JP5402620B2 - 流量計測装置 - Google Patents
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Description
t2=L/(C−vcosθ) (式2)
(式1)および(式2)を変形し、(式3)で流速vが求まる。
v=L・(1/t1 −1/t2)/2cosθ (式3)
(式3)で求めた値に流体管路31の断面積Sを掛ければ流体の流量を求めることができる。
ここで、一般に、この種の流量計測装置においては、流速vは音速Cよりはるかに小さい条件下にて、使用される。また、音速Cは近似的に温度の一次関数で求められることが知られている。しかし、短時間の間に急激な温度変化がないと仮定するならば、音速Cは一定と考えられるので、(式4)の分母の項は流速の変化に関わらずほぼ一定の値となる。よって、分子の項は流速とほぼ比例した値となる。したがって、流速vを精度よく求めるには、ふたつの伝搬時間の差を精度よく計測する必要がある。そのため、流速が遅くなるほど、微小な時間差を求める必要があり、単発現象として計測するには計測部34は例えば、nsオーダーの非常に小さな時間分解能を有する必要がある。これだけの時間分解能を実現するのは難しく、仮に実現できたとしても時間分解能を上げることによる消費電力の増大を招くこととなる。そのため、超音波の送信を何回も繰り返し実行し、その一連の繰り返し計測の所要時間を計測部34で計測する。そして、その平均値を求めることにより必要な時間分解能を実現している。すなわち、計測部34の時間分解能をTA、繰り返し回数をMとすれば、この繰り返し計測の間、計測部44を連続して動作させることにより、伝搬時間の計測分解能はTA/Mとすることができる。
流体流路内の流体の通過流量を求めるものである。
図1は本発明の実施の形態1における流量計測装置のブロック図である。図1において、流体流路1の途中に、超音波信号を発信および受信する第1振動子2と超音波信号を受信および発信する第2振動子3が流れ方向Fに対向して配置されている。送信部4は第1振動子2へ駆動信号を出力する。駆動信号により第1振動子2から超音波信号が出力されたときは第2振動子3でその超音波を受信する。第2振動子3で受信した受信信号が受信部5で信号処理される。切換部6は第1振動子2と第2振動子3の送受信の機能を切り換える。
れる(ステップ4のNO)。
一方、計測工程の工程回数が所定値に達しない場合には(ステップS13のNo)時間差を求める必要がないので、時間差検出部17aに記憶されている計測値Td及びTuは初期化される。このようにすることで、時間差記憶部17bは、5n(nは正の整数)計測工程ごとに求められる時間差Tdifの時系列変化が分かるように記憶する。また、ステップS14の処理による演算が行われた後は、時間差検出部17aに記憶されている計測値Td及び計測値Tuは初期化する。
=8Lvcosθ/(C2−v2cos2θ) (式7)
ここで、一般に超音波式流量計においてはC>>vなる条件で使用するため、(式7)は更に(式8)のように変形できる。
音速Cは温度によって変化することが知られているが、特に、1秒にも満たないわずかな時間の間においては、流体の温度変化は非常に小さいと考えられるので、(式8)の分母は定数と考えることができる。よって、伝搬時間差Tdifnは流速、すなわち流量に比例した値と考えることができる。したがって、伝搬時間差Tdifnの変化を求めることは、流量の変化を求めることと同等であると考えることができる。すなわち、伝搬時間差Tdifnの値そのもの、またはその定数倍した値は、流体の瞬時流量の推定値として扱うことができる。精密な流量変化を求めるのであれば、(式3)を用いて流量を求めた上でその変化量を求める必要が生じる。しかし、流量の相対変化を知る上では、順逆両方向の伝搬時間差を求めるだけであっても、大きな齟齬は生じないと考えられる。
2 第1振動子
3 第2振動子
4 送信部
5 受信部
6 切換部
7 計時制御部
8 トリガ部
9 繰り返し部
10 遅延部
11 計測工程制御部
12 計時部
13 第1加算部
14 第2加算部
15 流量演算部
16 積算部
17a 時間差検出部
17b 時間差記憶部
18 推定部
19 記憶部
20 判別部
Claims (4)
- 流体が通過する流体流路に設けられ、それぞれ超音波信号を発信および受信する第1振動子および第2振動子と、
前記第1振動子と前記第2振動子との間における超音波信号の伝搬時間を計測する計時部と、
前記第1振動子で前記超音波信号を発信させ前記第2振動子で前記超音波信号を受信する順方向と、前記第2振動子で前記超音波信号を発信させ前記第1振動子で前記超音波信号を受信する逆方向の送受信方向を切り替えながら、前記計時部により前記超音波信号の前記順方向の伝搬時間と前記逆方向の伝搬時間を計測する単位計測工程を実行する計時制御部と、
前記単位計測工程をK回行う毎に、前記単位計測工程で計測された前記超音波信号の前記順方向の伝搬時間と前記逆方向の伝搬時間との時間差を記憶する時間差記憶部と、
前記単位計測工程を少なくともK回行ったときの前記順方向の伝搬時間の総和と、前記逆方向の伝搬時間の総和に基づいて前記流体流路内の前記流体の通過流量を求める流量演算部と、
前記時間差記憶部に記憶された前記K回の前記単位計測工程回毎の前記時間差に基づいて前記流体の瞬時流量の変化を推定する推定部と、
を備えた流量計測装置。 - 前記流量演算部は、前記単位計測工程をK×A回(Aは自然数)行ったときの前記順方向の伝搬時間の総和と、前記逆方向の伝搬時間の総和に基づいて前記流体流路内の前記流体の通過流量を求める請求項1に記載の流量計測装置。
- 瞬時流量の時系列変化の代表的パターンを少なくともひとつ記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶された代表的パターンと、前記推定部が推定する前記時間差の推移とを比較して、前記時間差の推移が前記代表的パターンと一致するかを判断する判別部と、
をさらに備えた請求項1に記載の流量計測装置。 - ガス供給源とガス器具とを結ぶガス供給ラインに配置され、
前記記憶部は、特定の前記ガス器具の使用時の流量変化パターンを少なくともひとつ記憶し、
前記判別部は、前記推定部が推定する前記時間差の推移が、前記記憶部に記憶された前記特定のガス器具の流量変化パターンと一致するとき、前記判別部が前記供給ラインの下流側で前記特定のガス器具が使用されていると判断することを特徴とする請求項3に記載の流量計測装置。
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