the receiver of the sensor second set 42) is compared to detect the Karman vortex generation frequency to obtain the flow rate of the fluid to be measured. The calculation unit 7 also includes first, second, third, and fourth ultrasonic sensors 4a, 4b, 4c, and 4th via the first, second, third, and fourth switchers 5a, 5b, 5c, and 5d. First, second, third, and fourth amplitude detectors 8a, 8b, 8c, and 8d (hereinafter collectively referred to as amplitude detector 8 as appropriate) connected to 4d, respectively. ) And receiving an ultrasonic reception signal from the ultrasonic sensor 4 as a receiver, and detecting the amplitude thereof.
[0011]
Further, the calculation unit 7 receives the ultrasonic reception signal of the second ultrasonic sensor 4b (sensor first set 41 receiver) and the ultrasonic reception signal of the fourth ultrasonic sensor 4d (sensor second set 42 receiver). Is compared with a first reference value set in advance, and when the ultrasonic reception signal becomes equal to or lower than the first reference value, the following failure calculation processing is performed. The contents of this failure calculation process will be described below, divided into cases where there are one ultrasonic reception signal that is equal to or less than the first reference value and two cases.
[0012]
(1) When there is one ultrasonic reception signal that is equal to or lower than the first reference value, the calculation unit 7 performs a failure calculation as follows. When there is one ultrasonic reception signal that is equal to or lower than the first reference value, either one of the sensor first set 41 and the sensor second set 42 has a faulty ultrasonic sensor 4, or It is estimated that there is a phase. Hereinafter, for convenience of explanation, the set corresponding to the ultrasonic reception signal that is equal to or lower than the first reference value is referred to as a failure estimation set, and the other set is referred to as a non-failure set.
In this case, the two ultrasonic sensors 4 of the failure estimation group are set as receivers by controlling the switcher 5 and one of the two ultrasonic sensors 4 of the non-failure group 4 (for example, normal) The ultrasonic sensor 4 that is the transmitter, which constitutes the determination transmitter of the present invention), and the two ultrasonic sensors 4 of the failure estimation group and the other ultrasonic sensor 4 of the non-failure group (for example, In normal times, ultrasonic waves are transmitted to a total of three ultrasonic sensors 4, which are ultrasonic sensors 4) serving as receivers. Although ultrasonic waves are also transmitted to non-failed receivers, it is possible to check whether good ultrasonic waves are transmitted from the transmitter at the time of failure detection, thereby improving the accuracy of failure detection. I try to figure it out.
[0013]
At this time, the ultrasonic waves from the transmitters in the non-failure group propagate through the tube 2 and are received by the two ultrasonic sensors 4 in the failure estimation group, and the two ultrasonic sensors 4 in the failure estimation group. The amplitude value of the received ultrasonic signal is individually compared with a preset second reference value (reference value).
When the comparison result indicates that the amplitude values of the ultrasonic reception signals of the two ultrasonic sensors 4 in the failure estimation group are both equal to or greater than the second reference value, the two ultrasonic sensors in the failure estimation group 4 is not out of order, and as described above, it is determined that the cause of the ultrasonic reception signal being equal to or lower than the first reference value is due to gas or the like.
On the other hand, the comparison result indicates that the amplitude values of the ultrasonic reception signals of the two ultrasonic sensors 4 in the failure estimation group are less than the second reference value (one of the amplitude values of the two ultrasonic reception signals). Or, both may be less than the second reference value, but this is indicated individually), it is determined that the ultrasound sensor 4 corresponding to the ultrasound received signal that is less than the second reference value has failed. In the present embodiment, when the calculation unit 7 indicates that the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the two ultrasonic sensors 4 in the failure estimation group is less than the second reference value as described above, It is determined that the ultrasonic sensor 4 corresponding to the ultrasonic reception signal less than the reference value is broken, and in this embodiment, the calculation unit 7 also serves as a failure determination unit.
[0014]
(2) Moreover, the calculation part 7 performs a failure calculation as follows, when there are two ultrasonic reception signals which became below the 1st reference value. If there are two ultrasonic reception signals that are less than or equal to the first reference value, either the first sensor set 41 and the second sensor set 42 have a faulty ultrasonic sensor 4 or a gas phase is generated. It is estimated that there is.
In this case, only one ultrasonic sensor 4 among the four ultrasonic sensors 4 is set as a transmitter (the set including the ultrasonic sensor 4 set as the transmitter is hereinafter referred to as a transmission setting set for convenience, The other set is referred to as a transmission non-set group), the other three ultrasonic sensors 4 are set as receivers, and the amplitude values of the ultrasonic reception signals of the two ultrasonic sensors 4 (receivers) in the transmission non-set group are set. Are individually compared with the second reference value. Further, the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the ultrasonic sensor 4 (receiver) of the transmission setting group is re-compared with the first reference value.
[0015]
In addition, although the ultrasonic wave is transmitted also to the ultrasonic sensor 4 (receiver) of the transmission setting group, the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the ultrasonic sensor 4 (receiver) of this transmission setting group is as described above. Is likely to show the first reference value or less. However, at this stage (a stage in which time has elapsed since the amplitude value of the ultrasonic reception signal is equal to or lower than the first reference value and the gas phase may disappear), the ultrasonic sensor 4 of the transmission setting group ( It is possible that the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the (receiver) becomes equal to or greater than the first reference value, and the error detection accuracy is improved by reconfirmation.
[0016]
The comparison result between the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the two ultrasonic sensors 4 (receivers) in the non-transmission set and the second reference value is that the amplitude value of the ultrasonic reception signal is equal to or greater than the second reference value. Is determined, it is determined that the two ultrasonic sensors 4 have not failed. On the other hand, the comparison result indicates that one of the amplitude values of the ultrasonic reception signals of the two ultrasonic sensors 4 (receivers) in the non-transmission set is less than the second reference value, and the other amplitude value is the first amplitude value. When it indicates that the reference value is two reference values, it is determined that the ultrasonic sensor 4 corresponding to the ultrasonic reception signal less than the second reference value has failed.
[0017]
In addition, when the comparison result indicates that both of the amplitude values of the ultrasonic reception signals of the two ultrasonic sensors 4 (receivers) in the non-transmission set are less than the second reference value, Since there is a high possibility that the set ultrasonic sensor 4 is broken, another ultrasonic sensor 4 is set as a transmitter, and the ultrasonic reception signal is compared and determined in the same manner as described above. The ultrasonic sensor 4 or the generation of the gas phase is identified as the cause of the amplitude value of the sound wave reception signal being equal to or less than the first reference value.
[0018]
Here, the operation of the flow meter 1 configured as described above is performed when the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the receiver (fourth ultrasonic sensor 4d) of the second sensor set 42 is equal to or less than the first reference value. An example will be described below.
[0019]
(1A) When there is one ultrasonic reception signal that is less than or equal to the first reference value [For example, as shown in FIG. 2A, the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the first sensor set 41 is greater than or equal to the first reference value. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the sensor second set 42 is equal to or smaller than the first reference value], the sensor second set 42 (failure estimation set) The ultrasonic sensor 4 (third and fourth ultrasonic sensors 4c, 4d) is set as a receiver by controlling the switch 5, and the ultrasonic sensor 4 (transmitter) of the first sensor group 41 (non-failure group). , The first ultrasonic sensor 4a constitutes the determination transmitter of the present invention) to the second ultrasonic sensor 4 (third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d) of the second sensor group 42 (failure estimation group). ) And the receiver (second ultrasonic sensor 4b) of the first sensor set 41 (non-failure set), a total of three ultrasonic sensors. 4 to thereby transmit the ultrasonic waves.
[0020]
At this time, the ultrasonic waves from the transmitter (first ultrasonic sensor 4a) of the sensor first group 41 (non-failure group) propagate through the tube 2 and the two ultrasonic waves of the sensor second group 42 (failure estimation group). The ultrasonic sensors 4 (third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d) receive the two ultrasonic sensors 4 (third and fourth ultrasonic waves) of the sensor second group 42 (failure estimation group). The amplitude values of the ultrasonic reception signals received by the sensors 4c and 4d) are individually compared with the second reference value (the reference value of the present invention).
[0021]
The comparison result shows that the amplitude values of the ultrasonic reception signals of the two ultrasonic sensors 4 (third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d) of the sensor second group 42 (failure estimation group) are both the second reference. In the case where it indicates that the value is greater than or equal to the value, the two ultrasonic sensors 4 (third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d) of the sensor second group 42 (failure estimation group) have not failed and are described above. Thus, it is determined that the cause of the ultrasonic reception signal being equal to or lower than the first reference value is due to gas or the like.
On the other hand, the comparison result indicates that the amplitude values of the ultrasonic reception signals of the two ultrasonic sensors 4 (third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d) of the sensor second group 42 (failure estimation group) are the second reference value. Less than the second reference value if one or both of the two ultrasound received signal amplitude values may be less than the second reference value, which is indicated individually. It is determined that the ultrasonic sensor 4 corresponding to the sound wave reception signal has failed. For example, the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the third ultrasonic sensor 4c is not less than the second reference value as shown in FIG. 3 (a), while the amplitude of the fourth ultrasonic sensor 4d is as shown in FIG. 3 (b). When the amplitude value of the ultrasonic reception signal indicates that it is less than the second reference value, it is determined that the fourth ultrasonic sensor 4d corresponding to the ultrasonic reception signal that is less than the second reference value has failed.
[0022]
(2A) Further, the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the receiver (second ultrasonic sensor 4b) of the first sensor group 41 and the ultrasonic reception of the receiver (fourth ultrasonic sensor 4d) of the second sensor group 42. When both the amplitude values of the signals are equal to or less than the first reference value, the flow meter 1 operates as follows.
[0023]
In this case, only one ultrasonic sensor 4 (for example, the first ultrasonic sensor 4a of the first sensor set 41 (transmission setting group)) among the four ultrasonic sensors 4 is set as the transmitter, and the other three ultrasonic sensors 4 are set. The ultrasonic sensor 4 (second, third, and fourth ultrasonic sensors 4b, 4c, and 4d) is set as a receiver, and the two ultrasonic sensors 4 (third and third sensors) of the sensor second group 42 (transmission non-set group) are set. The amplitude value of the ultrasonic reception signal of the fourth ultrasonic sensors 4c, 4d) (receiver) is individually compared with the second reference value. The amplitude value of the ultrasonic reception signal of the ultrasonic sensor 4 (receiver) of the first sensor set 41 (transmission setting group) is re-compared with the first reference value.
[0024]
The amplitude value of the ultrasonic reception signal of the two ultrasonic sensors 4 (third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d) (receiver) of the second sensor set 42 (transmission non-setting group) and the second reference value When the comparison result indicates that the amplitude value of the ultrasonic reception signal is greater than or equal to the second reference value, the two ultrasonic sensors 4 (third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d) are out of order. Judge that there is no.
On the other hand, the comparison result is the amplitude value of the ultrasonic reception signals of the two ultrasonic sensors 4 (third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d) (receiver) of the sensor second group 42 (transmission non-setting group). One of the amplitude values is less than the second reference value and the other amplitude value is the second reference value, the ultrasonic sensor 4 corresponding to the ultrasonic reception signal less than the second reference value ( It is determined that the third ultrasonic sensor 4c or the fourth ultrasonic sensor 4d) is out of order.
[0025]
In addition, the comparison result is the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the two ultrasonic sensors 4 (third and fourth ultrasonic sensors 4c and 4d) (receiver) of the sensor second group 42 (transmission non-setting group). Indicates that the ultrasonic sensor 4 is less than the second reference value, the other ultrasonic sensor 4 is set as the transmitter, and the ultrasonic wave reception signal is compared and determined in the same manner as described above. The ultrasonic sensor 4 or the generation of a gas phase is identified as the cause of the amplitude value of the sound wave reception signal being equal to or less than the first reference value.
[0026]
As described above, in the present embodiment, when the amplitudes of the ultrasonic reception signals from the four ultrasonic sensors 4 are equal to or lower than the first reference value, the ultrasonic reception signals that are equal to or lower than the first reference value are supported. The two ultrasonic sensors 4 of the group including the ultrasonic sensor 4 to be performed (failure estimation group) are set as receivers, and the ultrasonic sensor 4 corresponding to the ultrasonic reception signal that is equal to or lower than the first reference value is not included. One of the set (non-failure set) is set as a transmitter, and the amplitudes of the ultrasonic reception signals of the two ultrasonic sensors 4 (receivers) in the failure estimation set are compared with the second reference value. Whether the two ultrasonic sensors 4 in the failure estimation group have failed, or whether the amplitude value of the ultrasonic reception signal has temporarily decreased due to gas or the like, and the failure of the ultrasonic sensor 4 in the failure estimation group In this case, it is possible to determine which ultrasonic sensor 4 has failed. It can be.
[0027]
In the above embodiment, the flow meter 1 is a so-called ultrasonic vortex flow meter provided with the vortex generator 3, but the present invention is not limited to this, and the vortex generator 3 is not provided. It can be applied to a flow meter.
Further, in the present embodiment, the flowmeter 1 in which the paired ultrasonic sensors 4 are opposed to each other orthogonal to the longitudinal direction of the tube 2 is taken as an example, but the present invention is not limited to this and the vortex generator 3 is omitted. At the same time, the ultrasonic sensor 4 is disposed to be diagonally spaced apart in the longitudinal direction of the tube 2, and the fact that the velocity of the ultrasonic wave propagating in the measured fluid changes depending on the flow direction of the measured fluid. The present invention may be applied to a flow meter that measures the flow rate.
[0028]
In addition, when it determines with a failure as mentioned above, (a) It is comprised so that it may alert | report, or (b) When two sets of ultrasonic sensors are provided, the ultrasonic sensor which has not failed You may comprise so that flow measurement may be performed continuously using. When flow measurement is continuously performed using an ultrasonic sensor that does not fail as described above, not only a phase comparison of ultrasonic reception signals of two receivers but also a driving signal for one transmitter and one receiver The flow rate may be obtained by phase comparison with the ultrasonic reception signal.
[0029]
In the above embodiment, the first and second reference values are used as an example. However, only the second reference value (the reference value of the present invention) is provided, and the maintenance or the flow meter is started. Alternatively, a failure determination may be performed by appropriately switching on a switch or the like.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, the failure determination means switches the switch so that the ultrasonic transmitter of one set of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver is connected to the amplitude detection circuit, and another set of ultrasonic transmitters. And the ultrasonic transmitter is used as a transmitter for determination, ultrasonic waves are transmitted from the transmitter for determination, and the amplitude detection circuit transmits the set of ultrasonic waves transmitted from the transmitter for determination. An ultrasonic transmitter or ultrasonic wave in which the amplitude of the received ultrasonic wave is less than or equal to the reference value when it is determined that the amplitude of each ultrasonic wave received by the transmitter and the ultrasonic receiver is less than or equal to the reference value Since it is determined that the receiver has failed , the failure detection of the ultrasonic transmitter or the ultrasonic receiver can be reliably and accurately performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a flow meter according to an embodiment of the present invention.
2 is a waveform diagram showing an example of a comparison between an amplitude value of an ultrasonic reception signal of the ultrasonic sensor of FIG. 1 and a first reference value. FIG.
FIG. 3 is a waveform diagram showing an example of a comparison between the amplitude value of the ultrasonic reception signal of the ultrasonic sensor of FIG. 1 and a second reference value.
[Explanation of symbols]
4 Ultrasonic sensor (ultrasonic transmitter, ultrasonic receiver, transmitter for judgment)
4a, 4b, 4c, 4d 1st, 2nd, 3rd, 4th ultrasonic sensor 41 Sensor 1st set 42 Sensor 2nd set 6 Ultrasonic drive part (drive part)
7 Calculation unit (calculation means, failure determination means)
8 Amplitude detector (amplitude detector circuit)

Claims

被測定流体が流れる管と、
該管を挟んで配置される二組の超音波送信器及び超音波受信器と、
前記超音波送信器に超音波を送信させる駆動部と、
前記超音波送信器及び超音波受信器のそれぞれに接続され該超音波送信器及び超音波受信器で受信される超音波の振幅を検出して予め定められた基準値と比較する振幅検出回路と、
前記超音波送信器の接続先を前記駆動部と前記振幅検出回路とに切り換える切換器と、
前記超音波送信器及び超音波受信器により受信した超音波に基づいて流量を演算する演算手段と、からなり、
前記演算手段は、一組の超音波送信器及び超音波受信器のうち超音波送信器が振幅検出回路に接続されるよう前記切換器を切り換えるとともに他の組の超音波送信器及び超音波受信器のうち何れかを判定用送信器として使用して当該判定用送信器より超音波を送信させ、前記振幅検出回路で該判定用送信器から送信され前記一組の超音波送信器及び超音波受信器で受信されるそれぞれの超音波の振幅が前記基準値以下であると判断されたときに当該受信した超音波の振幅が前記基準値以下である超音波送信器または超音波受信器が故障したと判定する故障判定手段を有することを特徴とする流量計。A tube through which the fluid to be measured flows;
Two sets of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers disposed across the tube;
A drive unit for transmitting ultrasonic waves to the ultrasonic transmitter;
An amplitude detection circuit which is connected to each of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver and detects the amplitude of the ultrasonic wave received by the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver and compares it with a predetermined reference value; ,
A switch for switching the connection destination of the ultrasonic transmitter to the drive unit and the amplitude detection circuit ;
A calculation means for calculating a flow rate based on the ultrasonic wave received by the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver,
It said computing means, a pair of ultrasonic transmitter and the switching device other set of ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver switches the to ultrasonic transmitter is connected to the amplitude detection circuit of the ultrasonic receivers of vessel using either a judgment transmitter to transmit ultrasound from the judgment transmitter, the amplitude detection circuit is transmitted from the judgment transmitter the set of ultrasonic transmitter and ultrasonic When it is determined that the amplitude of each ultrasonic wave received by the receiver is equal to or smaller than the reference value, the ultrasonic transmitter or the ultrasonic receiver whose amplitude is equal to or smaller than the reference value is broken. A flowmeter characterized by comprising failure determination means for determining that a failure has occurred.