JP6767628B2 - 流量計測装置 - Google Patents
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- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
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Description
実際には、式(A)に流量に応じた係数をさらに乗じて流量を算出する。
実施の形態1について、図1〜4を用いて説明する。
秒周期)に伝播時間の計測とそれに基づく演算処理が行われる。この周期は、流量演算手段12で流量を求める周期と同じである。図2(b)は流量計測n−1番目(前回)とn番目(今回)における伝播時間の計測方法を示すもので、制御手段13は、この1周期の2秒間に、切換手段4により第1超音波振動子2と第2超音波振動子3の送受信を切り換えながら計時手段11により上流から下流、下流から上流への伝播時間の計測を1組として、60組分の計測を行う。
Ave.C(n)=(C1(n)+C2(n))/2 ・・・式(2)
また、前回の平均値と今回の平均値との平均値Aveは、次式で求めることができる。
ここで、式(1)、(2)及びC1(n−1)=C1(n)、C2(n)=C2(n−1
)−Xの関係から、
Ave=(C1(n)+C2(n))/2+X/4 ・・・式(4)
即ち、平均値Aveは、今回の上流側伝播時間C1(n)と下流側伝播時間C2(n)の平均値に下流側伝播時間の変化量X/4を加算した値となる。
ΔC1=C1(n)−Ave
=(C1(n)−C2(n))/2−X/4 ・・・式(5)
また、平均値Aveと今回の下流側伝播時間C2(n)との差分ΔC2は、
ΔC2=Ave−C2(n)
=(C1(n)−C2(n))/2+X・3/4 ・・・式(6)
となる。
図5は、図4において、流量がほぼゼロの場合の状態を示しており、この場合、C1(n)=C2(n)となるので、式(5)、式(6)から、ΔC1=−X/4、ΔC2=+X・3/4となり、|ΔC1|:|ΔC2|=1:3の関係が成り立つ。
そして、この差分ΔC1、ΔC2は、上流側伝播時間の今回値C1(n)と前回値C1(n−1)、前記下流側伝播時間の今回値C2(n)と前回値C2(n−1)により、容易に求めることが可能であり、制御手段13を構成するマイクロコンピュータにより容易に実現することができる。
式(5)、(6)から分かるように、流量が大きく(C1(n)−C2(n))/2に対して、X/4が無視できる程小さい場合には、ΔC1(n):ΔC2(n)≒1:1となる。従って、流量が大きい場合には、ノイズ判定を行う必要はないが、X/4が無視できない場合の流量域における判定方法を次に説明する。
ΔC1(n−1)=C1(n−1)−Ave.C(n−1) ・・・式(8)
ΔC2(n−1)=Ave.C(n−1)−C2(n−1) ・・・式(9)
ここで、流量が安定している場合、差分値は変化しないので、差分ΔC1と差分ΔC1(n−1)の差分ΔC1’と差分ΔC2と差分ΔC2(n−1)の差分ΔC2’とは、ノイズによって生じた変化量であり、ノイズで生じた変化量Xを用いて次式で求めることができる。
ΔC2’=ΔC2−ΔC2(n−1)=+X・3/4 ・・・式(11)ここで、差分ΔC1’:ΔC2’=−1:+3の関係となることがわかる。
ここで、|差分ΔC1+差分ΔC2|は、ノイズがないときはゼロと演算されるものであり、mは0以上の値(例えば、10ns)に設定される。従って、式(12)を満たす場合にノイズによる計測異常の可能性が有るとして、計測異常判定手段16による計測異常の判定を行うことに、誤判定を防止することができる。
2 第1超音波振動子
3 第2超音波振動子
4 切換手段
5 送信手段
6 受信手段
7 増幅手段
8 基準比較手段
9 基準電圧設定手段
10 判定手段
11 計時手段
12 流量演算手段
13 制御手段
14 流量計測装置
15 伝播時間演算手段
16 計測異常判定手段
Claims (6)
- 被測定流体の流れる流路の上流と下流に配置され超音波を送受信する一対の超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動する送信手段と、
前記超音波振動子の送受信を切り換える切換手段と、
前記超音波振動子の受信信号を振幅まで増幅する増幅手段と、
前記増幅手段の出力と基準電圧とを比較する基準比較手段と、
前記基準比較手段と前記増幅手段の出力とから超音波信号の到達時期を判定する判定手段と、
前記判定手段で判定した超音波信号の到達時期から前記超音波信号の送受信の伝播時間を計時する計時手段と、
上流側の前記超音波振動子から下流側の前記超音波振動子への超音波の伝播時間を所定回数計測して平均した上流側伝播時間と下流側の前記超音波振動子から上流側の前記超音波振動子への超音波の伝播時間を所定回数計測して平均した下流側伝播時間を求める伝播時間演算手段と、
伝播時間の計測異常を判定する計測異常判定手段と、
前記上流側伝播時間と前記下流側伝播時間の時間差から流量を演算する流量演算手段と、を備え、
前記伝播時間演算手段は、所定時間間隔で前記上流側伝播時間と前記下流側伝播時間を演算し、
前記計測異常判定手段は、前記上流側伝播時間の今回値C1(n)と前回値C1(n−1)と前記下流側伝播時間の今回値C2(n)と前回値C2(n−1)に基づき計測異常を判定する流量計測装置。 - 前記計測異常判定手段は、前記上流側伝播時間の今回値C1(n)と前回C1(n−1)の変化量ΔC1(n)と前記下流側伝播時間の今回値C2(n)と前回値C2(n−1)の変化量ΔC2(n)に基づき計測異常を判定する請求項1に記載の流量計測装置。
- 前記計測異常判定手段は、前記上流側伝播時間の今回値C1(n)と前記下流側伝播時間の今回値C2(n)の平均値Ave.C(n)と前記上流側伝播時間の前回値C1(n−1)と前記下流側伝播時間の前回値C2(n−1)の平均値Ave.C(n-1)の平均値Ave.C(n−1)を算出し、更に前記平均値Ave.C(n)と前記平均値Ave.C(n−1)の平均値Aveと前記上流側伝播時間の今回値C1(n)との差分ΔC1と前記平均値Aveと前記下流側伝播時間の今回値C2(n)との差分値ΔC2に基づき計測異常を判定することを特徴とする請求項1記載の流量計測装置。
- 前記計測異常判定手段は、前記差分値ΔC1と前記差分値ΔC2の比率に基づき計測異常を判定することを特徴とする請求項3記載の流量計測装置。
- 前記計測異常判定手段は、前記流量演算手段で求めた流量が所定流量以下の場合に計測異常の判定を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の流量計測装置。
- 前記流量演算手段で求めた流量を積算する積算手段を備え、該積算手段は、前記計測異常判定手段で計測異常と判定した場合、積算を行わないことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の流量計測装置。
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