JPH07209265A - 音波反射式ガス濃度測定装置 - Google Patents
音波反射式ガス濃度測定装置Info
- Publication number
- JPH07209265A JPH07209265A JP6002658A JP265894A JPH07209265A JP H07209265 A JPH07209265 A JP H07209265A JP 6002658 A JP6002658 A JP 6002658A JP 265894 A JP265894 A JP 265894A JP H07209265 A JPH07209265 A JP H07209265A
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- JP
- Japan
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- gas
- temperature
- measured
- sound
- sound wave
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 コスト上昇や装置の大型化を伴うことがな
く、精度が高く、しかも応答性の良い音波反射式ガス濃
度測定装置を提供することを目的とする。 【構成】 超音波を反射する反射面４と、反射面４に向
けて超音波を送信するとともに、反射した超音波を受信
する超音波送受信子２と、超音波送受信子２及び反射面
４の間の空間であるセンシングエリア３と、センシング
エリア３に被測定ガスを流入させるガス流入路５と、ガ
ス流入路５内に配置され、被測定ガスの温度を測定する
感温素子７とを備え、超音波の送受信の時間から測定さ
れる音速に基づいてガスの密度を測定するとともに、感
温素子７の出力に基づいて温度変動による誤差が補正さ
れる。
く、精度が高く、しかも応答性の良い音波反射式ガス濃
度測定装置を提供することを目的とする。 【構成】 超音波を反射する反射面４と、反射面４に向
けて超音波を送信するとともに、反射した超音波を受信
する超音波送受信子２と、超音波送受信子２及び反射面
４の間の空間であるセンシングエリア３と、センシング
エリア３に被測定ガスを流入させるガス流入路５と、ガ
ス流入路５内に配置され、被測定ガスの温度を測定する
感温素子７とを備え、超音波の送受信の時間から測定さ
れる音速に基づいてガスの密度を測定するとともに、感
温素子７の出力に基づいて温度変動による誤差が補正さ
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、音波の送受信の時間か
ら測定される音速に基づいて、ガス密度を測定する音波
反射式ガス濃度測定装置に関するものである。
ら測定される音速に基づいて、ガス密度を測定する音波
反射式ガス濃度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】音波伝達時間または音速を計測する際
に、温度による出力変動を補正する技術としては、例え
ば特開平２−１９８３５７号公報や特開平４−１５７３
５９号公報に記載された、温度特性を近似した計算式ま
たは温度特性を予め記憶したマップによるものが知られ
ている。
に、温度による出力変動を補正する技術としては、例え
ば特開平２−１９８３５７号公報や特開平４−１５７３
５９号公報に記載された、温度特性を近似した計算式ま
たは温度特性を予め記憶したマップによるものが知られ
ている。
【０００３】また、例えば特開平１−１４５５２９号公
報に記載された、温度に対する音波伝達時間の変化が予
め知られている温度補正用送受信子を用いるものや、例
えば特公昭６１−２９４４９号公報に記載された、サー
ミスタの温度−抵抗特性を利用して行うもの等も知られ
ている。
報に記載された、温度に対する音波伝達時間の変化が予
め知られている温度補正用送受信子を用いるものや、例
えば特公昭６１−２９４４９号公報に記載された、サー
ミスタの温度−抵抗特性を利用して行うもの等も知られ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】温度特性を近似した計
算式または温度特性を予め記憶したマップによる技術
は、マイクロコンピュータによる演算を前提としてお
り、コストが高くなるという問題点を有する。また、温
度に対する音波伝達時間の変化が予め知られている温度
補正用送受信子を用いる技術は、別個の送受信子を設け
る必要があるため、コストが高くなり、装置が大型化す
るという問題点を有する。
算式または温度特性を予め記憶したマップによる技術
は、マイクロコンピュータによる演算を前提としてお
り、コストが高くなるという問題点を有する。また、温
度に対する音波伝達時間の変化が予め知られている温度
補正用送受信子を用いる技術は、別個の送受信子を設け
る必要があるため、コストが高くなり、装置が大型化す
るという問題点を有する。
【０００５】従って、簡便かつ安価に温度による出力変
動を補正するには、サーミスタ等の感温素子を利用する
のが好ましい。
動を補正するには、サーミスタ等の感温素子を利用する
のが好ましい。
【０００６】しかしながら、音波が伝搬するセンシング
エリア内に感温素子を配置する場合には、感温素子が音
波の伝搬を妨げたり、音波送受信子の受信波形に悪影響
を及ぼしたりすることがあった。この結果、音波伝達時
間または音速の測定誤差が増大するという問題点があっ
た。
エリア内に感温素子を配置する場合には、感温素子が音
波の伝搬を妨げたり、音波送受信子の受信波形に悪影響
を及ぼしたりすることがあった。この結果、音波伝達時
間または音速の測定誤差が増大するという問題点があっ
た。
【０００７】このような問題点を避けるためには、感温
素子をセンシングエリアの隅に配置すればよいが、セン
シングエリアの隅においては被測定ガスの流れがよどん
でいることが多く、このような場合には、ガスの温度変
化に対する補正の応答性が悪くなるという問題点があっ
た。
素子をセンシングエリアの隅に配置すればよいが、セン
シングエリアの隅においては被測定ガスの流れがよどん
でいることが多く、このような場合には、ガスの温度変
化に対する補正の応答性が悪くなるという問題点があっ
た。
【０００８】そこで、本発明の目的は、コスト上昇や装
置の大型化を伴うことがなく、精度が高く、しかも応答
性の良い音波反射式ガス濃度測定装置を提供することに
ある。
置の大型化を伴うことがなく、精度が高く、しかも応答
性の良い音波反射式ガス濃度測定装置を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この出願に係る発明は、音波を反射する反射面と、
反射面に向けて音波を送信するとともに、反射した音波
を受信する音波送受信子と、音波送受信子及び反射面の
間の空間であるセンシングエリアと、センシングエリア
に被測定ガスを流入させるガス流入路と、ガス流入路内
に配置され、被測定ガスの温度を測定する感温素子とを
備え、音波の送受信の時間から測定される音速に基づい
てガスの密度を測定するとともに、感温素子の出力に基
づいて温度変動による誤差が補正されるものである。
に、この出願に係る発明は、音波を反射する反射面と、
反射面に向けて音波を送信するとともに、反射した音波
を受信する音波送受信子と、音波送受信子及び反射面の
間の空間であるセンシングエリアと、センシングエリア
に被測定ガスを流入させるガス流入路と、ガス流入路内
に配置され、被測定ガスの温度を測定する感温素子とを
備え、音波の送受信の時間から測定される音速に基づい
てガスの密度を測定するとともに、感温素子の出力に基
づいて温度変動による誤差が補正されるものである。
【００１０】また、この出願に係る別の発明は、感温素
子が配置されるガス流入路の部分の口径が、他の部分の
口径よりも大きくされているものである。
子が配置されるガス流入路の部分の口径が、他の部分の
口径よりも大きくされているものである。
【００１１】この出願に係るさらに別の発明は、音波を
反射する反射面と、反射面に向けて音波を送信するとと
もに、反射した音波を受信する音波送受信子と、音波送
受信子及び反射面の間の空間であるセンシングエリア
と、センシングエリアに被測定ガスを流入させるガス流
入路と、ガス流入路の中央線を延長した線がセンシング
エリアの内面と交わる位置に形成された凹部に配置さ
れ、被測定ガスの温度を測定する感温素子とを備え、音
波の送受信の時間から測定される音速に基づいてガスの
密度を測定するとともに、感温素子の出力に基づいて温
度変動による誤差が補正されるものである。
反射する反射面と、反射面に向けて音波を送信するとと
もに、反射した音波を受信する音波送受信子と、音波送
受信子及び反射面の間の空間であるセンシングエリア
と、センシングエリアに被測定ガスを流入させるガス流
入路と、ガス流入路の中央線を延長した線がセンシング
エリアの内面と交わる位置に形成された凹部に配置さ
れ、被測定ガスの温度を測定する感温素子とを備え、音
波の送受信の時間から測定される音速に基づいてガスの
密度を測定するとともに、感温素子の出力に基づいて温
度変動による誤差が補正されるものである。
【００１２】
【作用】本発明においては、感温素子が配置される位置
を、音波送受信子から送信された音波が感温素子に直接
当たらない位置とし、さらに、ガス流入路を流れるガス
が感温素子に直接吹き付けられる位置とする。これによ
り、被測定ガスの温度変動に対する温度補正の応答性を
高めることができる。
を、音波送受信子から送信された音波が感温素子に直接
当たらない位置とし、さらに、ガス流入路を流れるガス
が感温素子に直接吹き付けられる位置とする。これによ
り、被測定ガスの温度変動に対する温度補正の応答性を
高めることができる。
【００１３】
【実施例】以下、添付図面に沿って本発明の実施例につ
いて説明する。なお、図面において同一又は相当部分に
は同一符号を用いるものとする。
いて説明する。なお、図面において同一又は相当部分に
は同一符号を用いるものとする。
【００１４】図１は、この発明の一実施例を示す図であ
る。この音波反射式ガス濃度測定装置１は、エンジンの
キャニスタと吸入側とを結ぶキャニスタパージライン
（図示せず）の途中に設けられるものであり、パージガ
スの完全酸化に必要な空気量比を測定する装置である。
この音波反射式ガス濃度測定装置１は、超音波送受信子
２からセンシングエリア３内に送信され、反射面４で反
射されたパルス状音波の伝達時間によって音速を計測す
ることにより上記の空気量比のセンシングを行う。セン
シングエリア３内には、ガス流入路５から被測定ガスが
流入し、この被測定ガスはガス流出路６から流出してい
る。ガス流入路５及びガス流出路６は、超音波の伝達方
向、すなわちセンシングエリア３の軸方向にほぼ直交し
て配置されている。
る。この音波反射式ガス濃度測定装置１は、エンジンの
キャニスタと吸入側とを結ぶキャニスタパージライン
（図示せず）の途中に設けられるものであり、パージガ
スの完全酸化に必要な空気量比を測定する装置である。
この音波反射式ガス濃度測定装置１は、超音波送受信子
２からセンシングエリア３内に送信され、反射面４で反
射されたパルス状音波の伝達時間によって音速を計測す
ることにより上記の空気量比のセンシングを行う。セン
シングエリア３内には、ガス流入路５から被測定ガスが
流入し、この被測定ガスはガス流出路６から流出してい
る。ガス流入路５及びガス流出路６は、超音波の伝達方
向、すなわちセンシングエリア３の軸方向にほぼ直交し
て配置されている。
【００１５】このガス雰囲気中の超音波の伝達速度Ｃは
下記の式で表される。
下記の式で表される。
【００１６】
【数１】
【００１７】ここに、Ｐは圧力、ρは密度、κは比熱
比、Ｒはガス定数、Ｔは絶対温度、Ｍはモル数である。
比、Ｒはガス定数、Ｔは絶対温度、Ｍはモル数である。
【００１８】超音波の伝達時間を測定することにより、
伝達速度Ｃを算出することができ、これにより雰囲気ガ
スの密度ρを求めることができるが、上式より明らかな
ように超音波の伝達速度Ｃは温度Ｔにより変動するた
め、温度補正が必要となる。このため、図１に示すよう
に、ガス流入路５内に感温素子７が配置されており、こ
の感温素子７により測定される温度によって温度補正を
行っている。感温素子７の位置は、超音波送受信子２か
ら送信された超音波が感温素子７に直接当たらない位置
となっている。このような位置に感温素子７を配置する
ことにより、感温素子７周辺のガスがよどむことがなく
なるため、感温素子７は常に新しく供給されるガスの温
度を測定することが可能となり、ガスの温度変動に対す
る温度補正の応答性を高めることができる。
伝達速度Ｃを算出することができ、これにより雰囲気ガ
スの密度ρを求めることができるが、上式より明らかな
ように超音波の伝達速度Ｃは温度Ｔにより変動するた
め、温度補正が必要となる。このため、図１に示すよう
に、ガス流入路５内に感温素子７が配置されており、こ
の感温素子７により測定される温度によって温度補正を
行っている。感温素子７の位置は、超音波送受信子２か
ら送信された超音波が感温素子７に直接当たらない位置
となっている。このような位置に感温素子７を配置する
ことにより、感温素子７周辺のガスがよどむことがなく
なるため、感温素子７は常に新しく供給されるガスの温
度を測定することが可能となり、ガスの温度変動に対す
る温度補正の応答性を高めることができる。
【００１９】図２は、この音波反射式ガス濃度測定装置
１の温度補正回路の一例を示したものである。音波反射
式ガス濃度測定装置１の出力信号は、音波伝達時間の定
数倍の周期を有する周期信号である。この周期信号の周
波数をｆとする。この周期信号を入力されてパルス発生
器８は、周期信号の周期ごとに一定時間Δｔのパルス信
号を出力する。このパルス信号のＨｉレベル電圧をＶ１
とする。この信号は感温素子７及び抵抗器９から構成さ
れる分圧回路に入力される。感温素子７はその抵抗値Ｒ
Ｔが温度Ｔによってリニアに変化し、温度Ｔが上昇する
と抵抗値ＲＴは大きくなる。また、抵抗器９の抵抗値を
Ｒとする。このとき、分圧回路中のａ点の電圧は、Ｒ／
（Ｒ＋ＲＴ）倍に分圧されたもの、すなわちＶ２＝Ｖ１
・Ｒ／（Ｒ＋ＲＴ）になる。さらに、この電圧が積分器
１０に入力される。積分器１０の出力は、ｆ・Δｔ・Ｖ２
になる。ここで、音波反射式ガス濃度測定装置１の使用
温度域（−２０〜１００℃程度）では、ｆは温度に対し
て概ね正の係数を持つということができ、温度上昇に伴
いｆはほぼリニアに増加する。また、感温素子７の温度
特性のために、Ｖ２は同じ温度域で温度に対して概ね負
の係数を持つということができ、温度上昇に伴いＶ２は
ほぼリニアに減少する。従って、ｆとＶ２とが相殺する
ように、抵抗器Ｒの抵抗値を選定すれば、積分器１０の
出力が温度によって変動することなく、目的のセンシン
グ量すなわち完全燃焼に必要な空気量比となるようにす
ることができる。
１の温度補正回路の一例を示したものである。音波反射
式ガス濃度測定装置１の出力信号は、音波伝達時間の定
数倍の周期を有する周期信号である。この周期信号の周
波数をｆとする。この周期信号を入力されてパルス発生
器８は、周期信号の周期ごとに一定時間Δｔのパルス信
号を出力する。このパルス信号のＨｉレベル電圧をＶ１
とする。この信号は感温素子７及び抵抗器９から構成さ
れる分圧回路に入力される。感温素子７はその抵抗値Ｒ
Ｔが温度Ｔによってリニアに変化し、温度Ｔが上昇する
と抵抗値ＲＴは大きくなる。また、抵抗器９の抵抗値を
Ｒとする。このとき、分圧回路中のａ点の電圧は、Ｒ／
（Ｒ＋ＲＴ）倍に分圧されたもの、すなわちＶ２＝Ｖ１
・Ｒ／（Ｒ＋ＲＴ）になる。さらに、この電圧が積分器
１０に入力される。積分器１０の出力は、ｆ・Δｔ・Ｖ２
になる。ここで、音波反射式ガス濃度測定装置１の使用
温度域（−２０〜１００℃程度）では、ｆは温度に対し
て概ね正の係数を持つということができ、温度上昇に伴
いｆはほぼリニアに増加する。また、感温素子７の温度
特性のために、Ｖ２は同じ温度域で温度に対して概ね負
の係数を持つということができ、温度上昇に伴いＶ２は
ほぼリニアに減少する。従って、ｆとＶ２とが相殺する
ように、抵抗器Ｒの抵抗値を選定すれば、積分器１０の
出力が温度によって変動することなく、目的のセンシン
グ量すなわち完全燃焼に必要な空気量比となるようにす
ることができる。
【００２０】次に、ガス流入路５の口径が感温素子７に
比べて小さく、すなわちガス流入路５の流路断面積が感
温素子７に比べて小さく、ガス流入路５内に感温素子７
を入れることが物理的に不可能な場合には、図３に示す
ように、ガス流入路５がセンシングエリア３に至る部分
に口径拡大部１１を設け、その中に感温素子７を配置す
る。この場合、感温素子７の位置は、超音波送受信子２
から送信された超音波が感温素子７に直接当たらない位
置とし、さらに、ガス流入路５を流れるガスが感温素子
７に直接吹き付けられる位置とするのが好ましい。これ
により、被測定ガスの温度変動に対する温度補正の応答
性を高めることができる。
比べて小さく、すなわちガス流入路５の流路断面積が感
温素子７に比べて小さく、ガス流入路５内に感温素子７
を入れることが物理的に不可能な場合には、図３に示す
ように、ガス流入路５がセンシングエリア３に至る部分
に口径拡大部１１を設け、その中に感温素子７を配置す
る。この場合、感温素子７の位置は、超音波送受信子２
から送信された超音波が感温素子７に直接当たらない位
置とし、さらに、ガス流入路５を流れるガスが感温素子
７に直接吹き付けられる位置とするのが好ましい。これ
により、被測定ガスの温度変動に対する温度補正の応答
性を高めることができる。
【００２１】また、図４に示すように、センシングエリ
ア３に対してガス流入路５の対向側の位置、換言する
と、ガス流入路５の中央線を延長した線がセンシングエ
リア３の内面と交わる位置に凹部１２を形成し、この凹
部１２内に感温素子７を配置して温度補正を行ってもよ
い。
ア３に対してガス流入路５の対向側の位置、換言する
と、ガス流入路５の中央線を延長した線がセンシングエ
リア３の内面と交わる位置に凹部１２を形成し、この凹
部１２内に感温素子７を配置して温度補正を行ってもよ
い。
【００２２】このような配置とすることにより、ガス流
入路５からセンシングエリア３に流れ込むガスが感温素
子７に直接吹き当てられ、しかも超音波送受信子２から
送信された超音波が感温素子７に当たらないようにする
ことができる。さらに、感温素子７の存在による超音波
の乱れを防ぐことができ、超音波送受信子２の受信波形
に対する影響を小さくすることができる。
入路５からセンシングエリア３に流れ込むガスが感温素
子７に直接吹き当てられ、しかも超音波送受信子２から
送信された超音波が感温素子７に当たらないようにする
ことができる。さらに、感温素子７の存在による超音波
の乱れを防ぐことができ、超音波送受信子２の受信波形
に対する影響を小さくすることができる。
【００２３】なお、送信され受信される音波は超音波で
あるとしたが、超音波以外の音波であってもよい。
あるとしたが、超音波以外の音波であってもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、音波を
反射する反射面と、反射面に向けて音波を送信するとと
もに、反射した音波を受信する音波送受信子と、音波送
受信子及び反射面の間の空間であるセンシングエリア
と、センシングエリアに被測定ガスを流入させるガス流
入路と、ガス流入路内に配置され、被測定ガスの温度を
測定する感温素子とを備え、音波の送受信の時間から測
定される音速に基づいてガスの密度を測定するととも
に、感温素子の出力に基づいて温度変動による誤差が補
正されるので、コスト上昇や装置の大型化を伴うことが
なく、精度が高く、しかも応答性の良い音波反射式ガス
濃度測定装置を得ることができる。
反射する反射面と、反射面に向けて音波を送信するとと
もに、反射した音波を受信する音波送受信子と、音波送
受信子及び反射面の間の空間であるセンシングエリア
と、センシングエリアに被測定ガスを流入させるガス流
入路と、ガス流入路内に配置され、被測定ガスの温度を
測定する感温素子とを備え、音波の送受信の時間から測
定される音速に基づいてガスの密度を測定するととも
に、感温素子の出力に基づいて温度変動による誤差が補
正されるので、コスト上昇や装置の大型化を伴うことが
なく、精度が高く、しかも応答性の良い音波反射式ガス
濃度測定装置を得ることができる。
【図１】この発明の一実施例を示す図である。
【図２】この音波反射式ガス濃度測定装置１の温度補正
回路の一例を示した図である。
回路の一例を示した図である。
【図３】この発明の別の実施例を示す図である。
【図４】この発明のさらに別の実施例を示す図である。
１…音波反射式ガス濃度測定装置、２…超音波送受信
子、３…センシングエリア、４…反射面、５…ガス流入
路、７…感温素子、１１…口径拡大部、１２…凹部。
子、３…センシングエリア、４…反射面、５…ガス流入
路、７…感温素子、１１…口径拡大部、１２…凹部。
Claims (3)
- 【請求項１】 音波を反射する反射面と、 前記反射面に向けて音波を送信するとともに、反射した
音波を受信する音波送受信子と、 前記音波送受信子及び前記反射面の間の空間であるセン
シングエリアと、 前記センシングエリアに被測定ガスを流入させるガス流
入路と、 前記ガス流入路内に配置され、被測定ガスの温度を測定
する感温素子とを備え、 音波の送受信の時間から測定される音速に基づいて前記
ガスの密度を測定するとともに、前記感温素子の出力に
基づいて温度変動による誤差が補正される音波反射式ガ
ス濃度測定装置。 - 【請求項２】 前記感温素子が配置される前記ガス流入
路の部分の口径が、他の部分の口径よりも大きくされて
いる請求項１記載の音波反射式ガス濃度測定装置。 - 【請求項３】 音波を反射する反射面と、 前記反射面に向けて音波を送信するとともに、反射した
音波を受信する音波送受信子と、 前記音波送受信子及び前記反射面の間の空間であるセン
シングエリアと、 前記センシングエリアに被測定ガスを流入させるガス流
入路と、 前記ガス流入路の中央線を延長した線が前記センシング
エリアの内面と交わる位置に形成された凹部に配置さ
れ、被測定ガスの温度を測定する感温素子とを備え、 音波の送受信の時間から測定される音速に基づいて前記
ガスの密度を測定するとともに、前記感温素子の出力に
基づいて温度変動による誤差が補正される音波反射式ガ
ス濃度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6002658A JPH07209265A (ja) | 1994-01-14 | 1994-01-14 | 音波反射式ガス濃度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6002658A JPH07209265A (ja) | 1994-01-14 | 1994-01-14 | 音波反射式ガス濃度測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07209265A true JPH07209265A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=11535448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6002658A Pending JPH07209265A (ja) | 1994-01-14 | 1994-01-14 | 音波反射式ガス濃度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07209265A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002057770A1 (en) * | 2001-01-22 | 2002-07-25 | Teijin Limited | Equipment and method for measuring concentration and flow rate of gas ultrasonically |
| JP2002214203A (ja) * | 2001-01-22 | 2002-07-31 | Teijin Ltd | 超音波反射式ガス濃度測定方法及び装置 |
| JP2002214012A (ja) * | 2001-01-22 | 2002-07-31 | Teijin Ltd | 超音波式ガス濃度流量測定方法及び装置 |
| EP1030176A3 (en) * | 1999-02-15 | 2003-11-05 | NGK Spark Plug Company Limited | Gas concentration sensor |
| EP1020723A3 (en) * | 1999-01-11 | 2003-11-05 | NGK Spark Plug Company Limited | Gas concentration sensor |
| WO2008149868A1 (ja) | 2007-05-31 | 2008-12-11 | Teijin Pharma Limited | 超音波式ガス濃度測定方法及びそれを用いた装置 |
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| CN112050965A (zh) * | 2020-09-02 | 2020-12-08 | 苏州西热节能环保技术有限公司 | 一种用于提高声波测温系统测量精度的修正装置及方法 |
-
1994
- 1994-01-14 JP JP6002658A patent/JPH07209265A/ja active Pending
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