JPH10104039A - 多回線流量測定装置 - Google Patents
多回線流量測定装置Info
- Publication number
- JPH10104039A JPH10104039A JP9137077A JP13707797A JPH10104039A JP H10104039 A JPH10104039 A JP H10104039A JP 9137077 A JP9137077 A JP 9137077A JP 13707797 A JP13707797 A JP 13707797A JP H10104039 A JPH10104039 A JP H10104039A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- flow rate
- flow velocity
- measuring
- flow
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 claims 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 6
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 40
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 231100000989 no adverse effect Toxicity 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- G01F1/662—Constructional details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
- G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
- G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
- G01P5/248—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves by measuring phase differences
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 管の一箇所に装着された超音波発信変換
器と、前記超音波発信変換器の左右から一定間隔ｄで、
管の環状の外縁の周囲に装着された多数の超音波受信手
段と、弦上の流速を測定し、近似積分法を用いて流量を
演算するために、管の断面を放射状に多くの弦に分割す
る多くの回線を備え、それにより管の直管部分が短いこ
とによる複雑な流体分布状態の下で、大口径の管の流量
を測定することができ、流速を測定するために回線数を
増加し、超音波変換器のサイズによる限界を低減し、瞬
間の流量測定時間の間、一度に全ての回線を動作させる
超音波多回線流量測定装置である。 【効果】 管の直管部分が短いために異常で複雑な流速
分布条件において、流量を測定するのに効果的である。
器と、前記超音波発信変換器の左右から一定間隔ｄで、
管の環状の外縁の周囲に装着された多数の超音波受信手
段と、弦上の流速を測定し、近似積分法を用いて流量を
演算するために、管の断面を放射状に多くの弦に分割す
る多くの回線を備え、それにより管の直管部分が短いこ
とによる複雑な流体分布状態の下で、大口径の管の流量
を測定することができ、流速を測定するために回線数を
増加し、超音波変換器のサイズによる限界を低減し、瞬
間の流量測定時間の間、一度に全ての回線を動作させる
超音波多回線流量測定装置である。 【効果】 管の直管部分が短いために異常で複雑な流速
分布条件において、流量を測定するのに効果的である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波流量測定技術
に関し、特に、管及び大口径の管、又はパイプにおい
て、気体又は液体の流速分布が異常で複雑な状態である
箇所の流量を測定するための超音波多回線流量測定装置
を提供する。
に関し、特に、管及び大口径の管、又はパイプにおい
て、気体又は液体の流速分布が異常で複雑な状態である
箇所の流量を測定するための超音波多回線流量測定装置
を提供する。
【０００２】
【従来の技術】超音波クランプオン流量計、電磁式流量
計、差圧式（オリフィス、ノズル等）流量計等の従来の
流量計等は、正常に動作するためには、ほとんど十分な
長さの管又はパイプの直管部分に配置されなければなら
ない。何故ならば、標準の流量計によって検査／矯正さ
れた流量係数は、パイプの全ての条件下で一様には適し
ていないからである。
計、差圧式（オリフィス、ノズル等）流量計等の従来の
流量計等は、正常に動作するためには、ほとんど十分な
長さの管又はパイプの直管部分に配置されなければなら
ない。何故ならば、標準の流量計によって検査／矯正さ
れた流量係数は、パイプの全ての条件下で一様には適し
ていないからである。
【０００３】即ち、流量計が装着される直管部分が、そ
の左右の長さを含めて、比較的小さいか、又はバルブが
流量計の近傍に配設されるか、そうでなければ、管が９
０゜曲げられている場合には、流量の測定誤差が流量係
数の不安定さによって大きくなってしまう。さらに、測
定される流量割合が大きい場合には、流体特に気体を検
査／矯正するために大口径の管に適用可能な標準の流量
測定装置はない。このことは、全ての測定される大きい
流量範囲にわたって検査／矯正方法によって流量係数を
測定することが困難であることを意味している。ただ、
相異判別（similarity criterion）方法にて、大口径の
パイプの流量計数を選択することができるのみである。
の左右の長さを含めて、比較的小さいか、又はバルブが
流量計の近傍に配設されるか、そうでなければ、管が９
０゜曲げられている場合には、流量の測定誤差が流量係
数の不安定さによって大きくなってしまう。さらに、測
定される流量割合が大きい場合には、流体特に気体を検
査／矯正するために大口径の管に適用可能な標準の流量
測定装置はない。このことは、全ての測定される大きい
流量範囲にわたって検査／矯正方法によって流量係数を
測定することが困難であることを意味している。ただ、
相異判別（similarity criterion）方法にて、大口径の
パイプの流量計数を選択することができるのみである。
【０００４】さらに、管の直径Ｄが大きくなるほど、管
の直管部分（Ｌ≧６０Ｄ）を有するのが難しい。このよ
うに直管部分が短く、流速分布状態が複雑に随時に変わ
る場合、標準流量計では、測定される流量の範囲が大き
いために、状態測定の検査／矯正が困難であることは知
られている。その場合、測定信頼度を高くするために、
多回線低流量計を用いるのが有利である。
の直管部分（Ｌ≧６０Ｄ）を有するのが難しい。このよ
うに直管部分が短く、流速分布状態が複雑に随時に変わ
る場合、標準流量計では、測定される流量の範囲が大き
いために、状態測定の検査／矯正が困難であることは知
られている。その場合、測定信頼度を高くするために、
多回線低流量計を用いるのが有利である。
【０００５】公知の超音波多回線流量計は、流体が流れ
ている管の断面を多数の弦に分割し、弦線上における平
均流速を超音波にて測定して、管断面の総平均流速を演
算して、流量を演算する多回線流量計が典型である。
又、流速分布状態を測定し、選択された弦に応じた部分
流量を測定して、部分的に測定されたこれらの流量を合
わせて総流量を算出する多回線流量計も典型的である。
ている管の断面を多数の弦に分割し、弦線上における平
均流速を超音波にて測定して、管断面の総平均流速を演
算して、流量を演算する多回線流量計が典型である。
又、流速分布状態を測定し、選択された弦に応じた部分
流量を測定して、部分的に測定されたこれらの流量を合
わせて総流量を算出する多回線流量計も典型的である。
【０００６】例えば、英国特許第ＧＢ２１３９７５５Ａ
号、米国特許第５,５１５,７２１号、及び第５,５３１,
１２４号、日本公開特許出願９２−４７７６８号、及び
米国Ultraflux社において製造された開水路用の流量計
（モデルUF-21000）等の先行技術が開示されている。
号、米国特許第５,５１５,７２１号、及び第５,５３１,
１２４号、日本公開特許出願９２−４７７６８号、及び
米国Ultraflux社において製造された開水路用の流量計
（モデルUF-21000）等の先行技術が開示されている。
【０００７】従来技術の超音波多回線流量計について、
図１を参照して説明するが、弦形状の３つの弦が示され
ている。３つの対になった変換器１1と２1,１2と２2更
に１3と２3は、流速を測定するために弦Ｉ、II更にIII
に装着されており、前記変換器は、超音波を発信するエ
ミッタと放射された超音波を受信するための受信器を備
えている。又、超音波多回線は、流速を演算する際に時
間差方法に用いられる。
図１を参照して説明するが、弦形状の３つの弦が示され
ている。３つの対になった変換器１1と２1,１2と２2更
に１3と２3は、流速を測定するために弦Ｉ、II更にIII
に装着されており、前記変換器は、超音波を発信するエ
ミッタと放射された超音波を受信するための受信器を備
えている。又、超音波多回線は、流速を演算する際に時
間差方法に用いられる。
【０００８】即ち、弦Ｉ線上における流速Ｖ1は、次の
測定式によって測定される。
測定式によって測定される。
【０００９】
【数１】
【００１０】前記式において、Ｃは、流速Ｖが０である
時の超音波の速度であり、Ｌ1は変換時間の間隔であ
り、ｄはＬcosφである。ｔ21は、変換器１1と反対側の
変換器２1から超音波が実質的に伝播される時間であ
る。又、ｔ12は、変換器２1と反対側の変換器１1から超
音波が実質的に伝播される時間である。
時の超音波の速度であり、Ｌ1は変換時間の間隔であ
り、ｄはＬcosφである。ｔ21は、変換器１1と反対側の
変換器２1から超音波が実質的に伝播される時間であ
る。又、ｔ12は、変換器２1と反対側の変換器１1から超
音波が実質的に伝播される時間である。
【００１１】流速測定多回線を順次に一定時間間隔にて
動作させる。勿論、回線全体を同時に動作させることも
できる。しかしながら、隣接の回線が相互に影響を及ぼ
すことがないようにするか、そうでなければ、各回線の
周波数が相互に十分に相違するようにしなければならな
い。
動作させる。勿論、回線全体を同時に動作させることも
できる。しかしながら、隣接の回線が相互に影響を及ぼ
すことがないようにするか、そうでなければ、各回線の
周波数が相互に十分に相違するようにしなければならな
い。
【００１２】何故ならば、変換器の指向角度が小さい
（いわゆる「ビーム形態の指向性」）からである。
（いわゆる「ビーム形態の指向性」）からである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】さらに、一度に全ての
回線を動作させることにより、瞬間流量測定時間を短縮
するために、ダイナミック（dynamic）流量計が適切で
あるが、問題点が多い。
回線を動作させることにより、瞬間流量測定時間を短縮
するために、ダイナミック（dynamic）流量計が適切で
あるが、問題点が多い。
【００１４】即ち、変換器の指向性をビームと同様に狭
くするためには、変換器の寸法ｌと超音波の波長の比率
ｌ／λを大きくしなければならないが、管路の直径と回
線数に従って、寸法ｌを任意に大きくすることができな
いという問題がある。従って、周波数を高くすれば波長
λが小さくなってしまう。その為、超音波の減衰が大き
くなってしまう。流体に浮遊物質等があれば、反射拡散
も甚だしくなる。
くするためには、変換器の寸法ｌと超音波の波長の比率
ｌ／λを大きくしなければならないが、管路の直径と回
線数に従って、寸法ｌを任意に大きくすることができな
いという問題がある。従って、周波数を高くすれば波長
λが小さくなってしまう。その為、超音波の減衰が大き
くなってしまう。流体に浮遊物質等があれば、反射拡散
も甚だしくなる。
【００１５】気体においては、液体に比して波長が大き
いために、超音波ビームを形成することとが難しい。各
回線に対応して周波数を多様に選択する場合には、電子
回路が複雑になり、各回線毎の遅延時間が相互に異なっ
てしまう。これらの遅延時間を補償することは困難であ
り、（種々のフィルターを使用する条件において）超音
波の伝播時間の測定誤差が大きくなることもある。
いために、超音波ビームを形成することとが難しい。各
回線に対応して周波数を多様に選択する場合には、電子
回路が複雑になり、各回線毎の遅延時間が相互に異なっ
てしまう。これらの遅延時間を補償することは困難であ
り、（種々のフィルターを使用する条件において）超音
波の伝播時間の測定誤差が大きくなることもある。
【００１６】その為、流速分布形態が比較的安定されて
いる条件においては、順次的に回線を動作させる方法が
用いられている。しかしながら、従来技術の超音波流量
計の欠点等を次の通りである。
いる条件においては、順次的に回線を動作させる方法が
用いられている。しかしながら、従来技術の超音波流量
計の欠点等を次の通りである。
【００１７】先ず第１に、直管部分が短い所において、
特に、バルブ近くにあって、流速分布状態が複雑に変わ
る場合、流量測定精度（accuracy）を確保するために
は、回線数を増加しなければならない。しかし、回線数
が多いほど変換器の直径も小さくしなければならない。
この場合、受信強度を確保するためには、大きいエネル
ギーで超音波を発信しなければならない。従って、残響
強度も大きくなって雑音レベルも大きくなる。
特に、バルブ近くにあって、流速分布状態が複雑に変わ
る場合、流量測定精度（accuracy）を確保するために
は、回線数を増加しなければならない。しかし、回線数
が多いほど変換器の直径も小さくしなければならない。
この場合、受信強度を確保するためには、大きいエネル
ギーで超音波を発信しなければならない。従って、残響
強度も大きくなって雑音レベルも大きくなる。
【００１８】第２に、順次的に回線を動作させる場合、
回線の数が多くなるほど、流量測定時間が長くなる。流
速の脈動を考慮して、数回繰返し流速の測定を実施すれ
ば、流量の測定時間が相当に長くなる。
回線の数が多くなるほど、流量測定時間が長くなる。流
速の脈動を考慮して、数回繰返し流速の測定を実施すれ
ば、流量の測定時間が相当に長くなる。
【００１９】特に、気体の流量を測定する場合、液体に
比して超音波の速度が低いために、流量測定に必要な時
間は液体の流量定時間よりも長くなる。第３に、気体で
の超音波の発信／受信が円滑に行われるようにするため
には、必要な指向性を確保するために、比較的低い周波
数を利用しなければならないために、変換器の直径が大
きくなる。管路の直径と回線数に従って変換器の大きさ
が制限され、必要な指向性を確保することが難しい。
又、各回線毎の周波数を相互に異なるように設定すると
しても、上記において言及した遅延時間差、伝播時間測
定誤差、残響現象等の問題を解決しなければならない。
比して超音波の速度が低いために、流量測定に必要な時
間は液体の流量定時間よりも長くなる。第３に、気体で
の超音波の発信／受信が円滑に行われるようにするため
には、必要な指向性を確保するために、比較的低い周波
数を利用しなければならないために、変換器の直径が大
きくなる。管路の直径と回線数に従って変換器の大きさ
が制限され、必要な指向性を確保することが難しい。
又、各回線毎の周波数を相互に異なるように設定すると
しても、上記において言及した遅延時間差、伝播時間測
定誤差、残響現象等の問題を解決しなければならない。
【００２０】第４に、流量変化率、例えば、最大流量Ｑ
maxと最小流量Ｑminの比率（Ｑmax／Ｑmin）が甚だ大き
い（例えば５０:１）。その為、全測定範囲において、
与えられた許容誤差を補償しなければならない時があ
る。
maxと最小流量Ｑminの比率（Ｑmax／Ｑmin）が甚だ大き
い（例えば５０:１）。その為、全測定範囲において、
与えられた許容誤差を補償しなければならない時があ
る。
【００２１】従来の流量測定回線の構成においては、流
速を時間差法（又は周波数差方法）にて測定することが
できるが、管路の口径が６００mmの小さい直径を有する
としても、式（１）において、時間差Δｔ（＝ｔ21−ｔ
12）が非常に小さい。
速を時間差法（又は周波数差方法）にて測定することが
できるが、管路の口径が６００mmの小さい直径を有する
としても、式（１）において、時間差Δｔ（＝ｔ21−ｔ
12）が非常に小さい。
【００２２】例えば水の流量を測定する場合、内径が６
００mmのパイプ管において、２ｄ＝０.６ｍとし、ある
弦線上の最小流速Ｖ＝０.５ｍ／ｓであれば、この時の
時間差は次の通りである。
００mmのパイプ管において、２ｄ＝０.６ｍとし、ある
弦線上の最小流速Ｖ＝０.５ｍ／ｓであれば、この時の
時間差は次の通りである。
【００２３】
【数２】
【００２４】このような時間差を誤差１％にて測定する
とすれば、Δｔの測定許容誤差は１.４×１０-9 sになら
なければならない。従って、変換器の間の超音波の伝播
の測定許容誤差は０.７×１０-9 sにならなければならな
いはずである。
とすれば、Δｔの測定許容誤差は１.４×１０-9 sになら
なければならない。従って、変換器の間の超音波の伝播
の測定許容誤差は０.７×１０-9 sにならなければならな
いはずである。
【００２５】総平均流速が普通１０ｍ／ｓを超過しな
い。従って、Ｖmmが０.５ｍ／ｓということは、流量変
化率が２０:１に相当する。このことは、従来の時間間
隔測定技術が、許容誤差±０.５×１０-9 sを克服するこ
とはできるが、時間間隔測定装置が非常に複雑であり、
使用条件も複雑で高価となる。
い。従って、Ｖmmが０.５ｍ／ｓということは、流量変
化率が２０:１に相当する。このことは、従来の時間間
隔測定技術が、許容誤差±０.５×１０-9 sを克服するこ
とはできるが、時間間隔測定装置が非常に複雑であり、
使用条件も複雑で高価となる。
【００２６】気体においては、超音波の速度が液体に比
較して４倍も低いために、時間差測定許容誤差が液体の
場合に比べて大きくて有利である。時間差方法の代わり
に位相差方法を使用するとすれば、位相差Δφは次の通
りである。
較して４倍も低いために、時間差測定許容誤差が液体の
場合に比べて大きくて有利である。時間差方法の代わり
に位相差方法を使用するとすれば、位相差Δφは次の通
りである。
【００２７】
【数３】
【００２８】ここにおいて、ω＝２πｆであるが、超音
波の各周波数である。超音波周波数ｆ＝１ＭＨｚとすれ
ば、位相差は次の通りになる。
波の各周波数である。超音波周波数ｆ＝１ＭＨｚとすれ
ば、位相差は次の通りになる。
【００２９】
【数４】
【００３０】このような位相差を１％誤差にて、位相分
別器（phase detector）を利用して測定するのが有利で
ある。時間差法に比較して、位相差法はより簡単であ
り、価格も低廉になる。
別器（phase detector）を利用して測定するのが有利で
ある。時間差法に比較して、位相差法はより簡単であ
り、価格も低廉になる。
【００３１】しかし、従来の多回線流速測定の構成方法
では、位相差流速測定式を用いることができない。その
理由は、対になった超音波変換器１iと２iは、同時に超
音波連続波を同じ周波数にて相互に発信又は受信するこ
とができないためである。
では、位相差流速測定式を用いることができない。その
理由は、対になった超音波変換器１iと２iは、同時に超
音波連続波を同じ周波数にて相互に発信又は受信するこ
とができないためである。
【００３２】位相差方式を利用しようとするならば、流
速方向と反対方向に超音波を別途に発信／受信する回線
を追加構成しなければならない。即ち、超音波の伝播軌
道が相互に交差する形態である。従って、１個の流速測
定回線を構成するためには、４個の超音波変換器が必要
であり、流量計が甚だ複雑になる。
速方向と反対方向に超音波を別途に発信／受信する回線
を追加構成しなければならない。即ち、超音波の伝播軌
道が相互に交差する形態である。従って、１個の流速測
定回線を構成するためには、４個の超音波変換器が必要
であり、流量計が甚だ複雑になる。
【００３３】第５に、図１に示したように、超音波変換
器を、様々な角度に配置しなければならない。このこと
は、装着作業が難しく、変換器が流体内に突出するか、
又は不注意な装着作業によって変換器の周囲に亀裂や溝
が生じてしまい、それによって、流速分布に悪影響を及
ぼすようになる。
器を、様々な角度に配置しなければならない。このこと
は、装着作業が難しく、変換器が流体内に突出するか、
又は不注意な装着作業によって変換器の周囲に亀裂や溝
が生じてしまい、それによって、流速分布に悪影響を及
ぼすようになる。
【００３４】多数の弦線上の流速を測定して流量を演算
する従来の超音波多回線流量計は、流速測定回線数を増
加する場合に、前述したように多くの欠点と問題点等を
有している。
する従来の超音波多回線流量計は、流速測定回線数を増
加する場合に、前述したように多くの欠点と問題点等を
有している。
【００３５】
【問題点を解決するための手段】本発明の目的は、管及
び大口径管又はパイプ内の気体又は液体の流速分布が、
異常又は複雑な箇所での流量を測定する為の超音波多回
線流量測定装置を提供することを目的とする。
び大口径管又はパイプ内の気体又は液体の流速分布が、
異常又は複雑な箇所での流量を測定する為の超音波多回
線流量測定装置を提供することを目的とする。
【００３６】本発明の他の目的は、異常もしくは複雑な
流速分布条件において、流量の精度を確実とするため
に、測定する回線を増加する際に、超音波変換器のサイ
ズによる回線数の限界を低減するための超音波多回線流
量測定装置を提供することを目的とする。
流速分布条件において、流量の精度を確実とするため
に、測定する回線を増加する際に、超音波変換器のサイ
ズによる回線数の限界を低減するための超音波多回線流
量測定装置を提供することを目的とする。
【００３７】本発明の他の目的は、全ての回線を一度に
動作させることにより、流量測定時間を極めて低減する
ための、超音波多回線流量測定装置を提供することを目
的とする。
動作させることにより、流量測定時間を極めて低減する
ための、超音波多回線流量測定装置を提供することを目
的とする。
【００３８】本発明の他の目的は、管の内径と測定する
流量割合に従って、時間差法によって流速を測定するこ
とのできる超音波多回線流量測定装置を提供することを
目的とする。
流量割合に従って、時間差法によって流速を測定するこ
とのできる超音波多回線流量測定装置を提供することを
目的とする。
【００３９】本発明の他の目的は、時間差法によって流
速を測定することのできる超音波多回線流量測定装置を
提供することを目的とする。本発明の他の目的は、位相
差法によって流速を測定できる多回線を備えた超音波多
回線流量測定装置を提供することを目的とする。
速を測定することのできる超音波多回線流量測定装置を
提供することを目的とする。本発明の他の目的は、位相
差法によって流速を測定できる多回線を備えた超音波多
回線流量測定装置を提供することを目的とする。
【００４０】本発明の他の目的は、流速を測定するため
の電子回路が簡単であり、管への変換器の装着が容易な
超音波多回線流量測定装置を提供することを目的とす
る。本発明の多回線流量測定装置は、管の一部分に装着
された超音波発信変換器と、前記超音波発信変換器の左
右から間隔ｄで管の環状の外縁の周囲に配置された多数
の超音波受信変換器と、弦線上の流速を測定し、近似積
分法を用いて流量を演算するために、管の断面を放射状
に多くの弦に分割する多数の回線とを備えており、それ
により、管の直管部分が短いことによる複雑な流速分布
状態で、大口径の管の流速を測定することができ、流速
を測定するための回線数を増加し、超音波変換器のサイ
ズによる限界を低減し、瞬間流量測定時間のために一度
に全ての回線と動作させることを特徴とする。
の電子回路が簡単であり、管への変換器の装着が容易な
超音波多回線流量測定装置を提供することを目的とす
る。本発明の多回線流量測定装置は、管の一部分に装着
された超音波発信変換器と、前記超音波発信変換器の左
右から間隔ｄで管の環状の外縁の周囲に配置された多数
の超音波受信変換器と、弦線上の流速を測定し、近似積
分法を用いて流量を演算するために、管の断面を放射状
に多くの弦に分割する多数の回線とを備えており、それ
により、管の直管部分が短いことによる複雑な流速分布
状態で、大口径の管の流速を測定することができ、流速
を測定するための回線数を増加し、超音波変換器のサイ
ズによる限界を低減し、瞬間流量測定時間のために一度
に全ての回線と動作させることを特徴とする。
【００４１】
【発明の実施形態】本発明を添付図面に基づいて詳細に
記述すれば次の通りである。図２に流速測定のための多
回線配置図を図示した。トランスデューサ変換器３は指
向性は１８０゜である管の放射方向に伝播される超音波
を下記のように発信する。多数の超音波受信変換器
４1，４2，４3，・・・，４nと５1，５2，５3，・・
・，５n更に６は下記のように受信器と呼ばれ、振動子
３から伝播される信号を受信する。振動子３は超音波の
波長より小さい発信面を有しても良い。従来の技術とは
異なり、超音波ビームを発射しないからである。即ち、
振動子３の大きさは比較的小さい。
記述すれば次の通りである。図２に流速測定のための多
回線配置図を図示した。トランスデューサ変換器３は指
向性は１８０゜である管の放射方向に伝播される超音波
を下記のように発信する。多数の超音波受信変換器
４1，４2，４3，・・・，４nと５1，５2，５3，・・
・，５n更に６は下記のように受信器と呼ばれ、振動子
３から伝播される信号を受信する。振動子３は超音波の
波長より小さい発信面を有しても良い。従来の技術とは
異なり、超音波ビームを発射しないからである。即ち、
振動子３の大きさは比較的小さい。
【００４２】超音波受信器４iと５iは受信機能のみ有し
ており、従来の技術とは異なり発信機能を有していな
い。受信器４iと５iは、管の環状の外縁の周囲に振動子
３の左右側から一定間隔ｄに置いて配置されている。
ており、従来の技術とは異なり発信機能を有していな
い。受信器４iと５iは、管の環状の外縁の周囲に振動子
３の左右側から一定間隔ｄに置いて配置されている。
【００４３】受信器４iと５i，４2と５2，・・・，４n
と５nは、対になって流速測定回線を構成しており、振
動子３を中心として対称にて配置されている。振動子３
と受信器４i間の間隔Ｌiと振動子３と受信器５i間の間
隔Ｌiは同一となっている。従って、流体流れの断面が
多数の放射状のコードに分割されている。前記コード
は、振動子３を中心として−αi，−α2，・・・，＋α
1，＋α2，・・・の角度にて配置されている。角度±α
iは流量を測定しようとする地点における流速分布形態
に従って選択されるものである。即ち、＋αi，−α
iは、対称にて選択する必要は無い。
と５nは、対になって流速測定回線を構成しており、振
動子３を中心として対称にて配置されている。振動子３
と受信器４i間の間隔Ｌiと振動子３と受信器５i間の間
隔Ｌiは同一となっている。従って、流体流れの断面が
多数の放射状のコードに分割されている。前記コード
は、振動子３を中心として−αi，−α2，・・・，＋α
1，＋α2，・・・の角度にて配置されている。角度±α
iは流量を測定しようとする地点における流速分布形態
に従って選択されるものである。即ち、＋αi，−α
iは、対称にて選択する必要は無い。
【００４４】平均流速方向が管路の軸方向と一致すれ
ば、振動子３と受信器４i又は５iとの間の距離Ｌi上の
流速成分υiは次の通りである。
ば、振動子３と受信器４i又は５iとの間の距離Ｌi上の
流速成分υiは次の通りである。
【００４５】
【数５】
【００４６】ここで、φiは距離Ｌiを示す直線と流速方
向との間の角度である。このように構成された流速測定
回線等は次のように動作する。先ず、流速を測定するた
めの時間差方法を下記に説明する。
向との間の角度である。このように構成された流速測定
回線等は次のように動作する。先ず、流速を測定するた
めの時間差方法を下記に説明する。
【００４７】振動子３が超音波パルスを放射状に発信す
る。対になった受信器４i、５iが伝播距離Ｌiと流速に
基づいて異なった時間において、超音波を受信し、出力
信号を発信する。例えば、発信器３と受信器４iと５iの
間の距離Ｌiでの超音波の伝播時間は次のようになる。
（遅延時間を補償した条件において）
る。対になった受信器４i、５iが伝播距離Ｌiと流速に
基づいて異なった時間において、超音波を受信し、出力
信号を発信する。例えば、発信器３と受信器４iと５iの
間の距離Ｌiでの超音波の伝播時間は次のようになる。
（遅延時間を補償した条件において）
【００４８】
【数６】
【００４９】そして、時間差測定装置が受信器４iと５i
からの信号を受信し、パルス信号に変換する。前記時間
差は下記のように計算される。
からの信号を受信し、パルス信号に変換する。前記時間
差は下記のように計算される。
【００５０】
【数７】
【００５１】弦に対して直角成分である流速Ｖiは次の
ようになる。
ようになる。
【００５２】
【数８】
【００５３】この時管路の間隔ｄにおいて、超音波の速
度Ｃは均一であるので、超音波の速度の測定式
度Ｃは均一であるので、超音波の速度の測定式
【００５４】
【数９】
【００５５】を用いた各回線毎の流速を測定する式
（１）を必ず使用しなくても構わない。本発明によれ
ば、超音波を測定するための受信器６が、振動子３の中
心を通る管路の直径線が管壁と交差する地点に配置され
ている。振動子３と受信器６との間の距離がＬ0である
とすれば、超音波の速度Ｃ2は次の通りになる。
（１）を必ず使用しなくても構わない。本発明によれ
ば、超音波を測定するための受信器６が、振動子３の中
心を通る管路の直径線が管壁と交差する地点に配置され
ている。振動子３と受信器６との間の距離がＬ0である
とすれば、超音波の速度Ｃ2は次の通りになる。
【００５６】
【数１０】
【００５７】勿論、直径線上の平均流速の方向が、設置
誤差、流速方向脈動等のために、直径線に対して９０゜
にならないこともある。この角度が９０゜±１゜になる
とすれば、Ｃ2の誤差は１０ｍ／ｓになる。±０.０２４
％程度であり、無視することができる。
誤差、流速方向脈動等のために、直径線に対して９０゜
にならないこともある。この角度が９０゜±１゜になる
とすれば、Ｃ2の誤差は１０ｍ／ｓになる。±０.０２４
％程度であり、無視することができる。
【００５８】従って、本超音波の速度測定回線によれ
ば、超音波の速度を測定するための簡単な電子回路が提
供できる。これに対して、式（１）を使用する場合は、
超音波の伝播時間ｔ4iとｔ5iを別途に測定して、流速、
流量演算装置に記憶させなければならない。流速方向と
反対方向の超音波の発信から受信にいたる流速を測定し
た時間から遅延時間τを削除しなければならない。それ
により、超音波の速度Ｃ 2＝Ｌ2／（ｔ12・ｔ21）を正確
に演算することができる。全ての回線において遅延時間
を同一に制御することは困難である。本発明は流速測定
回線の時間差Δｔ i測定するために、超音波測定回線を
含むことは知られている。その為、遅延時間を補償する
ことについて問題がない。これは対になった回線が相互
にオフセットされるからである。
ば、超音波の速度を測定するための簡単な電子回路が提
供できる。これに対して、式（１）を使用する場合は、
超音波の伝播時間ｔ4iとｔ5iを別途に測定して、流速、
流量演算装置に記憶させなければならない。流速方向と
反対方向の超音波の発信から受信にいたる流速を測定し
た時間から遅延時間τを削除しなければならない。それ
により、超音波の速度Ｃ 2＝Ｌ2／（ｔ12・ｔ21）を正確
に演算することができる。全ての回線において遅延時間
を同一に制御することは困難である。本発明は流速測定
回線の時間差Δｔ i測定するために、超音波測定回線を
含むことは知られている。その為、遅延時間を補償する
ことについて問題がない。これは対になった回線が相互
にオフセットされるからである。
【００５９】Δｔi＝（ｔ4i＋τi）−（ｔ5i＋τi）＝
ｔ4i−ｔ5i 次に、流速を測定するための位相差測定式（２）は、式
（２）に基づいている。位相差分別器が動作するのに必
要な時間の間、超音波が連続的に発信され、位相差分別
器が受信器４i又は５iからの出力信号を受信する。
ｔ4i−ｔ5i 次に、流速を測定するための位相差測定式（２）は、式
（２）に基づいている。位相差分別器が動作するのに必
要な時間の間、超音波が連続的に発信され、位相差分別
器が受信器４i又は５iからの出力信号を受信する。
【００６０】この場合、図３に示したように、受信器が
間隔ｄの管壁で反射した反射波を受信するため、流速の
測定を正確に行うことができる。しかしながら、振動子
の発信表面を除いた部分に吸収体７が付着されることに
よって、ターゲットの受信器の方向に向かってのみ超音
波を伝播するのは容易である。
間隔ｄの管壁で反射した反射波を受信するため、流速の
測定を正確に行うことができる。しかしながら、振動子
の発信表面を除いた部分に吸収体７が付着されることに
よって、ターゲットの受信器の方向に向かってのみ超音
波を伝播するのは容易である。
【００６１】圧電変換器を使用する場合、円筒形状の構
造に再構成することもでき、又、円錐型反射鏡を振動子
の前に配置することもできる。他方、気体の流量が測定
され、管の直径が大きければ、時間差方法に基づいた流
速測定が好ましくは実施される。これは、時間差Δｔi
が流体の時間差よりも大きいためである。この時、間隔
ｄの管壁における反射波を遮断することは一般技術であ
る。
造に再構成することもでき、又、円錐型反射鏡を振動子
の前に配置することもできる。他方、気体の流量が測定
され、管の直径が大きければ、時間差方法に基づいた流
速測定が好ましくは実施される。これは、時間差Δｔi
が流体の時間差よりも大きいためである。この時、間隔
ｄの管壁における反射波を遮断することは一般技術であ
る。
【００６２】大口径管路において気体の流量を測定する
場合、低い周波数の超音波が使用される。このことは振
動子として、電磁変換器が使用できることを意味してい
る。受信器は、超音波のみを受信し、狭い角度の指向性
も必要ないために、受信器の大きさは、比較的小さい。
さらに、超音波変換器３，４i，５i更に６は、接線面に
対して垂直に管壁の中心方向に配置される。従って、そ
の装着作業が容易となる。
場合、低い周波数の超音波が使用される。このことは振
動子として、電磁変換器が使用できることを意味してい
る。受信器は、超音波のみを受信し、狭い角度の指向性
も必要ないために、受信器の大きさは、比較的小さい。
さらに、超音波変換器３，４i，５i更に６は、接線面に
対して垂直に管壁の中心方向に配置される。従って、そ
の装着作業が容易となる。
【００６３】図４は、本発明の多回線構成による時間差
流速測定方法を実施するための回路のブロック図を示し
ている。図５は、本発明の多回線構成による位相差流速
測定方法を実施するための回路のブロック図を示してい
る。
流速測定方法を実施するための回路のブロック図を示し
ている。図５は、本発明の多回線構成による位相差流速
測定方法を実施するための回路のブロック図を示してい
る。
【００６４】図４、図５において、同一部材には同一の
番号を付した。増幅器８は、受信器４i，５iからの信号
を所定の大きさで受信する。波形整形器９は、信号が０
点と呼ばれるクロスポイントを通過する瞬間の方形波パ
ルス整形でアナログ信号をデジタル信号に変換する。時
間間隔測定用カウンタ１０が、振動子３から受信器４i
と５iまで伝播された超音波の時間差を測定する。発振
器１１は、時間間隔を測定する為の高周波クロック信号
を発生する。マイクロプロセッサ１２は、そのプログラ
ムにしたがって、流量測定システムを制御し、流速と流
量を演算するようになっている。超音波発信器１４によ
り、振動子３が駆動される。入力装置１４が、常数
番号を付した。増幅器８は、受信器４i，５iからの信号
を所定の大きさで受信する。波形整形器９は、信号が０
点と呼ばれるクロスポイントを通過する瞬間の方形波パ
ルス整形でアナログ信号をデジタル信号に変換する。時
間間隔測定用カウンタ１０が、振動子３から受信器４i
と５iまで伝播された超音波の時間差を測定する。発振
器１１は、時間間隔を測定する為の高周波クロック信号
を発生する。マイクロプロセッサ１２は、そのプログラ
ムにしたがって、流量測定システムを制御し、流速と流
量を演算するようになっている。超音波発信器１４によ
り、振動子３が駆動される。入力装置１４が、常数
【００６５】
【数１１】
【００６６】管の内径Ｄ、繰り返し測定される時間、回
数などのパラメータをマイクロプロセッサ１２に入力す
るために用いられる。アキュムレータ１３が、瞬間流量
を蓄積する。表示器１６がシステムの作動状態を示して
いる。
数などのパラメータをマイクロプロセッサ１２に入力す
るために用いられる。アキュムレータ１３が、瞬間流量
を蓄積する。表示器１６がシステムの作動状態を示して
いる。
【００６７】従って、時間差流量測定装置を動作させれ
ば、マイクロプロセッサ１２が振動子３を動作させる一
方、ポートからの制御信号を発生／出力し、カウンター
１０ 0を初期化するためにリセットされる。
ば、マイクロプロセッサ１２が振動子３を動作させる一
方、ポートからの制御信号を発生／出力し、カウンター
１０ 0を初期化するためにリセットされる。
【００６８】振動子３が超音波を発信すれば、受信器４
i、５iが振動子３から伝播された超音波信号を順に受信
する。そして増幅器８によって受信器４iと５iからの信
号が増幅され、パルス整形器９に入力される。パルス整
形器９は、増幅された信号がクロスポイントを通過する
時毎にパルスを発生する。従って、パルス整形器９から
の出力パルスの間にはΔｔiの時間差が生ずる。出力パ
ルスがカウンタ１０に入力されるが、受信器５iからの
一番目のパルスがカウンタの開始を示している。これに
対して、受信器４iからの二番目のパルスが停止信号を
示している。カウンター１０が開始信号及び停止信号の
間の時間間隔のために、高周波発信器１１によって発振
されるパルス数をカウントする。従って、時間差Δｔi
＝Ｎi・τ 0になる。（τ0は高周波発信器１１からの発
振パルスの周期である）。勿論、カウンタ９で、時間差
Δｔiを測定する必要はない。その代わりにマイクロブ
ロセッサ１２において、遅延時間τ0を乗ずることによ
って時間差を演算するようにする。
i、５iが振動子３から伝播された超音波信号を順に受信
する。そして増幅器８によって受信器４iと５iからの信
号が増幅され、パルス整形器９に入力される。パルス整
形器９は、増幅された信号がクロスポイントを通過する
時毎にパルスを発生する。従って、パルス整形器９から
の出力パルスの間にはΔｔiの時間差が生ずる。出力パ
ルスがカウンタ１０に入力されるが、受信器５iからの
一番目のパルスがカウンタの開始を示している。これに
対して、受信器４iからの二番目のパルスが停止信号を
示している。カウンター１０が開始信号及び停止信号の
間の時間間隔のために、高周波発信器１１によって発振
されるパルス数をカウントする。従って、時間差Δｔi
＝Ｎi・τ 0になる。（τ0は高周波発信器１１からの発
振パルスの周期である）。勿論、カウンタ９で、時間差
Δｔiを測定する必要はない。その代わりにマイクロブ
ロセッサ１２において、遅延時間τ0を乗ずることによ
って時間差を演算するようにする。
【００６９】このように、振動子３が一度超音波を発信
し、それらをメモリーに記憶する場合に、マイクロプロ
セッサ１２がすべての回線の時間差（又はＮ1）を測定
する。これと同時に、振動子３から受信器４i、５iに伝
播された時間ｔ0が測定され、マイクロプロセッサ１２
に入力される。
し、それらをメモリーに記憶する場合に、マイクロプロ
セッサ１２がすべての回線の時間差（又はＮ1）を測定
する。これと同時に、振動子３から受信器４i、５iに伝
播された時間ｔ0が測定され、マイクロプロセッサ１２
に入力される。
【００７０】マイクロプロセッサ１２には予め流速Ｖi
を測定するのに必要な常数
を測定するのに必要な常数
【００７１】
【数１２】
【００７２】管路の内径Ｄ、弦等の長さと座標等が入力
装置１４によって入力されており、多くの弦線上におけ
る流速及び流量を演算する。図５に示したように、流速
を測定するために位相差測定方法を用いる場合には、デ
ジタル位相検出器１７が増幅器８にそれぞれ接続され
る。パルス整形器９は必ずしも必要がない。振動子３は
所定の時間間隔で超音波を連続的に発信する。超音波の
速度Ｃを測定するのに必要な振動子３から受信器６に最
初に超音波が伝播される超音波伝播時間ｔ0は、カウン
タ１０0と高周波発振器１１を利用して測定される。
装置１４によって入力されており、多くの弦線上におけ
る流速及び流量を演算する。図５に示したように、流速
を測定するために位相差測定方法を用いる場合には、デ
ジタル位相検出器１７が増幅器８にそれぞれ接続され
る。パルス整形器９は必ずしも必要がない。振動子３は
所定の時間間隔で超音波を連続的に発信する。超音波の
速度Ｃを測定するのに必要な振動子３から受信器６に最
初に超音波が伝播される超音波伝播時間ｔ0は、カウン
タ１０0と高周波発振器１１を利用して測定される。
【００７３】図６に示したように流量の演算を容易にす
るために、様々な放射角度αiで管路の断面を分割する
弦等をγiの座標にて置き換えており、多くの弦線上の
流速を管路の半径関数にしたがって流速分布図として示
した。このように、各弦線上における流速Ｖiに部分面
積ΔＳiを乗じ、総流量Ｑ＝ΣＶi・ΔＳiが演算され
る。積算値が合計される。
るために、様々な放射角度αiで管路の断面を分割する
弦等をγiの座標にて置き換えており、多くの弦線上の
流速を管路の半径関数にしたがって流速分布図として示
した。このように、各弦線上における流速Ｖiに部分面
積ΔＳiを乗じ、総流量Ｑ＝ΣＶi・ΔＳiが演算され
る。積算値が合計される。
【００７４】前述したように、流量測定回線数が多いほ
どより複雑な流速分布図を更に正確に作成することがで
きる。従って、流量をより正確に演算することができる
ようになる。
どより複雑な流速分布図を更に正確に作成することがで
きる。従って、流量をより正確に演算することができる
ようになる。
【００７５】電子回路は、従来の超音波多回線流量計の
電子回路に比較してはるかに簡単である。一方、従来の
技術によれば、流速方向又はその反対方向の回線におい
て、超音波パルスを発射し、及び／又は受信するため
に、対になった変換器のスイッチ及び相互に流速測定回
線を切り換えるためのスイッチが必要であった。更に、
流速方向と反対方向に超音波が伝播する時間を別途に測
定しなければならなかった。このことは、カウンタ、マ
イクロプロセッサの容量も大きくなければならないこと
を意味している。
電子回路に比較してはるかに簡単である。一方、従来の
技術によれば、流速方向又はその反対方向の回線におい
て、超音波パルスを発射し、及び／又は受信するため
に、対になった変換器のスイッチ及び相互に流速測定回
線を切り換えるためのスイッチが必要であった。更に、
流速方向と反対方向に超音波が伝播する時間を別途に測
定しなければならなかった。このことは、カウンタ、マ
イクロプロセッサの容量も大きくなければならないこと
を意味している。
【００７６】又、従来の流量計では、多回線において、
位相差流速測定方法を利用することができなかった。本
発明によれば、位相差流速測定方法を容易に実施するこ
とができる。位相差方式を利用すれば、連続的に流量を
測定し、流速及び流量の脈動を平均化する場合において
も便利である。
位相差流速測定方法を利用することができなかった。本
発明によれば、位相差流速測定方法を容易に実施するこ
とができる。位相差方式を利用すれば、連続的に流量を
測定し、流速及び流量の脈動を平均化する場合において
も便利である。
【００７７】
【発明の効果】本発明によれば、流速測定回線を放射形
にて構成するために、振動子を一つだけ用いればよい。
超音波は、大きいエネルギーのビームタイプではない。
受信変換器は、受信の機能を有すれば良いので、大きさ
も比較的小さくて良い。たとえ、流速測定回線の数を増
加させたとしても、システムの動作上は悪影響はない。
一回の瞬間流量を測定するのに必要な時間は非常に短
い。従って、管の直管部分が短いことに起因して異常で
複雑な流速分布条件において、流量を測定するのに極め
て効果的である。
にて構成するために、振動子を一つだけ用いればよい。
超音波は、大きいエネルギーのビームタイプではない。
受信変換器は、受信の機能を有すれば良いので、大きさ
も比較的小さくて良い。たとえ、流速測定回線の数を増
加させたとしても、システムの動作上は悪影響はない。
一回の瞬間流量を測定するのに必要な時間は非常に短
い。従って、管の直管部分が短いことに起因して異常で
複雑な流速分布条件において、流量を測定するのに極め
て効果的である。
【００７８】本発明は、従来のものに比較して感度が高
く、連続的に流速を測定するための位相差流速測定方法
を用いることができる。本発明は、流速が低いか又は管
の直径が小さい箇所において、流量測定の精度を高める
ことが可能である。
く、連続的に流速を測定するための位相差流速測定方法
を用いることができる。本発明は、流速が低いか又は管
の直径が小さい箇所において、流量測定の精度を高める
ことが可能である。
【００７９】気体の超音波の速度が流体の超音波の速度
に比較して数倍も低いために、位相差と時間差感度もは
るかに高くなり、低い周波数の超音波、又は、高い周波
数の可聴音波を使用することができ、その結果、気体の
流量を測定するのに非常に効果的である。
に比較して数倍も低いために、位相差と時間差感度もは
るかに高くなり、低い周波数の超音波、又は、高い周波
数の可聴音波を使用することができ、その結果、気体の
流量を測定するのに非常に効果的である。
【００８０】振動子と受信器を管の中心に向けて配置で
きるので、振動子と受信器の装着が容易である。振動子
と受信器は管の内壁内に突出せず、割れ目や溝を形成し
ないので、流速分布に影響を及ぼさない。
きるので、振動子と受信器の装着が容易である。振動子
と受信器は管の内壁内に突出せず、割れ目や溝を形成し
ないので、流速分布に影響を及ぼさない。
【００８１】流量測定回路も更に簡素化され、各受信信
号レベルを調節することも容易である。流速測定回線の
遅延時間は、相互に同一でなくても良い。さらに、本発
明は、気体の流量計又は大口径の管のための流量計を設
計し、製造する場合に極めて有利である。本発明は、時
間差Δｔi又は位相差Δφi、間隔ｄ及び測定誤差並びに
流量演算過程における近似積分誤差を検査することによ
って、流速測定の誤差限度を検査することができ、それ
により、流量測定誤差を容易に検定することができる。
号レベルを調節することも容易である。流速測定回線の
遅延時間は、相互に同一でなくても良い。さらに、本発
明は、気体の流量計又は大口径の管のための流量計を設
計し、製造する場合に極めて有利である。本発明は、時
間差Δｔi又は位相差Δφi、間隔ｄ及び測定誤差並びに
流量演算過程における近似積分誤差を検査することによ
って、流速測定の誤差限度を検査することができ、それ
により、流量測定誤差を容易に検定することができる。
【００８２】特に本発明は、５回線、１０回線、もしく
は１５回線以上の数の回線数とすることができ、近似積
分誤差を低減でき、それによって流速分布が複雑な短い
直管部分において、精度高く流量を測定することができ
るようになる。
は１５回線以上の数の回線数とすることができ、近似積
分誤差を低減でき、それによって流速分布が複雑な短い
直管部分において、精度高く流量を測定することができ
るようになる。
【図１】 図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、従来の技術
の超音波流速を測定するための多回線の構成を示す図で
ある。
の超音波流速を測定するための多回線の構成を示す図で
ある。
【図２】 図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明によ
る超音波流速を測定するための多回線の構成図である。
る超音波流速を測定するための多回線の構成図である。
【図３】 図３（Ａ）、（Ｂ）は、本発明による超音波
指向性調節装置の動作を示す図である。
指向性調節装置の動作を示す図である。
【図４】 図４は、本発明による時間差方法を用いた流
速及び流量を測定する電子回路図である。
速及び流量を測定する電子回路図である。
【図５】 図５は、本発明による位相差方法を用いて、
流速及び流量を測定するための電子回路図である。
流速及び流量を測定するための電子回路図である。
【図６】 図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明によ
る放射方向に配置された弦を再配置した後、流量を演算
する方法を説明する図である。
る放射方向に配置された弦を再配置した後、流量を演算
する方法を説明する図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 管の断面を分割した弦に対応して管壁に
装着され、弦線上の平均流速を測定するための対になっ
た超音波変換器と、対になった変換器の間の超音波パル
スの伝播時間を測定するための時間間隔測定手段と、 流速測定回線の動作を制御し、多くの弦線上の流速を測
定し、測定された流速値に基づいて流量を演算するため
のマイクプロセッサとを備えた超音波多回線流量測定装
置において、 広い指向性を有する超音波を発信するために、管の一箇
所に超音波発信手段が装着されており、 前記管の長さ部分に沿って一定間隔ｄで、管の環状の外
縁の周囲に多数の超音波受信手段が装着されており、 多数の流速測定回線が、前記発信手段の位置を中心に管
の断面を多数の弦に分割することによって構成され、各
弦線に対して垂直方向の流速を測定し、 弦線上の平均流速を測定するための対になった受信手段
が、それぞれ増幅手段に接続され、 前記増幅手段からの出力信号が、信号整形手段に入力さ
れて、整形された信号が、流速が時間差法によって測定
される場合に、時間差測定手段に供給され、 前記増幅された信号が、流速が位相差法によって測定さ
れる場合に、位相差検知手段に供給され、 前記時間差測定手段と位相差検知手段からの出力信号
が、流速と流量を演算するために、マイクロプロセッサ
に入力され、 追加の受信手段が超音波発信手段の位置と反対側に装着
され、 前記追加の受信手段からの出力が、マイクロプロセッサ
に供給され、 前記発信手段が、マイクロプロセッサによって制御され
る超音波発振手段に接続されていることを特徴とする超
音波多回線流量測定装置。 - 【請求項２】 前記受信手段が装着された管の内壁上の
連続的な超音波の反射を防止するために、前記発信手段
が、その表面に装着された輪帯状の超音波吸収体を備え
ていることを特徴とする請求項１に記載の超音波多回線
流量測定装置。 - 【請求項３】 放射状に配置された前記弦線は、流量の
演算の際の利便性と正確さを確保するために、半径γと
置換され、マイクプロセッサが、流速分配関数υ＝ｆ
（γ）の値を演算し、前記値に流速υi＝ｆ（γi）に対
応した部分的な面積を乗ずることによって、部分的な流
量を演算し、前記部分的な流量を積算することによって
総流量を演算することを特徴とする請求項１に記載の超
音波多回線流量測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR96-17987 | 1996-05-27 | ||
| KR1019960017987A KR0170815B1 (ko) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 초음파 다회선 유량계 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10104039A true JPH10104039A (ja) | 1998-04-24 |
| JP2935833B2 JP2935833B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=19459809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9137077A Expired - Fee Related JP2935833B2 (ja) | 1996-05-27 | 1997-05-27 | 多回線流量測定装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6089104A (ja) |
| JP (1) | JP2935833B2 (ja) |
| KR (1) | KR0170815B1 (ja) |
| DE (1) | DE19722140C2 (ja) |
| RU (1) | RU2138782C1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6386047B2 (en) | 1998-09-03 | 2002-05-14 | Chang Min Tech Co., Ltd. | Ultrasonic flow velocity measuring method using phase difference measurements |
| US6470757B2 (en) | 1998-09-03 | 2002-10-29 | Hak Soo Chang | Ultrasonic flow velocity measuring method |
| DE19942138B4 (de) * | 1998-09-03 | 2004-09-30 | Changmin Tech.Co., Ltd., Sungnam | Verfahren zum Messen einer Strömungsgeschwindigkeit mittels Ultraschall |
| JP2017502319A (ja) * | 2014-01-13 | 2017-01-19 | キャメロン インターナショナル コーポレイション | 自己チェック機能のある流量計および方法 |
Families Citing this family (56)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2957576B1 (ja) * | 1998-09-16 | 1999-10-04 | チャン ミン テック カンパニー リミテッド | 水深・流速・水温測定装置 |
| KR100488272B1 (ko) * | 1999-03-17 | 2005-05-11 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 초음파 유량계측장치 |
| US6550345B1 (en) * | 2000-09-11 | 2003-04-22 | Daniel Industries, Inc. | Technique for measurement of gas and liquid flow velocities, and liquid holdup in a pipe with stratified flow |
| KR100374429B1 (ko) * | 2000-09-15 | 2003-03-04 | 인터내셔날하이드로손닉 주식회사 | 초음파 다회선 유량 측정방법 |
| DE10248593A1 (de) * | 2002-10-17 | 2004-04-29 | Endress + Hauser Flowtec Ag, Reinach | Durchflußmeßgerät |
| DE102004013249A1 (de) * | 2004-03-18 | 2005-10-06 | Robert Bosch Gmbh | Bestimmung der Laufzeitdifferenz bei einem Ultraschall-Strömungssensor mit mehrfacher Nulldurchgangsdetektion |
| DE102005018396A1 (de) * | 2005-04-20 | 2006-10-26 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Verfahren zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses eines Mediums |
| DE102005042792B3 (de) * | 2005-09-08 | 2007-05-31 | Rohde & Schwarz Ftk Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Strömungsgeschwindigkeit und/oder Temperatur eines Fluides |
| DE102005045485A1 (de) * | 2005-09-22 | 2007-04-12 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Verfahren zur System- und/oder Prozessüberwachung bei einem Ultraschall-Durchflussmessgerät |
| DE102005047790A1 (de) * | 2005-10-05 | 2007-04-12 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung des Volumen- oder Massedurchflusses eines Mediums durch eine Rohrleitung |
| DE102007004936B4 (de) * | 2006-12-19 | 2011-01-13 | Krohne Ag | Ultraschalldurchflußmeßgerät |
| HUP0700785A2 (en) * | 2007-12-05 | 2009-06-29 | Thormed Kft | Method and apparatus for determining the flow parameters of a streaming medium |
| US9026370B2 (en) | 2007-12-18 | 2015-05-05 | Hospira, Inc. | User interface improvements for medical devices |
| US7735380B2 (en) * | 2008-07-09 | 2010-06-15 | Daniel Measurement & Control, Inc. | Method and system of coordination of measurement subsystems of a flow meter |
| US7752919B2 (en) * | 2008-07-09 | 2010-07-13 | Daniel Measurement And Control, Inc. | System and method of an acoustic flow meter with dual flow measurements |
| DE102008055031A1 (de) * | 2008-12-19 | 2010-09-09 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Messsystem mit mindestens einem Ultraschallsender und mindestens zwei Ultraschallempfängern |
| US7942068B2 (en) * | 2009-03-11 | 2011-05-17 | Ge Infrastructure Sensing, Inc. | Method and system for multi-path ultrasonic flow rate measurement |
| US8181536B2 (en) | 2009-12-19 | 2012-05-22 | Cameron International Corporation | Ultrasonic Flow Meter including a transducer having conical face |
| US8857269B2 (en) | 2010-08-05 | 2014-10-14 | Hospira, Inc. | Method of varying the flow rate of fluid from a medical pump and hybrid sensor system performing the same |
| DE102010063789A1 (de) * | 2010-12-21 | 2012-06-21 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Ultraschall-Durchflussmessgerät |
| DE102011075997A1 (de) * | 2011-05-17 | 2012-11-22 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Ultraschall-Durchflussmessgerät |
| WO2013028497A1 (en) | 2011-08-19 | 2013-02-28 | Hospira, Inc. | Systems and methods for a graphical interface including a graphical representation of medical data |
| WO2013090709A1 (en) | 2011-12-16 | 2013-06-20 | Hospira, Inc. | System for monitoring and delivering medication to a patient and method of using the same to minimize the risks associated with automated therapy |
| CA2868801C (en) | 2012-03-30 | 2021-07-13 | Hospira, Inc. | Air detection system and method for detecting air in a pump of an infusion system |
| EP2879733B1 (en) | 2012-07-31 | 2019-06-05 | ICU Medical, Inc. | Patient care system for critical medications |
| CN104395703A (zh) * | 2013-04-25 | 2015-03-04 | 株式会社又进 | 超声波流动测量*** |
| US10046112B2 (en) | 2013-05-24 | 2018-08-14 | Icu Medical, Inc. | Multi-sensor infusion system for detecting air or an occlusion in the infusion system |
| US9707341B2 (en) | 2013-05-29 | 2017-07-18 | Icu Medical, Inc. | Infusion system and method of use which prevents over-saturation of an analog-to-digital converter |
| US10166328B2 (en) | 2013-05-29 | 2019-01-01 | Icu Medical, Inc. | Infusion system which utilizes one or more sensors and additional information to make an air determination regarding the infusion system |
| US9080908B2 (en) | 2013-07-24 | 2015-07-14 | Jesse Yoder | Flowmeter design for large diameter pipes |
| GB2521661A (en) | 2013-12-27 | 2015-07-01 | Xsens As | Apparatus and method for measuring flow |
| US9383238B2 (en) | 2014-02-19 | 2016-07-05 | Chevron U.S.A. Inc. | Apparatus, system and process for characterizing multiphase fluids in a fluid flow stream |
| CA2939302C (en) | 2014-02-28 | 2021-12-28 | Hospira, Inc. | Infusion system and method which utilizes dual wavelength optical air-in-line detection |
| US11344673B2 (en) | 2014-05-29 | 2022-05-31 | Icu Medical, Inc. | Infusion system and pump with configurable closed loop delivery rate catch-up |
| US11344668B2 (en) | 2014-12-19 | 2022-05-31 | Icu Medical, Inc. | Infusion system with concurrent TPN/insulin infusion |
| US10850024B2 (en) | 2015-03-02 | 2020-12-01 | Icu Medical, Inc. | Infusion system, device, and method having advanced infusion features |
| WO2017197024A1 (en) | 2016-05-13 | 2017-11-16 | Icu Medical, Inc. | Infusion pump system and method with common line auto flush |
| WO2017214441A1 (en) | 2016-06-10 | 2017-12-14 | Icu Medical, Inc. | Acoustic flow sensor for continuous medication flow measurements and feedback control of infusion |
| US10281307B2 (en) * | 2016-06-10 | 2019-05-07 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | System and method of non-intrusive anemometry |
| RU171822U1 (ru) * | 2016-11-22 | 2017-06-16 | Геннадий Петрович Бендерский | Бортовой ультразвуковой измеритель скорости течения и расхода воды в открытом водоеме |
| CN106895889A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-06-27 | 北京尚水信息技术股份有限公司 | 管网流量的测量方法 |
| FR3065524B1 (fr) * | 2017-04-25 | 2019-06-28 | Sagemcom Energy & Telecom Sas | Procede de mesure d’une vitesse d’un fluide |
| US10089055B1 (en) | 2017-12-27 | 2018-10-02 | Icu Medical, Inc. | Synchronized display of screen content on networked devices |
| USD851524S1 (en) | 2018-01-18 | 2019-06-18 | Norgas Metering Technologies, Inc. | Ultrasonic flow meter |
| WO2020034345A1 (zh) | 2018-08-11 | 2020-02-20 | 李言钦 | 声波法测量管内轴向流速分布、流量的方法及*** |
| JP6544844B1 (ja) * | 2019-04-24 | 2019-07-17 | 株式会社琉Ｓｏｋ | 超音波式流量測定装置 |
| CN110245439B (zh) * | 2019-06-20 | 2022-04-08 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种扩口导管的安装误差建模和补偿方法 |
| RU2726289C1 (ru) * | 2019-11-11 | 2020-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ") | Ультразвуковой расходомер |
| CN112903043B (zh) * | 2019-12-03 | 2022-06-14 | 成都秦川物联网科技股份有限公司 | 一种多声道超声波流量计*** |
| US11278671B2 (en) | 2019-12-04 | 2022-03-22 | Icu Medical, Inc. | Infusion pump with safety sequence keypad |
| CN111693731B (zh) * | 2020-06-23 | 2021-11-26 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种基于超声波原理的巷道断面风速测量装置及方法 |
| CN111693732B (zh) * | 2020-06-24 | 2021-12-24 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 基于滑动参考波形的超声波渡越时间互相关计算方法 |
| EP4185260A4 (en) | 2020-07-21 | 2024-07-31 | Icu Medical Inc | FLUID TRANSFER DEVICES AND METHODS OF USE |
| CN111964737B (zh) * | 2020-08-13 | 2022-11-18 | 李卓 | 一种自动标定的超声波流量计的计算方法 |
| US11135360B1 (en) | 2020-12-07 | 2021-10-05 | Icu Medical, Inc. | Concurrent infusion with common line auto flush |
| CN112857491A (zh) * | 2021-02-10 | 2021-05-28 | 北京市南水北调南干渠管理处 | 一种异型输水管涵的流量测量方法及*** |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3188862A (en) * | 1958-01-14 | 1965-06-15 | Roth Lab For Physical Res | Flowmeters |
| US3204456A (en) * | 1961-09-28 | 1965-09-07 | Gulton Ind Inc | Ultrasonic flowmeter |
| US3751979A (en) * | 1971-11-17 | 1973-08-14 | Raytheon Co | Speed measurement system |
| US4162630A (en) * | 1976-09-20 | 1979-07-31 | University Of Utah | Measurement and reconstruction of three-dimensional fluid flow |
| JPS55109916A (en) * | 1979-02-16 | 1980-08-23 | Toshiba Corp | Ultrasonic flow meter |
| US4300401A (en) * | 1979-10-09 | 1981-11-17 | Panametrics, Inc. | Method and apparatus for determining fluid flow |
| US4462261A (en) * | 1982-04-27 | 1984-07-31 | The Babcock & Wilcox Company | Mass and velocity flowmeter |
| US4452090A (en) * | 1982-05-17 | 1984-06-05 | Airco, Inc. | Ultrasonic flowmeter |
| JPS59171813A (ja) * | 1983-03-18 | 1984-09-28 | Mitsubishi Electric Corp | 超音波流量測定装置 |
| GB2139755B (en) * | 1983-05-11 | 1987-03-04 | British Gas Corp | Ultrasonic flowmeter |
| US4530077A (en) * | 1983-05-19 | 1985-07-16 | Xecutek Corporation | Efficient low cost transducer system |
| IT1196886B (it) * | 1986-12-30 | 1988-11-25 | Weber Srl | Dispositivo ultrasonico di misurazione della portata di fluido in un condotto |
| DE3931048A1 (de) * | 1989-09-16 | 1991-04-11 | Leica Industrieverwaltung | Konisches ultraschallwellen-ablenkelement |
| KR960013251B1 (ko) * | 1993-08-25 | 1996-10-02 | 주식회사 창민물산 | 초음파 유량측정 방법과 장치 |
| KR960003645B1 (ko) * | 1993-08-25 | 1996-03-21 | 주식회사창민테크놀러지 | 하천 국부(局部) 유속측정방법 및 장치 |
-
1996
- 1996-05-27 KR KR1019960017987A patent/KR0170815B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-05-27 US US08/863,471 patent/US6089104A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-27 DE DE19722140A patent/DE19722140C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-27 RU RU97108694A patent/RU2138782C1/ru not_active IP Right Cessation
- 1997-05-27 JP JP9137077A patent/JP2935833B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6386047B2 (en) | 1998-09-03 | 2002-05-14 | Chang Min Tech Co., Ltd. | Ultrasonic flow velocity measuring method using phase difference measurements |
| US6470757B2 (en) | 1998-09-03 | 2002-10-29 | Hak Soo Chang | Ultrasonic flow velocity measuring method |
| DE19942138B4 (de) * | 1998-09-03 | 2004-09-30 | Changmin Tech.Co., Ltd., Sungnam | Verfahren zum Messen einer Strömungsgeschwindigkeit mittels Ultraschall |
| JP2017502319A (ja) * | 2014-01-13 | 2017-01-19 | キャメロン インターナショナル コーポレイション | 自己チェック機能のある流量計および方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19722140A1 (de) | 1997-12-11 |
| KR0170815B1 (ko) | 1999-05-01 |
| DE19722140C2 (de) | 2003-07-03 |
| KR970075850A (ko) | 1997-12-10 |
| JP2935833B2 (ja) | 1999-08-16 |
| RU2138782C1 (ru) | 1999-09-27 |
| US6089104A (en) | 2000-07-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2935833B2 (ja) | 多回線流量測定装置 | |
| US7571656B2 (en) | Method for ultrasonic measurement of the flow of liquid and/or gaseous media and an apparatus for implementing thereof | |
| JP3045677B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| RU2660011C1 (ru) | Способ и устройство для ультразвукового измерения расхода накладным методом и схемное устройство для управления ультразвуковым измерением расхода накладным методом | |
| JP4535065B2 (ja) | ドップラー式超音波流量計 | |
| CN114088151A (zh) | 外夹式多声道超声波流量检测装置及检测方法 | |
| JP2006078362A (ja) | 同一軸型ドップラー超音波流速計 | |
| CN112964319A (zh) | 一种多频阵列超声波流量计 | |
| JPH039405B2 (ja) | ||
| JPH1090028A (ja) | 超音波質量流量計 | |
| JP3136002B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| CN110455360B (zh) | 一种超声波水表 | |
| RU2422777C1 (ru) | Ультразвуковой способ измерения расхода жидких и/или газообразных сред и устройство для его осуществления | |
| JP2005091332A (ja) | 超音波流量計 | |
| JP3646875B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP2001183200A (ja) | 流量計及び流量測定方法 | |
| RU2284015C2 (ru) | Способ измерения расхода потока и устройство для его осуществления | |
| JP4827008B2 (ja) | 超音波流量計、超音波トランスジューサ、超音波送受信ユニットおよび超音波流量計を用いた流量測定方法 | |
| WO2005064288A1 (ja) | 超音波流量計、超音波流量計用くさび、超音波送受信ユニットのセッティング方法および超音波送受信ユニット | |
| US20220268609A1 (en) | Ultrasonic Flowmeter and Method for Determining the Velocity of a Flowing Medium | |
| SU1476311A1 (ru) | Ультразвуковой расходомер | |
| JP2853508B2 (ja) | ガス流量計 | |
| KR100460258B1 (ko) | 초음파 유량측정 방법 및 장치 | |
| JPH07139982A (ja) | 超音波流量計 | |
| JPH0361892B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |