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JP3528436B2 - 超音波式流量計及び流速計 - Google Patents

超音波式流量計及び流速計

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Publication number
JP3528436B2
JP3528436B2 JP16919296A JP16919296A JP3528436B2 JP 3528436 B2 JP3528436 B2 JP 3528436B2 JP 16919296 A JP16919296 A JP 16919296A JP 16919296 A JP16919296 A JP 16919296A JP 3528436 B2 JP3528436 B2 JP 3528436B2
Authority
JP
Japan
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flow
flow rate
ultrasonic
unit
convection
Prior art date
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Application number
JP16919296A
Other languages
English (en)
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JPH1019618A (ja
Inventor
基之 名和
行夫 長岡
謙三 黄地
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Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP16919296A priority Critical patent/JP3528436B2/ja
Publication of JPH1019618A publication Critical patent/JPH1019618A/ja
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  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波により流量
の計測を行う流量計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の計測装置として、図10
に示すように、矩形の断面を有し、その長辺を垂直方向
に配置した測定流路1をはさんで、一対の超音波振動子
2、3を垂直方向に配置し、超音波振動子2、3間の伝
搬時間差より流量を求めるものがあった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合、測定対象となる流体が流れていないときに図10に
示すVfのような対流が生じると、流速をVf・cos
θとして検出するため、誤った計測を行うものであっ
た。
【0004】本発明はこのような対流による誤計測の影
響を排除することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本願発明の超音波式流量
計においては、流路を有する流量測定部と、前記流量測
定部を流れる流体の流速を測定する一対の超音波振動子
と、前記超音波振動子で測定された流速を基に流量を算
出する流量演算部とを具備し、前記流量測定部は、扁平
な矩形断面であって、長辺側が水平になるように位置設
定し、前記超音波振動子を前記流量測定部の短辺側に設
け、前記流路を通過する流れに対してほぼ垂直方向の対
流による測定への影響を抑制するものである。
【0006】この本発明によれば、速度成分を高精度に
計測することができるものである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明は上記目的を達成するため
に、流量測定部と、前記流量測定部を流れる流体の流速
を測定する一対の超音波振動子と、前記超音波振動子で
測定された流速を基に流量を算出する流量演算部とを具
備し、前記流量測定部は、対流が抑制される構成とした
ものであり、前記対流抑制手段としては、流量測定部を
扁平な矩形断面とするとともに、長辺側が水平になるよ
うに位置設定し、超音波振動子の超音波伝搬が長辺と平
行になされるようにしたり、流量測定部を断熱構成とす
ることが考えられるであろう。
【0008】また、仮に、対流が生じたときのことを考
慮して、その対流に起因する流体の流速が計測最小流速
以下になるように設定したり、或いは、対流に起因する
流体の流速が計測最小流速以下になるように流量測定部
の断面積を設定しておけば、計測に実質影響を及ぼさな
いこととなる。
【0009】そして、流量測定部の上下の温度により対
流判定を行うようにすることもあり得る。
【0010】さらに、流路と、この流路を流れる流体の
流速を測定する一対の超音波振動子とを具備し、前記流
路は、対流が抑制される構成とした超音波式流速計への
展開も十分考えられる。
【0011】(実施例1) 以下、本発明の第1の実施例を図1、2、3を参照しな
がら説明する。
【0012】図1において、4は流量測定部であり、5
はその流路である。流路5は矩形断面を有している。ま
た、流量測定部4は矩形断面の長辺4aが水平になるよ
う配置されている。6、7は超音波振動子であり、その
超音波伝搬路pが水平になるよう、水平方向に対向配置
されている。8は流量演算部である。
【0013】図2はこの流量測定部4を組込んだ装置9
を示している。図2において、10は流量測定部4の上
流に設けられた上流室、11は流量測定部4の下流に設
けられた下流室である。12は上流室10に接続された
入口部、13は下流室11に接続された出口部である。
【0014】図3は、第一、および第二の超音波振動子
6、および7からの信号を受けて流量演算を行う流量演
算部8を示している。図3において、14はスタート信
号発生部、15は送信部、16は受信部である。17は
切換部である。
【0015】送信部15はトリガ信号発生部18、およ
び発振部19から成立っている。受信部16は受信信号
の増幅部20、および基準値との比較部21から成立っ
ている。22は繰返し部であり、23は計時部、24は
演算部である。
【0016】次に作動を述べる。流体は入口部12より
流入し、上流室10を経た後、流量測定部4に入り、そ
の後下流室11を経て、出口部13より流出する。この
ような状態でスタート信号発生部14から信号が入る
と、トリガ信号発生部18が働き、発振部19により信
号が切換部17に送られる。
【0017】この切換部17は、当初は第一の超音波振
動子6に送信部15が、第二の超音波振動子7に受信部
16が接続される様設定されている。従って、上記トリ
ガ信号により第一の超音波振動子6より超音波信号が流
量測定部4内に発せられる。
【0018】この信号は第2の超音波振動子7により受
けられ、増幅部20により増幅され、比較部21にて基
準信号と比較される。この過程は繰返し部22で設定さ
れた回数だけ行われた後、計時部23に信号を送る。
【0019】計時部23では、トリガ信号発生からこの
とき送られた信号までの経過時間(T1)を計時する。
また、一方、所定回数の繰返しが終了すると、繰返し部
22から切換え部17へ信号が送られ、送信部15を第
2の超音波振動子7に、受信部16を第1の超音波振動
子6に接続する。
【0020】また、これと同時に、再度トリガ信号発生
部18への駆動信号も送られる。これにより、上記と同
様の動作が流れと逆方向に対して行われ、経過時間(T
2)が計測される。このようにして測定された経過時間
T1,およびT2をもとに以下の演算式により演算部2
4にて流量が算出される。
【0021】いま、測定すべき流れと超音波伝搬経路と
のなす角をθとし、また流量測定部の長さをLとする
と、流速vが以下の式にて算出される。
【0022】 v=(L/2cosθ)((1/T1)−(1/T2)) これにより求めた流速vと流量測定部4の断面積sよ
り、流量Qは下式にて算出される。
【0023】Q=kvsここで、kは流速vを断面積s
における平均流速に変換するための換算係数である。上
記説明でT1およびT2の計測は繰返し行ったが、精度
の良い計測が行われる場合は一回でも良い。
【0024】ここで、図1に示すごとく、測定すべき流
れが生じていないときに、対流による流れaが垂直方向
に発生したとする。この場合には流量測定部4は、その
長辺4aが水平になるよう配置されており、また、第一
および第二の超音波振動子6、7の超音波伝搬路pが水
平方向になるよう配置されているため、対流による流れ
aが生じても、上昇気流による流速ベクトルVaは超音
波伝搬路pと直交するためその速度成分を誤計測するこ
とはない。
【0025】(実施例2) 次に本発明の第2の実施例について説明する。図4にお
いて(a)は流量測定部4の垂直断面図、(b)は水平
断面図である。25は流路5の上部壁、26は下部壁で
ある。流路5の高さ(h)は、上部壁25と下部壁26
に最大の温度差が生じた場合を想定して設定してある。
【0026】すなわち、このとき生じる対流Vが超音波
伝搬路pをよぎるときの流速をVbとし、この値と、計
測最小流速Vminとの関係が以下の式を満たすように
設定されている。
【0027】Vb<Vmin 次に作動を述べる。上記のような設定になっているた
め、測定すべき流れが生じていないときに、対流による
流れが発生しても、測定される流速値は計測最小流速以
下となるため、対流誤差として排除される。
【0028】(実施例3) 次に第3の実施例について説明する。図5において、2
7は流量測定部であり、28はその流路である。流路2
8は矩形断面を有している。29、30は超音波振動子
である。31は流入路、32は絞り部、33は流出路、
34は拡大部である。なお、その他の部分は第一の実施
例と同一ゆえ省略する。この場合、流路28の断面積
(s)は、下記の式を満たすように設定されている。
【0029】Qmin/s=Vmin>Vc ただし、ここでQminは測定最小流量、Vcは対流に
より生じ得る流速値である。また、流路断面積(s)は
次式で規定される。
【0030】s=w・h ただし、ここでwは流路幅、hは流路高さである。
【0031】次に作動を述べる。上記のような設定にな
っているため、測定すべき流れが生じていないときに、
対流による流れが発生しても、測定される流速値は計測
最小流速以下となるため、対流誤差として排除される。
【0032】(実施例4) 次に第4の実施例について説明する。図6において、3
5は流量測定部であり、36はその流路、37、38は
超音波振動子である。39は流路36を形成している流
路壁、40は断熱材であり、流路壁39の外周を覆って
いる。なお、その他の部分は第一の実施例と同一ゆえ省
略する。
【0033】次に作動を述べる。この場合は、流路36
の外周全体が断熱材40で覆われているため、流量測定
部35内において対流が生じにくい状態になっている。
したがって、測定すべき流れが生じていないときに、対
流の発生が抑制され、対流誤差を生じる恐れがない。
【0034】(実施例5) 次に第5の実施例について説明する。図7において、4
1は上部壁25近傍に取付けられた温度センサであり、
42は下部壁26近傍に取付けられた温度センサであ
る。その他は図1と同一ゆえ省略する。図8において4
3は対流判定演算部であり、温度センサ41、42の温
度差に対応して生じると推定される対流流速のテーブル
が蓄積されている。その他は図3と同一ゆえ省略する。
【0035】次に作動を述べる。この場合は、流路5内
の温度差を温度センサ41、42が検知し、対流判定演
算部43において、あらかじめ蓄積された対流による流
速推定テーブルが参照される。この値を演算部24から
の値と比較し、対流による影響が大きいと見なされる場
合にはこの値を排除する。
【0036】(実施例6) 次に第6の実施例について説明する。図9において、4
4は流量測定部であり、45はその流路である。46は
上部壁であり、47は下部壁である。48は上部壁46
に取付けられた超音波振動子、49は下部壁47に取付
けられた超音波振動子である。超音波振動子48は、超
音波振動子49より上流側に取付けられている。なお、
その他の部分は第1の実施例と同一ゆえ省略する。
【0037】次に作動を述べる。この場合、超音波伝搬
路qは上流から下方に向かう。したがって、流路45内
において対流Vdが発生した場合には負の流速として測
定される。これにより、流れが無い場合の測定に際して
測定値に負の値が生じたときは、対流が生じているとし
てこれを排除することができる。
【0038】なお、本発明における信号処理は1チップ
マイコン等のマイクロコンピュータを用いて、ソフトウ
エア的に実現することも可能である。また、本発明にお
ける流量演算は流速測定を基にして行うものであるか
ら、本発明に記載した方法は、超音波流速計においても
適用できるものである。
【0039】以上のように前記した実施例の効果を総括
的に述べてば以下の通りとなる。
【0040】(1)矩形断面をした流量測定部の長辺方
向が水平になるように配置し、また、超音波振動子を、
その超音波伝搬路が水平方向になるよう対向配置するこ
とにより、対流による流れが生じても上昇気流による流
速ベクトルが超音波伝搬路と直交するため、その速度成
分を誤計測することはない。
【0041】(2)流量測定部の長辺方向を水平になる
よう配置し、また、流量測定部断面の高さを流路内で生
じる対流が測定に影響を与えない様な値に設定すること
により、測定すべき流れが生じていないときに対流によ
る流れが発生しても、測定される流速値が計測最小流速
以下となるため、対流誤差として排除される。
【0042】(3)流量測定部の断面積として、その測
定最小流量時の流速が対流により生じる流速よりも大き
くなるように設定することにより、測定すべき流れが生
じていないときに、対流による流れが発生しても測定さ
れる流速値は計測最小流速以下となるため対流誤差とし
て排除される。
【0043】(4)流量測定部の外周全体を断熱材で覆
うことにより、流量測定部内において対流が生じにくい
状態になり対流の発生が抑制され、対流誤差を生じる恐
れがない。
【0044】(5)流量測定部に配置された少なくとも
2個の温度センサと、前記温度センサからの信号により
対流生成の判定を行う判定部を設置することにより、対
流による影響が大きいと判断されるデータを棄却するこ
とができる。
【0045】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、対流に起
因する誤計測をなくし、信頼性の高い超音波式の計測計
を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の超音波流量計の斜視図
【図2】同流量計を組込んだ装置の垂直断面図
【図3】同流量計における流量演算部の制御ブロック図
【図4】(a)本発明の第2の実施例の超音波流量計に
おける垂直断面図 (b)同流量計における水平断面図
【図5】本発明の第3の実施例の超音波流量計における
水平断面図
【図6】本発明の第4の実施例の超音波流量計における
断面図
【図7】本発明の第5の実施例の超音波流量計における
斜視図
【図8】同流量計における流量演算部の制御ブロック図
【図9】本発明の第6の実施例の超音波流量計における
一部切欠斜視図
【図10】従来の超音波流量計の一部切欠斜視図
【符号の説明】
4 流量測定部 4a 長辺 6 第一の超音波振動子 7 第二の超音波振動子 8 流量演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−249690(JP,A) 特開 平8−105776(JP,A) 実開 平6−80130(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/00 - 9/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流路を有する流量測定部と、前記流量測
    定部を流れる流体の流速を測定する一対の超音波振動子
    と、前記超音波振動子で測定された流速を基に流量を算
    出する流量演算部とを具備し、前記流量測定部は、扁平
    な矩形断面であって、長辺側が水平になるように位置設
    定し、前記超音波振動子を前記流量測定部の短辺側に設
    け、前記流路を通過する流れに対してほぼ垂直方向の対
    流による測定への影響を抑制する超音波式流量計。
  2. 【請求項2】 対流が生じたときの流体の流速が計測最
    小流速以下になるように設定した請求項1記載の超音波
    式流量計。
  3. 【請求項3】 対流が生じたときの流体の流速が計測最
    小流速以下になるように流量測定部の断面積を設定した
    請求項記載の超音波式流量計。
  4. 【請求項4】 流量測定部の上下の温度により対流判定
    を行うようにした請求項1記載の超音波式流量計。
  5. 【請求項5】 流路を有する流量測定部と、前記流量測
    定部を流れる流体の流速を測定する一対の超音波振動子
    と、前記超音波振動子で測定された流速を基に流量を算
    出する流量演算部とを具備し、前記流量測定部は、扁平
    な矩形断面であって、長辺側が水平になるように位置設
    定し、前記超音波振動子を前記流量測定部の短辺側に設
    け、前記流路を通過する流れに対してほぼ垂直方向の対
    流による測定への影響を抑制する超音波式流速計。
JP16919296A 1996-06-28 1996-06-28 超音波式流量計及び流速計 Expired - Lifetime JP3528436B2 (ja)

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JP2895704B2 (ja) * 1993-03-01 1999-05-24 株式会社オーバル 超音波流量計
JP2589318Y2 (ja) * 1993-04-24 1999-01-27 株式会社エステック マスフローメータおよびマスフローコントローラ
JP3229138B2 (ja) * 1994-10-06 2001-11-12 日本エム・ケー・エス株式会社 質量流量センサ

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