JPH09287990A - 超音波流量計 - Google Patents
超音波流量計Info
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- JPH09287990A JPH09287990A JP8122581A JP12258196A JPH09287990A JP H09287990 A JPH09287990 A JP H09287990A JP 8122581 A JP8122581 A JP 8122581A JP 12258196 A JP12258196 A JP 12258196A JP H09287990 A JPH09287990 A JP H09287990A
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Abstract
超音波流量計を提供すること。 【解決手段】 測定管2の内部に流体物質を流し、電気
−音響変換手段1a又は1bから出射された超音波を測
定管2内を貫流する流体物質中を透過させて他方の電気
−音響変換手段1bまたは1aで受波し、これらを双方
で切り替えて超音波伝播時間を測定して測定管2の内部
に流れる流体物質の流量測定を行うように構成されてい
る。一対の電気−音響変換手段1a,1bにより構成さ
れる超音波の伝播経路Tcは、測定管内を反射させて受
波するV字型となるように構成されている。また一対の
電気−音響変換手段間を結ぶ測定管2の内側壁には、遮
音物質2cが配置されており、この遮音物質2cにより
測定管の内側壁表面に沿って伝播する直接伝播波を効果
的に遮断させることができる。
Description
もしくは液体などの流体物質を貫流し、その流量を測定
するようにした超音波流量計に関するものであり、特に
測定精度を向上させることが可能な超音波流量計に関す
る。
り、流量は測定管内部を流れる気体もしくは液体などの
流体物質の流速を測定し、測定した流速に管断面積等を
乗ずることにより求められる。そして、この種の超音波
による流速測定は、一対の電気−音響変換手段を具備
し、一方の電気−音響変換手段から出射された超音波を
測定管内の流体物質中を透過させて他方の電気−音響変
換手段で受波し、これらを双方で切り替えて超音波伝播
時間を測定し、超音波ビームの伝播時間の逆数差を求め
ることで行われる。
を断面図によって示したものである。この図5に示す例
においては、測定管2の対向する内側壁部分に、一対の
電気−音響変換手段1a,1bを測定管2の軸線に対し
てほぼ45度の傾きをもって直接対向するように配置さ
れている。
と、一方の電気−音響変換手段1aから他方の電気−音
響変換手段1bに、またその逆方向に図中実線で示した
ような直線的な伝播経路Taを介して超音波が伝播し、
この伝播経路Taにおける超音波の伝播速度を測定する
ことにより、測定管2を貫流する流体物質の流量を演算
することができる。
流側、下流側に設けられた電気−音響変換手段としての
超音波送受波器1a,1bから測定管2に対して発射さ
れた超音波ビームを双方で切り替えて、これら順逆方向
の伝播時間t1,t2を繰り返し計測させる。
により、音速Cの影響がなくなり以下の式が得られる。
D/sinθ1 ) D :管内径 C :流体物質中の音速 θ1 :超音波伝播路と管軸のなす角 V :超音波伝播路上の線平均流速
沿った平均流速を計測する装置である。そして、測定管
内の流速分布は、流量により変化する。この流量を得る
ためには流速分布変化の補正が必要となる。そして体積
流量Qは計測された線平均流速Vと、測定部の断面積A
と、流速分布補正計数Knから計算される。
る。
の平均流速の比であり、レイノルズ数の関数である。
ことが可能であり、Kn=0.75(一定)が得られて
いる。ここで、レイノルズ数が2320より小さい場合
の流れは層流と呼ばれ、その分布は一定で変わらない。
乃至式5のような理論式により演算することにより、流
体物質の流量を算出することが可能である。
定精度を向上させるには、超音波ビームの伝播時間を正
確に測定できるようにすることが必要となる。この場
合、超音波ビームの伝播距離を大きくとった方が超音波
ビームの伝播時間を正確に測定することが可能となり、
よって流量の測定精度も向上させることができる。
は、一方と他方の電気−音響変換手段1a,1bの間の
伝播距離Taは、前記一方の電気−音響変換手段1aと
他方の電気−音響変換手段1bとの間の測定管の軸方向
の距離L2 の約1.4倍程度であり、測定管2を小型に
形成した場合においては、その伝播距離Taを大きく取
ることができず、超音波流量計の測定精度を向上させる
には限界がある。
の電気−音響変換手段1a,1b間の伝播距離を大きく
する手段として、図6に示すような構成を考えることが
できる。この図6に示す構成は、測定管2の一方の内側
壁2aに一対の電気−音響変換手段1a,1bを配置
し、測定管2の他方の内側壁2bを超音波の反射面とし
て利用し、超音波の伝播経路Tbを略V字型とすること
で、その伝播距離を大きくとるようにしたものである。
測定管2の軸線に対する電気−音響変換手段1a,1b
の超音波出射角θを45度とした場合、前記図5に示す
例に比較して2倍の伝播距離を取ることができる。した
がって超音波流量計の測定精度をより向上させることが
できる。
構成によると、図5に示す構成に対して超音波の伝播距
離を2倍とすることができ、したがって超音波流量計の
測定精度をより向上させることが期待できる。
1a,1bにおける超音波の出射エネルギーは、比較的
広範囲な指向特性を有しており、超音波の出射軸以外に
も超音波信号の一部が放射される。
−音響変換手段1a,1bを配置した測定管2の一方の
内側壁2aの表面経路を伝わって一方の電気−音響変換
手段1aから他方の電気−音響変換手段1bに、またそ
の逆方向に図中破線Tsで示したように超音波信号の一
部が直接的に伝播する(直接伝播波)という現象が発生
する。
は、本来の受波が到達する直前、もしくは同時に現れ、
本来の受波に対して波形歪みなどを起こさせることで測
定誤差を生み出す。この度合は測定管2内の流量が多く
なればなる程、すなわち流量が増大する程、測定誤差を
増大させるという問題点を含んでいる。
鑑みてなされたものであって、特に一方の電気−音響変
換手段から出射された超音波を測定管内を反射させて他
方の電気−音響変換手段によって受波するV型の超音波
伝播経路を形成した超音波流量計において、本来の受波
以外の妨害波を受ける要因を少なくし、測定精度を向上
させることが可能な超音波流量計を提供することを目的
とするものである。
ために成された本発明に係る超音波流量計は、一方の電
気−音響変換手段から出射された超音波を測定管内の流
体物質中を透過させて他方の電気−音響変換手段で受波
し、これらを双方で切り替えて超音波伝播時間を測定し
て測定管内部に流れる流体物質の流量測定を行う超音波
流量計であって、前記一方の電気−音響変換手段から出
射された超音波を測定管内を反射させて他方の電気−音
響変換手段によって受波するV型の超音波伝播経路を形
成し、前記一方の電気−音響変換手段と他方の電気−音
響変換手段との間を結ぶ測定管の内側壁面に遮音物質を
配置するように構成されたものである。そして、前記遮
音物質は好ましくは、測定管を構成する同一材料を測定
管内面に対して一体に突出させて配置される。また、前
記遮音物質は、測定管内に貼着された遮音材により構成
される場合もある。この場合の前記遮音材はグラスウー
ルであることが望ましい。そして、前記測定管は、該測
定管の軸方向に対して直角な断面形状が長方形に構成さ
れる。
変換手段によって形成される超音波の伝播経路は、測定
管内を反射させて受波するいわゆるV字型を構成する。
この場合、一対の電気−音響変換手段間を結ぶ測定管の
内側壁面に遮音物質が配置されているため、従来のもの
のように測定管の内側壁表面を伝わる直接伝播波Tsの
影響を受けることがない。
させることで測定誤差を生み出すという問題点を解消さ
せることができる。
について図1を参照しつつ説明する。なお、以下に示す
実施例において、従来の装置と同一の構成および機能を
有するものについては同じ符号を用いて示している。
ようにその両端部においてフランジ状の接続部3a,3
bによって、それぞれ配管4a,4bに対して接続され
ている。そして測定管2は、図1(b)に示すように測
定管2の軸方向に対して直角な断面形状が長方形で構成
されており、その開口の横幅がW、高さがhの角状ダク
トを構成している。なお図1に示す実施例における測定
管2の開口のアスペクト比(W対h)は、1:5に成さ
れている。またこの開口のアスペクト比は、一般に1:
3乃至1:7程度に選定される。
1bがそれぞれ測定管2の一方の内側壁2aに配置さ
れ、一方の電気−音響変換手段1aから他方の電気−音
響変換手段1bに対して、またその逆方向にそれぞれ対
向する他方の内側壁2bを反射面としてV字状の超音波
信号の伝播経路Tcが構成されるようになされている。
響変換手段1aおよび他方の電気−音響変換手段1b
は、それぞれ測定管2の軸線に対して交差角度θをもっ
て出射されるように配置されている。
と他方の電気−音響変換手段1bとの間を結ぶ測定管2
の内側壁2aには、遮音物質2cが配置されている。こ
の遮音物質2cは、測定管を構成する同一材料、例えば
合成樹脂により一体となるように突出させて配置されて
いる。
側壁2aに対向する他方の内側壁2bには、遮音物質2
cの突出形態に対応させて凹部2dが形成されており、
この凹部2dの存在により、測定管2内を流れる流体物
質の流速が一定となるように工夫されている。
1bは例えばピエゾセラミック素子により構成された超
音波送受波器であり、この超音波送受波器1a,1bか
らは間欠的に交互に200KHz程度の超音波ビームが
発射され、超音波ビームの伝播時間に基づいて測定管2
内に貫流する流体物質の流量を測定するように成され
る。
から交互に間欠的に超音波ビームが発射され、超音波送
受波器1a,1bはこれを交互に受けて測定管2内に貫
流する流体物質の流量を測定する。この場合の演算処理
は、図5に示した従来の例と同様であり、その詳細な説
明は省略する。
a,1b間を結ぶ測定管2の内側壁2aに遮音物質2c
が突出するように配置されているため、電気−音響変換
手段1a,1b間を結ぶ測定管2の内側壁2aの表面を
沿って伝播する直接伝播波Tsを遮断させることができ
る。
a,1bが図6に示すように直接伝播波Tsを互いに受
けて本来の受波に対して波形歪みなどを起こさせる可能
性を除去することができる。
実施例を断面状態で示したものである。この図2に示す
例においては、遮音物質2cとして別体の遮音材5を用
意し、これを一対の電気−音響変換手段1a,1b間を
結ぶ測定管2の内側壁2aに貼着するようにしたもので
ある。この遮音材5としては、例えばグラスウール、ゴ
ム、プラスチック、金属等を挙げることができるが、他
に一般的に遮音材として作用する他の物質を採用するこ
ともできる。
換手段1a,1b間を結ぶ測定管2の内側壁2aの表面
を沿って伝播する図6に示すような直接伝播波Tsを前
記遮音材5によって吸収することができる。
対の電気−音響変換手段1a,1bが直接伝播波Tsを
互いに受けて本来の受波に対して波形歪みなどを起こさ
せる可能性を除去することができる。
量計の測定精度に関する結果を示したものであり、縦軸
に信号レベルを横軸に時間経過を示している。その測定
条件は、流体物質として空気を用い、流量が5m3 /H
で、20℃の環境下で行ったものである。図3における
下側に描かれた波形が測定管の流体物質(空気)を通過
してきた波形信号であり、図中上側に描かれたピーク状
の信号がこれによって生成される受波信号を示してい
る。
直接伝播波Ts等によるノイズ成分の影響を受けず、し
たがって本来の受波に対して波形歪みなどを受けること
がなく、受波信号として認識されるピーク状の信号が正
確な位置に発生することが判る。
を、同様の条件下で測定したものであり、図4に示すよ
うにその前半において直接伝播波Ts等によるノイズ成
分の影響を受けており、したがって本来の受波に対して
波形歪みなどを受け、受波信号として認識されるピーク
状の信号が図3に示した場合に比較して時間的に前に発
生し、測定誤差が発生していることが判る。
係る超音波流量計によれば、一対の電気−音響変換手段
によって形成される超音波の伝播経路を、測定管内を反
射させて受波するV字型となるように構成し、且つ一対
の電気−音響変換手段間を結ぶ測定管の内側壁に遮音物
質を配置するようにしたので、電気−音響変換手段間を
結ぶ測定管の内側壁表面に沿って伝播する直接伝播波T
sを効果的に遮断させることができる。したがって、従
来のもののように一対の電気−音響変換手段が直接伝播
波Tsを互いに受けて本来の受波に対して波形歪みなど
を起こさせる可能性を除去することができ、測定精度の
高い超音波流量計を提供することができる。
施例の基本構成を示した断面図である。
施例の基本構成を示した断面図である。
を示した波形図である。
した波形図である。
た断面図である。
示した断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 一方の電気−音響変換手段から出射され
た超音波を測定管内の流体物質中を透過させて他方の電
気−音響変換手段で受波し、これらを双方で切り替えて
超音波伝播時間を測定して測定管内部に流れる流体物質
の流量測定を行う超音波流量計であって、 前記一方の電気−音響変換手段から出射された超音波を
測定管内を反射させて他方の電気−音響変換手段によっ
て受波する略V型の超音波伝播経路を形成し、前記一方
の電気−音響変換手段と他方の電気−音響変換手段との
間を結ぶ測定管の内側壁面に遮音物質を配置したことを
特徴とする超音波流量計。 - 【請求項2】 前記遮音物質は、測定管を構成する同一
材料を測定管内面に対して一体に突出させて配置したこ
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】 前記遮音物質は、測定管内に貼着された
遮音材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】 前記遮音材はグラスウールであることを
特徴とする請求項3に記載の超音波流量計。 - 【請求項5】 前記測定管は、該測定管の軸方向に対し
て直角な断面形状が長方形であることを特徴とする請求
項1乃至4のうちいずれか1に記載の超音波流量計。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP12258196A JP3328505B2 (ja) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | 超音波流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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JPH09287990A true JPH09287990A (ja) | 1997-11-04 |
JP3328505B2 JP3328505B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=14839464
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12258196A Expired - Lifetime JP3328505B2 (ja) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | 超音波流量計 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3328505B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001311636A (ja) * | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波流量計測装置 |
JP2010164585A (ja) * | 2010-04-28 | 2010-07-29 | Panasonic Corp | 超音波流量計測装置 |
JP2011013100A (ja) * | 2009-07-02 | 2011-01-20 | Panasonic Corp | 超音波式流量計測装置 |
JP2013503029A (ja) * | 2009-08-26 | 2013-01-31 | ユニバーシティ、オブ、サウサンプトン | 洗浄装置、洗浄方法、およびそのモニター方法 |
US11426772B2 (en) | 2015-05-13 | 2022-08-30 | Sloan Water Technology Limited | Cleaning apparatus and method of using an acoustic transducer |
US12017739B2 (en) | 2017-12-06 | 2024-06-25 | Sloan Water Technology Limited | Apparatus and method for prevention and treatment of marine biofouling |
-
1996
- 1996-04-19 JP JP12258196A patent/JP3328505B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
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JP2013503029A (ja) * | 2009-08-26 | 2013-01-31 | ユニバーシティ、オブ、サウサンプトン | 洗浄装置、洗浄方法、およびそのモニター方法 |
US11577284B2 (en) | 2009-08-26 | 2023-02-14 | Sloan Water Technology Limited | Cleaning apparatus and method, and monitoring thereof |
JP2010164585A (ja) * | 2010-04-28 | 2010-07-29 | Panasonic Corp | 超音波流量計測装置 |
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US12017739B2 (en) | 2017-12-06 | 2024-06-25 | Sloan Water Technology Limited | Apparatus and method for prevention and treatment of marine biofouling |
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