JP5167892B2 - 超音波流量計及び超音波流量計用の吸音材 - Google Patents
超音波流量計及び超音波流量計用の吸音材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5167892B2 JP5167892B2 JP2008074391A JP2008074391A JP5167892B2 JP 5167892 B2 JP5167892 B2 JP 5167892B2 JP 2008074391 A JP2008074391 A JP 2008074391A JP 2008074391 A JP2008074391 A JP 2008074391A JP 5167892 B2 JP5167892 B2 JP 5167892B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluid
- measured
- ultrasonic
- absorbing material
- water surface
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
本発明は,測定領域の流速分布から被測定流体の流量を測定することが可能な超音波流量計にかかり,特に,自由水面を有する開渠における超音波流量計の技術に関する。
開渠における超音波流量計による流量測定の技術は,例えば特許文献1に開示されている。ここに開示された技術は,流体が流動する流路の水面側及び底面側から流速分布を取得し,これらの取得した流速分布に基づき流路の深さ方向の流速分布を校正処理により求め,求められた深さ方向の流速分布を水路幅方向に沿って積分することにより,精度良く流量を得るものである。
このような開渠における超音波流量計による流量測定の場合,流路底面から超音波を水面方向に向けて発信すると,水中に混在する気泡などの粒子(反射体)により反射された超音波エコー信号のほかに,水面で反射された反射波に起因する信号等が流路底面の受信部で受信され,測定誤差を生じうる。
図4を用いて説明する。超音波送受信手段30が送信する超音波は,被測定流体中の反射体(気泡)20などに対して反射した反射波91aのみを用いたい。また,発信超音波90が到達した水面70では,超音波送受信手段30に戻る方向の反射波91bも生じるが,反射波91bは,超音波送受信手段30にて受信されれば,水面の位置情報を提供する為,問題とはならず,むしろ流量測定において望ましい信号となる。しかし,図4に示す通り,水面70で生じた反射波91cは水底71にあたって反射し,その水底71における反射波91dが再び水面70において反射した反射波91eが,超音波送受信手段30により受信されることにより,測定誤差の原因となりうる。
図示は省略するが,被測定流体中の気泡などで反射した反射波のみで被測定流体の流速分布を測定できたとすれば,その測定結果は理論的にはなめらかな曲線を描くはずであるが,実際の測定結果は歪んだ曲線が描かれてしまうことになる。
超音波流量計による流量測定における上記の問題は,配管の外側から超音波を入射することにより,配管内を流れる被測定流体の流速分布を測定する超音波流量計による流量測定でも同じである。配管からの反射波を原因とする測定誤差を低減して,流量計測の精度を上げる技術は,例えば特許文献2に開示されている。被測定流体の流体配管における超音波の到達位置における配管外壁に固定可能な吸音材を設け,その吸音材の音響インピーダンスが,流体配管の音響インピーダンスと近似値となるような高密度な材質とすることにより問題解決を図ろうとするものである。
特開2005−321314
特開2005−195371
しかし,上記の解決方法は,固体である配管の外壁に吸音材を備えるものであり,開渠における流量測定にそのまま適用できるものではない。例えば,自由水面を有する開渠に吸音材を配置しようとすると,吸音材は被測定流体の水面に直接浮かんで配置される必要がある。また,配管の外壁のような支持体がない為,吸音材を所定の位置に配置する為の工夫が必要になる。
本発明は,このような課題に鑑み,流量測定誤差の原因となるような水面での超音波の反射を防止し,開渠における超音波流量計による流量測定の精度向上に資する吸音材及びそのような吸音材を用いた超音波流量計を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために,本発明にかかる超音波流量計は吸音材を備えており,その吸音材の代表的な構成は,自由水面を有する開渠の被測定流体中へ流路底面から水面へ向かって超音波を入射させる超音波送信手段と,被測定流体に入射された超音波の反射された超音波エコーを受信する超音波受信手段と,受信された超音波エコーを処理し,被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と,被測定流体の流速分布に基づいて,被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計に用いる吸音材であって,開渠の水面に浮かんで超音波を吸収する本体部と,開渠の水面における超音波到達位置にとどまる為に外部の固定物と接続される為の接続部とを備えたことを特徴とする。
上記構成によれば,開渠において流路底面から発信され,水面に到達した超音波は,水面に浮かんで配置された吸音材に吸収されることにより,流量測定誤差の原因となるような水面での反射が防止される。従って,水面での反射波に起因する信号が底面の超音波送受信手段に到達することが抑制され,流量測定の精度向上が可能となる。
ここで,超音波が吸音材に吸収されるとは,吸音材に入射した超音波が吸音材中で吸収されることに加え,吸音材と被測定流体との界面において乱反射されることを含むものとする。
超音波流量計の流量演算手段等,測定手段に関わる技術は,例えば前記特許文献2などに記載があり,一般事項であるので,ここでの説明は省略する。
上記の吸音材は,その本体部を水面近傍に浮かせて配置させる浮遊助成部を備えていてもよい。かかる浮遊助成部を備えることにより,吸音材は,被測定流体中に沈み込む部分が減少し,より水面近傍に配置されることが可能となる。吸音材が沈み込んでいると,その領域の流速分布の測定が妨げられる為,より正確な流量測定の為には,吸音材はできるだけ水面に近傍して配置されることが望ましい。
上記の本体部は,少なくとも水面と接する面が多孔質体からなることを特徴としていても良い。本体部が水面と接する面は本体部の下面であることが多いから,以下の説明において,本体部が水面と接する面は本体部の下面という。多孔質体とは,内部に大小さまざまな孔を有する固体の総称であり,例えば,アルミニウム系などの金属多孔質体がある。かかる構造によれば,被測定流体中を進行した超音波は被測定流体と多孔質体との界面でさまざまな方向に反射(すなわち,乱反射)する。従って,流量測定誤差の原因となりうる水面での反射が抑制される。
多孔質体に被測定流体が浸透する場合は,被測定流体と多孔質体との界面が明確に形成されない為,超音波は反射せずに多孔質体内に入射する。入射した超音波のエネルギーは,周囲の媒体との摩擦により熱に変換されたり,多孔質体の振動エネルギーに変換されて失われ,超音波は減衰する。よって,超音波送受信手段に戻って受信されることがない為,流量測定の誤差を低減することができる。
上記の本体部は,少なくとも水面と接する面が発泡樹脂からなることを特徴としていても良い。発泡樹脂とは,樹脂を発泡させたものであり,例えば,発泡ポリウレタンがある。かかる構造によれば,上記の多孔質体同様,発泡樹脂の乱反射効果によって,水面で反射した超音波が超音波送受信手段に戻って受信されることを抑制できる。
また,発泡樹脂に水が浸透する場合は,上記の多孔質体と同様,被測定流体と発泡樹脂との界面が明確に形成されない為,超音波は反射せずに発泡樹脂内に入射し,そのエネルギーを失うことにより減衰することから,流量測定誤差の原因を抑制できる。
上記の本体部は,少なくとも水面と接する面が繊維の板状部材からなることを特徴としていても良い。繊維としては,例えば,動物の毛を集めて圧縮して作るシート状のフェルトやエステルウールがある。かかる構造によれば,上記の多孔質体及び発泡樹脂と同様に,超音波は被測定流体と繊維の板状部材との界面で乱反射し,流量測定誤差の原因となりうる水面での反射が抑制される。また,繊維の板状部材に水が浸透する場合は,上記の多孔質体及び発泡樹脂と同様に,繊維の板状部材に入射した超音波は減衰し,流量測定誤差の原因が抑制される。
上記の本体部は,少なくとも水面と接する面の音響インピーダンスが開渠の被測定流体の音響インピーダンスと近似値となる材質としたことを特徴とする多孔質体,発泡樹脂,または繊維の板状部材のいずれかであっても良い。
本体部の下面の音響インピーダンスを被測定流体の音響インピーダンスと近似値とすると,被測定流体中を進行した超音波は反射せずに本体部に入射する。本体部に入射した超音波のエネルギーは,本体部内で,周囲の媒体との摩擦により熱に変換されたり,本体部の振動エネルギーに変換されて失われ,超音波は減衰する。よって,超音波送受信手段に戻って受信されることがない為,流量測定の誤差を低減することができる。
本発明にかかる吸音材を備える超音波流量計の発明として構成してもよい。かかる超音波流量計の代表的な構成は,自由水面を有する開渠の被測定流体中へ流路底面から水面へ向かって超音波を入射させる超音波送信手段と,被測定流体に入射された超音波の反射された超音波エコーを受信する超音波受信手段と,前記受診された超音波エコーを処理し,被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と,前記被測定流体の流速分布に基づいて,被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計であって,上記の吸音材を備える超音波流量計とすることができる。
かかる構成によれば,流量測定誤差の原因となるような,開渠における水面での超音波の反射を抑制して,精度の高い流量測定が可能となる。
本発明によれば,開渠における超音波流量計による流量測定において,流量測定誤差の原因となるような,水面での超音波の反射を防止することにより,測定の精度を向上することが可能となる。
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法,材料,その他具体的な数値などは,発明の理解を容易とするための例示にすぎず,特に断る場合を除き,本発明を限定するものではない。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能,構成を有する要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略し,また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図1は,本実施形態にかかる吸音材の外観図である。図1(a)は,吸音材を上方から見た図であり,図1(b)は吸音材を側方から見た図である。吸音材10は,本体部11,接続ワイヤ13を接続する為の接続部12から構成される。かかる吸音材10は,開渠における水面に浮かべられ,本体部11下面に到達する超音波を吸収する。
本体部11は水面に浮かんで配置されるように,被測定流体よりも小さい密度を有する。また,本体部11の少なくとも下面は,多孔質体,発泡樹脂,繊維の板状部材からなることにより,超音波を吸収可能とする。多孔質体としては,例えば,アルミニウム系などの金属多孔質体がある。発泡樹脂としては,例えば,発泡ポリウレタンがある。繊維の板状部材としては,例えば,フェルト類やエステルウールがある。また,例えば,発泡ポリウレタンそのものや,下面にフェルトを接着剤により接着させた発泡ポリウレタンを本体部11とすることができる。パイルをナイロン製,ポリプロピレン製,ポリエチレン製,ビニル製などとした人工芝を,下面に用いてもよい。
本体部11の少なくとも下面の音響インピーダンスを被測定流体80の音響インピーダンスと近似値となるようにしても良い。
接続部12は,例えば,足場41(図3参照)に接続された接続ワイヤ13と本体部11を接続し,超音波が到達する所定の位置に吸音材10をとどめる役割を果たす。本実施形態においては,接続部12として手環(環状の金具)を備えるよう図示しているが,接続部12の形状はこれに限定されるものではなく,本体部11の外周に溝を設けたり,本体部11に接続ワイヤ13を接続する為の孔を設けたりすることでもよい。
足場41と吸音材10の接続手段は,接続ワイヤ13に限定されるものではなく,吸音材10を所定の位置にとどめるものであれば,ロープでも良いし,ひもでも良い。なお,吸音材10の形状や大きさは特に限定されるものではなく,水面に到達する超音波を吸収することができるものであれば良い。
図2は,浮遊助成部を備える吸音材の外観図である。図2(a)は,浮遊助成部を備える吸音材を上方から見た図であり,図2(b)はかかる吸音材を側方から見た図である。本実施形態の吸音材10は,図1に示す構成に加えて,さらに浮遊助成部14を備える。浮遊助成部14は,図1の構成では吸音材10が十分な浮力を得ることができない場合に,吸音材10が水面に浮かぶことが可能なように吸音材10に浮力を与える役割を果たす。浮遊助成部14の働きにより,吸音材10がより水面近傍に配置されて浮かぶ場合は,より水面に近い領域までの流速分布が得られ,より精度の高い流量測定が可能となる。
かかる役割を果たす為に,浮遊助成部14は,例えば,発泡スチロールで構成される。図2では,浮遊助成部14は,略三角柱の形状を有し,本体部11と嵌合によって固定されているが,浮遊助成部14と本体部11の固定方法は,例えば,浮遊助成部14と本体部11にそれぞれ雄ネジと雌ネジを設けて螺合する方法でも良い。浮遊助成部14の形状や大きさも,上記の役割を果たすものであれば,特に限定されるものではない。
図3は,吸音材を有する超音波流量計を説明する図である。図3に示すように,吸音材10は,流路の水面70の近傍に配置して浮かべられ,単管パイプ等で組み立てられたガイド40aに固定された足場41に,接続ワイヤ13により接続される。つまり,ガイド40aは,所定の位置に吸音材10をとどめる為の外部の固定物として機能する。なお,吸音材10は上方に固定された足場41から吊り下げて水面70に浮かべられても良い。
被測定流体80中に,測定に十分な反射体20(気泡など)が存在しない場合は,気泡発生装置50により反射体20(気泡)が供給される。気泡発生装置50はガイド40aにより固定される。超音波の送受信を行う超音波送受信手段30(トランスデューサ)は流路の下流側の水底71に配置され,ガイド40bにより固定される。超音波送受信手段30は,演算処理装置(図示せず)に接続され,超音波送受信手段30が送受信した信号を基に流速分布が計測され,流量測定が行われる。図3中の白抜き矢印は被測定流体80の流れる方向を示す。
超音波送受信手段30から発信された発信超音波90は,測定線上に多数存在する反射体20にあたって反射され,その反射波91aが超音波送受信手段30に受信される。発信超音波90は,例えばパルス幅5mm程度で拡がりをほとんど持たない直進性のビームであり,水面70に到達する。
吸音材10がない場合,水面70に到達した発信超音波90は水面70で反射し,その反射波91c(水面近傍100参照)が測定誤差の原因となるのは前述した通りである。
一方,本願発明にかかる吸音材10が水面70にある場合は以下の通りである。例えば,本体部11が多孔質体材料の例としてのスポンジ状の発泡ポリウレタンであり,被測定流体80が水の場合である。スポンジ状の発泡ポリウレタンには,水が浸透する為,発泡ポリウレタンと水の明確な界面は形成されないので,発信超音波90は,発泡ポリウレタンと水の界面では反射せず,発泡ポリウレタン内に入る(図3中の超音波92)。
多孔質体としての発泡ポリウレタンは多数の大小さまざまな孔を有する為,発泡ポリウレタン内に入射した超音波92のエネルギーは,水との摩擦により熱に変換されたり,発泡ポリウレタンの振動エネルギーに変換されて失われて,超音波92は発泡ポリウレタンに吸収される。
よって,水面70に到達した発信超音波90は吸音材10(発泡ポリウレタン)にほとんど吸収されてしまい,流量測定の誤差原因となる水面での反射波91cの発生が抑制される。また,吸音材10内に入射した超音波92が吸音材10と空気との界面で再び反射して,超音波送受信手段30に受信され,流量測定の誤差原因となることを抑制できる。
下面にフェルトを接着させた発泡ポリウレタンを本体部11としても同様の効果が得られる。フェルトに入射した超音波92のエネルギーは,超音波92がフェルトの繊維の隙間を進むときに,繊維や水との摩擦によって熱に変換されるとともに繊維の振動エネルギーに変換されることにより失われるからである。
本発明は,開渠における超音波流量計による流量測定において,流量測定誤差の原因となるような,水面での超音波を吸収し,その反射を防止する吸音材として,また,かかる吸音材を有する超音波流量計として利用することができる。
10…吸音材,11…本体部,12…接続部,13…接続ワイヤ,14…浮遊助成部,20…反射体(流体中の気泡),30…超音波送受信手段(トランスデューサ),40a,40b…ガイド,41…足場,50…気泡発生装置,70…水面,71…水底,80…被測定流体,90…発信超音波,91a,91b,91c,91d,91e…反射波,92…超音波,100…水面近傍
Claims (7)
- 自由水面を有する開渠の被測定流体中へ流路底面から水面へ向かって超音波を入射させる超音波送信手段と,被測定流体に入射された超音波の反射された超音波エコーを受信する超音波受信手段と,前記受信された超音波エコーを処理し,被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と,前記被測定流体の流速分布に基づいて,被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計に用いる吸音材であって,
開渠の水面に浮かんで超音波を吸収する本体部と,
前記開渠の水面における超音波到達位置にとどまる為に外部の固定物と接続される為の接続部とを備えたことを特徴とする吸音材。 - 当該吸音材は前記本体部を水面近傍に浮かせて配置させる浮遊助成部を備えたことを特徴とする請求項1記載の吸音材。
- 前記本体部の少なくとも水面と接する面が,多孔質体からなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の吸音材。
- 前記本体部の少なくとも水面と接する面が,発泡樹脂からなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の吸音材。
- 前記本体部の少なくとも水面と接する面が,繊維の板状部材からなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の吸音材。
- 前記本体部の少なくとも水面と接する面は,その音響インピーダンスが前記開渠の被測定流体の音響インピーダンスと近似値となる材質としたことを特徴とする請求項3ないし5のいずれかに記載の吸音材。
- 自由水面を有する開渠の被測定流体中へ流路底面から水面へ向かって超音波を入射させる超音波送信手段と,被測定流体に入射された超音波の反射された超音波エコーを受信する超音波受信手段と,前記受診された超音波エコーを処理し,被測定流体の流速分布を測定する流体速度分布測定手段と,前記被測定流体の流速分布に基づいて,被測定流体の流量を演算する流量演算手段とを備えて被測定流体の流量を測定する超音波流量計であって,請求項1から6のいずれか1項に記載の吸音材を備える超音波流量計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008074391A JP5167892B2 (ja) | 2008-03-21 | 2008-03-21 | 超音波流量計及び超音波流量計用の吸音材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008074391A JP5167892B2 (ja) | 2008-03-21 | 2008-03-21 | 超音波流量計及び超音波流量計用の吸音材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009229220A JP2009229220A (ja) | 2009-10-08 |
JP5167892B2 true JP5167892B2 (ja) | 2013-03-21 |
Family
ID=41244798
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008074391A Expired - Fee Related JP5167892B2 (ja) | 2008-03-21 | 2008-03-21 | 超音波流量計及び超音波流量計用の吸音材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5167892B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593631C1 (ru) * | 2015-01-21 | 2016-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ЯГТУ") | Ультразвуковой расходомер-счетчик |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4788107B2 (ja) * | 2004-05-10 | 2011-10-05 | 東京電力株式会社 | 超音波流量計、その流量測定方法およびその流量測定プログラム |
JP4731145B2 (ja) * | 2004-09-21 | 2011-07-20 | リコーエレメックス株式会社 | 超音波センサおよび超音波流量計 |
JP2006292381A (ja) * | 2005-04-05 | 2006-10-26 | Tokyo Gas Co Ltd | 超音波流量計 |
-
2008
- 2008-03-21 JP JP2008074391A patent/JP5167892B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593631C1 (ru) * | 2015-01-21 | 2016-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ЯГТУ") | Ультразвуковой расходомер-счетчик |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009229220A (ja) | 2009-10-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8047081B2 (en) | Flow monitoring apparatus having an ultrasonic sensor with a coupling adapter having securing mechanism | |
JP4782327B2 (ja) | クランプオン型超音波流量計 | |
JP4702668B2 (ja) | 流量測定装置 | |
CN100594362C (zh) | 超声多普勒流量计中使用的楔形和楔形单元 | |
EP1248081A1 (en) | Clamp-on ultrasonic flowmeter | |
JP5971428B2 (ja) | 流体計測装置 | |
CA2922182C (en) | Conical-faced ultrasonic transducer, flow meter, and method | |
EP1621856A3 (en) | Doppler ultrasonic flow velocity profile meter | |
KR20150141876A (ko) | 클램프온식 초음파 유량계 및 유량 계측 방법 | |
JP3761399B2 (ja) | 超音波式流量測定器 | |
US20130264142A1 (en) | Coupling element of an ultrasonic transducer for an ultrasonic, flow measuring device | |
JP5297864B2 (ja) | 超音波式ガスメータ | |
JP5167892B2 (ja) | 超音波流量計及び超音波流量計用の吸音材 | |
JP5168722B2 (ja) | 超音波流量計及び超音波流量計用の吸音材 | |
JP2005156401A (ja) | クランプオン型ドップラー式超音波流速分布計 | |
US8879360B2 (en) | Acoustic lens | |
JP2006208159A (ja) | 超音波流量計 | |
KR102351365B1 (ko) | 음향도플러유속계 고정장치 | |
JP2020101418A (ja) | 超音波液位測定装置並びに超音波センサの設置位置算出方法 | |
JP2007033115A (ja) | 超音波流量計の検出部 | |
KR101173372B1 (ko) | 초음파 송수파기 | |
JP2009216496A (ja) | 超音波流量計 | |
JP2023095263A (ja) | 狭所内情報取得装置 | |
JP2022188333A (ja) | 超音波流量計 | |
CN117517706A (zh) | 一种用超声波反射式流速测量仪得到流速信号的处理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110118 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121122 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121127 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121210 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |