JP4595656B2 - Fluid flow measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、一対の送受信可能な超音波振動子を用いて超音波の伝搬時間を計測し、被測定流体の流速および/または流量を計測する流体の流れ測定装置に関するものである。 The present invention relates to a fluid flow measuring device that measures the propagation time of ultrasonic waves using a pair of ultrasonic transducers capable of transmitting and receiving and measures the flow velocity and / or flow rate of a fluid to be measured.
従来の超音波を用いた流れ測定装置は、一対の超音波振動子を流体の流れ方向の上下流に対向して配置しており、一方の超音波振動子をバ−スト信号で駆動して超音波を送信し、他方の超音波振動子でその超音波を受信して、その超音波伝搬時間を測定していた。 A conventional flow measurement device using ultrasonic waves has a pair of ultrasonic transducers facing upstream and downstream in the fluid flow direction, and drives one ultrasonic transducer with a burst signal. The ultrasonic wave was transmitted, the ultrasonic wave was received by the other ultrasonic transducer, and the ultrasonic propagation time was measured.
図4に、送信側の超音波振動子の駆動波形12と、受信側の超音波振動子で受信した受信波形14を示す。図4は、横軸に時間を、縦軸に電圧を示す。図中のT0は駆動波形12の開始時点を、T1は駆動開始後、第3波終了時点を示す。R0は受信開始時点を、R1は受信開始後、第3波終了時点を示す。
FIG. 4 shows a
このように、駆動波形の第m(m=3)波目のゼロクロス点T1を起点とし、他方の超音波送受信器で受信した電気信号の第m(m=3)波目を終点R1として、前記起点T1と前記終点R1との間の時間Tpを超音波伝搬時間として計測し、この伝搬時間を用いて流体の流速を計測し、必要に応じてその流速から流量を演算していた(例えば、特許文献1参照)。 Thus, the zero-cross point T1 of the m-th (m = 3) wave of the drive waveform is the starting point, and the m-th (m = 3) wave of the electrical signal received by the other ultrasonic transceiver is the end point R1. The time Tp between the start point T1 and the end point R1 is measured as an ultrasonic propagation time, the flow velocity of the fluid is measured using the propagation time, and the flow rate is calculated from the flow velocity as necessary (for example, , See Patent Document 1).
また、第3波目のゼロクロス点を判定するために、基準電圧13をあらかじめ2波目と3波目の振幅の間に設定しておき、受信信号が基準電圧13を超えた次のゼロクロスを3波目となるようにしてある。
In order to determine the zero cross point of the third wave, the
図5は従来の流体の流れ計測装置を示すものである。この装置は被測定流体が流れる流体流路1の上流側と下流側に対設した一対の超音波振動子2a,2bと、これら超音波振動子2a,2bを駆動する駆動回路3と、この駆動回路3にスタート信号を出力する制御部4と、超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部5と、受信側の超音波振動子2aまたは2bの出力を増幅するアンプ6と、このアンプ6の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転したときに伝搬時間測定部5を停止させる受信検知回路7から構成されている。
FIG. 5 shows a conventional fluid flow measuring apparatus. This apparatus includes a pair of ultrasonic transducers 2a and 2b provided on the upstream side and the downstream side of a
また、音速に対する温度の影響を無視できる伝搬時間逆数差法を用いるために、流体流路1の上流側から下流側への超音波の伝搬時間と、下流側から上流側への伝搬時間が測定できるように、切り替えスイッチ8を備えている。
しかしながら、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形が変化し、正規のゼロクロス点で受信できずに、真の伝搬時間との誤差が生じてしまい、これにより、計測精度が低下してしまっているにもかかわらず、正しい流量計測値と区別できない課題を有していた。 However, due to failure of the ultrasonic transducer, condensation, adhesion of foreign matter, etc., the received waveform changes, and the signal cannot be received at the normal zero cross point, resulting in an error from the true propagation time. In spite of the reduced accuracy, there was a problem that could not be distinguished from the correct measured flow rate.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、超音波の受信波形の変化を認識し、計測精度が低下している場合は、異常表示を行い、誤った計測結果の採用を防止することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and recognizes a change in the received waveform of ultrasonic waves, and when the measurement accuracy is reduced, displays an abnormality and prevents the adoption of erroneous measurement results. With the goal.
前記従来の課題を解決するために、本発明は、流体流路の上流側と下流側に対設された一対の超音波振動子と、前記超音波振動子間の超音波の伝搬時間を受信波形のm波目の終了時点までの伝搬時間として計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間測定部により計測された伝搬時間にもとづき流体流路を流れる流体の流速および/または流量を求める制御部と、前記超音波振動子で受信した受信波形の1波目の終了時点までの伝搬時間と2波目の終了時点までの伝搬時間との差から受信波形の周波数を測定する受信波形周波数測定部と、前記受信波形周波数測定部で測定した受信波形の周波数が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部とを備えたものである。 In order to solve the conventional problem, the present invention receives a pair of ultrasonic transducers arranged on the upstream side and the downstream side of a fluid flow path, and an ultrasonic wave propagation time between the ultrasonic transducers. A propagation time measurement unit that measures the propagation time until the end of the m-th wave of the waveform, and a control unit that obtains the flow velocity and / or flow rate of the fluid flowing through the fluid flow path based on the propagation time measured by the propagation time measurement unit And a received waveform frequency measuring unit that measures the frequency of the received waveform from the difference between the propagation time until the end time of the first wave and the propagation time until the end time of the second wave of the received waveform received by the ultrasonic transducer And a display unit that displays an abnormality when the frequency of the received waveform measured by the received waveform frequency measuring unit has changed by a predetermined value or more from the initial value.
これによって、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形の振幅が変化した場合、計測異常の表示が出るため、計測精度が低下したまま流速および/または流量を測定してしまうことを防止できる。 As a result, if the amplitude of the received waveform changes due to failure of the ultrasonic transducer, condensation, foreign matter, etc., a measurement error will be displayed, so the flow rate and / or flow rate will be measured with reduced measurement accuracy. Can be prevented.
本発明の超音波流量計は、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信
波形が変化した場合、計測制度が低下したまま流速や流量を測定してしまうことを防止できるため、確実な計測ができるものである。
The ultrasonic flowmeter of the present invention can prevent the flow rate and flow rate from being measured while the measurement system is lowered when the received waveform changes due to failure of the ultrasonic transducer, condensation, adhesion of foreign matter, etc. Therefore, reliable measurement is possible.
第1の発明は、流体流路の上流側と下流側に対設された一対の超音波振動子と、前記超音波振動子間の超音波の伝搬時間を受信波形のm波目の終了時点までの伝搬時間として計測する伝搬時間測定部と、前記伝搬時間測定部により計測された伝搬時間にもとづき流体流路を流れる流体の流速および/または流量を求める制御部と、前記超音波振動子で受信した受信波形の1波目の終了時点までの伝搬時間と2波目の終了時点までの伝搬時間との差から受信波形の周波数を測定する受信波形周波数測定部と、前記受信波形周波数測定部で測定した受信波形の周波数が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部とを備えたものである。 According to a first aspect of the present invention, a pair of ultrasonic transducers arranged on the upstream side and downstream side of a fluid flow path, and the propagation time of the ultrasonic wave between the ultrasonic transducers are measured at the end of the m-th wave of the received waveform. a propagation time measurement unit for measuring a propagation time to a control unit for determining the flow velocity and / or flow rate of the fluid flowing through the fluid flow path based on the propagation time measured by the propagation time measuring unit, with the ultrasonic vibrator A received waveform frequency measuring unit that measures the frequency of the received waveform from the difference between the propagation time until the end of the first wave of the received waveform and the propagation time until the end of the second wave; and the received waveform frequency measuring unit And a display unit that displays an abnormality when the frequency of the received waveform measured in (1) changes more than a predetermined value from the initial value.
前記第1の発明によれば、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形の周波数が変化した場合に、計測異常の表示がなされる。 According to the first inventions, failure or the ultrasonic vibrator, condensation, by foreign matter such as adhesion, when the frequency of the received waveform is changed, the display of the measurement abnormality is made.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(参考例1)
以下本発明の参考例1を図1,2を参照して説明する。なお、背景技術の説明で用いた図4,5と同一作用を奏する構成などについては、便宜上同一符号を付した。
( Reference Example 1)
Reference Example 1 of the present invention will be described below with reference to FIGS. In addition, about the structure which show | plays the same effect | action as FIG.4, 5 used by description of background art, the same code | symbol was attached | subjected for convenience.
すなわち、被計測流体が流れる流体流路1の上下流に超音波振動子2a,2bを対設し、これら超音波振動子2aまたは2bは駆動回路3で駆動されるようにしてある。
That is, the ultrasonic transducers 2a and 2b are provided upstream and downstream of the
また、この駆動回路3にスタート信号を出力する制御部4と、超音波振動子2a,2b間の超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部5と、受信側の超音波振動子2aまたは2bの出力を増幅するアンプ6と、このアンプ6の出力と基準電圧と比較して大小関係が反転したときに伝搬時間測定部5を停止させる受信検知回路7と、超音波振動子2a,2bの送受信を切り替える切り替えスイッチ8と、超音波振動子2aまたは2bで受信した受信波形の1波目からピークの波までの振幅を測定する受信波形振幅測定部9と、受信波形の振幅比率が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部10を備えている。
In addition, the
以上のような構成において、以下その動作、作用を説明する。 The operation and action of the above configuration will be described below.
まず基本的な測定動作は背景技術で説明した図4、図5の説明と同じである。本参考例1の特徴は、受信波形振幅測定部9と表示部10を設けたことである。
First, the basic measurement operation is the same as the description of FIGS. 4 and 5 described in the background art. The feature of the present reference example is that a received waveform amplitude measuring unit 9 and a
受信波形振幅測定部9の動作を図2に従って説明する。 The operation of the received waveform amplitude measuring unit 9 will be described with reference to FIG.
受信波形振幅測定部9では、受信を検知する基準電圧13を、低い電圧から少しづつ高くすることによって伝搬時間が変化する電圧を受信波のそれぞれの振幅として記憶することができる。
The reception waveform amplitude measurement unit 9 may store the
例えば、基準電圧13−1と基準電圧13−aのときは伝搬時間はTaであるが、基準電圧13−2では伝搬時間はTbとなる。よって、伝搬時間がTaからTbに切り替わるところが受信波の1波目の振幅であると判る。 For example, although when the reference voltage 13-1 and the reference voltage 13-a propagation time is Ta, the reference voltage 13-2 propagation time is Tb. Thus, seen as the place where propagation time is switched to Tb from Ta is the amplitude of the first wave eyes of the received wave.
このようにして、1波目からピークの波までの振幅を測定することが可能となる。本実施の形態では、制御部4で初期の受信波のそれぞれの波の振幅を測定して記憶しておき、所定の期間ごとに受信波形振幅測定部9で受信波形の1波目からピークの波までの振幅を測定し、所定の値より変動していた場合に、表示部10に測定装置が異常であると表示する。
In this way, the amplitude from the first wave to the peak wave can be measured. In this embodiment, the
以上のように、本参考例においては、受信波形振幅測定部9と表示部10を備えることにより、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形の振幅が変化した場合、計測異常の表示が出るため、計測精度が低下したまま流量を測定してしまうことを防止できる。
As described above, in the present embodiment, by providing the received waveform amplitude measurement section 9 and the
(実施の形態1)
図3は、本発明の第1の実施の形態を示し、被計測流体が流れる流体流路1の上下流に超音波振動子2a,2bを対設し、これら超音波振動子2aまたは2bは駆動回路3で駆動されるようにしてある。
(Embodiment 1 )
FIG. 3 shows a first embodiment of the present invention, in which ultrasonic transducers 2a and 2b are provided upstream and downstream of a
また、この駆動回路3にスタート信号を出力する制御部4と、超音波振動子2a,2b間の超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部5と、受信側の超音波振動子2aまたは2bの出力を増幅するアンプ6と、このアンプ6の出力と基準電圧と比較して大小関係が反転したときに伝搬時間測定部5を停止させる受信検知回路7と、超音波振動子2a,2bの送受信を切り替える切り替えスイッチ8と、超音波振動子で受信した受信波形の周波数を測定する受信波形周波数測定部15と、受信波形の周波数が初期値から所定の値以上変化していた場合に異常と表示する表示部10を備えている。
In addition, the
以上のように構成された超音波流量計について、以下その動作、作用を説明する。 About the ultrasonic flowmeter comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず基本的な流量測定動作は背景技術で説明した図4、図5の説明と同じである。本実施の形態の特徴は、受信波形周波数測定部15と表示部10を設けたことである。受信波形周波数測定部15の動作を図2に従って説明する。受信波形周波数測定部では、受信を検知する基準電圧13を、低い電圧から少しづつ高くすることによって、基準電圧がゼロ基準電圧と1波目の振幅との間にあるときの伝搬時間Taと1波目と2波目の振幅の間にあるときの伝搬時間Tbを求め、TbとTaの差より、受信波形の周波数を求めることができる。
First, the basic flow rate measuring operation is the same as the description of FIGS. 4 and 5 described in the background art. The feature of this embodiment is that a received waveform
本実施の形態の計測装置では、制御部4で初期の受信波の周波数を測定して記憶しておき、所定の期間ごとに受信波形周波数測定部15で受信波形の周波数を測定し、所定の値より変動していた場合に、表示部10に装置の異常であると表示する。
In the measuring apparatus according to the present embodiment, the
以上のように、本実施の形態においては、受信波形周波数測定部15と表示部10を備えることにより、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形の周波数が変化した場合、計測異常の表示が出るため、計測精度が低下したまま流速および/または流量を測定してしまうことを防止できる。
As described above, in the present embodiment, the reception waveform
以上のように、本発明にかかる流体の流れ計測装置は、超音波振動子の故障や、結露、異物の付着等によって、受信波形の周波数や振幅が変化した場合、計測異常の表示が出るため、計測精度が低下したまま流量を測定してしまうことを防止でき、高い信頼性が必要となる測定基準器及びガスメーターや水道メーター等の用途にも適用できる。 As described above, the fluid flow measurement device according to the present invention displays a measurement abnormality when the frequency or amplitude of the received waveform changes due to a failure of the ultrasonic transducer, condensation, adhesion of foreign matter, or the like. Therefore, it is possible to prevent the flow rate from being measured while the measurement accuracy is lowered, and it can be applied to applications such as a measurement standard device and a gas meter or a water meter that require high reliability.
1 流体流路
2a,2b 超音波振動子
4 制御部
5 伝搬時間測定部
9 受信波形振幅測定部
10 表示部
15 受信波形周波数測定部
DESCRIPTION OF
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