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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- velocity
- 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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