JPH0260967B2 - - Google Patents
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- JPH0260967B2 JPH0260967B2 JP56124707A JP12470781A JPH0260967B2 JP H0260967 B2 JPH0260967 B2 JP H0260967B2 JP 56124707 A JP56124707 A JP 56124707A JP 12470781 A JP12470781 A JP 12470781A JP H0260967 B2 JPH0260967 B2 JP H0260967B2
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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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- 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
- G01F1/668—Compensating or correcting for variations in velocity of sound
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
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測
定して、その媒体流量を測定する超音波流量測定
装置に関し、更に詳しくは、超音波を伝搬させる
被測定媒体の温度変化による測定誤差を補償する
ようにした超音波流量測定装置に関するものであ
る。
間を流れに対して順方向および逆方向について測
定して、その媒体流量を測定する超音波流量測定
装置に関し、更に詳しくは、超音波を伝搬させる
被測定媒体の温度変化による測定誤差を補償する
ようにした超音波流量測定装置に関するものであ
る。
従来周知の超音波流量測定装置の一例として、
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
のである。このような従来の超音波流量測定装置
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で切り換えて、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。
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
のである。このような従来の超音波流量測定装置
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で切り換えて、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（振動子）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。
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で切り換えられ、
電圧制御形発振回路１０内の両VCO１３および
１５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。
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で切り換えられ、
電圧制御形発振回路１０内の両VCO１３および
１５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、対向配置された一方の上流側
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内に斜めに伝搬されるプラスチツク
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を介して他方の下流側トランスジユ
ーサ４３に伝搬する。この場合に、トランスジユ
ーサ４１からトランスジユーサ４３への超音波４
５の順方向伝搬時間T1は、 T1＝Ｄ／cosθ／CW＋Vsinθ (1) として与えられる。また、逆にトランスジユーサ
４３からトランスジユーサ４１への超音波４７の
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。
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、対向配置された一方の上流側
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内に斜めに伝搬されるプラスチツク
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を介して他方の下流側トランスジユ
ーサ４３に伝搬する。この場合に、トランスジユ
ーサ４１からトランスジユーサ４３への超音波４
５の順方向伝搬時間T1は、 T1＝Ｄ／cosθ／CW＋Vsinθ (1) として与えられる。また、逆にトランスジユーサ
４３からトランスジユーサ４１への超音波４７の
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周知なものであ
るので簡単に説明する。先ず、全ての切換スイツ
チ２５，４５，５１および６７をそれぞれ接点ａ
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の計数状態が設定値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。
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周知なものであ
るので簡単に説明する。先ず、全ての切換スイツ
チ２５，４５，５１および６７をそれぞれ接点ａ
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の計数状態が設定値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ｂ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が計数状態が設定値Ｎに達するまぜの時
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。
よび６７をそれぞれ接点ｂ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が計数状態が設定値Ｎに達するまぜの時
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＝Nsin2θ／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。
) 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、このような流量測定装置では入
射角θの変化が無視できる範囲に限つて有効であ
る。例えば流体７５の温度が大幅に変化するとこ
の入射角θの変化は無視できなくなり、特に管７
１の内径Ｄが小さくなればなる程この影響は大き
くなり、測定結果に大きく誤差を含むこととなる
欠点があつた。
射角θの変化が無視できる範囲に限つて有効であ
る。例えば流体７５の温度が大幅に変化するとこ
の入射角θの変化は無視できなくなり、特に管７
１の内径Ｄが小さくなればなる程この影響は大き
くなり、測定結果に大きく誤差を含むこととなる
欠点があつた。
本発明の目的は、上述した欠点を解消するため
になされたもので、被測定媒体の温度が変化して
も、また被測定媒体の流路が小口径であつても、
被測定媒体の流量測定を誤差なく行う装置を提供
することにある。
になされたもので、被測定媒体の温度が変化して
も、また被測定媒体の流路が小口径であつても、
被測定媒体の流量測定を誤差なく行う装置を提供
することにある。
このような目的は、本発明によれば、被測定媒
体の流れに対して上流および下流に設置した一対
のトランスジユーサ、発振周波数が一定な第１発
振器、発振周波数が可変である第２発振器、カウ
ンタ、前記一対のトランスジユーサ間において前
記被測定媒体中を第１方向に超音波が伝搬する時
間と、前記第１発振器の出力信号を前記カウンタ
が設定値まで計数する時間とが所定の関係になる
ように前記カウンタの設定値を可変制御する第１
制御手段、前記第１方向とは反対の第２方向に超
音波が前記一対のトランスジユーサ間において前
記被測定媒体中に伝搬する時間と、前記第１制御
手段によつて制御されたカウンタの設定値まで該
カウンタが前記第２発振器の出力信号を計数する
時間とが所定の関係となるように前記第２発振器
の発振周波数を可変制御する第２制御手段、およ
び前記第１および第２発振器の両発振周波数に基
づいて前記被測定媒体の流量を測定する手段を具
えることによつて達成できる。
体の流れに対して上流および下流に設置した一対
のトランスジユーサ、発振周波数が一定な第１発
振器、発振周波数が可変である第２発振器、カウ
ンタ、前記一対のトランスジユーサ間において前
記被測定媒体中を第１方向に超音波が伝搬する時
間と、前記第１発振器の出力信号を前記カウンタ
が設定値まで計数する時間とが所定の関係になる
ように前記カウンタの設定値を可変制御する第１
制御手段、前記第１方向とは反対の第２方向に超
音波が前記一対のトランスジユーサ間において前
記被測定媒体中に伝搬する時間と、前記第１制御
手段によつて制御されたカウンタの設定値まで該
カウンタが前記第２発振器の出力信号を計数する
時間とが所定の関係となるように前記第２発振器
の発振周波数を可変制御する第２制御手段、およ
び前記第１および第２発振器の両発振周波数に基
づいて前記被測定媒体の流量を測定する手段を具
えることによつて達成できる。
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明す
る。
る。
まず、本発明の基本原理を計算式によつて説明
する。
する。
(3)式および(4)式より
f1＋f2＝2CW／Ｄ／cosθ・Ｎ …(6)
の関係が成立する。
(6)式より、
１／Ｄ／cosθ＝f1＋f2／2CW・Ｎ …(7)
(7)式を(5)式に代入する。
Δf＝2Nsinθ／Ｄ／cosθ・Ｖ＝2Nsinθ／2CW・Ｎ（f
1＋f2）・Ｖ ＝（f1＋f2）sinθ／CW・Ｖ (8) ここで、両くさび７３，７７および管７１の管
厚部における超音波伝搬速度をCSとして、スネル
の法則に従い、前述した(5)式の入射角θをくさび
中の角度φに置換すると、 sinθ／CW＝sinφ／CS …(9) と表わせる。
1＋f2）・Ｖ ＝（f1＋f2）sinθ／CW・Ｖ (8) ここで、両くさび７３，７７および管７１の管
厚部における超音波伝搬速度をCSとして、スネル
の法則に従い、前述した(5)式の入射角θをくさび
中の角度φに置換すると、 sinθ／CW＝sinφ／CS …(9) と表わせる。
この(9)式を(8)式に代入すると、
Δf＝（f1＋f2）sinφ／CS・Ｖ …(10)
の関係が成立する。
いまここで、スネルの法則にもとずいて導出さ
れた上記式(10)式をみるに、くさび中の角度φの関
数として表される。sinφは送受波器に個有のもの
でほぼ一定と考えられ、かつ管厚部における超音
波伝搬速度CSは100℃の温度変化に対して数％の
変化を示すにすぎないものであるので式中の
sinφ／CCはほぼ一定に保たれるとみなすことが
できる。
れた上記式(10)式をみるに、くさび中の角度φの関
数として表される。sinφは送受波器に個有のもの
でほぼ一定と考えられ、かつ管厚部における超音
波伝搬速度CSは100℃の温度変化に対して数％の
変化を示すにすぎないものであるので式中の
sinφ／CCはほぼ一定に保たれるとみなすことが
できる。
これらのことから、(9)式中のf1＋f2の項が流体
の温度に依存し、測定誤差を生じる大きな要因と
なつていることがわかる。
の温度に依存し、測定誤差を生じる大きな要因と
なつていることがわかる。
したがつて、何らかの方法で、周波数和（f1＋
f2）をほぼ一定に保てば、Δfにおける温度依存性
をより小さくすることができる。本発明はかよう
な見地からなされたものであつて、以下のような
構成を採用することにより、実質的に周波数和が
ほぼ一定となるような形で、流速Ｖを求めること
ができるようにしたものである。
f2）をほぼ一定に保てば、Δfにおける温度依存性
をより小さくすることができる。本発明はかよう
な見地からなされたものであつて、以下のような
構成を採用することにより、実質的に周波数和が
ほぼ一定となるような形で、流速Ｖを求めること
ができるようにしたものである。
すなわち、本発明にかかる超音波流量測定装置
は、第１発振器の周波数を一定（f1）に固定し、
その周波数f1をＮ個カウントする所要時間（Ｎ／f1） と流体中の超音波の順方向伝搬時間T1とが一致
するようにＮをコントロールする順方向のループ
と、 発振周波数が可変である第２発振器の周波数f2
を前記方向のループで定められたＮ個だけカウン
トする所要時間（Ｎ／f2）と流体中の超音波の逆方 向伝搬時間T2とが一致するようにf2をコントロー
ルする逆方向のループと、から構成されている。
は、第１発振器の周波数を一定（f1）に固定し、
その周波数f1をＮ個カウントする所要時間（Ｎ／f1） と流体中の超音波の順方向伝搬時間T1とが一致
するようにＮをコントロールする順方向のループ
と、 発振周波数が可変である第２発振器の周波数f2
を前記方向のループで定められたＮ個だけカウン
トする所要時間（Ｎ／f2）と流体中の超音波の逆方 向伝搬時間T2とが一致するようにf2をコントロー
ルする逆方向のループと、から構成されている。
ここで、(3)式を変形すると、
f1＝NCW／Ｄ／cos0（１＋Ｖ／CWsinθ）…(11)
と表すことができ、
この(11)式と上述した(6)式とから次式(12)が得られ
る。
る。
f1＝f1＋f2／２（１＋Ｖ／CWsinθ） …(12)
さらに(12)式を変形すると
f1＋f2＝f1＝２／（１＋Ｖ／CWsinθ） …（13）
と表すことができる。
上記（13）式をみるに、実際のＶとCWとの間
にはＶ≫CW（Vnax＝数ｍ／ｓ、CW＝1000m／ｓ程
度）という関係が成り立つておりＶ／CWsinθの項は 極めて小さいと考えられ、かつ本発明においては
f1を一定としているので、f1＋f2がほぼ一定とな
る。
にはＶ≫CW（Vnax＝数ｍ／ｓ、CW＝1000m／ｓ程
度）という関係が成り立つておりＶ／CWsinθの項は 極めて小さいと考えられ、かつ本発明においては
f1を一定としているので、f1＋f2がほぼ一定とな
る。
以上の説明から、本発明においては、実質的に
周波数和（f1＋f2）がほぼ一定に保持される。
周波数和（f1＋f2）がほぼ一定に保持される。
第３図は本発明の一実施例を示す。ここで、第
１図と異なる点は、VCO１３を一定周波数（例
えば2MHz）f11の発振器１３１に置換し、時間差
検出回路５９を可変時間差検出回路５９１に置換
し、新たに制御器３１１、Ｎ設定器３１３および
中央演算処理装置（以下CPUと称す）３１５を
設けたことである。同一符号は同様な機能を有す
る回路等である。
１図と異なる点は、VCO１３を一定周波数（例
えば2MHz）f11の発振器１３１に置換し、時間差
検出回路５９を可変時間差検出回路５９１に置換
し、新たに制御器３１１、Ｎ設定器３１３および
中央演算処理装置（以下CPUと称す）３１５を
設けたことである。同一符号は同様な機能を有す
る回路等である。
第４図に、第３図における可変時間差検出回路
５９１の一具体例を示す。ここで、受波検出信号
５７およびカウンタ６１の出力信号６３を排他的
論理和ゲート４０１に供給し、このゲート４０１
の出力信号４０３で半導体スイツチ４０５のオ
ン、オフを制御する。このスイツチ４０５の一端
から抵抗器４２１（抵抗値R421）、抵抗器４２２
（抵抗値R422）および抵抗器４２３（抵抗値R423）
のそれぞれを介して切換スイツチ４４１の接点
ｐ，ｑおよびｒのそれぞれに接続する。なお、こ
こで、R421＞R422＞R423とする。また、スイツチ
４４１の切換端子には一定の標準電圧−ESを供給
する。半導体スイツチ４０５の他端を演算増幅器
４４５の反転入力端子に接続し、この増幅器４４
５の反転入力端子と出力端子との間に積分コンデ
ンサ４４７および放電用の開閉スイツチ４４９を
並列接続すると共に、この増幅器４４５の非反転
入力端子を接地する。
５９１の一具体例を示す。ここで、受波検出信号
５７およびカウンタ６１の出力信号６３を排他的
論理和ゲート４０１に供給し、このゲート４０１
の出力信号４０３で半導体スイツチ４０５のオ
ン、オフを制御する。このスイツチ４０５の一端
から抵抗器４２１（抵抗値R421）、抵抗器４２２
（抵抗値R422）および抵抗器４２３（抵抗値R423）
のそれぞれを介して切換スイツチ４４１の接点
ｐ，ｑおよびｒのそれぞれに接続する。なお、こ
こで、R421＞R422＞R423とする。また、スイツチ
４４１の切換端子には一定の標準電圧−ESを供給
する。半導体スイツチ４０５の他端を演算増幅器
４４５の反転入力端子に接続し、この増幅器４４
５の反転入力端子と出力端子との間に積分コンデ
ンサ４４７および放電用の開閉スイツチ４４９を
並列接続すると共に、この増幅器４４５の非反転
入力端子を接地する。
第５図Ａ〜Ｊは第３図の動作を示す信号波形図
である。
である。
以下第３図〜第５図Ａ〜Ｊを参照する。先ず、
制御器３１１からの制御信号３２１によつて切換
スイツチ４４１を接点ｑに接続する。また、Ｎ設
定器３１３を制御して、それに応じた設定信号３
２３によつてカウンタ６１の設定値ＮをN0に初
期設定する。次に、切換スイツチ２５，４５，５
１および６７のそれぞれを接点ａ側に接続して順
方向モードする。この状態において、第１図に関
連して説明した順方向モードの場合と同様な動作
を行う。
制御器３１１からの制御信号３２１によつて切換
スイツチ４４１を接点ｑに接続する。また、Ｎ設
定器３１３を制御して、それに応じた設定信号３
２３によつてカウンタ６１の設定値ＮをN0に初
期設定する。次に、切換スイツチ２５，４５，５
１および６７のそれぞれを接点ａ側に接続して順
方向モードする。この状態において、第１図に関
連して説明した順方向モードの場合と同様な動作
を行う。
すなわち、時刻t1にて順方向の超音波４５を発
射すると共にカウンタ６１が信号２１１の計数動
作を開始する。しかる後、時刻t2にて、カウンタ
６１の計数状態が設定値N0になつたとする。そ
の後、時刻t3にて超音波４５が受波されたものと
し、その場合の両信号５７および６３を第５図Ａ
およびＢに示す。時刻t2〜t3の間、ES（コンデン
サ４４７の容量値×R422）で定まる勾配τ1を有す
る積分出力信号６５が得られる（第５図Ｃ参照）。
その積分電圧EI1が、時刻t3において基準値Er1を
上まわつていれば、制御器３１１によつて制御信
号３２１を指令して切換スイツチ４４１を接点ｐ
側に切り換える、もし、下まわつていればスイツ
チ４４１を接点ｒ側に切り換える。
射すると共にカウンタ６１が信号２１１の計数動
作を開始する。しかる後、時刻t2にて、カウンタ
６１の計数状態が設定値N0になつたとする。そ
の後、時刻t3にて超音波４５が受波されたものと
し、その場合の両信号５７および６３を第５図Ａ
およびＢに示す。時刻t2〜t3の間、ES（コンデン
サ４４７の容量値×R422）で定まる勾配τ1を有す
る積分出力信号６５が得られる（第５図Ｃ参照）。
その積分電圧EI1が、時刻t3において基準値Er1を
上まわつていれば、制御器３１１によつて制御信
号３２１を指令して切換スイツチ４４１を接点ｐ
側に切り換える、もし、下まわつていればスイツ
チ４４１を接点ｒ側に切り換える。
切換スイツチ４４１が接点ｐに接続されている
状態で、再び順方向に超音波４５を発射させる。
この場合における積分出力信号６５の積分電圧
EI2の勾配τ2は小さくなるが、時刻t3の電圧EI2は
いまだ基準値Er1より高い。そこで、制御器３１
１から制御信号３２１によつてＮ設定器３１３を
制御し、それに応じて設定信号３２３によりカウ
ンタ６１の設定値Ｎを１だけ大きくする。する
と、第５図Ｄにてカウンタ６１の出力信号６３を
示す如くその計数終了時刻t2が遅れる。他方、積
分勾配τ2は一定であるから、積分出力電圧EIの超
音波受波時刻t3における電圧値は低くなる。これ
らの動作を、時刻t3における積分出力電圧EIが基
準値Er1にほぼ等しくなるまで繰り返し、その得
られた積分出力信号６５を第５図Ｅに示す。その
場合におけるカウンタ６１の設定値をNC、積分
勾配τC、計数終了時刻をt21とする。
状態で、再び順方向に超音波４５を発射させる。
この場合における積分出力信号６５の積分電圧
EI2の勾配τ2は小さくなるが、時刻t3の電圧EI2は
いまだ基準値Er1より高い。そこで、制御器３１
１から制御信号３２１によつてＮ設定器３１３を
制御し、それに応じて設定信号３２３によりカウ
ンタ６１の設定値Ｎを１だけ大きくする。する
と、第５図Ｄにてカウンタ６１の出力信号６３を
示す如くその計数終了時刻t2が遅れる。他方、積
分勾配τ2は一定であるから、積分出力電圧EIの超
音波受波時刻t3における電圧値は低くなる。これ
らの動作を、時刻t3における積分出力電圧EIが基
準値Er1にほぼ等しくなるまで繰り返し、その得
られた積分出力信号６５を第５図Ｅに示す。その
場合におけるカウンタ６１の設定値をNC、積分
勾配τC、計数終了時刻をt21とする。
なお、切換スイツチ４４１を接点ｒに切り換え
てもなお受波時刻t3における積分出力電圧EIが基
準値Er1を下まわる場合には、カウンタ６１の設
定値Ｎを１だけ減ずる。そして上述のような動作
を繰り返して最適な設定値NCを得る。
てもなお受波時刻t3における積分出力電圧EIが基
準値Er1を下まわる場合には、カウンタ６１の設
定値Ｎを１だけ減ずる。そして上述のような動作
を繰り返して最適な設定値NCを得る。
次いで、切換スイツチ２５，４５，５１および
６７のそれぞれを接点ｂ側に切り換えて逆方向モ
ードとする。この逆方向モードの動作は第１図に
関して述べた動作と同様である。
６７のそれぞれを接点ｂ側に切り換えて逆方向モ
ードとする。この逆方向モードの動作は第１図に
関して述べた動作と同様である。
すなわち、逆方向の超音波４７を発射すると共
にVCO１５の出力信号２３（周波数f2）の計数
動作を開始する（時刻t1）。第５図Ｇの計数出力
信号６３にて示す如く計数終了時刻t22で可変時
間差検出回路５９１は積分動作を開始し、第５図
Ｆの受波検出信号５７にて示す如く受波時刻t32
で積分動作を終える。その積分出力信号６５を第
５図Ｈに示す。なお、積分勾配は、順方向モード
の動作終了時点と同じ勾配τCである。積分終了時
（時刻t32）の積分出力電圧EIは基準値Er2を越す
と、その電圧EIを示す信号６５によつてVCO１
５の発振周波数f2を低くする。すると、カウンタ
６１の設定値ＮはNCのままであるから、次の逆
方向超音波４７を発射した場合、計数終了時刻
t22は遅れる。かような周波数可変制御動作を、
超音波の受波時刻t32における積分電圧EIが基準
値Er2にほぼ等しくなるまで繰り返す。その場合
における計数出力信号６３を第５図Ｉに示し、そ
の計数終了時点をt23として、積分出力信号６５
を第５図Ｊに示す。
にVCO１５の出力信号２３（周波数f2）の計数
動作を開始する（時刻t1）。第５図Ｇの計数出力
信号６３にて示す如く計数終了時刻t22で可変時
間差検出回路５９１は積分動作を開始し、第５図
Ｆの受波検出信号５７にて示す如く受波時刻t32
で積分動作を終える。その積分出力信号６５を第
５図Ｈに示す。なお、積分勾配は、順方向モード
の動作終了時点と同じ勾配τCである。積分終了時
（時刻t32）の積分出力電圧EIは基準値Er2を越す
と、その電圧EIを示す信号６５によつてVCO１
５の発振周波数f2を低くする。すると、カウンタ
６１の設定値ＮはNCのままであるから、次の逆
方向超音波４７を発射した場合、計数終了時刻
t22は遅れる。かような周波数可変制御動作を、
超音波の受波時刻t32における積分電圧EIが基準
値Er2にほぼ等しくなるまで繰り返す。その場合
における計数出力信号６３を第５図Ｉに示し、そ
の計数終了時点をt23として、積分出力信号６５
を第５図Ｊに示す。
上述説明における両基準値Er1およびEr2は、流
量測定装置としての標準状態に基づいて定められ
る。従つて、上述した手順を経れば、入射角θの
変化による誤差を補償したことになる。
量測定装置としての標準状態に基づいて定められ
る。従つて、上述した手順を経れば、入射角θの
変化による誤差を補償したことになる。
そこで、CPU３１５によつてOSC１３１およ
びVCO１５の両発振周波数f11およびf2を測定し
て、その周波数差Δf（＝f11−f2）を求める。しか
る後、(5)式に基づいて、被測定流体７５の流速Ｖ
を計算し、流量を求めることができる。
びVCO１５の両発振周波数f11およびf2を測定し
て、その周波数差Δf（＝f11−f2）を求める。しか
る後、(5)式に基づいて、被測定流体７５の流速Ｖ
を計算し、流量を求めることができる。
なお、第４図に示した如く抵抗器４２１，４２
２，４２３の切換によつて積分勾配を変化させる
ようにしたが、これはカウンタ６１の設定値Ｎが
デジタル的に変化するのでそのデジタル変化値の
幅を補間するためである。もし、発振器１３１お
よびVCO１５の両周波数f11およびf2を極めて高
く（例えば1GHz）するならば、積分勾配を変え
る必要はない。
２，４２３の切換によつて積分勾配を変化させる
ようにしたが、これはカウンタ６１の設定値Ｎが
デジタル的に変化するのでそのデジタル変化値の
幅を補間するためである。もし、発振器１３１お
よびVCO１５の両周波数f11およびf2を極めて高
く（例えば1GHz）するならば、積分勾配を変え
る必要はない。
以上詳述した如く、本発明によれば、被測定媒
体その他の温度変化に基づく誤差を補償して正確
な流量測定を行うことのできる超音波流量測定装
置が実現できる。
体その他の温度変化に基づく誤差を補償して正確
な流量測定を行うことのできる超音波流量測定装
置が実現できる。
第１図は従来の超音波流量測定装置のブロツク
図、第２図は被測定流体の管路にトランスジユー
サを取付けた状態および超音波の伝搬路の説明
図、第３図は本発明の一実施例による超音波流量
測定装置のブロツク図、第４図は第３図の可変時
間差検出回路の一具体例を示すブロツク図、第５
図Ａ〜Ｊは第３図の動作を説明するための各部信
号波形図である。 １３，１５…電圧制御形発振器、２７…パルス
発生回路、３５…送信回路、４１，４３…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、７１…管、７５…流体、
１３１…発振器、３１１…制御器、３１５…中央
演算処理装置、５９１…可変時間差検出回路。
図、第２図は被測定流体の管路にトランスジユー
サを取付けた状態および超音波の伝搬路の説明
図、第３図は本発明の一実施例による超音波流量
測定装置のブロツク図、第４図は第３図の可変時
間差検出回路の一具体例を示すブロツク図、第５
図Ａ〜Ｊは第３図の動作を説明するための各部信
号波形図である。 １３，１５…電圧制御形発振器、２７…パルス
発生回路、３５…送信回路、４１，４３…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、７１…管、７５…流体、
１３１…発振器、３１１…制御器、３１５…中央
演算処理装置、５９１…可変時間差検出回路。
Claims (1)
- １ 被測定媒体の流れに対して上流および下流に
設置した一対のトランスジユーサ、発振周波数が
一定な第１発振器、発振周波数が可変である第２
発振器、カウンタ、前記一対のトランスジユーサ
間において前記被測定媒体中を第１方向に超音波
が伝搬する時間と、前記第１発振器の出力信号を
前記カウンタが設定値まで計数する時間とが所定
の関係になるように前記カウンタの設定値を可変
制御する第１制御手段、前記第１方向とは反対の
第２方向に超音波が前記一対のトランスジユーサ
間において前記被測定媒体中を伝搬する時間と、
前記第１制御手段によつて制御されたカウンタの
設定値まで該カウンタが前記第２発振器の出力信
号を計数する時間とが所定の関係となるように前
記第２発振器の発振周波数を可変制御する第２制
御手段、および前記第１および第２発振器の両発
振周波数に基づいて前記被測定媒体の流量を測定
する手段を具えた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 |
|---|---|---|---|
| JP56124707A JPS5827019A (ja) | 1981-08-11 | 1981-08-11 | 超音波流量測定装置 |
| DE19823230399 DE3230399A1 (de) | 1981-08-11 | 1982-08-11 | Durchflussmesseinrichtung nach dem ultraschallprinzip mit zwei oszillatoren |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56124707A JPS5827019A (ja) | 1981-08-11 | 1981-08-11 | 超音波流量測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5827019A JPS5827019A (ja) | 1983-02-17 |
| JPH0260967B2 true JPH0260967B2 (ja) | 1990-12-18 |
Family
ID=14892101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56124707A Granted JPS5827019A (ja) | 1981-08-11 | 1981-08-11 | 超音波流量測定装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5827019A (ja) |
| DE (1) | DE3230399A1 (ja) |
-
1981
- 1981-08-11 JP JP56124707A patent/JPS5827019A/ja active Granted
-
1982
- 1982-08-11 DE DE19823230399 patent/DE3230399A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3230399A1 (de) | 1983-03-03 |
| JPS5827019A (ja) | 1983-02-17 |
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