JP5046330B2 - Ultrasonic flowmeter and ultrasonic transducer unit - Google Patents
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Description
本発明は、1対の計測用超音波送受波器間で送受波される超音波を、計測ハウジングの流路内を流れる流体に伝播させて、その伝播時間に基づいて流体の流量を計測する超音波流量計及び、超音波流量計に取り付けられる超音波送受波器ユニットに関する。 The present invention propagates ultrasonic waves transmitted and received between a pair of measurement ultrasonic transducers to a fluid flowing in the flow path of the measurement housing, and measures the flow rate of the fluid based on the propagation time. The present invention relates to an ultrasonic flowmeter and an ultrasonic transducer unit attached to the ultrasonic flowmeter.
この種の従来の超音波流量計として、1対の超音波送受波器をゴム製の防振部材を介して計測管に固定することで、超音波送受波器から計測管の管壁へと伝播する超音波(所謂、筐体ノイズ)を低減させたものが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
しかしながら、上述した従来の超音波流量計では、温度が低下してゴムが硬化すると、筐体ノイズを十分に低減することができなくなり、計測精度が悪化するという問題があった。 However, the above-described conventional ultrasonic flowmeter has a problem that when the temperature is lowered and the rubber is cured, the housing noise cannot be sufficiently reduced and the measurement accuracy is deteriorated.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、精度よく流量計測を行うことが可能な超音波流量計及び超音波送受波器ユニットの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an ultrasonic flowmeter and an ultrasonic transducer unit that can accurately measure a flow rate.
上記目的を達成するためになされた請求項1の発明に係る超音波流量計は、流体が流れる流路を有した計測ハウジングに、流路の上流側と下流側とに分けて1対の送受波器固定壁を設けると共にそれら1対の送受波器固定壁の互いの対向面に1対の計測用超音波送受波器を固定し、1対の計測用超音波送受波器の間で送受波される超音波を流路内の流体に伝播させて、その伝播時間に基づいて流体の流量を計測する超音波流量計において、1対の送受波器固定壁のうち互いの対向面と反対側の面にそれぞれ固定され、計測用超音波送受波器が送波する超音波と逆位相の超音波を送波して、計測用超音波送受波器から送受波器固定壁に伝播する超音波をキャンセルさせるための1対のノイズキャンセル用超音波送受波器を備えたところに特徴を有する。 In order to achieve the above object, an ultrasonic flowmeter according to the first aspect of the present invention provides a measurement housing having a flow path through which a fluid flows, and a pair of transmission / reception divided into an upstream side and a downstream side of the flow path. A pair of ultrasonic transducers for measurement are fixed on the opposing surfaces of the pair of fixed transducers and a pair of ultrasonic transducers for transmission / reception are provided. In an ultrasonic flowmeter that propagates waved ultrasonic waves to the fluid in the flow path and measures the flow rate of the fluid based on the propagation time, it is opposite to the opposing surface of the pair of transducer fixed walls Ultrasonic waves that are fixed to the side surfaces and that transmit ultrasonic waves that are opposite in phase to the ultrasonic waves that are transmitted by the measurement ultrasonic transducer and propagate from the measurement ultrasonic transducer to the transducer fixed wall. Features a pair of noise canceling ultrasonic transducers for canceling sound waves To.
請求項2の発明は、請求項1に記載の超音波流量計において、ノイズキャンセル用超音波送受波器は、送受波器固定壁に伝播する超音波を受波可能に構成され、計測用超音波送受波器が超音波を受波して出力する計測用受波信号と、その受波側の計測用超音波送受波器と同じ送受波器固定壁に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器が超音波を受波して出力するノイズキャンセル用受波信号とに基づいて、計測用受波信号のうち計測用超音波送受波器が送受波器固定壁を介して受波した超音波による受波ノイズ成分をキャンセルする受波信号処理部を備えたところに特徴を有する。 According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic flowmeter according to the first aspect, the noise canceling ultrasonic transducer is configured to be able to receive an ultrasonic wave propagating to the transducer fixed wall, and to measure the ultrasonic flowmeter. Measurement signal received and output by ultrasonic transmitter / receiver, and noise canceling ultrasonic transmitter / receiver fixed to the same transmitter / receiver fixed wall as the measurement ultrasonic transmitter / receiver on the receiving side. Based on the received signal for noise cancellation that is output by the wave receiving device, the ultrasonic wave received by the measuring ultrasonic transducer through the fixed wall of the measuring device is received. It is characterized in that it includes a received signal processing unit that cancels received noise components due to sound waves.
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の超音波流量計において、計測用超音波送受波器とノイズキャンセル用超音波送受波器とは、同一構造かつ同一サイズの超音波送受波器であるところに特徴を有する。
The invention according to claim 3 is the ultrasonic flowmeter according to
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載の超音波流量計において、計測ハウジングには、直線状に延びた管構造をなしかつ両端寄り位置の側面に流体流入部及び流体流出部を有した計測管部と、計測管部の両端を閉塞する1対の端部閉塞壁とが備えられ、1対の送受波器固定壁を、計測管部のうち流体流入部と端部閉塞壁との間と、流体流出部と端部閉塞壁との間とに配置して、計測管部の内部に固定したところに特徴を有する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the ultrasonic flowmeter according to any one of the first to third aspects, the measurement housing has a linearly extending tube structure, and a fluid inflow portion and a fluid are formed on side surfaces near both ends. A measuring tube portion having an outflow portion and a pair of end blocking walls that close both ends of the measuring tube portion are provided, and the pair of transducer fixed walls are connected to the fluid inflow portion and the end of the measuring tube portion. It is characterized in that it is arranged between the part closing wall and between the fluid outflow part and the end closing wall and fixed inside the measuring pipe part.
請求項5の発明は、請求項4に記載の超音波流量計において、1対の送受波器固定壁を平板形状にして、計測管部の両端に送受波器固定壁と端部閉塞壁とに挟まれた1対の端部区画領域を設け、1対の送受波器固定壁を貫通して、計測管部のうち1対の送受波器固定壁の間の領域と、1対の端部区画領域とを連通した連通路を備えたところに特徴を有する。 A fifth aspect of the invention is the ultrasonic flowmeter according to the fourth aspect, wherein the pair of transducer fixing walls is formed into a flat plate shape, and the transducer fixing wall and the end blocking wall are formed at both ends of the measurement pipe portion. A pair of end section regions sandwiched between two regions, penetrating a pair of transducer fixed walls, a region between the pair of transducer fixed walls in the measurement tube section, and a pair of ends It is characterized in that it has a communication path that communicates with the partial section area.
請求項6の発明に係る超音波送受波器ユニットは、超音波流量計のうち流体が流れる流路を有した計測ハウジングに対をなして取り付けられ、超音波を送受波して流体の流量の計測に用いられる超音波送受波器ユニットであって、計測ハウジングに外縁部が固定される送受波器固定壁と、送受波器固定壁の表側面に固定されて流路を流れる流体に向けて超音波を送波可能な計測用超音波送受波器と、送受波器固定壁の裏側面に固定されて、計測用超音波送受波器が送波する超音波と逆位相の超音波を送波して、計測用超音波送受波器から送受波器固定壁に伝播する超音波をキャンセルさせるためのノイズキャンセル用超音波送受波器とを備えたところに特徴を有する。 The ultrasonic transducer unit according to the invention of claim 6 is attached in pairs to a measurement housing having a flow path through which a fluid flows in an ultrasonic flowmeter, and transmits and receives ultrasonic waves to measure the flow rate of the fluid. An ultrasonic transducer unit used for measurement, which is directed to a transducer fixed wall whose outer edge is fixed to a measurement housing, and a fluid that is fixed to the front side of the transducer fixed wall and flows through a flow path An ultrasonic transducer for measurement that can transmit ultrasonic waves, and an ultrasonic wave that is fixed to the back side of the fixed wall of the transducer and that is opposite in phase to the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic transducer for measurement. A noise canceling ultrasonic transducer for canceling the ultrasonic wave transmitted from the measuring ultrasonic transducer to the transducer fixing wall is characterized.
[請求項1及び6の発明]
上記のように構成した請求項1及び6に係る発明によれば、1対の計測用超音波送受波器の間で超音波を送受波した場合に、送波側の計測用超音波送受波器と同じ送受波器固定壁に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器が、送波側の計測用超音波送受波器が送波する超音波と逆位相の超音波を送波するので、計測用超音波送受波器から送受波器固定壁へと伝播する超音波がキャンセルされる(打ち消される)。即ち、計測用超音波送受波器からの超音波の送波に伴って、送受波器固定壁を介して計測ハウジングへと伝播する超音波(所謂、筐体ノイズ)を低減或いは無くすことができる。これにより、精度よく流量計測を行うことができる。
[Inventions of
According to the inventions according to
[請求項2の発明]
請求項2に係る発明によれば、計測ハウジング及び送受波器固定壁を超音波が伝播した場合に、受波側の計測用超音波送受波器は、流体中を伝播した超音波と、計測ハウジング及び送受波器固定壁を伝播した超音波とを両方とも受波する。また、受波側の計測用超音波送受波器と同じ送受波器固定壁に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器は、計測ハウジング及び送受波器固定壁を伝播した超音波だけを受波する。そして、計測用超音波送受波器が受波して出力する計測用受波信号と、ノイズキャンセル用超音波送受波器が受波して出力するノイズキャンセル用受波信号とに基づいて、計測用受波信号のうち、計測用超音波送受波器が送受波器固定壁を介して受波した受波ノイズ成分(即ち、筐体ノイズ)をキャンセルするから、仮に、送波側の計測用超音波送受波器から送受波器固定壁を介して計測ハウジングへと伝播する超音波を十分に低減できなかった場合でも、その影響を排除して精度よく流量計測を行うことができる。
[Invention of claim 2]
According to the invention according to claim 2, when the ultrasonic wave propagates through the measurement housing and the transducer fixed wall, the ultrasonic transducer for measurement on the wave receiving side includes the ultrasonic wave propagated in the fluid and the measurement. Both the ultrasonic waves propagated through the housing and the transducer fixed wall are received. In addition, the noise canceling ultrasonic transducer fixed to the same transducer fixed wall as the measurement-side ultrasonic transducer on the reception side receives only the ultrasonic waves propagated through the measurement housing and the transducer fixed wall. To wave. Measurement is performed based on the measurement reception signal received and output by the measurement ultrasonic transducer and the noise cancellation reception signal received and output by the noise cancellation ultrasonic transducer. Among the received signals, the measurement ultrasonic transmitter / receiver cancels the received noise component (ie, housing noise) received through the transmitter / receiver fixed wall. Even when the ultrasonic wave propagating from the ultrasonic transducer to the measurement housing through the transducer fixed wall cannot be sufficiently reduced, the influence can be eliminated and the flow rate can be accurately measured.
[請求項3の発明]
請求項3の発明によれば、計測用超音波送受波器とノイズキャンセル用超音波送受波器とを共通の超音波送受波器で構成することができるから、部品調達や部品管理の手間を軽減することができる。
[Invention of claim 3]
According to the invention of claim 3, since the ultrasonic transducer for measurement and the ultrasonic transducer for noise cancellation can be constituted by a common ultrasonic transducer, the labor of parts procurement and parts management is reduced. Can be reduced.
[請求項4の発明]
請求項4の発明によれば、ノイズキャンセル用超音波送受波器は、計測管部及び端部閉塞壁によって側方及び超音波の送受波面が覆われているから、計測ハウジングの外部からの不要な超音波を受波することを防止することができる。
[Invention of claim 4]
According to the invention of claim 4, the ultrasonic transducer for noise cancellation is unnecessary from the outside of the measurement housing because the side and the ultrasonic transmission / reception surface are covered by the measurement tube portion and the end blocking wall. It is possible to prevent reception of various ultrasonic waves.
[請求項5の発明]
請求項5の発明によれば、計測管部のうち、1対の送受波器固定壁の間の領域には、流体流入部から流入した流体が流れ、1対の端部区画領域には、それぞれノイズキャンセル用超音波送受波器が収容される。そして、計測管部を流れる流体の一部が連通路を通って1対の端部区画領域に流入するから、計測用超音波送受波器と同一条件下で、ノイズキャンセル用超音波送受波器による超音波の送受波を行うことができる。
[Invention of claim 5]
According to invention of Claim 5, the fluid which flowed in from the fluid inflow part flows into the area | region between a pair of transducer fixing wall among a measurement pipe part, and a pair of edge part division area | region has, Each of them accommodates an ultrasonic transducer for noise cancellation. And since a part of fluid which flows through a measurement pipe part flows in into a pair of end section area through a communicating passage, it is the ultrasonic transducer for noise cancellation under the same conditions as an ultrasonic transducer for measurement. Can transmit and receive ultrasonic waves.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。
図1における符号11は、超音波流量計10(図2参照)における計測ハウジングであって、流体(例えばガス)が流れる送給管の途中に取り付けられている。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
計測ハウジング11は、両端部が1対の端部閉塞壁15,15によって閉塞された直線状の計測管部12を備え、その計測管部12の内部に流体が流れる流路12Aが形成されている。流路12Aは、長手方向の両端部に備えた大径部13,13と、その大径部13,13に対して段付き状に縮径した小径部14とから構成されており、小径部14の内径は一定となっている。
The
計測管部12の長手方向の両端寄り位置からは2つの円筒部19,19が、長手方向に対して直角に起立している。円筒部19,19のうち、一方の円筒部19(図1における右側の円筒部19)の内部領域は、流路12Aに流体を導入するための流体流入路19Aであって流路12Aの一方の大径部13に連通している。また、他方の円筒部19(図1における左側の円筒部19)の内部領域は、流路12Aを通過した流体を排出するための流体流出路19Bであって、他方の大径部13に連通している。そして、両円筒部19,19に図示しない送給管が接続されると、図1の矢印に示すように、流路12Aの長手方向(図1の左右方向)の一端側から他端側に向かって流体が流れる。なお、一方の円筒部19は本発明の「流体流入部」に相当し、他方の円筒部19は本発明の「流体流出部」に相当する。
Two
流路12Aのうち大径部13,13の内側には、本願の請求項7の発明に係る超音波送受波器ユニット60,60が固定されている。超音波送受波器ユニット60,60は、送受波器固定板18(本発明の「送受波器固定壁」に相当する)に計測用超音波送受波器20とノイズキャンセル用超音波送受波器30とを背中合わせに固定してなる。
超音波送受波器ユニット60のうち送受波器固定板18は、大径部13の内径よりも大径でかつ板厚方向の両面が平坦な円板状をなしている。そして、大径部13,13の内周面のうち、両円筒部19,19の内部開口よりも計測管部12の両端(端部閉塞壁15,15)寄り位置に陥没形成された環状の嵌合溝17,17に、各送受波器固定板18,18の外周縁部が嵌合されている。
In the
送受波器固定板18,18のうち、流路12Aを挟んで対向した対向面18A,18A(本願請求項7における「表側面」に相当する)には、それぞれ計測用超音波送受波器20,20が固定されている。計測用超音波送受波器20,20は、流路12Aの軸線上に配置されており、全体として扁平な円柱構造をなしている。詳細には、計測用超音波送受波器20の前端部は円錐台形状をなし、前端面が超音波の送受波面20Aとなっている。
The
送受波器固定板18,18のうち、計測用超音波送受波器20,20が固定された対向面18A,18Aと反対側の面18B,18B(本願請求項7における「裏側面」に相当する)には、計測用超音波送受波器20,20と同一構造でかつ同一サイズのノイズキャンセル用超音波送受波器30,30が固定されている。即ち、送受波器固定板18を挟んで計測用超音波送受波器20と背中合わせにしてノイズキャンセル用超音波送受波器30が固定されており、これにより計測用超音波送受波器20,20と、ノイズキャンセル用超音波送受波器30,30とが流路12Aの軸線上に並べて配置されている。
Of the
また、計測管部12のうち、送受波器固定板18,18と端部閉塞壁15,15との間には、送受波器固定板18,18によって流路12Aと断絶されかつ閉塞された端部区画領域16,16が形成され、ここに各送受波器固定板18,18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30,30がそれぞれ収容されている。ノイズキャンセル用超音波送受波器30,30を端部区画領域16,16に収容したことで、ノイズキャンセル用超音波送受波器30,30が、計測ハウジング11の外部からの不要な超音波を受波することが防がれる。
Further, in the measuring
なお、端部区画領域16,16には、流路12Aに流れる流体(流量の計測対象である流体)と同じ流体(本実施形態ではガス)が封入されている。
Note that the
図2に示すように、計測用超音波送受波器20,20は、送受切替部41からの切替信号によって制御され、一方が発信駆動回路42に接続されて送波器になると、他方が受信検知回路43に接続されて受波器になり、所定のタイミングでそれら送波器と受波器とが切り替えられる。
As shown in FIG. 2, the
発信駆動回路42は、演算部45から発信指令を受信すると、送波側の計測用超音波送受波器20を励振させて超音波を送波させる。具体的には、図3に示すように、駆動波生成部42Aにて駆動パルスを生成し、その駆動パルスによって計測用超音波送受波器20から超音波を送波させる。
When receiving a transmission command from the
受信検知回路43では、受波側の計測用超音波送受波器20が超音波を受波して出力する計測用受波信号が所定値になったときに、時間計測部44に対して検知信号を出力する。
The
時間計測部44は、送波側の計測用超音波送受波器20が超音波を送波してから、受波側の計測用超音波送受波器20が超音波を受波する迄の伝播時間を計測する。具体的には、演算部45から発信駆動回路42に対して発信指令が出力されたときに時間計測部44のタイマがスタートし、受信検知回路43から検知信号が入力したときにタイマがストップする。
The
演算部45は、時間計測部44にて計測された超音波の伝播時間を取り込む。そして、1対の計測用超音波送受波器20,20の一方から他方に向けて超音波を送受波したときの伝播時間と、他方から一方に向けて超音波を送受波したときの伝播時間との差に基づいて、公知な演算式により流体の流速及び流量を演算する。例えば、伝播時間の逆数の差が流速に比例するという原理に基づいて流速及び流量を演算する。
The
さて、本発明の超音波流量計10では、計測用超音波送受波器20,20のみならず、ノイズキャンセル用超音波送受波器30,30も送受切替部41からの信号によって制御される。具体的には、一方の計測用超音波送受波器20が発信駆動回路42に接続されると、その一方の計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定された一方のノイズキャンセル用超音波送受波器30も発信駆動回路42に接続される。このとき、受波側となった他方の計測用超音波送受波器20は受信検知回路43に接続されるが、その計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定された他方のノイズキャンセル用超音波送受波器30は、発信駆動回路42及び受信検知回路43の何れにも接続されない。
In the
そして、送波側の計測用超音波送受波器20が超音波を送波すると、その計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30から、計測用超音波送受波器20が送波する超音波と逆位相の超音波が送波される(図3参照)。
Then, when the measurement
ここで、計測用超音波送受波器20が超音波を送波すると、その計測用超音波送受波器20から送受波器固定板18に対して、例えば、図4(A)に示す波形の超音波が伝播する。
Here, when the measurement
これに対し、送波側の計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30が超音波を送波すると、そのノイズキャンセル用超音波送受波器30から送受波器固定板18に対して、例えば、図4(B)に示す波形の超音波が伝播する。即ち、送受波器固定板18には、計測用超音波送受波器20とノイズキャンセル用超音波送受波器30との両方から互いに逆位相の超音波が伝播する。
On the other hand, when the noise canceling
これにより、送波側の計測用超音波送受波器20から送受波器固定板18へと伝播した超音波を、その計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30から送受波器固定板18へと伝播する超音波によってキャンセルする(打ち消す)ことができる。
Thereby, the ultrasonic wave propagated from the measurement
なお、他方の計測用超音波送受波器20から一方の計測用超音波送受波器20に向けて超音波を送波する場合もこれと同様であって、他方の計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30が、計測用超音波送受波器20が送波する超音波と逆位相の超音波を送波する。
The same applies to the case where ultrasonic waves are transmitted from the other measurement
このように、本実施形態によれば、1対の計測用超音波送受波器20,20の間で超音波を送受波した場合に、送波側の計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30が、送波側の計測用超音波送受波器20が送波する超音波と逆位相の超音波を送波するので、送波側の計測用超音波送受波器20から送受波器固定板18へと伝播する超音波がキャンセルされる(打ち消される)。即ち、計測用超音波送受波器20からの超音波の送波に伴って、送受波器固定板18を介して計測ハウジング11へと伝播する超音波(所謂、筐体ノイズ)を低減或いは無くすことができる。これにより、精度よく流量計測を行うことができる。また、送受波器固定板18,18を平板状にして、端部区画領域16,16と流路12Aとを断絶状態にしたので、ノイズキャンセル用超音波送受波器30,30から送波され端部閉塞壁15,15に反射した超音波が流路12A内に進入することを防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, when ultrasonic waves are transmitted and received between the pair of measurement
[第2実施形態]
この第2実施形態は、超音波を送受波する際のノイズキャンセル用超音波送受波器30,30と発信駆動回路42及び受信検知回路43との接続状態及び、受信検知回路43における処理が、上記第1実施形態とは異なる。
[ Second Embodiment]
In the second embodiment, the connection state between the
具体的には、図5に示すように、1対の計測用超音波送受波器20,20の間で超音波を送受波する場合に、受波側の計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30は受信検知回路43に接続されると共に、送波側の計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30は発信駆動回路42に接続される。
Specifically, as shown in FIG. 5 , when ultrasonic waves are transmitted and received between a pair of measurement
送波側の計測用超音波送受波器20が超音波を送波すると、その計測用超音波送受波器20から送受波器固定板18に対して、例えば、図4(A)に示す波形の超音波が伝播する。
When the measurement
これに対し、送波側の計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30が超音波を送波すると、そのノイズキャンセル用超音波送受波器30から送受波器固定板18に対して、例えば、図4(B)に示す波形の超音波が伝播する。即ち、送受波器固定板18には、計測用超音波送受波器20とノイズキャンセル用超音波送受波器30との両方から互いに逆位相の超音波が伝播する。
On the other hand, when the noise canceling
これにより、送波側の計測用超音波送受波器20から送受波器固定板18に伝わった超音波を、その計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30から送受波器固定板18に伝わった超音波によって打ち消すことができる。よって、計測用超音波送受波器20からの超音波の送波に伴って計測ハウジング11及び送受波器固定板18,18を伝播する超音波(所謂、筐体ノイズ)を低減或いは無くすことができる。
As a result, the ultrasonic waves transmitted from the measurement-side
また、万が一、送波側の計測用超音波送受波器20から送受波器固定板18に伝播する超音波(筐体ノイズ)を十分に低減できなかった場合は、以下のようである。
If the ultrasonic wave (casing noise) propagating from the measuring
即ち、受波側の計測用超音波送受波器20は、流路12Aを流れる流体中を伝播した超音波と、計測ハウジング11及び送受波器固定板18,18を伝播した超音波との両方を受波する。なお、図7(A)には、送波側の計測用超音波送受波器20が受波して出力する計測用受波信号の一例が示されている。これに対し、受波側の計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30では、流体中を伝播した超音波は受波されず、計測ハウジング11及び送受波器固定板18,18を伝播した超音波だけが受波される。なお、図7(B)には、ノイズキャンセル用超音波送受波器30が受波して出力するノイズキャンセル用受波信号の一例が示されている。
That is, the receiving-side measurement
図6に示すように、受信検知回路43では、計測用超音波送受波器20による計測用受波信号とノイズキャンセル用超音波送受波器30によるノイズキャンセル用受波信号とを取り込んでそれらを増幅し、減算器43Aにて、計測用受波信号からノイズキャンセル用受波信号を減算処理する。これにより、計測用受波信号のうち、計測用超音波送受波器20が計測ハウジング11及び送受波器固定板18,18を介して受波した超音波による受波ノイズ成分(ノイズキャンセル用受波信号)をキャンセルする。なお、図7(C)には、受波ノイズ成分をキャンセルした後の計測用受波信号の一例が示されている。
As shown in FIG. 6, the
そして、受波ノイズ成分をキャンセルした後の計測用受波信号が所定値に達したか否かを受信点検知部43Bにて判定し、所定値に達したと判定されたときに、受信検知回路43は時間計測部44に対して検知信号を出力する。これにより、時間計測部44のタイマが停止され、1対の計測用超音波送受波器20,20の間で流体中を伝播した超音波の伝播時間が計測される。なお、受信検知回路43は、本発明の「受波信号処理部」に相当する。
Then, the reception
その他の構成については上記第1実施形態と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations, and duplicate descriptions are omitted.
このように、本実施形態によれば、1対の計測用超音波送受波器20,20の間で超音波を送受波した場合に、送波側の計測用超音波送受波器20と同じ送受波器固定板18に固定されたノイズキャンセル用超音波送受波器30が、送波側の計測用超音波送受波器20が送波する超音波と逆位相の超音波を送波するので、送波側の計測用超音波送受波器20から送受波器固定板18へと伝播する超音波がキャンセルされる(打ち消される)。即ち、計測用超音波送受波器20からの超音波の送波に伴って、送受波器固定板18を介して計測ハウジング11へと伝播する超音波(所謂、筐体ノイズ)を低減或いは無くすことができる。これにより、精度よく流量計測を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, when ultrasonic waves are transmitted and received between the pair of measurement
万が一、送波側の計測用超音波送受波器20から送受波器固定板18を介して計測ハウジング11へと伝播する超音波を十分に低減できなかった場合でも、計測用超音波送受波器20が受波して出力する計測用受波信号(図7(A)参照)と、ノイズキャンセル用超音波送受波器30が受波して出力するノイズキャンセル用受波信号(図7(B)参照)とに基づいて、計測用受波信号のうち、計測用超音波送受波器20が送受波器固定板18を介して受波した受波ノイズ成分(即ち、筐体ノイズ)をキャンセルすることができるから、精度よく流量計測を行うことができる。
Even if the ultrasonic wave propagating from the measurement
[他の実施形態]
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the embodiments described below are also included in the technical scope of the present invention, and various other than the following can be made without departing from the scope of the invention. It can be changed and implemented.
(1)図8に示すように、両送受波器固定板18に連通路18Cを貫通形成して、端部区画領域16,16と流路12Aとを連通させておき、流路12Aを通過する流体の一部が、連通路18Cから端部区画領域16,16に流入するようにしてもよい。このようにすれば、端部区画領域16,16内に流路12Aを流れる流体が流れ込んで、計測用超音波送受波器20,20と同一条件(例えば、濃度、圧力、温度)の下で、ノイズキャンセル用超音波送受波器30,30による超音波の送受波を行うことができる。なお、連通路18Cは、送受波器固定板18の外縁部の一部を切り欠いて形成してもよい。
(1) As shown in FIG. 8 , a communication path 18C is formed through both the
(2)送受波器固定板18と計測ハウジング11は別部品であったが、これらを一体形成してもよい。
(2) Although the
(3)図9に示すように、計測ハウジング11の計測管部12を両端開放の筒形構造とし、その両開口部12B,12B(図9には一方の開口部12Bのみが示されている)に、計測管部12とは別部品のキャップ部材50,50を嵌合或いは螺合することで、両開口部12B,12Bを閉塞しかつ、超音波送受波器ユニット60,60を計測ハウジング11内に固定する構成としてもよい。より具体的には、キャップ部材50は、開口部12Bの内側に嵌合或いは螺合する筒壁50Aと筒壁50Aの一端を閉塞して側方に張り出した端部閉塞壁50Bとから構成し、計測管部12の開口部12Bから超音波送受波器ユニット60を挿入嵌合してから、その開口部12Bの内側にキャップ部材50の筒壁50Aを嵌合或いは螺合することで、送受波器固定板18の外縁部を筒壁50Aの先端と計測管部12の内面段差部12Cとの間で挟持する構成としてもよい。なお、この場合、筒壁50Aの外周面と開口部12Bの内周面との間或いは、端部閉塞壁50Bと計測管部12の端面との間をシール部材(図示せず)でシールすることが好ましい。
(3) As shown in FIG. 9 , the
(4)また、計測管部12を縦割りに(軸方向に平行な平面で)分割してなる1対の計測管構成体のうち、一方の計測管構成体に形成された嵌合溝17に、超音波送受波器ユニット60の送受波器固定板18を嵌合しておき、その状態で、計測管構成体同士を合体することで、超音波送受波器ユニット60,60を計測ハウジング11の内部に固定してもよい。
(4) In addition, the
(5)上記第1〜第2実施形態では、計測用超音波送受波器20,20及びノイズキャンセル用超音波送受波器30,30を、流路12Aの軸線上に並べて配置した構成であったが、図10に示すように、流路12Aの軸線に対して斜めに交差する方向に並べて配置してもよい。
(5) In the first to second embodiments, the measurement
(6)送受波器固定板18,18は、計測管部12の内周面の全周に嵌合されていたが、図11に示すように計測管部12の内周面の一部だけに嵌合されていてもよい。
(6)
10 超音波流量計
11 計測ハウジング
12 計測管部
12A 流路
15 端部閉塞壁
16 端部区画領域
18 送受波器固定板(送受波器固定壁)
18A 対向面(表側面)
18B 対向面と反対側の面(裏側面)
19 円筒部(流体流入部、流体流出部)
20 計測用超音波送受波器
30 ノイズキャンセル用超音波送受波器(受波ノイズキャンセル用超音波送受波器)
43 受信検知回路(受波信号処理部)
50B 端部閉塞壁
60 超音波送受波器ユニット
DESCRIPTION OF
18A Opposing surface (front side)
18B Opposite side and opposite side (back side)
19 Cylindrical part (fluid inflow part, fluid outflow part)
20 Ultrasonic transducer for
43 Reception detection circuit (received signal processor)
50B
Claims (6)
前記1対の計測用超音波送受波器の間で送受波される超音波を前記流路内の流体に伝播させて、その伝播時間に基づいて流体の流量を計測する超音波流量計において、
前記1対の送受波器固定壁のうち互いの対向面と反対側の面にそれぞれ固定され、前記計測用超音波送受波器が送波する超音波と逆位相の超音波を送波して、前記計測用超音波送受波器から前記送受波器固定壁に伝播する超音波をキャンセルさせるための1対のノイズキャンセル用超音波送受波器を備えたことを特徴とする超音波流量計。 A measurement housing having a flow path through which a fluid flows is provided with a pair of transducer fixed walls separately on the upstream side and the downstream side of the flow path, and the opposing surfaces of the pair of transducer fixed walls A pair of ultrasonic transducers for measurement are fixed to
In the ultrasonic flowmeter for propagating ultrasonic waves transmitted and received between the pair of ultrasonic transducers for measurement to the fluid in the flow path and measuring the flow rate of the fluid based on the propagation time,
An ultrasonic wave having a phase opposite to that of the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic transducer for measurement is transmitted to each of the pair of transducer fixed walls fixed to a surface opposite to the opposing surface. An ultrasonic flowmeter comprising a pair of noise canceling ultrasonic transducers for canceling ultrasonic waves propagating from the measurement ultrasonic transducers to the transducer fixed wall.
前記計測用超音波送受波器が超音波を受波して出力する計測用受波信号と、その受波側の計測用超音波送受波器と同じ前記送受波器固定壁に固定された前記ノイズキャンセル用超音波送受波器が超音波を受波して出力するノイズキャンセル用受波信号とに基づいて、前記計測用受波信号のうち前記計測用超音波送受波器が前記送受波器固定壁を介して受波した超音波による受波ノイズ成分をキャンセルする受波信号処理部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の超音波流量計。 The noise canceling ultrasonic transducer is configured to be able to receive ultrasonic waves propagating to the transducer fixed wall,
The measurement ultrasonic transducer receives and outputs an ultrasonic wave, and is fixed to the same transducer fixed wall as the measurement ultrasonic transducer on the reception side. Based on the noise canceling reception signal that is output by receiving and outputting the ultrasonic wave from the noise canceling ultrasonic transmitter / receiver, the measurement ultrasonic transducer is the transmitter / receiver of the measurement reception signals. The ultrasonic flowmeter according to claim 1, further comprising: a received signal processing unit that cancels a received noise component due to the ultrasonic wave received through the fixed wall.
前記1対の送受波器固定壁を、前記計測管部のうち前記流体流入部と前記端部閉塞壁との間と、前記流体流出部と前記端部閉塞壁との間とに配置して、前記計測管部の内部に固定したことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の超音波流量計。 The measurement housing has a tube structure that extends in a straight line and has a fluid inflow portion and a fluid outflow portion on side surfaces near both ends, and a pair of ends that close both ends of the measurement tube portion. And an obstruction wall
The pair of transmitter / receiver fixed walls are arranged between the fluid inflow portion and the end closing wall and between the fluid outflow portion and the end closing wall in the measurement pipe portion. The ultrasonic flowmeter according to any one of claims 1 to 3, wherein the ultrasonic flowmeter is fixed inside the measurement tube portion.
前記1対の送受波器固定壁を貫通して、前記計測管部のうち前記1対の送受波器固定壁の間の領域と、前記1対の端部区画領域とを連通した連通路を備えたことを特徴とする請求項4に記載の超音波流量計。 The pair of transducer fixing walls is formed into a flat plate shape, and a pair of end partition regions sandwiched between the transducer fixing wall and the end blocking wall are provided at both ends of the measurement tube portion,
A communication path that penetrates through the pair of transducer fixed walls and communicates the region between the pair of transducer fixed walls in the measurement tube section and the pair of end section regions. The ultrasonic flowmeter according to claim 4, wherein the ultrasonic flowmeter is provided.
前記計測ハウジングに外縁部が固定される送受波器固定壁と、A transducer fixing wall whose outer edge is fixed to the measurement housing;
前記送受波器固定壁の表側面に固定されて前記流路を流れる流体に向けて超音波を送波可能な計測用超音波送受波器と、An ultrasonic transducer for measurement capable of transmitting ultrasonic waves toward the fluid flowing through the flow path fixed to the front side surface of the transducer fixed wall;
前記送受波器固定壁の裏側面に固定されて、前記計測用超音波送受波器が送波する超音波と逆位相の超音波を送波して、前記計測用超音波送受波器から前記送受波器固定壁に伝播する超音波をキャンセルさせるためのノイズキャンセル用超音波送受波器とを備えたことを特徴とする超音波送受波器ユニット。It is fixed to the back side of the transducer fixing wall, and transmits ultrasonic waves having a phase opposite to that of the ultrasonic waves transmitted by the ultrasonic transducer for measurement, from the ultrasonic transducer for measurement. An ultrasonic transducer unit comprising: a noise canceling ultrasonic transducer for canceling ultrasonic waves propagating to a transducer fixed wall.
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