JPH0361892B2 - - Google Patents
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- JPH0361892B2 JPH0361892B2 JP8881483A JP8881483A JPH0361892B2 JP H0361892 B2 JPH0361892 B2 JP H0361892B2 JP 8881483 A JP8881483 A JP 8881483A JP 8881483 A JP8881483 A JP 8881483A JP H0361892 B2 JPH0361892 B2 JP H0361892B2
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- ultrasonic
- time
- flow path
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- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 10
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
Landscapes
- 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、超音波流量計、特に、流路を形成す
る管路壁に対して一定の取付角度をもつて対向し
て配設された超音波送受波器を有し、該送受波器
間の超音波伝播時間から流速又は流量を求める超
音波流量計に関する。
る管路壁に対して一定の取付角度をもつて対向し
て配設された超音波送受波器を有し、該送受波器
間の超音波伝播時間から流速又は流量を求める超
音波流量計に関する。
超音波を利用して流速、流量を測定する所謂超
音波流量計は周知であり、上下水道、水力発電所
等において実際に使用されている。
音波流量計は周知であり、上下水道、水力発電所
等において実際に使用されている。
この超音波流量計の側定原理は、流れている流
体中における音波の伝播速度が流れの方向に伝わ
るときは流速だけ見掛け上速くなり、逆の方向に
はそれだけおそくなることを応用したもので、管
内流速をｖ、静止流体中の音速をｃとし、距離Ｌ
だけへだたる２点に送受波器をおいた場合、上流
側Ａ点から発射された超音波が下流側Ｂ点に達す
る時間t1がt1＝Ｌ／（ｃ＋ｖ）であり、下流側Ｂ
点から発射された超音波が上流側Ａ点に達する時
間t2がt2＝Ｌ（ｃ−ｖ）であり、ｃ≫ｖであるこ
とから、 t2−t1＝2Lv／c2 を求め、この時間差t2−t1を求めることにより流
速ｖを求めるものである。
体中における音波の伝播速度が流れの方向に伝わ
るときは流速だけ見掛け上速くなり、逆の方向に
はそれだけおそくなることを応用したもので、管
内流速をｖ、静止流体中の音速をｃとし、距離Ｌ
だけへだたる２点に送受波器をおいた場合、上流
側Ａ点から発射された超音波が下流側Ｂ点に達す
る時間t1がt1＝Ｌ／（ｃ＋ｖ）であり、下流側Ｂ
点から発射された超音波が上流側Ａ点に達する時
間t2がt2＝Ｌ（ｃ−ｖ）であり、ｃ≫ｖであるこ
とから、 t2−t1＝2Lv／c2 を求め、この時間差t2−t1を求めることにより流
速ｖを求めるものである。
而して、上記時間差t2−t1は非常に短いもので
あり、この時間差を正確に求めることは非常に困
難であつた。即ち従来の方式においては送受波器
は１対となつており、それぞれ固有振動数をもつ
た振動体でもある。従つて送波器に対して発振信
号が印加されたとしても定常状態に到るまでには
時間遅れを伴なう。
あり、この時間差を正確に求めることは非常に困
難であつた。即ち従来の方式においては送受波器
は１対となつており、それぞれ固有振動数をもつ
た振動体でもある。従つて送波器に対して発振信
号が印加されたとしても定常状態に到るまでには
時間遅れを伴なう。
しかるに媒質内における超音波は距離に対して
指数関数的に減衰するので、送受信器間の距離が
大きくのる大口径の流量計においては受波器側の
音圧は極めて低くなる。加えて音圧−電圧の変換
効率を加味すると数10デシベル以上もの電圧値と
なり、従つて、上記送波器の信号を受波器で受波
した受信信号は極めて小さい。また、送波器の時
間遅れと同様に受波器にも時間遅れがあるため受
信信号はゆるやかに増大し、t1，t2を算出する信
号の検出レベルが不安定となる。
指数関数的に減衰するので、送受信器間の距離が
大きくのる大口径の流量計においては受波器側の
音圧は極めて低くなる。加えて音圧−電圧の変換
効率を加味すると数10デシベル以上もの電圧値と
なり、従つて、上記送波器の信号を受波器で受波
した受信信号は極めて小さい。また、送波器の時
間遅れと同様に受波器にも時間遅れがあるため受
信信号はゆるやかに増大し、t1，t2を算出する信
号の検出レベルが不安定となる。
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、特に、超音波流量計における超音波の伝
播時間を正確に求め得るようにし、もつて、測定
精度の向上を図つたものである。
もので、特に、超音波流量計における超音波の伝
播時間を正確に求め得るようにし、もつて、測定
精度の向上を図つたものである。
第１図及び第２図は、本発明の測定原理を説明
するための信号波系図で、第１図は超音波送波器
より発射される超音波の信号波形図、第２図は、
超音波受波器により受波される超音波の信号波形
図で、図示例の場合、超音波送受波器を２対有
し、送波器側において発射された第１図ａに示す
超音波は受波器側において第２図ａに示すような
波形の超音波として受波され、一方、送波器側に
おいて発射された第１図ｂに示す超音波は受波器
側において第２図ｂに示すような波形の超音波と
して受波される。而して、送波器側より発射され
る２つの超音波（第１図ａ及びｂ）は、立上り位
相及び振幅が同一で、かつ、周波数が異なつてい
る。なお、第１図ｃには、第１図ａ及びｂに示し
た超音波を加算した場合の波形を示す。上述のよ
うにして送波器側により発射された超音波は被測
定流体中を伝播して受波器側に達するが、各受波
器の出力信号波形は該受波器の立上り時に時間遅
れ等によつてそれぞれ第２図ａ及びｂのようにな
り、これら両信号を加え合わせると第２図ｃに示
すようになり、受信開始より所定時間経過後に特
異レベルＰに達するが、この特異レベルＰが現わ
れる時間は、常に、受信開始より一定時間後であ
る。従つて、送波器側において超音波を発射する
時刻から前記特異レベルが現われる時刻までの時
間を測れば、超音波が被測定流体中を伝播する時
間を測ることができ、前記特異レベルが顕著に現
われるので、被測定流体中における超音波伝播時
間を正確に求めることができる。
するための信号波系図で、第１図は超音波送波器
より発射される超音波の信号波形図、第２図は、
超音波受波器により受波される超音波の信号波形
図で、図示例の場合、超音波送受波器を２対有
し、送波器側において発射された第１図ａに示す
超音波は受波器側において第２図ａに示すような
波形の超音波として受波され、一方、送波器側に
おいて発射された第１図ｂに示す超音波は受波器
側において第２図ｂに示すような波形の超音波と
して受波される。而して、送波器側より発射され
る２つの超音波（第１図ａ及びｂ）は、立上り位
相及び振幅が同一で、かつ、周波数が異なつてい
る。なお、第１図ｃには、第１図ａ及びｂに示し
た超音波を加算した場合の波形を示す。上述のよ
うにして送波器側により発射された超音波は被測
定流体中を伝播して受波器側に達するが、各受波
器の出力信号波形は該受波器の立上り時に時間遅
れ等によつてそれぞれ第２図ａ及びｂのようにな
り、これら両信号を加え合わせると第２図ｃに示
すようになり、受信開始より所定時間経過後に特
異レベルＰに達するが、この特異レベルＰが現わ
れる時間は、常に、受信開始より一定時間後であ
る。従つて、送波器側において超音波を発射する
時刻から前記特異レベルが現われる時刻までの時
間を測れば、超音波が被測定流体中を伝播する時
間を測ることができ、前記特異レベルが顕著に現
われるので、被測定流体中における超音波伝播時
間を正確に求めることができる。
第３図は、上述のごとき測定原理に基づいて構
成した本発明による超音波流量計の一実施例を示
す図で、図中、１はトリガ回路、２及び３は発振
器、４及び５は超音波送波器、６及び７は超音波
受波器、８及び９は増幅器、１０は加算器、１１
は波形整形回路、１２はフリツプフロツプ回路、
１３はクロツクパルス発生器、１４はゲート回
路、１５はカウンター、２０は流路管で、該流路
管２０の管壁には、図示のように、流路に対して
一定の取り付け角度をもつて２対の超音波送受波
器４，６及び５，７が対向して配設されており、
例えば、送波器４からは第１図ａに示した超音波
信号が発射され、送波器５からは第１図ｂに示し
た超音波信号が発射され、送波器４よりの超音波
は受波器６により、また、送波器５よりの超音波
は受波器７によりそれぞれ受信されるようになつ
ている。而して、本発明においては、超音波送波
器４と受波器６との間の距離L1と超音波送波器
５と受波器７との間の距離L2は全く等しくなる
ようにこれら２対の超音波送受波器が配設され、
両超音波器４及び５からは、第１図ａ及びｂに示
したような立上り位相及び振幅が等しく、かつ、
周波数の異なる超音波が発射されるが、これら両
超音波の立上り位相は、トリガ回路１によつて両
発振器２及び３を同時に起動することによつて同
一位相に保たれている。トリガ回路１は上述のよ
うにして発振器２及び３を同時起動するととも
に、SRフリツプフロツプ回路１２をオンしてゲ
ート回路１４を開き、クロツクパルス発生回路１
３からクロツクパルスをカウンター１５にて計数
し始める。一方、前述のごとくして超音波送波器
４及び５より発射された超音波は、それぞれ超音
波受波器６及び７によつて受波され、加算器１０
によつて加算され、第２図ｃに示したような信号
に変換される。この加算器１０の出力信号中には
第２図ｃにＰにて示したような特異レベル点が現
われるので、この特異レベル点Ｐを波形整形回路
１１によつて検出してフリツプフロツプ回路１２
をオフすれば、カウンター１５は超音波送信から
前記特異レベル発生までの時間を計測したことに
なる。而して、受信から特異レベル発生までの時
間ｔは前述のように一定であるので、該カウンタ
ー１５の計数値より被測定流体中における超音波
の伝播時間を求めることができる。なお、以上に
説明した実施例は、被測定流体の一方向の流れに
対してのみ測定するようにしたものであるが、本
発明は、上記実施例に限定されるものではなく、
例えば、上記実施例を更に改良してシングアラウ
ンド方式の超音波流量計を構成することも可能
で、その場合には、波形整形回路１１の出力信号
によつて、超音波送受波器を切り換えるとともに
（すなわち、発振器２及び３の出力を受波器６及
び７に入力して該受波器６及び７を送波器とする
とともに、送波器４及び５を受波器とし、該受波
器４及び５の出力をそれぞれ増幅器８及び９に入
力する）、トリガ回路１を起動するようにすれば、
被測定流体の順方向及び逆方向の流れに対して交
互に測定することができる。
成した本発明による超音波流量計の一実施例を示
す図で、図中、１はトリガ回路、２及び３は発振
器、４及び５は超音波送波器、６及び７は超音波
受波器、８及び９は増幅器、１０は加算器、１１
は波形整形回路、１２はフリツプフロツプ回路、
１３はクロツクパルス発生器、１４はゲート回
路、１５はカウンター、２０は流路管で、該流路
管２０の管壁には、図示のように、流路に対して
一定の取り付け角度をもつて２対の超音波送受波
器４，６及び５，７が対向して配設されており、
例えば、送波器４からは第１図ａに示した超音波
信号が発射され、送波器５からは第１図ｂに示し
た超音波信号が発射され、送波器４よりの超音波
は受波器６により、また、送波器５よりの超音波
は受波器７によりそれぞれ受信されるようになつ
ている。而して、本発明においては、超音波送波
器４と受波器６との間の距離L1と超音波送波器
５と受波器７との間の距離L2は全く等しくなる
ようにこれら２対の超音波送受波器が配設され、
両超音波器４及び５からは、第１図ａ及びｂに示
したような立上り位相及び振幅が等しく、かつ、
周波数の異なる超音波が発射されるが、これら両
超音波の立上り位相は、トリガ回路１によつて両
発振器２及び３を同時に起動することによつて同
一位相に保たれている。トリガ回路１は上述のよ
うにして発振器２及び３を同時起動するととも
に、SRフリツプフロツプ回路１２をオンしてゲ
ート回路１４を開き、クロツクパルス発生回路１
３からクロツクパルスをカウンター１５にて計数
し始める。一方、前述のごとくして超音波送波器
４及び５より発射された超音波は、それぞれ超音
波受波器６及び７によつて受波され、加算器１０
によつて加算され、第２図ｃに示したような信号
に変換される。この加算器１０の出力信号中には
第２図ｃにＰにて示したような特異レベル点が現
われるので、この特異レベル点Ｐを波形整形回路
１１によつて検出してフリツプフロツプ回路１２
をオフすれば、カウンター１５は超音波送信から
前記特異レベル発生までの時間を計測したことに
なる。而して、受信から特異レベル発生までの時
間ｔは前述のように一定であるので、該カウンタ
ー１５の計数値より被測定流体中における超音波
の伝播時間を求めることができる。なお、以上に
説明した実施例は、被測定流体の一方向の流れに
対してのみ測定するようにしたものであるが、本
発明は、上記実施例に限定されるものではなく、
例えば、上記実施例を更に改良してシングアラウ
ンド方式の超音波流量計を構成することも可能
で、その場合には、波形整形回路１１の出力信号
によつて、超音波送受波器を切り換えるとともに
（すなわち、発振器２及び３の出力を受波器６及
び７に入力して該受波器６及び７を送波器とする
とともに、送波器４及び５を受波器とし、該受波
器４及び５の出力をそれぞれ増幅器８及び９に入
力する）、トリガ回路１を起動するようにすれば、
被測定流体の順方向及び逆方向の流れに対して交
互に測定することができる。
以上の説明から明らかなように、本発明による
と、簡単な構成で、しかも、測定精度の高い超音
波流量計を提供することができる。
と、簡単な構成で、しかも、測定精度の高い超音
波流量計を提供することができる。
第１図及び第２図は、本発明の動作原理を説明
するための信号波形図で、第１図は、送波超音波
の波形図、第２図は、受波超音波の波形図、第３
図は、本発明の一実施例を示す構成図である。 １……トリガ回路、２，３……バースト発振
器、４，５……超音波送波（受波）器、６，７…
…超音波受波（送波）器、８，９……増幅器、１
０……加算器、１１……波形整形回路、１２……
SRフリツプフロツプ回路、１３……クロツクパ
ルス発生回路、１４……ゲート回路、１５……カ
ウンター。
するための信号波形図で、第１図は、送波超音波
の波形図、第２図は、受波超音波の波形図、第３
図は、本発明の一実施例を示す構成図である。 １……トリガ回路、２，３……バースト発振
器、４，５……超音波送波（受波）器、６，７…
…超音波受波（送波）器、８，９……増幅器、１
０……加算器、１１……波形整形回路、１２……
SRフリツプフロツプ回路、１３……クロツクパ
ルス発生回路、１４……ゲート回路、１５……カ
ウンター。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 流路を形成する管路壁に流路に対して一定の
取付角度をもつて対向して配設された超音波送受
波器を有し、該送受波器間を伝播する超音波の伝
播時間から流量を測定する超音波流量計におい
て、前記超音波送受波器を複数対同一の超音波伝
播距離をもつて配設し、前記各送波器は同一立上
り位相、同一レベルでかつ周波数の異なる超音波
を発射し、前記受波器側において各受波器の検出
信号を加算し、その加算値が所定レベルに達した
時刻を検出し、前記立上り時間より前記所定レベ
ルに達するまでの時間により前記流路内を流れる
流体の流量を測定するようにしたことを特徴とす
る超音波流量計。 ２ 流路を形成する管路壁に流路に対し一定の取
付角度で対向して配設された超音波送受波器を有
し、該送受波器間で超音波のバースト信号を送信
し、この受信々号にもとづいて送信することによ
つて流れの順方向と逆方向における超音波の伝播
時間差から流量を求める超音波流量計において、
上記超音波送受波器を複数対配設し、これら送受
波器の超音波伝播距離および信号レベルを一定と
して、かつ、それぞれの送波器には同一位相で異
なる周波数の超音波信号を印加し、受波されたビ
ート信号により送信するようにしたことを特徴と
する超音波流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8881483A JPS59214714A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8881483A JPS59214714A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 超音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59214714A JPS59214714A (ja) | 1984-12-04 |
| JPH0361892B2 true JPH0361892B2 (ja) | 1991-09-24 |
Family
ID=13953367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8881483A Granted JPS59214714A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59214714A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4727314A (en) * | 1982-12-23 | 1988-02-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Transient detector apparatus |
| JP6987554B2 (ja) * | 2017-07-18 | 2022-01-05 | 株式会社東京精密 | 非破壊検査装置及びその方法 |
| DE102018132055B4 (de) * | 2018-12-13 | 2022-08-25 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Ultraschallwandleranordnung einer Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmessstelle, und eine Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmessstelle sowie Verfahren zur Inbetriebnahme der Clamp-On-Ultraschall-Durchflussmessstelle |
-
1983
- 1983-05-20 JP JP8881483A patent/JPS59214714A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59214714A (ja) | 1984-12-04 |
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