JPS6113113A - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計

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JPS6113113A
JPS6113113A JP59134188A JP13418884A JPS6113113A JP S6113113 A JPS6113113 A JP S6113113A JP 59134188 A JP59134188 A JP 59134188A JP 13418884 A JP13418884 A JP 13418884A JP S6113113 A JPS6113113 A JP S6113113A
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JP
Japan
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pulse
reference voltage
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comparison voltage
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JP59134188A
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JPH053528B2 (ja
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Chuji Akiyama
忠次 秋山
Toshio Sekiguchi
関口 敏夫
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring 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
    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野ン 本発明ハ、マイクロコンピュータを用いた超音波流量計
に係り、特に超音波パルスを受波した時点を合理的に決
めることのできる超音波流量計に関する。
〈従来技術〉 超音波流量計は超音波パルスを被測定流体に送信した時
点から受信した時点までの時間差等を利用して流量を計
測するものであるので、超音波)(パスの受波時点を正
確に決めることが必要である。
このために各種の出願がなされているが、その−例であ
る特願昭58−72490号「超音波測定装置」を第1
図に掲げ、これについて説明する。。
管路1に被測定流体2が矢印Fの方向に流され、被測定
流体2の流量Qを測定する。このために管路1に送受波
器6,4が流れの方向Fに対して斜めに対向して設置さ
れている。送受波器3,4のいずれか一方には超音波発
振器5より、増幅器6および切換スイ、チアを介して振
動波状の超音波パルスBが送出される。送受波器3,4
の他方には被測定流体2を介して受波された超音波パル
スが切換スイッチ7を介して増幅器8に受信される。
増幅器8の出力の超音波パルスHに比較器9の入力端の
一端に印加され、他端にはデジタル/アナログ変換器(
以下、D/A変換器と略称する)10より比較電圧■。
が印加されている。比較器9の出力端には振動波状の超
音波パルスのうち比較電圧vcを越えた波形の部分がパ
ルス化されて出力パルスPとして出力される。
演算回路11の入力端工、には比較器9の出力のパルス
電圧が印加され、入力端I2には超音波発振器5から超
音波パルスBの送出と同時に発信されるスタート信号S
が印加される。演算回路11は比較器9の出力とスター
ト信号Sとの時間差を演算し、この結果を用いて流量を
計算して出力端12に出力する。
一方、比較器9の出力パルスPは高速のカウンタ15を
介して制御回路14に取り込まれる。制御回路14はマ
イクロプロセッサ(以下、CPUと略称する)15、リ
ードオンメモリ(以下、ROMと略称する)16、ラン
ダムアクセスメモリ(以下、RAMと略称する)17お
よびこれ等を結ぶパス18で構成されている。RAM 
17には後述する確率テーブル19を形成すべき所定領
域が確保されている。カウンタ15から制御回路14に
取り込まれた計数値を用いて所定の処理がなされ、D/
A変換器10を介して比較器9の比較電圧v0として与
えられる。
次に、制御回路14の動作を第2図に示すフローチャー
ト図を用いて説明する。
先ずCPUj5の制御のもとにROM+6中の所定のプ
ログラムにしたがい比較器9の比較電圧v8としてD/
A変換器10を介して基準電圧L1を読み出す(ステッ
プ■)。この後カウンタ13ヲリセット信号Rによりリ
セ、トシ、カウンタの内容をゼロとする(ステップ■)
。基準電圧t1を比較電圧vcとしてセットした後、増
幅器8の出力の超音波パルスHと比較して基準電圧L1
よシ大きい超音波パルス部分を比較器9より出力パルス
Pとして出力する(ステップ■)。以上の点を図示して
示しだのが第3図である。横軸に時間軸であり、縦軸は
超音波パルスH(7)m幅である。点線は基準電圧L1
のレベルを示している。図示の基準電圧t1では出力パ
ルスp(4+個である。この出力パルスPはカウンタ1
3でカウントされ(ステップ(、!、))、RAM+7
中の所定領域に格納する(ステップ■)。次に基準電圧
を+2(tl>+2)、に変更してステ、プ■〜■まで
の各ステップを実行する。この様にしてららかしめRO
M+7で決めておいだ基準電圧<1..12.〜匂〜L
n)だけ繰り返すと(ステップ■)、第4図に示す確率
テーブル19の第1列(N=0 )に示す様な各基準電
圧1.を越えたパルスの数が計数できる。以上の手順を
所定回数Nだけ繰シ返す(ステ、プ■)と例えば第4図
に示す様な確率テーブル19が得られる。第4図の例は
20回繰り返した場合でちる。合計の回数N(−20)
で各欄の計数値を割った値が確率p(t、、 N、 )
を与える。これ等のステ、プ■〜のまでの手順で確率テ
ーブル作成手段を構成する。
次に、この確率テーブル19を用いてCPU 15の制
御のもとにROM+6中のプログラムにしたがい最大確
率を与える基準電圧tmと計数値Nmを求めRAM17
の所定領域に格納する(ステップ■)。
この様にして決定された基準電圧LmUD/A変換器1
0を介して比較電圧vll!とじて比較器9に設定する
(ステップ■)。この後、演算回路11ハスタ一ト信号
Sの送信時点と基準電圧Lr、lに対する出力パルスの
受信時点との時間差を用いて流量演算をする(ステ、グ
[相])。
次に、基準電圧tmを越えた計数値N、をカウンタ13
から取υ込みCPU15の制御のもとにROM 16の
所定の手順にしたがって、RAM17の所定領域に格納
した計数値N計比較しくステップ■)、比較結果がN、
’=Nmならば(ステップ■)演算回路11での流量演
算結果は正しいものとし出力可能信号W=1として流量
値を出力する指示を演算回路11に与え(ステップ(@
 )、N、’=NmならばW=Oとして演算回路11で
の流量演算結果を棄却する(ステップ■)これ等のステ
ップ0.■、0および[相]で出力判定手段を構成する
この後、ステップOに移り、測定開始より所定時間を経
過したかどうかが判断され、所定時間を経過しない場合
は、決定された基準電圧tr11とこれに対応した計数
値Nmを変更する必要がないものとしてステ、プOに戻
シ再度流量測定が繰り返される。所定時間を経過した場
合はステップ■に戻り再度基準電圧tmと計数値Nmを
決める手順を実行する。この様にして基準電圧Lmと計
数値Nmが適当な値が否かが決定される。
なお、基準電圧L1として10レベル、繰り返し回数N
として20回とすると基準電圧trIl、計数値N。を
決定するに要する時間は200ma程度であり、流量計
測時間が秒のオーダであることを考えるとわずかな時間
で決定できることになる。
P(ti、 Ni)の値に多くのピークを持つ場合が出
て来て、最適なtm、 Nmを決定できない。
(ロ)、超音波パルスHの振幅変動が毎回の測定におい
てあまシ変動がないときは、例えば第5図における基準
電圧り、〜t1+1の幅Zで示される範囲では確率P(
t、、 N、 (一定))夕1となり、基準電圧t1の
最適値trnが決定できない。
等の問題がある。
〈発明の目的〉 本発明は、前記の従来技術に鑑み、超音波パルスの振幅
がpヨぼ一定のときや振幅変動があまりないときでも基
準電圧やこれに対応する出力パルスの計数値の最適値を
決定でき、精度の高い流量測定ができる超音波流量計を
提供することを目的とする。
く本発明の構成〉 この目的を達成する本発明の構成は、管路に流れる被測
定流体の流れ方向に対して交互に逆向きに切換えられた
超音波パルスを送受信する送受波器と、この送受波器か
らの超音波パルスを受信する増幅器と、この増幅器の出
力が一方に入力され他方に比較電圧が入力されてこの比
較電圧を越えた超音波パルスを出力する比較器を、この
比較器の出力パルスの受信時点と超音波パルスの送信時
点との時間差を用いて被測定流体の流量を算出して出力
する演算回路とを具備する超音波流量計に係り、比較電
圧として所定の異なる基準電圧を順次出力し基準電圧を
毬えた出力パルスを計数して各基準電圧に対する計数値
を読み出す動作を所定回数くり返して確率テーブルを作
る確率テーブル作成手段と、この確率テーブルにおける
計数値をパラメータとして各基準電圧に対する確率分布
を作成する規準テーブル作成手段と、この規準テーブル
から所定確率より大となる確率を与える計数値に対する
基準電圧幅を求めこの中から最大基準電圧幅を与える基
準計数値とこの最大基準電圧幅の中央値を演算する基準
値演算手段と、この基準計数値と中央値に設定された比
較電圧罠対応した出力パルスの計数値とを比較して基準
計数値に等しいときにのみ演算回路よシ流量を出力する
出力判定手段とを具備することを特徴とするものである
〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する。
尚、従来技術と同一の機能を有する部分には同一番号を
付し、重複する説明は省略する。
第6図は本発明の実施例の要部を示すブロック図である
。制御回路20の中のRAM21の中には確率テーブル
19のほかに規準テーブル22を形成する領域が設けら
れている。この規準テーブル22を形成するだめのプロ
グラムはROM23にあらかじめ書き込まれており、こ
のプログラムに従ってCPU15はカウンタ13よQ読
込んだカウント値を処理してバス18を介してD/A変
換器10へ出力する。
以上の点につき第7図に示すフローチャート図に基づき
更に詳細に説明する。第2図のフローチャート図におい
てステップ■〜■までは確率テーブル19を形成する手
順であり、この手順で作られた確率テーブル19を本実
施例においても使用する。
先ず、この様にして作られた確率テーブル19において
、計数値N1を一定として各基準電圧t、に対する確率
P(t+ 、 Nl (一定))の分布を求め、第8図
に対応する規準テーブル22をROM23に記憶されて
いるプログラムにしたがって作成する(ステップ■)。
w、8図は計数値N、をパラメータとして横軸po(〈
1 )! 7を設け、P(t、、 N、(一定))≧P
oとなる基準電圧1.の幅Δ1.のうち最大の幅を与え
る基準計数値N?を求める(ステップ■)。これは第8
図の例ではN? = 3、Δ句=Δt3に対応する。次
にこの様にして求めた基i計数値N?に対してP(Ll
、N? )ζ0となる基準電圧t、の中央値t?を求め
る(ステップ[相])。第8図の例ではt?=を實に対
応する。ステ。
プ■、■で基準値演算手段を構成する。
この様にして求めた中央値trをD/A変換器10を介
して比較器9の比較電圧vcとして設定しくステップ◎
)、これを基準としてステップOで流量計測をする。次
に、中央値t1に対応した比較電圧v0に対する比較器
9の出力パルスPはカウンタ13により計数され制御回
路14に取り込まれる。制御回路14ではカウンタ13
のカウント値N1が基準計数値N?に等しいか否かをR
OM23中の所定のプログラムを用いて演算しくステッ
プe ) 、N、 =N?ならば正しい流量が計測され
たと判断してステップ0に移行し、N、”qN?ならば
計測した流量は正しくないと判断しズステップ■に移行
する(ステップの)。
これ等のステップO,■、■、および■で出力判定手段
を構成する。
以上の如くして決定された中央値t?と基準計数値N?
を用いると、確率P(t、 、 N、 )が一定値(P
o)より太きいものを用いるので超音波パルスHが有効
に使われる確率が高く、また超音波パルスHの振幅変動
が大きくなると例えば第8図においてΔt3の幅が狭く
なるがこの場合でもΔぺが最も広い幅を持ち、更に超音
波パルスHのエンベロープが変化すると例えば第8図の
曲線が横軸方向に移動するが、この場合でもZ?は中央
値であるので着も影響が小さく、超音波パルスHが流量
計測に用いられる確率が最大になる。
◇明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明した様に本発明によれ
は、超音波パルスの振幅がほぼ一定のときや振幅変動が
小さいときでも基準電圧やこれに対応する出力パルスの
計数値を最も安定な検出条件で自動的に決定できるので
精度の高い流量測定ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の超音波流量計のプロ、り図、第2図は第
1図における超音波流量計の動作を説明するフローチャ
ート図、第5図は第1図における超音波パルスの波形を
示す波形図、第4図は第1図における確率テーブルの内
容の1例を示す確率分布図、第5図は第1図における超
音波パルスの変動が少ないときの波形を示す波形図、第
6図は本発明の一実施例の要部を示すブロック図、第7
図は第6図における実施例の動作を説明するフローチャ
ート図、第8図は第6図における計数値をパラメータと
して基準電圧に対する確率との関係を示しだ確率分布図
である。 1・・・管路、3,4・・・送受波器、5・・・超音波
発振器、6,8・・増幅器、7・・・切換ヌイッチ、9
・・・比較器、10・・・D/A変換器、11・・・演
算回路、13・・・カウンタ、l、 20・・・制御回
路、15・・・CPU、16・・・ROM、+7,23
・・・RAM、19確率テーブル、22・・・規準テー
ブル。 M3区 第4図 第5図 眉6図 1’:)          lj        ’
I’:l    //z1爪7図 ステップ■より N1をパラメータにし を宋めJyl車テーブル     @すy児堪テーフ゛
ルよソΔ11の量大イ直  (う)を号λるN?乏ネめ
ろ P()1.N?≧PotヒするJ!1(II   @中
央イ直1?をネめる 鳴変換券1介″ [株] と乙阜交器+:、7?を富を定 ステップ(すJり 流量計う則  [相] 冗8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 管路に流れる被測定流体の流れ方向に対して交互に逆向
    きに切換えられた超音波パルスを送受信する送受波器と
    、前記送受波器からの前記超音波パルスを受信する増幅
    器と、前記増幅器の出力が一方に入力され他方に比較電
    圧が入力されて前記比較電圧を越えた前記超音波パルス
    を出力する比較器と、前記比較器の出力パルスの受信時
    点と前記超音波パルスの送信時点との時間差を用いて前
    記被測定流体の流量を算出して出力する演算回路とを具
    備する超音波流量計において、前記比較電圧として所定
    の異なる基準電圧を順次出力し前記基準電圧を越えた前
    記出力パルスを計数して各基準電圧に対する計数値を読
    み出す動作を所定回数くり返して確率テーブルを作る確
    率テーブル作成手段と、前記確率テーブルにおける計数
    値をパラメータとして各基準電圧に対する確率分布を作
    成する規準テーブル作成手段と、前記規準テーブルから
    所定確率より大となる確率を与える前記計数値に対する
    基準電圧幅を求めこの中から最大基準電圧幅を与える基
    準計数値と前記最大基準電圧幅の中央値を演算する基準
    値演算手段と、前記基準計数値と前記中央値に設定され
    た比較電圧に対応した前記出力パルスの計数値とを比較
    して前記基準計数値に等しいときにのみ前記演算回路よ
    り前記流量を出力する出力判定手段とを具備することを
    特徴とする超音波流量計。
JP59134188A 1984-06-29 1984-06-29 超音波流量計 Granted JPS6113113A (ja)

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JPH053528B2 JPH053528B2 (ja) 1993-01-18

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