JP2020169940A - 超音波流量計 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、従来の超音波流量計は、配管内を横断するような伝播路に基づく平均流速を求めることになる。しかし、現実には、配管内の流速は、管内横断面において一定ではなく、例えば、管内中心位置と、管内中心位置よりも内周面寄りの位置と、で流速が異なる。さらに、レイノルズ数により層流と乱流に分類され、流速分布が大きく変化している場合がある。また、計測は、十分な長さをもった配管直線部で行うのが望ましいが、計測する直線部の近傍に、エルボ部や分岐部等がある場合や、直線部の長さが短いといった場合や、弁部材や他の測定器が配設されているといった様々な配管条件も流速分布を複雑にしている。そのため、従来のように配管内を横断するような伝播路に基づく平均流速では、高精度に流量を算出できないといった問題があった。
また、上記配管の内周面において上記分水栓の180度反対側部位に当接する当り部材を、上記棒状挿入体の挿入先端部に備えているものである。
また、上記棒状挿入体は、複数個の上記測定ユニットの測定基準間隔寸法を、部品交換にて変更可能な連結調整手段を備えているものである。
また、上記棒状挿入体は、上記測定ユニットを、3つ備えているものである。
本発明に係る超音波流量計は、超音波の伝播(伝搬)時間を計測し、さらに計測した流速に基づいて流量を算出(演算)するトランジットタイム計測式(伝播時間差式)であって、図1に示すように、円管型の配管Pに固着されたボール弁から成る分水栓Jに取着する取付具9と、取付具9及び分水栓Jを介して配管Pのラジアル方向に沿って配管P内に差込まれる棒状挿入体8と、棒状挿入体8の基端(上端)に固着されたハンドル部材7及び制御ボックス6と、図示省略の制御基板やコンピュータ装置等の情報処理手段と、を備えている。
配線用貫孔15は、下位置に配設される他のユニット本体10の一対の超音波センサ11,12に接続されたセンサ用電気配線が挿通する。
第1センサ11は、測定路13を通過する流体の流れに乗った第1超音波W1を反射面14に向けて送信する。第2センサ12は、測定路13を通過する流体の流れに逆らった第2超音波W2を反射面14に向けて送信する。
なお、第1センサ11と第2センサ12の送信のタイミングは同時や交互等自由である。つまり、反射面14は、第1超音波W1と第2超音波W2を交互に反射する場合や同時に反射する場合がある。
測定ユニット1は第1・第2センサ11,12が直接流体に接触する接液形(型)である。
情報処理手段は、制御ボックス6内の制御基板と、制御基板と有線又は無線にて情報を受信可能なパーソナルコンピュータ装置やサーバーコンピュータ装置等の管理情報処理装置と、の組み合わせ、或いは、何れか一方である。
3個の測定ユニット1は、棒状挿入体8の一部を構成し、各測定路13の開口方向を、配管軸心方向(前後方向)に一致させ、配管Pのラジアル方向に直列状に連結している。
また、3個の測定ユニット1の内、上下中間位置の測定ユニット1を中ユニット1o、上位置の測定ユニット1を上ユニット1u、下位置の測定ユニット1を下ユニット1d、と呼ぶ。
また、管路中心点Poから管路半径寸法Rpの2分の1だけ上方位置の流速Vu(以下、上位置流速Vuと呼ぶ場合もある)が、上ユニット1uの測定に基づいて、分かる。
また、管路中心点Poから管路半径寸法Rpの2分の1だけ下位置の流速Vd(以下、下位置流速Vdと呼ぶ場合もある)が、下ユニット1dの測定に基づいて、分かる。
なお、中心流速Voは、他点に比べて最も大きい(速い)最大流速Vmaxである。
先ず、下記数式3が成り立つことが知られている。下記数式3において、Vxは、管路中心点PoからRx離れている点の流速である(図9参照)。Vmaxは中心流速である。Rxは中心点Poからの距離であり、Rは管路半径である。nは、レイノルズ数と関連する数値(関数)であり、以下、関数値nと呼ぶ場合がある。
そこで、情報処理手段は、層流と乱流の比率(割合)を算出して、この比率に基づいて、上述の数式1を用いた層流による流量演算値(結果)と、上述の数式7を用いた乱流による流量演算値(結果)との加重平均演算を行う。このような演算により、混在域においても精度の高い流量計測結果を得ることができる。
図3に示すように、配管Pの外周壁をラジアル方向に貫通する貫孔Pgに連通可能に、分水栓Jが配管Pに固着している。そして、分水栓Jは、配管Pのラジアル外方へ開口する栓開口部Jaを有している。
そして、栓開口部Jaの外周壁部に形成されている雄ネジ部Jbに、円筒状の取付具9の下端部に設けた雌ネジ部91を螺合させる。
また、取付具9は、栓連結用シール部材92よりも取付具上端側に、棒状挿入体8と円筒状の取付具本体90との間を密封するための棒挿入用シール部材93を備えている。
そして、図1に示すように、棒状挿入体8の当り部材88を管内底面Peに当接させて、流量計設置完了状態とする。
図1に示すように、棒状挿入体8は、上端部81aにハンドル部材7と制御ボックス6が取着されるパイプ状のロッド部材81を備えている。
各ボルト部材70,71,72,73の締付力によって、連結部材82と、各ユニット本体10と、各パイプ83,85,87と、各接続部材84,86と、当り部材88とを、直列状に着脱自在に取着(連結)している。
連結調整手段80は、長さ寸法が異なる複数種類のロッド部材81と、長さ寸法が異なる複数種類の各パイプ83,85,87と、長さ寸法が異なる複数種類の各ボルトナット支柱部材71,72,73と、から成る。
上記複数種類の内から、測定すべき配管Pの管路直径寸法Dpに応じて、所定長さ寸法のものを選択し、部品交換することで、複数個の測定ユニット1の測定基準間隔寸法(測定基準位置Tu,To,Td同士の間隔寸法)を、測定すべき配管Pの管路直径寸法Dpに合わせて変更可能である。
中ユニット1oの一対の超音波センサ11,12のセンサ用電気配線は、第1の接続部材84の内部、第1の接続パイプ83の内部、上ユニット本体10uの配線用貫孔15、連結部材82の内部、ロッド部材81の内部、を順次挿通して制御ボックス6内に接続されている。
上ユニット1uの一対の超音波センサ11,12のセンサ用電気配線は、連結部材82の内部、ロッド部材81の内部、を挿通して制御ボックス6内に接続されている。
つまり、連結部材82と、第1・第2の接続部材84,86と、上・中ユニット本体10u,10oとに、夫々、センサ用電気配線が上下方向に貫通する配線用貫孔を設けている。
また、ロッド部材81の下端部81bのテーパ雌ネジ部と、連結部材82の上端部のテーパ雄ネジとを、シール材(剤)を介在させて螺合させ、外部からロッド部材81の内部に流体が浸入しないように設けている。
なお、本発明の説明を容易にするために、管路軸心Lp(図9参照)を水平に配設し、分水栓Jにおいて配管Pのラジアル外方に開口する栓開口部Jaの軸心Lj(図5参照)を鉛直に配設し、栓開口部Jaが上方へ開口する姿勢を基準使用姿勢として、上下方向を説明し、管路軸心方向を前後方向と呼んで、方向を説明している。したがって、方向を基に、使用状態の姿勢を限定するものではない。
8 棒状挿入体
11 第1超音波センサ
12 第2超音波センサ
13 測定路
14 反射面
80 連結調整手段
88 当り部材
J 分水栓
P 配管
Pe 180度反対側部位
W1 第1超音波
W2 第2超音波
Claims (4)
- 配管(P)内を流れる流体が通過する測定路(13)と、該測定路(13)を通過する流体の流れに乗った第1超音波(W1)を発信する上流位置の第1超音波センサ(11)と、上記測定路(13)を通過する流体の流れに逆らった第2超音波(W2)を発信する下流位置の第2超音波センサ(12)と、上記第1超音波(W1)を反射して上記第2超音波センサ(12)へ送ると共に上記第2超音波(W2)を反射して上記第1超音波センサ(11)へ送るための反射面(14)と、を有する測定ユニット(1)を、直列状に複数個連結して棒状挿入体(8)を構成し、
上記棒状挿入体(8)は、上記配管(P)に固着された分水栓(J)を介して、上記配管(P)のラジアル方向に沿って上記配管(P)内に差込まれることを特徴とする超音波流量計。 - 上記配管(P)の内周面において上記分水栓(J)の180度反対側部位(Pe)に当接する当り部材(88)を、上記棒状挿入体(8)の挿入先端部に備えている請求項1記載の超音波流量計。
- 上記棒状挿入体(8)は、複数個の上記測定ユニット(1)の測定基準間隔寸法を、部品交換にて変更可能な連結調整手段(80)を備えている請求項1又は2記載の超音波流量計。
- 上記棒状挿入体(8)は、上記測定ユニット(1)を、3つ備えている請求項1,2又は3記載の超音波流量計。
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