JPS584766B2 - 超音波式流体測定装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

すなわち、第（１），（２）式から、ｆ１＝１／ｔ１，
ｆ２＝１／ｔ２として、となる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

に起因する誤差を軽減することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

これによりＩＮＴは基準電圧Ｅｓ１を積分する。

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。

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。

ＤＥＴはこの零を検出してＰＧに駆動信号を送出する。

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。

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。

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。

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
。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。