JP5092414B2 - Flow velocity or flow rate measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、振動子などを用い、超音波を利用して気体や液体などの流量を計測する流速または流量計測装置に関する。 The present invention relates to a flow velocity or flow rate measuring device that uses a vibrator or the like and measures a flow rate of gas or liquid using ultrasonic waves.
従来、この種の流量計測装置としては、流路に流れの方向に相対して振動子を設け、超音波の伝搬時間差から流体の速度を演算していた(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of flow rate measurement device, a vibrator is provided in a flow path in the flow direction, and the velocity of the fluid is calculated from the difference in ultrasonic propagation time (see, for example, Patent Document 1).
図11は、従来の超音波流量計の構成を示すブロック図である。図11において、流体管路4の途中に超音波を発信する第1振動子5と受信する第2振動子6が流れ方向に配置されている。7は第1振動子5への送信回路、8は第2振動子6で受信した信号の増幅回路であり、ここで増幅された信号は比較回路9で基準信号と比較され、基準信号以上の信号が検出されたとき、回数設定回路10で設定された回数だけ繰り返し手段11はトリガ回路12を付勢し、遅延手段13で信号を遅延させた後超音波信号を繰り返し送信する。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a conventional ultrasonic flowmeter. In FIG. 11, a
繰り返しが始まったときに計時手段14のタイマカウンタを起動し、回数設定回路10で設定された繰り返し回数が終了したとき計時手段14のタイマカウンタを停止し、時間を計測する。次に切換手段15で第1振動子5と第2振動子6の送受信を切り換えて、第2振動子6から第1振動子5すなわち下流から上流に向かって超音波信号を発信し、この発信を前述のように繰り返し、その時間を計時する。そしてその時間差から管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段16で流量値を求める。
しかしながら従来の流量計測装置では送信側振動子と受信側振動子を切換える動作が入り、計測−切換え−計測というように計測の間に切換動作が入るため時間のずれが発生している。さらに切換動作の前での計測単独では流速を算出できず、切換前後の計測一対で流速を算出できるものである。 However, in the conventional flow rate measuring device, an operation for switching between the transmission-side transducer and the reception-side transducer is entered, and a time shift occurs because a switching operation is performed between the measurements, such as measurement-switching-measurement. Furthermore, the flow velocity cannot be calculated by measurement alone before the switching operation, but the flow velocity can be calculated by a pair of measurements before and after switching.
本発明は上記の課題を解決するもので、大きな時間ずれを発生することの無いよう直接振動子間を伝搬した時間を計時する第1の計時手段と振動子間を少なくとも2回反射した超音波信号の伝搬時間を計時する第2の計時手段との計時値に基づいて流量を算出することを目的としている。 The present invention solves the above-described problem. The ultrasonic wave reflected at least twice between the first time measuring means for measuring the time directly propagating between the vibrators and the vibrator so as not to cause a large time lag. The object is to calculate the flow rate based on the time measured with the second time measuring means for measuring the signal propagation time.
前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、被測定流体の流れる流路に
配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、送信側の前記振動子から出力された前記超音波が受信側の前記振動子に伝搬するまでの第1の時間を計時する第1の計時手段と、送信側の前記振動子から出力された前記超音波が前記振動子間を少なくとも2回反射してから受信側の前記振動子に伝搬するまでの第2の時間を計時する第2の計時手段と、前記第1の時間と前記第2の時間に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備え、前記流量演算手段は、前記第1の時間と、前記第2の時間から2倍の前記第1の時間を減算した第3の時間から前記被測定流体の流速を算出し、前記流量を算出する。
In order to solve the above-described conventional problems, a flow rate measuring device according to the present invention includes a pair of transducers arranged in a flow path through which a fluid to be measured flows and transmits / receives ultrasonic waves, transmission / reception switching means of the transducers, and transmission a first counting means for counting a first time until the ultrasonic waves output from the oscillator side propagates to the transducer of the receiving side, the greater output from the oscillator on the transmission side Second time measuring means for measuring a second time from when the sound wave is reflected between the vibrators at least twice to propagate to the vibrator on the receiving side ; the first time and the second time; and a flow rate calculation means for calculating a flow rate based on the flow rate computing means, said from the the first time, the third time by subtracting the first time 2-fold from the second time The flow rate of the fluid to be measured is calculated, and the flow rate is calculated.
本発明の流量計測装置は、流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子間を伝搬する直接波と少なくとも2回反射した超音波信号の伝搬時間を用いて流量を算出する。 The flow rate measuring device of the present invention calculates a flow rate using a direct wave propagating between a pair of transducers arranged in a flow path and transmitting and receiving ultrasonic waves and a propagation time of an ultrasonic signal reflected at least twice.
このため振動子の切換え動作の前後で独立して流速を算出することができるとともに、切換動作をはさんで送受信動作を行う必要が無いため時間ずれを発生することなく計測を行うことができる。 For this reason, the flow velocity can be calculated independently before and after the switching operation of the vibrator, and measurement can be performed without causing a time lag because there is no need to perform a transmission / reception operation across the switching operation.
第1の発明は被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、送信側の前記振動子から出力された前記超音波が受信側の前記振動子に伝搬するまでの第1の時間を計時する第1の計時手段と、送信側の前記振動子から出力された前記超音波が前記振動子間を少なくとも2回反射してから受信側の前記振動子に伝搬するまでの第2の時間を計時する第2の計時手段と、前記第1の時間と前記第2の時間に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備え、前記流量演算手段は、前記第1の時間と、前記第2の時間から2倍の前記第1の時間を減算した第3の時間から前記被測定流体の流速を算出し、前記流量を算出する流量計測装置である。 According to a first aspect of the present invention, a pair of transducers arranged in a flow path through which a fluid to be measured flows and transmits / receives ultrasonic waves, transmission / reception switching means of the transducers, and the ultrasonic waves output from the transducers on the transmission side a first counting means for counting a first time to propagate to the transducer of the receiving side, the ultrasonic output from the oscillator on the transmission side is reflected at least twice between the transducers It comprises a second counting means for counting a second time to propagate to the vibrator on the receiving side, and a flow rate calculation means for calculating a flow rate based on the second time and the first time from The flow rate calculation means calculates the flow rate of the fluid to be measured from the first time and a third time obtained by subtracting the first time that is twice the second time. This is a flow rate measuring device.
そして、直接振動子間を伝搬した時間を計時する第1の計時手段と振動子間を少なくとも2回反射した超音波信号の伝搬時間を計時する第2の計時手段との計時値に基づいて流量を算出するものである。 Then, the flow rate is based on the time measured by the first time measuring means for measuring the time directly propagating between the transducers and the second time measuring means for measuring the propagation time of the ultrasonic signal reflected between the transducers at least twice. Is calculated.
これによって、振振動子の切換え動作の前後で独立して流速を算出することができるとともに、切換動作をはさんで送受信動作を行う必要が無いため時間ずれを発生することなく計測を行うことができる。 As a result, the flow velocity can be calculated independently before and after the switching operation of the vibrator, and it is not necessary to perform a transmission / reception operation across the switching operation, so that measurement can be performed without causing a time lag. it can.
第4の発明は、流量が無い時に前記第1の計時手段と前記第2の計時手段の出力信号を用いて流量演算手段の演算係数の補正を行う演算補正手段を有することで、直接波と反射波による誤差を流量の無い時に調整することが可能になる。 A fourth invention, by an arithmetic correction means for correcting the operational coefficient of the flow rate calculation means by using an output signal of said first clock means and said second counting means when the flow rate is not, and direct wave It is possible to adjust the error due to the reflected wave when there is no flow rate.
第5の発明は、特に第1の発明から第4の発明のいずれか1つにおける制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを有する構成としたもので、これにより測定方法の動作設定、変更が容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに計測の精度向上を行うことができる。 The fifth aspect of the invention is a configuration having a program for causing a computer to function as the control means in any one of the first to fourth aspects of the invention. It can be done easily, and it can flexibly cope with aging, etc., so the measurement accuracy can be improved more flexibly.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
実施の形態1に関する本発明の流速または流量計測装置について説明する。
(Embodiment 1)
The flow velocity or flow rate measuring device of the present invention relating to
図1は本実施の形態の構成を示す流速または流量計測装置のブロック図である。図1において、本発明の超音波流量計は被測定流体の流れる流路31と、流路31に配置された超音波を送受信する第1の振動子32、第2の振動子33を設置し、第1の振動子32を駆動する送信手段34と、第2の振動子33の受信信号を受け受信タイミングを決定する受信手段35と、送信手段34による第1の振動子32の駆動開始から直接超音波の伝搬波が第2の振動子33に到達し受信手段35を介してその伝搬時間を測定する第1の計時手段36と、直接超音波が第2の振動子33で反射し、再度第1の振動32で反射した後に第2の振動子33に到達し受信手段35を介してその伝搬時間を測定する第2の計時手段37と、第1の計時手段36と第2の計時手段37の計時値に基づいて前記一対の振動子32,33間の流速を演算し、それから流量を求める流量演算手段38とを有するものである。送信手段34と第1の振動子32、および第2の振動子33と受信手段35の間に切換手段39を設け、超音波の送受信を第1の振動子32と第2の振動子33の間で交互に行うようにしている。
FIG. 1 is a block diagram of a flow velocity or flow rate measuring apparatus showing the configuration of the present embodiment. In FIG. 1, the ultrasonic flowmeter of the present invention includes a
さらに制御手段40を設け、送信手段34と受信手段35と第1の計時手段36と第2の計時手段37と流量演算手段38と切換手段39との少なくとも1つを制御する。
Further, a
通常の流速または流量計測の動作を説明する。制御手段40からスタート信号を受けた送信手段34が第1の振動子32を一定時間パルス駆動行うと同時に第1の計時手段36および第2の計時手段37は時間計測始める。パルス駆動された第1の振動子32からは超音波が送信される。第1の振動子32から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し、第2の振動子33で受信される。第2の振動子33の受信出力は、受信手段35で信号を増幅された後、予め定められている受信タイミングの信号レベルで超音波の受信を決定する。この超音波の受信を決定した時点で第1の計時手段36の動作を停止し、その時間情報tから(式1)によって流速を求める。
A normal flow rate or flow rate measurement operation will be described. Upon receiving the start signal from the control means 40, the transmission means 34 pulse-drives the
ここで、第1の計時手段36から得た測定時間をt、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をL、確度をφ、音速をc、被測定流体の流速をvとする。
Here, t is the measurement time obtained from the first time measuring
v=(1/cosφ)*(L/t)−c ・・・(式1)
受信手段35は通常コンパレータによって基準電圧と受信信号を比較するようになっていることが多い。
v = (1 / cosφ) * (L / t) −c (Expression 1)
The receiving
また、第1の超音波振動子32と第2の超音波振動子33との送信、受信方向を切り替え、被測定流体の上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し、(式2,式3,式4)より速度vを求めることができる。ここで、上流から下流への測定時間をt1、下流から上流への測定時間をt2とする。
t1=L/(c+v*cosφ)・・・・・・・・(式2)
t2=L/(c−v*cosφ)・・・・・・・・(式3)
v=(L/2*cosφ)*((1/t1)−(1/t2))・・・(式4)
この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流度を測定することが出来るので、流速・流量・距離などの測定に広く利用されている。流速vが求まると、それに流路31の断面積を乗ずることにより流量を導くことができる。
Further, the transmission and reception directions of the first
t1 = L / (c + v * cosφ) (Equation 2)
t2 = L / (c−v * cos φ) (Equation 3)
v = (L / 2 * cosφ) * ((1 / t1) − (1 / t2)) (Expression 4)
According to this method, the flow rate can be measured without being affected by the change in the sound speed, and thus it is widely used for measuring the flow velocity, the flow rate, the distance, and the like. When the flow velocity v is obtained, the flow rate can be derived by multiplying it by the cross-sectional area of the
このようにして流速や流量を求めることはできるが、上流から下流、下流から上流と超音波の伝搬方向を切換える動作が入ると計測−切換え−計測というように計測の間に時間のずれが発生する。 Although the flow velocity and flow rate can be obtained in this way, if an operation for switching the ultrasonic wave propagation direction from upstream to downstream and from downstream to upstream occurs, there will be a time lag between measurements such as measurement-switching-measurement. To do.
そこで伝搬方向が対になる伝搬時間を、切換動作を用いずに求める方法を説明する。 Therefore, a method for obtaining the propagation time in which the propagation directions are paired without using the switching operation will be described.
通常の動作は図2に示すタイミング図のようになる。すなわち、制御手段40による時刻t0における開始信号から計測を開始するとともに、送信手段34を介して第1の超音波振動子32を駆動する。そこで発生した超音波信号は、流路31内を伝搬し時刻t1で第2の超音波振動子33に到達し、受信手段35で受信点を検知すると信号を増幅された後、予め定められている受信タイミングの信号レベルで超音波の受信を決定する。第1の計時手段36は、送信手段34による第1の振動子32の駆動開始から直接超音波の伝搬波が第2の振動子33に到達し受信手段35を介してその伝搬時間を測定する。これで上流から下流への伝搬時間を求めることができる。
Normal operation is as shown in the timing diagram of FIG. That is, the measurement is started from the start signal at time t0 by the control means 40, and the first
超音波の伝搬は第2の振動子33に到達するとそこで反射し第1の振動子32の方向へ伝搬する。これが下流から上流への伝搬になる。第1の振動子32に到達した伝搬信号は同様にそこで反射し第2の振動子33方向で伝搬する。これが最初の直接伝搬と同じ方向になる。これを図3に横軸時間、縦軸を流路幅として伝搬する過程を示す。図2のタイミング図とあわせて説明する。流れが無い場合は伝搬方向に関わらず伝搬時間は同じになる。図3においてt0で第1の振動子(送信側振動子)32から超音波信号が送出される。流路内を伝搬した超音波信号は時刻t1で第2の振動子(受信側振動子)33に到達する。反射した超音波信号は時刻t2で第1の振動子32に戻り、再度そこで反射して時刻t3で第2の振動子33に到達する。
When the ultrasonic wave reaches the
受信側の第2の振動子33の出力は受信手段35に接続されているため時刻t1と時刻t3の信号を捕らえることができるが時刻t2を直接求めることはできない。しかし、図3より流路の中を流れる流体速度がt0からt1までの超音波直接波とt2からt3までの同方向の反射波伝搬時間が変化するほど高速に変動していない場合は、この2つの伝搬時間同士をT1として等しいとおくことができる。全体の時間T3から2倍のT1分を減算すると反対波となる下流から上流への伝搬時間T2を求めることが可能である。
Since the output of the
流れのある場合を図4で説明する。図4において流体の流れ方向は左から右にむかっている。 The case where there is a flow will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the direction of fluid flow is from left to right.
制御手段40による時刻t0における開始信号から計測を開始するとともに送信手段34を介して第1の振動子32を駆動する。そこで発生した超音波信号は流路内を伝搬し時刻t1’で第2の振動子33に到達し、受信手段35で受信点を検知すると信号を増幅された後、予め定められている受信タイミングの信号レベルで超音波の受信を決定する。この場合超音波信号は流体の流れに沿っているため、図3の時刻t1より早く第2の振動子33に到達する。第1の計時手段36は送信手段34による第1の振動子32の駆動開始から直接超音波の伝搬波が第2の振動子33に到達し受信手段35を介してその伝搬時間T1aを測定する。これで上流から下流への伝搬時間を求めることができる。
Measurement is started from the start signal at time t 0 by the control means 40 and the
次に時刻t2’で超音波の伝搬は第2の振動子33に到達するがこの伝搬時間は流体の流れに対向しているため図3のt1からt2までの時間より長くかかっている。これが下流から上流への伝搬時間であるが直接この時間を測定することは出来ない。
Next, at time t2 ', the propagation of the ultrasonic wave reaches the
同様に第1の振動子32で反射した超音波は第2の振動子32の方向へ伝搬する。これが最初の直接伝搬と同じ方向になり全体の伝搬時間T3aは受信手段35を介して第2の計時手段37で計測する。第1の計時手段36で求めたT1aと第2の計時手段37で求めたT3aを流量演算手段38に送ることで式5からT2aを求めることができる。
Similarly, the ultrasonic wave reflected by the
T2a=T3a−2*T1a ・・・・・・・・(式5)
T1aをt1、T2aをt2として式(4)代入することで流速を求めることができる。流速vが求まると、それに流路31の断面積を乗ずることにより流量を導くことができる。
T2a = T3a-2 * T1a (Equation 5)
The flow velocity can be obtained by substituting Equation (4) with T1a as t1 and T2a as t2. When the flow velocity v is obtained, the flow rate can be derived by multiplying it by the cross-sectional area of the
本実施の形態の説明では反射波は2回反射を基にしているがこれに限定されるものではなく、4回、6回の反射波を用いても同様の関係は導くことができる。 In the description of the present embodiment, the reflected wave is based on two-time reflection. However, the present invention is not limited to this, and the same relationship can be derived by using four or six reflection waves.
さらに切換手段39を用いて送信側振動子を第2の振動子33、受信側の振動子を第1の振動子32とする。動作を図5に示す。送信側が下流に設置されているため伝搬時間T1bは図4のT1aより長くなる。同様に反射波の時間T2bはT2aより短くなる。T2bを直接求めることはできないが第1の計時手段36で求めたT1bと第2の計時手段37で求めたT3bを流量演算手段38に送ることで式5からT2bを求めることができる。
T2b=T3b−2*T1b ・・・・・・・・(式6)
T1bをt1、T2bをt2として式(4)代入することで流速を求めることができる。流速vが求まると、それに流路31の断面積を乗ずることにより流量を導くことができる。
Further, using the switching means 39, the transmitting-side vibrator is referred to as the
T2b = T3b-2 * T1b (Equation 6)
By substituting Equation (4) with T1b as t1 and T2b as t2, the flow velocity can be obtained. When the flow velocity v is obtained, the flow rate can be derived by multiplying it by the cross-sectional area of the
切換手段39を動作する前後で独立して短い時間差で流体の流れに沿う方向と反対方向の超音波伝搬時間を直接振動子32,33間を伝搬した時間を計時する第1の計時手段36と振動子32,33間を少なくとも2回反射した超音波信号の伝搬時間を計時する第2の計時手段37との計時値に基づいて流量を算出することができ、切換動作時間で影響がでるような時間で流れが変動しているような場合でも、精度良く流速、流量を求めることが可能になる。これによって、振振動子の切換え動作の前後で独立して流速を算出することができるとともに、切換動作をはさんで送受信動作を行う必要が無いため時間ずれを発生することなく計測を行うことができる。
First time measuring means 36 for measuring the time of propagation directly between the
また、T1a,T2aを基にして求めた流速とT1b,T2bを基にして求めた流速を平均することで振動子の特性によるオフセットなどが発生している場合でもその影響を減少することができる。 Further, by averaging the flow velocity obtained on the basis of T1a and T2a and the flow velocity obtained on the basis of T1b and T2b, the influence can be reduced even when an offset due to the characteristics of the vibrator is generated. .
また伝搬到達時間を求める際に受信波のどこをもって到達とするのかは例えば図6で示すようにある基準電圧Vrefを越えた波形のゼロクロス点taを利用することが多い。またta一点を用いるのでは無くta,tb,tc,tdの4点の平均を用いるようにすることも可能である。第1の振動子32から第2の振動子33に直接伝搬してくる超音波波形は図7(a)のように振幅がA1である場合、2回反射して第2の振動子33へ到達する信号は減衰するため図7(b)のように振幅がA0と小さくなっている。この場合、受信手段35で受信点taを求めることができなくなる可能性がある。
In determining the propagation arrival time, the zero cross point ta of the waveform exceeding a certain reference voltage Vref as shown in FIG. It is also possible to use an average of four points ta, tb, tc, and td instead of using one point ta. The ultrasonic waveform directly propagating from the
図8を用いてこれを回避する方法を説明する。制御手段40は第1の計時手段36で直接伝搬波を受信したことを検知すると利得変更手段43を介して受信手段35の前段にある増幅手段44の利得を大きくする。例えば図7(b)の反射波の振幅A0がA1にまで大きくなるようにする。そうすることで本来なら減衰して捕捉することが難しい反射を増幅して受信点として第2の計時手段37で反射波による伝搬時間計測を可能にする。制御手段40は第2の計時手段37もしくは流量演算手段38の信号により反射波が到達したことを検知すると次の直接波を受信するために利得を最初の状態にもどしておくよう利得変更手段43を介して増幅手段44の状態を調整する。
A method for avoiding this will be described with reference to FIG. When the control means 40 detects that the first time measuring means 36 has directly received the propagation wave, the control means 40 increases the gain of the amplifying means 44 in the preceding stage of the receiving means 35 via the gain changing means 43. For example, the amplitude A0 of the reflected wave in FIG. 7B is increased to A1. By doing so, the reflection that is otherwise attenuated and difficult to capture is amplified and the second
このように利得変更手段43を有することにより、反射で振幅の小さくなった伝搬信号を正しく捕らえることが可能になる。 By having the gain changing means 43 in this way, it becomes possible to correctly capture a propagation signal whose amplitude has been reduced by reflection.
制御手段40は切換手段39の動作により送受信方向が反転しているため各送信方向について増幅手段44の利得を持つことでさらに調整をすることができ反射により振幅が小さくなった信号を精度よく捕捉することが可能になる。 Since the transmission / reception direction is reversed by the operation of the switching means 39, the control means 40 can make further adjustments by having the gain of the amplification means 44 in each transmission direction, and can accurately capture a signal whose amplitude is reduced by reflection. It becomes possible to do.
また反射波の伝搬到達時間を求める際に反射波の振幅を増幅手段44で大きくしても直接波の波形とまったく同じになることは期待できない。このため同じ振幅A1にしても基準電圧Vrefを調整する必要がでてくる。 Moreover, even when the amplitude of the reflected wave is increased by the amplification means 44 when obtaining the propagation arrival time of the reflected wave, it cannot be expected to be exactly the same as the waveform of the direct wave. Therefore, it is necessary to adjust the reference voltage Vref even with the same amplitude A1.
制御手段40は第1の計時手段36で直接伝搬波を受信したことを検知すると利得変更手段43を介して受信手段35の前段にある増幅手段44の利得を大きくするとともに参照電圧変更手段45を介して受信手段35の増幅手段44後段にある比較手段46の比較電圧を調整する。この調整は本来反射波が到達する時間を予測し制御手段40が自動的に求める場合や予め実験などで求めた値を記憶しておきその値を入れ替えながら調整することが可能である。 When the control means 40 detects that the first time measuring means 36 has received the directly propagated wave, the control means 40 increases the gain of the amplifying means 44 in the preceding stage of the receiving means 35 via the gain changing means 43 and the reference voltage changing means 45 is changed. Thus, the comparison voltage of the comparison means 46 in the subsequent stage of the amplification means 44 of the reception means 35 is adjusted. In this adjustment, it is possible to adjust the time when the reflected wave arrives and the control means 40 automatically obtains the value, or by previously storing the value obtained through experiments or the like and replacing the value.
そうすることで本来なら減衰して捕捉することが難しい反射を増幅するとともに参照電圧を調節することで波形形状が変化しても受信点として第2の計時手段37で反射波による伝搬時間計測を可能にする。制御手段40は第2の計時手段37もしくは流量演算手段38の信号により反射波が到達したことを検知すると次の直接波を受信するために参照電圧を最初の状態にもどしておくよう参照電圧変更手段45を介して比較手段46の状態を調整する。
By amplifying the reflection that would otherwise be attenuated and captured, and adjusting the reference voltage, the second
このように反射波を受信するために受信手段35の参照電圧を変化する参照電圧変更手段45を有することにより、反射で振幅の小さくなった伝搬信号の受信点を正しく捕捉することが可能になる。 By having the reference voltage changing means 45 that changes the reference voltage of the receiving means 35 in order to receive the reflected wave in this way, it becomes possible to correctly capture the reception point of the propagation signal whose amplitude has been reduced by reflection. .
制御手段40は切換手段39の動作により送受信方向が反転しているため各送信方向について比較手段46の参照電圧を持つことでさらに調整をすることができ反射により振幅が小さくなった信号を精度よく捕捉することが可能になる。 Since the transmission / reception direction is reversed by the operation of the switching means 39, the control means 40 can make further adjustments by having the reference voltage of the comparison means 46 for each transmission direction, so that the signal whose amplitude is reduced by reflection can be accurately obtained. It becomes possible to capture.
また、図3のT1とT3からT2を求める方法は反射波時刻t2からt3の伝搬時間が時刻t0からt1を等しいとしている。しかし受信手段35の利得を変化したり、反射波の波形そのものが変形したりするとこの前提を補正する必要がでてくる。 Further, the method of obtaining T2 from T1 and T3 in FIG. 3 assumes that the propagation times from reflected wave times t2 to t3 are equal from times t0 to t1. However, if the gain of the receiving means 35 is changed or the waveform of the reflected wave itself is deformed, this premise needs to be corrected.
そこで演算からもとめたT2がT1に近くなった場合(流速がほぼ0になった場合)に、流量演算手段38が制御手段40に信号を出し、制御手段40は流速がほぼ無くなった場合に、流量演算手段38で用いる式4の係数L/2*cosφに補正を行うことにより、誤差を小さくする演算が可能なように調整する。この調整は自動で行ったり、予め求めた値を記憶しておき、その値を入れ替えながら調整したりすることで実現できる。また、外部から流路31を閉止して強制的に流速をゼロにし調整することも可能である。その場合は流量ゼロであることを制御手段40に通信手段などで入力するとより精度を高めることが可能になる。
Therefore, when T2 obtained from the calculation is close to T1 (when the flow velocity is substantially zero), the flow calculation means 38 sends a signal to the control means 40, and the control means 40 By correcting the coefficient L / 2 * cosφ of
この場合切換手段39を動作して送受信方向を反転し各送信方向について流量演算手段38で用いる式4の係数を補正することができる。
In this case, the switching means 39 is operated to reverse the transmission / reception direction, and the coefficient of
このように流量演算手段38の出力または外部信号により、流量が無い時に第1の計時手段36と第2の計時手段37の出力信号を用いて流量演算手段38の演算係数の補正を行う演算補正手段を有することで、直接波と反射波による誤差を流量の無い時に調整する
ことが可能になる。
In this way, by the output of the flow rate calculation means 38 or an external signal, the calculation correction for correcting the calculation coefficient of the flow rate calculation means 38 using the output signals of the first time measurement means 36 and the second time measurement means 37 when there is no flow rate. By having the means, it becomes possible to adjust the error due to the direct wave and the reflected wave when there is no flow rate.
また、図9に示すように受信手段35で直接波、反射波を受信した後、繰返し手段41を介して送信手段34で再度第1の振動子32を駆動し、送受信を繰り返すことも可能である。そして予め定めた回数繰返した後、求めた直接波伝搬時間と反射波伝搬時間の平均を求めることでより、精度の良い流速演算を行うことが可能である。
Further, as shown in FIG. 9, after receiving the direct wave and the reflected wave by the receiving means 35, it is also possible to drive the
また、図10に示すように遅延手段42を用いるとn回反射が残響として残っている場合でもその影響の無い時間に送受信を繰り返すことが可能になる。 Further, when the delay means 42 is used as shown in FIG. 10, transmission / reception can be repeated at a time when there is no influence even when n reflections remain as reverberation.
(実施の形態2)
実施の形態2に関する本発明の流速または流量計測装置について説明する。実施の形態1と異なるところは、振動子32,33や送信手段34、受信手段35、第1の計時手段36、第2の計時手段37と流量演算手段38と切換手段39との少なくとも1つを制御する制御手段40の動作を確実にするためのコンピュータを機能させるためのプログラムを有する記憶媒体47を用いていることである。
(Embodiment 2)
The flow velocity or flow rate measuring apparatus of the present invention relating to the second embodiment will be described. The difference from the first embodiment is that at least one of the
図4において実施の形態1で示した制御手段40の動作を行うには、予め実験等により式4の補正係数を求めてたり、経年変化、温度変化、システムの安定度に関して動作タイミングなどの相関を求めたりして、ソフトをプログラムとして記憶媒体47に格納しておく。通常マイクロコンピュータのメモリやフラッシュメモリ等電気的に書き込み可能なものにしておくと利用が便利である。
In order to perform the operation of the control means 40 shown in FIG. 4 in the first embodiment, the correction coefficient of
切換手段39の動作により送受信の方向が変化するため、条件設定などの個数が増加してくるが、これをコンピュータによる動作で調整すると容易に実現可能である。 Since the direction of transmission / reception changes depending on the operation of the switching means 39, the number of condition settings and the like increases, but this can be easily realized by adjusting this by operation by a computer.
このように制御手段40の動作をプログラムで行うことができるようになると流量演算の補正係数の条件設定、変更や計測間隔の調整などが容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに流速または流量計測の精度向上を行うことができる。なお本実施の形態において、制御手段40以外の動作もマイコン等によりプログラムで行ってもよい。 As described above, when the operation of the control means 40 can be performed by a program, it is possible to easily set, change, and adjust the measurement interval of the correction coefficient for the flow rate calculation, and to flexibly cope with aging. The accuracy of flow velocity or flow rate measurement can be improved more flexibly. In the present embodiment, operations other than the control means 40 may be performed by a program using a microcomputer or the like.
これにより制御手段40としてコンピュータを機能させるためのプログラムを有する構成としたもので、測定方法の動作設定、変更が容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに計測の精度向上を行うことができる。 As a result, the control means 40 has a program for causing the computer to function, and it is possible to easily set and change the operation of the measurement method and to flexibly cope with secular changes, etc. Improvements can be made.
以上のように、本発明にかかる流速または流量計測装置は、切換手段を用いることにより送受信方向を切換え時間計測を精度良く流速、流量演算結果を求めることが気体の流量計として家庭用・工業用ガスメータや、液体の流量計として水道メータ等の用途に適用できる。 As described above, the flow rate or flow rate measuring device according to the present invention uses the switching means to switch the transmission / reception direction and to accurately measure the flow rate and flow rate calculation time as a gas flow meter for home and industrial use. It can be applied to uses such as gas meters and water meters as liquid flow meters.
31 流路
32 第1の振動子
33 第2の振動子
34 送信手段
35 受信手段
36 第1の計時手段
37 第2の計時手段
38 流量演算手段
39 切換手段
40 制御手段
43 利得変更手段
44 増幅手段
45 参照電圧変更手段
46 比較手段
47 記憶媒体
31
Claims (2)
前記振動子の送受信の切換手段と、
送信側の前記振動子から出力された前記超音波が受信側の前記振動子に伝搬するまでの第1の時間を計時する第1の計時手段と、
送信側の前記振動子から出力された前記超音波が前記振動子間を少なくとも2回反射してから受信側の前記振動子に伝搬するまでの第2の時間を計時する第2の計時手段と、
前記第1の時間と前記第2の時間に基づいて流量を算出する流量演算手段とを備え、
前記流量演算手段は、前記第1の時間と、前記第2の時間から2倍の前記第1の時間を減算した第3の時間から前記被測定流体の流速を算出し、前記流量を算出する流量計測装置。 A pair of transducers arranged in the flow path of the fluid to be measured and transmitting and receiving ultrasonic waves;
Means for switching between transmission and reception of the vibrator;
First time measuring means for measuring a first time until the ultrasonic wave output from the transmitting-side vibrator propagates to the receiving-side vibrator;
Second time measuring means for measuring a second time from when the ultrasonic wave output from the transmitting-side transducer is reflected at least twice between the transducers to propagate to the receiving-side transducer; ,
Flow rate calculating means for calculating a flow rate based on the first time and the second time,
The flow rate calculating means calculates the flow rate of the fluid to be measured from the first time and a third time obtained by subtracting the first time that is twice the second time. Flow measurement device.
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