JPH0989616A - 超音波流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最大振幅の超音波振動を発生し適正な流量計
測を行える超音波流量計を提供する。 【解決手段】 送信用超音波変換器３の圧電セラミック
ス体６の超音波振動を入力するフィルタ１３と、フィル
タ１３からの信号を増幅する増幅器１４と、増幅器１４
からの信号の位相と超音波振動の位相との位相差に基づ
いて位相を設定して圧電セラミックス体６を駆動する駆
動信号Ａを圧電セラミックス体６に出力する位相制御回
路１５とを有する。位相制御回路１５が増幅器１４から
の信号の位相と超音波振動の位相との位相差に基づいて
駆動信号Ａの位相を設定することが可能であり、超音波
振動の位相と同等位相とした駆動信号Ａを出力すること
によ超音波振動の振幅が最大値になり、安定した流量計
測を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を計測
する超音波流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波流量計の一例として、超音
波の送、受信機能をそれぞれ有する一対の超音波変換器
を備え、一対の超音波変換器のうち一方から他方に送信
される超音波が流体の流れにより受ける変化に基づいて
流体の流量を計測するものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した超
音波流量計では、最大振幅の超音波を発生すれば適正な
計測が図れるので、最大振幅の超音波を発生することが
望まれる。このような要望に対して超音波変換器の温度
を計測し、この計測値に基づいて超音波周波数を調整す
るように構成したものがあるが、この超音波流量計で
は、温度情報の誤差等により共振周波数とのずれを発生
しやすく、必ずしも上述した要望に応えられていないと
いうのが実情であった。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、最大振幅の超音波振動を発生し適正な流量計測を行
える超音波流量計を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
超音波の送、受信機能を有する一対の超音波変換器を備
え、前記一対の超音波変換器のうち一方から他方に送信
される超音波が流体の流れにより受ける変化に基づいて
流体の流量を計測する超音波流量計において、前記一方
の超音波変換器の送信部の超音波振動を検出する振動検
出手段と、該振動検出手段からの信号を増幅する増幅手
段と、該増幅手段からの信号の位相と前記送信部の超音
波振動の位相との位相差に基づいて前記送信部を駆動す
る駆動信号の位相を設定して該駆動信号を前記送信部に
出力する位相制御部とを有することを特徴とする。

【０００６】このような構成とすれば、位相制御部が増
幅手段からの信号の位相と超音波振動の位相との位相差
に基づいて駆動信号の位相を設定することが可能であ
り、超音波振動の位相と同等位相とした駆動信号を出力
することにより超音波振動の振幅が最大値になる。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の構
成において、一方の超音波変換器の送信部の温度を検出
する送信側温度検出手段を設け、前記位相制御部は、前
記送信側温度検出手段の検出データに基づいて駆動信号
の位相を調整することを特徴とする。

【０００８】このような構成とすれば、位相制御部が、
送信側温度検出手段の検出データに基づいて駆動信号の
位相を調整する。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１記載の構
成において、一方の超音波変換器の送信部の温度を検出
する送信側温度検出手段と、前記他方の超音波変換器の
受信部の温度を検出する受信側温度検出手段とを設け、
前記位相制御部は、前記送、受信側温度検出手段の検出
データに基づいて駆動信号の位相を調整することを特徴
とする。

【００１０】このような構成とすれば、位相制御部が、
送、受信側温度検出手段の検出データに基づいて駆動信
号の位相を調整する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施の形態の
超音波流量計を図１及び図２に基づいて説明する。図に
おいて、流体が流れる管１内には、カルマン渦を発生さ
せる渦発生柱２が設けられている。管１内の渦発生領域
を間にして、超音波の送、受信機能をそれぞれ有する一
対の超音波変換器３，４が、管１に設けられている。

【００１２】一対の超音波変換器３，４のうち一方の超
音波変換器（以下、送信用超音波変換器という。）３に
駆動回路５が接続されており、駆動信号Ａを送信用超音
波変換器３に出力して送信用超音波変換器３の圧電セラ
ミックス体６を振動させ超音波Ｂを発生させる。送信用
超音波変換器３からの超音波Ｂが渦発生領域を通ってカ
ルマン渦により変調されて他方の超音波変換器（以下、
受信側超音波変換器という。）４に受信される。受信側
超音波変換器４には、渦信号検出器７が接続されてお
り、受信側超音波変換器４が受信する信号と駆動回路５
が出力する駆動信号Ａとを比較して変調成分を取り出
し、渦の発生周波数を示すパルス状の渦信号Ｄを出力す
る。そして、渦信号Ｄに基づいて図示しない計測部が流
体の流量を求める。

【００１３】送信用超音波変換器３には、略矩形の圧電
セラミックス体６（送信部）が設けられており、駆動信
号Ａに応じて振動し超音波Ｂを発生する。圧電セラミッ
クス体６は、一面側（図２の下側）に共通電極８を設
け、この一面側が管１に近接して配置され、該一面側に
対向する他面側（図２の上側）に、駆動電極９及び振動
検出電極（振動検出手段）１０を設けている。この場
合、駆動電極９及び振動検出電極１０は分割形成された
ものになっている。図２中、１１は筐体であり、圧電セ
ラミックス体６、駆動電極９及び振動検出電極１０を支
持する。

【００１４】駆動回路５は、直列接続されたフィルタ１
３、増幅器１４、位相制御回路１５を有し、駆動電極
９、振動検出電極１０と共に、振動帰還発振回路１２を
構成する。本超音波流量計には電源１６が備えられてお
り、この電源１６には、前記フィルタ１３、増幅器１
４、位相制御回路１５がそれぞれ並列に接続されてい
る。

【００１５】圧電セラミックス体６は圧力を受けて振動
すると、その振動に応じた大きさの電圧を発生し、これ
に応じて振動検出電極１０が、その電圧を受けて圧電セ
ラミックス体６の振動を検出し、検出した振動信号Ｅを
フィルタ１３に出力する。フィルタ１３は、振動信号Ｅ
から不要な周波数成分を除去し、送信用超音波変換器３
の動作周波数付近の周波数成分を抽出して増幅器１４に
出力する。

【００１６】増幅器１４は、フィルタ１３からの信号を
増幅して、所望の大きさ（圧電セラミックス体６を充分
振動し得る大きさ）にし、増幅した信号を位相制御回路
１５に出力する。

【００１７】位相制御回路１５は、増幅信号の位相をシ
フトし、駆動信号Ａの位相が圧電セラミックス体６の振
動（振動信号Ｅ）の位相と等しくなるようにする。位相
制御回路１５の移相量（シフト量）は、フィルタ１３及
び増幅器１４の位相回転量と、圧電セラミックス体６の
振動と振動信号Ｅとの位相差量によって決定され、この
移相量は、あらかじめ設定されている。ここで、フィル
タ１３及び増幅器１４の位相回転量と、圧電セラミック
ス体６の振動と前記振動信号Ｅとの位相差量は、温度や
圧力等の外部要因では大きく変化しないものである。

【００１８】上述したように構成した超音波流量計で
は、位相制御回路１５が増幅器１４からの信号の位相を
あらかじめ設定した移相量分シフトし、圧電セラミック
ス体６の振動の位相と同等の位相を有する駆動信号Ａを
生成し、この駆動信号Ａを圧電セラミックス体６に出力
する。すると、駆動信号Ａの位相が圧電セラミックス体
６の振動の位相が同等であることにより、圧電セラミッ
クス体６の振動（振動信号Ｅ）の振幅は最大となり、安
定した、かつ良好な流量計測を行うことができる。

【００１９】また、温度、圧力変化によりほとんど変化
しない位相回転量、位相差量に基づいて移相量を設定
し、この移相量分、駆動信号Ａの位相がシフトされて最
大振幅の振動信号Ｅを発生するので、仮に温度や圧力の
変動が生じても大きな超音波Ｂが得られ、ひいては安定
した流量計測を図ることができる。

【００２０】図３は、さらに安定した超音波送受信を行
うための本発明の第２実施の形態の超音波流量計を示
す。

【００２１】圧電セラミックス体６の超音波振動と振動
信号Ｅとの位相差は、圧電セラミックス体６内部での駆
動電極９から振動検出電極１０までの伝達特性によって
生じるものであり、これは温度変化によってわずかなが
ら変化する。そのため、図１、図２の超音波流量計のよ
うに位相制御回路１５での移相量を一定にすると、温度
変化による超音波送受信状態の変化が生じることにな
る。一方、圧電セラミックス体６での伝達特性の温度変
化割合は、事前に確認できる。そこで、図３に示すよう
に送信用超音波変換器３の温度を測定して温度信号Ｆを
出力する温度検出器（以下、送信側温度検出器とい
う。）２０を設け、位相制御回路１５Ａが、温度信号Ｆ
に基づいてあらかじめ設定した移相量を補正して、駆動
信号Ａの周波数を圧電セラミックス体６の共振周波数と
一致させ、温度変化に伴う超音波送受信の変化を最小に
するようにしている。

【００２２】次に、本発明の第３実施の形態を図４に基
づいて説明する。この超音波流量計は図３に示す超音波
流量計に比して、受信側超音波変換器４にその温度を検
出する温度検出器（以下、受信側温度検出器という。）
２１を設けたこと、送信側温度検出器２０の検出値と受
信側温度検出器２１の検出値との差分を求める温度差判
定器２２を設けたこと、かつ図３の位相制御回路１５Ａ
に代えて、位相制御回路１５Ｂを設けたことが異なって
いる。

【００２３】位相制御回路１５Ｂは、送信側、受信側温
度検出器２０，２１の検出信号の差分が一定以上の場
合、あらかじめ設定した移相量を補正し、駆動信号Ａの
周波数を送信側、受信側の圧電セラミックス体６，６の
共振周波数の中間の値になるようにする。

【００２４】この超音波流量計では、仮に温度差により
送信用、受信用超音波変換器３，４に送受信特性の差が
生じているような場合にも送受信特性の低下を最小限に
留めることができ、ひいては適正な超音波送受信が図れ
て安定した流量計測が可能となる。

【００２５】なお、上記実施の形態では、カルマン渦に
より超音波が変調されることを利用して流量計測を行
う、いわゆる超音波渦流量計を例にしたが、本発明は、
これに限らず、カルマン渦を利用しないタイプの超音波
流量計であってもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、位相制御部が増幅手段からの
信号の位相と超音波振動の位相との位相差に基づいて駆
動信号の位相を設定することが可能であり、超音波振動
の位相と同等位相とした駆動信号を出力することにより
超音波振動の振幅が最大値になり、安定した流量計測を
図ることができる。

【００２７】また、一方の超音波変換器の送信部の温度
を検出する送信側温度検出手段を設け、位相制御部が、
送信側温度検出手段の検出データに基づいて駆動信号の
位相を調整することにより、温度変化に伴う超音波送受
信の変化を最小にすることができる。

【００２８】また、一方の超音波変換器の送信部の温度
を検出する送信側温度検出手段と、他方の超音波変換器
の受信部の温度を検出する受信側温度検出手段とを設
け、位相制御部が、送、受信側温度検出手段の検出デー
タに基づいて駆動信号の位相を調整することにより、仮
に温度差により一対の超音波変換器に送受信特性の差が
生じているような場合にも送受信特性の低下を最小限に
留めることができ、ひいては適正な超音波送受信が図れ
て安定した流量計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態の超音波流量計を模式
的に示す図である。

【図２】同超音波流量計の送信側を模式的に示す図であ
る。

【図３】本発明の第２実施の形態の超音波流量計を模式
的に示す図である。

【図４】本発明の第３実施の形態の超音波流量計を模式
的に示す図である。

【符号の説明】

３ 送信用超音波変換器 ４ 受信用超音波変換器 ５ 駆動回路 ６ 圧電セラミックス体 １０ 振動検出電極 １３ フィルタ １４ 増幅器 １５ 位相制御回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波の送、受信機能を有する一対の超
   音波変換器を備え、前記一対の超音波変換器のうち一方
   から他方に送信される超音波が流体の流れにより受ける
   変化に基づいて流体の流量を計測する超音波流量計にお
   いて、前記一方の超音波変換器の送信部の超音波振動を
   検出する振動検出手段と、該振動検出手段からの信号を
   増幅する増幅手段と、該増幅手段からの信号の位相と前
   記送信部の超音波振動の位相との位相差に基づいて前記
   送信部を駆動する駆動信号の位相を設定して該駆動信号
   を前記送信部に出力する位相制御部とを有することを特
   徴とする超音波流量計。
2. 【請求項２】 前記一方の超音波変換器の送信部の温度
   を検出する送信側温度検出手段を設け、前記位相制御部
   は、前記送信側温度検出手段の検出データに基づいて駆
   動信号の位相を調整することを特徴とする請求項１記載
   の超音波流量計。
3. 【請求項３】 前記一方の超音波変換器の送信部の温度
   を検出する送信側温度検出手段と、前記他方の超音波変
   換器の受信部の温度を検出する受信側温度検出手段とを
   設け、前記位相制御部は、前記送、受信側温度検出手段
   の検出データに基づいて駆動信号の位相を調整すること
   を特徴とする請求項１記載の超音波流量計。