JP2747618B2 - 超音波流速測定方法およびその装置 - Google Patents
超音波流速測定方法およびその装置Info
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波流速測定方法およびその装置に係
り、とくに配管の外面に超音波送受波器を装着して高温
高圧状態もしくは低温にある流動体の当該配管内部の流
速を測定する超音波流速測定方法およびその装置に関す
る。
り、とくに配管の外面に超音波送受波器を装着して高温
高圧状態もしくは低温にある流動体の当該配管内部の流
速を測定する超音波流速測定方法およびその装置に関す
る。
第９図ないし第10図に従来例を示す。この第９図ない
し第10図に示す従来例は、具体的には、特開昭63−3041
17号公報に開示されているものである。
し第10図に示す従来例は、具体的には、特開昭63−3041
17号公報に開示されているものである。
この第９図ないし第10図において、符号51は配管３の
上流側に設備された一方の超音波送受波器を示し、符号
52は同じく配管３の下流側に整備された他方の超音波送
受波器を示す。この内、一方の超音波送受波器51は、第
10図に示すように超音波を配管３へ斜入射せしめるため
のクサビ部材51Aと振動子51Bとを備えている。クサビ部
材51Aは、アクリル樹脂等により形成され、断面が台形
状をなし、その一方の斜面51aに超音波振動子51Bが固着
されている。また、他方の斜面51cは、超音波振動子51B
から発信された超音波が超音波放射面としての入射面51
bで反射してクサビ部材51A内を伝播する場合の当該伝播
経路に直交する超音波反射面を構成している。このた
め、クサビ部材51Aを伝播する内部反射波は、超音波振
動子51B側へ戻るようになっている。
上流側に設備された一方の超音波送受波器を示し、符号
52は同じく配管３の下流側に整備された他方の超音波送
受波器を示す。この内、一方の超音波送受波器51は、第
10図に示すように超音波を配管３へ斜入射せしめるため
のクサビ部材51Aと振動子51Bとを備えている。クサビ部
材51Aは、アクリル樹脂等により形成され、断面が台形
状をなし、その一方の斜面51aに超音波振動子51Bが固着
されている。また、他方の斜面51cは、超音波振動子51B
から発信された超音波が超音波放射面としての入射面51
bで反射してクサビ部材51A内を伝播する場合の当該伝播
経路に直交する超音波反射面を構成している。このた
め、クサビ部材51Aを伝播する内部反射波は、超音波振
動子51B側へ戻るようになっている。
この伝播時間をtpとすると、超音波送受波器51,52内
のクサビ中の音速C1は次式で求まる。
のクサビ中の音速C1は次式で求まる。
C1＝２（l1＋ｌ′１）／（tp−τｅ） …… 但し、ここでl1,l′１は第10図に示す経路l1,l′１の
経路長である。また、τｅはケーブル内等の電気的遅延
時間を示す。さらに、管内の超音波を漏洩放射する際の
開口面となる入射面51bの長さｂを，使用中心周波数に
対して略18波長以上となるようにしている。
経路長である。また、τｅはケーブル内等の電気的遅延
時間を示す。さらに、管内の超音波を漏洩放射する際の
開口面となる入射面51bの長さｂを，使用中心周波数に
対して略18波長以上となるようにしている。
第９図に示すように振動子51Bの開口がある程度以上
長くなり入射面51bの長さｂが略18波以上の長さを有す
ると指向角が非常に小さくなるので、超音波送受波器内
のクサビ部分，管壁部分及び管内流動体部分を順次伝播
する超音波ビームは、ほぼ平行ビームとみなされる。
長くなり入射面51bの長さｂが略18波以上の長さを有す
ると指向角が非常に小さくなるので、超音波送受波器内
のクサビ部分，管壁部分及び管内流動体部分を順次伝播
する超音波ビームは、ほぼ平行ビームとみなされる。
一方、超音波送受波器51の超音波振動子51Bから下流
側に向けて出力される超音波は、第９図斜線で示した平
行ビームから成る伝搬経路を経て、他方の超音波送受波
器52の超音波振動子52Bに至る。この場合の伝搬時間をt
dとする。
側に向けて出力される超音波は、第９図斜線で示した平
行ビームから成る伝搬経路を経て、他方の超音波送受波
器52の超音波振動子52Bに至る。この場合の伝搬時間をt
dとする。
また、他方の超音波送受波器52の超音波振動子52Bか
ら上流側に向けて出力される超音波は、同様に一方の超
音波送受波器51の超音波振動子51Bに至る。この場合の
伝搬時間をtuとする。
ら上流側に向けて出力される超音波は、同様に一方の超
音波送受波器51の超音波振動子51Bに至る。この場合の
伝搬時間をtuとする。
かかる場合、配管３内の流速は、次式にて求まる。
但し、 ここで、Lxは振動子接触面51aおよび52aと超音波放射
面51bおよび52bとの交点相互間すなわち（1Rと2Rとの
間）の距離である。θ１はクサビ内での超音波の入射角
であり、ｄは管の板厚、Ｄは管内径を示す。Ｎは超音波
の流動体内の経路数であり、第９図の場合はＮ＝２とな
る。
面51bおよび52bとの交点相互間すなわち（1Rと2Rとの
間）の距離である。θ１はクサビ内での超音波の入射角
であり、ｄは管の板厚、Ｄは管内径を示す。Ｎは超音波
の流動体内の経路数であり、第９図の場合はＮ＝２とな
る。
この結果、流動体の音速C3が不明であっても，式
に基づいて配管３内の流動体の流速を比較的容易に測定
することができ、同時に配管３内径が明らかとなってい
ることから配管３内の流動体の流量も極く容易に求め得
るようになっている。
に基づいて配管３内の流動体の流速を比較的容易に測定
することができ、同時に配管３内径が明らかとなってい
ることから配管３内の流動体の流量も極く容易に求め得
るようになっている。
また、超音波送受波器内の入射点というものを厳密に
特定する必要性は無く、取り付け間隔Lxさえわかってお
れば良いので、超音波送受波器の設定位置の調製が著し
く容易となっている。
特定する必要性は無く、取り付け間隔Lxさえわかってお
れば良いので、超音波送受波器の設定位置の調製が著し
く容易となっている。
さらに二つの超音波送受波器51,52から放射される超
音波は指向性角度が著しく小さいために、測定において
しばしば問題となる配管３の共振モード（板波）の影響
も受けにくくなっている。
音波は指向性角度が著しく小さいために、測定において
しばしば問題となる配管３の共振モード（板波）の影響
も受けにくくなっている。
しかしながら、このような従来の超音波流速測定方法
およびその装置にあっては、これを高温高圧状態（又は
低温状態）にある流動体の流速測定に用いようとする場
合、超音波送受波器51,52の振動子51B,52Bに最高使用温
度限界があるため、前述した従来のものについては、そ
のままの構造では全く使用できないという不都合が生じ
ていた。
およびその装置にあっては、これを高温高圧状態（又は
低温状態）にある流動体の流速測定に用いようとする場
合、超音波送受波器51,52の振動子51B,52Bに最高使用温
度限界があるため、前述した従来のものについては、そ
のままの構造では全く使用できないという不都合が生じ
ていた。
さらに、このクサビ中に生じる温度勾配のために、ク
サビ中の音速C1にも温度勾配が生じるため、tpから式
を使って求めるC1はクサビ中の平均音速を表すことにな
る。そのC1は、超音波の伝搬経路を同定するためにスネ
ルの法則を適用する音速とは明らかに異なるので高温高
圧状態にある流動体の流速測定に関しては大きな誤差を
生じてしまうという問題点（欠点）があった。
サビ中の音速C1にも温度勾配が生じるため、tpから式
を使って求めるC1はクサビ中の平均音速を表すことにな
る。そのC1は、超音波の伝搬経路を同定するためにスネ
ルの法則を適用する音速とは明らかに異なるので高温高
圧状態にある流動体の流速測定に関しては大きな誤差を
生じてしまうという問題点（欠点）があった。
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、と
くに配管内を流動する高温高圧下にある流動体の流速を
有効に、かつ高精度に測定することのできる超音波流速
測定方法およびその装置を提供することにある。
くに配管内を流動する高温高圧下にある流動体の流速を
有効に、かつ高精度に測定することのできる超音波流速
測定方法およびその装置を提供することにある。
本発明では、指向性角度が著しく小さく形成された二
つの超音波送受波器を適当な間隔をおいて被測定配管の
上流側と下流側にそれぞれ配設し、 当該配管の外壁から超音波を交互に入射させて測定時
における超音波送受波器内のクサビ部分の平均伝播音速
C1を測定すると共に、当該クサビと前記被測定配管との
接触面に於ける音速Ｃ′１を測定し、 これらの各測定に相前後して、前記上流側から下流側
へ、又は下流側から上流側へそれぞれ超音波を発振する
と共に、この発振された各超音波が管壁及び管内流動体
を伝播して受信されるまでの時間td,tuを順次測定し、 これらの各測定値C1,C′1,td,tuと前記超音波送受波
器相互の間隔Lxとを予め特定された所定の関数、すなわ
ち Ｖ＝Ｆ（C1,C′1,td,tu,Lx） に代入して他の必要な定数とともにこれを演算し、管内
流動体の流速Ｖを算定する、という構成を採っている。
つの超音波送受波器を適当な間隔をおいて被測定配管の
上流側と下流側にそれぞれ配設し、 当該配管の外壁から超音波を交互に入射させて測定時
における超音波送受波器内のクサビ部分の平均伝播音速
C1を測定すると共に、当該クサビと前記被測定配管との
接触面に於ける音速Ｃ′１を測定し、 これらの各測定に相前後して、前記上流側から下流側
へ、又は下流側から上流側へそれぞれ超音波を発振する
と共に、この発振された各超音波が管壁及び管内流動体
を伝播して受信されるまでの時間td,tuを順次測定し、 これらの各測定値C1,C′1,td,tuと前記超音波送受波
器相互の間隔Lxとを予め特定された所定の関数、すなわ
ち Ｖ＝Ｆ（C1,C′1,td,tu,Lx） に代入して他の必要な定数とともにこれを演算し、管内
流動体の流速Ｖを算定する、という構成を採っている。
これによって前述した目的を達成しようとするもので
ある。
ある。
以下、本発明の一実施例を第１図ないし第８図に基づ
いて説明する。
いて説明する。
第１図において、符号１は配管３の上流側に装備され
た一方の超音波送受波器を示し、符号２は同じく配管３
の下流側に装備された他方の超音波送受波器を示す。こ
の内、一方の超音波送受波器１は、第３図に示すように
超音波を配管３へ斜入射せしめるためのクサビ部材1Aと
振動子1Bとを備えている。またクサビ部材1Aは、高温に
耐え得るとともに熱を反射して超音波振動子1Bのところ
で振動子の最高使用温度限界以下となるよう金属部材に
より形成され、全体が比較的長い超音波伝播路となるガ
イド棒状をなしている。その一方の斜面1aに超音波振動
子1Bが固着されている。また、他方の斜面1cは、超音波
振動子1Bから発信された超音波が超音波放射面としての
入射面1bで反射してクサビ部材1A内を伝播する場合の当
該伝播経路に直交する超音波反射面を構成している。こ
のため、クサビ部材1Aを伝播する内部反射波は、超音波
振動子1B側に戻るようになっている。
た一方の超音波送受波器を示し、符号２は同じく配管３
の下流側に装備された他方の超音波送受波器を示す。こ
の内、一方の超音波送受波器１は、第３図に示すように
超音波を配管３へ斜入射せしめるためのクサビ部材1Aと
振動子1Bとを備えている。またクサビ部材1Aは、高温に
耐え得るとともに熱を反射して超音波振動子1Bのところ
で振動子の最高使用温度限界以下となるよう金属部材に
より形成され、全体が比較的長い超音波伝播路となるガ
イド棒状をなしている。その一方の斜面1aに超音波振動
子1Bが固着されている。また、他方の斜面1cは、超音波
振動子1Bから発信された超音波が超音波放射面としての
入射面1bで反射してクサビ部材1A内を伝播する場合の当
該伝播経路に直交する超音波反射面を構成している。こ
のため、クサビ部材1Aを伝播する内部反射波は、超音波
振動子1B側に戻るようになっている。
また、実際に高温高圧状態にある流動体が流れる配管
に超音波送受波器を設置し、流速測定を実施する前に、
第６図に示すように温度可変のホットプレート上に実際
の被測定配管を模擬した金属板を取り付け、これを実際
に使用する配管用保温材で覆った、実際の使用状態に近
い状態でホットプレートの温度を変え、tpとクサビの被
測定配管との接触面の温度TRの関係を第７図のように求
める。この第７図からtpとTRの関係は次式で求まる。
に超音波送受波器を設置し、流速測定を実施する前に、
第６図に示すように温度可変のホットプレート上に実際
の被測定配管を模擬した金属板を取り付け、これを実際
に使用する配管用保温材で覆った、実際の使用状態に近
い状態でホットプレートの温度を変え、tpとクサビの被
測定配管との接触面の温度TRの関係を第７図のように求
める。この第７図からtpとTRの関係は次式で求まる。
TR＝ｍ・tp＋ｎ ……… 但し、m,nは実数である。
さらに管内に超音波を漏洩放射する際の開口面となる
入射面1bの長さｂを、使用中心周波数に対して略18波長
以上となるようにしている。
入射面1bの長さｂを、使用中心周波数に対して略18波長
以上となるようにしている。
第２図に示すように振動子1Bの開口がある程度以上に
長くなり入射面1bの長さｂが略18波以上の長さを有する
と指向角が非常に小さくなるので、超音波送受波器内の
クサビ部分、管壁部分及び管内流動体部分を順次伝播す
る超音波ビームは、ほぼ平行ビームとみなせる。
長くなり入射面1bの長さｂが略18波以上の長さを有する
と指向角が非常に小さくなるので、超音波送受波器内の
クサビ部分、管壁部分及び管内流動体部分を順次伝播す
る超音波ビームは、ほぼ平行ビームとみなせる。
これらの各超音波送受波器1,2の各々は、第４図に示
すように送受信切換部10を介して発信回路部11及び受信
回路部12に各別に接続されている。この第１図において
は、配管３内の液体は図の左方から右方へ流動する場合
が示されている。
すように送受信切換部10を介して発信回路部11及び受信
回路部12に各別に接続されている。この第１図において
は、配管３内の液体は図の左方から右方へ流動する場合
が示されている。
前記超音波送受波器1,2の各々においては、配管３内
の流速に応じて第５図に示す如き繰返し信号が受信され
る。すなわち、第４図に示すように上流側の超音波送受
波器１から出力された超音波は、配管３の管壁内を伝播
する伝播波Ａと、配管３の管壁を経て配管３内の液体中
への伝播波Ｂとに分けられる。
の流速に応じて第５図に示す如き繰返し信号が受信され
る。すなわち、第４図に示すように上流側の超音波送受
波器１から出力された超音波は、配管３の管壁内を伝播
する伝播波Ａと、配管３の管壁を経て配管３内の液体中
への伝播波Ｂとに分けられる。
これを更に詳述する。まず、上流側から下流側に向け
て超音波が出力された場合、第５図（１）に示す到来超
音波の受信信号は、受信回路部12,信号選択手段13Aを介
して計時手段13へ送られ、ここで、その伝播時間tdが計
時されて第１のメモリ14に一時的に記憶される。
て超音波が出力された場合、第５図（１）に示す到来超
音波の受信信号は、受信回路部12,信号選択手段13Aを介
して計時手段13へ送られ、ここで、その伝播時間tdが計
時されて第１のメモリ14に一時的に記憶される。
次に、前記送受信切換部10が作用して下流側から上流
側に向かって超音波が出力された場合、第５図（２）に
示す到来超音波の受信信号は、同じく受信回路部12を介
して計時手段13へ送られ、ここでその伝播時間tuが計時
されて第１のメモリ14に一時的に記憶される。
側に向かって超音波が出力された場合、第５図（２）に
示す到来超音波の受信信号は、同じく受信回路部12を介
して計時手段13へ送られ、ここでその伝播時間tuが計時
されて第１のメモリ14に一時的に記憶される。
次に、上記動作と相前後して、超音波送受波器内のク
サビ中の平均伝播音速C1と、クサビの被測定配管との接
触面上の音速Ｃ′１を測定しておく。これは各流速測定
毎に行う必要はなく、必要な時に適宜実行すれば良い。
クサビ中の音速を測定する場合は、超音波送受波器１あ
るいは２のいずれか一つが第４図に示す送受信切換部10
を介して発信回路部11及び受信回路部12に接続される。
例えば、超音波送受波器１が接続された場合は、第３図
に示す振動子1Bから出力された超音波が第３図中の経路
l1,l′１を往復伝播して振動子Ｂで受信される。この信
号は、受信回路部12及び信号選択手段13Aを介して計時
手段13へ送られ、ここでその伝播時間例えばtpが計時さ
れて第１のメモリ14に一時的に記憶される。
サビ中の平均伝播音速C1と、クサビの被測定配管との接
触面上の音速Ｃ′１を測定しておく。これは各流速測定
毎に行う必要はなく、必要な時に適宜実行すれば良い。
クサビ中の音速を測定する場合は、超音波送受波器１あ
るいは２のいずれか一つが第４図に示す送受信切換部10
を介して発信回路部11及び受信回路部12に接続される。
例えば、超音波送受波器１が接続された場合は、第３図
に示す振動子1Bから出力された超音波が第３図中の経路
l1,l′１を往復伝播して振動子Ｂで受信される。この信
号は、受信回路部12及び信号選択手段13Aを介して計時
手段13へ送られ、ここでその伝播時間例えばtpが計時さ
れて第１のメモリ14に一時的に記憶される。
第１のメモリ14に記憶された伝播時間td,tu及びtpの
各データは、直ちに演算手段17に送られる。そして、こ
の演算手段17により式に基づいて演算され特定された
流速Ｖは、表示手段18によって表示されるようになって
いる。さらに流量は流速Ｖと管内断面積とにより演算17
で演算され、これも表示手段18に表示される。符号19
は、これら各構成手段の一連の動作を制御する主制御部
を示す。
各データは、直ちに演算手段17に送られる。そして、こ
の演算手段17により式に基づいて演算され特定された
流速Ｖは、表示手段18によって表示されるようになって
いる。さらに流量は流速Ｖと管内断面積とにより演算17
で演算され、これも表示手段18に表示される。符号19
は、これら各構成手段の一連の動作を制御する主制御部
を示す。
まず、超音波送受波器1,2のクサビの被測定配管との
接触面の音速Ｃ′１は、測定されたtpから式を使って
TRを求め、次式で求まる。
接触面の音速Ｃ′１は、測定されたtpから式を使って
TRを求め、次式で求まる。
Ｃ′１＝C1(ref)−ｄ（TR−T(ref)） …… ここでｄはクサビ材の音速の温度係数、C1(ref)はク
サビ内の温度分布が一様のときに次式 C1(ref)＝２（l1＋ｌ′１）／（tp−τｅ） ……… で求められ、T(ref)はその時の温度である。但し、l1,
l′１は第８図に示す経路l1,l′１の経路長である。ま
た、τｅはケーブル内等の電気的遅延時間を示してい
る。
サビ内の温度分布が一様のときに次式 C1(ref)＝２（l1＋ｌ′１）／（tp−τｅ） ……… で求められ、T(ref)はその時の温度である。但し、l1,
l′１は第８図に示す経路l1,l′１の経路長である。ま
た、τｅはケーブル内等の電気的遅延時間を示してい
る。
さらに、Ｃ′１からクサビ中の平均音速C1は次式で求
まる。
まる。
C1＝2l′1/〔（tp−τｅ）−２（（l1/C′１）〕 ……… 以下、第４図で説明する。
流速Ｖ＝０のときの全伝播時間t0は次式となる。
t0＝（Lx/C1）sinθ１＋（2d/C1C2）・VIII1 ＋（ND/C1C3）・VIII2＋τｅ ……… 但し、 VIII1=(C1C′１−C2 2sin2θ１)／(Ｃ′1 2−C2 2sin
2θ１)1/2 VIII2=(C1C′１−C3 2sinθ１)／(Ｃ′1 2−C3 2sin2θ１)
1/2 ここでLxは振動子接合面1a及び2aと超音波放射面1b及び
2bとの交点、1Rと2Rの間の距離である。
2θ１)1/2 VIII2=(C1C′１−C3 2sinθ１)／(Ｃ′1 2−C3 2sin2θ１)
1/2 ここでLxは振動子接合面1a及び2aと超音波放射面1b及び
2bとの交点、1Rと2Rの間の距離である。
θ１はクサビ内の超音波の入射角であり、C2は管壁
内,C3は高温高圧状態にある流動体の音速をそれぞれ示
す。ｄは管の板厚、Ｄは管内径を示す。Ｎは超音波の流
動体内経路数であり、第２図の場合はＮ＝２となる。
内,C3は高温高圧状態にある流動体の音速をそれぞれ示
す。ｄは管の板厚、Ｄは管内径を示す。Ｎは超音波の流
動体内経路数であり、第２図の場合はＮ＝２となる。
式をC3に関してまとめると、次のようになる。
C3＝ND（2C′1C1−Ｃ′1 2）1/2/IX ……… 但し、 IX＝〔C1 2（t0−τ）２＋（NDsinθ１）２〕1/2 τ＝（Lx/C1）sinθ１＋ 〔（2d/C1C2）（C1C′１−C2 2sin2θ１）／ （Ｃ′1 2−C2 2sin2θ１）1/2〕＋τｅ ……… 式は高温高圧状態にある流動体の音速C3が、常時正確
に求まることを示している。
に求まることを示している。
さらに次に示すスネルの法則 sinθ1/C′１＝sinθ3/C3 ……… と、C3とＶの近似（例えば高温高圧状態にある流動体が
水の場合はC3≒1000〜1500〔m/s〕,vの最大値でも20〔m
/s〕）により、流速Ｖは次のように算出できる。
水の場合はC3≒1000〜1500〔m/s〕,vの最大値でも20〔m
/s〕）により、流速Ｖは次のように算出できる。
Ｖ＝（C3 2/2NDtanθ３）（tu−td） ……… 結果的に第１のメモリ14に、式から式の計算に必
要とする定数（例えば、クサビ内経路長l1,l′１取り付
け間隔Lxなど）をあらかじめ記憶しておけば、式から
式までを用いて高温高圧状態にある流動体の流速Ｖを
算出できる。
要とする定数（例えば、クサビ内経路長l1,l′１取り付
け間隔Lxなど）をあらかじめ記憶しておけば、式から
式までを用いて高温高圧状態にある流動体の流速Ｖを
算出できる。
以上の論点から特許の請求の範囲第（１）項に明記さ
れた所定の関数とは、式を中心として式，式，
式，式，式，式をも含む関数群全体を指すもので
ある。
れた所定の関数とは、式を中心として式，式，
式，式，式，式をも含む関数群全体を指すもので
ある。
第８図に他の実施例を示す。
この第８図に示す実施例は、超音波送受波器のクサビ
部材の被測定配管に近い場所に温度センサーを取付け、
被測定配管との接触面の温度TRを直接モニターすること
により、第７図の関係を使ってtpからTRを求める必要が
なくなる。第８図には温度センサー取付けの一例を示
す。
部材の被測定配管に近い場所に温度センサーを取付け、
被測定配管との接触面の温度TRを直接モニターすること
により、第７図の関係を使ってtpからTRを求める必要が
なくなる。第８図には温度センサー取付けの一例を示
す。
また、本発明は高温高圧状態にある流動体用の流速測
定だけではなく、流体窒素や流体酸素あるいは液化天然
ガスなど、非常に低温な流動体に対して、同様に超音波
発生源である振動子を保護するため低温に耐え得るクサ
ビ材を使ったガイド棒状のクサビ部材を有する超音波送
受波器を使って、その流速を測定するようなことにも適
用できる。
定だけではなく、流体窒素や流体酸素あるいは液化天然
ガスなど、非常に低温な流動体に対して、同様に超音波
発生源である振動子を保護するため低温に耐え得るクサ
ビ材を使ったガイド棒状のクサビ部材を有する超音波送
受波器を使って、その流速を測定するようなことにも適
用できる。
本発明は以上のように構成され機能するので、これに
よると、温度勾配すなわち音速の速度勾配を有する超音
波送受波器のクサビ部分の平均音速と、被測定配管との
接触面の音速を正確に測定することにより、音速が不明
な高温高圧状態にある流動体の流速測定を、温度補正を
必要とすることなく高精度に行うことができるという、
従来にない優れた高温高圧状態にある流動体用の超音波
流速測定方法及びその装置を提供することができる。
よると、温度勾配すなわち音速の速度勾配を有する超音
波送受波器のクサビ部分の平均音速と、被測定配管との
接触面の音速を正確に測定することにより、音速が不明
な高温高圧状態にある流動体の流速測定を、温度補正を
必要とすることなく高精度に行うことができるという、
従来にない優れた高温高圧状態にある流動体用の超音波
流速測定方法及びその装置を提供することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す全体的構成図、第２図
は第１図における配管内の超音波の伝播状況を示す説明
図、第３図は第２図中のクサビ部分を示す説明図、第４
図は第１図中における装置の信号処理系を示すブロック
図、第５図は第４図の測定データを示す線図、第６図は
実験装置の一例を示す説明図、第７図はクサビ部材内に
おける超音波の伝播時間と温度との関係を示す線図、第
８図は他の実施例を示す説明図、第９図ないし第10図は
各々従来を示す説明図である。 1,2……超音波送受波器、1A,2A……クサビ部材、３……
配管、10……送受信切換部、11……発信回路部、12……
受信回路部、13……計時手段、14……記憶手段としての
第１のメモリ、17……演算手段、19……主制御部。
は第１図における配管内の超音波の伝播状況を示す説明
図、第３図は第２図中のクサビ部分を示す説明図、第４
図は第１図中における装置の信号処理系を示すブロック
図、第５図は第４図の測定データを示す線図、第６図は
実験装置の一例を示す説明図、第７図はクサビ部材内に
おける超音波の伝播時間と温度との関係を示す線図、第
８図は他の実施例を示す説明図、第９図ないし第10図は
各々従来を示す説明図である。 1,2……超音波送受波器、1A,2A……クサビ部材、３……
配管、10……送受信切換部、11……発信回路部、12……
受信回路部、13……計時手段、14……記憶手段としての
第１のメモリ、17……演算手段、19……主制御部。
Claims (3)
- 【請求項１】指向性角度が著しく小さく形成された二つ
の超音波送受波器を適当な間隔をおいて被測定配管の上
流側と下流側にそれぞれ配設し、 当該配管の外壁から超音波を交互に入射させて測定時に
おける超音波送受波器内のクサビ部分の平均伝播音速C1
を測定すると共に，当該クサビと前記被測定配管との接
触面に於ける音速Ｃ′１を測定し、 これらの各測定に相前後して、前記上流側から下流側
へ，又は下流側から上流側へそれぞれ超音波を発振する
と共に、この発振された各超音波が管壁及び管内流動体
を伝播して受信されるまでの時間td,tuを順次測定し、 これらの各測定値C1,C′1,td,tuと前記超音波送受波器
相互の間隔Lxとを予め特定された所定の関数，すなわち Ｖ＝Ｆ（C1,C′1,td,tu,Lx） に代入して他の必要な定数とともにこれを演算し、管内
流動体の流速Ｖを算定することを特徴とした超音波流速
測定方法。 - 【請求項２】超音波の伝播線上に沿って配管の上流側と
下流側にそれぞれ配設される指向性角度が著しく小さく
形成された超音波送受波器と、この二つの超音波送受波
器に発振回路部と受信回路部とを必要に応じて交互に切
換接続する送受波器切換部とを設け、 前記受信回路部に、前記超音波送受波器から出力され上
流側から下流側へ又は下流側から上流側へ発信される超
音波がそれぞれ管壁および管内流動体内を伝播して受信
されるまでの伝播時間td,tuを測定する計時手段と、こ
の伝播時間td,tuおよび前記超音波送受波器の取付け間
隔Lxの値を記憶する記憶手段とを設け、 この記憶手段に、当該流速測定時における超音波送受波
器内のクサビ部分の平均伝播音速C1の測定値および該ク
サビと被測定配管部との当接面における音速Ｃ′１の測
定値その他必要とする定数を予め記憶せしめるととも
に、この記憶手段の各出力情報に基づいて所定の演算を
行い管内流動体の流速を特定する流速演算手段とを設け
たことを特徴とする超音波流速測定装置。 - 【請求項３】前記超音波送受波器は、そのクサビ部分
が、比較的長い超音波伝播路を有し，クサビ部分の平均
伝播速度C1と当該クサビと被測定配管との接触面におけ
る音速Ｃ′１を求めるために、一端部に、クサビ部分を
超音波が伝播するのに要する時間を測定するための超音
波反射面を備え、他端部の端面には超音波変換器が設備
されるように構成されていることを特徴とする請求項１
記載の超音波流速測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2299234A JP2747618B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 超音波流速測定方法およびその装置 |
| US07/782,095 US5280728A (en) | 1990-11-05 | 1991-10-24 | Ultrasonic flow velocity measurement method and apparatus thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2299234A JP2747618B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 超音波流速測定方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04172222A JPH04172222A (ja) | 1992-06-19 |
| JP2747618B2 true JP2747618B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=17869884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2299234A Expired - Fee Related JP2747618B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 超音波流速測定方法およびその装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5280728A (ja) |
| JP (1) | JP2747618B2 (ja) |
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1990
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1991
- 1991-10-24 US US07/782,095 patent/US5280728A/en not_active Expired - Fee Related
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| US5280728A (en) | 1994-01-25 |
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