JPS5828617A - 渦流量計の位相復調回路 - Google Patents
渦流量計の位相復調回路Info
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- JPS5828617A JPS5828617A JP56127493A JP12749381A JPS5828617A JP S5828617 A JPS5828617 A JP S5828617A JP 56127493 A JP56127493 A JP 56127493A JP 12749381 A JP12749381 A JP 12749381A JP S5828617 A JPS5828617 A JP S5828617A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- signal
- comparator
- phase comparator
- demodulation circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
- G01F1/05—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 using mechanical effects
- G01F1/20—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—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 using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
- G01F1/3287—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl circuits therefor
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はたとえばカルマン渦の様、な渦を超音波を用い
゛C検出して被測定流体の流量又は流速を測定する装置
に関する。
゛C検出して被測定流体の流量又は流速を測定する装置
に関する。
周知の如く流体中に柱状渦発生体を挿入すると、該渦発
生体の両側面で流れが剥離し、該渦発1体の下流側に交
互に規則的な渦、たとえばカルマン渦が発生する。
生体の両側面で流れが剥離し、該渦発1体の下流側に交
互に規則的な渦、たとえばカルマン渦が発生する。
該カルマン渦の生成数は流体の流速又は流量に比例する
処からカルマン渦の検出により流量又は流速を正確に測
定出来る。超音波を用い′Cカルマン渦を検出する方式
とし”C第1図に示すものがある。
処からカルマン渦の検出により流量又は流速を正確に測
定出来る。超音波を用い′Cカルマン渦を検出する方式
とし”C第1図に示すものがある。
図中符号(1)は被計測流体が流れる流路で、中央に周
知の渦発生体(2)が挿入配設されている。
知の渦発生体(2)が挿入配設されている。
該流路(1)の渦発生体(2)から所望距離後流側に位
置する管壁には、超音波信号を持続発射する送波用振動
子(3)と、該送波用振動子(3)と対峙して受波用振
動子(4)が夫々配設してあって、送波用振動子(3)
から発射された所望周波数の超音波信号波が流路(1)
を流れる流体を介して受波用振動子(4)の処迄伝播す
るようにしである。
置する管壁には、超音波信号を持続発射する送波用振動
子(3)と、該送波用振動子(3)と対峙して受波用振
動子(4)が夫々配設してあって、送波用振動子(3)
から発射された所望周波数の超音波信号波が流路(1)
を流れる流体を介して受波用振動子(4)の処迄伝播す
るようにしである。
又、符号(5)は前記送波用振動子(3)を励振する発
振器でその出力信号は送波用振動子(3)と後述のフェ
イスシフター(6)に入力するようにしてあり、他方受
波用振動子(4)の出力は増巾器(2)を介して位相比
較器(7)の紬1人力@ (7a)に入力するようにし
である。
振器でその出力信号は送波用振動子(3)と後述のフェ
イスシフター(6)に入力するようにしてあり、他方受
波用振動子(4)の出力は増巾器(2)を介して位相比
較器(7)の紬1人力@ (7a)に入力するようにし
である。
該位相比較器(7)の第2入力端(7b)には前記フェ
イスシフター(6)の出力を入力するようにしてあり、
その出力t@(7C)には次段のバンドパスフィルター
(8)とローパスフィルター(9)の夫々を接続しであ
る。
イスシフター(6)の出力を入力するようにしてあり、
その出力t@(7C)には次段のバンドパスフィルター
(8)とローパスフィルター(9)の夫々を接続しであ
る。
又、該バンドパスフィルター(8)は所定の周波数帯域
の信号のみを通過させ、増1】器OQを介して出力ター
ミナルOvより出力が得られるようにしてあり、ローパ
スフィルター(9)は直流信号のみを通過させ前記フェ
イスシフター(6)に制御信号として入力するようにし
である。
の信号のみを通過させ、増1】器OQを介して出力ター
ミナルOvより出力が得られるようにしてあり、ローパ
スフィルター(9)は直流信号のみを通過させ前記フェ
イスシフター(6)に制御信号として入力するようにし
である。
叙上の構成に基づき以下に作用を説明する。
先ず、発振器(5)が送波用振動子(3)の固有振動数
に一致した周波数の信号を発振し、該出力信号により送
波用振動子(3)を励振させ所定の超音波信号を発信せ
しめると共に、フェイスシフター(6)にも前記信号を
入力させる。
に一致した周波数の信号を発振し、該出力信号により送
波用振動子(3)を励振させ所定の超音波信号を発信せ
しめると共に、フェイスシフター(6)にも前記信号を
入力させる。
他方、流路を伝播した超音波信号は受波用振動子(4)
によって受波されるが、この超音波信号は流体中番に生
じているカルマン渦により位相変調されている。
によって受波されるが、この超音波信号は流体中番に生
じているカルマン渦により位相変調されている。
今、増巾器(2)を通過した後の受波用振動子(4)の
出力信号波の位相を夏2.該出力信号の平均位相をy、
1.カルマン渦によって生じた変動位相分をまΔ夏とす
ると、前記出力信号の位相は夏、=02 ”±Δ〆であ
り之れが位相比較器(7)の第1入力端(7a)に印加
される。
出力信号波の位相を夏2.該出力信号の平均位相をy、
1.カルマン渦によって生じた変動位相分をまΔ夏とす
ると、前記出力信号の位相は夏、=02 ”±Δ〆であ
り之れが位相比較器(7)の第1入力端(7a)に印加
される。
該位相比較器(7)の第2人力@ (7b)には前記し
た如(フェイスシフター(6)を介し°C位相Jflな
る信号が入力されているのでその位相差Xi −X2に
基づく信号が出力され、該出力のうちDI −It、’
に基づく直流信号成分のみがローパスフィルター(9)
を介してフェイスシフター(6)に入力されると共に、
バンドパスフィルター(8Jからはカルマン渦による変
動位相分力ムダに基づ(カルマン渦信号が得られ、出力
ターミナル(2)からの出力でもって流体の流量又は流
速が測定出来る。
た如(フェイスシフター(6)を介し°C位相Jflな
る信号が入力されているのでその位相差Xi −X2に
基づく信号が出力され、該出力のうちDI −It、’
に基づく直流信号成分のみがローパスフィルター(9)
を介してフェイスシフター(6)に入力されると共に、
バンドパスフィルター(8Jからはカルマン渦による変
動位相分力ムダに基づ(カルマン渦信号が得られ、出力
ターミナル(2)からの出力でもって流体の流量又は流
速が測定出来る。
而して、ローパスフィルター(9)からの出力即ち*l
−*!’なる位相差に基づく直流信号成分はフェイスシ
フター(6)に帰環され、且つその信号により該フェイ
スシフター(6)の位相量が制御される結果、位相比較
器(7)の作動状態を、その動作範囲の最適領域に略安
定させることが出来るので流体の位相差夏m −)、1
の温度やその他の物理的条件等による変化を自動補正
するのでカルマン渦信号検出が全く影響を受けず常に正
確な測定が可能である。
−*!’なる位相差に基づく直流信号成分はフェイスシ
フター(6)に帰環され、且つその信号により該フェイ
スシフター(6)の位相量が制御される結果、位相比較
器(7)の作動状態を、その動作範囲の最適領域に略安
定させることが出来るので流体の位相差夏m −)、1
の温度やその他の物理的条件等による変化を自動補正
するのでカルマン渦信号検出が全く影響を受けず常に正
確な測定が可能である。
第2図に第1図各点の電圧波形を示す。第2図(1)に
おいて、受信波信号(vs)の平均位相はり2′で、カ
ルマン渦によって生じtこ変動位相分は士△Xである。
おいて、受信波信号(vs)の平均位相はり2′で、カ
ルマン渦によって生じtこ変動位相分は士△Xである。
位相比較器(7)を例えばエクスクル−シブOR回路と
すると、フェイズシフターの出力(Vx)との位相差l
J’lJ!’2’lはπ/2が最適値であるので、l
pt、 H,’p (−−x /2となる様に八〇
(1)が制御される。第211(1)は第2図(1)と
比べてi′が変化した場合で、この場合にもΔy(2)
が変化して%IJ’l−112″1=π/2となる様に
制御される。
すると、フェイズシフターの出力(Vx)との位相差l
J’lJ!’2’lはπ/2が最適値であるので、l
pt、 H,’p (−−x /2となる様に八〇
(1)が制御される。第211(1)は第2図(1)と
比べてi′が変化した場合で、この場合にもΔy(2)
が変化して%IJ’l−112″1=π/2となる様に
制御される。
第8図に位相比較器(乃の入力出特性を、第4図にカル
マン渦によって生じた変動分±Δf の復調信号を示す
。
マン渦によって生じた変動分±Δf の復調信号を示す
。
第8図に示す様に通常の位相比較器(7)の出力(Vx
)+は入力の2信号の位相差が2π毎に同一信号を出力
する周期函数である。図示したエクスクル−シブOR回
路では、ひずみな(位相復調出来る最大値は0からπま
ででしかない。この為、カルマン渦によって生じた変動
分士ba’+有効に検出する為のv2とvsの位相差I
J’+ 021はπ/2 が最適値で、±△夏の最大
値は−π/2までしか無ひずみでは検出出来ない。第4
図に位相復調特性図を示す。
)+は入力の2信号の位相差が2π毎に同一信号を出力
する周期函数である。図示したエクスクル−シブOR回
路では、ひずみな(位相復調出来る最大値は0からπま
ででしかない。この為、カルマン渦によって生じた変動
分士ba’+有効に検出する為のv2とvsの位相差I
J’+ 021はπ/2 が最適値で、±△夏の最大
値は−π/2までしか無ひずみでは検出出来ない。第4
図に位相復調特性図を示す。
従来の検出出段は上記の様に構成されている為、カルマ
ン渦の検出上限が±π/2 以上は検出出来ないばかり
か、カルマン渦による変調分士△夏が±π以上になると
、1Ot−O21を最適値に制御する位相同期ループが
同期はずれを発生し、全く動作不能となる欠点がある。
ン渦の検出上限が±π/2 以上は検出出来ないばかり
か、カルマン渦による変調分士△夏が±π以上になると
、1Ot−O21を最適値に制御する位相同期ループが
同期はずれを発生し、全く動作不能となる欠点がある。
さらに超音波受信子(4)には振動子固有の受信周波数
−帯、減幅による制限があり、カルマン渦による位相変
調幅力△Xが大iくなって来ると、それに応じて周波数
変調幅(±ΔF)が大きくなりすぎ、帯域幅の制限をオ
ーバすると受信波に歯ぬけが生じる。この歯ぬけは前述
の位相比較器の検出ひずみとなるばかりか、lj’>
J’z’1を最適値に制御する位相同期ループの同期
はずれを引き起こす原因になる。この様な歯ぬけの発生
している状況で、前述の位相比較器(7)にエッヂトリ
ガータイプの位相比較器あるいは位相周波数比較器を用
いる事は、l at it ’ lを最適値に制御す
る位相同期ループの同期はずれを引き起乞す為に全く不
可能であり、位相比較器(7)の改良により±△Xの検
出上限を±π/2以上にする事は不可能である。
−帯、減幅による制限があり、カルマン渦による位相変
調幅力△Xが大iくなって来ると、それに応じて周波数
変調幅(±ΔF)が大きくなりすぎ、帯域幅の制限をオ
ーバすると受信波に歯ぬけが生じる。この歯ぬけは前述
の位相比較器の検出ひずみとなるばかりか、lj’>
J’z’1を最適値に制御する位相同期ループの同期
はずれを引き起こす原因になる。この様な歯ぬけの発生
している状況で、前述の位相比較器(7)にエッヂトリ
ガータイプの位相比較器あるいは位相周波数比較器を用
いる事は、l at it ’ lを最適値に制御す
る位相同期ループの同期はずれを引き起乞す為に全く不
可能であり、位相比較器(7)の改良により±△Xの検
出上限を±π/2以上にする事は不可能である。
本発明は上記欠点を除去する為のもので、その目的はカ
ルマン渦による位相変動分力△夏の検出の最大値の制限
を無くして、カルマン渦流魚計の最大の特徴であるレイ
ンジャビリティの広さを実現する事であり、その第2の
目的は、超音波受信子の周波数帯域幅の制限によるカル
マン渦検出の上限を改良する事である。
ルマン渦による位相変動分力△夏の検出の最大値の制限
を無くして、カルマン渦流魚計の最大の特徴であるレイ
ンジャビリティの広さを実現する事であり、その第2の
目的は、超音波受信子の周波数帯域幅の制限によるカル
マン渦検出の上限を改良する事である。
第5図に本発明に用いる位相比較器の一実施例の回路図
、第6図はi比較器の遷移表とF−table、第7図
は入出力特性図である。
、第6図はi比較器の遷移表とF−table、第7図
は入出力特性図である。
図(5)の位相比較器において、if)、 1521.
15m、il、15111. fi、 iηはNAND
AND素子@4はAND素子、−1旬はインバータ素子
、で位相比較器(7)を構成し、口、關は抵抗器、−は
コンデンサでフィルタ回路(8)を構成している。
15m、il、15111. fi、 iηはNAND
AND素子@4はAND素子、−1旬はインバータ素子
、で位相比較器(7)を構成し、口、關は抵抗器、−は
コンデンサでフィルタ回路(8)を構成している。
第5図に示した位相比較器(7)は、2つの入力(R)
。
。
υと状態を表わす変数(3)、(Y)の値によって出力
(RA) 、 (LW)が決定されるもので、入出力特
性を表わす遷移表とF −tableとを第6図4示す
。代表的な(R)、(L)入力に対する出力のタイミン
グチャートを第7図(a) 、 (b)に示す。(R)
、(L)の位相差畠こ対応したVout特性を第7図(
C)に示す。位相差力52π毎ののこぎり波特性を示す
。
(RA) 、 (LW)が決定されるもので、入出力特
性を表わす遷移表とF −tableとを第6図4示す
。代表的な(R)、(L)入力に対する出力のタイミン
グチャートを第7図(a) 、 (b)に示す。(R)
、(L)の位相差畠こ対応したVout特性を第7図(
C)に示す。位相差力52π毎ののこぎり波特性を示す
。
この様に構成された位相比較器を用いれば、位相差が0
ラジアンの点を中心に±πの範囲まで無歪に位相復調す
る事が出来る。この様なのこぎり波特性を示す位相比較
器で簡単なもの・こ、セ・ソトーリセット フリップフ
ロップ(S−R−)曹ノ゛ノブフロップ)回路があるが
、本実施例とS−Rフリップフロップ回路との間には次
の様な大きな違いがある。第7図(a)のR入力に点線
で示した様番こ不要なノイズ信号が重畳すると、前記S
−RフIJツブフロップではパルスエッチのみを検出し
て0る為に、R入力の周波数(周期)が極端曇こ高くな
った(周期が短くなつtこ)と検出しCしよう。
ラジアンの点を中心に±πの範囲まで無歪に位相復調す
る事が出来る。この様なのこぎり波特性を示す位相比較
器で簡単なもの・こ、セ・ソトーリセット フリップフ
ロップ(S−R−)曹ノ゛ノブフロップ)回路があるが
、本実施例とS−Rフリップフロップ回路との間には次
の様な大きな違いがある。第7図(a)のR入力に点線
で示した様番こ不要なノイズ信号が重畳すると、前記S
−RフIJツブフロップではパルスエッチのみを検出し
て0る為に、R入力の周波数(周期)が極端曇こ高くな
った(周期が短くなつtこ)と検出しCしよう。
本実施例ではLW出力にノイズ信号がそのまま出力され
るだけで誤動作の程度が少な(1)。これは前述したカ
ルマン渦による位相変動分±Δダが大きくなり受信波に
歯ぬけが発生した場合に非常番こ有効である。
るだけで誤動作の程度が少な(1)。これは前述したカ
ルマン渦による位相変動分±Δダが大きくなり受信波に
歯ぬけが発生した場合に非常番こ有効である。
この特長と、無ひずみで検出可能な位相変調幅力;±π
と広がった事の両者により、カルマン渦の検出範囲の上
限をはるかに改善する事が出来る。
と広がった事の両者により、カルマン渦の検出範囲の上
限をはるかに改善する事が出来る。
第8図にこの位相比較器を用いてカルマン渦を検出する
為の位相同期ループを構成した場合の基本構成図を示す
。
為の位相同期ループを構成した場合の基本構成図を示す
。
図においてl11.M は抵抗、&1はコンデンサ、一
番よ演算増巾器でループフィルタ(9)を構成してもす
る。
番よ演算増巾器でループフィルタ(9)を構成してもす
る。
(6)は遅延回路である。
第8図は第1図の位相比較器(7)と、ローノ(スフイ
ルタ(9)とが前述の本発明に変更された為に、最適な
位相同期角が0ラジアンと変更になった以外は第1図と
全く同様の動作を行なうが、第1図の場合に比べてはる
かに大流量まで、安定な渦信号の検出が可能である。
ルタ(9)とが前述の本発明に変更された為に、最適な
位相同期角が0ラジアンと変更になった以外は第1図と
全く同様の動作を行なうが、第1図の場合に比べてはる
かに大流量まで、安定な渦信号の検出が可能である。
ところで本発明の位相比較器の入出力特性を第7図(C
)に説明したが、この説明は2人力R・Lのパルス信号
のduty比が両者ともに50%である場合についてし
か成立しない。
)に説明したが、この説明は2人力R・Lのパルス信号
のduty比が両者ともに50%である場合についてし
か成立しない。
R,Lのduty比が50%かられずかにずれると、位
相差oラジアン付近でのこぎり波特性にひ、ずみが生じ
る場合がある。この様な場合には位相同期角をその分に
応じてオフセットさせると良い結果が期待出来る。
相差oラジアン付近でのこぎり波特性にひ、ずみが生じ
る場合がある。この様な場合には位相同期角をその分に
応じてオフセットさせると良い結果が期待出来る。
以上説明した通り本発明によれば、パルスエッチではな
くパルスのduty比も含めて5位相比較を行なうのこ
切り波特性の位相比較器を用いると占う簡単な構成で、
位相変調度の大きい大流量時にもひずみ無く検出可能な
レインジャビリティの広い渦流量計が得られる効果があ
る。
くパルスのduty比も含めて5位相比較を行なうのこ
切り波特性の位相比較器を用いると占う簡単な構成で、
位相変調度の大きい大流量時にもひずみ無く検出可能な
レインジャビリティの広い渦流量計が得られる効果があ
る。
さらに位相同期ループを構成した場合にも、同期外れ、
サイクルスリップを防止出来る効果がある。
サイクルスリップを防止出来る効果がある。
第1図は従来の流速測定装置の基本構成図、第2図は第
1図各部の動作波形図、第8図は位相比較器の入出力特
性図、第4因は第8図の位相比較器の位相復調特性を示
す図、第6図は本発明の一実施例の位相復調回路の構成
図、第6図は第6図の位相比較器の遷移表とF −ta
ble、 第7図は第5図の位相比較器の人出力特性
図、第8図は本発明の位相比較器を用いてカルマン渦を
検出する為の位相同期ループの基本構成図を示す。 なお図中(2)は渦発生体、(3)は超音波送信子、(
4)は受信子、(5)は発振器、(6)は遅延回路、(
7)は位相比較器、(8)はフィルタ回路、(9)はル
ープフィルタ回路である。 図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 葛 野 信 − 第1図 第2図 (1) 第3図 第4図 第5図 ユ
1図各部の動作波形図、第8図は位相比較器の入出力特
性図、第4因は第8図の位相比較器の位相復調特性を示
す図、第6図は本発明の一実施例の位相復調回路の構成
図、第6図は第6図の位相比較器の遷移表とF −ta
ble、 第7図は第5図の位相比較器の人出力特性
図、第8図は本発明の位相比較器を用いてカルマン渦を
検出する為の位相同期ループの基本構成図を示す。 なお図中(2)は渦発生体、(3)は超音波送信子、(
4)は受信子、(5)は発振器、(6)は遅延回路、(
7)は位相比較器、(8)はフィルタ回路、(9)はル
ープフィルタ回路である。 図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 葛 野 信 − 第1図 第2図 (1) 第3図 第4図 第5図 ユ
Claims (3)
- (1)渦発生体の後流側に流路を介して対設した1対の
超音波送・受信子、超音波送信子を励振させる発振器、
該発振器の信号もしくは該発振器の信号の遅延信号と超
音波受信子の信号を位相比較する為の位相比較器、位相
比較器の出力中より上記渦による位相変調信号を復調し
出力として取り出す為のフィルタ回路を備え、上記位相
比較器はレベルトリガーで動作し、2人力間の位相差及
び周波数差の検出は2人力の周期及びパルスエッチの順
序並びに上記2人力のパルスのduu比を検出し、その
入出力特性がのこぎり波特性を示すように構成した事を
特徴とする渦流量計の位相復調回路。 - (2)位相比較器の2°入力の一方は上記発振器の信号
の遅延信号で、他の入力である受信子の信号との位相差
が略零もしくはπラジアンとなる様に位相同期ループを
構成した事を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の渦
流量計の位相復調回路。 - (3)位相同期ループの同期位相の値を略零もしくはπ
ラジアンから所望の値だけオフセットさせた事を特徴と
する特許請求の範囲第2項記載の渦流量計の位相復調回
路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56127493A JPS5828617A (ja) | 1981-08-12 | 1981-08-12 | 渦流量計の位相復調回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56127493A JPS5828617A (ja) | 1981-08-12 | 1981-08-12 | 渦流量計の位相復調回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5828617A true JPS5828617A (ja) | 1983-02-19 |
Family
ID=14961320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56127493A Pending JPS5828617A (ja) | 1981-08-12 | 1981-08-12 | 渦流量計の位相復調回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5828617A (ja) |
-
1981
- 1981-08-12 JP JP56127493A patent/JPS5828617A/ja active Pending
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