JP5134844B2 - Ultrasonic flow meter - Google Patents
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Description
本発明は、超音波を利用して流体の流量を計測する超音波流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of a fluid using ultrasonic waves.
従来、流路の上流側と下流側に一定の距離をおいて一対の超音波振動子を設け、その間で相互に超音波信号の送信および受信を繰り返して行い、上流側から下流側への超音波信号の伝搬積算時間と、下流側から上流側への伝搬積算時間との差に基づいて流量を求める超音波流量計が知られている。 Conventionally, a pair of ultrasonic transducers are provided at a certain distance on the upstream side and downstream side of the flow path, and the ultrasonic signal is transmitted and received between them repeatedly. 2. Description of the Related Art An ultrasonic flowmeter that obtains a flow rate based on a difference between a propagation integration time of a sound wave signal and a propagation integration time from a downstream side to an upstream side is known.
さらに、計測精度を上げるために基準クロックを高速にするか、計測の繰り返し回数を増やして消費電力が大きくなるという問題を解決し、低消費電力で高精度な計測値を得ることができる超音波流量計もある（例えば、特許文献１参照）。 Furthermore, the ultrasonic that can obtain high-precision measurement values with low power consumption by solving the problem of increasing the power consumption by increasing the reference clock speed to increase measurement accuracy or increasing the number of measurement repetitions. There is also a flow meter (see, for example, Patent Document 1).
図１０は、特許文献１に公開されている超音波流量計を示す。この超音波流量計は、流量計管路１の内部に配置された第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３、切替部４、駆動部５、増幅部６、ゼロクロス検出部７、計時部８、演算部９、制御部１０並びに基準クロック発振回路１１から構成されている。
FIG. 10 shows an ultrasonic flow meter disclosed in Patent Document 1. This ultrasonic flow meter includes a first
第１超音波振動子２は、駆動部５から切替部４を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第１超音波振動子２で発生された超音波は、第２超音波振動子３で受信され、受信信号は、切替部４を介して増幅部６に送られる。
The first
同様に、第２超音波振動子３は、駆動部５から切替部４を介して送られてくる駆動信号により振動して超音波を発生する。第２超音波振動子３で発生された超音波は、第１超音波振動子２で受信され、受信信号は、切替部４を介して増幅部６に送られる。
Similarly, the second
切替部４は、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３の何れを送信側の超音波振動子又は受信側の超音波振動子として使用するかを切り替える。具体的には、切替部４は、制御部１０からの指示に応答して、駆動部５からの駆動信号を第１超音波振動子２に送るか第２超音波振動子３に送るかを切り替えると共に、前者の場合は、第２超音波振動子３からの受信信号を増幅部６に送り、後者の場合は、第１超音波振動子２からの受信信号を増幅部６に送るように切り替える。
The switching unit 4 switches which of the first
駆動部５は、制御部１０からの指示に応答して駆動信号を生成し、切替部４を介して、送信側の超音波振動子となる第１超音波振動子２又は第２超音波振動子３に送る。駆動信号は、基準クロック発振回路１１で発生される基準クロックに同期して生成される。従って、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３は、基準クロックに同期して駆動されることになる。
The drive unit 5 generates a drive signal in response to an instruction from the control unit 10, and the first
増幅部６は、受信側の超音波振動子となる第１超音波振動子２又は第２超音波振動子３から切替部４を経由して送られてくる受信信号を増幅する。この増幅部６で増幅された受信信号は、ゼロクロス検出部７に送られる。
The amplifying
ゼロクロス検出部７は、増幅部６から送られてくる受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出する。このゼロクロス検出部７で検出された特定番目のゼロクロス点を表す受信ポイント信号は、計時部８及び制御部１０に送られる。
The zero-
計時部８は、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子に到達するまでの伝搬時間を計測する。この計時部８の詳細は後述する。この計時部８で計測された伝搬時間は、演算部９に送られる。
The time measuring unit 8 measures the propagation time until the ultrasonic wave generated from the transmission-side ultrasonic transducer reaches the reception-side ultrasonic transducer. Details of the time measuring unit 8 will be described later. The propagation time measured by the time measuring unit 8 is sent to the
演算部９は、制御部１０からの指示に応答して、計時部８から超音波の伝搬時間を読み出し、この読み出した伝搬時間に基づいて流量及び流速を計算する。
In response to the instruction from the control unit 10, the
制御部１０は、超音波流量計の全体を制御する。例えば、上述したように、切替部４に対する切替の指示、駆動部５に対する駆動信号生成の指示、計時部８の動作の開始及び停止許可の指示、演算部９に対する演算開始の指示等を行う。
The control unit 10 controls the entire ultrasonic flow meter. For example, as described above, the switching unit 4 is instructed to perform switching, the driving unit 5 is instructed to generate a drive signal, the operation of the timing unit 8 is started and stopped, the
基準クロック発生回路１１は、この超音波流量計で使用される基準クロックを生成する。この基準クロック発生回路１１で発生された基準クロックは、図示は省略するが、駆動部５、計時部８及び制御部１０に送られる。
The reference
次に、計時部８の詳細を説明する。計時部８は、遅延部、データレジスタ、カウンタ及びエンコーダから構成されている。 Next, details of the time measuring unit 8 will be described. The timer unit 8 includes a delay unit, a data register, a counter, and an encoder.
遅延部は、ｎ−１個（ｎは２以上の正の整数）の遅延素子が直列に接続されて構成されている。遅延素子の各々は、基準クロックの周期の１／ｎの遅延時間を有する。従って、全遅延素子による総遅延時間が基準クロックに等しくなっている。また、初段の遅延素子には、ゼロクロス検出部７からの受信ポイント信号が入力される。
The delay unit is configured by connecting n−1 delay elements (n is a positive integer of 2 or more) in series. Each of the delay elements has a delay time of 1 / n of the period of the reference clock. Therefore, the total delay time by all delay elements is equal to the reference clock. Further, the reception point signal from the zero-
初段の遅延素子の入力信号（受信ポイント信号に等しい）及び各遅延素子の出力信号は、データとしてデータレジスタに送られる。 The input signal (equal to the reception point signal) of the first-stage delay element and the output signal of each delay element are sent to the data register as data.
データレジスタは、ｎ個のＤタイプのフリップフロップから成り、基準クロックに同期してデータを記憶する。このデータレジスタの初段のフリップフロップの出力は、ストップ信号（ 以下、「ＳＴＯＰ信号」という）としてカウンタに送られる。また、２段目以降のフリップフロップの出力はエンコーダに送られる。 The data register is composed of n D type flip-flops, and stores data in synchronization with the reference clock. The output of the first flip-flop of this data register is sent to the counter as a stop signal (hereinafter referred to as “STOP signal”). The output of the flip-flops after the second stage is sent to the encoder.
カウンタは、制御部１０からのスタート信号（ 以下、「ＳＴＡＲＴ信号」という）により基準クロックに同期してカウントアップ動作を開始し、制御部１０からストップ許可信号（ 以下、「ＳＴＯＰ許可信号」という）が供給されており且つデータレジスタからＳＴＯＰ信号が出力された場合にカウントアップ動作を停止する。このカウンタの内容は、上位データとして演算部９に送られる。
The counter starts a count-up operation in synchronization with a reference clock by a start signal (hereinafter referred to as “START signal”) from the control unit 10, and a stop permission signal (hereinafter referred to as “STOP permission signal”) from the control unit 10. Is stopped and the count-up operation is stopped when the STOP signal is output from the data register. The contents of this counter are sent to the
エンコーダは、データレジスタの出力をエンコードし、受信ポイント信号が通過した遅延素子の段数を示す値を出力する。即ち、エンコーダは、各遅延素子から出力される信号を基準クロックに同期して記録し、受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを保持する。このエンコーダの出力は、下位データとして演算部９に送られる。
The encoder encodes the output of the data register and outputs a value indicating the number of stages of delay elements through which the reception point signal has passed. That is, the encoder records a signal output from each delay element in synchronization with the reference clock, and holds time-series data in the vicinity where the reception point signal has changed. The output of this encoder is sent to the
演算部９は、カウンタの内容をエンコーダに記録された時系列データで補正して伝搬時間を算出し、これに基づいて流路における流量を計測する。
The
上述した超音波流量計によれば、送信側の超音波振動子から発生された超音波が受信側の超音波振動子で受信されて受信ポイント信号が発生されるまでの間の基準クロックをカウンタで計数し、受信ポイント信号が発生された後は、該受信ポイント信号が基準クロックより小さい遅延時間を有する遅延素子を複数直列に並べた遅延部により受信ポイント信号が変化した付近の時系列データを取得し、このデータを元に受信ポイント信号が変化した時刻を求め、カウンタの内容をエンコーダの出力で補正することにより、送信側の超音波振動子と受信側の超音波振動子との間の超音波の伝搬時間を計測するように構成したので、基準クロックより細かい時間分解能で伝搬時間を測定することができる。従って、基準クロックの周波数を上げることなく、伝搬時間の時間分解能を向上させることができる。また、基準クロックの周波数を上げる必要がないので、消費電力を低く抑えることができる。
しかしながら、上述したような超音波流量計において、受信信号の特定番目のゼロクロス点を検出する方法が問題となる。通常、特定番目のゼロクロス点を検出するために、受信波第１波の検知を行うが、計測時の超音波受信レベルが使用環境によって変化する場合、例えば、計測する流体の流速の急激な変化や、計測対象以外の流体が混合した時に、受信波レベルは、流体の混合比率・分布によって小さくなる場合がある。この時、受信波第1波の基準電圧レベルの閾値と受信波の波高値が近似しかつその閾値境界を往来した際に、レベルコンパレータ出力信号にチャタリングが生じ受信波の第１波検知に失敗して計測異常と判定してしまう。 However, in the ultrasonic flowmeter as described above, a method of detecting a specific zero-cross point of the received signal becomes a problem. Usually, in order to detect the specific zero cross point, the first wave of the received wave is detected. When the ultrasonic wave reception level at the time of measurement changes depending on the use environment, for example, a rapid change in the flow velocity of the fluid to be measured In addition, when a fluid other than the measurement target is mixed, the received wave level may be reduced depending on the mixing ratio / distribution of the fluid. At this time, when the threshold value of the reference voltage level of the first received wave approximates to the peak value of the received wave and the threshold boundary is crossed, chattering occurs in the level comparator output signal and the first wave detection of the received wave fails. Therefore, it is determined that the measurement is abnormal.
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、受信波の第１波検知の際にチャタリング等による計測異常を回避してレベルコンパレータ動作の安定を図る機能を設け、流量の誤計量を防止する超音波流量計を提供することを課題とする。 The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and provides a function for avoiding measurement abnormality due to chattering or the like when the first wave of the received wave is detected and stabilizing the level comparator operation, thereby erroneously measuring the flow rate. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic flowmeter that prevents the above-described problem.
第１の発明は、被計測流体が流れる流路の上流側と下流側に一定の距離を離して設置された送信側及び受信側の超音波振動子と、前記送信側の超音波振動子から送信された超音波を前記受信側の超音波振動子で受信して得られた受信波信号のゼロクロス点を検出し、受信波検知ポイント信号を出力するゼロクロス検出手段と、前記受信波信号を所定の基準電圧値と比較して、比較結果出力信号を出力する比較手段と、前記ゼロクロス検出手段により出力された受信波検知ポイント信号と前記比較手段により出力された比較結果出力信号とに基づき超音波の受信のタイミングを検知して、前記送信側及び受信側の超音波振動子の間で送受される超音波信号の伝搬時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段により計測された前記伝搬時間に基づいて前記被計測流体の流量を計測して積算する流量計測手段とを有する超音波流量計であって、前記比較手段により出力された比較結果出力信号をフィルタリングするフィルタ手段と、前記比較手段により出力された比較結果出力信号に基づき、前記受信波信号が所定の基準電圧値を超えている時間が所定時間以下である場合に波形割れを検出したと判断して波形割れ検出信号を出力する波形割れ検出手段と、前記波形割れ検出手段から波形割れ検出信号が入力された場合に、前記フィルタ手段を制御して前記比較結果出力信号をフィルタリングする第３制御手段とを備えることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a transmitting-side and receiving-side ultrasonic transducer disposed at a predetermined distance on the upstream side and downstream side of a flow path through which a fluid to be measured flows, and the transmitting-side ultrasonic transducer. Zero cross detection means for detecting a zero cross point of a received wave signal obtained by receiving the transmitted ultrasonic wave with the ultrasonic transducer on the receiving side, and outputting a received wave detection point signal; and Based on the comparison means for outputting the comparison result output signal in comparison with the reference voltage value of the signal, the received wave detection point signal output by the zero cross detection means and the comparison result output signal output by the comparison means A time measuring unit that detects a propagation time of an ultrasonic signal transmitted and received between the transmitting-side and receiving-side ultrasonic transducers, and the propagation measured by the time measuring unit time An ultrasonic flowmeter having flow rate measuring means for measuring and integrating the flow rate of the fluid to be measured based on the filter means for filtering the comparison result output signal output by the comparing means, and the comparing means A waveform that determines that a waveform crack has been detected and outputs a waveform crack detection signal when the time during which the received wave signal exceeds a predetermined reference voltage value is less than or equal to a predetermined time based on the output comparison result output signal and cracking detection means, when the waveform crack detection signal from the waveform crack detecting means is inputted, characterized in that it comprises a third control means for filtering the comparison result output signal to control said filter means.
本発明の第１の発明によれば、第３制御手段は、受信波信号の波形割れが検出された場合に、フィルタ手段を制御して比較結果出力信号をフィルタリングさせるので、波形割れ等による計測異常を回避して、比較手段の動作の安定化を図るとともに、流量の誤計量を防止することができる。 According to the first aspect of the present invention, the third control means, in the case where the waveform cracking of the received wave signal is detected, since the filtered comparison result output signal to control the filter means, the measurement by the waveform cracks etc. Abnormalities can be avoided to stabilize the operation of the comparison means, and mismeasurement of the flow rate can be prevented.
以下、本発明の超音波流量計の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the ultrasonic flowmeter of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施例１に係る超音波流量計の構成を示すブロック図であり、図２は図１の制御部２８ａの詳細を示す図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing details of the
まず、本実施の形態の構成を説明すると、本実施の形態に係る超音波流量計は、図１に示すように、流体流路２０、超音波振動子２２、超音波振動子２４、発信パルス生成部２６、制御部２８ａ、順逆切替部３０、アンプ部３２、コンパレータ部３４、ゼロクロス検出部４０、及び表示部５４で構成されている。
First, the configuration of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the ultrasonic flowmeter according to the present embodiment includes a
超音波振動子２２と超音波振動子２４は、被計測流体が流れる流体流路２０の上流側と下流側に一定の距離を離して設置され、送信側の超音波振動子及び受信側の超音波振動子として使用される。超音波振動子２２と超音波振動子２４との間で、流体の流れの順方向および逆方向に相互に超音波を送受信する動作が繰り返し行なわれ、各方向における超音波の伝搬積算時間の差に基づき流量が算出される。
The
発信パルス生成部２６は、順逆切替部３０を介して送信側の超音波振動子に駆動電圧を印加して超音波を送信させる。
The
順逆切替部３０は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２を切り替えることにより、超音波振動子２２と超音波振動子２４との間における超音波の送信方向を決定する。なお、上流側から下流側（超音波振動子２２から超音波振動子２４）への超音波送信を順方向送信と呼び、下流側から上流側（超音波振動子２４から超音波振動子２２）への超音波送信を逆方向送信と呼ぶ。スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２は、連動して送信方向を順方向送信か逆方向送信のいずれかに切り替える。
The forward /
制御部２８ａは、超音波振動子２２、２４から送受される超音波信号に基づいて得られる伝搬時間に基づき流量を計測し、計測結果を表示部５４に出力する。制御部２８ａの内部構成やさらに詳しい動作説明については後述する。
The
表示部５４は、ＬＥＤ，ＬＣＤ等であり、制御部２８ａにより入力された計測結果に応じて、ガス等の使用積算値を表示する。
The
アンプ部３２は、発信パルス生成部２６により送信側の超音波振動子から送信された超音波を受信側の超音波振動子で受信して得られた受信波信号を増幅して、ゼロクロス検出部４０及びコンパレータ部３４に出力する。
The amplifying
ゼロクロス検出部４０は、本発明のゼロクロス検出手段に対応し、アンプ部３２により入力された受信波信号のゼロクロス点を検出し、受信波検知ポイント信号を出力する。
The zero
コンパレータ部３４は、本発明の比較手段に対応し、アンプ部３２により入力された受信波信号を所定の基準電圧値と比較して、比較結果出力信号を出力する。ここで、コンパレータ部３４は、比較器３６と基準電圧源３８とにより構成される。比較器３６は、受信波信号と基準電圧源３８により出力された基準電圧値とを比較して、比較結果出力信号を制御部２８ａに出力する。
The
なお、本実施例においては、コンパレータ部３４は、比較器３６を１つのみ有しているが、複数の比較器及び基準電圧源を有してもよい。図３に、コンパレータ部３４が３つの比較器及び基準電圧源を有する場合の受信波信号検知方法の１例を示す。ここで簡単に検知方法を説明すると、コンパレータ部３４は、３つの比較器及び基準電圧源を有しているため、３つの基準電圧（ＶｔｈＡ，ＶｔｈＢ，ＶｔｈＣ）と受信波信号とを比較することができる。制御部２８ａは、コンパレータ部３４から入力された比較結果出力信号に基づき、受信波信号の第１波が３つの基準電圧のいずれを超えたかを検知し、第３波検知を行うために基準電圧源の基準電圧値を制御する。図３においては、基準電圧値ＶｔｈＣをさらに大きな基準電圧値ＶｔｈＣ´に変えている。ここで、制御部２８ａがコンパレータ部３４内の基準電圧源の基準電圧値を変えるのは、超音波信号の第３波を正しく検知するためである。正常な超音波信号であれば、第１波と第３波の波高値の比は、１：５であり、周波数は２２０ｋＨｚとなるように設計してあるため、制御部２８ａは、第１波が超えた基準電圧値、第３波が超えた基準電圧値、及び第３波が基準電圧値を超えたタイミングを確認することにより、正しい超音波信号を受信したか否かを判断することができる。
In the present embodiment, the
本実施例においては、コンパレータ部３４は、比較器及び基準電圧源をそれぞれ１つ有するとして説明を行うが、複数ある場合も同様の動作を行うものとする。
In this embodiment, the
次に制御部２８ａの内部構成を説明する。図２に示すように、制御部２８ａは、伝搬時間計測部４６、流量計測部４８、チャタリング検出部（波形割れ検出部）５０で構成されている。
Next, the internal configuration of the
伝搬時間計測部４６は、本発明の時間計測手段に対応し、発信パルス生成部２６が超音波を送信させるタイミングを制御するとともに、ゼロクロス検出部４０により出力された受信波検知ポイント信号とコンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号とに基づき超音波の受信のタイミングを検知して、超音波振動子２２，２４の間で送受される超音波信号の伝搬時間を計測する。
The propagation
流量計測部４８は、本発明の流量計測手段に対応し、伝搬時間計測部４６、チャタリング検出部５０、表示部５４に接続されている。また流量計測部４８は、伝搬時間計測部４６により計測された伝搬時間に基づいて被計測流体の流量を計測して積算する。
The flow
チャタリング検出部５０は、本発明のチャタリング検出手段に対応し、コンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号に基づき、受信波信号が所定の基準電圧値を超えている時間が所定時間以下である場合にチャタリングを検出したと判断してチャタリング検出信号を流量計測部４８に出力する。所定時間はあらかじめチャタリング検出部５０に設定されており、外部からの操作等により変えることもできる。
The chattering
流量計測部４８は、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング（波形割れ）検出信号に基づき、チャタリング（波形割れ）が検出された場合の測定を無効とする。その際、測定を無効とするにあたって、以下の２つの方法が考えられる。
The flow
１つ目の方法として、流量計測部４８は、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された際に計測された被計測流体の流量を積算せずに直前に計測された流量を積算する。
As a first method, the flow
２つ目の方法として、流量計測部４８は、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された場合に計測された被計測流体の流量を積算せず、チャタリングが検出されない場合にのみ被計測流体の流量を計測して積算する。
As a second method, the flow
流量計測部４８は、いずれの方法を採用してもよいが、本実施例においては、１つ目の方法を採用するものとする。
The flow
図４は、実際の受信波信号に対するコンパレータ部３４の出力とゼロクロス検出部４０の出力とを示す図である。図４に示すように、コンパレータ部３４の出力は、受信波信号が基準電圧を超えている間はローとなり、超えていない間はハイとなる。またゼロクロス検出部４０の出力は、受信波信号がゼロ電圧を超えている間はローとなり、超えていない間はハイとなる。制御部２８ａ内の伝搬時間計測部４６は、それぞれの出力信号を監視し、第３波を検出した後のゼロクロス検出時刻ｔ１を基準として伝搬時間を計測する。ところが、受信波信号の第１波の波高値が基準電圧値の閾値と近似しかつその閾値境界を往来すると、図４に示すようにコンパレータ部３４の出力信号に波形の割れが生じ、第１波を検出することができず、第３波の検出も失敗する場合がある。また図３で説明したように、制御部２８ａは、受信波信号の第１波検知の後、第３波検知を行うために基準電圧源の基準電圧値を制御する場合がある。その際、制御部２８ａは、受信波信号の第１波検知がチャタリング等により失敗すると、基準電圧値の制御ができず、コンパレータ部３４の動作も不安定になることが考えられる。したがって、チャタリング検出部５０は、コンパレータ部３４の出力信号（比較結果出力信号）に波形の割れが生じた場合に、上述したようにチャタリングを検出したと判断してチャタリング検出信号を流量計測部４８に出力する。
FIG. 4 is a diagram illustrating the output of the
図５は、本実施例の形態の動作を示すフローチャート図である。図５を参照し実施例１に係る超音波流量計の動作を説明する。 FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the embodiment. The operation of the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
まず、超音波流量計は、順方向・逆方向共に超音波計測を開始する（ステップＳ１０１）。伝搬時間計測部４６は、順方向・逆方向のいずれの方向に超音波を送信するかを決定するために、発信パルス生成部２６を介して順逆切替部３０のスイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２を制御する。また、伝搬時間計測部４６は、発信パルス生成部２６に駆動信号の生成を指示する。
First, the ultrasonic flowmeter starts ultrasonic measurement in both the forward direction and the reverse direction (step S101). The propagation
発信パルス生成部２６は、伝搬時間計測部４６からの指示に応答して駆動信号を生成し、順逆切替部３０を介して超音波振動子２２に送る（順方向の場合）。これにより、超音波振動子２２が振動し、流体流路２０内の流体の流れ方向に超音波を発生する。この超音波振動子２２で発生された超音波は超音波振動子２４で受信される。
The transmission
超音波振動子２４は、超音波振動子２２から受信した超音波に応じて振動することにより受信波信号を生成し、順逆切替部３０を介してアンプ部３２に送る。アンプ部３２は、受け取った受信波信号を増幅してコンパレータ部３４及びゼロクロス検出部４０に送る。
The
コンパレータ部３４は、アンプ部３２から受け取った受信波信号を所定の基準電圧値と比較して、受信波第１波を検知し、比較結果出力信号を伝搬時間計測部４６及びチャタリング検出部５０に出力する（ステップＳ１０３）。
The
その際、チャタリング検出部５０は、コンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号に基づき正常検知か否かを判断する（ステップＳ１０５）。したがって、チャタリング検出部５０は、受信波信号が所定の基準電圧値を超えている時間が所定時間以下である場合には、チャタリングを検出したと判断してチャタリング検出信号を流量計測部４８に出力する。その場合、流量計測部４８は、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された際に計測された被計測流体の流量を積算せずに直前に計測された流量を積算する。その後、再びステップＳ１０３に戻る。
At that time, the chattering
チャタリングが検出されない場合には、以下のような流れで流量値の算出を行う（ステップＳ１０５）。ゼロクロス検出部４０は、図４で説明したように、アンプ部３２から受け取った受信波信号に対する受信波検知ポイント信号を制御部２８ａ内の伝搬時間計測部４６に出力する。伝搬時間計測部４６は、上述したように、伝搬時間を計測する。流量計測部４８は、伝搬時間計測部４６により計測された伝搬時間に基づいて被計測流体の流量を計測して積算する。今、音速をｃ、被計測流体の流速をｖとし、超音波振動子２２から超音波振動子２４までの距離をＬとすると、順方向の超音波信号の伝搬時間はＬ／（ｃ＋ｖ）、逆方向の超音波信号の伝搬時間はＬ／（ｃ−ｖ）となる。Ｌの値が既知であれば、これらの伝播時間に基づき音速及び流速を求めることができる。よって、流量計測部４８は、求められた被計測流体の流速に流体流路２０の断面積を乗じることにより瞬時流量を求めることができる。伝搬時間計測部４６は、所定の時間毎に伝搬時間を計測し、計測結果を流量計測部４８に出力する。流量計測部４８は、所定の時間毎に計測された伝搬時間に基づき求めた被計測流体の瞬時流量と、前回計測された時刻から今回計測された時刻の間の時間とに基づき、前回の計測時から今回の計測時までの間に流れた流量を求めるとともに、今回求めた流量を前回までの積算流量値にさらに積算して、全時間に対する流量を計測する。その後流量計測部４８は、計測された全時間に対する流量を表示部５４に出力する。
When chattering is not detected, the flow rate value is calculated according to the following flow (step S105). As described with reference to FIG. 4, the zero-
なお、ステップＳ１０５において、チャタリング検出部５０は、流量計測部４８により計測された流速を監視するとしてもよい。その場合、チャタリング検出部５０は、流量計測部４８により計測された流速の単位時間当たりの上昇量が一定量以上である場合に、チャタリングが発生したと擬制してチャタリング検出信号を流量計測部４８に出力する。流速が速くなると、超音波振動子間で送受される超音波信号の波高値が小さくなり、チャタリングが発生する可能性が高くなるため、チャタリング検出部５０は、チャタリング発生前に事前にチャタリングが発生したと擬制してチャタリング検出信号を出力する。
In step S105, the chattering
上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係る超音波流量計によれば、流量計測部４８は、チャタリング検出部５０により受信波信号のチャタリングが検出された場合に、計測された被計測流体の流量を積算せずに直前に計測された流量を積算するので、チャタリング等による計測異常を回避して、流量の誤計量を防止することができる。
As described above, according to the ultrasonic flowmeter according to the first embodiment of the present invention, the flow
また、仮に流量計測部４８が、受信波信号のチャタリングが検出された場合に、計測された被計測流体の流量を積算せず、チャタリングが検出されない場合にのみ被計測流体の流量を計測して積算する機能を有している場合であっても、チャタリング等による計測異常を回避して、流量の誤計量を防止することができる。
Also, if the flow
さらに、チャタリング検出部５０が、流量計測部４８により計測された流速を監視する場合には、チャタリング検出部５０は、流量計測部４８により計測された流速の単位時間当たりの上昇量が一定量以上である場合に、チャタリングが発生したと擬制してチャタリング検出信号を流量計測部４８に出力するので、実際にチャタリングが発生する前であっても、チャタリング発生を事前に察知して、計測異常を回避し、流量の誤計量を防止することができる。
Further, when the
図６は本発明の実施例２に係る超音波流量計の構成を示すブロック図であり、図７は図６の制御部２８ｂの詳細を示す図である。実施例１と異なる点は、制御部２８ｂが計測制御部５２ａを有する点である。また、本実施例において、アンプ部３２は、本発明の増幅手段に対応し、受信波信号を増幅する。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing details of the
本実施例において、チャタリング検出部５０は、コンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号に基づき、受信波信号が所定の基準電圧値を超えている時間が所定時間以下である場合にチャタリングを検出したと判断してチャタリング検出信号を流量計測部４８及び計測制御部５２ａに出力する。
In this embodiment, the chattering
計測制御部５２ａは、本発明の第１制御手段及び第２制御手段に対応し、アンプ部３２のアンプゲイン値及び基準電圧源３８の基準電圧値を制御する。具体的には、計測制御部５２ａは、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された場合に、コンパレータ部３４内の基準電圧源３８の基準電圧値を低く制御する。また計測制御部５２ａは、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された場合に、アンプ部３２を制御して受信波信号を増幅させる。計測制御部５２ａは、必ずしもアンプ部３２と基準電圧源３８の両方を制御する必要は無く、いずれか一方でもよい。
The
その他の構成は、実施例１と同じであり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the first embodiment, and a duplicate description is omitted.
次に、実施例２に係る超音波流量計の動作を説明する。図８及び図９は、本実施例の形態の動作を示すフローチャート図である。 Next, the operation of the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment will be described. 8 and 9 are flowcharts showing the operation of the embodiment.
まず、図８は、計測制御部５２ａがコンパレータ部３４内の基準電圧源３８の基準電圧値を低く制御する場合の超音波流量計の動作を示すフローチャート図である。基本的には実施例１と同様であり、最初に、順方向・逆方向共に超音波計測を開始する（ステップＳ２０１）。コンパレータ部３４は、アンプ部３２から受け取った受信波信号を所定の基準電圧値と比較して、受信波第１波を検知し、比較結果出力信号を伝搬時間計測部４６及びチャタリング検出部５０に出力する（ステップＳ２０３）。
First, FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the ultrasonic flowmeter when the
その際、チャタリング検出部５０は、コンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号に基づき正常検知か否かを判断する（ステップＳ２０５）。
At that time, the chattering
チャタリング検出部５０は、受信波信号が所定の基準電圧値を超えている時間が所定時間以下である場合には、チャタリングを検出したと判断してチャタリング検出信号を流量計測部４８及び計測制御部５２ａに出力する。その場合、流量計測部４８は、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された際に計測された被計測流体の流量を積算しない。また計測制御部５２ａは、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された場合に、コンパレータ部３４内の基準電圧源３８の基準電圧値を低く制御する（ステップＳ２０７）。例えば、基準電圧値の刻み幅を１０ｍＶと定めておき、チャタリングが検出されずに正常に受信波信号の第１波を検知できるまで、基準電圧値を１０ｍＶずつ下げ、再びステップＳ２０３に戻って受信波信号の第１波を検知する。
The chattering
チャタリングが検出されない場合には、実施例１と同様の流れで流量値の算出を行う（ステップＳ２０９）。 When chattering is not detected, the flow rate value is calculated in the same flow as in the first embodiment (step S209).
なお、実施例１で説明したように、ステップＳ２０９において、チャタリング検出部５０は、流量計測部４８により計測された流速を監視するとしてもよい。その際の動作は、実施例１と同様である。
As described in the first embodiment, in step S209, the chattering
次に、図９は、計測制御部５２ａがアンプ部３２を制御して受信波信号を増幅させる場合の超音波流量計の動作を示すフローチャート図である。基本的には実施例１と同様であり、最初に、順方向・逆方向共に超音波計測を開始する（ステップＳ３０１）。コンパレータ部３４は、アンプ部３２から受け取った受信波信号を所定の基準電圧値と比較して、受信波第１波を検知し、比較結果出力信号を伝搬時間計測部４６及びチャタリング検出部５０に出力する（ステップＳ３０３）。
Next, FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the ultrasonic flowmeter when the
その際、チャタリング検出部５０は、コンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号に基づき正常検知か否かを判断する（ステップＳ３０５）。
At that time, the chattering
チャタリング検出部５０は、受信波信号が所定の基準電圧値を超えている時間が所定時間以下である場合には、チャタリングを検出したと判断してチャタリング検出信号を流量計測部４８及び計測制御部５２ａに出力する。その場合、流量計測部４８は、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された際に計測された被計測流体の流量を積算しない。また計測制御部５２ａは、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された場合に、アンプ部３２を制御して受信波信号を増幅させる（ステップＳ３０７）。例えば、アンプゲイン値の刻み幅を１０と定めておき、チャタリングが検出されずに正常に受信波信号の第１波を検知できるまで、アンプゲイン値を１０ずつ上げ、再びステップＳ３０３に戻って受信波信号の第１波を検知する。
The chattering
チャタリングが検出されない場合には、実施例１と同様の流れで流量値の算出を行う（ステップＳ３０９）。 If chattering is not detected, the flow rate value is calculated in the same flow as in the first embodiment (step S309).
上述のとおり、本発明の実施例２の形態に係る超音波流量計によれば、計測制御部５２ａは、チャタリング検出部５０により受信波信号のチャタリングが検出された場合に、コンパレータ部３４内の基準電圧源３８の基準電圧値を低く制御するので、基準電圧値と受信波第１波の波高値が近似してチャタリングが生じていたような場合であっても、受信波第１波をスムーズに検知することができ、チャタリング等による計測異常を回避して、コンパレータ部３４の動作の安定化を図るとともに、流量の誤計量を防止することができる。
As described above, according to the ultrasonic flowmeter according to the second embodiment of the present invention, the
また計測制御部５２ａは、チャタリング検出部５０により受信波信号のチャタリングが検出された場合に、アンプ部３２を制御して受信波信号を増幅させるので、基準電圧値と受信波第１波の波高値が近似してチャタリングが生じていたような場合であっても、チャタリング等による計測異常を回避して、コンパレータ部３４の動作の安定化を図るとともに、流量の誤計量を防止することができる。
In addition, when the
図１０は本発明の実施例３に係る超音波流量計の構成を示すブロック図であり、図１１は図１０の制御部２８ｃの詳細を示す図である。実施例２と異なる点は、コンパレータ部３４と制御部２８ｃとの間にフィルタ部４２が設けられている点である。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a diagram showing details of the
フィルタ部４２は、本発明のフィルタ手段に対応し、コンパレータ部３４と制御部２８ｃ内の伝搬時間計測部４６及び計測制御部５２ｂに接続され、コンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号をフィルタリングする。
The
本実施例において、チャタリング検出部５０は、コンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号に基づき、受信波信号が所定の基準電圧値を超えている時間が所定時間以下である場合にチャタリングを検出したと判断してチャタリング検出信号を流量計測部４８及び計測制御部５２ｂに出力する。
In this embodiment, the chattering
計測制御部５２ａは、本発明の第３制御手段に対応し、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された場合に、フィルタ部４２を制御してコンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号をフィルタリングする。
The
フィルタ部４２は、例えばデジタルフィルタであり、所定のパルス幅以上のパルス幅を有する信号のみを通過させる。したがって、比較結果出力信号がハイである際に、図４に示すような波形の割れが生じた場合には、フィルタ部４２の出力は、ハイの状態を維持し、波形の割れを生じさせない。
The
フィルタ部４２の出力は、伝搬時間計測部４６に入力される。伝搬時間計測部４６は、ゼロクロス検出部４０により出力された受信波検知ポイント信号とフィルタ部４２によりフィルタリングされた比較結果出力信号とに基づき超音波の受信のタイミングを検知して、超音波振動子２２，２４の間で送受される超音波信号の伝搬時間を計測する。
The output of the
その他の構成は、実施例２と同じであり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the second embodiment, and a duplicate description is omitted.
次に、実施例３に係る超音波流量計の動作を説明する。図１２は、本実施例の形態の動作を示すフローチャート図である。 Next, the operation of the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment will be described. FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the embodiment.
基本的には実施例２と同様であり、最初に、順方向・逆方向共に超音波計測を開始する（ステップＳ４０１）。コンパレータ部３４は、アンプ部３２から受け取った受信波信号を所定の基準電圧値と比較して、受信波第１波を検知し、比較結果出力信号をフィルタ部４２を介してチャタリング検出部５０に出力する（ステップＳ４０３）。
Basically, it is the same as that of the second embodiment, and first, ultrasonic measurement is started in both the forward and reverse directions (step S401). The
その際、チャタリング検出部５０は、コンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号に基づき正常検知か否かを判断する（ステップＳ４０５）。
At that time, the chattering
チャタリング検出部５０は、受信波信号が所定の基準電圧値を超えている時間が所定時間以下である場合には、チャタリングを検出したと判断してチャタリング検出信号を流量計測部４８及び計測制御部５２ｂに出力する。その場合、流量計測部４８は、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された際に計測された被計測流体の流量を積算しない。また計測制御部５２ｂは、チャタリング検出部５０により出力されたチャタリング検出信号に基づき、チャタリングが検出された場合に、フィルタ部４２を制御してコンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号をフィルタリングし、高周波成分の除去を行う（ステップＳ４０７）。その後、再びステップＳ４０３に戻って受信波信号の第１波を検知する。
The chattering
チャタリングが検出されない場合には、実施例２と同様の流れで流量値の算出を行う（ステップＳ４０９）。 When chattering is not detected, the flow rate value is calculated in the same flow as in the second embodiment (step S409).
なお、実施例１で説明したように、ステップＳ４０９において、チャタリング検出部５０は、流量計測部４８により計測された流速を監視するとしてもよい。その際の動作は、実施例１と同様である。
As described in the first embodiment, in step S409, the chattering
上述のとおり、本発明の実施例３の形態に係る超音波流量計によれば、計測制御部５２ｂは、チャタリング検出部５０により受信波信号のチャタリングが検出された場合に、フィルタ部４２を制御してコンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号をフィルタリングし、高周波成分の除去を行うので、基準電圧値と受信波第１波の波高値が近似してチャタリングが生じていたような場合であっても、受信波第１波をスムーズに検知することができ、チャタリング等による計測異常を回避して、コンパレータ部３４の動作の安定化を図るとともに、流量の誤計量を防止することができる。
As described above, according to the ultrasonic flowmeter according to the third embodiment of the present invention, the
図１３は本発明の実施例４に係る超音波流量計の構成を示すブロック図であり、図１４は図１３の制御部２８ｄの詳細を示す図である。実施例３と異なる点は、流体流路２０内に温度センサ４４が設けられている点である。
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a diagram showing details of the
温度センサ４４は、本発明の温度計測手段に対応し、流体流路２０内の温度を計測し、計測した温度データをチャタリング検出部５０に出力する。
The
本実施例において、チャタリング検出部５０は、実施例１乃至実施例３と同様に、受信波信号が所定の基準電圧値を超えている時間が所定時間以下である場合にチャタリングを検出したと判断してチャタリング検出信号を流量計測部４８及び計測制御部５２ｂに出力する。さらに、チャタリング検出部５０は、温度センサ４４により計測された温度の単位時間当たりの下降量が一定量以上である場合に、チャタリングが発生したと擬制してチャタリング検出信号を流量計測部４８及び計測制御部５２ｂに出力する。
In the present embodiment, as in the first to third embodiments, the chattering
その他の構成は、実施例３と同じであり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the third embodiment, and a duplicate description is omitted.
次に、実施例４に係る超音波流量計の動作を説明する。基本的には図１２で説明した実施例３と同様である。ただし、図１２のステップＳ４０５において、チャタリング検出部５０は、コンパレータ部３４により出力された比較結果出力信号に基づき正常検知か否かを判断する際に、併せて温度センサ４４により計測された温度の単位時間当たりの下降量が一定量以上である場合に、チャタリングが発生したと擬制してチャタリング検出信号を流量計測部４８及び計測制御部５２ｂに出力する。単位時間当たりの温度の下降量に対する基準値は、チャタリング検出部５０にあらかじめ記憶されているものとし、外部操作等により変更することもできる。
Next, the operation of the ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment will be described. This is basically the same as the third embodiment described with reference to FIG. However, in step S405 of FIG. 12, when the
温度が下がると、超音波振動子間で送受される超音波信号の波高値が小さくなり、チャタリングが発生する可能性が高くなるため、チャタリング検出部５０は、チャタリング発生前に事前にチャタリングが発生したと擬制してチャタリング検出信号を出力する。
When the temperature decreases, the peak value of the ultrasonic signal transmitted and received between the ultrasonic transducers decreases, and the possibility of chattering increases. Therefore, the chattering
その他の動作は、実施例３と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations are the same as those in the third embodiment, and redundant description is omitted.
上述のとおり、本発明の実施例４の形態に係る超音波流量計によれば、チャタリング検出部５０が、温度センサ４４により計測された温度の単位時間当たりの下降量が一定量以上である場合に、チャタリングが発生したと擬制してチャタリング検出信号を流量計測部４８及び計測制御部５２ｂに出力するので、実際にチャタリングが発生する前であっても、チャタリング発生を事前に察知して、計測異常を回避し、流量の誤計量を防止することができる。
As described above, according to the ultrasonic flowmeter according to the fourth embodiment of the present invention, when the
本発明に係る超音波流量計は、ガス流量を計測することができる超音波ガスメータ等の超音波流量計に利用可能である。 The ultrasonic flow meter according to the present invention can be used for an ultrasonic flow meter such as an ultrasonic gas meter capable of measuring a gas flow rate.
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
１ 流量計管路
２ 第１超音波振動子
３ 第２超音波振動子
４ 切替部
５ 駆動部
６ 増幅部
７ ゼロクロス検出部
８ 計時部
９ 演算部
１０ 制御部
１１ クロック発振回路
２０ 流体流路
２２ 超音波振動子
２４ 超音波振動子
２６ 発信パルス生成部
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ 制御部
３０ 順逆切替部
３２ アンプ部
３４ コンパレータ部
３６ 比較器
３８ 基準電圧源
４０ ゼロクロス検出部
４２ フィルタ部
４４ 温度センサ
４６ 伝搬時間計測部
４８ 流量計測部
５０ チャタリング検出部
５２ａ，５２ｂ 計測制御部
５４ 表示部
SW1, SW2 Switch 1
Claims (3)
前記送信側の超音波振動子から送信された超音波を前記受信側の超音波振動子で受信して得られた受信波信号のゼロクロス点を検出し、受信波検知ポイント信号を出力するゼロクロス検出手段と、
前記受信波信号を所定の基準電圧値と比較して、比較結果出力信号を出力する比較手段と、
前記ゼロクロス検出手段により出力された受信波検知ポイント信号と前記比較手段により出力された比較結果出力信号とに基づき超音波の受信のタイミングを検知して、前記送信側及び受信側の超音波振動子の間で送受される超音波信号の伝搬時間を計測する時間計測手段と、
前記時間計測手段により計測された前記伝搬時間に基づいて前記被計測流体の流量を計測して積算する流量計測手段とを有する超音波流量計であって、
前記比較手段により出力された比較結果出力信号をフィルタリングするフィルタ手段と、
前記比較手段により出力された比較結果出力信号に基づき、前記受信波信号が所定の基準電圧値を超えている時間が所定時間以下である場合に波形割れを検出したと判断して波形割れ検出信号を出力する波形割れ検出手段と、
前記波形割れ検出手段から波形割れ検出信号が入力された場合に、前記フィルタ手段を制御して前記比較結果出力信号をフィルタリングさせる第３制御手段と、
を備えることを特徴とする超音波流量計。 Ultrasonic transducers on the transmitting side and the receiving side installed at a certain distance from the upstream side and the downstream side of the flow path through which the fluid to be measured flows,
Zero-cross detection that detects the zero-cross point of the received wave signal obtained by receiving the ultrasonic wave transmitted from the transmitting-side ultrasonic transducer by the receiving-side ultrasonic transducer and outputs the received wave detection point signal Means,
Comparing means for comparing the received wave signal with a predetermined reference voltage value and outputting a comparison result output signal;
Based on the reception wave detection point signal output by the zero cross detection means and the comparison result output signal output by the comparison means, the ultrasonic reception timing is detected and the ultrasonic transducers on the transmission side and the reception side are detected. Time measuring means for measuring the propagation time of the ultrasonic signal transmitted and received between,
An ultrasonic flowmeter having flow rate measuring means for measuring and integrating the flow rate of the fluid to be measured based on the propagation time measured by the time measuring means,
Filter means for filtering the comparison result output signal output by the comparison means;
Based on the comparison result output signal output by the comparison means, it is determined that a waveform crack has been detected when the time that the received wave signal exceeds a predetermined reference voltage value is less than or equal to a predetermined time, and a waveform crack detection signal Waveform breakage detecting means for outputting,
Third control means for controlling the filter means to filter the comparison result output signal when a waveform crack detection signal is input from the waveform crack detection means;
An ultrasonic flowmeter comprising:
前記波形割れ検出手段は、前記流量計測手段により計測された流速の単位時間当たりの上昇量が一定量以上である場合に、波形割れが発生したと擬制して波形割れ検出信号を出力することを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。 The flow rate measuring means further measures the flow velocity of the fluid to be measured based on the propagation time measured by the time measuring means,
The waveform crack detection means outputs a waveform crack detection signal by assuming that a waveform crack has occurred when an increase amount per unit time of the flow velocity measured by the flow rate measurement means is a certain amount or more. The ultrasonic flowmeter according to claim 1 .
前記波形割れ検出手段は、前記温度計測手段により計測された温度の単位時間当たりの下降量が一定量以上である場合に、波形割れが発生したと擬制して波形割れ検出信号を出力することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超音波流量計。 Temperature measuring means for measuring the temperature in the flow path,
The waveform crack detection means outputs a waveform crack detection signal by assuming that a waveform crack has occurred when the amount of decrease in temperature per unit time measured by the temperature measurement means is a certain amount or more. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the ultrasonic flowmeter is characterized.
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