JPS6261894B2 - - Google Patents
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- JPS6261894B2 JPS6261894B2 JP56130225A JP13022581A JPS6261894B2 JP S6261894 B2 JPS6261894 B2 JP S6261894B2 JP 56130225 A JP56130225 A JP 56130225A JP 13022581 A JP13022581 A JP 13022581A JP S6261894 B2 JPS6261894 B2 JP S6261894B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oscillator
- oscillation
- oscillation frequency
- measured
- ultrasonic wave
- 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.)
- Expired
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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
- G01F1/66—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 measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
- G01F1/667—Arrangements 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)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超音波が被測定媒体中を伝搬する時
間を流れに対して順方向および逆方向について測
定して、その媒体流量を測定する超音波流量計に
関し、特に流量計の状態変化に基づく誤差を消去
するようにした自動オフセツト除去機能付の超音
波流量計に関するものである。
間を流れに対して順方向および逆方向について測
定して、その媒体流量を測定する超音波流量計に
関し、特に流量計の状態変化に基づく誤差を消去
するようにした自動オフセツト除去機能付の超音
波流量計に関するものである。
従来公知な超音波流量計の一例として、電圧制
御形発振器で発振される周波数ｆのパルス信号を
Ｎ個計数する時間と、流体中の超音波の伝搬時間
とを一致させるようにその電圧制御形発振器の発
振周波数ｆを制御する閉ループを構成し、一方の
振動子の発振と同期して、この周波数ｆのパルス
をＮ個計数するカウンタの出力を時間差検出回路
に入力し、他方、超音波受信信号をもこの時間差
検出回路に入力して、時間差を出力し、その時間
差が零となるように閉ループを構成したものがあ
る。このような従来の超音波流量計の一例を第１
図に示す。図において、電圧制御形発振回路１０
は、制御電圧の大きさによつてその発振周波数が
変化する２つの電圧制御形発振器（以下VCOと
いう）１３および１５を有している。VCO１３
の発振出力信号２１（周波数f1）とVCO１５の発
振出力信号２３（周波数f2）とを、スイツチ２５
で切換えて、それによつて得られる電圧制御形発
振回路１０の出力信号２９をパルス発生回路２７
に供給する。パルス発生回路２７は、信号２９に
同期してパルス信号３１を発生すると共に、計数
開始信号３３を発生する。このパルス信号３１に
基づいて送信回路３５はトランスジユーサ駆動信
号３７を発生する。
御形発振器で発振される周波数ｆのパルス信号を
Ｎ個計数する時間と、流体中の超音波の伝搬時間
とを一致させるようにその電圧制御形発振器の発
振周波数ｆを制御する閉ループを構成し、一方の
振動子の発振と同期して、この周波数ｆのパルス
をＮ個計数するカウンタの出力を時間差検出回路
に入力し、他方、超音波受信信号をもこの時間差
検出回路に入力して、時間差を出力し、その時間
差が零となるように閉ループを構成したものがあ
る。このような従来の超音波流量計の一例を第１
図に示す。図において、電圧制御形発振回路１０
は、制御電圧の大きさによつてその発振周波数が
変化する２つの電圧制御形発振器（以下VCOと
いう）１３および１５を有している。VCO１３
の発振出力信号２１（周波数f1）とVCO１５の発
振出力信号２３（周波数f2）とを、スイツチ２５
で切換えて、それによつて得られる電圧制御形発
振回路１０の出力信号２９をパルス発生回路２７
に供給する。パルス発生回路２７は、信号２９に
同期してパルス信号３１を発生すると共に、計数
開始信号３３を発生する。このパルス信号３１に
基づいて送信回路３５はトランスジユーサ駆動信
号３７を発生する。
２つのトランスジユーサたる４１および４３
は、スイツチ４５の切換えによつて交互に供給さ
れるトランスジユーサ駆動信号３７に応じて、一
方は電気信号を音響信号（超音波４５あるいは４
７）に変換する送信側として、そして他方はその
音響信号を電気信号に変換する受信側として働
く。この音響信号を受信して得た電気信号は、切
換スイツチ５１を介して受信信号５３として受信
回路５５に導入される。受信回路５５は受信信号
５３に応じて受波検出信号５７を時間差検出回路
５９に供給する。
は、スイツチ４５の切換えによつて交互に供給さ
れるトランスジユーサ駆動信号３７に応じて、一
方は電気信号を音響信号（超音波４５あるいは４
７）に変換する送信側として、そして他方はその
音響信号を電気信号に変換する受信側として働
く。この音響信号を受信して得た電気信号は、切
換スイツチ５１を介して受信信号５３として受信
回路５５に導入される。受信回路５５は受信信号
５３に応じて受波検出信号５７を時間差検出回路
５９に供給する。
また、計数開始信号３３によつて付勢されたカ
ウンタ６１は電圧制御形発振回路１０の出力信号
２９を計数する。このカウンタ６１は、その計数
状態が予め設定された数値Ｎになると、パルス出
力信号６３を時間差検出回路５９に供給し、しか
る後リセツトされる。時間差検出回路５９は、両
信号５７および６３の時間差を検出し、その時間
差に応じた電圧の制御信号６５を発生する。この
制御信号６５は、スイツチ６７で切換えられ、電
圧制御形発振回路１０内の両VCO１３および１
５のいずれか一方に導入されて、その発振周波数
f1あるいはf2を制御する。
ウンタ６１は電圧制御形発振回路１０の出力信号
２９を計数する。このカウンタ６１は、その計数
状態が予め設定された数値Ｎになると、パルス出
力信号６３を時間差検出回路５９に供給し、しか
る後リセツトされる。時間差検出回路５９は、両
信号５７および６３の時間差を検出し、その時間
差に応じた電圧の制御信号６５を発生する。この
制御信号６５は、スイツチ６７で切換えられ、電
圧制御形発振回路１０内の両VCO１３および１
５のいずれか一方に導入されて、その発振周波数
f1あるいはf2を制御する。
第２図は、被測定流体の管路に両トランスジユ
ーサを取付けた状態を示し、また超音波の伝搬を
示す。図において、対向配置された一方のトラン
スジユーサ４１から発射された超音波は、それを
管７１内に斜めに伝搬させるプラスチツクくさび
７３および管７１を介して被測定流体７５へ伝搬
し、再び管７１の壁および別なプラスチツクくさ
び７７を介して他方のトランスジユーサ４３に伝
搬する。この場合に、トランスジユーサ４１から
トランスジユーサ４３への超音波順方向伝搬時間
T1は、 T1＝Ｄ／ｃｏｓθ／Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ (1) として与えられる。また、逆にトランスジユーサ
４３からトランスジユーサ４１への超音波逆方向
伝搬時間T2は、 T2＝Ｄ／ｃｏｓθ／Ｃｗ−Ｖｓｉｎθ (2) として与えられる。ここで、Ｄは管７１の内径、
Ｃwは流体７５が静止しているときにおけるその
流体７５中の音速、Ｖは流体７５の流速、θは超
音波が流体７５中に入射する際の入射角である。
なお、ここでは、両くさび７３，７７および管７
１の管厚部を超音波が伝搬する時間は無視する。
ーサを取付けた状態を示し、また超音波の伝搬を
示す。図において、対向配置された一方のトラン
スジユーサ４１から発射された超音波は、それを
管７１内に斜めに伝搬させるプラスチツクくさび
７３および管７１を介して被測定流体７５へ伝搬
し、再び管７１の壁および別なプラスチツクくさ
び７７を介して他方のトランスジユーサ４３に伝
搬する。この場合に、トランスジユーサ４１から
トランスジユーサ４３への超音波順方向伝搬時間
T1は、 T1＝Ｄ／ｃｏｓθ／Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ (1) として与えられる。また、逆にトランスジユーサ
４３からトランスジユーサ４１への超音波逆方向
伝搬時間T2は、 T2＝Ｄ／ｃｏｓθ／Ｃｗ−Ｖｓｉｎθ (2) として与えられる。ここで、Ｄは管７１の内径、
Ｃwは流体７５が静止しているときにおけるその
流体７５中の音速、Ｖは流体７５の流速、θは超
音波が流体７５中に入射する際の入射角である。
なお、ここでは、両くさび７３，７７および管７
１の管厚部を超音波が伝搬する時間は無視する。
次に、第１図および第２図を参照して、流体７
５の流量測定について述べる。なお、この測定原
理は位相ロツクループを利用した周知なものであ
るので簡単に説明する。先ず、全ての切換スイツ
チ２５，４５，５１および６７をそれぞれ接点ａ
側に接続して順方向モードとする。この場合、電
圧制御形発振回路１０から得られる周波数f1の出
力信号２９に基づいて、超音波４５の伝搬時間
T1は前述した(1)式で表わされる。またカウンタ
６１の計数状態がＮに達するまでの時間ＴはＮ／
f1である。この時間Ｔと先の伝搬時間T1とが所定
の関係（この場合等しくする）となるように、
VCO１３の発振周波数f1を帰還制御する位相ロツ
クループを形成している。従つて、この系が安定
したら、Ｎ／f1＝T1となるから、 f1＝Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／Ｄ／ｃｏｓθ (3) の関係が成立する。
５の流量測定について述べる。なお、この測定原
理は位相ロツクループを利用した周知なものであ
るので簡単に説明する。先ず、全ての切換スイツ
チ２５，４５，５１および６７をそれぞれ接点ａ
側に接続して順方向モードとする。この場合、電
圧制御形発振回路１０から得られる周波数f1の出
力信号２９に基づいて、超音波４５の伝搬時間
T1は前述した(1)式で表わされる。またカウンタ
６１の計数状態がＮに達するまでの時間ＴはＮ／
f1である。この時間Ｔと先の伝搬時間T1とが所定
の関係（この場合等しくする）となるように、
VCO１３の発振周波数f1を帰還制御する位相ロツ
クループを形成している。従つて、この系が安定
したら、Ｎ／f1＝T1となるから、 f1＝Ｎ（Ｃｗ＋Ｖｓｉｎθ）／Ｄ／ｃｏｓθ (3) の関係が成立する。
また、全ての切換スイツチ２５，４５，５１お
よび６７はそれぞれ接点ｂ側に切換えて逆方向モ
ードとする。この場合も同様にして、前述した(2)
式で表わされる超音波４７の伝搬時間T2とカウ
ンタ６１が計数状態Ｎに達するまでの時間Ｔとが
所定の関係（この場合等しくする）となるよう
に、VCO１５を含む位相ロツクループの系が安
定する。従つて、VCO１５の発振周波数f2は、 f2＝Ｎ（Ｃｗ−Ｖｓｉｎθ）／Ｄ／ｃｏｓθ (4) として表わされる。
よび６７はそれぞれ接点ｂ側に切換えて逆方向モ
ードとする。この場合も同様にして、前述した(2)
式で表わされる超音波４７の伝搬時間T2とカウ
ンタ６１が計数状態Ｎに達するまでの時間Ｔとが
所定の関係（この場合等しくする）となるよう
に、VCO１５を含む位相ロツクループの系が安
定する。従つて、VCO１５の発振周波数f2は、 f2＝Ｎ（Ｃｗ−Ｖｓｉｎθ）／Ｄ／ｃｏｓθ (4) として表わされる。
なお、VCO１３を含む位相ロツクループ系の
安定およびVCO１５を含む位相ロツクループの
系の安定は、実際には、位相ロツクループ式超音
波流量計の測定原理としてよく知られているよう
に、超音波を順方向に発射する順方向モードと逆
方向に発射する逆方向モードとを交互に多数回繰
り返しながら行うことにより得る（たとえば、特
開昭49−130261号公報、特開昭55−162009号公報
等参照）。
安定およびVCO１５を含む位相ロツクループの
系の安定は、実際には、位相ロツクループ式超音
波流量計の測定原理としてよく知られているよう
に、超音波を順方向に発射する順方向モードと逆
方向に発射する逆方向モードとを交互に多数回繰
り返しながら行うことにより得る（たとえば、特
開昭49−130261号公報、特開昭55−162009号公報
等参照）。
これら両周波数の差Δｆ（＝f1−f2）をとると、
Δｆ＝２Ｎｓｉｎθ／Ｄ／ｃｏｓθ・Ｖ＝Ｎｓｉｎ
２θ／Ｄ・Ｖ(5) として与えられる。従つて、入射角θが一定であ
れば周波数差Δｆは流体７５の流速Ｖのみの関数
として与えられる。これら両信号２１および２３
の両周波数f1およびf2をカウンタ（図示せず）で
計数して求めた後、その計数結果より周波数Δｆ
（＝f1−f2）を計算する。そのため、(5)式より、流
速Ｖは、 Ｖ＝Ｄ／Ｎｓｉｎ２θ・Δｆ (6) として表わされるから、この(6)式に基づいて、被
測定流体７５の流速Ｖが求まり、その流量を測定
することができる。
２θ／Ｄ・Ｖ(5) として与えられる。従つて、入射角θが一定であ
れば周波数差Δｆは流体７５の流速Ｖのみの関数
として与えられる。これら両信号２１および２３
の両周波数f1およびf2をカウンタ（図示せず）で
計数して求めた後、その計数結果より周波数Δｆ
（＝f1−f2）を計算する。そのため、(5)式より、流
速Ｖは、 Ｖ＝Ｄ／Ｎｓｉｎ２θ・Δｆ (6) として表わされるから、この(6)式に基づいて、被
測定流体７５の流速Ｖが求まり、その流量を測定
することができる。
このような超音波流量計（クランプ形）は、２
つのトランスジユーサ４１および４３を被測定流
体７５の管路７１に取付けるのみで流量測定が可
能となる。そのため、例えプラント稼動中であつ
ても、被測定流体の管路に両トランスジユーサを
取付けて、その流量測定が可能である。
つのトランスジユーサ４１および４３を被測定流
体７５の管路７１に取付けるのみで流量測定が可
能となる。そのため、例えプラント稼動中であつ
ても、被測定流体の管路に両トランスジユーサを
取付けて、その流量測定が可能である。
ところが、流量測定においては、例えば被測定
流体７５の流速Ｖが零にも拘わらず流量指示（以
下これをオフセツトと称する）をなすことがあ
る。これは、流量計自体の回路構成上あるいはそ
の設置状態に因り、実際上避けられないものであ
る。そのため、オフセツトの影響を除去する必要
がある。
流体７５の流速Ｖが零にも拘わらず流量指示（以
下これをオフセツトと称する）をなすことがあ
る。これは、流量計自体の回路構成上あるいはそ
の設置状態に因り、実際上避けられないものであ
る。そのため、オフセツトの影響を除去する必要
がある。
本発明の目的は、上述した点に鑑み、稼動中の
管路に設定してもまた設定後であつても状態変化
に対処して正確な流量測定を行うことができる自
動オフセツト除去機能付の超音波流量計を提供す
ることにある。
管路に設定してもまた設定後であつても状態変化
に対処して正確な流量測定を行うことができる自
動オフセツト除去機能付の超音波流量計を提供す
ることにある。
このような目的は、被測定媒体の流れに対して
順方向および逆方向に超音波が伝搬するそれぞれ
の時間と、カウンタが第１および第２の発振器の
発振出力信号を設定値まで計数するのに要するそ
れぞれの計数時間とがそれぞれ所定の関係になる
ように前記第１および第２の発振器の両発振周波
数を制御し、前記発振周波数から前記被測定媒体
の流量を測定する超音波流量計において、前記第
１の発振器を用いて超音波が順方向に伝播すると
きの前記第１の発振器の発振周波数f11を求め、
かつ、第２の発振器を用いて前記超音波が逆方向
に伝播するときの前記第２の発振器の発振周波数
f21を求める第１の手段と、前記第２の発振器を
用いて前記超音波が順方向に伝播するときの前記
第２の発振器の発振周波数f12を求め、かつ、前
記第１の発振器を用いて前記超音波が逆方向に伝
播するときの前記第１の発振器の発振周波数f22
を求める第２の手段と、前記発振周波数f11，f21
の差（f11−f21）と前記発振周波数f12，f22の差
（f12−f22）との和｛（f11−f21）＋（f12−f22）｝に
基づ
いて、前記被測定媒体の流量を算出する演算手段
と、前記第１の手段によつて前記発振周波数
f11，f21を求めた後、前記第２の手段によつて前
記発振周波数f12，f22を求め、その後前記演算手
段に流量算出演算を行わせる制御手段とを具備し
たことにより達成される。
順方向および逆方向に超音波が伝搬するそれぞれ
の時間と、カウンタが第１および第２の発振器の
発振出力信号を設定値まで計数するのに要するそ
れぞれの計数時間とがそれぞれ所定の関係になる
ように前記第１および第２の発振器の両発振周波
数を制御し、前記発振周波数から前記被測定媒体
の流量を測定する超音波流量計において、前記第
１の発振器を用いて超音波が順方向に伝播すると
きの前記第１の発振器の発振周波数f11を求め、
かつ、第２の発振器を用いて前記超音波が逆方向
に伝播するときの前記第２の発振器の発振周波数
f21を求める第１の手段と、前記第２の発振器を
用いて前記超音波が順方向に伝播するときの前記
第２の発振器の発振周波数f12を求め、かつ、前
記第１の発振器を用いて前記超音波が逆方向に伝
播するときの前記第１の発振器の発振周波数f22
を求める第２の手段と、前記発振周波数f11，f21
の差（f11−f21）と前記発振周波数f12，f22の差
（f12−f22）との和｛（f11−f21）＋（f12−f22）｝に
基づ
いて、前記被測定媒体の流量を算出する演算手段
と、前記第１の手段によつて前記発振周波数
f11，f21を求めた後、前記第２の手段によつて前
記発振周波数f12，f22を求め、その後前記演算手
段に流量算出演算を行わせる制御手段とを具備し
たことにより達成される。
以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
第３図は、本発明の一実施例を示し、ここで、
第１図と同一符号は同一回路等を示す。また、第
１図と異なる点は、両VCO１３および１５の両
出力信号２１および２３を一対の開閉スイツチ８
１および８３を介して演算部９１に供給するよう
に構成し、これら両スイツチ８１および８３の開
閉動作を制御部９５からの第１制御信号１０１に
よつて行うように構成したことである。また、両
トランスジユーサ４１および４３の切換えを行う
両切換スイツチ４５および５１と、両VCO１３
および１５の切換えを行う両切換スイツチ２５お
よび６７とを同期して作動させずに、それぞれ別
個に制御部９５からの第２の制御信号１０３およ
び第３制御信号１０５のそれぞれによつて行うよ
うに構成している。このように構成した本発明装
置について以下説明する。
第１図と同一符号は同一回路等を示す。また、第
１図と異なる点は、両VCO１３および１５の両
出力信号２１および２３を一対の開閉スイツチ８
１および８３を介して演算部９１に供給するよう
に構成し、これら両スイツチ８１および８３の開
閉動作を制御部９５からの第１制御信号１０１に
よつて行うように構成したことである。また、両
トランスジユーサ４１および４３の切換えを行う
両切換スイツチ４５および５１と、両VCO１３
および１５の切換えを行う両切換スイツチ２５お
よび６７とを同期して作動させずに、それぞれ別
個に制御部９５からの第２の制御信号１０３およ
び第３制御信号１０５のそれぞれによつて行うよ
うに構成している。このように構成した本発明装
置について以下説明する。
先ず、制御部９５からの第１制御信号１０１に
よつて両切換スイツチ８１および８３を開く。次
いで、第２制御信号１０３によつて両切換スイツ
チ４５および５１をそれぞれ接点ａ側に接続す
る。また、第３制御信号１０５によつて両切換ス
イツチ２５および６７をそれぞれ接点ｍ側に接続
する。このような状態において、第１図に関して
述べた如く、VCO１３を含む位相ロツクループ
の系が安定すると、超音波４５の順方向伝搬時間
Ｔ1AとVCO１３の発振周波数f11との関係は、 f11＝Ｎ／Ｔ１Ａ＋ΔＸVCO13 (7) として表わされる。なお、ここで、ΔＸVCO13は
VCO１３によつて超音波伝搬時間を周波数に変
換する際の変換誤差である。
よつて両切換スイツチ８１および８３を開く。次
いで、第２制御信号１０３によつて両切換スイツ
チ４５および５１をそれぞれ接点ａ側に接続す
る。また、第３制御信号１０５によつて両切換ス
イツチ２５および６７をそれぞれ接点ｍ側に接続
する。このような状態において、第１図に関して
述べた如く、VCO１３を含む位相ロツクループ
の系が安定すると、超音波４５の順方向伝搬時間
Ｔ1AとVCO１３の発振周波数f11との関係は、 f11＝Ｎ／Ｔ１Ａ＋ΔＸVCO13 (7) として表わされる。なお、ここで、ΔＸVCO13は
VCO１３によつて超音波伝搬時間を周波数に変
換する際の変換誤差である。
次に、第２制御信号１０３によつて両切換スイ
ツチ４５および５１をそれぞれ接点ｂ側に切換え
ると共に、第３制御信号１０５によつて両切換ス
イツチ２５および６７をそれぞれ接点ｎ側に切換
える。この場合も同様にして、第１図に関連して
説明した如くVCO１５を含む位相ロツクループ
の系が安定すれば、超音波４７の逆方向伝搬時間
Ｔ2AとVCO１５との発振周波数f21との関係は、 f21＝Ｎ／Ｔ２Ａ＋ΔＸVCO15 (8) として表わされる。なお、ここで、ΔＸVCO15
は、VCO１５を用いて超音波伝搬時間を周波数
に変換する際の変換誤差（オフセツト）である。
ツチ４５および５１をそれぞれ接点ｂ側に切換え
ると共に、第３制御信号１０５によつて両切換ス
イツチ２５および６７をそれぞれ接点ｎ側に切換
える。この場合も同様にして、第１図に関連して
説明した如くVCO１５を含む位相ロツクループ
の系が安定すれば、超音波４７の逆方向伝搬時間
Ｔ2AとVCO１５との発振周波数f21との関係は、 f21＝Ｎ／Ｔ２Ａ＋ΔＸVCO15 (8) として表わされる。なお、ここで、ΔＸVCO15
は、VCO１５を用いて超音波伝搬時間を周波数
に変換する際の変換誤差（オフセツト）である。
ところで、VCO１３を含む位相ロツクループ
の系の安定およびVCO１５を含む位相ロツクル
ープの系の安定は、上述の如く、実際には、超音
波を順方向に発射する順方向モードと逆方向に発
射する逆方向モードとを交互に多数回繰り返すこ
とにより得られる。その場合に、その都度時間差
検出回路５９によつて、Ｎ／f1＝T1およびＮ／f2
＝T2となるようにVCO１３の発振周波数f1およ
びVCO１５の発振周波数f2がコントロールされ
る。ところで、このコントロールは上述の如く
VCOの制御電圧によつて行われるのであるが、
この制御電圧は一般的に時間差検出回路５９の出
力信号を積分する積分器のサンプルホールド回路
（図示していない）によつて作られる。ところ
が、超音波を受信し、時間差検出回路５９によつ
てVCOの発振周波数を修正コントロールした時
点ではＮ／f1＝T1、Ｎ／f2＝T2となるが、この時
点での制御電圧は発振周波数f1，f2が読取られる
までホールドされていなければならない。しかし
ながら、このホールド期間中に制御電圧にドリフ
トが生じてしまい、このドリフト分に応じて発振
周波数もドリフトしてしまう。この発振周波数の
ドリフト分を変換誤差として(7)式および(8)式では
ΔＸVCO13、ΔＸVCO15により表してある。
の系の安定およびVCO１５を含む位相ロツクル
ープの系の安定は、上述の如く、実際には、超音
波を順方向に発射する順方向モードと逆方向に発
射する逆方向モードとを交互に多数回繰り返すこ
とにより得られる。その場合に、その都度時間差
検出回路５９によつて、Ｎ／f1＝T1およびＮ／f2
＝T2となるようにVCO１３の発振周波数f1およ
びVCO１５の発振周波数f2がコントロールされ
る。ところで、このコントロールは上述の如く
VCOの制御電圧によつて行われるのであるが、
この制御電圧は一般的に時間差検出回路５９の出
力信号を積分する積分器のサンプルホールド回路
（図示していない）によつて作られる。ところ
が、超音波を受信し、時間差検出回路５９によつ
てVCOの発振周波数を修正コントロールした時
点ではＮ／f1＝T1、Ｎ／f2＝T2となるが、この時
点での制御電圧は発振周波数f1，f2が読取られる
までホールドされていなければならない。しかし
ながら、このホールド期間中に制御電圧にドリフ
トが生じてしまい、このドリフト分に応じて発振
周波数もドリフトしてしまう。この発振周波数の
ドリフト分を変換誤差として(7)式および(8)式では
ΔＸVCO13、ΔＸVCO15により表してある。
しかる後、第１制御信号によつて両スイツチ８
１および８３を閉じる。両周波数f11およびf21
を、演算部９１のカウンタで計数して、一旦記憶
する。
１および８３を閉じる。両周波数f11およびf21
を、演算部９１のカウンタで計数して、一旦記憶
する。
再び第１制御信号１０１によつて両スイツチ８
１および８３を開く。次に、第２制御信号１０３
によつて両切換スイツチ４５および５１をそれぞ
れ接点ａ側に切換える。この場合、両切換スイツ
チ２５および６７は接点ｎ側に接続されたままで
あるから、超音波４５の順方向伝搬時間Ｔ1Bは、
VCO１５の系によつて与えられる。すなわち、
伝搬時間Ｔ1BとVCO１５の発振周波数f12との関
係は、 f12＝Ｎ／Ｔ１Ｂ＋ΔＸVCO15 (9) として表わされる。
１および８３を開く。次に、第２制御信号１０３
によつて両切換スイツチ４５および５１をそれぞ
れ接点ａ側に切換える。この場合、両切換スイツ
チ２５および６７は接点ｎ側に接続されたままで
あるから、超音波４５の順方向伝搬時間Ｔ1Bは、
VCO１５の系によつて与えられる。すなわち、
伝搬時間Ｔ1BとVCO１５の発振周波数f12との関
係は、 f12＝Ｎ／Ｔ１Ｂ＋ΔＸVCO15 (9) として表わされる。
次に、第２制御信号１０３によつて両スイツチ
４５および５１をそれぞれ接点ｂ側に切換えると
共に、第３制御信号１０５によつて両スイツチ２
５および６７をそれぞれ接点ｍ側に切換える。こ
の状態において、超音波４７の逆方向伝搬時間Ｔ
2BとVCO１３の発振周波数f22との関係は、 f22＝Ｎ／Ｔ２Ｂ＋ΔＸVCO13 (10) として表わされる。
４５および５１をそれぞれ接点ｂ側に切換えると
共に、第３制御信号１０５によつて両スイツチ２
５および６７をそれぞれ接点ｍ側に切換える。こ
の状態において、超音波４７の逆方向伝搬時間Ｔ
2BとVCO１３の発振周波数f22との関係は、 f22＝Ｎ／Ｔ２Ｂ＋ΔＸVCO13 (10) として表わされる。
しかる後、再び第１制御信号１０１によつて両
スイツチ８１および８３を閉じて、演算部９１に
おいて両周波数f12およびf22を計数して記憶す
る。次いで、両スイツチ８１および８３を開く。
スイツチ８１および８３を閉じて、演算部９１に
おいて両周波数f12およびf22を計数して記憶す
る。次いで、両スイツチ８１および８３を開く。
従つて、(7)式および(8)式から、
f11−f12＝（Ｎ／Ｔ１Ａ＋ΔＸVCO13）
−（Ｎ／Ｔ２Ａ＋ΔＸVCO15）
＝（Ｎ／Ｔ１Ａ−Ｎ／Ｔ２Ａ）＋（ΔＸVCO13−ΔＸV
CO15）(11) の関係が成立すると共に、(9)式および(10)式から、 f12−f22＝（Ｎ／Ｔ１Ｂ＋ΔＸVCO15） −（Ｎ／Ｔ２Ｂ＋ΔＸVCO13） ＝（Ｎ／Ｔ１Ｂ−Ｎ／Ｔ２Ｂ）−（ΔＸVCO13−ΔＸV
CO15）(12) の関係が成立する。
CO15）(11) の関係が成立すると共に、(9)式および(10)式から、 f12−f22＝（Ｎ／Ｔ１Ｂ＋ΔＸVCO15） −（Ｎ／Ｔ２Ｂ＋ΔＸVCO13） ＝（Ｎ／Ｔ１Ｂ−Ｎ／Ｔ２Ｂ）−（ΔＸVCO13−ΔＸV
CO15）(12) の関係が成立する。
(11)式および(12)式から、
（f11−f21）＋（f12−f22）＝（Ｎ／Ｔ１Ａ−Ｎ／Ｔ２
Ａ） ＋（Ｎ／Ｔ１Ｂ−Ｎ／Ｔ２Ｂ） (13) が得られる。
Ａ） ＋（Ｎ／Ｔ１Ｂ−Ｎ／Ｔ２Ｂ） (13) が得られる。
この(13)式は上記変換誤差ΔＸVCO13、ΔＸVCO1
５を含んでいない。ところで、(13)式は周波数差
（f11−f21）と（f12−f22）との和であるから、(5)式
に
相当する周波数差Δｆは、 Δｆ＝（ｆ１１−ｆ２１）＋（ｆ１２−ｆ２２）
／２(14) として表わされ、演算部９１に記憶した周波数
f11，f21，f12およびf22の値から、(14)式および(5)
式に基づいた演算をなして、被測定流体７５の流
量を求める。この演算結果には、変換誤差ΔＸVC
Ｏ１３、ΔＸVCO15が消去されている。すなわち、本
流量計設置後において上述した手順を踏んで流量
をその都度求めるならば、オフセツトおよびドリ
フトがあつてもその影響を除去することができ
る。
５を含んでいない。ところで、(13)式は周波数差
（f11−f21）と（f12−f22）との和であるから、(5)式
に
相当する周波数差Δｆは、 Δｆ＝（ｆ１１−ｆ２１）＋（ｆ１２−ｆ２２）
／２(14) として表わされ、演算部９１に記憶した周波数
f11，f21，f12およびf22の値から、(14)式および(5)
式に基づいた演算をなして、被測定流体７５の流
量を求める。この演算結果には、変換誤差ΔＸVC
Ｏ１３、ΔＸVCO15が消去されている。すなわち、本
流量計設置後において上述した手順を踏んで流量
をその都度求めるならば、オフセツトおよびドリ
フトがあつてもその影響を除去することができ
る。
ところで、たとえばVCO１３の２つの発振周
波数つまり(7)式のf11と(10)式のf22との差を求めれ
ば、VCO１３の変換誤差ΔＸVCO13が消去された
式を算出することができる。しかしながら、(7)式
のf11は(7)式のf11と(8)式のf21とを求める測定周期
において求められ、一方(10)式のf22は(9)式のf12と
(10)式のf22とを求める測定周期において求められ
る。それゆえ、f11の測定周期とf22の測定周期と
は時間的に前後しており、一方被測定流体の流速
は時々変化している。そのために、f11とf22とを
用いたのでは異なつた流速について測定を行うこ
とになり、好ましくない。なお、（f11−f21）は
f11，f21の測定周期の平均流速を表わし、（f12−
f22）はf12，f22の測定周期の平均流速を表わし、そ
して、(14)式のΔｆは両測定周期の平均流速を表
わす。
波数つまり(7)式のf11と(10)式のf22との差を求めれ
ば、VCO１３の変換誤差ΔＸVCO13が消去された
式を算出することができる。しかしながら、(7)式
のf11は(7)式のf11と(8)式のf21とを求める測定周期
において求められ、一方(10)式のf22は(9)式のf12と
(10)式のf22とを求める測定周期において求められ
る。それゆえ、f11の測定周期とf22の測定周期と
は時間的に前後しており、一方被測定流体の流速
は時々変化している。そのために、f11とf22とを
用いたのでは異なつた流速について測定を行うこ
とになり、好ましくない。なお、（f11−f21）は
f11，f21の測定周期の平均流速を表わし、（f12−
f22）はf12，f22の測定周期の平均流速を表わし、そ
して、(14)式のΔｆは両測定周期の平均流速を表
わす。
以上詳述した如く、本発明によれば、例えば稼
動中のプラントにおける媒体流量の測定が、オフ
セツトの自動的な除去のもとに、可能となる超音
波流量計を実現することができる。
動中のプラントにおける媒体流量の測定が、オフ
セツトの自動的な除去のもとに、可能となる超音
波流量計を実現することができる。
第１図は従来の超音波流量計を示すブロツク
図、第２図はトランスジユーサの設置状態を示す
図、第３図は本発明の一実施例を示すブロツク図
である。 １３，１５…電圧制御形発振器、３５…送信回
路、４１，４３…トランスジユーサ、５５…受信
回路、５９…時間差検出回路、６１…カウンタ、
７５…被測定流体、９１…演算部、９５…制御
部。
図、第２図はトランスジユーサの設置状態を示す
図、第３図は本発明の一実施例を示すブロツク図
である。 １３，１５…電圧制御形発振器、３５…送信回
路、４１，４３…トランスジユーサ、５５…受信
回路、５９…時間差検出回路、６１…カウンタ、
７５…被測定流体、９１…演算部、９５…制御
部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 被測定媒体の流れに対して順方向および逆方
向に超音波が伝播するそれぞれの時間と、カウン
タが第１および第２の発振器の発振出力信号を設
定値まで計数するのに要するそれぞれの計数時間
とがそれぞれ所定の関係になるように前記第１お
よび第２の発振器の両発振周波数を制御し、前記
両発振周波数から前記被測定媒体の流量を測定す
る超音波流量計において、 前記第１の発振器を用いて前記超音波が順方向
に伝播するときの前記第１の発振器の発振周波数
f11を求め、かつ、前記第２の発振器を用いて前
記超音波が逆方向に伝播するときの前記第２の発
振器の発振周波数f21を求める第１の手段と、 前記第２の発振器を用いて前記超音波が順方向
に伝播するときの前記第２の発振器の発振周波数
f12を求め、かつ、前記第１の発振器を用いて前
記超音波が逆方向に伝播するときの前記第１の発
振器の発振周波数f22を求める第２の手段と、 前記発振周波数f11，f21の差（f11−f21）と前記発
振周波数f12，f22の差（f12−f22）との和｛（f11−
f21）＋（f12−f22）｝に基づいて、前記被測定媒体の
流量を算出する演算手段と、 前記第１の手段によつて前記発振周波数f11，
f21を求めた後、前記第２の手段によつて前記発
振周波数f12，f22を求め、その後前記演算手段に
流量算出演算を行わせる制御手段と、 を具備したことを特徴とする超音波流量計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56130225A JPS5833124A (ja) | 1981-08-21 | 1981-08-21 | 超音波流量計 |
| DE19823231439 DE3231439A1 (de) | 1981-08-21 | 1982-08-20 | Durchflussmesseinrichtung nach dem ultraschallprinzip |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56130225A JPS5833124A (ja) | 1981-08-21 | 1981-08-21 | 超音波流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5833124A JPS5833124A (ja) | 1983-02-26 |
| JPS6261894B2 true JPS6261894B2 (ja) | 1987-12-23 |
Family
ID=15029078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56130225A Granted JPS5833124A (ja) | 1981-08-21 | 1981-08-21 | 超音波流量計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5833124A (ja) |
| DE (1) | DE3231439A1 (ja) |
-
1981
- 1981-08-21 JP JP56130225A patent/JPS5833124A/ja active Granted
-
1982
- 1982-08-20 DE DE19823231439 patent/DE3231439A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5833124A (ja) | 1983-02-26 |
| DE3231439A1 (de) | 1983-03-10 |
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