JPH0682058B2

JPH0682058B2 - 相関式流量計

Info

Publication number: JPH0682058B2
Application number: JP62010446A
Authority: JP
Inventors: ひさ乃山下; 豊稲田
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-01-20
Filing date: 1987-01-20
Publication date: 1994-10-19
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JPS63179218A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、流れ情報を流路の複数箇所で検出して、その
相互相関値から流量を測定する相関式流量計に関するも
のである。

「従来の技術」従来知られている相関式流量計としては、例えば、実開
昭60−21925号公報、実開昭60−25920号公報に記載され
たものがある。これら流量計は、流れの方向に間隔を置
いた複数箇所に、この流れに関する情報、例えば、超音
波の伝播特性、あるいは流体の静電容量等を測定できる
センサを設けておき、これら各センサの測定データの相
関関係から、流体に生じた「流れの乱れ」が各センサに
検出される時間差を演算し、よって、流体の流量を知る
ことができるようになっている。

次に、超音波式センサが流路の上流側及び下流側の２箇
所に設けられている場合を例に取り、前記時間差の演算
方法により具体的に説明する。各センサは、流体の流れ
方向に所定の間隔を置いて配設されているから、これら
センサが流れの乱れを検出するタイミングには、流速及
び上流側、下流側センサ間の間隔に比例する時間遅れτ
が生じる。また、上流側及び下流側の各センサの測定デ
ータは、時間ｔを変数とする関数ｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）で
それぞれ表現することができ、これら関数ｆ（ｔ）及び
ｇ（ｔ）は、前記時間遅れτに相当する位相差をもった
ほぼ同一の波形（厳密には、流体及び流路によりその振
幅が若干変化した波形）となる。従って、これらｆ
（ｔ）、ｇ（ｔ）の間には前記時間遅れτを変数とする
相互相関関係が成立する。

よって、関数ｆ（ｔ）とｇ（ｔ−τ）との積を一定の区
間〔0,T〕に亙って時間ｔで積分した式（実際には関数
ｆ（ｔ）とｇ（ｔ−τ）との積を区間（0,T〕内で総和
した量）が最大となる場合（両関数の位相差が無くなる場合）の
τを求めれば、これがセンサ間での流れの乱れが検出さ
れる時間遅れτの実測値となる。

そして、前記上流側及び下流側のセンサ間の距離をＬと
すれば、この区間における流体の流速Ｖは、Ｖ＝L/τ ……（２）により与えられ、さらに流路内での流速がほぼ均一であ
ると仮定し、流路の断面積をＳとすれば、前記区間にお
ける流体の流量Ｑは、Ｑ＝Ｖ・Ｓ ……（３）により求めることができる。

「発明が解決しようとする問題点」ところで、前記従来の相関式流量計においては、流路の
複数箇所に配設されたセンサ間で「流れの乱れ」が極端
に変化した場合、例えば、この「流れの乱れ」が回転、
拡散した場合、下流側に位置するセンサが「流れの乱
れ」を正確に検出できないおそれがある。従って、この
ような相関式流量計においては、複数個のセンサから出
力される信号の間に常時安定な相関関係が得にくいた
め、流量の測定値の信頼性及び精度に問題があった。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、流量の
測定値の信頼性及び精度を向上しうる相関式流量計の提
供を目的としている。

「問題点を解決するための手段」前記問題点を解決するために、本発明は、流体の流路の
流れ方向に相互に間隔を置いた複数箇所に、流れの変化
に対応する検出信号を出力するセンサが配設され、これ
ら各センサの検出信号の相互相関演算値から前記流体の
流量を測定する相関式流量計において、前記センサを流
路の３箇所以上の複数箇所に配設すると共に、前記セン
サのうち互いに隣接する１組のセンサから検出された信
号の相互相関値を演算する複数個の相関器と、これら複
数個の相関器のうちいずれか１つの相関器から得られた
データに基づいて、他の相関器における相互相関演算の
計算範囲を制限する制御演算手段と、前記複数の相関器
から得られた複数のデータから流体の流量を演算する流
量演算手段とを設けたことを特徴とするものである。

「作用」お本発明では、流体の流路に３箇所以上センサ
が配設されていると共に、互いに隣接する１組のセンサ
から得られる信号の相互相関値を演算する複数個の相関
器が設けられているので、これら複数個の相関器から得
られるデータを流量演算手段により比較、選択すること
で、相関器から得られるデータの信頼性及び精度を向上
することができる。また、前記複数個の相関器のうちい
ずれか１つの相関器から得られたデータに基づいて、他
の相関器の相互相関演算の計算範囲が制御演算手段によ
り制限されるので、相互相関演算の精度を落とすことな
く、計算すべきデータ数、データ量を削減することがで
きる。

「実施例」以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

図面は本発明を超音波式相関流量計に適用したものであ
り、図中符号１は、流量の測定が行なわれる配管であ
る。

この配管１の外周の上流側（図中左側）には、その管軸
方向にそれぞれ間隔Ｌなる等間隔をおいて上流側センサ
2a、中流側センサ2b、下流側センサ2cが設けられてい
る。これらセンサ2a、2b、2cはそれぞれ同一の構成とさ
れており、配管１の外周に配設された超音波発信器（以
下、単に「発信器」と称する）3a、3b、3cと、配管１を
挾んで発信器3a、3b、3cと相対向する位置に配設され、
発信器3a、3b、3cから発信される超音波信号を受信する
超音波受信器（以下、単に「受信器」と称する）4a、4
b、4cとからなるものである。

前記各センサ2a、2b、2cの発信器3a、3b、3cには超音波
源５が接続されている。この超音波源５の駆動により、
各発信器3a、3b、3cから各受信器4a、4b、4cに向って超
音波が発信され、この超音波は管路を横断して各受信器
4a、4b、4cにより受信され、ここで電気信号に変換され
る。

また、各受信器4a、4b、4cには復調器6a、6b、6cが接続
されている。これら復調器6a、6b、6cには、各受信器4
a、4b、4cからの電気信号が入力されると共に、配管１
内に流れる流体の流れに乱れが生じて、この入力信号が
変調をきたすと、復調器6a、6b、6cからその乱れ信号が
出力される。

これら復調器6a、6b、6cにはA/D変換器7a、7b、7cが接
続されていると共に、これらA/D変換器7a、7b、73には
メモリ8a、8b、8cが連設されている。これらA/D変換器7
a、7b、7cは、前記復調器6a、6b、6cから入力されてき
た流れの乱れ信号をデジタル信号に変換すると共に、こ
れに連設されたメモリ8a、8b、8c内に出力し、メモリ8
a、8b、8cは、これらデジタル信号を一時的に記憶す
る。そして、上流側センサ2aからのデータが記憶された
メモリ8a及び中流側センサ2bからのデータが記憶された
メモリ8bは、記憶したデジタル信号を乱れ信号データ
S₁、S₂としてそれぞれ１次相関器９に出力し、同様に、
前記メモリ8b及び下流側センサ2cからのデータが記憶さ
れたメモリ8cは、記憶したデジタル信号を乱れ信号デー
タS₃、S₄として２次相関器10にそれぞれ出力する。

前記１次相関器９は、メモリ8a、8bから入力された流れ
の乱れ信号データS₁、S₂の相互相関演算を行って、上流
側センサ2a及び中流側センサ2bで検出された「流れの乱
れ」の時間差、すなわち、それぞれのメモリ8a、8b内に
記憶された乱れ信号のメモリ8a、8b上での領域の差を、
コントロールデータD₁、D₂、D₃として、前記２次相関器
10、及びメモリ8b、8cの制御を行うメモリコントローラ
11、12に出力する。また、１次相関器９は、前記乱れ信
号のメモリ8a、8b上での領域の差を流れの乱れの時間遅
れτ_１に変換して、時間データA₁として流量演算器13に
出力する。

メモリコントローラ11、12は、１次相関器９から入力さ
れたコントロールデータD₂、D₃に基づいて、メモリ8b、
8cに制御信号C₁、C₂を出力することで、これらメモリ8
b、8cから出力される乱れ信号データS₃、S₄の出力範囲
を制限する。また、２次相関器10は、同様に１次相関器
９から入力された制御信号D₁に基づいて、メモリ8b、8c
からの流れの乱れ信号データS₃、S₄の相互相関演算を行
って、中流側センサ2b及び下流側センサ2c間における流
れの乱れの時間遅れτ_２を時間データA₂として流量演算
器13に出力する。。

以上説明した２次相関器10及びメモリコントローラ11、
12の作用をより具体的に説明する。上流側センサ2aに乱
れが受信された時刻を仮に０秒とすれば、１次相関器９
の計算結果から、中流側センサ2bにはτ_１秒後、下流側
センサ2cには２τ_１秒後に乱れが受信されると考えられ
る。従って、中流側センサ2bから得られる０〜τ_１秒の
間のデータ、下流側センサ2cから得られる０〜２τ_１秒
の間のデータは不要となる。従って、メモリ8bから２次
相関器10に出力される乱れ信号データS₃の開始点をτ_１
秒、メモリ8cから乱れ信号データS₄の開始点を２τ_１と
して、これ以前のデータを切り捨てると共に、２次相関
器10で得られる時間遅れの測定値にτ_１を加えれば、正
しい時間遅れτ_２が得られることになる。実際には、１
次相関器９で得られた時間遅れτ_１の精度等を勘案して
各データS₃、S₄の開始点にΔτの幅を持たせて、前記制
御信号C₁を１次相関器９で得られた時間遅れτ_１、前記
制御信号C₂を時間遅れτ_１−Δτに対応するアドレス
点、制御信号C₃を時間遅れ２τ_１−Δτに対応するアド
レス点とすれば良い。この、データ開始点の幅Δτは、
相関式流量計の仕様等から調宜決定される。

そして、前記流量演算器13は、１次、２次相関器９、10
から入力された時間データA₁、A₂を比較し、これら時間
データA₁、A₂間の差が事前に設定された許容範囲内であ
れば、時間データA₁、A₂のいずれか、あるいはその平均
値を実測値として採用し、これを流量に換算して流量デ
ータＲとして出力する。また、時間データA₁、A₂間の差
が許容範囲を逸脱した場合、信号検出に何等かの誤りが
生じたものと判断して、その時点での測定を無効とする
判断を為す。

以上のような構成を有する相関式流量計が設置された配
管１内に流体が流通されると、この流体に流れの乱れが
生じ、上流側センサ2a、中流側センサ2b、下流側センサ
2cが設けられた区間内をこの乱れが通過すると、それぞ
れのセンサ2a、2b、2cの受信器4a、4b、4cにより受信さ
れる超音波に変調が生じる。そして、各復調器6a、6b、
6cにより、この変調された受信信号から乱れ信号が抽出
され、この乱れ信号は、A/D変換器7a、7b、7cによりA/D
変換され、データ8a、8b、8cに一時的に記憶される。

次に、データ8a、8bから乱れ信号データS₁、S₂が１次相
関器９に入力され、この１次相関器９によりりデータ
S₁、S₂の相互相関演算が行なわれる。さらに、この相互
相関演算の結果に基づいて、２次相関器10、メモリコン
トローラ11、12に、上流側センサ2a及び中流側センサ2b
で検出された「流れの乱れ」の時間差が、コントロール
データD₁、D₂、D₃として出力される。また、この１次相
関器９から、上流側センサ2a及び中流側センサ2bの間の
流れの乱れの時間遅れτ_１が、時間データA₁として流量
演算器13に出力される。

さらに、メモリコントローラ11、12は、入力されたコン
トロールデータD₂、D₃に基づいて、メモリ8bからτ_１−
Δτ秒以降のデータが出力されるように、また、メモリ
8cから２τ_１−Δτ秒以降のデータが出力されるよう
に、制御信号C₁、C₂をメモリ8b、8cに出力して、これら
メモリ8b、8cを制御する。そして、このようにしてメモ
リ8b、8cから出力された乱れ信号データS₃、S₄が、２次
相関器10に入力される。

そして、２次相関器10によって、入力されたデータS₃、
S₄の相互相関演算が行なわれ、この演算によって得られ
た時間遅れの計算値に前記時間遅れτ_１が加えられるこ
とで、中流側センサ2b及び下流側センサ2cの間の流れの
乱れの時間遅れτ_２が得られる。この時間遅れτ_２は、
時間データA₂として流量演算器13に入力される。そし
て、流量演算器13により流量を求める演算が行なわれ、
これが流量データＲとして外部に出力される。

従って、本実施例の相関式流量計では、１次相関器９で
得られた上流側センサ2a及び中流側センサ2bの間の流れ
の時間遅れτ_１と、２次相関器10で得られた中流側セン
サ2b及び下流側センサ2cの間の流れの乱れの時間遅れτ
_２とを流量演算器13で比較、選択し、これら間遅れτ_１
及びτ_２から流量データＲを算出しているので、流量の
測定値の信頼度及び精度を向上することができる。特
に、本実施例では、前記時間遅れτ_１に基づいてメモリ
8b、8cから出力される乱れ信号データS₃、S₄の範囲が制
限され、この制限されたデータS₃、S₄を用いて２次相関
器10の演算が行なわれているので、それぞれの相関器
９、10で得られる時間遅れτ_１、τ_２の値が相互にかけ
離れた値となりにくく、従って、測定値の信頼度及び精
度がより向上される。

また、本実施例では、前述の如く、１次相関器９で得ら
れた時間遅れτ_１に基づいて、データS₃、S₄の範囲が制
限されるので、相互相関演算の精度が損なわれずに、２
次相関器10で演算すべきデータ数が削減されると共に、
２次相関器10で行うべきデータの積和回数も大幅に削減
されるので、流量測定の高速演算処理が可能となる。ま
た、データS₃、S₄の範囲を制限したことにより、ノイズ
等誤差の要因となる信号が混入するおそれが極めて小さ
くなるため、時間遅れτ_２へのノイズ等の影響を極力排
除することができる。

「発明の変形実施例」（ａ）前記実施例における流量演算器13は、時間データ
A₁、A₂を相互に比較し、これを流量データＲに換算する
機能を有していたが、この流量演算器13の行う機能を拡
大することで、より信頼度及び精度が向上された流量測
定を行うことも可能である。一例として、過去に測定さ
れた有効な流量データＲを流量演算器13内に記憶してお
き、入力された時間データA₁、A₂のうち前記流量データ
Ｒに最も近い流量データを与える時間データA₁、A₂を実
測値として採用する機能を、流量演算器13自身に付加す
るようなことが考えられる。あるいは、時間データA₁、
A₂の差が許容範囲を逸脱した結果、これら時間データ
A₁、A₂が誤りのデータと判断された回数をカウントして
おき、この判断が所定回数以上連続して行なわれた時
に、信号の検出系に異常が発生したと判断するような機
能を流量算器13に付加しても良い。

（ｂ）前記実施例では、配管１の３箇所にセンサ2a、2
b、2cを配設したような構成であるが、さらに多数箇所
に同様のセンサを配設して、これら相互の相関値を求め
るようにしても良い。

（ｃ）流れの状態を検出するセンサ2a、2b、2cは、前記
実施例の如く超音波式に限定されず、静電容量式、ある
いは電磁式のセンサであっても良い。

「発明の効果」以上詳細に説明したように、本発明は以下に示すような
優れた効果を有する。

（１）前記複数個の相関器から得られるデータを流量演
算手段によりり比較、選択することで、相関器から得ら
れるデータの信頼性及び精度を向上することができ、こ
れにより流量演算手段により得られる流量の測定値の信
頼性及び精度の向上を図ることが可能となる。

（２）前記複数個の相関器のうちいずれか１つの相関器
から得られたデータに基づいて、他の相関器の相互相関
演算の計算範囲を制御演算手段により制限するので、相
互相関演算の精度を落とすことなく、計算すべきデータ
数、データ量を削減することができる。従って、流量測
定の高速演算処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す配管の側面図及びブロッ
ク図である。１……配管、2a……上流側センサ（センサ）、2b……中
流側センサ（センサ）、2c……下流側センサ（セン
サ）、９……１次相関器（相関器）、10……２次相関器
（相関器）、11、12……メモリコントローラ（制御演算
手段）、13……流量演算器（流量演算手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流路の流れ方向に相互に間隔を置い
た複数箇所に、流れの変化に対応する検出信号を出力す
るセンサが配設され、これら各センサの検出信号の相互
相関演算値から前記流体の流量を測定する相関式流量計
において、前記センサが前記流路の３箇所以上の複数箇
所に配設されていると共に、前記センサのうち互いに隣
接する１組のセンサから検出された信号の相互相関値を
演算する複数個の相関器と、これら複数個の相関器のう
ちいずれか１つの相関器から得られたデータに基づいて
他の相関器における相互相関演算の計算範囲を制限する
制御演算手段と、前記複数の相関器から得られた複数の
データから流体の流量を演算する流量演算手段とが設け
られていることを特徴とする相関式流量計。