JPS6261893B2 - - Google Patents
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- JPS6261893B2 JPS6261893B2 JP56130224A JP13022481A JPS6261893B2 JP S6261893 B2 JPS6261893 B2 JP S6261893B2 JP 56130224 A JP56130224 A JP 56130224A JP 13022481 A JP13022481 A JP 13022481A JP S6261893 B2 JPS6261893 B2 JP S6261893B2
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Classifications
-
- 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)
Description
本発明は、超音波が被測定媒体中を伝搬する時
間を流れに対して順方向および逆方向について検
出して、その媒体流量を測定するもので、特に、
多数の被測定媒体を切換選択して、そのそれぞれ
の流量を測定することのできる超音波流量測定装
置に関する。 従来公知な超音波流量計の一例として、電圧制
御形発振器で発振される周波数ｆのパルス信号を
Ｎ個計数する時間と、流体中の超音波の伝搬時間
とを一致させるようにその電圧制御形発振器の発
振周波数ｆを制御する閉ループを構成し、一方の
振動子の発振と同期して、この周波数ｆのパルス
をＮ個計数するカウンタの出力を時間差検出回路
に入力し、他方、超音波受信信号をもこの時間差
検出回路に入力して、時間差を出力し、その時間
差が零となるように閉ループを構成したものがあ
る。このような従来の超音波流量計の一例を第１
図に示す。図において、電圧制御形発振回路１０
は、制御電圧の大きさによつてその発振周波数が
変化する２つの電圧制御形発振器（以下VCOと
いう）１３および１５を有している。VCO１３
の発振出力信号２１（周波数f1）とVCO１５の発
振出力信号２３（周波数f2）とを、スイツチ２５
で切換えて、それによつて得られる電圧制御形発
振回路１０の出力信号２９をパルス発生回路２７
に供給する。パルス発生回路２７は、信号２９に
同期してパルス信号３１を発生すると共に、計数
開始信号３３を発生する。このパルス信号３１に
基づいて送信回路３５はトランスジユーサ駆動信
号３７を発生する。 ２つのトランスジユーサ４１および４３は、ス
イツチ４５の切換えによつて交互に供給されるト
ランスジユーサ駆動信号３７に応じて、一方は電
気信号を音響信号（超音波４５あるいは４７）に
変換する送信側として、そして他方はその音響信
号を電気信号に変換する受信側として働く。この
音響信号を受信して得た電気信号は、切換スイツ
チ５１を介して受信信号５３として受信回路５５
に導入される。受信回路５５は受信信号５３に応
じて受波検出信号５７を時間差検出回路５９に供
給する。 また、計数開始信号３３によつて付勢されたカ
ウンタ６１は電圧制御形発振回路１０の出力信号
２９を計数する。このカウンタ６１は、その計数
状態が予め設定された数値Ｎになると、パルス出
力信号６３を時間差検出回路５９に供給し、しか
る後リセツトされる。時間差検出回路５９は、両
信号５７および６３の時間差を検出し、その時間
差に応じた電圧の制御信号６５を発生する。この
制御信号６５は、スイツチ６７で切換えられ、電
圧制御形発振回路１０内の両VCO１３および１
５のいずれか一方に導入されて、その発振周波数
f1あるいはf2を制御する。 第２図は、被測定流体の管路に両トランスジユ
ーサを取付けた状態を示し、また超音波の伝搬を
示す。図において、対向配置された上流側トラン
スジユーサ４１から発射された超音波は、それを
管７１内に斜めに伝搬させるプラスチツクくさび
７３および管７１を介して被測定流体７５へ伝搬
し、再び管７１の壁および別なプラスチツクくさ
び７７を介して下流側トランスジユーサ４３に伝
搬する。この場合に、上流側トランスジユーサ４
１から下流側トランスジユーサ４３への超音波順
方向伝搬時間T1は、 T1＝Ｄ／ｃｏｓθ／Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ (1) として与えられる。また、逆に下流側トランスジ
ユーサ４３から上流側トランスジユーサ４１への
超音波逆方向伝搬時間T2は、 T2＝Ｄ／ｃｏｓθ／Ｃｗ−Ｖｓｉｎθ (2) として与えられる。ここで、Ｄは管７１の内径、
Ｃwは流体７５が静止しているときにおけるその
流体７５中の音速、Ｖは流体７５の流速、θは超
音波が流体７５中に入射する際の入射角である。
なお、ここでは、両くさび７３，７７および管７
１の管厚部を超音波が伝搬する時間は無視する。 次に、第１図および第２図を参照して、流体７
５の流量測定について述べる。なお、この測定原
理は位相ロツクループを利用した公知なものであ
るので簡単に説明する。先ず、全ての切換スイツ
チ２４，４５，５１および６７をそれぞれ接点ｍ
側に接続して順方向モードとする。この場合、電
圧制御形発振回路１０から得られる周波数f1の出
力信号２９に基づいて、超音波４５の伝搬時間
T1は前述した(1)式で表わされる。またカウンタ
６１の計数状態がＮに達するまでの時間ＴはＮ／
f1である。この時間Ｔと先の伝搬時間T1とが所定
の関係（この場合等しくする）となるように、
VCO１３の発振周波数f1を帰還制御する位相ロツ
クループを形成している。従つて、この系が安定
したら、Ｎ／f1＝T1となるから、 f1＝Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／Ｄ／ｃｏｓθ (3) の関係が成立する。 また、全ての切換スイツチ２５，４５，５１お
よび６７をそれぞれ接点ｎ側に切換えて逆方向モ
ードとする。この場合も同様にして、前述した(2)
式で表わされる超音波４７の伝搬時間T2とカウ
ンタ６１が計数状態Ｎに達するまでの時間Ｔとが
所定の関係（この場合等しくする）となるよう
に、VCO１５を含む位相ロツクループの系が安
定する。従つて、VCO１５の発振周波数f2は、 f2＝Ｎ（Ｃｗ−Ｖｓｉｎθ）／Ｄ／ｃｏｓθ (4) として表わされる。 これら両周波数の差Δｆ（＝f1−f2）をとると、 Δｆ＝２Ｎｓｉｎθ／Ｄ／ｃｏｓθ・Ｖ＝Ｎｓｉ
ｎ２θ／Ｄ・Ｖ(5) として与えられる。従つて、入射角θが一定であ
れば周波数差Δｆは流体７５の流速Ｖのみの関数
として与えられるから、両信号２１および２３を
計数してそれら両周波数の差Δｆを求めれば、そ
の値から流体７５の流速Ｖが計算できる。従つ
て、被測定流体７５の流量を測定することができ
る。 しかしながら、このような超音波流量計におい
ては、一対のトランスジユーサ４１および４３の
超音波伝搬時間検出部とそれ以外の伝搬時間−周
波数変換部とが１対１に固定されていた。そのた
め、被測定流体７５の管路７１に両トランスジユ
ーサ４１および４３を取付ける度毎に、諸種の調
整が必要であつた。例えば、管路の口径Ｄの相違
により内部の設定状態を変更しなければならず、
スパンの調整を必要とし、検出部の変更により波
形バランス調整を必要とした。このような理由に
より、従来の超音波流量計にあつては、被測定媒
体を任意に交替させて測定を行う方式は採用され
ていなかつた。従つて、切換選択方式の可能な超
音波流量測定装置の実現が要請されていた。 本発明の目的は、このような要請に応えるもの
で、被測定媒体の切換選択方式の可能な超音波流
量測定装置を提供することにある。 本発明では、複数組のトランスジユーサ対と；
該複数組のトランスジユーサ対を選択的に切換え
て一つのトランスジユーサ対を選択する手段と；
当該選択されたトランスジユーサ対のトランスジ
ユーサ間で超音波が被測定媒体中を流れに対して
順方向および逆方向に伝搬するそれぞれの時間
と、カウンタが発振器の発振出力を設定値まで計
数するのに要する時間とがそれぞれ所定の関係と
なるように、前記発振器の２つの発振周波数を制
御する手段と；前記超音波が順方向および逆方向
に伝搬するときの前記２つの前記発振周波数から
前記被測定媒体の流量を測定する手段と；前記ト
ランスジユーサ対を切換選択すると共に前記カウ
ンタの設定値を変化させる手段とを具え、前記複
数組のトランスジユーサ対の各トランスジユーサ
対のトランスジユーサ間に存在する被測定媒体の
流量を選択的に測定するように構成することによ
つて上述の目的を達成する。 以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する。 第３図は本発明の実施例であり、ここで、第１
図と同一符号は同一回路等を示す。第１図と異な
る点は、それぞれ別個な被測定流体の管路に取付
けた複数組のトランスジユーサ対T1，T2，…，
Ｔoを切換スイツチ３０１および３０３で切換選
択するようにしたことである。また、本装置全体
の制御および演算処理をなす中応演算処理装置
（以下CPUと称する）３１０を示した。両VCO１
３および１５の両発振出力信号２１および２３
は、両開閉スイツチ３２１および３２３を介して
CPU３１０に導入する。 上記構成における動作を説明する。先ず、
CPU３１０からの第１制御信号３５１によつて
両スイツチ３２１および３２３を開く。次に、Ｎ
設定信号３５３によつて、カウンタ６１の設定値
ＮをN1とすると共に第２制御信号３５５によつ
て両切換スイツチ３０１および３０３をそれぞれ
接点ａに接続して、トランスジユーサ対T1を選
択する。しかる後、第３制御信号３５７によつ
て、両切換スイツチ４５および５１をそれぞれ接
点ｐに接続すると共に第４制御信号３５９によつ
て両切換スイツチ２５および６７をそれぞれ接点
ｍに接続する。かような装置の状態で、CPU３
１０からの付勢信号３６１によつてパルス発生回
路２７を付勢する。すると、第１図に関して説明
した如く、トランスジユーサ４１１からトランス
ジユーサ４３１への順方向超音波伝搬時間T11
と、VCO１３の発振出力信号２１を計数するカ
ウンタ６１の計数状態がN1になる時間とが等し
くなるようにVCO１３の発振周波数f1が制御され
る。 次いで、CPU３１０からの第３制御信号３５
７によつて、両スイツチ４５および５１をそれぞ
れ接点ｑ側に切換えると共に、第４制御信号３５
９によつて両スイツチ２５および６７をそれぞれ
接点ｎ側に切換える。すると、第１図の場合と同
様に、トランスジユーサ４３１からトランスジユ
ーサ４１１への逆方向超音波伝搬時間t21と、
VCO１５の発振出力信号２３を計数するカウン
タ６１の計数状態がN1となるのに要する時間と
が等しくなるように、VCO１５の発振周波数f2を
制御する。 ここで、時間差検出回路５９からの出力信号３
４１は、この回路５９において両信号５７および
６３がある微少な時間範囲内で一致しかつ安定し
ていることを表わす信号である。 しかる後、第１制御信号３５１によつて、両ス
イツチ３２１および３２３を閉じる。CPU３１
０内のカウンタによつて、両発振出力信号２１お
よび２３を計数して、両発振周波数f1およびf2を
求める。これら両周波数f1，f2から、(5)式に基づ
き、周波数差Δｆを求める。 Δｆ＝f1−f2＝Ｎ１ｓｉｎ２θ１／Ｄ１・V1 (6) ここで、D1はトランスジユーサ対T1が設置さ
れた管路の内径、θ１はその際における超音波の
入射角、そしてV1はその被測定流体の流速であ
る。 このとき、両周波数f1，f2の大小関係、すなわ
ち周波数差Δｆの符号（プラス、マイナス）が被
測定流体の流れの方向を表わす。つまり、周波数
差Δｆの符号がプラスのときは正方向の流れ（第
２図において矢印方向の流れ）を表わし、マイナ
スのときは逆方向の流れを表わす。 同様にして、両トランスジユーサ４１２および
４３２の対T2あるいは両トランスジユーサ４１
３および４３３の対T3が設置されたそれぞれの
管路における被測定流体の流量を測定するには、
CPU３１０によつて、その第２制御信号３５５
で両切換スイツチ３０１および３０３を接点ｂあ
るいはｃに切換えると共にＮ設定信号３５３でカ
ウンタ６１の設定値ＮをN2あるいはN3と再設定
する。それ以外は同様な手順によればよい。な
お、周波数差Δｆと被測定流体の流速との関係の
一般式を示すと、 Δｆ＝Ｎｉ ｓｉｎ２θｉ／Ｄｉ・Ｖi(7) として表わされる。 従つて、任意の被測定流体の流速（流量）を
CPU３１０によつて演算する場合、(7)式のパラ
メータＮi，θiおよびＤiをその都度変更すればよ
い。 なお、被測定流体の選択は、全く順不動に任意
になしてもよいが、制御プログラムに基づいて、
トランスジユーサ対T1〜Ｔoを両スイツチ３０１
および３０３によつて順次切換えて行き、その切
換えに応じて諸パラメータを順次変更させ、(7)式
に基づいてそれぞれの被測定流体の流量を求める
ような走査形とすることもできる。 また、トランスジユーサ対を設置する管路の内
径Ｄはそれぞれ異なるものであつてもよい。 ところで、通常トランスジユーサ対Ｔiを切換
えると、装置状態が変るため所謂オフセツト（読
取誤差となる）の大きさが変る。また、温度等の
環境状態に因りドリフトが生起する。従つて、ド
リフトを含んだオフセツトを消去して、流量測定
誤差をなくす必要がある。かような手段の一例に
ついては、本出願人が同日付で提出した特許願
「超音波流量計」において自動零調方式について
紹介した。すなわち、超音波の順方向伝搬時間の
変換周波数は、VCO１３のみではなく、VCO１
５にも切換えて、かかる両発振周波数とする。ま
た、超音波の逆方向伝搬時間の変換周波数も、
VCO１５の発振周波数のみとするのではなく、
VCO１３にも切換えて、両VCOの発振周波数と
する。これら４つの発振周波数の値からそれぞれ
の被測定流体の流量を求めるようにする。する
と、オフセツトが自動的に消去されるから、トラ
ンスジユーサ対毎に調整する必要はない。 なお、管路の内径Ｄが変わつたときにも、カウ
ンタ設定値Ｎを変化させない場合には、第(3)式お
よび第(4)式に基づいて決定されるf1、f2は次に示
す表のとおりとなる。
間を流れに対して順方向および逆方向について検
出して、その媒体流量を測定するもので、特に、
多数の被測定媒体を切換選択して、そのそれぞれ
の流量を測定することのできる超音波流量測定装
置に関する。 従来公知な超音波流量計の一例として、電圧制
御形発振器で発振される周波数ｆのパルス信号を
Ｎ個計数する時間と、流体中の超音波の伝搬時間
とを一致させるようにその電圧制御形発振器の発
振周波数ｆを制御する閉ループを構成し、一方の
振動子の発振と同期して、この周波数ｆのパルス
をＮ個計数するカウンタの出力を時間差検出回路
に入力し、他方、超音波受信信号をもこの時間差
検出回路に入力して、時間差を出力し、その時間
差が零となるように閉ループを構成したものがあ
る。このような従来の超音波流量計の一例を第１
図に示す。図において、電圧制御形発振回路１０
は、制御電圧の大きさによつてその発振周波数が
変化する２つの電圧制御形発振器（以下VCOと
いう）１３および１５を有している。VCO１３
の発振出力信号２１（周波数f1）とVCO１５の発
振出力信号２３（周波数f2）とを、スイツチ２５
で切換えて、それによつて得られる電圧制御形発
振回路１０の出力信号２９をパルス発生回路２７
に供給する。パルス発生回路２７は、信号２９に
同期してパルス信号３１を発生すると共に、計数
開始信号３３を発生する。このパルス信号３１に
基づいて送信回路３５はトランスジユーサ駆動信
号３７を発生する。 ２つのトランスジユーサ４１および４３は、ス
イツチ４５の切換えによつて交互に供給されるト
ランスジユーサ駆動信号３７に応じて、一方は電
気信号を音響信号（超音波４５あるいは４７）に
変換する送信側として、そして他方はその音響信
号を電気信号に変換する受信側として働く。この
音響信号を受信して得た電気信号は、切換スイツ
チ５１を介して受信信号５３として受信回路５５
に導入される。受信回路５５は受信信号５３に応
じて受波検出信号５７を時間差検出回路５９に供
給する。 また、計数開始信号３３によつて付勢されたカ
ウンタ６１は電圧制御形発振回路１０の出力信号
２９を計数する。このカウンタ６１は、その計数
状態が予め設定された数値Ｎになると、パルス出
力信号６３を時間差検出回路５９に供給し、しか
る後リセツトされる。時間差検出回路５９は、両
信号５７および６３の時間差を検出し、その時間
差に応じた電圧の制御信号６５を発生する。この
制御信号６５は、スイツチ６７で切換えられ、電
圧制御形発振回路１０内の両VCO１３および１
５のいずれか一方に導入されて、その発振周波数
f1あるいはf2を制御する。 第２図は、被測定流体の管路に両トランスジユ
ーサを取付けた状態を示し、また超音波の伝搬を
示す。図において、対向配置された上流側トラン
スジユーサ４１から発射された超音波は、それを
管７１内に斜めに伝搬させるプラスチツクくさび
７３および管７１を介して被測定流体７５へ伝搬
し、再び管７１の壁および別なプラスチツクくさ
び７７を介して下流側トランスジユーサ４３に伝
搬する。この場合に、上流側トランスジユーサ４
１から下流側トランスジユーサ４３への超音波順
方向伝搬時間T1は、 T1＝Ｄ／ｃｏｓθ／Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ (1) として与えられる。また、逆に下流側トランスジ
ユーサ４３から上流側トランスジユーサ４１への
超音波逆方向伝搬時間T2は、 T2＝Ｄ／ｃｏｓθ／Ｃｗ−Ｖｓｉｎθ (2) として与えられる。ここで、Ｄは管７１の内径、
Ｃwは流体７５が静止しているときにおけるその
流体７５中の音速、Ｖは流体７５の流速、θは超
音波が流体７５中に入射する際の入射角である。
なお、ここでは、両くさび７３，７７および管７
１の管厚部を超音波が伝搬する時間は無視する。 次に、第１図および第２図を参照して、流体７
５の流量測定について述べる。なお、この測定原
理は位相ロツクループを利用した公知なものであ
るので簡単に説明する。先ず、全ての切換スイツ
チ２４，４５，５１および６７をそれぞれ接点ｍ
側に接続して順方向モードとする。この場合、電
圧制御形発振回路１０から得られる周波数f1の出
力信号２９に基づいて、超音波４５の伝搬時間
T1は前述した(1)式で表わされる。またカウンタ
６１の計数状態がＮに達するまでの時間ＴはＮ／
f1である。この時間Ｔと先の伝搬時間T1とが所定
の関係（この場合等しくする）となるように、
VCO１３の発振周波数f1を帰還制御する位相ロツ
クループを形成している。従つて、この系が安定
したら、Ｎ／f1＝T1となるから、 f1＝Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／Ｄ／ｃｏｓθ (3) の関係が成立する。 また、全ての切換スイツチ２５，４５，５１お
よび６７をそれぞれ接点ｎ側に切換えて逆方向モ
ードとする。この場合も同様にして、前述した(2)
式で表わされる超音波４７の伝搬時間T2とカウ
ンタ６１が計数状態Ｎに達するまでの時間Ｔとが
所定の関係（この場合等しくする）となるよう
に、VCO１５を含む位相ロツクループの系が安
定する。従つて、VCO１５の発振周波数f2は、 f2＝Ｎ（Ｃｗ−Ｖｓｉｎθ）／Ｄ／ｃｏｓθ (4) として表わされる。 これら両周波数の差Δｆ（＝f1−f2）をとると、 Δｆ＝２Ｎｓｉｎθ／Ｄ／ｃｏｓθ・Ｖ＝Ｎｓｉ
ｎ２θ／Ｄ・Ｖ(5) として与えられる。従つて、入射角θが一定であ
れば周波数差Δｆは流体７５の流速Ｖのみの関数
として与えられるから、両信号２１および２３を
計数してそれら両周波数の差Δｆを求めれば、そ
の値から流体７５の流速Ｖが計算できる。従つ
て、被測定流体７５の流量を測定することができ
る。 しかしながら、このような超音波流量計におい
ては、一対のトランスジユーサ４１および４３の
超音波伝搬時間検出部とそれ以外の伝搬時間−周
波数変換部とが１対１に固定されていた。そのた
め、被測定流体７５の管路７１に両トランスジユ
ーサ４１および４３を取付ける度毎に、諸種の調
整が必要であつた。例えば、管路の口径Ｄの相違
により内部の設定状態を変更しなければならず、
スパンの調整を必要とし、検出部の変更により波
形バランス調整を必要とした。このような理由に
より、従来の超音波流量計にあつては、被測定媒
体を任意に交替させて測定を行う方式は採用され
ていなかつた。従つて、切換選択方式の可能な超
音波流量測定装置の実現が要請されていた。 本発明の目的は、このような要請に応えるもの
で、被測定媒体の切換選択方式の可能な超音波流
量測定装置を提供することにある。 本発明では、複数組のトランスジユーサ対と；
該複数組のトランスジユーサ対を選択的に切換え
て一つのトランスジユーサ対を選択する手段と；
当該選択されたトランスジユーサ対のトランスジ
ユーサ間で超音波が被測定媒体中を流れに対して
順方向および逆方向に伝搬するそれぞれの時間
と、カウンタが発振器の発振出力を設定値まで計
数するのに要する時間とがそれぞれ所定の関係と
なるように、前記発振器の２つの発振周波数を制
御する手段と；前記超音波が順方向および逆方向
に伝搬するときの前記２つの前記発振周波数から
前記被測定媒体の流量を測定する手段と；前記ト
ランスジユーサ対を切換選択すると共に前記カウ
ンタの設定値を変化させる手段とを具え、前記複
数組のトランスジユーサ対の各トランスジユーサ
対のトランスジユーサ間に存在する被測定媒体の
流量を選択的に測定するように構成することによ
つて上述の目的を達成する。 以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する。 第３図は本発明の実施例であり、ここで、第１
図と同一符号は同一回路等を示す。第１図と異な
る点は、それぞれ別個な被測定流体の管路に取付
けた複数組のトランスジユーサ対T1，T2，…，
Ｔoを切換スイツチ３０１および３０３で切換選
択するようにしたことである。また、本装置全体
の制御および演算処理をなす中応演算処理装置
（以下CPUと称する）３１０を示した。両VCO１
３および１５の両発振出力信号２１および２３
は、両開閉スイツチ３２１および３２３を介して
CPU３１０に導入する。 上記構成における動作を説明する。先ず、
CPU３１０からの第１制御信号３５１によつて
両スイツチ３２１および３２３を開く。次に、Ｎ
設定信号３５３によつて、カウンタ６１の設定値
ＮをN1とすると共に第２制御信号３５５によつ
て両切換スイツチ３０１および３０３をそれぞれ
接点ａに接続して、トランスジユーサ対T1を選
択する。しかる後、第３制御信号３５７によつ
て、両切換スイツチ４５および５１をそれぞれ接
点ｐに接続すると共に第４制御信号３５９によつ
て両切換スイツチ２５および６７をそれぞれ接点
ｍに接続する。かような装置の状態で、CPU３
１０からの付勢信号３６１によつてパルス発生回
路２７を付勢する。すると、第１図に関して説明
した如く、トランスジユーサ４１１からトランス
ジユーサ４３１への順方向超音波伝搬時間T11
と、VCO１３の発振出力信号２１を計数するカ
ウンタ６１の計数状態がN1になる時間とが等し
くなるようにVCO１３の発振周波数f1が制御され
る。 次いで、CPU３１０からの第３制御信号３５
７によつて、両スイツチ４５および５１をそれぞ
れ接点ｑ側に切換えると共に、第４制御信号３５
９によつて両スイツチ２５および６７をそれぞれ
接点ｎ側に切換える。すると、第１図の場合と同
様に、トランスジユーサ４３１からトランスジユ
ーサ４１１への逆方向超音波伝搬時間t21と、
VCO１５の発振出力信号２３を計数するカウン
タ６１の計数状態がN1となるのに要する時間と
が等しくなるように、VCO１５の発振周波数f2を
制御する。 ここで、時間差検出回路５９からの出力信号３
４１は、この回路５９において両信号５７および
６３がある微少な時間範囲内で一致しかつ安定し
ていることを表わす信号である。 しかる後、第１制御信号３５１によつて、両ス
イツチ３２１および３２３を閉じる。CPU３１
０内のカウンタによつて、両発振出力信号２１お
よび２３を計数して、両発振周波数f1およびf2を
求める。これら両周波数f1，f2から、(5)式に基づ
き、周波数差Δｆを求める。 Δｆ＝f1−f2＝Ｎ１ｓｉｎ２θ１／Ｄ１・V1 (6) ここで、D1はトランスジユーサ対T1が設置さ
れた管路の内径、θ１はその際における超音波の
入射角、そしてV1はその被測定流体の流速であ
る。 このとき、両周波数f1，f2の大小関係、すなわ
ち周波数差Δｆの符号（プラス、マイナス）が被
測定流体の流れの方向を表わす。つまり、周波数
差Δｆの符号がプラスのときは正方向の流れ（第
２図において矢印方向の流れ）を表わし、マイナ
スのときは逆方向の流れを表わす。 同様にして、両トランスジユーサ４１２および
４３２の対T2あるいは両トランスジユーサ４１
３および４３３の対T3が設置されたそれぞれの
管路における被測定流体の流量を測定するには、
CPU３１０によつて、その第２制御信号３５５
で両切換スイツチ３０１および３０３を接点ｂあ
るいはｃに切換えると共にＮ設定信号３５３でカ
ウンタ６１の設定値ＮをN2あるいはN3と再設定
する。それ以外は同様な手順によればよい。な
お、周波数差Δｆと被測定流体の流速との関係の
一般式を示すと、 Δｆ＝Ｎｉ ｓｉｎ２θｉ／Ｄｉ・Ｖi(7) として表わされる。 従つて、任意の被測定流体の流速（流量）を
CPU３１０によつて演算する場合、(7)式のパラ
メータＮi，θiおよびＤiをその都度変更すればよ
い。 なお、被測定流体の選択は、全く順不動に任意
になしてもよいが、制御プログラムに基づいて、
トランスジユーサ対T1〜Ｔoを両スイツチ３０１
および３０３によつて順次切換えて行き、その切
換えに応じて諸パラメータを順次変更させ、(7)式
に基づいてそれぞれの被測定流体の流量を求める
ような走査形とすることもできる。 また、トランスジユーサ対を設置する管路の内
径Ｄはそれぞれ異なるものであつてもよい。 ところで、通常トランスジユーサ対Ｔiを切換
えると、装置状態が変るため所謂オフセツト（読
取誤差となる）の大きさが変る。また、温度等の
環境状態に因りドリフトが生起する。従つて、ド
リフトを含んだオフセツトを消去して、流量測定
誤差をなくす必要がある。かような手段の一例に
ついては、本出願人が同日付で提出した特許願
「超音波流量計」において自動零調方式について
紹介した。すなわち、超音波の順方向伝搬時間の
変換周波数は、VCO１３のみではなく、VCO１
５にも切換えて、かかる両発振周波数とする。ま
た、超音波の逆方向伝搬時間の変換周波数も、
VCO１５の発振周波数のみとするのではなく、
VCO１３にも切換えて、両VCOの発振周波数と
する。これら４つの発振周波数の値からそれぞれ
の被測定流体の流量を求めるようにする。する
と、オフセツトが自動的に消去されるから、トラ
ンスジユーサ対毎に調整する必要はない。 なお、管路の内径Ｄが変わつたときにも、カウ
ンタ設定値Ｎを変化させない場合には、第(3)式お
よび第(4)式に基づいて決定されるf1、f2は次に示
す表のとおりとなる。
【表】
但し、カウンタ設定値Ｎ、入射角θおよび流速
Ｖは全く同じ条件とする。また、管径Ｄは1D、
2D、4Dと変化するものとする。 すると上記表において、 f11＝Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／１Ｄ／ｃｏｓθ f12＝Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／２Ｄ／ｃｏｓθ＝１／
２f11 f13＝Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／４Ｄ／ｃｏｓθ＝１／
４f11 すなわち、f11＝2f12＝4f13となる。 従つて、設定値Ｎを変化させない場合には、流
速Ｖが同じであるにも拘らず、管径Ｄが２倍、４
倍と変化するに従つて、発振周波数f1もそれに応
じて２倍、４倍と変化する。また、f2についても
同様である。 このことは、発振器は管径Ｄに応じて大幅に発
振周波数を変化させることができるものでなけれ
ばならないことを意味する。しかし、このような
発振器を製作することは困難である。 次に、管路の内径Ｄに応じてカウンタ設定値Ｎ
を変化させる場合（本実施例）について述べる。
この場合には、第(3)式および第(4)式に基づいて決
定されるf1およびf2は次の表に示すとおりとな
る。
Ｖは全く同じ条件とする。また、管径Ｄは1D、
2D、4Dと変化するものとする。 すると上記表において、 f11＝Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／１Ｄ／ｃｏｓθ f12＝Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／２Ｄ／ｃｏｓθ＝１／
２f11 f13＝Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／４Ｄ／ｃｏｓθ＝１／
４f11 すなわち、f11＝2f12＝4f13となる。 従つて、設定値Ｎを変化させない場合には、流
速Ｖが同じであるにも拘らず、管径Ｄが２倍、４
倍と変化するに従つて、発振周波数f1もそれに応
じて２倍、４倍と変化する。また、f2についても
同様である。 このことは、発振器は管径Ｄに応じて大幅に発
振周波数を変化させることができるものでなけれ
ばならないことを意味する。しかし、このような
発振器を製作することは困難である。 次に、管路の内径Ｄに応じてカウンタ設定値Ｎ
を変化させる場合（本実施例）について述べる。
この場合には、第(3)式および第(4)式に基づいて決
定されるf1およびf2は次の表に示すとおりとな
る。
【表】
すなわち、カウンタ設定値Ｎを管径Ｄに応じて
変化させるケース10、20、30については、 f110＝１Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／１Ｄ／ｃｏｓθ＝Ｎ
（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／Ｄ／ｃｏｓθ f120＝２Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／２Ｄ／ｃｏｓθ＝f1
10 f130＝４Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／４Ｄ／ｃｏｓθ＝f1
10 より、f110＝f120＝f130となる。 従つて、流速Ｖが同じである際には、カウンタ
設定値Ｎを管径Ｄに応じて変化させると、管径が
２倍、４倍と変化しても、発振周波数f1は変化し
ない。f2についても同様である。 このように、カウンタ設定値Ｎを適宜変更させ
た場合には管径に影響されずに発振周波数を選択
することができるため、発振器の作製が容易とな
る。 以上詳述した如く、本発明によれば、トランス
ジユーサ対およびカウンタの設定値を切換えるこ
とにより、１つの変換部で多数の被測定媒体の流
量が測定できる流量測定装置を実現することがで
きる。
変化させるケース10、20、30については、 f110＝１Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／１Ｄ／ｃｏｓθ＝Ｎ
（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／Ｄ／ｃｏｓθ f120＝２Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／２Ｄ／ｃｏｓθ＝f1
10 f130＝４Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／４Ｄ／ｃｏｓθ＝f1
10 より、f110＝f120＝f130となる。 従つて、流速Ｖが同じである際には、カウンタ
設定値Ｎを管径Ｄに応じて変化させると、管径が
２倍、４倍と変化しても、発振周波数f1は変化し
ない。f2についても同様である。 このように、カウンタ設定値Ｎを適宜変更させ
た場合には管径に影響されずに発振周波数を選択
することができるため、発振器の作製が容易とな
る。 以上詳述した如く、本発明によれば、トランス
ジユーサ対およびカウンタの設定値を切換えるこ
とにより、１つの変換部で多数の被測定媒体の流
量が測定できる流量測定装置を実現することがで
きる。
第１図は従来の超音波流量計の一例を示すブロ
ツク図、第２図は第１図におけるトランスジユー
サ対の設置状態を示す図、第３図は本発明による
超音波流量測定装置の一実施例を示すブロツク図
である。 １３，１５…電圧制御形発振器、３５…送信回
路、４１，４３，４１１，４１２，４１３，４３
１，４３２，４３３…トランスジユーサ、５５…
受信回路、５９…時間差検出回路、６１…カウン
タ、３０１，３０３…切換スイツチ。
ツク図、第２図は第１図におけるトランスジユー
サ対の設置状態を示す図、第３図は本発明による
超音波流量測定装置の一実施例を示すブロツク図
である。 １３，１５…電圧制御形発振器、３５…送信回
路、４１，４３，４１１，４１２，４１３，４３
１，４３２，４３３…トランスジユーサ、５５…
受信回路、５９…時間差検出回路、６１…カウン
タ、３０１，３０３…切換スイツチ。
Claims (1)
- １ それぞれ別個な複数の被測定流体管路に取付
けられた複数組のトランスジユーサ対と；該複数
組のトランスジユーサ対を選択的に切換えて一つ
のトランスジユーサ対を選択する手段と；当該選
択されたトランスジユーサ対のトランスジユーサ
間で超音波が被測定流体中を流れに対して順方向
および逆方向に伝播するそれぞれの時間と、カウ
ンタが発振器の発振出力を設定値まで計数するの
に要する時間とがそれぞれ所定の関係となるよう
に、前記発振器の２つの発振周波数を制御する手
段と；前記超音波が順方向および逆方向に伝播す
るときの前記２つの発振周波数から前記被測定流
体の流速を算出する手段と；前記トランスジユー
サ対を選択切換すると共に、選択された被測定管
路に応じて前記カウンタの設定値を変化させる手
段とを備え、前記別個な複数の被測定流体管路に
おける複数の被測定流体の流量を選択的に測定す
ることを特徴とする超音波流量測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56130224A JPS5833123A (ja) | 1981-08-21 | 1981-08-21 | 超音波流量測定装置 |
| DE19823231438 DE3231438A1 (de) | 1981-08-21 | 1982-08-20 | Durchflussmesseinrichtung nach dem ultraschallprinzip |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56130224A JPS5833123A (ja) | 1981-08-21 | 1981-08-21 | 超音波流量測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5833123A JPS5833123A (ja) | 1983-02-26 |
| JPS6261893B2 true JPS6261893B2 (ja) | 1987-12-23 |
Family
ID=15029052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56130224A Granted JPS5833123A (ja) | 1981-08-21 | 1981-08-21 | 超音波流量測定装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5833123A (ja) |
| DE (1) | DE3231438A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4509372A (en) * | 1983-04-04 | 1985-04-09 | The Perkin-Elmer Corporation | Acoustical wave flowmeter with increased density capability |
| DE3334819A1 (de) * | 1983-09-26 | 1985-04-04 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur messung von stroemungsgeschwindigkeiten mit ultraschall |
| JPS6313929A (ja) * | 1986-07-03 | 1988-01-21 | Meiritsu Seiki Kk | 除振装置 |
| JP4538163B2 (ja) * | 2001-03-30 | 2010-09-08 | サーパス工業株式会社 | 流速測定方法及び流速測定装置並びに流量測定方法及び流量測定装置 |
| JP4797515B2 (ja) * | 2005-08-31 | 2011-10-19 | パナソニック株式会社 | 超音波式流れ計測装置 |
| JP2014081281A (ja) * | 2012-10-16 | 2014-05-08 | Horiba Ltd | 超音波流量計 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5555217A (en) * | 1978-10-20 | 1980-04-23 | Hitachi Ltd | Ultrasonic flowmeter |
| JPS55162009A (en) * | 1979-06-05 | 1980-12-17 | Fuji Electric Co Ltd | Ultrasonic flowmeter |
-
1981
- 1981-08-21 JP JP56130224A patent/JPS5833123A/ja active Granted
-
1982
- 1982-08-20 DE DE19823231438 patent/DE3231438A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5555217A (en) * | 1978-10-20 | 1980-04-23 | Hitachi Ltd | Ultrasonic flowmeter |
| JPS55162009A (en) * | 1979-06-05 | 1980-12-17 | Fuji Electric Co Ltd | Ultrasonic flowmeter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3231438A1 (de) | 1983-03-10 |
| JPS5833123A (ja) | 1983-02-26 |
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