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JPS584766B2 - Ultrasonic fluid measuring device - Google Patents
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JPS584766B2 - Ultrasonic fluid measuring device - Google Patents

Ultrasonic fluid measuring device

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Publication number
JPS584766B2
JPS584766B2 JP741777A JP741777A JPS584766B2 JP S584766 B2 JPS584766 B2 JP S584766B2 JP 741777 A JP741777 A JP 741777A JP 741777 A JP741777 A JP 741777A JP S584766 B2 JPS584766 B2 JP S584766B2
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JP
Japan
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ultrasonic
time
measuring device
fluid
reference voltage
Prior art date
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Expired
Application number
JP741777A
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Japanese (ja)
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JPS5393076A (en
Inventor
小川雅弘
北野澄夫
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Works Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波を利用した流体測定装置に関するもので
あって、シングアラウンド方式におけるシングアラウン
ドループの有する遅延時間の影響を軽減するようにした
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a fluid measuring device using ultrasonic waves, and is designed to reduce the influence of delay time of a sing-around loop in a sing-around method.

超音波式流体測定装置として一般的なものは、超音波が
静止している流体を伝播する速度と運動している流体を
伝播する速度とが見かけ上異なるという原理を利用した
ものである。
A common ultrasonic fluid measurement device utilizes the principle that the speed at which ultrasonic waves propagate through a stationary fluid is apparently different from the speed at which they propagate through a moving fluid.

このような原理に基づいた流体測定装置の一種にシング
アラウンド方式による装置がある。
One type of fluid measuring device based on such a principle is a sing-around type device.

第1図は、従来のシングアラウンド方式による流体測定
装置の一例を示すブロック図であって、1,2は超音波
振動子、3はパルス発生器、4は増幅器である。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional single-around type fluid measuring device, in which 1 and 2 are ultrasonic transducers, 3 is a pulse generator, and 4 is an amplifier.

超音波振動子1,2は、電気パルスが加わるとこれを超
音波パルスに変換し、逆に超音波パルスが加わるとこれ
を電気パルスに変換するものであり、流体の流れの上流
側と下流側に超音波伝播経路を形成するように配置され
ていて、1組の超音波送受波器を構成している。
The ultrasonic transducers 1 and 2 convert an electric pulse into an ultrasonic pulse when applied, and conversely convert it into an electric pulse when an ultrasonic pulse is applied. They are arranged so as to form an ultrasonic propagation path on the sides, and constitute a pair of ultrasonic transducers.

なお、第1図の例では、超音波振動子1を送波器(以下
Txと略す)として用い、超音波振動子2を受波器(以
下Rxと略す)として用いる例について示しているが、
切換スイッチにより、TxをRxとしRxをTxとして
相補的に切り換えて用いることもできる。
Note that the example in FIG. 1 shows an example in which the ultrasonic transducer 1 is used as a transmitter (hereinafter abbreviated as Tx) and the ultrasonic transducer 2 is used as a receiver (hereinafter abbreviated as Rx). ,
With a changeover switch, it is also possible to use complementary switching between Tx and Rx and Rx and Tx.

パルス発生器3(以下PGと略す)はTxを駆動するた
めの電気パルスを発生するものであり、増幅器4(以下
AMPと略す)はRxから出力される電気パルスを所定
の大きさに増幅するためのものである。
The pulse generator 3 (hereinafter abbreviated as PG) generates an electric pulse for driving the Tx, and the amplifier 4 (hereinafter abbreviated as AMP) amplifies the electric pulse output from the Rx to a predetermined size. It is for.

これらTx,Rx,PGおよびAMPは閉回路を構成す
るように接続され、シングアラウンドループを形成して
いる。
These Tx, Rx, PG, and AMP are connected to form a closed circuit, forming a sing-around loop.

これにより、Txから送出される超音波信号は流体中を
伝播してRxで受信され、電気パルスに変換される。
Thereby, the ultrasonic signal sent out from Tx propagates through the fluid, is received by Rx, and is converted into an electric pulse.

そして、この電気パルスはAMPで増幅された後PGに
加えられ、再びTxから超音波信号に変換されて送出さ
れる。
Then, this electric pulse is amplified by the AMP, then added to the PG, and is again converted into an ultrasonic signal from the Tx and sent out.

このような構成において、Tx,Rx間の距離、すなわ
ち超音波信号の伝幡長をL、静止流体中の音速をC、流
体の流速を■とすると、流れの正方向における超音波信
号の見かけ上の伝播時間t1は、 となり、流体の流れの逆方向における超音波信号の見か
け上の伝播時間t2は、 となる。
In such a configuration, if the distance between Tx and Rx, that is, the propagation length of the ultrasonic signal, is L, the speed of sound in a stationary fluid is C, and the flow velocity of the fluid is ■, then the appearance of the ultrasonic signal in the positive direction of the flow is The propagation time t1 above is as follows, and the apparent propagation time t2 of the ultrasound signal in the opposite direction of the fluid flow is as follows.

なお、第(1),(2)式において、超音波信号は流体
の流れに対して平行に入射されるものものとする。
Note that in equations (1) and (2), it is assumed that the ultrasonic signal is incident parallel to the fluid flow.

また、Joは、Tx,Rx,AMPおよびPGが有する
遅延時間の総和であって、実験的に求めることができる
値である。
Further, Jo is the sum of delay times of Tx, Rx, AMP, and PG, and is a value that can be determined experimentally.

これら伝播時間11.12の時間差から流速■を求める
こともできるが、音速Cの変化の影響を受けることにな
り好ましくない。
Although the flow velocity (2) can be determined from the time difference between these propagation times 11 and 12, it is not preferable because it is affected by changes in the sound velocity C.

そこで、これら伝播時間t1,t2からそれぞれに対応
した周波数f1,f2を求め、これら周波数の差から流
速■を求めることが行なわれている。
Therefore, the corresponding frequencies f1 and f2 are determined from these propagation times t1 and t2, respectively, and the flow velocity (2) is determined from the difference between these frequencies.

すなわち、第(1),(2)式から、f1=1/t1,
f2=1/t2として、となる。
That is, from equations (1) and (2), f1=1/t1,
As f2=1/t2, it becomes.

しかし、このような従来のシングアラウンド方式におい
ても、JoC/Lが大きくなると誤差を生じることにな
る。
However, even in such a conventional single-around method, an error occurs when JoC/L becomes large.

本発明は、従来のこのような欠点を解決したものであっ
て、以下、図面を用いて詳細に説明する。
The present invention solves these conventional drawbacks, and will be described in detail below with reference to the drawings.

第2図は本発明の原理を説明するためのブロック図であ
って、第1図と同等部分には同一符号を付している。
FIG. 2 is a block diagram for explaining the principle of the present invention, and parts equivalent to those in FIG. 1 are given the same reference numerals.

すなわち、第2図において、5は遅延回路(以下Dと略
す)であって、任意の遅延時間の設定が可能なものであ
り、シングアラウンドループを形成するAMPとPGと
の間に挿入接続されている。
That is, in FIG. 2, 5 is a delay circuit (hereinafter abbreviated as D), which can set an arbitrary delay time, and is inserted and connected between AMP and PG forming a sing-around loop. ing.

このDの遅延時間をJdとすると、第2図のシングアラ
ウンドループにおける遅延時間の総和Jは、 J=Jo+Jd (4)となる。
Assuming that the delay time of D is Jd, the total delay time J in the sing-around loop shown in FIG. 2 is as follows: J=Jo+Jd (4).

このような構成において、流れの正方向における超音波
信号の見かけ上の伝播時間11/および逆方向における
超音波信号の見かけ上の伝播時間t2′はそれぞれ第1
図の場合と同様に、 となり、さらに、これら伝播時間11′,12′に対応
した周波数f1′,f2′の差Δf1は、となる。
In such a configuration, the apparent propagation time 11/ of the ultrasonic signal in the forward direction of the flow and the apparent propagation time t2' of the ultrasonic signal in the reverse direction are respectively the first
Similarly to the case in the figure, the following equation is obtained, and the difference Δf1 between the frequencies f1' and f2' corresponding to these propagation times 11' and 12' is as follows.

この第(7)式において、誤差項はJC/Lであるが、
前述第(4)式に示すように、遅延時間JはDの遅延時
間Jdの設定時間に応じて任意の時間に設定することが
できる。
In this equation (7), the error term is JC/L,
As shown in equation (4) above, the delay time J can be set to an arbitrary time depending on the set time of the delay time Jd of D.

したがって、J=L/CとなるようにDの遅延時間Jd
を設定することにより、前述第(7)式は、 △f’一f1’−f2’=V/2L (8)
となり、従来のようなシングアラウンドループの有する
遅延時間J。
Therefore, the delay time Jd of D is such that J=L/C.
By setting, the above equation (7) becomes △f'-f1'-f2'=V/2L (8)
Therefore, the delay time J of the conventional single-around loop is J.

に起因する誤差を軽減することができる。Errors caused by this can be reduced.

第3図は、第2図の具体的な回路構成の一例を示すブロ
ック図であって、第2図と同等部分には同一符号を付し
ている。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a specific circuit configuration of FIG. 2, and the same parts as in FIG. 2 are given the same reference numerals.

すなわち、第3図において、51はスイッチ素子(以下
SWと略す)、52は積分器(以下INTと略す)、5
3は零検出器(以下DETと略す)、54はフリツプフ
ロツプ(以下FFと略す)である。
That is, in FIG. 3, 51 is a switch element (hereinafter abbreviated as SW), 52 is an integrator (hereinafter abbreviated as INT), 5
3 is a zero detector (hereinafter abbreviated as DET), and 54 is a flip-flop (hereinafter abbreviated as FF).

SWのON接点には基準電圧Es1が印加され、OFF
接点には基準電圧Es1とは逆極性の基準電圧一Es2
が印加されてGて、このSWの可動接点はINTに接続
されている。
The reference voltage Es1 is applied to the ON contact of the SW, and the OFF
A reference voltage Es2 of opposite polarity to the reference voltage Es1 is applied to the contact point.
is applied and the movable contact of this SW is connected to INT.

INTの出力端子はDETの入力端子に接続mDETの
出力端子はPG0人力端子に接続されている。
The output terminal of INT is connected to the input terminal of DET, and the output terminal of mDET is connected to the PG0 human power terminal.

PGの出力端子はTxの入力端子に接続MとともにFF
のセット入力端子Sに接続されている。
The output terminal of PG is connected to the input terminal of Tx and FF is connected to M.
is connected to the set input terminal S of.

FFのリセット入力端子HにはAMPの出力端子が接続
され、FFの非反転出力端子QはSWのON制御端子に
接続されている。
The reset input terminal H of the FF is connected to the output terminal of the AMP, and the non-inverting output terminal Q of the FF is connected to the ON control terminal of the SW.

このような構成において、PGからパルス信号が送出さ
れると同時にFFはセットされ、SWはFFの出力によ
りON接点に接続される。
In such a configuration, the FF is set at the same time as the pulse signal is sent from the PG, and the SW is connected to the ON contact by the output of the FF.

これによりINTは基準電圧Es1を積分する。As a result, INT integrates the reference voltage Es1.

そして、Txから送出された超音波信号がRxで受波さ
れてAMPからその超音波信号に対応したパルス信号が
送出されると、FFはリセットされ、SWはFFの出力
によりOFF接点に接続される。
Then, when the ultrasonic signal sent from the Tx is received by the Rx and a pulse signal corresponding to the ultrasonic signal is sent from the AMP, the FF is reset and the SW is connected to the OFF contact by the output of the FF. Ru.

これにより、INTには逆極性の基準電圧−Es2が印
加されることになり、一定時間経過後、INTの出力は
零となる。
As a result, the reference voltage -Es2 of the opposite polarity is applied to INT, and after a certain period of time, the output of INT becomes zero.

DETはこの零を検出してPGに駆動信号を送出する。DET detects this zero and sends a drive signal to PG.

PGはこのDETからの駆動信号にしたがって再びパル
ス信号を送出し、FFはこのパルス信号によりセットさ
れ、以下同様の動作を繰り返す。
The PG sends out a pulse signal again in accordance with the drive signal from the DET, the FF is set by this pulse signal, and the same operation is repeated thereafter.

ここで、FFがセット状態にある時間、すなわちSWが
ON接点に接続されている時間は基準電圧Es1に対応
し、FFがリセット状態にある時間、すなわちSWがO
FF接点に接続されている時間は基準電圧−Es2に対
応したものである。
Here, the time when the FF is in the set state, that is, the time when SW is connected to the ON contact, corresponds to the reference voltage Es1, and the time when the FF is in the reset state, that is, when SW is connected to the ON contact.
The time during which the FF contact is connected corresponds to the reference voltage -Es2.

したがって、基準電圧Es1あるいは一Es2を調整す
ることにより、J=L/Cを実現することができる。
Therefore, by adjusting the reference voltage Es1 or -Es2, J=L/C can be realized.

なお、基準電圧Es1あるいはーEs2は、測定範囲の
ほぼ中央でJ=L/Cが成立するように調整すればよい
Note that the reference voltage Es1 or -Es2 may be adjusted so that J=L/C is satisfied approximately at the center of the measurement range.

第4図は、第2図の具体的な回路構成の他の例を示すブ
冶ツク図であって、第3図と同等部分には同一符号を付
している。
FIG. 4 is a block diagram showing another example of the specific circuit configuration of FIG. 2, in which the same parts as in FIG. 3 are given the same reference numerals.

すなわち、第4図において、55は制御回路(以下CT
Lと略す)、56は加算器(以下ADDと略す)である
That is, in FIG. 4, 55 is a control circuit (hereinafter CT
56 is an adder (hereinafter abbreviated as ADD).

CTLはSWがOFF接点に切換る直前のINTの出力
信号をサンプルホールドした信号と基準電圧ERとを比
較し、その差に応じた出力を生ずるもので出力端子がA
DDの一方の入力端子に接続されている。
The CTL compares the signal obtained by sampling and holding the INT output signal just before the SW switches to the OFF contact with the reference voltage ER, and generates an output according to the difference, and the output terminal is A.
Connected to one input terminal of DD.

ADDの出力端子はSWのOFF接点に接続されていて
、他方の入力端子には基準電圧一Es2が印加されてい
る。
The output terminal of ADD is connected to the OFF contact of SW, and the reference voltage -Es2 is applied to the other input terminal.

ここで、基準電圧ERは、測定範囲のほぼ中央でJ=L
/Cが成立するように調整された状態での基準電圧Es
1の積分値信号に等しい電圧である。
Here, the reference voltage ER is J=L at approximately the center of the measurement range.
The reference voltage Es is adjusted so that /C is satisfied.
It is a voltage equal to an integral value signal of 1.

このように構成することにより、CTLからは伝播時間
の変化に対応した電圧が送出されてSWのOFF接点に
は伝播時間の変化に対応した電圧が印加されることにな
り、より精度の高い動作が実現できる。
With this configuration, a voltage corresponding to the change in propagation time is sent from the CTL, and a voltage corresponding to the change in propagation time is applied to the OFF contact of the SW, resulting in more accurate operation. can be realized.

なお、実施例では、J=L/Cに設定する例について説
明したが、JoCL/Cが成立するようにすればよい。
In the embodiment, an example in which J=L/C is set has been described, but JoCL/C may be established.

以上説明したように、本発明によれば、シングアラウ
ンド方式におけるシングアラウンドループの有する遅延
時間の影響を影減することができ、精度の高い超官波式
流体測定装置が実現できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the influence of the delay time of the sing-around loop in the sing-around method, and to realize a highly accurate superfunctional wave fluid measuring device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の装置の一例を示すブロック図、第2図
は本発明の原理を説明するためのブロック図、第3図お
よび第4図はそれぞれ第2図の具体的な回路例を示すブ
ロック図である。 1・・・超音波振動子、送波器Tx、2・・・超音波振
動子、受波器Rx、3・・・パルス発生器PG、4・・
・増幅器AMP、5・・・遅延回路D。
Fig. 1 is a block diagram showing an example of a conventional device, Fig. 2 is a block diagram for explaining the principle of the present invention, and Figs. 3 and 4 each show a specific example of the circuit shown in Fig. 2. It is a block diagram. 1... Ultrasonic transducer, transmitter Tx, 2... Ultrasonic transducer, receiver Rx, 3... Pulse generator PG, 4...
- Amplifier AMP, 5...Delay circuit D.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 流速または流量を測定すべき流体の流れの上流側と
下流側との間に超音波伝播経路を形成するように配置さ
れた超音波送受波器と、時間設定が可能な遅延手段とで
シングアラウンドループを形成し、シングアラウンドル
ープにおける遅延時間の総和が超音波伝播経路の伝播長
と音速との比とほぼ等しくなるように遅延手段の遅延時
間を設定したことを特徴とする超音波式流体測定装置。
1 Ultrasonic wave transmitter/receiver arranged to form an ultrasonic propagation path between the upstream and downstream sides of the fluid flow whose flow velocity or flow rate is to be measured, and a delay means capable of setting a time. An ultrasonic fluid that forms a around loop, and the delay time of the delay means is set so that the sum of the delay times in the single around loop is approximately equal to the ratio of the propagation length of the ultrasonic propagation path to the speed of sound. measuring device.
JP741777A 1977-01-26 1977-01-26 Ultrasonic fluid measuring device Expired JPS584766B2 (en)

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