JPS6123922A - 流速・流量測定装置 - Google Patents
流速・流量測定装置Info
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- JPS6123922A JPS6123922A JP14582984A JP14582984A JPS6123922A JP S6123922 A JPS6123922 A JP S6123922A JP 14582984 A JP14582984 A JP 14582984A JP 14582984 A JP14582984 A JP 14582984A JP S6123922 A JPS6123922 A JP S6123922A
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- Japan
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- circuit
- flow rate
- switching
- flow velocity
- fluid
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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)
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- 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】
〈発明の技術分野〉
本発明は、例えば超音波を利用して、流体の流速ないし
は流量を測定する相関型の流速・流量測定装置に関する
。
は流量を測定する相関型の流速・流量測定装置に関する
。
〈発明の背景〉
従来超音波を利用したこの種装置には、伝播時間差方式
およびドツプラ一方式の２種類か実用化されている。前
者の方式＋ｉ、流体の流れに沿う方向と、流れに反する
方向とに超音波を発するとき、超音波の伝播時間に差が
生ずるのを利用して、流速や流量を求める方式であり、
また後者の方式は、流体中のこみ、泡等の混在物に超音
波を発するとき、その反射波との間にドツプラー効果が
生ずるのを利用して、流速や流量を求める方式である。
およびドツプラ一方式の２種類か実用化されている。前
者の方式＋ｉ、流体の流れに沿う方向と、流れに反する
方向とに超音波を発するとき、超音波の伝播時間に差が
生ずるのを利用して、流速や流量を求める方式であり、
また後者の方式は、流体中のこみ、泡等の混在物に超音
波を発するとき、その反射波との間にドツプラー効果が
生ずるのを利用して、流速や流量を求める方式である。
ところが前者の伝播時間差方式の場合、流体中にごみ等
の混入物が存在すると、超音波の径路が妨害されるため
、流速・流−甲の測定か困難となり、一方後者のド・ン
プラ一方式の場合、流体中に混入物が混在しないと、反
射波が得られず、同様に流速・流量測定か困難となる。
の混入物が存在すると、超音波の径路が妨害されるため
、流速・流−甲の測定か困難となり、一方後者のド・ン
プラ一方式の場合、流体中に混入物が混在しないと、反
射波が得られず、同様に流速・流量測定か困難となる。
従ってこれらの各方式は、流体中の混入物の有無によっ
て、流速・流量の測定可否やその精度が左右される。そ
こで近年、混入物の有無とは無関係に流速・流量の測定
が可能な相関型の流速・流量測定装置が提案された。こ
の相関型の装置は、被測定流体中を伝幡する超音波か流
体中の微粒子の存在や、流体の渦更には振動等により変
調を受けることに着目したものであり、この変調成分を
復調し、その流体の状態を一種の雑音性の信号として抽
出する方式である。
て、流速・流量の測定可否やその精度が左右される。そ
こで近年、混入物の有無とは無関係に流速・流量の測定
が可能な相関型の流速・流量測定装置が提案された。こ
の相関型の装置は、被測定流体中を伝幡する超音波か流
体中の微粒子の存在や、流体の渦更には振動等により変
調を受けることに着目したものであり、この変調成分を
復調し、その流体の状態を一種の雑音性の信号として抽
出する方式である。
第５図に示す従来の相関型流速・流量測定装置は、流体
の流れ（図中、矢印で示す）と直交する方向に、超音波
を発する送信体ＩＡと、これを受信する受信体２Ａとを
対向配備し、更に一定距離り下流位置に同様の送信体Ｉ
Ｂおよび受信体２Ｂを配備したものであり、これら２地
点において前記雑音性の信号を抽出し、両信号の相関か
ら流体の流速や流量を測定している。
の流れ（図中、矢印で示す）と直交する方向に、超音波
を発する送信体ＩＡと、これを受信する受信体２Ａとを
対向配備し、更に一定距離り下流位置に同様の送信体Ｉ
Ｂおよび受信体２Ｂを配備したものであり、これら２地
点において前記雑音性の信号を抽出し、両信号の相関か
ら流体の流速や流量を測定している。
すなわち第２図において、流体の流速を■、２組の送受
信体間の距離をし、相関が最大となる時間をＴとすると
、流速■はつきの■式で求めることかできる。
信体間の距離をし、相関が最大となる時間をＴとすると
、流速■はつきの■式で求めることかできる。
Ｖ−１−／ ７ ・・・・・ ■
ところか上記の相関型装置においては、前記雑音性信号
の保存性が乏しく、流体が距離りを移動する間に流体の
状態かくすれ、信号パターンか変化するという問題があ
る。このため一致しない信号相互間につき相関をとる結
果となり、十分な測定精度を得るのに、測定時間を長く
設定してデータを平均化する等の処置か必要である。
の保存性が乏しく、流体が距離りを移動する間に流体の
状態かくすれ、信号パターンか変化するという問題があ
る。このため一致しない信号相互間につき相関をとる結
果となり、十分な測定精度を得るのに、測定時間を長く
設定してデータを平均化する等の処置か必要である。
〈発明の目的〉
本発明は、伝播時間差方式やドツプラ一方式のように液
体中の混入物の有無とは無関係に流速や流量の測定か可
能であり、かつ従来の相関型のものの欠点を改善した新
規な流速・流量測定装置を提供することを目的とする。
体中の混入物の有無とは無関係に流速や流量の測定か可
能であり、かつ従来の相関型のものの欠点を改善した新
規な流速・流量測定装置を提供することを目的とする。
〈発明の構成および効果〉
上記目的を達成するため、本発明では、例えば複数の受
信子を整列配置した状態の受信体を送信体に対向配備し
、各受信子を流速に比へて十分に速く切り換えることに
より、前記雑音性の信号の送受波を行なうと共に、受信
波の復調出力とこれを遅延させた信号とにつき電圧制御
発振器や用いた波形判別回路にて相関をとり、電圧制御
発振器の発振周波数に基づき流体の流速や流量を算出す
るよう・構成した。
信子を整列配置した状態の受信体を送信体に対向配備し
、各受信子を流速に比へて十分に速く切り換えることに
より、前記雑音性の信号の送受波を行なうと共に、受信
波の復調出力とこれを遅延させた信号とにつき電圧制御
発振器や用いた波形判別回路にて相関をとり、電圧制御
発振器の発振周波数に基づき流体の流速や流量を算出す
るよう・構成した。
本発明によれば、高速切換えで得た雑音性信号をもって
相関をとるから、相関されるべき信号の保存性か高く、
流速・流量測定を短時間かつ高精度で実施可能となった
。而も本発明の方式の場合、従前の伝播時間差方式やド
ツプラ一方式のように流体中の混入物の有無により測定
の可否やその精度が左右されることが全くない等、発明
目的を達成した顕著な効果“を奏する。
相関をとるから、相関されるべき信号の保存性か高く、
流速・流量測定を短時間かつ高精度で実施可能となった
。而も本発明の方式の場合、従前の伝播時間差方式やド
ツプラ一方式のように流体中の混入物の有無により測定
の可否やその精度が左右されることが全くない等、発明
目的を達成した顕著な効果“を奏する。
〈実施例の説明〉
第４図は、本発明にかかる流速・流量測定装置の基本原
理並びに基本構成を示すものである。
理並びに基本構成を示すものである。
図示例の装置は、超音波を利用して、管９内を流れる流
体の流速や”流量を測定するものであり、管９の外面に
は流れと直交する方向に一対の超音波送信体１および受
信体２が対向配備されている。送信体１は超音波発振器
１０が出力する高周波信号を超音波に変換し、これを管
９内の流体中へ投射する。この超音波は、流体中の微粒
子の存在や、流体の渦更には振動等によって振幅変調或
いは位相変調を受けつつ伝幡され、前記受信体２に到達
して受波される。本発明の受信体２は、複数の受信子２
０．２０を流れの方向に沿い整列配置して構成されてお
り、各受信子２０を切換回路３を用いて流れ方向へ順次
切り換えて、変調を受けた超音波を受信する。
体の流速や”流量を測定するものであり、管９の外面に
は流れと直交する方向に一対の超音波送信体１および受
信体２が対向配備されている。送信体１は超音波発振器
１０が出力する高周波信号を超音波に変換し、これを管
９内の流体中へ投射する。この超音波は、流体中の微粒
子の存在や、流体の渦更には振動等によって振幅変調或
いは位相変調を受けつつ伝幡され、前記受信体２に到達
して受波される。本発明の受信体２は、複数の受信子２
０．２０を流れの方向に沿い整列配置して構成されてお
り、各受信子２０を切換回路３を用いて流れ方向へ順次
切り換えて、変調を受けた超音波を受信する。
この切換操作はスキャニングと称され、その切換え速度
は。流速に比べて十分に速い値に設定する。ここで受信
体２の長さをし、受信体２を構成する受信子２０の数を
Ｎ、発振器３０が出力する切換回路３の切換信号の周波
数をｆｌとすると、切換え速度Ｖｓは、つきの０式で与
えられる。
は。流速に比べて十分に速い値に設定する。ここで受信
体２の長さをし、受信体２を構成する受信子２０の数を
Ｎ、発振器３０が出力する切換回路３の切換信号の周波
数をｆｌとすると、切換え速度Ｖｓは、つきの０式で与
えられる。
■・−Ｌｆ、 ・・・・・・・・・■前記の切換回路
３は受信体２より取り込んだ超音波信号を増幅回路３１
を介して復調回路４へ出力する。この復調回路４は前記
変調成分を復調し、これを流体中の雑音性信号として検
出するものである。この雑音性信号は、波形判別回路５
および可変遅延回路６へ夫々送られ、波形判別回路５は
雑音性信号と遅延出力信号との位相差をチェックする。
３は受信体２より取り込んだ超音波信号を増幅回路３１
を介して復調回路４へ出力する。この復調回路４は前記
変調成分を復調し、これを流体中の雑音性信号として検
出するものである。この雑音性信号は、波形判別回路５
および可変遅延回路６へ夫々送られ、波形判別回路５は
雑音性信号と遅延出力信号との位相差をチェックする。
前記可変遅延回路６は、例えばＢ Ｂ Ｄ （Ｂｕｃｋ
ｅｔＢｒｉｇａｄｅ Ｄｅｖｉｃｅ ）、ＣＣＤ （Ｃ
ｌｕｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ ＤｅｖｉＣｅ）等をもっ
て形成され、その段数を前記受信子数と同じＮとし、ま
た遅延量制御用のクロック周波数をｆ２とすれは、遅延
量Ｔはつきの０式で表わされる。
ｅｔＢｒｉｇａｄｅ Ｄｅｖｉｃｅ ）、ＣＣＤ （Ｃ
ｌｕｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ ＤｅｖｉＣｅ）等をもっ
て形成され、その段数を前記受信子数と同じＮとし、ま
た遅延量制御用のクロック周波数をｆ２とすれは、遅延
量Ｔはつきの０式で表わされる。
Ｔ−一 ・・・・・・ ■
波形判５１３１１回路５は、雑音性信号をスキャニング
周期毎に観測し、前回のスキャンにかかる雑音性信号（
可変遅延回路６の出力に相当する）と今回のスキャンに
かかる雑音性信号（復調回路４の出力に相当する）とを
比較し、両者の波形が一致するか否かを判別する。尚ス
キャニング周期とは、全ての受信子２０の切換えに要す
る時間を指す。
周期毎に観測し、前回のスキャンにかかる雑音性信号（
可変遅延回路６の出力に相当する）と今回のスキャンに
かかる雑音性信号（復調回路４の出力に相当する）とを
比較し、両者の波形が一致するか否かを判別する。尚ス
キャニング周期とは、全ての受信子２０の切換えに要す
る時間を指す。
今復調回路４が出力する雑音性信号の波形をＳ（【）と
すると、波形判別回路５において波形の一致が認められ
る場合には、照合される信号波形間にはつきの０式か成
立する。
すると、波形判別回路５において波形の一致が認められ
る場合には、照合される信号波形間にはつきの０式か成
立する。
そして前記０式および０式から、流速■はつぎの０式て
与えられる。但しΔｆ：ｆ２−ｆ、である。
与えられる。但しΔｆ：ｆ２−ｆ、である。
ｖ−一（ｆ２−ｆｌ）＝−Δｆ ・・・・・・・・・
■Ｎ Ｎ かくて波形判別回路５は２つの信号入力波形に位相差が
生じているとき、可変遅延回路６の遅延量を制御するク
ロック周波数［２を変化させて、両波形を一致させる。
■Ｎ Ｎ かくて波形判別回路５は２つの信号入力波形に位相差が
生じているとき、可変遅延回路６の遅延量を制御するク
ロック周波数［２を変化させて、両波形を一致させる。
尚この場合、切換周波数ｆ１を変化させても、波形の一
致を得ることができる。そして波形判別回路５か一致判
別を行なったとき、演算回路７において、切換回路３の
切換え周波数ｆ、およびクロック周波数ｆ２をデータ入
力して、前記０式により流速■を求め、更に流速■に流
体の断面積を乗じて流量を算出する。
致を得ることができる。そして波形判別回路５か一致判
別を行なったとき、演算回路７において、切換回路３の
切換え周波数ｆ、およびクロック周波数ｆ２をデータ入
力して、前記０式により流速■を求め、更に流速■に流
体の断面積を乗じて流量を算出する。
第１図は本発明にかかる装陥の具体構成例を示し、図中
、受信体２、切換回路３、増幅回路３１、復調回路４お
よび、可変遅延回路６は、前記第１図と同様の構成であ
る。復調回路４は流体中の雑音性信号を取り出し、これ
を微分回路８および可変遅延回路６へ夫々出力する。微
分回路８は雑音性信号に９０度の位相ずれを付与するた
めの回路であり、その微分出力および可変遅延回路６の
遅延出力は波形判別回路５へ送られる。図示例の波形判
別回路５は、乗算回路５１、ローパスフィルタ５２およ
び、電圧制御発振器５３より成り、前記微分出力および
遅延出力にかかる両信号波形が一致するか否かを判別す
る。乗算回路５１は２人力を乗算するものであり、両信
号波形が一致するときは、前記微分回路８の等大によっ
て、その乗算出力は最小（ゼロ）となる。乗算出力は、
ローパスフィルタ５２によってその高調波成分か除去さ
れた後、電圧制御発振器５３は、ローパスフィルタ５２
を通過した信号の大きさに応じて自己の発振周波数１２
を変化させるものであり、その発振出力は遅延量制御用
のクロック信号として可変遅延回路６へ送られる。
、受信体２、切換回路３、増幅回路３１、復調回路４お
よび、可変遅延回路６は、前記第１図と同様の構成であ
る。復調回路４は流体中の雑音性信号を取り出し、これ
を微分回路８および可変遅延回路６へ夫々出力する。微
分回路８は雑音性信号に９０度の位相ずれを付与するた
めの回路であり、その微分出力および可変遅延回路６の
遅延出力は波形判別回路５へ送られる。図示例の波形判
別回路５は、乗算回路５１、ローパスフィルタ５２およ
び、電圧制御発振器５３より成り、前記微分出力および
遅延出力にかかる両信号波形が一致するか否かを判別す
る。乗算回路５１は２人力を乗算するものであり、両信
号波形が一致するときは、前記微分回路８の等大によっ
て、その乗算出力は最小（ゼロ）となる。乗算出力は、
ローパスフィルタ５２によってその高調波成分か除去さ
れた後、電圧制御発振器５３は、ローパスフィルタ５２
を通過した信号の大きさに応じて自己の発振周波数１２
を変化させるものであり、その発振出力は遅延量制御用
のクロック信号として可変遅延回路６へ送られる。
しかして上記の構成は、一種のＰ Ｌ Ｉ−（Ｐｂａｓ
ｅｄＬｏｃｋ Ｌｏｏｐ ）の帰還ループを形成してお
り、微分回路８の微分出力と可変遅延回路６の遅延出力
との位相差かゼロとなるように、可変遅延回路６の遅延
量を電圧制御発振器５３の出力信号をもって制御するも
のである。従ってこの帰還ループかロックした状態にあ
る場合には、前記の００式が成立し、演算回路７におい
て０式の計算を実施することによって、流速Ｖ更には流
量を求めることができる。
ｅｄＬｏｃｋ Ｌｏｏｐ ）の帰還ループを形成してお
り、微分回路８の微分出力と可変遅延回路６の遅延出力
との位相差かゼロとなるように、可変遅延回路６の遅延
量を電圧制御発振器５３の出力信号をもって制御するも
のである。従ってこの帰還ループかロックした状態にあ
る場合には、前記の００式が成立し、演算回路７におい
て０式の計算を実施することによって、流速Ｖ更には流
量を求めることができる。
第２図は本発明の他の実施例を示し、電圧制御発振器５
３の出力信号（周波数ｆ＋）を切換回路３へ送って切換
周波数を制御するものであり、この場合、可変遅延回路
６にはクロック発生器６０から一定周波数１２のクロッ
ク信号を送って一定の遅延量を設定する。
３の出力信号（周波数ｆ＋）を切換回路３へ送って切換
周波数を制御するものであり、この場合、可変遅延回路
６にはクロック発生器６０から一定周波数１２のクロッ
ク信号を送って一定の遅延量を設定する。
尚上記第１図および第２図の実施例では、微分回路８は
可変遅延回路６と別の径路の方に設けたか、第３図に示
す如く、可変遅延回路６と同し径路側に設けても可い。
可変遅延回路６と別の径路の方に設けたか、第３図に示
す如く、可変遅延回路６と同し径路側に設けても可い。
また上記の各実施例は、超音波を利用した流速・流量測
定装置であるが、本発明は超音波に限らず、電磁波を用
いる装置にも適用実施できる。
定装置であるが、本発明は超音波に限らず、電磁波を用
いる装置にも適用実施できる。
第１図は本発明にかかる流速・流量測定装置の基本原理
および基本構成を示すブロック図、第２図は本発明の装
置の具体構成例を示すブロック図、第３図および第４図
は他の実施例を示すブロック図、第５図は従来例の構成
を示す説明図である。 ■・・・送信体 ２・・・・・受信体２０ ・・
受信子 ３・・・・・切換回路４・・・・復調回路
５・・・・・波形判別回路６・・・可変遅延回路７
・・演算回路５１・・・・・・乗算回路 ５３・・
・・・電圧制御発振器貧１４− 図 →３ 図 分、ｊ図
および基本構成を示すブロック図、第２図は本発明の装
置の具体構成例を示すブロック図、第３図および第４図
は他の実施例を示すブロック図、第５図は従来例の構成
を示す説明図である。 ■・・・送信体 ２・・・・・受信体２０ ・・
受信子 ３・・・・・切換回路４・・・・復調回路
５・・・・・波形判別回路６・・・可変遅延回路７
・・演算回路５１・・・・・・乗算回路 ５３・・
・・・電圧制御発振器貧１４− 図 →３ 図 分、ｊ図
Claims (1)
- 超音波等の検出波を被測定流体中へ発して、流体より雑
音性の信号を検出すると共に、雑音性の信号の移動速度
に基づき、流体の流速、流量を測定する装置において、
被測定流体の流れと直交する方向に対向配備され少なく
とも一方は複数の送信若しくは受信子を整列配置して構
成された検出波の送信手段および受信手段と、送信若し
くは受信子を順次切り換えて検出波の送受波を行なう切
換回路と、受信波より前記雑音性の信号を取り出す復調
回路と、雑音性信号を遅延させた信号を形成する遅延回
路と、復調回路および遅延回路の各出力を乗算する乗算
回路と、乗算回路の出力に応じて発振周波数を変化させ
て前記切換回路の切換速度若しくは遅延回路の遅延量を
制御する電圧制御発振器と、電圧制御発振器の発振周波
数に基づき流速・流量を算出する演算回路とから成る流
速・流量測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14582984A JPS6123922A (ja) | 1984-07-12 | 1984-07-12 | 流速・流量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14582984A JPS6123922A (ja) | 1984-07-12 | 1984-07-12 | 流速・流量測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6123922A true JPS6123922A (ja) | 1986-02-01 |
| JPH0511249B2 JPH0511249B2 (ja) | 1993-02-15 |
Family
ID=15394079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14582984A Granted JPS6123922A (ja) | 1984-07-12 | 1984-07-12 | 流速・流量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6123922A (ja) |
-
1984
- 1984-07-12 JP JP14582984A patent/JPS6123922A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0511249B2 (ja) | 1993-02-15 |
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