JPH0196514A

JPH0196514A - 超音波流量計

Info

Publication number: JPH0196514A
Application number: JP62254243A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Mogi; 良平茂木; Shinichi Takeuchi; 真一竹内; Toshio Sato; 敏夫佐藤
Original assignee: Tokyo Keiki Co Ltd
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1987-10-08
Filing date: 1987-10-08
Publication date: 1989-04-14
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: JPH0739964B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、配管に超音波送受波器を装着して配管内部の
流速を測定する方式の超音波流量計に関する。

〔従来の技術〕

従来例を第５図ないし第６図に示す。この第５図の従来
例において、一方の超音波送受波器１の超音波振動子Ｉ
Ａから下流側に向けて出力される超音波は、伝播経路り
、ｉｔ、ｌｘ、ｌａ、１６．及びＡｂを経て他方の超音
波送受波器２の超音波振動子２Ａに至る。そして、この
場合の伝播時間を１．１とする。

また、第６図において他方の超音波送受波器２の超音波
振動子２Ａから上流側に向けて出力される超音波は、伝
播経路１−ｂ、ｌｓ、１４．ｌ−３゜ｆ！＋及び！、を
経て一方の超音波送受波器ｌの超音波振動子ＩＡに至る
。そして、この場合の伝播時間を１．とする。

この場合、配管１３内の流速は、次式にて求まる。

Ｖ＝Ｄ・　（ｔ、　　　ｔａ）／２ｓｉｎ　θ’　ｃｏｓ　　θ（ｔｏ　−τ）２　・・
・・・・（１）ここで、Ｄは配管１３の内径、θは管壁
に垂直な線と被測定流体中の超音波の伝搬方向とのなす
角。

ｔ。はｔ６とり。の平均値、τｉ第５図ないし第６図の
経路り、　　１２．Ｉｓ、及び２１部分を超音波が伝播
するのに要する時間である。

配管１３の内径りの寸法は、予めわかっているので、こ
れにより流量を簡単に算出することができる。

これらの超音波送受波器（以下「プローブ」という）１
．２には送受信切換部により発信回路部３０と受信回路
部４とがケーブル５及び６を介して必要に応じて切換接
続されるようになっている。

矢印Ｖは被測定流体の流速を示す。

第５図において上流側プローブ１（ケーブル５を含む）
の−Ｆパラメータを、下流側プローブ２（ケーブル６を含む）のＦパラメータ
をとすると、上流側から下流側に向かって測定するときの
等価回路を第７図（１）のように示すことができる。

この第７図（１）の回路の伝達関数Ｔ　ｄ　’　は、Ｔ
ｄ’　＝　ａ　／　ｂ　ｃ　　　　　　　　　　＝（２
）ここで、ａ＝２２Ｌ２．４ｂ　＝Ａ　Ｚ　Ｍ　　＋　Ｂ　＋　Ｚ　Ｓ　’　　（Ｃ
Ｚ　Ｍ　　＋　Ｄ　＞ｃ＝Ａ’　Ｚ、　＋Ｂ’　十ＺＬ
（Ｃ’　Ｚ、　＋Ｄ’　）である。また、Ｚ、ｌ　は発
信回路部３０の出力インピーダンス＋ＺＭは被測定流体
中の音響インピーダンス＋ＺＬは受信回路部４の入力イ
ンピーダンスである。

反対に下流側から上流側に向かって、測定する場合の等
価回路を第７図（２）に示す。

この場合の伝達関数Ｔ、ｌ　は、Ｔ、　’　＝　ａ　／　ｄ　ｅ　　　　　　　　　　−
＝（３）ここで、ｄ＝Ａ’　　ＺＭ　　＋Ｂ’　　＋Ｚｓ　’（Ｃ’　　
ＺＭ　　＋Ｄ’　　）＋１！＝ＡＺＭ　＋Ｂ＋ＺＬ　　
（ＣＺＫ　＋Ｄ）である。

ところで、上記従来例においては、発信回路部３０には
、コンデンサに電荷を充電し、スイッチング素子により
この電荷を放電させて、スパイク状の出力パルスを発生
させる方式のパルサー（スパイクパルサー）が使用され
ている。このため、発信回路部３０の出力インピーダン
スＺ、゛がスイッチング素子の動作インピーダンスに大
きく依存し、一定の出力インピーダンスに維持すること
が困難なものとなっている。これがため、発信回路部３
０の出力インピーダンスＺ、′の値が、受信回路部４の
入力インピーダンスＺＬの値と異なっており、従って、
プローブ１を送信用にプローブ２を受信用に用いた場合
における流量計の送受信間の伝達関数Ｔ４”と、プロー
ブ２を送信用に、プローブ１を受信用に用いた場合の伝
達関数Ｔ、＋とは異なったものとなっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来例においては、プローブ１を送信用に、プロー
ブ２を受信用に使用した場合と、プローブ２を送信用に
、プローブ１を受信用に使用した場合とで伝達関数が異
なる（Ｔ４′≠Ｔ、’）ので、受信波形も相互に異なっ
たもの、とくに、位相がわずかに異なったものとなって
いる。これがため、被測定流体が静水（流速■＝０）で
あっても、プローブｌからプローブ２への超音波パルス
の伝搬時間り、と、プローブ２からプローブｌへの超音
波パルスの伝搬時間ｔｕとがわずかに異なっている。故
に、 ΔＬ　＝　Ｌ　ｕｔ　ａ　≠０　　　　　　　・・・・
・・（３）しかるに、流速Ｖの計算式は、Ｖ＝Ｄ−Δｔ　／２ｓｔｎ　θ”　ｃｏｓ　θ’　（ｔ
ｏ　　ｒ）２であるから、上記従来例の場合、被測定流
体が静水であるにもかかわらず、Ｖ−＊Ｏとなっである
値を示していた。これがいわゆる零点誤差と呼ばれるも
のである。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、零点
誤差を略完全になくして、より高精度に被測定流体の流
速を測定することができる超音波流量計を提供すること
を、その目的とする。

〔問題点を解決するための手段］本発明では、超音波の伝播線上に沿って配管の上流側と
下流側にそれぞれ配設される超音波送受波器と、この二
つの超音波送受波器に発信回路部と受信回路部とを必要
に応じて交互に切換接続する送受信切換部とを有する超
音波流量計において、発信回路部の出力インピーダンス
を一定の値に維持するとともに、当該出力インピーダン
スを受信回路部の入力インピーダンスと同一の値に設定
する、という構成を採り、これによって前記目的を達成
しようとするものである。

〔作　　用〕

発信回路部の出力インピーダンスを一定の値に維持し、
当該出力インピーダンスを受信回路部の入力インピーダ
ンスと同一の値に設定したことから、上流側のプローブ
を送信用に、下流側のプローブを受信用に使用した場合
と、この反対の場合とで流量計の送受信間の伝達関数が
等しくなる。

〔発明の実施例ゴ以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。

ここで、前述した従来例と同一の構成部分については、
同一の符号を用いることとする。

この第１図の実施例は、配管１３の上流側に装備された
一方のプローブ１と、配管１３の下流側に装備された他
方のプローブ２とを有している。

このうち、前記一方のプローブ１は、超音波を配管１３
へ斜入射せしめるためのクサビ部材ＩＢと振動子ＩＡと
を備えている。クサビ部材ＩＢは、アクリル樹脂等によ
り形成され、断面が台形状をなし、その斜面１ａに超音
波振動子ＩＡが固着されている。

他方のプローブ２も略同様の構成となっている。

これらの各プローブ１．２の各々は、実際には、第２図
に示すように送受信切換部７を介して発信回路部３及び
受信回路部４に各別に切換接続されるようになっている
。第１図は上流側のプローブ１が発信回路部３に、下流
側のプローブ２が受信回路部４に接続された状態を示し
ている。尚、送受信切換部７は具体的には、例えば第３
図に示すように、スイッチＳｔ　、Ｓｔ　、Ｓｚ　、Ｓ
ａから成る４連スイツチ等によって構成されている。

そして、後述するプローブ１から出力されプローブ２で
受信される到来超音波の受信信号及び、その反対にプロ
ーブ２から出力されプローブ１で受信される到来超音波
の受信信号は、信号処理表示部２０に送られ、種々の演
算、及び処理が施され最終的には信号処理表示部２０の
図示しない表示手段に表示される。この信号処理表示部
２０は、第１の機能としての信号選択機能と、第２の機
能としての計時機能と、第３の機能としてのメモリ機能
と、第４の機能としての演算機能と、第５の機能として
の表示機能等の数種の機能を備えている。主制御部１０
は、各構成部の一連の動作を制御する機能を有する。

本実施例においては、発信回路部３には、バーストパル
サーが使用されている。このバーストパルサーは、回路
構成上、その出力インピーダンスが終段増幅回路のイン
ピーダンスとなるので、パルサーの出力インピーダンス
を容易に一定の値に維持できるという利点がある。

本実施例においては、発信回路部３の出力インピーダン
スＺ３と受信回路部４の入力インピーダンスＺｔとが一
致するように、出力インピーダンスＺ３が設定されてい
る。

その他の構成は、前述した従来例と同一となっている。

この第１図において、前述した従来例と同様に、一方の
プローブ１の超音波振動子ＩＡから下流側に向けて出力
される超音波は、伝播経路１１，２＊　＊　　７！！　
＋　　ｊ！４　＋　　ｊ！Ｓ及び１６を経て他方のプロ
ーブ２の超音波振動子２Ａに至る。そして、この場合の
伝播時間をｔ、とする。

これと反対に、他方のプローブ２の超音波振動子２Ａか
ら上流側に向けて出力される超音波は、伝播経路１１ｈ
、ｌｓ、Ｉ！ａ、１−ｓ、ｌｘ及び２゜を経て一方のプ
ローブ１の超音波振動子ＩＡに至る。そして、この場合
の伝播時間をｔｕとする。

この場合、配管１３内の流速は、前述した（１）式によ
って求まる。

第１図の等価回路を第４図（１）のように示すことがで
きる。

この第４図（１）の回路の伝達関数Ｔ、は、Ｔ　４　＝
　ａ、　／　ｂ　’　　ｃ　　　　　　　　　　”・”
・（４）ここで、ｂ”＝ＡＺイ＋Ｂ＋Ｚｓ　　（ＣＺＭ　十Ｄ）、ａ、ｃ
は前述した従来例の場合と同一である。

また、Ｚ、は発信回路部３の出力インピーダンスである
。第１図と反対に下流側から上流側に向かって測定した
場合の等価回路を第３図（２）のように示すことができ
る。

この第３図（２）の回路の伝達関数Ｔｕは、Ｔ、　＝　
ａ　／　ｄ　’　　ｅ　　　　　　　　　　・・・・・
・（５）ここで、ｄ’　　＝Ａ’　　２Ｍ　　＋Ｂ’　　＋ＺＳ　　（Ｃ
’　　ＺＭ　　＋Ｄ）ａ、ｅは従来例の場合と同一であ
る。

しかるに、本実施例の場合には、Ｚｓ＝Ｚｔが成立して
いるので、式（４）１式（５）からＴ、＝Ｔ、が成り立
つ（’、’ｂ’　　ｃ＝ｄ’　　ｅだから）。これがた
め、本実施例では、一方のプローブ１を送信用に、他方
のプローブ２を受信用に用いた場合と、その反対の場合
とで受信波形が同じ形になる。

従って、被測定流体が静止している場合は、プローブ１
からプローブ２への超音波パルスの伝搬時間ｔ４と、プ
ローブ２からプローブ１への超音波パルスの伝搬時間ｔ
ｕが一致する。換言すれば、Δｔ　＝ｔｕ　　　ｔａ　
’Ｏとなるため、式（］）より■＝０となる。本実施例
によれば、従来例と異なり、波形形状の違いに伴う流速
測定誤差（零点誤差）を生じないという利点がある。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成され機能するので、これに
よると、発信回路部の出力インピーダンスの値を受信回
路部の入力インピーダンスと同一の値に設定したことか
ら、一方のプローブを送信用に、他方のプローブを受信
用に使用した場合と、その反対の場合の送受借間伝達関
数を一致させることが出来る。このため、受信波形の形
状の相違に基づく零点誤差を殆どなくすことが出来る。

これかため、零点誤差を少なくするための特性の良く似
たプローブを選定する作業が不要となるので、製造コス
トを低減出来るとともに、被測定流体の流速を従来より
高精度に測定することが可能な優れた超音波流量計を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波流量計にて上流側から下流
側へ向かって測定している状態の構成を示す図、第２図
は第１図の流量計の全体の構成を示すブロック図、第３
図は第２図の送受信切換部の具体的構成例を示す図、第
４図（１）、　（２）はそれぞれ上流側から下流側に向
かって測定しでいる場合。これと反対の場合の等価回路を示す図、第５図は従来例
の超音波流量計にて上流側から下流側へ向かって測定し
ている状態の構成を示す図、第６図は第５図と反対に下
流側から上流側に向かって測定している状態の構成を示
す図、第７図（１）、　（２）はそれぞれ第５図、第６
図の等価回路を示す図である。１．２・・・・・・超音波送受波器、３・・・・・・発
信回路部、４・・・・・・受信回路部、７・・・・・・
送受信切替部、Ｚ、・・・・・・発信回路部の出力イン
ピーダンス、ＺＬ・・・・・・受信回路部の入力インピ
ーダンス。特許出願人　　株式会社　東　京　計　器第２図第４Ｆ！Ａ第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、超音波の伝播線上に沿って配管の上流側と下流
側にそれぞれ配設される超音波送受波器と、この二つの
超音波送受波器に発信回路部と受信回路部とを必要に応
じて交互に切換接続する送受信切換部とを有する超音波
流量計において、前記発信回路部の出力インピーダンスを一定の値に維持
するとともに、当該出力インピーダンスを前記受信回路
部の入力インピーダンスと同一の値に設定したことを特
徴とする超音波流量計。
（２）、前記発信回路部としてバースト・パルサーを使
用したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
音波流量計。