JPS6098313A - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
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- JPS6098313A JPS6098313A JP58204886A JP20488683A JPS6098313A JP S6098313 A JPS6098313 A JP S6098313A JP 58204886 A JP58204886 A JP 58204886A JP 20488683 A JP20488683 A JP 20488683A JP S6098313 A JPS6098313 A JP S6098313A
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- time
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- 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
- G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、超音波流量計に関するものであり、更に詳し
くは、流体の流れを横切ってその流れに順方向および逆
方向にそれぞれ超音波を送受波してその間の伝播時間Ｔ
ｌ ｖ Ｔ２および両者の平均伝播時間Ｔｏをめ、該Ｔ
ｏから音速変化に起因した流量測定誤差の除去を行なう
ようにした超音波流量計に関するものである。
くは、流体の流れを横切ってその流れに順方向および逆
方向にそれぞれ超音波を送受波してその間の伝播時間Ｔ
ｌ ｖ Ｔ２および両者の平均伝播時間Ｔｏをめ、該Ｔ
ｏから音速変化に起因した流量測定誤差の除去を行なう
ようにした超音波流量計に関するものである。
第１図は従来の超音波流量計を示すブロック図である。
同図において、超音波振動子１及び１′は、クサビ部材
２及び２にそれぞれ図示の如く取付けられ、クサビ部材
２及び２は、流体３の流れる管４を前記振動子の一つか
ら発生され否超音波が斜めに横切って他方の振動子に受
信されるよう相対して管の外側に取付けられる。
２及び２にそれぞれ図示の如く取付けられ、クサビ部材
２及び２は、流体３の流れる管４を前記振動子の一つか
ら発生され否超音波が斜めに横切って他方の振動子に受
信されるよう相対して管の外側に取付けられる。
しかも、超音波振動子１、クサビ部材２、管４の壁部、
流体３、ｇ４の壁部、クサビ部材２、及び超音波振動子
１は相互に音響的に結合される。
流体３、ｇ４の壁部、クサビ部材２、及び超音波振動子
１は相互に音響的に結合される。
超音波振動子１は、発信部５から実線位置にある切替ス
イッチ６ａを介して入力される電気信号を超音波に変換
し、相対している他方の超音波振動子１に向けて発信す
る。超音波振動子１では、受信した超音波を電気信号に
変換して出力する。
イッチ６ａを介して入力される電気信号を超音波に変換
し、相対している他方の超音波振動子１に向けて発信す
る。超音波振動子１では、受信した超音波を電気信号に
変換して出力する。
時間計測回路７では、発信部５からの発信信号と実線位
置にある切替スイッチ６ｂを介して振動子１から受信し
た信号により、超音波の発信から受信までの時間Ｔ１を
計測する０記憶回路８では、実線位置にある切替スイッ
チ６Ｃを介して計測された時間ＴＩを受け、これを記憶
する０次にスイッチ６ａ、６ｂ、６ｃを破線位置へ切換
え、振動子ｌを発信側、１を受信側とすることにより、
前記と逆の方向に超音波の発信及び受信を行ない、この
ときの発信から受信までの時間Ｔ２を測定して今度はこ
れを記憶回路９に記憶する。
置にある切替スイッチ６ｂを介して振動子１から受信し
た信号により、超音波の発信から受信までの時間Ｔ１を
計測する０記憶回路８では、実線位置にある切替スイッ
チ６Ｃを介して計測された時間ＴＩを受け、これを記憶
する０次にスイッチ６ａ、６ｂ、６ｃを破線位置へ切換
え、振動子ｌを発信側、１を受信側とすることにより、
前記と逆の方向に超音波の発信及び受信を行ない、この
ときの発信から受信までの時間Ｔ２を測定して今度はこ
れを記憶回路９に記憶する。
記憶回路８に記憶された時間Ｔ１と記憶回路９に記憶さ
れた時間Ｔ２との時間差ΔＴを演算部ｌＯで計算し、ス
ケール７アクタ演算部１１で時間差ΔＴに所定のスケー
ルファクタを乗じることにより流量信号を得て出力する
。
れた時間Ｔ２との時間差ΔＴを演算部ｌＯで計算し、ス
ケール７アクタ演算部１１で時間差ΔＴに所定のスケー
ルファクタを乗じることにより流量信号を得て出力する
。
所で、流れに対して順方向の振動子１から１′までの超
音波伝播時間ＴＩ及び逆方向の振動子１′から１までの
超音波伝播時間Ｔ２は、流体中の伝播時間をそれぞれｔ
ｌ 、 ｔ２とし、流体以外のクサビ部材や管壁におけ
る伝播時間をτとすると次式で表わすことができる。
音波伝播時間ＴＩ及び逆方向の振動子１′から１までの
超音波伝播時間Ｔ２は、流体中の伝播時間をそれぞれｔ
ｌ 、 ｔ２とし、流体以外のクサビ部材や管壁におけ
る伝播時間をτとすると次式で表わすことができる。
Ｔｌ ＝＝ ｔｌ ＋ｒ ・・・・・・（１〕Ｔ２＝ｔ
２＋τ ・・・・・・（２） ここで伝播時間差ΔＴは次式の如くめることができる。
２＋τ ・・・・・・（２） ここで伝播時間差ΔＴは次式の如くめることができる。
ΔＴ＝Ｔ２−Ｔｉ＝（ｔ２＋τ）−（ｔｚ＋τ）＝ ｔ
２− ｔｌ ・・・・・・ （３）僧；４の内径をＤ１
流体中の音速（超音波の伝播速度）をＣｗ、超音波の入
射角度をθ、管内の流速をＶとすると、一般に前記伝播
時間’ｉ ｐ ’２は次式で示されることが知られてい
る。
２− ｔｌ ・・・・・・ （３）僧；４の内径をＤ１
流体中の音速（超音波の伝播速度）をＣｗ、超音波の入
射角度をθ、管内の流速をＶとすると、一般に前記伝播
時間’ｉ ｐ ’２は次式で示されることが知られてい
る。
従ってΔＴは次の如くなる。
Ｃｗ″−Ｖｓｉ。θ′
ここで流体中の音速Ｃｗと管内の流速Ｖとを比較すると
流体が水の場合、Ｃｗは一般に１，０００〜１、６００
ｍ／ ｓの範囲にあるのに対しＶはｌ Ｑ ｍ／ ｓ
以下である。故にＣｖ？ ）） Ｖ”ｓｉｎθ２となり
ΔＴは次の近似式で表わすことができる０ 流体中の音速Ｃｗが一定であれば（ｓｉｎθ／Ｃｗ’ｃ
ｏｓθ）は一定となり、ΔＴは流速Ｖに比例する。つま
りΔＴを計測することにより流ｉＶが得られ流量を計測
することができる。
流体が水の場合、Ｃｗは一般に１，０００〜１、６００
ｍ／ ｓの範囲にあるのに対しＶはｌ Ｑ ｍ／ ｓ
以下である。故にＣｖ？ ）） Ｖ”ｓｉｎθ２となり
ΔＴは次の近似式で表わすことができる０ 流体中の音速Ｃｗが一定であれば（ｓｉｎθ／Ｃｗ’ｃ
ｏｓθ）は一定となり、ΔＴは流速Ｖに比例する。つま
りΔＴを計測することにより流ｉＶが得られ流量を計測
することができる。
なお第２図に、前述の諸量を分り易いように図示した。
所でここに一つの問題点がある。前記（７）式で流体の
音速Ｃｗが変化しないときはΔＴＯｃＶの関係が成り立
つが、流体中の音速Ｃｗは流体の温度又は圧力が変わる
ことにより変化する。
音速Ｃｗが変化しないときはΔＴＯｃＶの関係が成り立
つが、流体中の音速Ｃｗは流体の温度又は圧力が変わる
ことにより変化する。
また音速Ｃｗが変化することに、より、反射・屈折に関
するスネルの法則に従って角度０も変化する。従って音
速Ｃｗが変化すると流速■の計測値に誤差を生じる。特
に流体が常温から高温（３００℃位：まで変化する場合
とか管の〃みが厚い場合には、音速Ｃｗの変化による影
響が大きく出て計測誤差は大きくなる傾向にあり、この
ことは従来の超音波流量計における大きな欠点と云える
。
するスネルの法則に従って角度０も変化する。従って音
速Ｃｗが変化すると流速■の計測値に誤差を生じる。特
に流体が常温から高温（３００℃位：まで変化する場合
とか管の〃みが厚い場合には、音速Ｃｗの変化による影
響が大きく出て計測誤差は大きくなる傾向にあり、この
ことは従来の超音波流量計における大きな欠点と云える
。
本発明は、超音波流量計において、流体の温度や圧力が
変化することにより流体中の音速Ｃｗが変化しても、そ
れを補正し正確な流速Ｖひいては流量を計測することの
できる超音波流量計を提供することを目的とする。
変化することにより流体中の音速Ｃｗが変化しても、そ
れを補正し正確な流速Ｖひいては流量を計測することの
できる超音波流量計を提供することを目的とする。
流体の温度及び圧力が変化することにより流体中の音速
Ｃｗが変化すると、前記伝播時間Ｔ１とＴ２の平均伝播
時間Ｔｏも変化するので、これを用いた補正回路を設け
ることにより、流体の温度、圧力を直接計測することを
要せずして流体の正確な流３１ｖひいては流量を計測で
きるようにした点が本発明の要点である。
Ｃｗが変化すると、前記伝播時間Ｔ１とＴ２の平均伝播
時間Ｔｏも変化するので、これを用いた補正回路を設け
ることにより、流体の温度、圧力を直接計測することを
要せずして流体の正確な流３１ｖひいては流量を計測で
きるようにした点が本発明の要点である。
第３図は本発明の一実施例を示すブロック図である＠同
図において第１図におけるのと共通の部分には同一番号
を付しである。
図において第１図におけるのと共通の部分には同一番号
を付しである。
第１図に示した借成と異なる点は、前記伝播時間ＴＩ、
Ｔ２の平均伝播時間Ｔｏを演算する回路１２とそのＴｏ
を基にして音速補正演算を行なう演算部１３とを設けた
点にある。
Ｔ２の平均伝播時間Ｔｏを演算する回路１２とそのＴｏ
を基にして音速補正演算を行なう演算部１３とを設けた
点にある。
ここで流体が静止しているとき、すなわち■＝Ｏのとき
前記（４ン式及び（５）式よりとなりｔｌ ： ｔ２と
なる０そこでＴ１＝Ｔ２＝Ｔ。
前記（４ン式及び（５）式よりとなりｔｌ ： ｔ２と
なる０そこでＴ１＝Ｔ２＝Ｔ。
と置くと、前記（１）または（２）式より上記（１０式
より 前記（７）式にα０式を代入すると Ｔｌ十Ｔ２ ここで流体が流れているときにはＴｏ＝−で近似的にＴ
ｏをめることができ、上記０階式はＶ〜０のときも成立
する。つまり上記眞式においてΔＴ以外に角度θ、Ｔｏ
及びτを計測できれば電子用算機などで流速■を計算す
ることができる。
より 前記（７）式にα０式を代入すると Ｔｌ十Ｔ２ ここで流体が流れているときにはＴｏ＝−で近似的にＴ
ｏをめることができ、上記０階式はＶ〜０のときも成立
する。つまり上記眞式においてΔＴ以外に角度θ、Ｔｏ
及びτを計測できれば電子用算機などで流速■を計算す
ることができる。
しかし角度θ、ｉｆ；体以外の部分における伝播時間τ
を計測することは、まず困難である。仮にｇｔｆｆＩｒ
Ｊできてもこれらを用いての工業計器レベルでの演算は
実際問題として難しい面がある。
を計測することは、まず困難である。仮にｇｔｆｆＩｒ
Ｊできてもこれらを用いての工業計器レベルでの演算は
実際問題として難しい面がある。
ところでクサビ部材の寸法、クサビ部材の取付位置、管
の内径、管の肉厚は、測定もしくはあらかじめ製作時に
寸法を定めることによりまる。
の内径、管の肉厚は、測定もしくはあらかじめ製作時に
寸法を定めることによりまる。
また温度、圧力が分かれば、流体、クサビ部材、及び管
部における音速は定まり、知ることができる。従って、
このようにして各部の音速が決まれことは可能である。
部における音速は定まり、知ることができる。従って、
このようにして各部の音速が決まれことは可能である。
そこで各部の音速が変化しうる範囲にわたって整理する
と、Ｔｏとτとの間には、温度、圧力がどのように変化
しようと第４図に示すような、はぼりニヤな一定した関
係のあることが判った。
と、Ｔｏとτとの間には、温度、圧力がどのように変化
しようと第４図に示すような、はぼりニヤな一定した関
係のあることが判った。
ようなほぼ一定した関係のあることが判った。こコテ０
点は０℃、０点ｇ−１１１３７０’Ｃ、６点は約３００
℃のときの関係を示している。この関係は、管内径、厚
さ、温度、圧力の諸条件が変わっても成り立つ。
点は０℃、０点ｇ−１１１３７０’Ｃ、６点は約３００
℃のときの関係を示している。この関係は、管内径、厚
さ、温度、圧力の諸条件が変わっても成り立つ。
これはＴｏのみを測定すれば上記α四式の一一一〕（Ｔ
ｏ−τ） なお第４図、第５図において、わずかな幅でズレを生ず
るが超音波流量計の補正演算としては問題にならない。
ｏ−τ） なお第４図、第５図において、わずかな幅でズレを生ず
るが超音波流量計の補正演算としては問題にならない。
つまりＴｏを大刀信号とし、その発生器を第３図のｉｔ
速補正演算部に用いることにより三角関数の演算などを
行わず、しかも比較的正確に音速変化を補正することが
できる。
速補正演算部に用いることにより三角関数の演算などを
行わず、しかも比較的正確に音速変化を補正することが
できる。
なお、実際の補正に際しては第４図と第５図の各特性を
掛は合せて得られる第６図の特性をもった一つの関数発
生器を用いることにより、補正するようにしてもよい。
掛は合せて得られる第６図の特性をもった一つの関数発
生器を用いることにより、補正するようにしてもよい。
ここに関数発生器としては、Ｔｏの各部に対すをアドレ
スとしてこれら計算値を記憶するＲＯＭを用い得ること
は勿論である。
スとしてこれら計算値を記憶するＲＯＭを用い得ること
は勿論である。
測定流体及び該流体を通す管の温度や圧力が変化すると
、流体及び管を伝播する音速が変化する。
、流体及び管を伝播する音速が変化する。
本発明によれば、これらの温度、圧力を直接計測するこ
となく、それらの変化に起因した音速変化の補正が行え
る。流体及び管の温度、圧力を他のセンサで計測しそれ
によって音速を補正する方法もあるが、この場合、計測
（検出）時と音速補正時との間の時間のズレによる誤差
が生じる。特に急激な温度変化が起きているときは、誤
差が大きくなる。
となく、それらの変化に起因した音速変化の補正が行え
る。流体及び管の温度、圧力を他のセンサで計測しそれ
によって音速を補正する方法もあるが、この場合、計測
（検出）時と音速補正時との間の時間のズレによる誤差
が生じる。特に急激な温度変化が起きているときは、誤
差が大きくなる。
この点、本発明によれば、流量の基本となる伝播時間差
信号と、補正の基本となる平均伝播−間とは常に同時に
計測されるため検出時間のズレによる誤差は生じない。
信号と、補正の基本となる平均伝播−間とは常に同時に
計測されるため検出時間のズレによる誤差は生じない。
本発明は、使用する関数発生器の関数を変えることによ
り、あらゆる流体を計測の対象とする超音波流量計に適
用することができる。
り、あらゆる流体を計測の対象とする超音波流量計に適
用することができる。
第１図は従来の超音波流量計を示すブロック図、第２図
は流量計測に必要な諸量の関係説明図、第３図は本発明
の一実施例を示すブロック図、第４図は平均伝播時間（
Ｔｏ ）と流体中の伝播時間（Ｔｏ−τ）の関係を示す
グラフ、第５図は平均伝播時間平均伝播時間（Ｔｏ）と
補正係数との関係を示すグラフ、である。 符号説明 １．１・・・・・・超音波振動子、２，２・・・・・・
クサビ部材、３・・・・・・流体、４・・・・・・管、
５・・・・・・発信部、６ａ。 ６ｂ、 ６ｃ・・・・・・切替スイッチ部、７・・・・
・・受信及び時間計測回路、８・・・・・・記憶回路（
Ｔ１）、９・・・・・・記憶回路（Ｔ２）、１０・・・
・・・時間差（ΔＴ）演算部、１１・・・・・・スケー
ル７アクタ演算部、工２・・・・・・平均伝播時間（Ｔ
ｏ ）演算部、１３・・・・・・音速補正演算部代理人
弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 清 杭１図 第 ２ 図 溝４ 図 Ｊ’ｒ、、−
は流量計測に必要な諸量の関係説明図、第３図は本発明
の一実施例を示すブロック図、第４図は平均伝播時間（
Ｔｏ ）と流体中の伝播時間（Ｔｏ−τ）の関係を示す
グラフ、第５図は平均伝播時間平均伝播時間（Ｔｏ）と
補正係数との関係を示すグラフ、である。 符号説明 １．１・・・・・・超音波振動子、２，２・・・・・・
クサビ部材、３・・・・・・流体、４・・・・・・管、
５・・・・・・発信部、６ａ。 ６ｂ、 ６ｃ・・・・・・切替スイッチ部、７・・・・
・・受信及び時間計測回路、８・・・・・・記憶回路（
Ｔ１）、９・・・・・・記憶回路（Ｔ２）、１０・・・
・・・時間差（ΔＴ）演算部、１１・・・・・・スケー
ル７アクタ演算部、工２・・・・・・平均伝播時間（Ｔ
ｏ ）演算部、１３・・・・・・音速補正演算部代理人
弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 清 杭１図 第 ２ 図 溝４ 図 Ｊ’ｒ、、−
Claims (1)
- １）流体の流れを横切ってその流れに順方向および逆方
向にそれぞれ超音波を送受波してその間の伝播時間Ｔｌ
＃ ’ｒ２および両者の平均伝播時間ＴＯをめ、該Ｔｏ
を含む所定の演算式を演算することにより前記〆Ｃ体の
流量を測定する超音波流量計であって、前記演算式にお
ける超音波伝播時の音速に依存する補正量を前記ＴＯの
関数として記憶し田方することのできる関数発生器を具
備し、流量測定値から音速変化による影響を除去するよ
うにしたことを特徴とする超音波流量計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58204886A JPS6098313A (ja) | 1983-11-02 | 1983-11-02 | 超音波流量計 |
| DE19843438976 DE3438976A1 (de) | 1983-11-02 | 1984-10-24 | Verfahren zur ultraschall-durchflussmessung und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58204886A JPS6098313A (ja) | 1983-11-02 | 1983-11-02 | 超音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6098313A true JPS6098313A (ja) | 1985-06-01 |
| JPH0447770B2 JPH0447770B2 (ja) | 1992-08-04 |
Family
ID=16498021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58204886A Granted JPS6098313A (ja) | 1983-11-02 | 1983-11-02 | 超音波流量計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6098313A (ja) |
| DE (1) | DE3438976A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004020569A (ja) * | 2002-06-13 | 2004-01-22 | Krohne Ag | 超音波流量測定方法 |
| JP2011127948A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-30 | Toyota Central R&D Labs Inc | 流速測定装置 |
| CN110383014A (zh) * | 2017-03-07 | 2019-10-25 | Abb瑞士股份有限公司 | 用于测量管道中流体的流速的设备和方法 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0749976B2 (ja) * | 1986-02-26 | 1995-05-31 | 富士電機株式会社 | 超音波式測定装置 |
| DE3923409A1 (de) * | 1989-07-14 | 1991-01-24 | Danfoss As | Nach dem coriolis-prinzip arbeitendes massendurchfluss-messgeraet |
| DE4241226A1 (de) * | 1992-12-08 | 1994-06-09 | Abb Patent Gmbh | Durchflußmeßvorrichtung |
| DE4302368C1 (de) * | 1993-01-28 | 1994-07-21 | Spanner Pollux Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall-Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Fluiden |
| DE10026568C2 (de) * | 2000-05-30 | 2002-11-21 | Siemens Ag | Verbindungsstück für ein Ultraschallwandlergehäuse |
| DE10138323C1 (de) * | 2001-08-10 | 2003-04-17 | Danfoss As | Messendurchflußmeßgerät und Verfahren zum Messen eines Massendurchflusses |
| DE10232101C1 (de) * | 2002-06-13 | 2003-09-25 | Krohne Ag Basel | Ultraschalldurchflußmeßverfahren |
| DE102021104576A1 (de) | 2021-02-25 | 2022-08-25 | Ifm Electronic Gmbh | Verfahren, Sensoreinheit und Ultraschall-Durchflussmessvorrichtung zur Bestimmung eines Durchflusses eines fluiden Mediums durch eine Rohrleitung mittels Ultraschallwellen |
-
1983
- 1983-11-02 JP JP58204886A patent/JPS6098313A/ja active Granted
-
1984
- 1984-10-24 DE DE19843438976 patent/DE3438976A1/de active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004020569A (ja) * | 2002-06-13 | 2004-01-22 | Krohne Ag | 超音波流量測定方法 |
| JP2011127948A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-30 | Toyota Central R&D Labs Inc | 流速測定装置 |
| CN110383014A (zh) * | 2017-03-07 | 2019-10-25 | Abb瑞士股份有限公司 | 用于测量管道中流体的流速的设备和方法 |
| US11215489B2 (en) | 2017-03-07 | 2022-01-04 | Abb Schweiz Ag | Apparatus and method for measuring the flow velocity of a fluid in a pipe |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0447770B2 (ja) | 1992-08-04 |
| DE3438976A1 (de) | 1985-05-09 |
| DE3438976C2 (ja) | 1988-06-09 |
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