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JP2001194196A - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計

Info

Publication number
JP2001194196A
JP2001194196A JP2000004586A JP2000004586A JP2001194196A JP 2001194196 A JP2001194196 A JP 2001194196A JP 2000004586 A JP2000004586 A JP 2000004586A JP 2000004586 A JP2000004586 A JP 2000004586A JP 2001194196 A JP2001194196 A JP 2001194196A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
forward direction
flow rate
flow
ultrasonic
reception
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000004586A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Matsushita
博 松下
Tadayuki Minami
忠幸 南
Yukio Kimura
幸雄 木村
Toru Hiroyama
徹 廣山
Yutaka Tanaka
豊 田中
Noriyuki Nabeshima
徳行 鍋島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Co Ltd
Aichi Tokei Denki Co Ltd
Toho Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
Aichi Tokei Denki Co Ltd
Toho Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Gas Co Ltd, Aichi Tokei Denki Co Ltd, Toho Gas Co Ltd filed Critical Osaka Gas Co Ltd
Priority to JP2000004586A priority Critical patent/JP2001194196A/ja
Publication of JP2001194196A publication Critical patent/JP2001194196A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力変動に伴う流量変動(脈動)による誤差
を小さくする。設置の自由度を増す。 【解決手段】 タイミングB1 で、超音波の送受信を順
方向に64回連続して繰り返し、総伝播時間T1 を測定
する。3秒後にタイミングB2 で、超音波の送受信を逆
方向に64回連続して繰り返し、総伝播時間T2 を測定
する。順方向と逆方向の総伝播時間T1 ,T2 に基いて
流速を求め流量や積算流量を演算する。タイミング
1 ,B2 ,B3 ,…はランダムに変化させる。変化さ
せる範囲は脈動の周期の大きな値250msの範囲で変
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は主としてガスメータ
用の超音波流量計に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】ガス供給
事業では、需要家のガス使用量を計量するのに専ら膜式
ガスメータを用いている。膜式ガスメータは容積流量計
(体積流量計)であるため、上下流に圧力変動を発生す
る機器が設置されていても計量誤差を生じることがな
い。
【0003】ところが、超音波流量計のような電子化計
量器では瞬間流量をとらえて、それを基に積算流量(ガ
ス使用量)を算出しているので、上下流に圧力変動を生
じる機器があると、圧力変動に伴う流量変動(脈動)の
悪影響を受ける。そして積算流量(ガス使用量)及び知
りたい平均的な瞬時流量の正確な値が得られないという
問題点があった。
【0004】超音波流量計のように一定の測定間隔で
は、瞬間的な測定のタイミングが圧力変動に伴う流量変
動(脈動)に同期すると、正確な積算流量や瞬間流量の
平均値が得られないことがあるためである。
【0005】そこで、本発明は前記問題点を解消できる
ガスメータ用に好適の超音波流量計を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、流路中の上流側と下流側に離れ
て配設され、かつ送信側にも受信側にも切換可能の超音
波送受波器を一対有し、流れの方向と同じ順方向に一定
の複数回連続して超音波の送受信を繰り返して順方向の
伝播時間を計測するとともに、送受波器を切り替えて流
れの方向と逆の逆方向に一定の複数回連続して超音波の
送受信を繰り返して逆方向の伝播時間を測定し、順方向
と逆方向の各総伝播時間に基いて流量及び又は積算流量
を求める超音波流量計であって、前記順方向測定と逆方
向測定との間隔をランダムに変化させたことを特徴とす
る超音波流量計である。
【0007】そして、請求項2の発明は、流路中の上流
側と下流側に離れて配設され、かつ送信側にも受信側に
も切換可能の超音波送受波器を一対有し、流れの方向と
同じ順方向に一定の複数回連続して超音波の送受信を繰
り返して順方向の伝播時間を計測するとともに、送受波
器を切り替えて流れの方向と逆の逆方向に一定の複数回
連続して超音波の送受信を繰り返して逆方向の伝播時間
を測定し、順方向と逆方向の各総伝播時間に基いて流量
及び又は積算流量を求める超音波流量計であって、前記
順方向測定と逆方向測定との間隔を規則的に変化させた
ことを特徴とする超音波流量計である。
【0008】これら請求項1と2の発明は、順方向測定
と逆方向測定との間隔が一定でなく、ランダム又は規則
的に変化するため、測定のタイミングが圧力変動に同期
する虞れがない。
【0009】請求項3の発明は、流路中の上流側と下流
側に離れて配設され、かつ送信側にも受信側にも切換可
能の超音波送受波器を一対有し、流れの方向と同じ順方
向に一定の複数回連続して超音波の送受信を繰り返して
順方向の伝播時間を計測するとともに、送受波器を切り
替えて流れの方向と逆の逆方向に一定の複数回連続して
超音波の送受信を繰り返して逆方向の伝播時間を測定
し、順方向と逆方向の各総伝播時間に基いて流量及び又
は積算流量を求める超音波流量計であって、前記順方向
測定と逆方向測定との時間間隔を、比較的大きい一定時
間付近で比較的小さい範囲でランダムに変化させ、かつ
前記小さい範囲を圧力変動の周期の範囲内に定めたこと
を特徴とする超音波流量計である。
【0010】そして、請求項4の発明は、流路中の上流
側と下流側に離れて配設され、かつ送信側にも受信側に
も切換可能の超音波送受波器を一対有し、流れの方向と
同じ順方向に一定の複数回連続して超音波の送受信を繰
り返して順方向の伝播時間を計測するとともに、送受波
器を切り替えて流れの方向と逆の逆方向に一定の複数回
連続して超音波の送受信を繰り返して逆方向の伝播時間
を測定し、順方向と逆方向の各総伝播時間に基いて流量
及び又は積算流量を求める超音波流量計であって、前記
順方向測定と逆方向測定との時間間隔を、比較的大きい
一定時間付近で比較的小さい範囲で規則的に変化させ、
かつ前記小さい範囲を圧力変動の周期の範囲内に定めた
ことを特徴とする超音波流量計である。
【0011】これら請求項3と4の発明は、順方向と逆
方向測定との時間間隔が、比較的大きい一定時間付近で
比較的小さい範囲でランダム又は規則的に変化するた
め、測定のタイミングが圧力変動に同期することを避け
られる。
【0012】比較的大きい一定時間は超音波流量計の電
池寿命からの要望に対応して決めることができる。
【0013】また、比較的小さい範囲は、発生し得る圧
力変動周期の最大値よりわずかに大きな値に定めるのが
良い。
【0014】
【発明の実施の形態】次に本発明の好ましい実施の形態
を図面の実施例に基づいて説明する。
【0015】〔実施例1〕図1において、1と2は流路
3中に、上流側と下流側に距離Lを離して配設され、か
つ送信側にも受信側にも切替可能な超音波送受波器で、
順方向の伝播時間を測定するときは、一方の送受波器1
を送信側として用いて超音波パルスを流速Vと同じ順方
向に送信する。この超音波パルスを受信側の送受波器2
で受信し、この受信と同時に送受波器1から2回目の送
信をし、この2回目の超音波パルスを送受波器2で受信
する。このようにして順方向に一定の複数(n)回連続
して超音波の送受信を繰り返して、伝播時間t1 のほぼ
n倍の総伝播時間T1 を測定する。
【0016】このとき、流路内の圧力変動に伴う流量変
動(脈動)が図2に示すように正弦波状に発生している
ため、順方向に連続して繰り返して送受信をn回行った
ときの総伝播時間T1 は、伝播時間t1 の必ずしもn倍
にはならない。
【0017】図2は、流動変動(脈動)の周期が40m
secで、平均流量Q0 に対する順方向伝播時間t1
0.4msec時の総伝播時間T1 を示すが、このとき
の繰り返しの送受信回数nが64回であるので、総伝播
時間T1 はほぼ伝播時間t1の64倍の25.6mse
cになるが、厳密には、25.6msecよりも小さい
値になる。それは、64回の連続した順方向の送受信が
図示P1 点から開始してP2 点で終了するとき、順方向
に伝播時間tが平均流量Qより小さいので、平均流
量Q0 に対し高めの測定値となるためである。
【0018】上記順方向の64回の総伝播時間T1 の測
定後、不定期な間隔Tをおいて、逆方向の64回の総伝
播時間T2 を測定する。それには、図1の送受波器2を
送信側として用い、送受波器1を受信側として用いるよ
うに順方向測定時とは送受波器を切り替え、送受波器2
から1への逆方向の送受信を連続的にn回(実施例では
64回)繰り返し、逆方向の伝播時間t2 のほぼ64倍
の総伝播時間T2 を測定する。
【0019】静止流体中の超音波の伝播速度をCとする
と、順方向伝播時間t1 と逆方向伝播時間t2 は流速V
を考慮してそれぞれ次の(1)式と(2)式であらわせ
る。
【0020】 t1 =L/(C+V) ・・・(1) t2 =L/(C−V) ・・・(2) また、順方向と逆方向にそれぞれ複数回(n回)連続し
て送受信を繰り返したときの総伝播時間T1 とT2 は、
(1)(2)式の両辺をn倍して、 T1 =nL/(C+V) ・・・(3) T2 =nL/(C−V) ・・・(4) であらわせる。
【0021】上記(3)(4)式から、流速Vを総伝播
時間T1 ,T2 の逆数差として次の(5)式で求めるこ
とができる。
【0022】 V=(nL/2)・{(1/T1 )−(1/T2 )}・・・(5) この流速Vに流路断面積を掛けて流量Qが算出でき、更
に積算することで積算流量が求められる。
【0023】そして、図2で説明したように、不定期の
間隔Tをランダムに変化させることで、測定を繰り返す
毎に積算流量の誤差が小さくなり、積算流量は限りなく
真値に近づく。
【0024】また、平均流量を必要とするときは、例え
ば数拾回の測定で得た流量の平均を求めることで、それ
が求められる。
【0025】〔実施例2〕上記実施例1で説明した図1
の構成で、測定の間隔を図3のようにすることで、電源
用電池の寿命を長くし、かつ少ない測定回数でより正確
な積算流量や平均流量を得ることができる。
【0026】この実施例では、図3に示すように、比較
的大きい一定時間(この場合は3秒)付近で、比較的小
さい250msecの範囲で順方向測定と逆方向測定の
時間間隔をランダムに変化させている。
【0027】Aは一定時間の3秒で、この時間は電池寿
命を考えた時間間隔である。B1 ,B2 ,B3 ,…は3
秒間隔の時点からのタイミングのずれで前記小さい範囲
内でランダムに変化する時間である。こうして毎回タイ
ミングをずらして測定する。
【0028】流量変動(脈動)の周波数は4Hz〜25
Hzの範囲で発生する。その周期は250msec〜4
0msecであるので、B1 ,B2 ,B3 ,…を、脈動
周期の最大値250msecの範囲で変化させること
で、どんな脈動にも対応できる。
【0029】このようにB1 ,B2 ,B3 ,…を圧力変
動(脈動)の周期の範囲内にすることで、少ない測定回
数で積算流量や平均流量をより真値に近づけることがで
きる。
【0030】なお図3で「第1回目測定」というのは、
第1回目のn回連続送受信による測定で、この測定で順
方向の総伝播時間T1 を得る。
【0031】そして、「第2回目の測定」は、第2回目
のn回連続送受信による測定で、この測定で逆方向の総
伝播時間T2 を得る。同様に第3回目以降を繰り返す。
【0032】
【発明の効果】本発明の超音波流量計は、上述のように
構成されていて、順方向と逆方向の測定がそれぞれ複数
回の連続測定であることから、流量の瞬時値よりはより
平均値に近い値が測定でき、更に測定のタイミングをラ
ンダム又は規則的に変化させるので、脈動に同期してし
まう虞れがなく、脈動の悪影響を受けないで積算流量や
平均流量の正確な値が得られる。
【0033】そして請求項3と4では、電池寿命の延長
が期待でき、かつ少ない測定回数で正確な積算流量と平
均流量を得られる。
【0034】そのため、流量変動(脈動)を減らすよう
な特別な構造が不要となり、流量計のコスト低減に寄与
する。
【0035】更に又、上下流の悪影響を受けないので自
由に設置でき、設置の自由度が増した。
【図面の簡単な説明】
【図1】超音波流量計の略図である。
【図2】本発明の実施例1の作用を説明する図である。
【図3】本発明の実施例2の作用を説明する図である。
【符号の説明】
1,2 超音波送受波器 3 流路 T1 順方向の総伝播時間 T2 逆方向の総伝播時間 Q 流量 Q0 平均流量 T 不定期な間隔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 博 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 南 忠幸 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 木村 幸雄 名古屋市熱田区桜田町19番18号 東邦瓦斯 株式会社内 (72)発明者 廣山 徹 名古屋市熱田区桜田町19番18号 東邦瓦斯 株式会社内 (72)発明者 田中 豊 愛知県名古屋市熱田区千年一丁目2番70号 愛知時計電機株式会社内 (72)発明者 鍋島 徳行 愛知県名古屋市熱田区千年一丁目2番70号 愛知時計電機株式会社内 Fターム(参考) 2F035 DA19 GA03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流路中の上流側と下流側に離れて配設さ
    れ、かつ送信側にも受信側にも切換可能の超音波送受波
    器を一対有し、流れの方向と同じ順方向に一定の複数回
    連続して超音波の送受信を繰り返して順方向の伝播時間
    を計測するとともに、送受波器を切り替えて流れの方向
    と逆の逆方向に一定の複数回連続して超音波の送受信を
    繰り返して逆方向の伝播時間を測定し、順方向と逆方向
    の各総伝播時間に基いて流量及び又は積算流量を求める
    超音波流量計であって、 前記順方向測定と逆方向測定との間隔をランダムに変化
    させたことを特徴とする超音波流量計。
  2. 【請求項2】 流路中の上流側と下流側に離れて配設さ
    れ、かつ送信側にも受信側にも切換可能の超音波送受波
    器を一対有し、流れの方向と同じ順方向に一定の複数回
    連続して超音波の送受信を繰り返して順方向の伝播時間
    を計測するとともに、送受波器を切り替えて流れの方向
    と逆の逆方向に一定の複数回連続して超音波の送受信を
    繰り返して逆方向の伝播時間を測定し、順方向と逆方向
    の各総伝播時間に基いて流量及び又は積算流量を求める
    超音波流量計であって、 前記順方向測定と逆方向測定との間隔を規則的に変化さ
    せたことを特徴とする超音波流量計。
  3. 【請求項3】 流路中の上流側と下流側に離れて配設さ
    れ、かつ送信側にも受信側にも切換可能の超音波送受波
    器を一対有し、流れの方向と同じ順方向に一定の複数回
    連続して超音波の送受信を繰り返して順方向の伝播時間
    を計測するとともに、送受波器を切り替えて流れの方向
    と逆の逆方向に一定の複数回連続して超音波の送受信を
    繰り返して逆方向の伝播時間を測定し、順方向と逆方向
    の各総伝播時間に基いて流量及び又は積算流量を求める
    超音波流量計であって、 前記順方向測定と逆方向測定との時間間隔を、比較的大
    きい一定時間付近で比較的小さい範囲でランダムに変化
    させ、かつ前記小さい範囲を圧力変動の周期の範囲内に
    定めたことを特徴とする超音波流量計。
  4. 【請求項4】 流路中の上流側と下流側に離れて配設さ
    れ、かつ送信側にも受信側にも切換可能の超音波送受波
    器を一対有し、流れの方向と同じ順方向に一定の複数回
    連続して超音波の送受信を繰り返して順方向の伝播時間
    を計測するとともに、送受波器を切り替えて流れの方向
    と逆の逆方向に一定の複数回連続して超音波の送受信を
    繰り返して逆方向の伝播時間を測定し、順方向と逆方向
    の各総伝播時間に基いて流量及び又は積算流量を求める
    超音波流量計であって、 前記順方向測定と逆方向測定との時間間隔を、比較的大
    きい一定時間付近で比較的小さい範囲で規則的に変化さ
    せ、かつ前記小さい範囲を圧力変動の周期の範囲内に定
    めたことを特徴とする超音波流量計。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007017157A (ja) * 2005-07-05 2007-01-25 Aichi Tokei Denki Co Ltd 超音波流量計
JP2014092466A (ja) * 2012-11-05 2014-05-19 Tokyo Gas Co Ltd 超音波流量計
JP2020161306A (ja) * 2019-03-26 2020-10-01 大阪瓦斯株式会社 燃料電池システム

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