JP2003302267A - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】流管及び超音波流量計の姿勢に影響されること
のない高精度な超音波流量計を提供する。 【解決手段】超音波送受波器の流体流れの上流側および
下流側に流管を変形する変形装置をそれぞれ３個配置す
る。また、流体流れの上流側の超音波送受波器と３個の
変形装置の間に固定部を設ける。さらに３個の変形装置
の上流部にも固定部を設ける。下流側も同様に流体流れ
の下流側の超音波送受波器と３個の変形装置の間に固定
部を設ける。また、３個の変形装置の下流部にも固定部
を設ける。
のない高精度な超音波流量計を提供する。 【解決手段】超音波送受波器の流体流れの上流側および
下流側に流管を変形する変形装置をそれぞれ３個配置す
る。また、流体流れの上流側の超音波送受波器と３個の
変形装置の間に固定部を設ける。さらに３個の変形装置
の上流部にも固定部を設ける。下流側も同様に流体流れ
の下流側の超音波送受波器と３個の変形装置の間に固定
部を設ける。また、３個の変形装置の下流部にも固定部
を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体内に発射され
る超音波の伝播時間差から流体の流速または流量を計測
する超音波流量計に関するものである。
る超音波の伝播時間差から流体の流速または流量を計測
する超音波流量計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２０は、従来のクランプオン形超音波
流量計の原理を示す断面図である。流体７が流れる流管
６の外側に超音波を伝播する例えばＰＴＦＥ（ポリテト
ラフルオルエチレン）のような等方性物体より成る斜角
楔形状の超音波伝播物体３ａ、３ｂを接着し、これと流
管壁を介して圧電振動子２ａ、２ｂより超音波を送受信
する。圧電振動子２ａ、２ｂと超音波伝搬物体３ａ、３
ｂは音響的に結合して超音波送受波器１ａ、１ｂを構成
している。２個の圧電振動子２ａ、２ｂは超音波の送波
器でもあり受波器でもある。このとき、送波器から受波
器に超音波が到達する時間は流れの方向によって異な
る。流れと同じ方向へ超音波が発射された場合、超音波
はいわば流れに乗って進むので時間は短くなる。一方、
流れに逆らって発射された際には、超音波は遅く進むの
で時間は長くなる。なお、線１０は超音波伝播経路を示
す。したがって、図２０のＴ２−Ｔ１より流速がわか
る。そして、流速より流量を導出する。
流量計の原理を示す断面図である。流体７が流れる流管
６の外側に超音波を伝播する例えばＰＴＦＥ（ポリテト
ラフルオルエチレン）のような等方性物体より成る斜角
楔形状の超音波伝播物体３ａ、３ｂを接着し、これと流
管壁を介して圧電振動子２ａ、２ｂより超音波を送受信
する。圧電振動子２ａ、２ｂと超音波伝搬物体３ａ、３
ｂは音響的に結合して超音波送受波器１ａ、１ｂを構成
している。２個の圧電振動子２ａ、２ｂは超音波の送波
器でもあり受波器でもある。このとき、送波器から受波
器に超音波が到達する時間は流れの方向によって異な
る。流れと同じ方向へ超音波が発射された場合、超音波
はいわば流れに乗って進むので時間は短くなる。一方、
流れに逆らって発射された際には、超音波は遅く進むの
で時間は長くなる。なお、線１０は超音波伝播経路を示
す。したがって、図２０のＴ２−Ｔ１より流速がわか
る。そして、流速より流量を導出する。
【０００３】図２０の従来のクランプオン形超音波流量
計において流速を正確に計測するためには、流管の姿勢
及びクランプオン超音波流量計を流管に取り付ける姿勢
を一定にしなければならない。この理由は、とくに層流
において流体の流れが重力に影響されるためと考えられ
る。
計において流速を正確に計測するためには、流管の姿勢
及びクランプオン超音波流量計を流管に取り付ける姿勢
を一定にしなければならない。この理由は、とくに層流
において流体の流れが重力に影響されるためと考えられ
る。
【０００４】実際のクランプオン超音波流量計の取り付
けについて図２１を用いて説明する。図２１（Ａ）は流
管が垂直である場合、図２１（Ｂ）は流管が水平であ
り、かつ超音波送受波が水平面に対して垂直に行なわれ
る場合、図２１（Ｃ）は流管が水平であり、かつ超音波
送受波が水平面に対して平行に行なわれる場合である。
なお、線１０は超音波伝播経路を示す。図２１（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）のそれぞれの姿勢で同じクランプオン超
音波流量計で流量の測定を試みた。なお、流管は、外径
６ｍｍ、内径４ｍｍのＰＦＡ（テトラフルオロエチレン
パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）製であ
る。
けについて図２１を用いて説明する。図２１（Ａ）は流
管が垂直である場合、図２１（Ｂ）は流管が水平であ
り、かつ超音波送受波が水平面に対して垂直に行なわれ
る場合、図２１（Ｃ）は流管が水平であり、かつ超音波
送受波が水平面に対して平行に行なわれる場合である。
なお、線１０は超音波伝播経路を示す。図２１（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）のそれぞれの姿勢で同じクランプオン超
音波流量計で流量の測定を試みた。なお、流管は、外径
６ｍｍ、内径４ｍｍのＰＦＡ（テトラフルオロエチレン
パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）製であ
る。
【０００５】流量の測定結果を図２２に示す。図２２に
おける縦軸は指示誤差であり、真の流量をＱ１、超音波
流量計による測定流量をＱ２とおいたとき、次式で求め
られる。 （Ｑ２−Ｑ１）／Ｑ１ （％） 図２２より、流管と超音波流量計の姿勢によっては許容
誤差範囲を±２％以下と仕様化すると、流量は約８５０
ｍｌ／ｍｉｎ以上でしか測定できないことになる。な
お、内径４ｍｍで流体が水であるので、この流量のとき
のレイノルズ数は約４５００であり、したがって、乱流
域のみが許容誤差範囲を±２％以下で測定可能であるこ
とになる。なお、図２２のなかで流管と超音波流量計の
図２１（Ａ）の姿勢を（Ａ），図２１（Ｂ）の姿勢を
（Ｂ），図２１（Ｃ）の姿勢を（Ｃ）で表現した。
おける縦軸は指示誤差であり、真の流量をＱ１、超音波
流量計による測定流量をＱ２とおいたとき、次式で求め
られる。 （Ｑ２−Ｑ１）／Ｑ１ （％） 図２２より、流管と超音波流量計の姿勢によっては許容
誤差範囲を±２％以下と仕様化すると、流量は約８５０
ｍｌ／ｍｉｎ以上でしか測定できないことになる。な
お、内径４ｍｍで流体が水であるので、この流量のとき
のレイノルズ数は約４５００であり、したがって、乱流
域のみが許容誤差範囲を±２％以下で測定可能であるこ
とになる。なお、図２２のなかで流管と超音波流量計の
図２１（Ａ）の姿勢を（Ａ），図２１（Ｂ）の姿勢を
（Ｂ），図２１（Ｃ）の姿勢を（Ｃ）で表現した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、流管と
クランプオン形超音波流量計の測定姿勢により流量計の
測定流量に誤差が生じてしまう。このため、工場など行
なわれているようにクランプオン形超音波流量計の取り
付け姿勢が様々であると正確な測定ができなくなるとい
う問題点が生じる。本発明の目的は上述の問題点を解消
し、高精度な超音波流量計を提供することにある。
クランプオン形超音波流量計の測定姿勢により流量計の
測定流量に誤差が生じてしまう。このため、工場など行
なわれているようにクランプオン形超音波流量計の取り
付け姿勢が様々であると正確な測定ができなくなるとい
う問題点が生じる。本発明の目的は上述の問題点を解消
し、高精度な超音波流量計を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】一方の超音波送波器から
発射される超音波は、流体中を伝搬したのち他方の超音
波受波器に到達する。超音波流量計は、超音波を送信し
てから受信するまでの超音波伝搬時間を測定することで
流量を導出している。この際、流量を導出するための超
音波伝搬時間は流体の流速変化のみがパラメータである
ことを前程にしている。ところが、超音波流量計の姿勢
よる重力などによる影響が加わると、結果として流速と
超音波流量計の姿勢より重力などによる影響含めた超音
波伝播時間で流量を算出してしまう。これが、流量の測
定精度を低下させる原因となる。そこで、この課題を解
決するため以下の手段を用いた。
発射される超音波は、流体中を伝搬したのち他方の超音
波受波器に到達する。超音波流量計は、超音波を送信し
てから受信するまでの超音波伝搬時間を測定することで
流量を導出している。この際、流量を導出するための超
音波伝搬時間は流体の流速変化のみがパラメータである
ことを前程にしている。ところが、超音波流量計の姿勢
よる重力などによる影響が加わると、結果として流速と
超音波流量計の姿勢より重力などによる影響含めた超音
波伝播時間で流量を算出してしまう。これが、流量の測
定精度を低下させる原因となる。そこで、この課題を解
決するため以下の手段を用いた。
【０００８】請求項１記載の超音波流量計は、超音波を
流体中に伝播させることにより流量を測定する超音波流
量計において、流体の流れる流管の断面積を変化させる
ための装置もしくは流管の断面積が変化している部分が
超音波送受波器から流れ方向沿って流管の内径の距離の
３０倍以内に設けられていることを特徴とするものであ
る。
流体中に伝播させることにより流量を測定する超音波流
量計において、流体の流れる流管の断面積を変化させる
ための装置もしくは流管の断面積が変化している部分が
超音波送受波器から流れ方向沿って流管の内径の距離の
３０倍以内に設けられていることを特徴とするものであ
る。
【０００９】請求項２記載の超音波流量計は、流体の流
れる流管の断面積を変化させるための装置が流管を変形
する変形装置であることを特徴とする請求項１に記載の
超音波流量計を特徴とするものである。
れる流管の断面積を変化させるための装置が流管を変形
する変形装置であることを特徴とする請求項１に記載の
超音波流量計を特徴とするものである。
【００１０】請求項３記載の超音波流量計は、流体の流
れる流管の断面積を変化させるための装置が、流管に挿
入可能で、かつその挿入物に流体を通すことができる穴
をもつ装置であることを特徴とする請求項１に記載の超
音波流量計を特徴とするものである。
れる流管の断面積を変化させるための装置が、流管に挿
入可能で、かつその挿入物に流体を通すことができる穴
をもつ装置であることを特徴とする請求項１に記載の超
音波流量計を特徴とするものである。
【００１１】請求項４記載の超音波流量計は、流体の流
れる流管の断面積を変化させるための装置が流管に接続
されるブロックであり、流管の断面積と異なる断面積の
流路を有していることを特徴とする請求項１に記載の超
音波流量計を特徴とするものである。
れる流管の断面積を変化させるための装置が流管に接続
されるブロックであり、流管の断面積と異なる断面積の
流路を有していることを特徴とする請求項１に記載の超
音波流量計を特徴とするものである。
【００１２】請求項５記載の超音波流量計は、流体の流
れる流管の断面積を変化させるための装置が、流管の中
心軸まわりにほぼ等しい角度で３個以上流管の長さ方向
に設けられていることを特徴とするものである。
れる流管の断面積を変化させるための装置が、流管の中
心軸まわりにほぼ等しい角度で３個以上流管の長さ方向
に設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】請求項６記載の超音波流量計は、流体の流
れる流管の断面積を変化させるための装置が、流管の中
心軸まわりにほぼ等しい角度で３個以上配置され、かつ
流れ方向に沿って時計まわり方向もしくは反時計まわり
方向に順次配置されていることを特徴とする請求項５に
記載の超音波流量計であることを特徴とするものであ
る。
れる流管の断面積を変化させるための装置が、流管の中
心軸まわりにほぼ等しい角度で３個以上配置され、かつ
流れ方向に沿って時計まわり方向もしくは反時計まわり
方向に順次配置されていることを特徴とする請求項５に
記載の超音波流量計であることを特徴とするものであ
る。
【００１４】請求項７記載の超音波流量計は、流体の流
れる流管の断面積を変化させるための装置が、１対の超
音波送受波器の両側に配置され、流れ方向に沿って両側
に配置された流管の断面積を変化させるための装置が流
管の中心軸まわりに同じ回転方向で配置されていること
を特徴とする請求項５に記載の超音波流量計であること
を特徴とするものである。
れる流管の断面積を変化させるための装置が、１対の超
音波送受波器の両側に配置され、流れ方向に沿って両側
に配置された流管の断面積を変化させるための装置が流
管の中心軸まわりに同じ回転方向で配置されていること
を特徴とする請求項５に記載の超音波流量計であること
を特徴とするものである。
【００１５】請求項８記載の超音波流量計は、超音波送
受波器と流体の流れる流管の断面積を変化させるための
装置との間に流管を固定するための固定部を設けている
ことを特徴とするものである。
受波器と流体の流れる流管の断面積を変化させるための
装置との間に流管を固定するための固定部を設けている
ことを特徴とするものである。
【００１６】請求項９記載の超音波流量計は、流体の流
れる流管の断面積を変化させるための装置と超音波送受
波器の流れ方向に沿って両者の外側に流管を固定するた
めの固定部を設けることを特徴とするものである。
れる流管の断面積を変化させるための装置と超音波送受
波器の流れ方向に沿って両者の外側に流管を固定するた
めの固定部を設けることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に基づいて詳
細に説明する。図１は第１の実施の形態を示す斜視図で
ある。超音波送受波器１ａ、１ｂは圧電振動子２ａ、２
ｂと斜角楔形状の超音波伝播物体３ａ、３ｂで構成さ
れ、ＰＦＡ製の外径６ｍｍ、内径４ｍｍの流管６にクラ
ンプオンされている。超音波送受波器１ｂの上流側には
固定部４ｃが設置され、さらにその上流に変形装置５
ｄ、５ｅ、５ｆが流管の中心軸まわりに３回対称になる
ように流れ方向にそって１２０度毎に配置される。そし
てそれらの上流側にさらに固定部４ｄが設けられてい
る。下流側にも同様に、固定部４ａ，４ｂそして変形装
置５ａ、５ｂ、５ｃが設置されている。ここで固定部４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは流管を直線状にするためのもの
である。また、変形装置５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５
ｅ，５ｆは流管６を変形させることで流量分布の形状を
改善するためのものである。ここでは、流管が柔軟なＰ
ＦＡ製であるため変形装置を用いたが、たとえば、ステ
ンレス管の場合はあらかじめ熱加工により変形させてお
けば、流体圧力により変形することもないので変形装置
は必要でない。
細に説明する。図１は第１の実施の形態を示す斜視図で
ある。超音波送受波器１ａ、１ｂは圧電振動子２ａ、２
ｂと斜角楔形状の超音波伝播物体３ａ、３ｂで構成さ
れ、ＰＦＡ製の外径６ｍｍ、内径４ｍｍの流管６にクラ
ンプオンされている。超音波送受波器１ｂの上流側には
固定部４ｃが設置され、さらにその上流に変形装置５
ｄ、５ｅ、５ｆが流管の中心軸まわりに３回対称になる
ように流れ方向にそって１２０度毎に配置される。そし
てそれらの上流側にさらに固定部４ｄが設けられてい
る。下流側にも同様に、固定部４ａ，４ｂそして変形装
置５ａ、５ｂ、５ｃが設置されている。ここで固定部４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは流管を直線状にするためのもの
である。また、変形装置５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５
ｅ，５ｆは流管６を変形させることで流量分布の形状を
改善するためのものである。ここでは、流管が柔軟なＰ
ＦＡ製であるため変形装置を用いたが、たとえば、ステ
ンレス管の場合はあらかじめ熱加工により変形させてお
けば、流体圧力により変形することもないので変形装置
は必要でない。
【００１８】図２は、図１の斜視図で示したものの平面
図である。図２のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ、Ｅ
−Ｅ、Ｆ−Ｆは変形装置５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５
ｅ，５ｆと流管６の断面位置を示すものである。
図である。図２のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ、Ｅ
−Ｅ、Ｆ−Ｆは変形装置５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５
ｅ，５ｆと流管６の断面位置を示すものである。
【００１９】図３は、図２の断面位置での断面図であ
る。図３（Ａ）は、図２のＡ−Ａ断面図である。図３
（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図３（Ｃ）は、
図２のＣ−Ｃ断面図である。図３（Ｄ）は、図２のＤ−
Ｄ断面図である。図３（Ｅ）は、図２のＥ−Ｅ断面図で
ある。図３（Ｆ）は、図２のＦ−Ｆ断面図である。この
ように流管６を変形させることで超音波流量計の姿勢に
よる影響を排除した精度の高い流量測定ができることに
ついて説明する。
る。図３（Ａ）は、図２のＡ−Ａ断面図である。図３
（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図３（Ｃ）は、
図２のＣ−Ｃ断面図である。図３（Ｄ）は、図２のＤ−
Ｄ断面図である。図３（Ｅ）は、図２のＥ−Ｅ断面図で
ある。図３（Ｆ）は、図２のＦ−Ｆ断面図である。この
ように流管６を変形させることで超音波流量計の姿勢に
よる影響を排除した精度の高い流量測定ができることに
ついて説明する。
【００２０】比較のため従来の超音波流量計の流れの様
子を図４に示す。図４（Ａ）は流管６が垂直に位置して
いるときの層流域の流量分布の形状を概略的に図示した
ものであり、重力は流管の中心軸と同方向のため、とく
に重力によって層流域の流量分布の形状が偏ったりする
ことはないと考えられる。したがって、測定姿勢として
はもっとも良いと考えられる。この姿勢を管垂直と呼
ぶ。以後管垂直と言えばこの姿勢を示す。
子を図４に示す。図４（Ａ）は流管６が垂直に位置して
いるときの層流域の流量分布の形状を概略的に図示した
ものであり、重力は流管の中心軸と同方向のため、とく
に重力によって層流域の流量分布の形状が偏ったりする
ことはないと考えられる。したがって、測定姿勢として
はもっとも良いと考えられる。この姿勢を管垂直と呼
ぶ。以後管垂直と言えばこの姿勢を示す。
【００２１】図４（Ｂ）は流管が水平に位置しており、
超音波送受波器からの超音波の伝播経路が水平面に対し
て垂直面内にあるものであり、重力の影響などにより層
流域の流量分布の形状が流管の中心軸に対して対称では
なく流管の中心軸の下側では流量が平均値より小さくな
るものである。ここで、流量分布している全般にわたり
超音波が通過するので、重力の影響などにより層流域の
流量分布の形状が流管の中心軸に対して対称ではないが
この影響は相殺されることになる。この姿勢を管水平−
超音波垂直と呼ぶ。以後、管水平−超音波垂直と言えば
この姿勢を示す。
超音波送受波器からの超音波の伝播経路が水平面に対し
て垂直面内にあるものであり、重力の影響などにより層
流域の流量分布の形状が流管の中心軸に対して対称では
なく流管の中心軸の下側では流量が平均値より小さくな
るものである。ここで、流量分布している全般にわたり
超音波が通過するので、重力の影響などにより層流域の
流量分布の形状が流管の中心軸に対して対称ではないが
この影響は相殺されることになる。この姿勢を管水平−
超音波垂直と呼ぶ。以後、管水平−超音波垂直と言えば
この姿勢を示す。
【００２２】図４（Ｃ）は流管が水平に位置しており、
超音波送受波器からの超音波の伝播経路が水平面に対し
て同じ水平面内にあるものであり、重力の影響などによ
り層流域の流量分布の形状が流管の中心軸に対して対称
ではなく流管の中心軸の下側では流量が平均値より小さ
くなるものである。この場合図４（Ｃ）で示すように超
音波経路が平均流量より大きい所を通過するので実際の
流量より指示流量が大きくなると考えられる。この姿勢
を管水平−超音波水平と呼ぶ。以後、管水平−超音波水
平と言えばこの姿勢を示す。
超音波送受波器からの超音波の伝播経路が水平面に対し
て同じ水平面内にあるものであり、重力の影響などによ
り層流域の流量分布の形状が流管の中心軸に対して対称
ではなく流管の中心軸の下側では流量が平均値より小さ
くなるものである。この場合図４（Ｃ）で示すように超
音波経路が平均流量より大きい所を通過するので実際の
流量より指示流量が大きくなると考えられる。この姿勢
を管水平−超音波水平と呼ぶ。以後、管水平−超音波水
平と言えばこの姿勢を示す。
【００２３】これに対して本発明の方法では、流れに回
転を加え擬似的に図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）で示すよ
うに流管の姿勢、及び超音波送受波器の位置によらずほ
ぼ同じ層流域の流量分布の形状とするので超音波送受波
器の姿勢にかかわらず小流量まで精度高く測定できるこ
とは明らかである。
転を加え擬似的に図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）で示すよ
うに流管の姿勢、及び超音波送受波器の位置によらずほ
ぼ同じ層流域の流量分布の形状とするので超音波送受波
器の姿勢にかかわらず小流量まで精度高く測定できるこ
とは明らかである。
【００２４】次に実際に変形装置の効果を確認するため
の実験を行なった結果を説明する。図６、図７、図８、
図９、図１０に超音波送受波器、固定部そして変形装置
の位置を示す。ここで図中の数値は寸法を示し、単位は
ｍｍである。
の実験を行なった結果を説明する。図６、図７、図８、
図９、図１０に超音波送受波器、固定部そして変形装置
の位置を示す。ここで図中の数値は寸法を示し、単位は
ｍｍである。
【００２５】まず図６は変形装置がない場合であり、こ
のときの流量測定結果を図１１に示す。図からわかるよ
うに約４５０ｍｌ／ｍｉｎ以下の層流域では誤差が±２
％以上あり、変形装置のない場合は層流域では精度よく
測定できないことになる。ここで、姿勢について管垂
直、管水平−超音波垂直、管水平−超音波水平の３つの
姿勢での流量を測定した。
のときの流量測定結果を図１１に示す。図からわかるよ
うに約４５０ｍｌ／ｍｉｎ以下の層流域では誤差が±２
％以上あり、変形装置のない場合は層流域では精度よく
測定できないことになる。ここで、姿勢について管垂
直、管水平−超音波垂直、管水平−超音波水平の３つの
姿勢での流量を測定した。
【００２６】図７は変形装置が超音波送受波器から１２
８ｍｍであり、流管の内径４ｍｍの３２倍であるときの
変形装置による流量精度の向上の効果はほとんど現れな
い。ここで、姿勢について管垂直、管水平−超音波垂
直、管水平−超音波水平の３つの姿勢での流量を測定し
た。この結果を図１２に示す。
８ｍｍであり、流管の内径４ｍｍの３２倍であるときの
変形装置による流量精度の向上の効果はほとんど現れな
い。ここで、姿勢について管垂直、管水平−超音波垂
直、管水平−超音波水平の３つの姿勢での流量を測定し
た。この結果を図１２に示す。
【００２７】図８は変形装置が超音波送受波器から８０
ｍｍであり、流管の内径４ｍｍの２０倍であるときの変
形装置による流量精度は、流量が約４５０ｍｌ／ｍｉｎ
でレイノルズ数が約２４００の層流と乱流の遷移域にお
いて±２％以下となり効果は現れている。ここで、姿勢
について管垂直、管水平−超音波垂直、管水平−超音波
水平の３つの姿勢での流量を測定した。この結果を図１
３に示す。
ｍｍであり、流管の内径４ｍｍの２０倍であるときの変
形装置による流量精度は、流量が約４５０ｍｌ／ｍｉｎ
でレイノルズ数が約２４００の層流と乱流の遷移域にお
いて±２％以下となり効果は現れている。ここで、姿勢
について管垂直、管水平−超音波垂直、管水平−超音波
水平の３つの姿勢での流量を測定した。この結果を図１
３に示す。
【００２８】図９は変形装置が超音波送受波器から６１
ｍｍであり、流管の内径４ｍｍの１５倍であるときの変
形装置による流量精度は、流量が約４５０ｍｌ／ｍｉｎ
でレイノルズ数が約２４００の層流と乱流の遷移域にお
いて±２％以下となり効果は現れている。さらに流量が
約１００ｍｌ／ｍｉｎでレイノルズ数約５３０の完全な
層流域においても誤差は±５％程度であり、かなり効果
が発揮されている。ここで、姿勢について管垂直、管水
平−超音波垂直、管水平−超音波水平の３つの姿勢での
流量を測定した。この結果を図１４に示す。
ｍｍであり、流管の内径４ｍｍの１５倍であるときの変
形装置による流量精度は、流量が約４５０ｍｌ／ｍｉｎ
でレイノルズ数が約２４００の層流と乱流の遷移域にお
いて±２％以下となり効果は現れている。さらに流量が
約１００ｍｌ／ｍｉｎでレイノルズ数約５３０の完全な
層流域においても誤差は±５％程度であり、かなり効果
が発揮されている。ここで、姿勢について管垂直、管水
平−超音波垂直、管水平−超音波水平の３つの姿勢での
流量を測定した。この結果を図１４に示す。
【００２９】図１０は変形装置が超音波送受波器から４
４ｍｍであり、流管の内径４ｍｍの１１倍であるときの
変形装置による流量精度は、流量が約４５０ｍｌ／ｍｉ
ｎでレイノルズ数が約２４００の層流と乱流の遷移域に
おいて±１％以下となり効果は現れている。さらに流量
が約１００ｍｌ／ｍｉｎでレイノルズ数約５３０の完全
な層流域においても誤差は±１％程度であり、高精度な
測定ができている。この結果を図１５に示す。ここで、
姿勢について管垂直、管水平−超音波垂直、管水平−超
音波水平の３つの姿勢での流量を測定した。以上の実験
結果からわかるように変形装置の効果により層流域まで
精度よく流量を測定できることが明らかになった。
４ｍｍであり、流管の内径４ｍｍの１１倍であるときの
変形装置による流量精度は、流量が約４５０ｍｌ／ｍｉ
ｎでレイノルズ数が約２４００の層流と乱流の遷移域に
おいて±１％以下となり効果は現れている。さらに流量
が約１００ｍｌ／ｍｉｎでレイノルズ数約５３０の完全
な層流域においても誤差は±１％程度であり、高精度な
測定ができている。この結果を図１５に示す。ここで、
姿勢について管垂直、管水平−超音波垂直、管水平−超
音波水平の３つの姿勢での流量を測定した。以上の実験
結果からわかるように変形装置の効果により層流域まで
精度よく流量を測定できることが明らかになった。
【００３０】図１６は第２の実施の形態を示す斜視図で
ある。流管の中に穴を持った変流部品を挿入することに
よっても流管を変形装置により変形させた効果と同じ効
果が得られる。ＰＦＡ製の流管６に図１６に示す変流部
品８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆを挿入する。変
流部品８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆを流管６に
固定するには外部より締め付ける、変流部品と流管をエ
ポキシ系接着剤で接着するなど多くの方法がある。図１
７に変流部品だけを詳細に示す。ここで、変流部品に
は、穴を設けているが、この穴の形状は穴の中心に対し
て点対称ではない。
ある。流管の中に穴を持った変流部品を挿入することに
よっても流管を変形装置により変形させた効果と同じ効
果が得られる。ＰＦＡ製の流管６に図１６に示す変流部
品８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆを挿入する。変
流部品８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆを流管６に
固定するには外部より締め付ける、変流部品と流管をエ
ポキシ系接着剤で接着するなど多くの方法がある。図１
７に変流部品だけを詳細に示す。ここで、変流部品に
は、穴を設けているが、この穴の形状は穴の中心に対し
て点対称ではない。
【００３１】図１８は第３の実施の形態を示す斜視図で
ある。流管に穴を持った変流ブロックを接続することに
よっても流管を変形装置により変形させた効果と同じ効
果が得られる。ＰＦＡ製の流管７に図１８に示す変流ブ
ッロク９ａ，９ｂを接続する。図１９に変流ブッロク９
ａ，９ｂだけを詳細に示す。
ある。流管に穴を持った変流ブロックを接続することに
よっても流管を変形装置により変形させた効果と同じ効
果が得られる。ＰＦＡ製の流管７に図１８に示す変流ブ
ッロク９ａ，９ｂを接続する。図１９に変流ブッロク９
ａ，９ｂだけを詳細に示す。
【００３２】以上、本発明を用いれば流管及び超音波流
量計の姿勢によらず、高精度な流量測定ができることを
述べたが、また流管の曲がりに対しても効果があり高精
度な流量測定ができる。また、本発明を用いれば、クラ
ンプオン型超音波流量計のみならず気体用の超音波流量
計などにも同じ効果が期待できる。さらに、流体の流れ
に回転成分を与える本発明は、熱式質量流量計において
も流管と熱式質量流量計の姿勢により流量測定精度が影
響を受ける場合には極めて有効な方法であると考えられ
る。
量計の姿勢によらず、高精度な流量測定ができることを
述べたが、また流管の曲がりに対しても効果があり高精
度な流量測定ができる。また、本発明を用いれば、クラ
ンプオン型超音波流量計のみならず気体用の超音波流量
計などにも同じ効果が期待できる。さらに、流体の流れ
に回転成分を与える本発明は、熱式質量流量計において
も流管と熱式質量流量計の姿勢により流量測定精度が影
響を受ける場合には極めて有効な方法であると考えられ
る。
【００３３】
【発明の効果】流管及び超音波流量計の姿勢によらず高
精度な測定できる超音波流量計を達成できる。
精度な測定できる超音波流量計を達成できる。
【図１】 第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】 図１の斜視図で示したものの平面図であ
る。
る。
【図３】 変形装置及び流管変形を示す断面図であ
る。
る。
【図４】 超音波流量計の姿勢と流量分布の形状を示
す図である。
す図である。
【図５】 本発明による流量分布の形状を示す図であ
る。
る。
【図６】 超音波送受波器、固定部の位置関係を示す
図である。
図である。
【図７】 変形装置、超音波送受波器、固定部の位置
関係を示す図である。変形装置から超音波送受波器まで
の距離が１２８ｍｍ
関係を示す図である。変形装置から超音波送受波器まで
の距離が１２８ｍｍ
【図８】 変形装置、超音波送受波器、固定部の位置
関係を示す図である。変形装置から超音波送受波器まで
の距離が８０ｍｍ
関係を示す図である。変形装置から超音波送受波器まで
の距離が８０ｍｍ
【図９】 変形装置、超音波送受波器、固定部の位置
関係を示す図である。変形装置から超音波送受波器まで
の距離が６１ｍｍ
関係を示す図である。変形装置から超音波送受波器まで
の距離が６１ｍｍ
【図１０】 変形装置、超音波送受波器、固定部の位置
関係を示す図である。変形装置から超音波送受波器まで
の距離が４４ｍｍ
関係を示す図である。変形装置から超音波送受波器まで
の距離が４４ｍｍ
【図１１】 変形装置がない場合の流量測定結果を示す
図である。
図である。
【図１２】 変形装置が超音波送受波器から１２８ｍｍ
の距離のときの流量測定結果を示す図である。
の距離のときの流量測定結果を示す図である。
【図１３】 変形装置が超音波送受波器から８０ｍｍの
距離のときの流量測定結果を示す図である。
距離のときの流量測定結果を示す図である。
【図１４】 変形装置が超音波送受波器から６１ｍｍの
距離のときの流量測定結果を示す図である。
距離のときの流量測定結果を示す図である。
【図１５】 変形装置が超音波送受波器から４４ｍｍの
距離のときの流量測定結果を示す図である。
距離のときの流量測定結果を示す図である。
【図１６】 第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図１７】 変流部品を示す斜視図である。
【図１８】 第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図１９】 変流ブロックを示す斜視図である。
【図２０】 従来のクランプオン形超音波流量計の原理
図である
図である
【図２１】 流管と超音波流量計の姿勢を示す図であ
る。
る。
【図２２】 ３種類の流管と超音波流量計の姿勢時の流
量測定結果を示す図である。
量測定結果を示す図である。
１ 超音波送受波器
２ 圧電振動子
３ 超音波伝播物体
４ 固定部
５ 変形装置
６ 流管
７ 流体
８ 変流部品
９ 変流ブッロク
１０ 超音波伝播経路
Claims (9)
- 【請求項１】超音波を流体中に伝播させることにより流
量を測定する超音波流量計において、流体の流れる流管
の断面積を変化させるための装置もしくは流管の断面積
が変化している部分が超音波送受波器から流れ方向沿っ
て流管の内径の距離の３０倍以内に設けられていること
を特徴とする超音波流量計。 - 【請求項２】流体の流れる流管の断面積を変化させるた
めの装置が流管を変形する変形装置であることを特徴と
する請求項１に記載の超音波流量計。 - 【請求項３】流体の流れる流管の断面積を変化させるた
めの装置が、流管に挿入可能で、かつその挿入物に流体
を通すことができる穴をもつ装置であることを特徴とす
る請求項１に記載の超音波流量計。 - 【請求項４】流体の流れる流管の断面積を変化させるた
めの装置が流管に接続されるブロックであり、流管の断
面積と異なる断面積の流路を有していることを特徴とす
る請求項１に記載の超音波流量計。 - 【請求項５】流体の流れる流管の断面積を変化させるた
めの装置が、流管の中心軸まわりにほぼ等しい角度で３
個以上流管の長さ方向に設けられていることを特徴とす
る超音波流量計。 - 【請求項６】流体の流れる流管の断面積を変化させるた
めの装置が、流管の中心軸まわりにほぼ等しい角度で３
個以上配置され、かつ流れ方向に沿って時計まわり方向
もしくは反時計まわり方向に順次配置されていることを
特徴とする請求項５に記載の超音波流量計。 - 【請求項７】流体の流れる流管の断面積を変化させるた
めの装置が、１対の超音波送受波器の両側に配置され、
流れ方向に沿って両側に配置された流管の断面積を変化
させるための装置が流管の中心軸まわりに同じ回転方向
で配置されていることを特徴とする請求項５に記載の超
音波流量計。 - 【請求項８】超音波送受波器と流体の流れる流管の断面
積を変化させるための装置との間に流管を固定するため
の固定部を設けていることを特徴とする超音波流量計。 - 【請求項９】流体の流れる流管の断面積を変化させるた
めの装置と超音波送受波器の流れ方向に沿って両者の外
側に流管を固定するための固定部を設けることを特徴と
する超音波流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002143827A JP2003302267A (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002143827A JP2003302267A (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 超音波流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003302267A true JP2003302267A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=29397683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002143827A Pending JP2003302267A (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003302267A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101839735A (zh) * | 2010-03-12 | 2010-09-22 | 邓鲁坚 | 直通型反射式超声波水表、热量表流量传感器 |
| GB2577093A (en) * | 2018-09-13 | 2020-03-18 | Univ Warwick | Clamp-on ultrasonic transducer |
-
2002
- 2002-04-11 JP JP2002143827A patent/JP2003302267A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101839735A (zh) * | 2010-03-12 | 2010-09-22 | 邓鲁坚 | 直通型反射式超声波水表、热量表流量传感器 |
| GB2577093A (en) * | 2018-09-13 | 2020-03-18 | Univ Warwick | Clamp-on ultrasonic transducer |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050408 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070822 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070824 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071221 |