(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れる管路に上流から順次設けた第１の受信超音波プローブ、送信超音波プローブ及び第２の受信超音波プローブと、発振開始信号によって発振信号を前記送信超音波プローブに出力する発振回路と、前記発振回路の発振開始信号によって計測を開始し、前記第２の受信超音波プローブ出力によって計測を終了する第１の測定部と、前記第２の受信超音波プローブによって計測を開始し、前記第１の受信超音波プローブによって計測を終了する第２測定部とを備え、前記第１の測定部及び第２の測定部の出力によって流速を求める流速計。
【請求項２】
流体の流れる管路に順次設けた第１の受信超音波プローブ、送信超音波プローブ及び第２の受信超音波プローブと、前記第１及び第２の受信超音波プローブのそれぞれに接続された第１の測定部及び第２の測定部と、この第１の測定部及び第２の測定部から時間情報を受け流速を求める演算部と、前記演算部からの信号を受け前記送信超音波プローブに発振信号を出力する発振回路とを備え、第１及び第２の受信超音波プローブのどちらか一方の出力に位相反転回路を設けた流速計。
【請求項３】
流体の流れる管路の形状はＵ字型に形成され、Ｕ字型の両端部のそれぞれに入口及び出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置からＵ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、前記Ｕ字型測定管路の入口と出口にそれぞれ設けた第１の受信超音波プローブ、及び第２の受信超音波プローブと、前記送信超音波プローブに発振信号を出力する発振回路と、第１の前記受信超音波プローブと前記第２の受信超音波プローブで検知したそれぞれの超音波の検知時間から検知時間差を測定する測定部と、前記検知時間差に基づいて流体の流速を演算する演算部とを備えた流速計。
【請求項４】
流体の流れる管路の形状はＵ字型に形成され、Ｕ字型の両端部のそれぞれに入口及び出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置から前記Ｕ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、前記Ｕ字型測定管路の入口と出口の両方の管路にまたがって設置された受信超音波プローブと、前記送信超音波プローブに発振信号を出力する発振回路と、前記受信超音波プローブで検知したそれぞれの超音波の検知時間から検知時間差を測定する測定部と、前記検知時間差に基づいて流体の流速を求める演算部とを備えた流速計。
【請求項５】
流体の流れる管路の形状はＵ字型に形成され、Ｕ字型の両端部のそれぞれに入口及び出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置から前記Ｕ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、前記Ｕ字型測定管路の入口と出口に設けられた受信超音波プローブと、前記送信超音波プローブに発振信号を出力する発振回路と、前記受信超音波プローブで検知したそれぞれの超音波の検地時間から検知時間差を測定する測定部と、前記検知時間差に基づいて流体の流速を求める演算部を備え、前記Ｕ字型の管路の入り口側及び出口側にさらに前記Ｕ字型の管路と同等の角度で方向を変える管路を設けＭ字型のＵ字型測定管路とした流速計。
【請求項６】
流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波プローブに発振出力を出力する発振回路と、前記超音波を受信する受信超音波プローブと、前記受信超音波プローブの出力によって動作する測定部と、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記測定部から得られる情報と前記パルス幅測定器の出力によって流速を求める演算部とを備え、前記パルス幅測定器の出力が一定値を越えた場合には、前記演算部にあらかじめ設定された値を前記パルス幅から減じた値を超音波検知時間差として流速を求める流速計。
【請求項７】
流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波プローブに発振出力を出力する発振回路と、超音波を受信する受信超音波プローブと、前記受信超音波プローブの出力と演算部出力によって動作する測定部と、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記測定部から得られる情報と前記パルス幅測定器の出力によって流速を求める演算部とを備え、前記パルス幅測定器の出力が一定値を越えた場合には、流体の流れの方向への超音波の発振を止め、測定したパルス幅を前記パルス幅測定器の出力から減じた値を超音波検知時間差として流速を求める流速計。
【請求項８】
流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波プローブに発振出力を出力する発振回路と、流れの上流方向と下流方向から来た超音波を受信する受信超音波プローブと、演算部出力と前記受信超音波プローブとの出力によって動作する測定部と、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記測定部から得られる情報と前記パルス幅測定器の出力によって流速を求める前記演算部とを備え、前記パルス幅測定器の出力が一定値以下の場合には、パルス幅測定器の出力を用いて流体の流速を測定する流速計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水や空気等の流速を測定する流速計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流速計は図１３に示すように、流体の流れる管路１の中に対向させて設置した２対の超音波プローブ２、３、４、５によって、流体の流れる方向に対し順方向及び逆方向となるように超音波を伝搬させ、超音波プローブ２から４への伝搬時間をカウンタ８で測定し、３から５への伝搬時間をカウンタ９によって測定し、その伝搬時間をもとに演算部７により流体の流速を求めるように構成されている。
【０００３】
ここで、上記流速計は流体の流れる方向への超音波の伝搬時間をｔ１、流体の流れる方向と逆方向への超音波の伝搬時間をｔ２とすると、
ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋ｖ）、      ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−ｖ）
これより、
１／ｔ１−１／ｔ２＝２ｖ／Ｌ
ｖ＝Ｌ（ｔ２−ｔ１）／２（ｔ１・ｔ２）・・・・（１）
となり、ｔ１、ｔ２より流体の流速を得ていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では流体の速度が、音速と比べ非常に遅い場合超音波伝搬時間差ｔ１−ｔ２（以降Δｔと記す）を正確に求めることが困難であった。例えばＬ＝４０ｍｍ、Ｃ＝３４０ｍ／ｓ、ｖ＝１ｍｍ／ｓとした場合、
ｔ１＝１１７．６４６７１２８…μｓ、
ｔ２＝１１７．６４７４０４８…μｓ、
Δｔ＝６９２…ｐｓ、
という値となる。この値を約１０％程度の精度で計ろうとした場合、１００Ｇｈｚのクロックをもつ２４ビットのカウンタが流れの順方向と逆方向で２つ必要である。このため、計測を１回だけではなく数百回から数万回くり返し超音波伝搬時間の和を計算することで低いクロックで精度を落とすことなく流速を求めていた。
【０００５】
しかしこのように何回も測定を繰り返し２つのカウンタを動かし測定していたのでは、測定結果を得るために多くの電力が必要になる。このため特に電池を電源とし数年間動作しなければならない流速計ではこの方法を採用することが出来なかった。また、測定結果を得るために数秒から数十秒の時間がかかってしまうため、流速変動の激しい流体であるとか、測定結果を急ぐ測定などには使えないという課題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するもので、精度良く、瞬時に、なおかつ低消費電力で流速が測定でき、電池を電源とし数年間動作可能な流速計を実現することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の流速計においては、流体の流れる管路に上流から順次設けた第１の受信超音波プローブ、送信超音波プローブ及び第２の受信超音波プローブと、発振開始信号によって発振信号を前記送信超音波プローブに出力する発振回路と、前記発振回路の発振開始信号によって計測を開始し、前記第２の受信超音波プローブ出力によって計測を終了する第１の測定部と、前記第２の受信超音波プローブによって計測を開始し、前記第１の受信超音波プローブによって計測を終了する第２測定部とを備え、前記第１の測定部及び第２の測定部の出力によって流速を求めている。
【０００８】
この本発明によれば、流れと同じ方向と逆の方向とを同時に測定しても混信することがなく、また短い動作時間で流速を測定することができるので、低消費電力となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は上記目的を達成するため、流体の流れる管路に順次設けた第１の受信超音波プローブ、送信超音波プローブ及び第２の受信超音波プローブと、前記第１及び第２の受信超音波プローブのそれぞれに接続された第１の測定部及び第２の測定部と、この第１の測定部及び第２の測定部から時間情報を受け流速を求める演算部と、前記演算部からの信号を受け前記送信超音波プローブに発振信号を出力する発振回路とを備えている。
【００１０】
また超音波プローブを受信、送信、受信の順で等間隔に設置し、演算部の発振開始信号によって計測を開始し、流体の流れの上流あるいは下流に設置した前記受信超音波プローブ出力によって。計測を終了する測定部１と、流れの下流側に設置した受信超音波プローブによって計測を開始し、流れの上流側に設置した受信超音波プローブによって計測を終了する測定部２を備える構成としてある。
【００１１】
また超音波プローブを受信、送信、受信の順で流体の流れる方向に設置し、前記２つの受信用超音波プローブのうち片側の出力に位相反転回路を設ける構成としてある。
【００１２】
また流体の流れる管路の形状がＵ字型で、前記Ｕ字型の端部横方向に入口をもち他端のＵ字型上部位置横方向に出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置からＵ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、Ｕ字型測定管路の入り口と出口にそれぞれ設けられた受信超音波プローブ１、受信超音波プローブ２と、前記送信超音波プローブに同時に発振信号を出力する発振回路と、受信超音波プローブ１と受信超音波プローブ２で検知した超音波の検知時間差を測定する測定部とを設けた構成としてある。
【００１３】
また流体の流れる管路の形状がＵ字型で、前記Ｕ字型の端部横方向に入口をもち他端のＵ字型上部位置横方向に出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置からＵ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、Ｕ字型測定管路の入り口と出口の両方の管路にまたがって設置された受信超音波プローブと、前記送信超音波プローブに発振信号を出力する発振回路と、前記受信超音波プローブで検知した超音波の検知時間差を測定する測定部とを設けた構成としてある。
【００１４】
また流体の流れる管路の形状がＵ字型で、Ｕ字型の端部横方向に入口をもち他端のＵ字型上部位置横方向に出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置からＵ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、前記Ｕ字型測定管路の入り口と出口に設けられた受信超音波プローブと、前記送信超音波プローブに同時に発振信号を出力する発振回路と、受信超音波プローブで検知した超音波の検知時間差を測定する測定部と、前記検知時間差をもとに流体の流速を求める演算部を備え、前記Ｕ字型の管路の入り口側及び出口側にさらに方向を変える管路を儲けＭ字型のＵ字型測定管路とした構成としてある。
【００１５】
また流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波プローブに発振出力を出力する発振回路と、前記超音波を受信する受信超音波プローブと、前記受信超音波プローブの出力によって動作する測定部と、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記測定部から得られる情報と前記パルス幅測定器の出力によって流速を求める演算部からなり、前記パルス幅測定器の出力が１定値を越えた場合には、演算部にあらかじめ設定された値を前記パルス幅から減じた値を超音波検知時間差として流量を求める構成としてある。
【００１６】
また流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波プローブに発振出力を出力する発振回路と、超音波を受信する受信超音波プローブと、前記受信超音波プローブの出力と演算部出力によって動作する測定部と、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記測定部から得られる情報と前記パルス幅測定器の出力によって流速を求める演算部からなり、前記パルス幅測定器の出力が１定値を越えた場合には、流体の流れの方向への超音波の発振を止め測定したパルス幅を、前記パルス幅測定器の出力から減じた値を超音波検知時間差として流量を求める構成としてある。
【００１７】
また流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波プローブに発振出力を出力する発振回路と、流れの上流方向と下流方向から来た超音波を超音波を受信する受信超音波プローブと、演算部出力と前記受信超音波プローブとの出力によって動作する測定部と、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記測定部から得られる情報と前記パルス幅測定器の出力によって流速を求める前記演算部からなり、前記パルス幅測定器の出力が１定値以下の場合には、パルス幅測定器の出力を用いて流体の流速を測定する構成としてある。
【００１８】
本発明は上記構成によって、超音波プローブを流体の流れる方向から受信、送信、受信の順で設置した構成としてあるので、１つの送信超音波プローブで、流れの順方向と逆方向への同時出力ができ、同時測定ができる。
【００１９】
また超音波プローブを受信、送信、受信の順で等間隔に設置し、演算部の発振開始信号によって計測を開始し、流体の流れの上流あるいは下流に設置した前記受信超音波プローブ出力によって。計測を終了する測定部１と、流れの下流側に設置した受信超音波プローブによって計測を開始し、流れの上流側に設置した受信超音波プローブによって計測を終了する測定部２を備える構成としてあるので、ｔ１あるいはｔ２の測定は測定部１、Δｔの測定は測定部２と分かれる。
【００２０】
また超音波プローブを受信、送信、受信の順で流体の流れる方向に設置し、前記２つの受診用超音波プローブのうち片側の出力に位相反転回路を設ける構成としてあるので、１８０度異なる上流と下流の測定部入力初期位相がそろうようになる。
【００２１】
また流体の流れる管路の形状がＵ字型で、前記Ｕ字型の端部横方向に入口をもち他端のＵ字型上部位置横方向に出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置からＵ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、Ｕ字型測定管路の入り口と出口にそれぞれ設けられた受信超音波プローブ１、受信超音波プローブ２とを設けた構成としてあるので、１つの送信超音波プローブで流れと同１方向と逆の方向へ同時に超音波出力がでるようになる。
【００２２】
また流体の流れる管路の形状がＵ字型で、前記Ｕ字型の端部横方向に入口をもち他端のＵ字型上部位置横方向に出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置からＵ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、Ｕ字型測定管路の入り口と出口の両方の管路にまたがって設置された受信超音波プローブとを設けた構成としてあるので、１つの受信経路によって流れと同１方向と逆の方向との超音波受信信号を扱うようになる。
【００２３】
また流体の流れる管路の形状がＵ字型で、Ｕ字型の端部横方向に入口をもち他端のＵ字型上部位置横方向に出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置からＵ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、前記Ｕ字型測定管路の入り口と出口に設けられた受信超音波プローブと、前記Ｕ字型の管路の入り口側及び出口側にさらに方向を変える管路を儲けＭ字型のＵ字型測定管路とした構成としてあるので、流れと同１方向と逆方向とのそれぞれ前後流路の条件がそろうので、流体の流れが流れと同１方向と逆方向との測定路で同等となる。
【００２４】
また流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波を受信する受信超音波プローブと、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記パルス幅測定器の出力が１定値を越えた場合には、演算部にあらかじめ設定された値を前記パルス幅から減じた値を超音波検知時間差として流量を求める構成としてあるので、流体の流れと順方向と逆方向の受信超音波プローブで超音波を受信するタイミングがほぼ同じで、受信信号が重なりパルス幅が広くなった場合に演算部に設定した１方向のみの超音波を受信した時の受信パルス幅データを減じた値を超音波検知時間差として用いることによって正確な超音波検知時間差を得ている。
【００２５】
また流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波プローブに発振出力を出力する発振回路と、超音波を受信する受信超音波プローブと、前記受信超音波プローブの出力と演算部出力によって動作する測定部と、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記測定部から得られる情報と前記パルス幅測定器の出力によって流速を求める演算部からなり、前記パルス幅測定器の出力が１定値を越えた場合には、流体の流れの方向への超音波の発振を止め測定し、その時得たパルス幅を、パルス幅測定器の出力から減じた値を超音波検知時間差として流量を求める構成としてあるので、流体の流れと順方向と逆方向の受信超音波プローブで超音波を受信するタイミングがほぼ同じで、受信信号が重なりパルス幅が広くなった場合に片側の超音波受信時間に相当するパルス幅を減じることによって正確な超音波検知時間差を得ている。
【００２６】
また流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波プローブに発振出力を出力する発振回路と、流れの上流方向と下流方向から来た超音波を超音波を受信する受信超音波プローブと、演算部出力と前記受信超音波プローブとの出力によって動作する測定部と、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記測定部から得られる情報と前記パルス幅測定器の出力によって流速を求める前記演算部からなり、前記パルス幅測定器の出力が１定値以下の場合には、パルス幅測定器の出力を超音波検知時間差として流体の流速を測定する構成としてあるので、流体の流れと順方向と逆方向の受信超音波プローブで超音波を受信するタイミングがほぼ同じで、受信信号が重なり、その重なりかたが位相が逆で重なった部分を打ち消しあうようなタイミングで受信した場合でも、超音波検知時間差としてパルス幅データを用いることによって、正確な超音波検知時間差を得ることが出来る。
【００２７】
以下本発明の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。図において、１は流体がｖの速度で流れる管路であり、この管路１の中に流体の流れと同１方向に設置した送信超音波プローブ２、３と、送信超音波プローブ２、３からそれぞれＬの距離をおいて対向して設置された受信超音波プローブ４、５と、送信超音波プローブ２、３に発振信号を送る発振回路６と、発振回路６の発振を制御する演算部７と、演算部７から発振回路６への発振開始信号によって初期設定と時間計測をはじめ、受信超音波プローブ４の出力によって時間計測を終了するカウンタ８と、演算部７から発振回路６への発振開始信号によって初期設定と時間計測をはじめ、受信超音波プローブ５の出力によって時間計測を終了するカウンタ９と、超音波プローブ２、４と超音波プローブ３、５とを遮蔽する遮蔽板１０を備える構成となっている。
【００２８】
この構成において、演算部７は発振回路６に発振開始信号を送り送信超音波プローブ２、３から超音波を同時に出力させる。また同時にカウンタ８及びカウンタ９の初期設定を行いさらにカウントを開始させる。送信超音波プローブ２から発射された超音波は遮蔽板１０で遮蔽されているので受信超音波プローブ５に受信されることなく、流体の流れと同１方向なので、Ｃ＋ｖのスピードで受信超音波プローブ４へ進みｔ１＝｛Ｌ／（Ｃ＋ｖ）｝時間後に受信される。受信超音波プローブ４の出力によって、カウンタ８はカウントを終了し、ｔ１に対応したカウント数を演算部７にわたす。また、送信超音波プローブ３から発射された超音波は、遮蔽板１０で遮蔽されているので受信超音波プローブ４に受信されることなく、流体の流れと逆方向なので、Ｃ−ｖのスピードで受信超音波プローブ５へ進みｔ２＝｛Ｌ／（Ｃ−ｖ）｝時間後に受信される。受信超音波プローブ５の出力によって、カウンタ９はカウントを終了し、ｔ２に対応したカウント数を演算部７にわたす。演算部７では、カウンタ８、９から受け取ったカウント数に基づきｖ＝Ｌ（ｔ１−ｔ２）／２（ｔ１＊ｔ２）という計算を行い流体の速度ｖを求めるようになっている。また、各超音波プローブは遮蔽板１０の端までの距離がＳ１＞Ｌ、Ｓ２＞Ｌとなる構成としているので、たとえ超音波がまわりこんだとしても、受信超音波プローブで先に受信する超音波は対向する送信超音波プローブから出力された超音波となる。
【００２９】
この実施の形態によれば、流体の流れと同じ方向と、逆の方向の超音波伝達時間を同時に計ることが出来るので、すばやく測定を行うことが出来る。それに伴い、カウンタ８、９やカウンタを動作させるクロックを動作させる時間を短く出来るので、低消費電力で測定を行うことが出来る。
【００３０】
つぎに図２に本発明の第２の実施の形態を示す。なお図１と同一符号のものは図１に示す発明と同じ働きをするものであり、説明は省略する。
【００３１】
流体の流れる管路１の中に流体の流れる方向へ距離Ｌずつ離し受信超音波プローブ５、送信超音波プローブ１１、受信超音波プローブ４を設置している。送信超音波プローブ１１は演算部７からの発振開始信号によって発振した発振回路６の出力を受け、超音波を流体の流れの方向と、逆の方向へ同時に出力する。この構成によれば、流体の流れの方向と逆の方向への超音波出力を１つの送信超音波プローブで同時に混信を心配することなく送信を行うことが出来る。
【００３２】
つぎに図３に示す本発明の第３の実施の形態について説明する。なお図１及び図２と同符号のものは、同図に示す発明と同一の働きをするものであり、説明は省略する。
【００３３】
カウンタ１３は受信超音波プローブ４の出力によって初期設定を行いそしてカウントを開始する、その後位相反転回路１２の出力によってカウントを終了し、演算部７へカウント情報を出力する。この時間関を図４に示す。つまり、カウンタ１３では流体の流れの方向と同じ方向と、逆の方向への超音波の伝搬時間差Δｔ時間のカウントを行っている。この実施例の構成によれば、高精度の測定を行うために高速なカウントを行うのはカウンタ１３で計るΔｔのみで良く、カウンタ８のクロックを音速Ｃと流速ｖの比程度まで落としても計算の精度にはほとんど影響が無い。よって、高速なカウンタ２台を長時間動かす必要がなく、消費電力を低く押さえることが出来る。
【００３４】
次に図５に示す本発明の第４の実施の形態について説明する。なお図１及び図２、図３と同符号のものは、同図に示す発明と同一の働きをするものであり、説明は省略する。
【００３５】
１２は位相反転回路であり、入力波形の位相を１８０度ずらしカウンタ１３へ出力する。位相反転回路１２によって、受信超音波プローブ５の出力信号を反転させているので、送信超音波プローブ１１の出力は流体の流れと同一の方向と、逆の方向では１８０度位相が異なる超音波の出力を行える。このため、送信超音波プローブ１１は振動方向の両面の出力を使うことが出来、反射等をさせて同一位相で両方向へ出力させる場合と比較して、効率良く、同じ強さの超音波を流れの順方向と逆の方向へ出力できるので、受信レベルの補正や、反射板などが不要となり、簡単な構成で精度のよい流速計を実現できるという効果がある。
【００３６】
つぎに図６に示す本発明の第５の実施の形態について説明する。なお図１及び図２、図３、図４と同符号のものは、同図に示す発明と同一の働きをするものであり、説明は省略する。
【００３７】
測定Ｕ字管路１５のＵ字の底の部分に設置した測定Ｕ字管路１５の断面積にほぼ等しい送信超音波プローブ１７、送信超音波プローブ１８と、測定Ｕ字管路１５入り口及び出口にそれぞれ設置したＵ字管路１５の断面積にほぼ等しい受信超音波プローブ１９、受信超音波プローブ２０と、演算部７から発振開始信号を受けて発振し、送信超音波プローブ１７及び送信超音波プローブ１８に出力する発振回路６と、演算部７からの発振開始信号によってカウントを開始し、受信超音波プローブ１９の出力によってカウントを停止するカウンタ８と、演算部７からの発振開始信号によってカウントを開始し、受信超音波プローブ２０の出力によってカウントを停止するカウンタ９と、カウンタ８とカウンタ９の両出力から演算によって管路の中の流速を測定するようになっている。この構成では送信、受信超音波プローブを管路の断面積にほぼ等しい大きさとしているので、管路の径方向全体を走査することが出来、再現性の高い安定した超音波伝搬を行うことが出来、精度のよい流速計を実現できるという効果がある。また、このように測定部分を管路の形状をＵ字型としているので、管路を塞ぐことなく管路の断面積におおよそ等しい超音波プローブを取り付けることが出来る。
【００３８】
つぎに図７に示す本発明の第６の実施の形態について説明する。なお図１〜図６と同符号のものは、同図に示す発明と同一の働きをするものであり、説明は省略する。
【００３９】
測定Ｕ字管路１５のＵ字の底の部分に設置した測定Ｕ字管路１５の底の面積にほぼ等しい送信超音波プローブ２１と、測定Ｕ字管路１５入り口及び出口にそれぞれ設置したＵ字管路１５の断面積にほぼ等しい受信超音波プローブ１９、受信超音波プローブ２０と、演算部７から発振開始信号を受けて発振し、送信超音波プローブ２１に出力する発振回路６と、演算部７からの発振開始信号によってカウントを開始し、受信超音波プローブ１９の出力によってカウントを停止するカウンタ８と、演算部７からの発振開始信号によってカウントを開始し、受信超音波プローブ２０の出力によってカウントを停止するカウンタ９と、カウンタ８とカウンタ９の両出力から演算によって管路の中の流速を測定するようになっている。
【００４０】
この構成では送信超音波プローブを管路の底部面積にほぼ等しい大きさとしているので、上流方向及び下流方向への超音波の送信を１つの超音波プローブで行うことができる。また管路の径方向全体を走査することが出来、再現性の高い安定した超音波伝搬を行うことが出来、精度のよい流速径を実件できるという効果がある。
【００４１】
つぎに図８に示す本発明の第７の実施の形態について説明する。なお図１〜図７と同符号のものは、同図に示す発明と同一の働きをするものであり、詳細な説明は省略する。
【００４２】
測定Ｕ字管路１５のＵ字の底の部分に設置した測定Ｕ字管路１５の断面積にほぼ等しい送信超音波プローブ２１と、測定Ｕ字管路１５の上部に入り口及び出口の両方にかかるように設置した受信超音波プローブ２２と、演算部７から発振開始信号を受けて発振し、送信超音波プローブ２１に出力する発振回路６と、演算部７からの発振開始信号によってカウントを開始し、受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを停止しカウント情報を演算部７へ出力するするカウンタ８と、受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを開始し、次の受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを停止し、カウント情報を演算部７へ出力するカウンタ２３とを備えている。
【００４３】
この構成によって、この構成では送信超音波プローブを管路の底部面積にほぼ等しい大きさとしているので、上流方向及び下流方向への超音波の送信を１つの超音波プローブで行うことができる。このため特別な回路を必要とせず上流、下流、両方向へ同じ強さの超音波を送信することができるので、安価で安定した精度のよい流速計を提供することができる。また受信超音波プローブを流れの順方向と逆方向とで共用することが出来る。このため受信回路には上流方向の受信と下流方向への受信を同じ回路を使うことになるので、素子のバラ付きや受信回路のバラ付きなどを小さくすることができ、安価で安定した精度のよい流速計を提供することができる。
【００４４】
つぎに図９に示す本発明の第８の実施の形態について説明する。なお図１〜図８と同符号のものは、同図に示す発明と同一の働きをするものであり、詳細な説明は省略する。
【００４５】
測定Ｕ字管路１５の入り口側及び出口側の両流れ方向を変え、Ｍ字型の管路とする変換管路２４をもち、測定Ｕ字管路１５のＵ字の底の部分に設置した測定Ｕ字管路１５の断面積にほぼ等しい送信超音波プローブ２１と、測定Ｕ字管路１５の上部に入り口及び出口の両方にかかるように設置した受信超音波プローブ２２と、演算部７から発振開始信号を受けて発振し、送信超音波プローブ２１に出力する発振回路６と、演算部７からの発振開始信号によってカウントを開始し、受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを停止しカウント情報を演算部７へ出力するカウンタ８と、受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを開始し、次の受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを停止し、カウント情報を演算部７へ出力するカウンタ２３とを備えている。そして、この構成によって、まず、前部整流管路１４から入ってきた流体は１８０度向きを変え測定Ｕ字管路１５へ入る。さらに測定Ｕ字管路１５の中で１８０度向きを変え、さらに１８０度向きを変えて後部整流管路１６に入ってゆく。この事からも判るように、Ｕ字Ｕ字型測定管路１５の中で１８０向きを変える箇所の前後で流体の流れと順方向超音波Ｕ字型測定管路と、逆方向音波Ｕ字型測定管路とを分けているが、こうすることによって、この順方向と逆方向のＵ字型測定管路の入り口と、出口の形状が同じになるため、流れの分布も等しくなり、正確な測定を行うことが出来るようになる。また、送信、受信超音波プローブを管路の断面積にほぼ等しい大きさとしているので、管路の径方向全体を走査することが出来、再現性の高い安定した超音波伝搬を行うことが出来、精度のよい流速径を実件できるという効果がある。また、このように測定部分を管路の形状をＵ字型としているので、管路を塞ぐことなく管路の断面積におおよそ等しい超音波プローブを取り付けることが出来る。更にまた、測定部分の管路の形状をＵ字型としているので受信あるいは送信超音波プローブを、流れの順方向と逆方向とで共用することが出来る。このため、同じレベルの出力を流れと同じ方向と逆の方向へ出力することが出来る。また受信回路については、同じ回路を使うことが出来るので、素子のバラ付きや、受信回路のバラ付きなどを小さくすることが出来る。
【００４６】
つぎに図１０に示す本発明の第９の実施の形態について説明する。なお図１〜図９と同符号のものは、同図に示す発明と同一の働きをするものであり、詳細な説明は省略する。
【００４７】
測定Ｕ字管路１５のＵ字の底の部分に設置した測定Ｕ字管路１５の断面積にほぼ等しい送信超音波プローブ２１と、測定Ｕ字管路１５の上部に入り口及び出口の両方にかかるように設置した受信超音波プローブ２２と、演算部７から発振開始信号を受けて発振し、送信超音波プローブ２１に出力する発振回路６と、演算部７からの発振開始信号によってカウントを開始し、受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを停止しカウント情報を演算部７へ出力するするカウンタ８と、受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを開始し、次の受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを停止し、カウント情報を演算部７へ出力するカウンタ２３と受信超音波プローブ２２の出力パルス幅を測定するパルス幅測定回路２５を備えている。
【００４８】
図１１を用いて、この構成の信号の流れを説明する。送信超音波プローブ２１から出力された超音波は流れと同じ方向と、逆の方向との２経路を通るため、Δｔの間隔をおいて受信超音波プローブ１８に到達する。図１１（ａ）のように離れた２つのパルスが識別できると、カウンタ１９で測定したΔｔと、カウンタ８で測定したｔ１によって流速を求めることが出来る。しかし図１１（ｂ）のように流速が遅いため２つのパルスが重なって観測された場合はΔｔを測定することができない。そこで、図１１（ｂ）のようにパルス幅がｔｗ以上となった場合パルス幅測定回路２５によってこれを判断する。この場合カウンタ２３によってｔｒ２を測定するようにカウントのストップ指令をパルス幅測定回路２５の出力によって受信パルスの立ち下がり時に行う。こうして得たパルス幅ｔｗ２から、あらかじめ設定した流れと順方向あるいは逆方向の超音波を受信したときのパルス幅［図１１（ｃ）のｔｗ］を演算部７によって減じることでΔｔを求めている。
【００４９】
この構成とすることによって簡単な構成でありながら流速の遅い場合であっても、流れと同じ方向と逆の方向の超音波伝搬時間を同時に測定することが可能となり、瞬時に低消費電力で安定した流速を得る流速計を実現できるという効果がある。
【００５０】
つぎに図１０に示す本発明の他の実施の形態について説明する。なお図１〜図９と同符号のものは、同図に示す発明と同一の働きをするものであり、詳細な説明は省略する。
【００５１】
測定Ｕ字管路１５のＵ字の底の部分に設置した測定Ｕ字管路１５の断面積にほぼ等しい送信超音波プローブ２１と、測定Ｕ字管路１５の上部に入り口及び出口の両方にかかるように設置した受信超音波プローブ２２と、演算部７から発振開始信号を受けて発振し、送信超音波プローブ２１に出力する発振回路６と、演算部７からの発振開始信号によってカウントを開始し、受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを停止しカウント情報を演算部７へ出力するするカウンタ８と、受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを開始し、次の受信超音波プローブ２２の出力によってカウントを停止し、カウント情報を演算部７へ出力するカウンタ２３と受信超音波プローブ２２の出力パルス幅を測定するパルス幅測定回路２５を備えている。
【００５２】
図１１を用いて、この構成の信号の流れを説明する。送信超音波プローブ２１から出力された超音波は流れと同じ方向と、逆の方向との２経路を通るため、Δｔの間隔をおいて受信超音波プローブ１８に到達する。図１１（ａ）のように離れた２つのパルスが識別できると、カウンタ１９で測定したΔｔと、カウンタ８で測定したｔ１によって流速を求めることが出来る。しかし図１１（ｂ）のように流速が遅いため２つのパルスが重なって観測された場合はΔｔを測定することができない。そこで、図１１（ｂ）のようにパルス幅がｔｗ以上となった場合パルス幅測定回路２５によってこれを判断する。この場合カウンタ２３によってｔｒ２を測定するようにカウントのストップ指令をパルス幅測定回路２５の出力によって受信パルスの立ち下がり時に行う。こうして得たパルス幅ｔｗ２から、あらかじめ設定した流れと順方向あるいは逆方向の超音波を受信したときのパルス幅［図１１（ａ）のｔｗ］を演算部７によって減じることでΔｔを求めている。
【００５３】
ｔｗは、あらかじめ設定しておいてもよいが、温度、被測定流体の密度などによって変化するため、随時補正を行う方がよい、そこで、パルス幅測定回路２５によって１回の測定で２つのパルスが観測された場合、その時のパルス幅をｔｗとして演算部７に格納することによって補正を行っている。
【００５４】
この構成とすることによって簡単な構成でありながら流速の遅い場合であっても、流れと同じ方向と逆の方向の超音波伝搬時間を同時に測定することが可能となり、瞬時に低消費電力で安定した流速を得る流速計を実現できるという効果がある。
【００５５】
つぎに図１２に示す本発明の第１０の実施の形態について説明する。なお図１〜図１１と同符号のものは、同図に示す発明と同一の働きをするものであり、詳細な説明は省略する。
【００５６】
送信超音波プローブ２１から出力された超音波はΔｔだけずれて受信超音波プローブ１８に到達する。受信超音波が重なりあったときに、位相が逆であると重なりあった部分は打ち消し合い図１１（ｃ）に示すように短いパルスが２つ発生するこの場合は、パルス幅測定回路２５で短いパルスを検知するとその立ち下がりで、カウンタ２３をストップさせ、その値をΔｔとし、流速を求める。
【００５７】
この構成とすることによって簡単な構成でありながら流速の遅い場合であっても、流れと同じ方向と逆の方向の超音波伝搬時間を同時に測定することが可能となり、瞬時に低消費電力で安定した流速を得る流速計を実現できるという効果がある。この構成とすることによって、簡単な構成で流れと同じ方向と、逆の方向の超音波伝搬時間を同時に測定することが出来、瞬時に低消費電力で安定した流速を得る流速計を実現できるという効果がある。
【００５８】
以上の説明から明らかのように本発明の実施例における流速計によれば次の効果が得られる。
【００５９】
２対の送受超音波プローブを１対づつに仕切る遮蔽板を設けた構成としているので、同時に流れと同じ方向と逆の方向とを測定しても混信するすることがなく短い動作時間で流速を測定することが出来、低消費電力の流速計を提供することが出来る。
【００６０】
また２対の送受超音波プローブを１対づつに仕切る遮蔽板を備え、前記１対のうちの受信超音波プローブから、他の対の超音波プローブまでの最短距離上の前記遮蔽板から各超音波プローブまでの距離ｌが、
Ｓ＜Ｌ      （L：同一対の超音波プローブ間距離）
を満たす前記遮蔽板を設けた構成としてあるので、他の対の送信超音波プローブから出力された超音波が受信超音波プローブにまわりこんできても同一対の送信超音波プローブからの出力を先に受信するので、同時に流れと同じ方向と逆の方向とを測定しても混信するすることがなく短い動作時間で流速を測定することが出来、低消費電力の流速計を提供することが出来る。
【００６１】
また超音波プローブを流体の流れる方向から受信、送信、受信の順で設置した構成としてあるので、１つの送信超音波プローブで、流れの順方向と逆方向への同時出力ができ、送信超音波プローブが１つですむことと、同時測定ができるので、すばやく測定を行うことが出来、消費電力を押さえた流速計を実現できる。
【００６２】
また超音波プローブを受信、送信、受信の順で等間隔に設置し、演算部の発振開始信号によって計測を開始し、流体の流れの上流あるいは下流に設置した前記受信超音波プローブ出力によって。計測を終了する測定部１と、流れの下流側に設置した受信超音波プローブによって計測を開始し、流れの上流側に設置した受信超音波プローブによって計測を終了する測定部２を備える構成としてあるので、ｔ１あるいはｔ２の測定は測定部１、Δｔの測定は測定部２と分かれるので、高速のΔｔを測定する測定部用のクロックは、常に動作している必要はなく、消費電力を低く長いることが出来ると同時に、高速の部品の使用を１部にとどめられるので、安価な流速計を提供できる。
【００６３】
また超音波プローブを受信、送信、受信の順で流体の流れる方向に設置し、前記２つの受信用超音波プローブのうち片側の出力に位相反転回路を設ける構成としてあるので、１８０度異なる上流と下流の測定部入力初期位相がそろうようになるので、送信側で、反射を使うなどして、同位相の超音波を出力する必要がなく超音波素子の振動の面の両側を使用して、効率良く流れと同じ方向と逆の方向に超音波を出力できるので、簡単な公正で、正確な流速計を提供できる。
【００６４】
また流体の流れる管路の形状がＵ字型で、Ｕ字型の端部横方向に入口をもち他端のＵ字型上部位置横方向に出口をもつＵ字型測定管路と、Ｕ字型測定管路の内径と同等の外形をしたＵ字型底位置からＵ字型測定管路の入口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブ１と、Ｕ字型測定管路の内径と同等の外形をしたＵ字型底位置からＵ字型測定管路の出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブ２と、Ｕ字型測定管路の内径と同等の外形をしＵ字型測定管路の入り口と出口にそれぞれ設けられた受信超音波プローブ１、受信超音波プローブ２と、前記送信超音波プローブ１、２に同時に発振信号を出力する発振回路と、受信超音波プローブ１と受信超音波プローブ２で検知した超音波の検知時間差を測定する測定部を備える構成としてあるので、プローブ間流路の断面全域にわたって超音波の走査を流れの方向と流れと逆方向へ同時に行うことが出来るので、再現性の高い流速を得ることが出来る。
【００６５】
また流体の流れる管路の形状がＵ字型で、前記Ｕ字型の端部横方向に入口をもち他端のＵ字型上部位置横方向に出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置からＵ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、Ｕ字型測定管路の入り口と出口にそれぞれ設けられた受信超音波プローブ１、受信超音波プローブ２とを設けた構成としてあるので、１つの送信超音波プローブで流れと同一方向と逆の方向へ同時に超音波出力がでるようになるので、同時に流れと同一方向と逆の方向の測定が出来るため、測定時間を短く出来、低消費電力の流速計を提供できる。
【００６６】
また流体の流れる管路の形状がＵ字型で、前記Ｕ字型の端部横方向に入口をもち他端のＵ字型上部位置横方向に出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置からＵ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、Ｕ字型測定管路の入り口と出口の両方の管路にまたがって設置された受信超音波プローブとを設けた構成としてあるので、１つの受信経路によって流れと同一方向と逆の方向との超音波受信信号を扱うようになるので、両経路によって、使用部品によるバラ付きを小さく押さえることが出来ると同時に受信超音波プローブが１つでよいので、精度が良く安価な流速計を実現できる。
【００６７】
また流体の流れる管路の形状がＵ字型で、Ｕ字型の端部横方向に入口をもち他端のＵ字型上部位置横方向に出口をもつＵ字型測定管路と、前記Ｕ字型底位置からＵ字型測定管路の入口及び出口へ向かって超音波を発射する送信超音波プローブと、前記Ｕ字型測定管路の入り口と出口に設けられた受信超音波プローブと、前記Ｕ字型の管路の入り口側及び出口側にさらに方向を変える管路を儲けＭ字型のＵ字型測定管路とした構成としてあるので、流れと同一方向と逆方向とのそれぞれ前後流路の条件をそろうので、流体の流れが流れと同一方向と逆方向との測定路で同等となるので、正確な流速の測定が出来る。
【００６８】
また流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波を受信する受信超音波プローブと、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記パルス幅測定器の出力が１定値を越えた場合には、演算部にあらかじめ設定された値を前記パルス幅から減じた値を超音波検知時間差として流速を求める構成としてあるので、流体の流れと順方向と逆方向の受信超音波プローブで超音波を受信するタイミングがほぼ同じで、受信信号が重なりパルス幅が広くなった場合に演算部に設定した１方向のみの超音波を受信した時の受信パルス幅データを減じた値を超音波検知時間差として用いることによって正確な超音波検知時間差を得ているので、同時送信による流速測定が低い流速でもできるようになり、低消費電力の流速計を提供できる。
【００６９】
また流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波プローブに発振出力を出力する発振回路と、超音波を受信する受信超音波プローブと、前記受信超音波プローブの出力と演算部出力によって動作する測定部と、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記測定部から得られる情報と前記パルス幅測定器の出力によって流速を求める演算部からなり、前記パルス幅測定器の出力が１定値を越えた場合には、流体の流れの方向への超音波の発振を止め測定し、その時得たパルス幅を、パルス幅測定器の出力から減じた値を超音波検知時間差として流速を求める構成としてあるので、流体の流れと順方向と逆方向の受信超音波プローブで超音波を受信するタイミングがほぼ同じで、受信信号が重なりパルス幅が広くなった場合に片側の超音波受信時間に相当するパルス幅測定することによって求めているので、温度であるとか、流速の影響でパルス幅が変動した場合でも正確な超音波検知時間差を得ることが出来るため、精度のよい流速計を同時超音波送信方法でも実現できる。
【００７０】
また流体の流れる管路と、流体の流れの方向及び逆の方向に超音波を同時に発射する送信超音波プローブと、前記超音波プローブに発振出力を出力する発振回路と、流れの上流方向と下流方向から来た超音波を超音波を受信する受信超音波プローブと、演算部出力と前記受信超音波プローブとの出力によって動作する測定部と、前記受信プローブの出力時間幅を測定するパルス幅測定器と、前記測定部から得られる情報と前記パルス幅測定器の出力によって流速を求める前記演算部からなり、前記パルス幅測定器の出力が１定値以下の場合には、パルス幅測定器の出力を超音波検知時間差として流体の流速を測定する構成としてあるので、流体の流れと順方向と逆方向の受信超音波プローブで超音波を受信するタイミングがほぼ同じで、受信信号が重なり、その重なりかたが位相が逆で重なった部分を打ち消しあうようなタイミングで受信した場合でも、超音波検知時間差としてパルス幅データを用いることによって、正確な超音波検知時間差を得ることが出来るので、低流速でも正確で、低消費電力の流速計を実現できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、１つの送信超音波プローブで、流れの順方向と逆方向への同時出力ができ、送信超音波プローブが１つですむことと、同時測定ができるので、すばやく測定を行うことが出来、消費電力を押さえた流速計を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態における流速計のブロック図
【図２】  本発明の第２の実施の形態における流速計のブロック図
【図３】  本発明の第３の実施の形態における流速計のブロック図
【図４】  同流速計における２つのカウンタの関係を説明する図
【図５】  本発明の第４の実施の形態における流速計のブロック図
【図６】  本発明の第５の実施の形態における流速計のブロック図
【図７】  本発明の第６の実施の形態における流速計のブロック図
【図８】  本発明の第７の実施の形態における流速計のブロック図
【図９】  本発明の第８の実施の形態における流速計のブロック図
【図１０】  本発明の第９の実施の形態における流速計のブロック図
【図１１】  同流速計における受信パルスの関係を示す図
【図１２】  本発明の第１０の実施の形態における流速計のブロック図
【図１３】  従来の流速計のブロック図
【符号の説明】
１  管路
２、３  送信超音波プローブ
４、５  受信超音波プローブ
６  発振回路
７  演算部
８  第１の測定部
９  第２の測定部
１０  遮蔽板
１２  位相反転回路
１３  第２の測定部
１５  Ｕ字型測定管路
１７  第１の送信超音波プローブ
１８  第２の送信超音波プローブ
１９  第１の受信超音波プローブ
２０  第２の受信超音波プローブ
２１  送信超音波プローブ
２２  受信超音波プローブ
２４  方向を変える管路
２５  パルス幅測定回路
【図１】
0003653829.tif 000002
【図２】
0003653829.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003653829.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003653829.tif 000011
【図１１】
0003653829.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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