JPH10307049A - 超音波流速測定方法 - Google Patents
超音波流速測定方法Info
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- JPH10307049A JPH10307049A JP9116728A JP11672897A JPH10307049A JP H10307049 A JPH10307049 A JP H10307049A JP 9116728 A JP9116728 A JP 9116728A JP 11672897 A JP11672897 A JP 11672897A JP H10307049 A JPH10307049 A JP H10307049A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 計測流体の上流側と下流側にそれぞれ送波器
及び受波器を配置し、前記各送波器の超音波発信素子に
駆動パルスを印加して相互に超音波を発生送信するとと
もに、送信された超音波を相互に受波器で受信し、各超
音波の伝搬時間に基いて流速を測定する超音波流速測定
方法において、超音波の伝搬時間の測定回数を減らし、
測定にかかる労力、時間のロスおよび測定回路の消費電
力をおさえることができると共に、大流量から小流量ま
での広範囲にわたる流量の流体の伝搬時間を安価なクロ
ック回路により測定でき、ひいては高精度な流速測定を
可能とする超音波流速測定方法の提供を目的とする。 【解決手段】 下流側の受信波が基準値に達した時刻と
同期して、立上がりが比例直線をなす三角波を別途出力
し、その直後に上流側の受信波が基準値に達した時刻に
おける前記三角波の電圧値と、該三角波の比例直線部に
おける電圧値および時間の比例関係とから、両受信波の
伝搬時間の差を求める。
及び受波器を配置し、前記各送波器の超音波発信素子に
駆動パルスを印加して相互に超音波を発生送信するとと
もに、送信された超音波を相互に受波器で受信し、各超
音波の伝搬時間に基いて流速を測定する超音波流速測定
方法において、超音波の伝搬時間の測定回数を減らし、
測定にかかる労力、時間のロスおよび測定回路の消費電
力をおさえることができると共に、大流量から小流量ま
での広範囲にわたる流量の流体の伝搬時間を安価なクロ
ック回路により測定でき、ひいては高精度な流速測定を
可能とする超音波流速測定方法の提供を目的とする。 【解決手段】 下流側の受信波が基準値に達した時刻と
同期して、立上がりが比例直線をなす三角波を別途出力
し、その直後に上流側の受信波が基準値に達した時刻に
おける前記三角波の電圧値と、該三角波の比例直線部に
おける電圧値および時間の比例関係とから、両受信波の
伝搬時間の差を求める。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波を利用し
てガスその他の流体を測定する超音波流速測定方法に関
する。
てガスその他の流体を測定する超音波流速測定方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】ガスその他の流体の流量を求めるに際
し、まず流体の流速を連続的ないし定期的に測定し、こ
れに基いて流量を演算することが行われている。このよ
うな流体の流速測定方法の一つとして、超音波を利用し
た方法が知られている。
し、まず流体の流速を連続的ないし定期的に測定し、こ
れに基いて流量を演算することが行われている。このよ
うな流体の流速測定方法の一つとして、超音波を利用し
た方法が知られている。
【0003】かかる超音波流速測定方法の原理を、図5
にて説明すると次のとおりである。図5において、
(1)は内部を矢印方向にガス等の流体が流れる管路で
ある。この管路(1)内には、流れ方向の上流側に送波
器(2a)及び受波器(3b)が配置されると共に、所
定距離を隔てた下流側にも送波器(2b)及び受波器
(3a)が配置されている。
にて説明すると次のとおりである。図5において、
(1)は内部を矢印方向にガス等の流体が流れる管路で
ある。この管路(1)内には、流れ方向の上流側に送波
器(2a)及び受波器(3b)が配置されると共に、所
定距離を隔てた下流側にも送波器(2b)及び受波器
(3a)が配置されている。
【0004】前記送波器(2a)(2b)は振動子から
なる超音波発信素子(図示略)を、前記受波器(3a)
(3b)は振動子からなる超音波受信素子(図示略)を
それぞれ備えており、これら送波器(2a)(2b)の
超音波発信素子がパルス発生回路(4)からの駆動パル
スにより駆動されて振動し、超音波を発生送信する一
方、送信されてきた超音波を受信して受波器(3a)
(3b)の超音波受信素子が振動したときの受信波が受
信回路(5)から電気信号として出力されるものとなさ
れている。
なる超音波発信素子(図示略)を、前記受波器(3a)
(3b)は振動子からなる超音波受信素子(図示略)を
それぞれ備えており、これら送波器(2a)(2b)の
超音波発信素子がパルス発生回路(4)からの駆動パル
スにより駆動されて振動し、超音波を発生送信する一
方、送信されてきた超音波を受信して受波器(3a)
(3b)の超音波受信素子が振動したときの受信波が受
信回路(5)から電気信号として出力されるものとなさ
れている。
【0005】そして、一般に上流側の送波器(2a)か
ら流れに対して順方向に送信された超音波が下流側の受
波器(3a)で受信されるまでの伝搬時間t1 は、 t1 =L/(C+V)・・・[1] L:管路長 C:超音波の速度 V:流体の速度 とあらわされ、また、下流側の送波器(2b)から流れ
に対して逆方向に送信された超音波が上流側の受波器
(3b)で受信されるまでの伝搬時間t2 は、 t2 =L/(C−V)・・・[2] とあらわされ、これら[1][2]式より流体の速度V
は、 V=L/2×(1/t1 −1/t2 ) となるから、伝搬時間t1 、t2 をそれぞれ求めること
により流体の流速Vを導出することができる。
ら流れに対して順方向に送信された超音波が下流側の受
波器(3a)で受信されるまでの伝搬時間t1 は、 t1 =L/(C+V)・・・[1] L:管路長 C:超音波の速度 V:流体の速度 とあらわされ、また、下流側の送波器(2b)から流れ
に対して逆方向に送信された超音波が上流側の受波器
(3b)で受信されるまでの伝搬時間t2 は、 t2 =L/(C−V)・・・[2] とあらわされ、これら[1][2]式より流体の速度V
は、 V=L/2×(1/t1 −1/t2 ) となるから、伝搬時間t1 、t2 をそれぞれ求めること
により流体の流速Vを導出することができる。
【0006】そして、従来の超音波流速測定では、これ
ら順方向に送信された超音波(順方向超音波)の伝搬時
間t1 と逆方向に送信された超音波(逆方向超音波)の
伝搬時間t2 とを、クロック回路を利用して別個に測定
する方法がとられていた。
ら順方向に送信された超音波(順方向超音波)の伝搬時
間t1 と逆方向に送信された超音波(逆方向超音波)の
伝搬時間t2 とを、クロック回路を利用して別個に測定
する方法がとられていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、順方向
および逆方向の伝搬時間t1 、t2 を別個に測定する
と、伝搬時間t1 、t2 にばらつきが生じ、正確な伝搬
時間を求めるには数十個以上の伝搬時間の測定データが
必要であった。そのため、測定にかかる労力、時間のロ
スおよび測定回路の消費電力が大きくなるという欠点が
あった。
および逆方向の伝搬時間t1 、t2 を別個に測定する
と、伝搬時間t1 、t2 にばらつきが生じ、正確な伝搬
時間を求めるには数十個以上の伝搬時間の測定データが
必要であった。そのため、測定にかかる労力、時間のロ
スおよび測定回路の消費電力が大きくなるという欠点が
あった。
【0008】さらに、大流量から小流量までの広範囲に
わたる流量の流体の伝搬時間を測定するには、伝搬時間
差の小さい小流量にあわせて周波数の大きい(周期が小
さい)高価なクロック回路を利用しなければならないと
いう欠点があった。
わたる流量の流体の伝搬時間を測定するには、伝搬時間
差の小さい小流量にあわせて周波数の大きい(周期が小
さい)高価なクロック回路を利用しなければならないと
いう欠点があった。
【0009】具体的な例をあげると、 最大計測流量 5m3/h 最小計量流量 5l/h 最大計測流速(V1) 10m/s 最小計測流速(V2) 10mm/s 管路断面積 1.38cm3 管路長(L) 20cm 超音波の流速(C) 330m/s とした場合、前記の式[1][2]より、大流量、小流
量における順方向および逆方向超音波の伝搬時間t1 、
t2 はそれぞれ下記のようになる。
量における順方向および逆方向超音波の伝搬時間t1 、
t2 はそれぞれ下記のようになる。
【0010】 伝搬時間t1 伝搬時間t2 伝搬時間差t1-t2 大流量(10m/s) 588.235 μs 625.000 μs 36.675μs 小流量(10mm/s) 606.042 μs 606.079 μs 0.037μs そして、この大流量および小流量におけるそれぞれの伝
搬時間を、通常利用される周波数1MHz(周期1μs)
の安価なクロック回路を利用して測定しようとすると、
上記の表からもわかるように、大流量の伝搬時間は十分
な精度をもって測定できるが、小流量の伝搬時間はその
伝搬時間差( 0.037μs)がクロック回路の周期(1μ
s)より小さいため精度よく測定することができない。
そのため、小流量の伝搬時間を精度よく測定するために
は、周波数が大きい(上記の例では最低100 MHzは必
要)高価なクロック回路を別に用意しなければならず、
大流量から小流量までの広範囲にわたる流量の流体の伝
搬時間を、周波数の小さい安価なクロック回路を利用し
て測定することができなかった。
搬時間を、通常利用される周波数1MHz(周期1μs)
の安価なクロック回路を利用して測定しようとすると、
上記の表からもわかるように、大流量の伝搬時間は十分
な精度をもって測定できるが、小流量の伝搬時間はその
伝搬時間差( 0.037μs)がクロック回路の周期(1μ
s)より小さいため精度よく測定することができない。
そのため、小流量の伝搬時間を精度よく測定するために
は、周波数が大きい(上記の例では最低100 MHzは必
要)高価なクロック回路を別に用意しなければならず、
大流量から小流量までの広範囲にわたる流量の流体の伝
搬時間を、周波数の小さい安価なクロック回路を利用し
て測定することができなかった。
【0011】この発明は、このような技術的背景に鑑み
てなされたものであって、超音波の伝搬時間の測定回数
を減らし、測定にかかる労力、時間のロスおよび測定回
路の消費電力をおさえることができると共に、大流量か
ら小流量までの広範囲にわたる流量の流体の伝搬時間を
安価なクロック回路により測定でき、ひいては高精度な
流速測定を可能とする超音波流速測定方法の提供を目的
とする。
てなされたものであって、超音波の伝搬時間の測定回数
を減らし、測定にかかる労力、時間のロスおよび測定回
路の消費電力をおさえることができると共に、大流量か
ら小流量までの広範囲にわたる流量の流体の伝搬時間を
安価なクロック回路により測定でき、ひいては高精度な
流速測定を可能とする超音波流速測定方法の提供を目的
とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の請求項1に係る超音波流速測定方法は、
計測流体の上流側と下流側にそれぞれ送波器及び受波器
を配置し、前記各送波器の超音波発信素子に駆動パルス
を印加してほぼ同時に超音波を発生送信するとともに、
送信された超音波を相互に受波器で受信し、両受信波の
伝搬時間に基いて流速を測定する超音波流速測定方法に
おいて、下流側の受信波が基準値に達した時刻と同期し
て、立上がりが比例直線をなす三角波を別途出力し、そ
の直後に上流側の受信波が基準値に達した時刻における
前記三角波の電圧値と、該三角波の比例直線部における
電圧値および時間の比例関係とから、両受信波の伝搬時
間の差を求めることを特徴とするものである。
に、この発明の請求項1に係る超音波流速測定方法は、
計測流体の上流側と下流側にそれぞれ送波器及び受波器
を配置し、前記各送波器の超音波発信素子に駆動パルス
を印加してほぼ同時に超音波を発生送信するとともに、
送信された超音波を相互に受波器で受信し、両受信波の
伝搬時間に基いて流速を測定する超音波流速測定方法に
おいて、下流側の受信波が基準値に達した時刻と同期し
て、立上がりが比例直線をなす三角波を別途出力し、そ
の直後に上流側の受信波が基準値に達した時刻における
前記三角波の電圧値と、該三角波の比例直線部における
電圧値および時間の比例関係とから、両受信波の伝搬時
間の差を求めることを特徴とするものである。
【0013】これにより、長いものから微小なものまで
のあるゆる伝搬時間差を正確に求めることができる。こ
のため、この伝搬時間差とクロック回路により測定した
順方向超音波または逆方向超音波のいずれか一方の伝搬
時間とを加算または減算することにより、他方の伝搬時
間をばらつきをおさえて精度よく求めることができるか
ら、精度のよい伝搬時間を求めるのに必要な伝搬時間の
測定回数を減らすことができる。
のあるゆる伝搬時間差を正確に求めることができる。こ
のため、この伝搬時間差とクロック回路により測定した
順方向超音波または逆方向超音波のいずれか一方の伝搬
時間とを加算または減算することにより、他方の伝搬時
間をばらつきをおさえて精度よく求めることができるか
ら、精度のよい伝搬時間を求めるのに必要な伝搬時間の
測定回数を減らすことができる。
【0014】また、クロック回路は順方向超音波または
逆方向超音波のいずれか一方の伝搬時間の測定にのみ使
用すればよいため、伝搬時間差の微小な小流量の流体の
伝搬時間測定においても周波数の小さい安価なクロック
回路を利用することが可能となる。
逆方向超音波のいずれか一方の伝搬時間の測定にのみ使
用すればよいため、伝搬時間差の微小な小流量の流体の
伝搬時間測定においても周波数の小さい安価なクロック
回路を利用することが可能となる。
【0015】請求項2に係る超音波流速測定方法は、下
流側の受信波が基準値に達した時刻を基準時刻として、
1個の受信波に対して複数個の基準時刻を設定すると共
に、各基準時刻に同期して前記三角波を別途出力し、そ
の直後に上流側の受信波が基準値に達した時刻における
前記三角波の各電圧値と、該三角波の各比例直線部にお
ける電圧値および時間の比例関係とから、1回の送信に
おいて複数個の伝搬時間の差を求めることを特徴とする
ものであるから、精度のよい伝搬時間を求めるのに必要
な両超音波の送信回数をより減らすことができる。
流側の受信波が基準値に達した時刻を基準時刻として、
1個の受信波に対して複数個の基準時刻を設定すると共
に、各基準時刻に同期して前記三角波を別途出力し、そ
の直後に上流側の受信波が基準値に達した時刻における
前記三角波の各電圧値と、該三角波の各比例直線部にお
ける電圧値および時間の比例関係とから、1回の送信に
おいて複数個の伝搬時間の差を求めることを特徴とする
ものであるから、精度のよい伝搬時間を求めるのに必要
な両超音波の送信回数をより減らすことができる。
【0016】請求項3に係る超音波流速測定方法は、流
体の流量の違いにより生じる伝搬時間差の大小に合わせ
て、前記三角波の比例直線部の傾きを選択することを特
徴とするものであるから、流体の流量の違いにより生じ
る様々な伝搬時間差をより精度よく求めることができ
る。
体の流量の違いにより生じる伝搬時間差の大小に合わせ
て、前記三角波の比例直線部の傾きを選択することを特
徴とするものであるから、流体の流量の違いにより生じ
る様々な伝搬時間差をより精度よく求めることができ
る。
【0017】
【発明の実施の形態】図1はこの発明を実施するための
超音波流速測定装置を示すものである。図1において、
(1)は管路、(2a)(2b)は流れ方向の上流側及
び下流側に配置された送波器、(3a)(3b)は該送
波器(2a)(2b)と所定距離を隔てた対向位置に配
置された受波器、(4)は流れに対して順方向及び逆方
向の駆動パルスを発生するパルス発生回路、(5)は受
波器(3a)または(3b)で超音波を受信したときに
順方向受信信号または逆方向受信信号を出力する受信回
路であり、これらは図5に示したものと同じである。
超音波流速測定装置を示すものである。図1において、
(1)は管路、(2a)(2b)は流れ方向の上流側及
び下流側に配置された送波器、(3a)(3b)は該送
波器(2a)(2b)と所定距離を隔てた対向位置に配
置された受波器、(4)は流れに対して順方向及び逆方
向の駆動パルスを発生するパルス発生回路、(5)は受
波器(3a)または(3b)で超音波を受信したときに
順方向受信信号または逆方向受信信号を出力する受信回
路であり、これらは図5に示したものと同じである。
【0018】この実施形態では、送信側において、クロ
ック回路(6)が設けられており、このクロック回路
(6)は、図2(d)に示すように送波器(2a)及び
(2b)から超音波が送信される時刻(A)と同期し
て、周期Tのクロック波(L)を出力するものである。
ック回路(6)が設けられており、このクロック回路
(6)は、図2(d)に示すように送波器(2a)及び
(2b)から超音波が送信される時刻(A)と同期し
て、周期Tのクロック波(L)を出力するものである。
【0019】そして、クロック回路(6)の出力側に
は、カウンタ(7)と演算回路(8)とが設けられてい
る。このカウンタ(7)は、クロック回路(6)からク
ロック波(L)が出力され始めた時刻(A)から、前記
順方向超音波が受波器(3a)に受信され受信回路
(5)から順方向受信信号が出力される時刻(B)まで
の時間内、即ち順方向超音波の伝搬時間(t1 )内にク
ロック回路(6)から出力されたクロック波(L)の個
数をカウントするものである。また、演算回路(8)
は、前記カウンタ(7)でカウントされたクロック波
(L)の個数に基づいて、順方向伝搬時間(t1 )を計
算し出力するもので、具体的には以下の式で現される。
は、カウンタ(7)と演算回路(8)とが設けられてい
る。このカウンタ(7)は、クロック回路(6)からク
ロック波(L)が出力され始めた時刻(A)から、前記
順方向超音波が受波器(3a)に受信され受信回路
(5)から順方向受信信号が出力される時刻(B)まで
の時間内、即ち順方向超音波の伝搬時間(t1 )内にク
ロック回路(6)から出力されたクロック波(L)の個
数をカウントするものである。また、演算回路(8)
は、前記カウンタ(7)でカウントされたクロック波
(L)の個数に基づいて、順方向伝搬時間(t1 )を計
算し出力するもので、具体的には以下の式で現される。
【0020】(時間t1 )=(クロック波(L)の周期
T)×(出力されたクロック波(L)の波数−1)・・
・[3]なお、図2(d)からもわかるように、式
[3]により求めた順方向伝搬時間(AD)と実際の順
方向伝搬時間(AB)と間には時間誤差(DB)が存在
するが、この時間誤差(DB)は伝搬時間(AB)に比
べて微小(最も大きい誤差でもクロック波の周期T)で
あるため、式[3]により求めた順方向伝搬時間(A
D)を実際の伝搬時間(AB)と同一視するものとす
る。
T)×(出力されたクロック波(L)の波数−1)・・
・[3]なお、図2(d)からもわかるように、式
[3]により求めた順方向伝搬時間(AD)と実際の順
方向伝搬時間(AB)と間には時間誤差(DB)が存在
するが、この時間誤差(DB)は伝搬時間(AB)に比
べて微小(最も大きい誤差でもクロック波の周期T)で
あるため、式[3]により求めた順方向伝搬時間(A
D)を実際の伝搬時間(AB)と同一視するものとす
る。
【0021】一方、受信側において積分回路(9)が設
けられており、図2(c)に示すように、前記順方向超
音波が受波器(3a)に受信され受信回路(5)から順
方向受信信号が出力される時刻(B)と同期して、立上
がりが穏やかで立ち下がりが急峻な周期T0 および波高
値V0 の三角波(P)を出力するものである。この積分
回路(9)の出力値は回路内のコンデンサの電圧値を示
すものであり、コンデンサの充電時はコンデンサの電圧
値と時間とが比例関係をなすことから、三角波(P)の
立上がり部は比例直線の一部となされている。
けられており、図2(c)に示すように、前記順方向超
音波が受波器(3a)に受信され受信回路(5)から順
方向受信信号が出力される時刻(B)と同期して、立上
がりが穏やかで立ち下がりが急峻な周期T0 および波高
値V0 の三角波(P)を出力するものである。この積分
回路(9)の出力値は回路内のコンデンサの電圧値を示
すものであり、コンデンサの充電時はコンデンサの電圧
値と時間とが比例関係をなすことから、三角波(P)の
立上がり部は比例直線の一部となされている。
【0022】そして、この積分回路(9)の出力側に
は、ピークホールド回路(10)が設けられているが、
これは前記逆方向超音波が受波器(3b)に受信され受
信回路(5)から逆方向受信信号が出力される時刻(B
´)において、積分回路(9)の出力値であるコンデン
サの電圧値を保持するものである。この実施形態では、
図2(c)に示すように、受信回路(5)から逆方向受
信信号が出力された時刻(B´)において、積分回路
(9)の出力値は積分回路(9)内のコンデンサの電圧
値Vに対応する値となっており、従ってこの値Vがピー
クホールド回路(10)に保持されるものとなされてい
る。
は、ピークホールド回路(10)が設けられているが、
これは前記逆方向超音波が受波器(3b)に受信され受
信回路(5)から逆方向受信信号が出力される時刻(B
´)において、積分回路(9)の出力値であるコンデン
サの電圧値を保持するものである。この実施形態では、
図2(c)に示すように、受信回路(5)から逆方向受
信信号が出力された時刻(B´)において、積分回路
(9)の出力値は積分回路(9)内のコンデンサの電圧
値Vに対応する値となっており、従ってこの値Vがピー
クホールド回路(10)に保持されるものとなされてい
る。
【0023】さらに、ピークホールド回路(10)の出
力側には、ピークホールド回路(10)の保持された電
圧値Vをデジタル変換するA/D変換回路(11)設け
られ、さらにその出力側には演算回路(12)が設けら
れている。この演算回路(12)は、A/D変換により
正確に測定された電圧値Vに基づいて、順方向受信波と
逆方向受信波との伝搬時間差τを計算するものである。
即ち、図3に示すように、三角波(P)の立上がり部に
おける時間と電圧値とは比例関係にあるため、 τ/T0 =V/V0 ・・・[4] が成り立ち、これより伝搬時間差τは次式であらわされ
る。
力側には、ピークホールド回路(10)の保持された電
圧値Vをデジタル変換するA/D変換回路(11)設け
られ、さらにその出力側には演算回路(12)が設けら
れている。この演算回路(12)は、A/D変換により
正確に測定された電圧値Vに基づいて、順方向受信波と
逆方向受信波との伝搬時間差τを計算するものである。
即ち、図3に示すように、三角波(P)の立上がり部に
おける時間と電圧値とは比例関係にあるため、 τ/T0 =V/V0 ・・・[4] が成り立ち、これより伝搬時間差τは次式であらわされ
る。
【0024】τ=(V×T0 )/V0 ・・・[5] このT0 、V0 は三角波(P)の周期、波高値でそれぞ
れ既知であるから、逆方向受信信号が出力されたときの
積分回路(9)におけるコンデンサの電圧値Vがわかれ
ば伝搬時間差τを求めることでき、演算回路(12)は
これらの処理をするものである。
れ既知であるから、逆方向受信信号が出力されたときの
積分回路(9)におけるコンデンサの電圧値Vがわかれ
ば伝搬時間差τを求めることでき、演算回路(12)は
これらの処理をするものである。
【0025】(13)は演算回路(8)(12)の出力
側に設けられた加算回路であり、演算回路(8)(1
2)から出力された各測定時間t1 、τを加算すること
で逆方向超音波の伝搬時間t2 を求め、出力するものあ
る。
側に設けられた加算回路であり、演算回路(8)(1
2)から出力された各測定時間t1 、τを加算すること
で逆方向超音波の伝搬時間t2 を求め、出力するものあ
る。
【0026】次に、図1に示した装置を用いた超音波測
定方法を説明すると、パルス発生回路(4)から駆動パ
ルスを駆動し上流側及び下流側の送波器(2a)(2
b)から超音波を同時送信すると共に、それと同期し
て、クロック回路(6)からクロック波(L)を出力す
る。
定方法を説明すると、パルス発生回路(4)から駆動パ
ルスを駆動し上流側及び下流側の送波器(2a)(2
b)から超音波を同時送信すると共に、それと同期し
て、クロック回路(6)からクロック波(L)を出力す
る。
【0027】その後、その送信された両超音波のうち、
順方向超音波が下流側の送受波器(3a)で受信される
と、受信回路(5)からは順方向受信信号が出力され
る。このとき、クロック回路(6)からは図2(d)に
示すようにN個のクロック波(L)が出力されているか
ら、カウンタ(7)によって、クロック波(L)が出力
され始めた時刻(A)から順方向超音波が受信される時
刻(B)までのクロック波(L)の波数Nをカウントす
る。そして、演算回路(8)によって、このクロック波
(L)の波数Nに基づいて順方向超音波の伝搬時間t1
を計算する。この実施形態では、クロック波の波数はN
個であるから、それが演算回路(8)に入力されると演
算回路(8)では式[3]の演算が行われ、順方向超音
波の伝搬時間t1 は(N−1)Tと出力される。
順方向超音波が下流側の送受波器(3a)で受信される
と、受信回路(5)からは順方向受信信号が出力され
る。このとき、クロック回路(6)からは図2(d)に
示すようにN個のクロック波(L)が出力されているか
ら、カウンタ(7)によって、クロック波(L)が出力
され始めた時刻(A)から順方向超音波が受信される時
刻(B)までのクロック波(L)の波数Nをカウントす
る。そして、演算回路(8)によって、このクロック波
(L)の波数Nに基づいて順方向超音波の伝搬時間t1
を計算する。この実施形態では、クロック波の波数はN
個であるから、それが演算回路(8)に入力されると演
算回路(8)では式[3]の演算が行われ、順方向超音
波の伝搬時間t1 は(N−1)Tと出力される。
【0028】一方、受信回路(5)から順方向受信信号
が出力された時刻(B)において、積分回路(9)から
三角波(P)を出力する。
が出力された時刻(B)において、積分回路(9)から
三角波(P)を出力する。
【0029】その後、逆方向超音波が上流側の送受波器
(3b)で受信されると、受信回路(5)からは逆方向
受信信号が出力され、このときの前記三角波(P)は図
2(c)に示すように電圧値がVとなっているから、こ
の積分回路(8)におけるコンデンサの電圧値Vをピー
クホールド回路(11)によって保持する。この保持さ
れた出力値Vは、A/D変換回路(12)により読み取
られた後、演算回路(12)に入力され伝搬時間差τが
出力される。この実施形態では、伝搬時間は式[5]に
よりあらわされる。
(3b)で受信されると、受信回路(5)からは逆方向
受信信号が出力され、このときの前記三角波(P)は図
2(c)に示すように電圧値がVとなっているから、こ
の積分回路(8)におけるコンデンサの電圧値Vをピー
クホールド回路(11)によって保持する。この保持さ
れた出力値Vは、A/D変換回路(12)により読み取
られた後、演算回路(12)に入力され伝搬時間差τが
出力される。この実施形態では、伝搬時間は式[5]に
よりあらわされる。
【0030】そして、演算回路(8)からの出力値t1
と演算回路(12)からの出力値τはともに加算回路
(13)に入力され、加算回路(13)からは逆方向超
音波の伝搬時間t2 が出力され、次式であらわされる。
と演算回路(12)からの出力値τはともに加算回路
(13)に入力され、加算回路(13)からは逆方向超
音波の伝搬時間t2 が出力され、次式であらわされる。
【0031】 t2 =t1 +τ =(N−1)T+(V×T0 )/V0 ・・・[6] こうして順方向の超音波の伝搬時間t1 、t2 を測定し
た後は、図示しないリセット回路で積分回路(9)のコ
ンデンサを放電させて、次の測定に備える。
た後は、図示しないリセット回路で積分回路(9)のコ
ンデンサを放電させて、次の測定に備える。
【0032】しかして、このように伝搬時間差τを測定
する方法では長い伝搬時間差だけでなく微小な伝搬時間
差までも正確に求めることができる。このため、上述の
ように前記伝搬時間差τとクロック回路(6)を利用し
て求めた順方向超音波の伝搬時間t1 とを加算すること
により、逆方向受信波の伝搬時間t2 をばらつきをおさ
えて精度よく求めることができるから、精度のよい伝搬
時間を求めるのに必要な測定回数を減らすことが可能と
なる。
する方法では長い伝搬時間差だけでなく微小な伝搬時間
差までも正確に求めることができる。このため、上述の
ように前記伝搬時間差τとクロック回路(6)を利用し
て求めた順方向超音波の伝搬時間t1 とを加算すること
により、逆方向受信波の伝搬時間t2 をばらつきをおさ
えて精度よく求めることができるから、精度のよい伝搬
時間を求めるのに必要な測定回数を減らすことが可能と
なる。
【0033】また、消費電力の大きいクロック回路
(6)はいずれか一方の超音波の伝搬時間の測定にのみ
使用すればよいため(この実施形態では順方向超音波の
伝搬時間t1 の測定にのみ使用)、測定にかかる消費電
力をより低くおさえることができる。
(6)はいずれか一方の超音波の伝搬時間の測定にのみ
使用すればよいため(この実施形態では順方向超音波の
伝搬時間t1 の測定にのみ使用)、測定にかかる消費電
力をより低くおさえることができる。
【0034】さらに、上述のようにクロック回路による
伝搬時間の測定は順方向超音波または逆方向超音波のい
ずれか一方の超音波のみでよいことから、伝搬時間差が
微小な小流量流体の伝搬時間測定に周波数の小さい(周
期が長い)安価なクロック回路を利用することができ
る。
伝搬時間の測定は順方向超音波または逆方向超音波のい
ずれか一方の超音波のみでよいことから、伝搬時間差が
微小な小流量流体の伝搬時間測定に周波数の小さい(周
期が長い)安価なクロック回路を利用することができ
る。
【0035】以上の実施形態では、積分回路(9)にお
ける三角波の出力時を順方向受信波の受波器(3a)到
達時とし、該三角波の電圧値Vの測定時を逆方向受信波
の受波器(3b)到達時としたが、前記三角波の出力時
を順方向受信波がゼロクロス点などの基準値に達した時
とし、該三角波の電圧値Vの測定タイミングを逆方向受
信波がその直後に該基準値に達した時としてもよい。
ける三角波の出力時を順方向受信波の受波器(3a)到
達時とし、該三角波の電圧値Vの測定時を逆方向受信波
の受波器(3b)到達時としたが、前記三角波の出力時
を順方向受信波がゼロクロス点などの基準値に達した時
とし、該三角波の電圧値Vの測定タイミングを逆方向受
信波がその直後に該基準値に達した時としてもよい。
【0036】特に、図4の実施形態に示すようように、
順方向受信波(W)の立上がり部がゼロクロス点に達す
る時刻(B1 、B2 、B3 、B4 、B5,・・・)ごと
に、それらと同期して積分回路(9)から三角波(P1
、P2 、P3 、P4 、P5,・・・)を出力し、その直
後に逆方向受信波(W´)の立上がり部がゼロクロス点
に達する各時刻(B´1 、B´2 、B´3 、B´4 、B
´5,・・・)における該三角波の各電圧値(V1 、V2
、V3 、V4 、V5,・・・)を測定すると、上記実施
形態の方法と同様にしてそれらの電圧値に基づいて各伝
搬時間差(τ1 、τ2、τ3 、τ4 、τ5,・・・)を求
めることができる。このため、1回の両超音波の送信に
より複数個の正確な伝搬時間差を求めることができるか
ら、精度のよい伝搬時間を求めるのに必要な両超音波の
送信回数をより減らすことが可能となる。 さらに、伝
搬時間差を求めるのに利用した三角波の周期及び波高値
をそれぞれT0 、V0 としたが、それらの値に限定され
るものでない。つまり、流体のおおよその流量を予備測
定し、その流量に応じて積分回路を切り替えることによ
り、三角波の傾きを複数段階で選択すればよい。例え
ば、大流量の流体における伝搬時間測定の場合には、図
5(a)に示すように、比例直線部の傾きが緩やかな
(周期TL が長い)三角波を選択し、伝搬時間差τ内に
三角波が終了しないようにする。一方、小流量の流体に
おける伝搬時間測定の場合には、同図(b)に示すよう
に、比例直線部の傾きが急峻な(周期Ts が短い)三角
波を選択し、微小な伝搬時間差τをより精度よく求める
とよい。そうすれば、流体の流量に合ったより正確な伝
搬時間差、ひいてはより精度のよい伝搬時間を求めるこ
とができる。 なお、以上の各実施形態では、順方向超
音波の伝搬時間をクロック回路により求めたが、逆方向
超音波の伝搬時間をクロック回路により求め、それから
伝搬時間差を減算して順方向超音波の伝搬時間を求める
ものとしてもよい。
順方向受信波(W)の立上がり部がゼロクロス点に達す
る時刻(B1 、B2 、B3 、B4 、B5,・・・)ごと
に、それらと同期して積分回路(9)から三角波(P1
、P2 、P3 、P4 、P5,・・・)を出力し、その直
後に逆方向受信波(W´)の立上がり部がゼロクロス点
に達する各時刻(B´1 、B´2 、B´3 、B´4 、B
´5,・・・)における該三角波の各電圧値(V1 、V2
、V3 、V4 、V5,・・・)を測定すると、上記実施
形態の方法と同様にしてそれらの電圧値に基づいて各伝
搬時間差(τ1 、τ2、τ3 、τ4 、τ5,・・・)を求
めることができる。このため、1回の両超音波の送信に
より複数個の正確な伝搬時間差を求めることができるか
ら、精度のよい伝搬時間を求めるのに必要な両超音波の
送信回数をより減らすことが可能となる。 さらに、伝
搬時間差を求めるのに利用した三角波の周期及び波高値
をそれぞれT0 、V0 としたが、それらの値に限定され
るものでない。つまり、流体のおおよその流量を予備測
定し、その流量に応じて積分回路を切り替えることによ
り、三角波の傾きを複数段階で選択すればよい。例え
ば、大流量の流体における伝搬時間測定の場合には、図
5(a)に示すように、比例直線部の傾きが緩やかな
(周期TL が長い)三角波を選択し、伝搬時間差τ内に
三角波が終了しないようにする。一方、小流量の流体に
おける伝搬時間測定の場合には、同図(b)に示すよう
に、比例直線部の傾きが急峻な(周期Ts が短い)三角
波を選択し、微小な伝搬時間差τをより精度よく求める
とよい。そうすれば、流体の流量に合ったより正確な伝
搬時間差、ひいてはより精度のよい伝搬時間を求めるこ
とができる。 なお、以上の各実施形態では、順方向超
音波の伝搬時間をクロック回路により求めたが、逆方向
超音波の伝搬時間をクロック回路により求め、それから
伝搬時間差を減算して順方向超音波の伝搬時間を求める
ものとしてもよい。
【0037】
【発明の効果】請求項1に係る超音波流速測定方法は、
上述の次第で、下流側の受信波が基準値に達した時刻と
同期して、立上がりが比例直線をなす三角波を別途出力
し、その直後に上流側の受信波が基準値に達した時刻に
おける前記三角波の電圧値と、該三角波の比例直線部に
おける電圧値および時間の比例関係とから、両受信波の
伝搬時間の差を求めることを特徴とするものであるか
ら、長いものから微小なものまでのあるゆる伝搬時間差
を正確に求めることができる。このため、この伝搬時間
差とクロック回路により測定した順方向超音波または逆
方向超音波のいずれか一方の伝搬時間とを加算または減
算することにより、他方の伝搬時間をばらつきをおさえ
て精度よく求めることができるから、精度のよい伝搬時
間を求めるのに必要な伝搬時間の測定回数を減らすこと
ができる。従って、測定にかかる労力、時間のロスおよ
び消費電力をおさえることができ、ひいては経済的で高
精度な流速測定が可能となる。
上述の次第で、下流側の受信波が基準値に達した時刻と
同期して、立上がりが比例直線をなす三角波を別途出力
し、その直後に上流側の受信波が基準値に達した時刻に
おける前記三角波の電圧値と、該三角波の比例直線部に
おける電圧値および時間の比例関係とから、両受信波の
伝搬時間の差を求めることを特徴とするものであるか
ら、長いものから微小なものまでのあるゆる伝搬時間差
を正確に求めることができる。このため、この伝搬時間
差とクロック回路により測定した順方向超音波または逆
方向超音波のいずれか一方の伝搬時間とを加算または減
算することにより、他方の伝搬時間をばらつきをおさえ
て精度よく求めることができるから、精度のよい伝搬時
間を求めるのに必要な伝搬時間の測定回数を減らすこと
ができる。従って、測定にかかる労力、時間のロスおよ
び消費電力をおさえることができ、ひいては経済的で高
精度な流速測定が可能となる。
【0038】また、消費電力の大きいクロック回路はい
ずれか一方の超音波の伝搬時間の測定にのみ使用すれば
よいため、測定にかかる消費電力をより低くおさえるこ
とができる。
ずれか一方の超音波の伝搬時間の測定にのみ使用すれば
よいため、測定にかかる消費電力をより低くおさえるこ
とができる。
【0039】さらに、上述のようにクロック回路はいず
れか一方の超音波の伝搬時間の測定にのみ使用すればよ
いことから、伝搬時間差の微小な小流量流体の伝搬時間
測定においても周波数の小さい安価なクロック回路を利
用することができる。その結果、大流量から小流量まで
の広範囲にわたる流量の流体の伝搬時間測定に安価なク
ロック回路を利用することが可能となる。
れか一方の超音波の伝搬時間の測定にのみ使用すればよ
いことから、伝搬時間差の微小な小流量流体の伝搬時間
測定においても周波数の小さい安価なクロック回路を利
用することができる。その結果、大流量から小流量まで
の広範囲にわたる流量の流体の伝搬時間測定に安価なク
ロック回路を利用することが可能となる。
【0040】請求項2記載に係る超音波流速測定方法
は、下流側の受信波が基準値に達した時刻を基準時刻と
して、1個の受信波に対して複数個の基準時刻を設定す
ると共に、各基準時刻に同期して前記三角波を別途出力
し、その直後に上流側の受信波が基準値に達した時刻に
おける前記三角波の各電圧値と、該三角波の各比例直線
部における電圧値および時間の比例関係とから、1回の
送信において複数個の伝搬時間の差を求めることを特徴
とするものであるから、精度のよい伝搬時間を求めるの
に必要な両超音波の送信回数をより減らすことができ
る。そのため、測定にかかる労力、時間のロスおよび消
費電力をより低く抑えることができ、ひいてはより経済
的な流速測定が可能となる。
は、下流側の受信波が基準値に達した時刻を基準時刻と
して、1個の受信波に対して複数個の基準時刻を設定す
ると共に、各基準時刻に同期して前記三角波を別途出力
し、その直後に上流側の受信波が基準値に達した時刻に
おける前記三角波の各電圧値と、該三角波の各比例直線
部における電圧値および時間の比例関係とから、1回の
送信において複数個の伝搬時間の差を求めることを特徴
とするものであるから、精度のよい伝搬時間を求めるの
に必要な両超音波の送信回数をより減らすことができ
る。そのため、測定にかかる労力、時間のロスおよび消
費電力をより低く抑えることができ、ひいてはより経済
的な流速測定が可能となる。
【0041】請求項3に係る超音波流速測定方法は、流
体の流量の違いにより生じる伝搬時間差の大小に合わせ
て、前記三角波の比例直線部の傾きを選択することを特
徴とするものであるから、流体の流量の違いにより生じ
る様々な伝搬時間差をより正確に求めることができる。
そのため、より精度のよい伝搬時間を求めることがで
き、ひいてはより高精度な流速測定が可能となる。
体の流量の違いにより生じる伝搬時間差の大小に合わせ
て、前記三角波の比例直線部の傾きを選択することを特
徴とするものであるから、流体の流量の違いにより生じ
る様々な伝搬時間差をより正確に求めることができる。
そのため、より精度のよい伝搬時間を求めることがで
き、ひいてはより高精度な流速測定が可能となる。
【図1】請求項1の発明を実施するための超音波流速測
定装置の一例を示すブロック図である。
定装置の一例を示すブロック図である。
【図2】図1の装置における、両受信波、クロック回路
から出力されるクロック波および積分回路から出力され
る三角波の相対関係図である。
から出力されるクロック波および積分回路から出力され
る三角波の相対関係図である。
【図3】図2のI部の拡大図である。
【図4】請求項2の発明を実施したときの両受信波、積
分回路から出力される三角波の相対関係図である。
分回路から出力される三角波の相対関係図である。
【図5】請求項3の発明を実施したときの両受信波およ
び積分回路から出力される三角波の相対関係図である。
び積分回路から出力される三角波の相対関係図である。
【図6】従来方法を実施するための超音波流速測定装置
の一例を示すブロック図である。
の一例を示すブロック図である。
1・・・管路 2a、2b・・・送波器 3a、3b・・・受波器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨田 明男 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪 瓦斯 株式会社内 (72)発明者 保田 哲也 大阪市東成区東小橋2丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内 (72)発明者 河野 明夫 大阪市東成区東小橋2丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内 (72)発明者 中村 英司 大阪市東成区東小橋2丁目10番16号 関西 ガスメータ株式会社内
Claims (3)
- 【請求項1】 計測流体の上流側と下流側にそれぞれ送
波器及び受波器を配置し、前記各送波器の超音波発信素
子に駆動パルスを印加してほぼ同時に超音波を発生送信
するとともに、送信された超音波を相互に受波器で受信
し、両受信波の伝搬時間に基いて流速を測定する超音波
流速測定方法において、 下流側の受信波が基準値に達した時刻と同期して、立上
がりが比例直線をなす三角波を別途出力し、その直後に
上流側の受信波が基準値に達した時刻における前記三角
波の電圧値と、該三角波の比例直線部における電圧値お
よび時間の比例関係とから、両受信波の伝搬時間の差を
求めることを特徴とする超音波流速測定方法。 - 【請求項2】 下流側の受信波が基準値に達した時刻を
基準時刻として、1個の受信波に対して複数個の基準時
刻を設定すると共に、各基準時刻に同期して前記三角波
を別途出力し、その直後に上流側の受信波が基準値に達
した時刻における前記三角波の各電圧値と、該三角波の
各比例直線部における電圧値および時間の比例関係とか
ら、1回の送信において複数個の伝搬時間の差を求める
ことを特徴とする請求項1記載の超音波流速測定方法。 - 【請求項3】 流体の流量の違いにより生じる伝搬時間
差の大小に合わせて、前記三角波の比例直線部の傾きを
選択することを特徴とする請求項1および2記載の超音
波流速測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9116728A JPH10307049A (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 超音波流速測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9116728A JPH10307049A (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 超音波流速測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10307049A true JPH10307049A (ja) | 1998-11-17 |
Family
ID=14694336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9116728A Pending JPH10307049A (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 超音波流速測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10307049A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100797128B1 (ko) * | 2000-12-27 | 2008-01-22 | 사파스고교 가부시키가이샤 | 유량 측정 방법, 초음파 유량계, 유속 측정 방법, 온도또는 압력의 측정 방법 및 초음파 온도·압력계 |
| CN104330120A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-02-04 | 姜跃炜 | 用于低能耗超声波流量表的流量检测方法及系统 |
-
1997
- 1997-05-07 JP JP9116728A patent/JPH10307049A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100797128B1 (ko) * | 2000-12-27 | 2008-01-22 | 사파스고교 가부시키가이샤 | 유량 측정 방법, 초음파 유량계, 유속 측정 방법, 온도또는 압력의 측정 방법 및 초음파 온도·압력계 |
| CN104330120A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-02-04 | 姜跃炜 | 用于低能耗超声波流量表的流量检测方法及系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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