JP2005195371A - Ultrasonic flowmeter, and sound absorbing material for ultrasonic flowmeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、 本発明は、測定領域の流速分布から被測定流体の流量を時間依存で瞬時に測定することが可能な超音波流量計およびそれに関連する技術に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flowmeter capable of instantaneously measuring a flow rate of a fluid to be measured from a flow velocity distribution in a measurement region in a time-dependent manner and a technique related thereto.
非接触で流量を測定可能であるドップラ式超音波流量計については、さまざまな技術が提供されている。(例えば、特開2000−97742号) Various techniques have been provided for Doppler ultrasonic flowmeters capable of measuring the flow rate without contact. (For example, JP 2000-97742 A)
上記の技術を具体的に説明する。上記文献に開示されているドップラ式超音波流量計は、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体(たとえば水)の配管内の被測定流体中へ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パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における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、前記測定領域における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ものである。 The above technique will be specifically described. The Doppler type ultrasonic flowmeter disclosed in the above document is an ultrasonic transmission that causes an ultrasonic pulse of a required frequency to enter a measured fluid in a fluid (for example, water) pipe along a measurement line from an ultrasonic transducer. Means, a fluid velocity distribution measuring means for receiving an ultrasonic echo reflected from the measurement area among ultrasonic pulses incident on the measurement fluid, and measuring a flow velocity distribution of the measurement fluid in the measurement area; and the measurement A flow rate calculation means for calculating the flow rate of the fluid under measurement in the measurement region is provided based on the flow velocity distribution of the fluid, and the flow rate of the fluid under measurement is measured.
この技術は、配管内を流れる被測定流体の流速分布を測定し、時間的に変動する過渡時の流量を応答性に優れている。また、流体の流れが充分に発達していない箇所や流れが三次元になっている場所、例えばエルボ配管やU字状の反転配管のように曲げられた配管の直後でも、被測定流体の流量を効率的に精度よく瞬時に測定できる。それ以前に提供されていた超音波流量計と比較した場合、実験値や経験値などから割り出された「流量補正係数」がなくても正確な測定が可能であるという特徴があり、大きく評価されている。 This technique measures the flow velocity distribution of the fluid to be measured flowing in the pipe, and is excellent in responsiveness to the transient flow rate that varies with time. In addition, the flow rate of the fluid to be measured even in places where the flow of the fluid is not sufficiently developed or where the flow is three-dimensional, such as an elbow pipe or a bent pipe such as a U-shaped inverted pipe Can be measured efficiently and instantaneously. Compared to the ultrasonic flowmeters provided before that, there is a feature that accurate measurement is possible without the "flow rate correction coefficient" calculated from experimental values and experience values, etc. Has been.
さて、上述のドップラ式超音波流量計につき、更なる測定精度の向上を目指していたところ、以下のような問題点が浮上した。
図5および図6を用いて説明する。超音波送信手段が送信する超音波は、被測定流体中の気泡などに対して正常に反射した反射波のみ(図5および図6中に示す「反射波A」)を用いたい。しかし図5に示すように、送信した超音波が流体配管10に到達し、その流体配管10からの反射波(図5中の「反射波B」)が別の気泡にぶつかって反射波Aと同一経路をたどることによって超音波送受信手段20が受信してしまい、測定誤差の原因となっていることが判明した。また、図6に示すように、流体配管10内へ超音波を入射した場合に非測定流体11へ入射されずに流体配管10内を反射波が伝わった後に被測定流体11へ入り、その後に気泡へぶつかって反射し、その反射波Bが超音波送受信手段20が測定してしまうことによる測定誤差も生じていることが把握された。
図示は省略するが、被測定流体中の気泡などに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放物線を描くはずであるが、実際の測定結果は放物線の頂上付近に平らな直線上の部位が描かれてしまうのである。
Now, with the above-mentioned Doppler type ultrasonic flowmeter, aiming for further improvement in measurement accuracy, the following problems emerged.
This will be described with reference to FIGS. For the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic wave transmitting means, it is desired to use only the reflected wave that is normally reflected by the bubbles in the fluid to be measured ("reflected wave A" shown in FIGS. 5 and 6). However, as shown in FIG. 5, the transmitted ultrasonic wave reaches the
Although illustration is omitted, if the flow velocity distribution of the fluid to be measured can be measured only with the reflected wave reflected by the bubbles in the fluid to be measured, the measurement result should theoretically draw a parabola. As a result of this measurement, a flat straight part is drawn near the top of the parabola.
本発明が解決しようとする課題は、配管からの反射波を原因とする測定誤差を低減して、より正確な流量を計測する技術を提供することである。
請求項1から請求項4記載の発明の目的は、配管からの反射波を原因とする測定誤差を低減して、より正確な流量を計測する超音波流量計を提供することにある。
また、請求項5記載の発明の目的は、配管からの反射波を原因とする測定誤差を低減して、より正確な流量を計測する超音波流量計用の吸音材を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide a technique for measuring a more accurate flow rate by reducing a measurement error caused by a reflected wave from a pipe.
An object of the invention described in
Another object of the present invention is to provide a sound absorbing material for an ultrasonic flowmeter that reduces a measurement error caused by a reflected wave from a pipe and measures a more accurate flow rate.
(請求項1)
請求項1記載の発明は、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管(10)内の被測定流体(11)中へ入射させる超音波送信手段(20)と、 被測定流体(11)に入射された超音波パルスのうち測定領域から反射された超音波エコー(反射波A)を受信し、測定領域における被測定流体(11)の流速分布を測定する流体速度分布測定手段(20)と、 前記被測定流体(11)の流速分布に基づいて、前記測定領域における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係る。
そして、被測定流体(11)の流体配管(10)における超音波パルスの到達位置における配管外壁に固定可能な吸音材(40)を備え、その吸音材(40)の音響インピーダンスは、流体配管(10)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したことを特徴とする。
(Claim 1)
The invention according to
Then, a sound absorbing material (40) that can be fixed to the pipe outer wall at the arrival position of the ultrasonic pulse in the fluid pipe (10) of the fluid to be measured (11), and the acoustic impedance of the sound absorbing material (40) is the fluid pipe ( The material is characterized by a high-density material that approximates the acoustic impedance of 10).
(用語説明)
上記の超音波流量計には、一般のドップラ式超音波流量計と、相関法を用いた超音波流量計とを含む。相関法を用いた超音波流量計とは、例えば、特開2003−344131号に開示されているような超音波流量計である。
両者とも、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ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パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における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、前記測定領域における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。
(Glossary)
The ultrasonic flow meter includes a general Doppler ultrasonic flow meter and an ultrasonic flow meter using a correlation method. The ultrasonic flow meter using the correlation method is, for example, an ultrasonic flow meter as disclosed in JP-A-2003-344131.
In both cases, an ultrasonic transmission means for injecting an ultrasonic pulse of a required frequency from an ultrasonic transducer along a measurement line into a fluid to be measured in a fluid pipe, and a measurement region of the ultrasonic pulses incident on the fluid to be measured A fluid velocity distribution measuring means for receiving the ultrasonic echo reflected from the measurement region and measuring a flow velocity distribution of the fluid under measurement in the measurement region; and a flow rate of the fluid under measurement in the measurement region based on the flow velocity distribution of the fluid under measurement. The flow rate of the fluid to be measured is measured.
「流量演算手段」は、流量をm(t)とするとき、
また、上記の式(1)から、流体配管を流れる時間tの流量m(t)は、次式に書き換えることができる。
なお、配管内を流れる被測定流体の流れが、管軸方向の流れで半径方向や角度θの流れvr,vθを無視できるとすると、vx>>vr=vθとなり、流量計測は簡素化され、次式で表わされる。
「被測定流体(11)の流体配管(10)における超音波パルスの到達位置」とは、超音波トランスジューサ(20)から発振される超音波の入射角度、配管の材質、配管の内径および外径または肉厚、被測定流体の種類などの可変条件が特定されることによって特定される。例えば、被測定流体(11)を挟んだ反対側の配管外壁の場合(図1)、超音波トランスジューサ(20)から発振される超音波の入射側における配管外壁の場合(図4)などがある。 The `` arrival position of the ultrasonic pulse in the fluid pipe (10) of the fluid to be measured (11) '' means the incident angle of the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer (20), the pipe material, the inner diameter and the outer diameter of the pipe Alternatively, it is specified by specifying variable conditions such as the wall thickness and the type of fluid to be measured. For example, the pipe outer wall on the opposite side across the fluid to be measured (11) (FIG. 1), the pipe outer wall on the incident side of the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic transducer (20) (FIG. 4), etc. .
吸音材の音響インピーダンスにつき、「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」としたのは、そのようにしないと吸音材と配管との界面において超音波が反射してしまうからである。具体的な材質としては、合成樹脂(たとえばエポキシ樹脂)に高密度金属粉(たとえばタングステンの微粉末)を配合して成形したものが好適であった。高密度金属としては、他にクロム、モリブデンなども採用可能である。 The acoustic impedance of the sound-absorbing material is “high density material that approximates the acoustic impedance of the fluid piping”. Otherwise, the ultrasonic waves will be reflected at the interface between the sound-absorbing material and the piping. Because. As a specific material, a material formed by blending a synthetic resin (for example, an epoxy resin) with a high-density metal powder (for example, a fine powder of tungsten) was preferable. As the high-density metal, chromium, molybdenum, or the like can be used.
(作用)
まず、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサ(20)から測定線に沿って流体配管(10)内の被測定流体(11)中へ入射させる。すると、被測定流体(11)に入射された超音波パルスのうち、測定領域から反射されたもの(反射波A)が測定対象となり、超音波パルスの一部は被測定流体(11)の流体配管(10)に到達したり、被測定流体(11)に達することなく流体配管(10)内部で反射したりする。しかし、その到達位置における配管外壁には吸音材(40)が固定されており、その吸音材(40)の音響インピーダンスは、流体配管(10)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なので、ほとんどが吸収される。したがって、流体配管(10)からの反射波が測定対象となって測定誤差の原因となることを抑制できる。
流体速度分布測定手段(超音波トランスジューサ(20)は、超音波エコーを受信し、測定領域における被測定流体(11)の流速分布を測定する。そして前記被測定流体(11)の流速分布に基づいて、前記測定領域における被測定流体(11)の流量を流量演算手段が演算する。
(Function)
First, an ultrasonic pulse having a required frequency is caused to enter the measured fluid (11) in the fluid pipe (10) along the measurement line from the ultrasonic transducer (20). Then, among the ultrasonic pulses incident on the fluid to be measured (11), the one reflected from the measurement region (reflected wave A) becomes the measurement object, and a part of the ultrasonic pulses is the fluid of the fluid to be measured (11). It reaches the pipe (10) or reflects inside the fluid pipe (10) without reaching the fluid to be measured (11). However, the sound absorbing material (40) is fixed to the outer wall of the pipe at the reaching position, and the acoustic impedance of the sound absorbing material (40) is so high as to be close to the acoustic impedance of the fluid pipe (10). Because it is a material, most of it is absorbed. Therefore, it is possible to suppress a reflected wave from the fluid pipe (10) from being a measurement object and causing a measurement error.
Fluid velocity distribution measuring means (the ultrasonic transducer (20) receives an ultrasonic echo and measures the flow velocity distribution of the fluid to be measured (11) in the measurement region. Based on the flow velocity distribution of the fluid to be measured (11)) Then, the flow rate calculation means calculates the flow rate of the fluid to be measured (11) in the measurement region.
(請求項2)
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の超音波流量計を限定したものであり、
前記吸音材(40)を保持するとともに配管外壁へ固定される吸音材ホルダ(41)と、その吸音材ホルダ(41)における位置を変更可能とするスライダ(42)とを備えることにより、配管外壁に対する当該吸音材(40)の固定位置を変更可能に形成したことを特徴とする。
(Claim 2)
The invention according to
A sound absorbing material holder (41) that holds the sound absorbing material (40) and is fixed to the outer wall of the pipe, and a slider (42) that enables the position of the sound absorbing material holder (41) to be changed. The fixed position of the sound absorbing material (40) with respect to is formed to be changeable.
(作用)
測定領域にて反射されなかった超音波パルスの一部が、被測定流体の流体配管に到達して反射したことで測定誤差が生じたと考えられる事態が発生したとする。その場合、配管外壁に対する当該吸音材(40)の固定位置が適切でないと考えられるので、適切な位置へ吸音材(40)を移動させればよい。すなわち、スライダ(42)を用いて吸音材ホルダ(41)に対する吸音材(40)の位置を変更することによって、配管外壁に対する当該吸音材(40)の固定位置を調整する。配管外壁に対する当該吸音材(40)が適切な位置に移動できれば、前述の測定誤差の軽減に寄与できる。
(Function)
It is assumed that a situation has occurred in which a part of the ultrasonic pulse that has not been reflected in the measurement region reaches the fluid piping of the fluid to be measured and is reflected to cause a measurement error. In that case, it is considered that the fixing position of the sound absorbing material (40) with respect to the outer wall of the pipe is not appropriate. Therefore, the sound absorbing material (40) may be moved to an appropriate position. That is, the position of the sound absorbing material (40) relative to the outer wall of the pipe is adjusted by changing the position of the sound absorbing material (40) relative to the sound absorbing material holder (41) using the slider (42). If the sound absorbing material (40) with respect to the outer wall of the pipe can be moved to an appropriate position, it can contribute to the reduction of the measurement error.
(請求項3)
請求項3記載の発明は、所要周波数の超音波パルスを超音波トランスジューサから測定線に沿って流体配管内の被測定流体中へ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パルスのうち測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における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、前記測定領域における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係る。
すなわち、前記超音波送信手段(20)を所定角度にて固定するとともに被測定流体(11)の流体配管(10)の外壁へクランプオンさせるためのくさび(30)を備え、 そのくさび(30)における配管外壁側に接触する面の所定位置には吸音材(40)を備え、その吸音材(40)の音響インピーダンスは、流体配管(10)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したことを特徴とする。
(Claim 3)
According to a third aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic transmission means for causing an ultrasonic pulse having a required frequency to enter a fluid to be measured in a fluid pipe along a measurement line from an ultrasonic transducer, and an ultrasonic wave incident on the fluid to be measured. A fluid velocity distribution measuring means for receiving an ultrasonic echo reflected from the measurement region of the pulse and measuring a flow velocity distribution of the fluid under measurement in the measurement region; and based on the flow velocity distribution of the fluid under measurement in the measurement region The present invention relates to an ultrasonic flowmeter that includes a flow rate calculation unit that calculates a flow rate of a fluid to be measured and that measures the flow rate of the fluid to be measured.
That is, it comprises a wedge (30) for fixing the ultrasonic transmission means (20) at a predetermined angle and clamping it to the outer wall of the fluid pipe (10) of the fluid to be measured (11), the wedge (30) A sound absorbing material (40) is provided at a predetermined position on the surface in contact with the pipe outer wall side, and the acoustic impedance of the sound absorbing material (40) is so high as to be close to the acoustic impedance of the fluid piping (10). It is characterized by the material.
請求項1に係る発明との構成およびそれに伴う作用の相違点は、以下の通りである。すなわち、請求項1に係る超音波流量計は、超音波送信手段(20)と吸音材(40)とが流体配管(10)を挟んだ位置に配置されるが、請求項3に係る超音波流量計は、超音波送信手段(20)と吸音材(40)とが並列に位置される。換言すると、請求項1に係る超音波流量計が反射波の発生場所において吸音材(40)によって吸収するのに対して、請求項3に係る超音波流量計では吸音材(40)が流体速度分布測定手段(20)における流体配管(10)からの反射波(B)を測定することを防止するものである。
The difference between the configuration of the invention according to
(請求項4)
請求項4記載の発明は、請求項3記載の超音波流量計を限定したものであり、
くさび(30)における吸音材(40)の位置を変更可能とするスライダをくさびに備えることにより、配管外壁に対する当該吸音材の固定位置を変更可能に形成したことを特徴とする超音波流量計に係る。
(Claim 4)
Invention of
An ultrasonic flowmeter characterized in that the position of the sound absorbing material (40) in the wedge (30) can be changed by providing the wedge with a slider, so that the fixed position of the sound absorbing material relative to the outer wall of the pipe can be changed. Related.
(作用)
超音波パルスの一部が被測定流体の流体配管に到達して反射し、それを流体速度分布測定手段が受信したことによって測定誤差が生じたと考えられる事態が発生したとする。その場合、配管外壁に対する当該吸音材の固定位置が適切でないと考えられるので、適切な位置へ吸音材を移動させればよい。すなわち、スライダを用いてくさびに対する吸音材の位置を変更することによって、配管外壁に対する当該吸音材の固定位置を調整する。配管外壁に対する当該吸音材が適切な位置に移動できた場合には、前述の測定誤差の軽減に寄与できる。
(Function)
Assume that a part of the ultrasonic pulse reaches the fluid piping of the fluid to be measured and is reflected, and the fluid velocity distribution measuring means receives the situation, so that a measurement error is considered to have occurred. In that case, since it is thought that the fixed position of the sound absorbing material with respect to the outer wall of the pipe is not appropriate, the sound absorbing material may be moved to an appropriate position. That is, the position of the sound absorbing material relative to the outer wall of the pipe is adjusted by changing the position of the sound absorbing material relative to the wedge using the slider. When the sound absorbing material with respect to the outer wall of the pipe can move to an appropriate position, it can contribute to the reduction of the measurement error.
(請求項5)
請求項5記載の発明は、被測定流体の流体配管における外壁に固定可能であって、 その音響インピーダンスが配管の音響インピーダンスと近似値となるように、合成樹脂に高密度金属粉を配合して成形した材質にて形成したことを特徴とする超音波流量計用の吸音材に係る。
ここで、「高密度金属」としては、タングステン、クロム、モリブデンなどがある。
(Claim 5)
The invention according to claim 5 can be fixed to the outer wall of the fluid piping of the fluid to be measured, and the synthetic resin is blended with high-density metal powder so that the acoustic impedance is approximate to the acoustic impedance of the piping. The present invention relates to a sound absorbing material for an ultrasonic flowmeter, which is formed of a molded material.
Here, examples of the “high density metal” include tungsten, chromium, and molybdenum.
(作用)
請求項5記載の発明は、超音波流量計と切り離した単独の部材として用いるものである。
(Function)
The invention according to claim 5 is used as a single member separated from the ultrasonic flowmeter.
請求項1から請求項4に記載の発明によれば、、配管からの反射波を原因とする測定誤差を低減して、より正確な流量を計測する超音波流量計を提供することができた。
また、請求項5に記載の発明によれば、配管からの反射波を原因とする測定誤差を低減して、より正確な流量を計測する超音波流量計用の吸音材を提供することができた。
According to the invention described in
In addition, according to the invention described in claim 5, it is possible to provide a sound absorbing material for an ultrasonic flowmeter that reduces a measurement error caused by a reflected wave from a pipe and measures a more accurate flow rate. It was.
以下、本発明を実施の形態及び図面に基づいて、更に詳しく説明する。ここで使用する図面は、図1乃至図4である。
(図1)
図1は、被測定流体11が流れる流体配管10の流量を計測するための超音波流量計において、被測定流体11に入射された超音波パルスの測定領域から反射された超音波エコーを受信する受信機を兼ねた超音波送受信手段(トランスジューサ20)を備える。そのトランスジューサ20は、樹脂製のくさび30にて配管10の所定箇所に固定されている。くさび30の材質は、例えばエポキシ樹脂である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments and drawings. The drawings used here are FIGS. 1 to 4.
(Figure 1)
FIG. 1 shows an ultrasonic flowmeter for measuring the flow rate of a
トランスジューサ20は、被測定流体11に対して測定線に沿って所要周波数(基本周波数)の超音波パルスを送信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パルスの測定領域から反射された超音波エコーを受信し、測定領域における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を兼ねている。そして、その流速分布に基づいて被測定流体の流量を時間依存で求める流量演算手段としてのマイコン、CPU、MPU等のコンピュータと、このコンピュータからの出力を時系列的に表示可能な表示装置とに接続されている。
The
また、トランスジューサ20には、トランスジューサ20を加振させる信号発生器としての加振用アンプを備えており、加振用アンプから所要の基本周波数のパルス電気信号が超音波トランスジューサへ入力されるようになっている。そして、パルス電気信号の印加により基本周波数の超音波パルスが測定線に沿って発振せしめられる。超音波パルスは、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る。
Further, the
トランスジューサ20は、発振し超音波パルスが流体11中の反射体12に当って反射される超音波エコーを受信するようになっている。ここで反射体12とは、被測定流体11中に一様に含まれる気泡である。基本的に、被測定流体11とは、音響インピーダンスが異なる異物でなければならない。
The
トランスジューサ20にて受信された超音波エコーは、図示を省略した反射波レシーバーにて受信され、その反射波レシーバーにてエコー電気信号へ変換される。このエコー電気信号は、増幅器で増幅された後、AD変換器を通ってデジタル化される。そして、デジタル化されたデジタルエコー信号が流速分布計測回路を備えた流速計算装置に入力される。
The ultrasonic echo received by the
流速計算装置には、発振用アンプからの基本周波数の電気信号がデジタル化されて入力され、両信号の周波数差からドップラシフトに基づく流速の変化もしくは両信号の相互相関値を用いて流速を計測し、測定線に沿う測定領域の流速分布を算出している。測定領域の流速分布を超音波の入射角度αで較正することによって、流体配管の横断面における流速分布を計測することができる。 The flow velocity calculation device receives the digital signal of the fundamental frequency from the oscillation amplifier and measures the flow velocity using the change in flow velocity based on the Doppler shift or the cross-correlation value of both signals from the frequency difference between the two signals. The flow velocity distribution in the measurement area along the measurement line is calculated. By calibrating the flow velocity distribution in the measurement region with the incident angle α of the ultrasonic wave, the flow velocity distribution in the cross section of the fluid piping can be measured.
さて、流体配管10の寸法(外径、肉厚、内径のいずれか2つ以上)、流体配管10の材質、流体11の種類などが予め把握できている場合には、前述した超音波の入射角度αは特定できる。その場合には、くさび30を省略して「接液形」とすることができる。
When the dimensions of the fluid pipe 10 (two or more of the outer diameter, the wall thickness, and the inner diameter), the material of the
トランスジューサ20による超音波の入射角度αが決定されると、流体配管10を挟んでトランスジューサ20と反対側の管壁のどこへ超音波が到達するかは算出できる。その到達位置付近には、吸音材40を固定するのである。
この吸音材40の音響インピーダンスは、流体配管10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している。より具体的には、合成樹脂(エポキシ樹脂)に高密度金属粉(タングステン粉)を配合して成形した材質であり、直径10〜20mm、厚さ10〜15mm程度である。この吸音材40の存在により、流体配管10が反射波を発生することを抑制できる。したがって、流体配管10からの反射波が測定対象となって測定誤差の原因となることを抑制できる。
なお、吸音材の材質は、エポキシ樹脂にタングステン粉を配合して成形したものに限られず、流体配管10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であればよく、例えばタングステンの代わりに鉛を用いることもできる。
When the incident angle α of the ultrasonic wave by the
The acoustic impedance of the
The material of the sound absorbing material is not limited to a material formed by blending tungsten powder with epoxy resin, and may be any material having a high density that approximates the acoustic impedance of the
トランスジューサ20の受信機が受信した反射波は、図示を省略した増幅器で増幅された後、AD変換器を通ってデジタル化される。そして、デジタル化されたデジタルエコー信号を用いて音速計算装置が音速を算出する。算出された音速は、超音波流量計に対して出力され、流量、流速分布などをリアルタイムで算出するのに用いられる。
The reflected wave received by the receiver of the
なお、測定領域にて反射されなかった超音波パルスの一部が、被測定流体の流体配管に到達して反射したことで測定誤差が生じたと考えられる事態が発生したとする。その場合、配管外壁に対する当該吸音材40の固定位置が適切でないと考えられるので、適切な位置へ吸音材40を移動させることとする。
It is assumed that a situation occurs in which it is considered that a measurement error has occurred due to a part of the ultrasonic pulse not reflected in the measurement region reaching the fluid piping of the fluid to be measured and reflected. In that case, since it is thought that the fixed position of the
(図2)
図2に示す実施形態は、トランスジューサ20を所定角度にて固定するとともに被測定流体11の流体配管10の外壁へクランプオンさせるためのくさび30を備える。そして、非測定流体11に対してそのくさび30と同じ側の配管外壁側に接触する面の所定位置には吸音材40を備えている。図1に示した実施形態が反射波の発生場所において吸音材40によって吸収するのに対して、図2に示した実施形態の吸音材40は、トランスジューサ20における流体配管10からの反射波Bを測定することを防止する。
(Figure 2)
The embodiment shown in FIG. 2 includes a
(図3)
図3に示す実施形態は、図1に示した実施形態に改良を加えたものである。すなわち、前記吸音材40を保持するとともに配管外壁へ固定される吸音材ホルダ41と、その吸音材ホルダ41における位置を変更可能とするスライダ42とを備えることにより、配管外壁に対する当該吸音材40の固定位置を変更可能に形成している。
(Figure 3)
The embodiment shown in FIG. 3 is a modification of the embodiment shown in FIG. That is, a sound absorbing material holder 41 that holds the
測定領域にて反射されなかった超音波パルスの一部が、被測定流体の流体配管に到達して反射したことで測定誤差が生じたと考えられる事態が発生したとする。その場合、配管外壁に対する当該吸音材40の固定位置が適切でないと考えられるので、スライダ42を用いて吸音材ホルダ41に対する吸音材40の位置を変更する。それによって、配管外壁に対する当該吸音材40の固定位置を調整する。配管外壁に対する当該吸音材40が適切な位置に移動でき、前述の測定誤差の軽減に寄与できる。
この実施形態のように吸音材40の固定位置を変更可能に形成していれば、反射波の位置が変更されるような事態、例えば被測定流体が変更されるような事態においても対応可能である。
It is assumed that a situation has occurred in which a part of the ultrasonic pulse that has not been reflected in the measurement region reaches the fluid piping of the fluid to be measured and is reflected to cause a measurement error. In that case, since it is thought that the fixing position of the
If the fixed position of the
なお、詳しい図示は省略するが、吸音材40の固定位置を変更可能である構造を、前述の第二の実施形態においても採用することは可能である。
In addition, although detailed illustration is abbreviate | omitted, the structure which can change the fixing position of the sound-absorbing
(図4)
図4に示す実施形態は、被測定流体11に達することなく流体配管10内部で反射する超音波を吸収する位置に、くさび30へ組み込むようにして吸音材40を備えたものである。これについても、図3に示す実施形態のように吸音材40の固定位置を変更可能である構造を採用することも可能である。
(Fig. 4)
In the embodiment shown in FIG. 4, a
なお、図1から図3に示すように被測定流体11を挟んだ反対側の配管に到達する反射波と、図4に示すように被測定流体11に達することなく流体配管10内部で反射する超音波の両方を吸収するためには、第一乃至第三の実施形態のような吸音材40と、第四の実施形態に示すような吸音材40とを組み合わせて配置することが望まれる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the reflected wave that reaches the pipe on the opposite side across the fluid to be measured 11 is reflected inside the
先行技術も実施形態も、超音波送信手段と超音波エコーの受信手段とを一体に形成した超音波流量計として説明した。しかし、超音波送信手段と超音波エコーの受信手段とを別体として備えた超音波流量計においても、被測定流体の流体配管における超音波パルスの到達位置における配管外壁に、固定可能な上述のような吸音材を備えることによって、流体配管からの反射波による測定誤差の発生を抑制できる。 Both the prior art and the embodiment have been described as an ultrasonic flowmeter in which an ultrasonic transmission unit and an ultrasonic echo reception unit are integrally formed. However, even in an ultrasonic flowmeter provided with an ultrasonic transmitting means and an ultrasonic echo receiving means as separate bodies, the above-mentioned pipe can be fixed to the pipe outer wall at the arrival position of the ultrasonic pulse in the fluid pipe of the fluid to be measured. By providing such a sound absorbing material, it is possible to suppress the occurrence of measurement errors due to the reflected wave from the fluid piping.
本願発明は、ドップラ式超音波流量計に限られず、一般の超音波流量計に属する流量計においても採用することができる。
また、超音波流量計の製造業のほか、超音波流量計取り付け業、メンテナンス業においても用いられる。
The present invention is not limited to the Doppler type ultrasonic flowmeter, but can also be adopted in a flowmeter belonging to a general ultrasonic flowmeter.
In addition to the manufacturing industry of ultrasonic flowmeters, it is also used in the installation and maintenance industries of ultrasonic flowmeters.
10 流体配管 11 被測定流体
12 流体中の気泡
20 超音波送受信手段(トランスジューサ)
30 くさび
40 吸音材 41 吸音材ホルダ
42 スライダ
DESCRIPTION OF
30
Claims (5)
被測定流体の流体配管における超音波パルスの到達位置における配管外壁に固定可能な吸音材を備え、
その吸音材の音響インピーダンスは、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した超音波流量計。 Ultrasonic transmission means for injecting ultrasonic pulses of the required frequency from the ultrasonic transducer along the measurement line into the fluid to be measured in the fluid piping, and reflected from the measurement area among the ultrasonic pulses incident on the fluid to be measured. A fluid velocity distribution measuring means for receiving the measured ultrasonic echo and measuring the flow velocity distribution of the fluid under measurement in the measurement region; and calculating the flow rate of the fluid under measurement in the measurement region based on the flow velocity distribution of the fluid under measurement. An ultrasonic flowmeter comprising a flow rate calculation means for measuring the flow rate of a fluid to be measured,
A sound-absorbing material that can be fixed to the outer wall of the pipe at the arrival position of the ultrasonic pulse in the fluid pipe of the fluid to be measured,
The acoustic flowmeter is an ultrasonic flowmeter made of a high-density material whose acoustic impedance is close to the acoustic impedance of the fluid piping.
前記超音波送信手段を所定角度にて固定するとともに被測定流体の流体配管の外壁へクランプオンさせるためのくさびを備え、
そのくさびにおける配管外壁側に接触する面の所定位置には吸音材を備え、その吸音材の音響インピーダンスは、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したことを特徴とする超音波流量計。 Ultrasonic transmission means for injecting ultrasonic pulses of the required frequency from the ultrasonic transducer along the measurement line into the fluid to be measured in the fluid piping, and reflected from the measurement area among the ultrasonic pulses incident on the fluid to be measured. A fluid velocity distribution measuring means for receiving the measured ultrasonic echo and measuring the flow velocity distribution of the fluid under measurement in the measurement region; and calculating the flow rate of the fluid under measurement in the measurement region based on the flow velocity distribution of the fluid under measurement. An ultrasonic flowmeter comprising a flow rate calculation means for measuring the flow rate of a fluid to be measured,
A wedge for fixing the ultrasonic transmission means at a predetermined angle and clamping on the outer wall of the fluid pipe of the fluid to be measured;
The wedge is provided with a sound absorbing material at a predetermined position on the surface in contact with the pipe outer wall side, and the acoustic impedance of the sound absorbing material is made of a high-density material that approximates the acoustic impedance of the fluid piping. Ultrasonic flow meter.
被測定流体の流体配管における外壁に固定可能であって、
その音響インピーダンスが配管の音響インピーダンスと近似値となるように、合成樹脂に高密度金属粉を配合して成形した材質にて形成したことを特徴とする超音波流量計用の吸音材。
Ultrasonic transmission means for injecting ultrasonic pulses of the required frequency from the ultrasonic transducer along the measurement line into the fluid to be measured in the fluid piping, and reflected from the measurement area among the ultrasonic pulses incident on the fluid to be measured. A fluid velocity distribution measuring means for receiving the measured ultrasonic echo and measuring the flow velocity distribution of the fluid under measurement in the measurement region; and calculating the flow rate of the fluid under measurement in the measurement region based on the flow velocity distribution of the fluid under measurement. A sound-absorbing material for use in an ultrasonic flowmeter comprising a flow rate calculation means for measuring the flow rate of a fluid to be measured,
It can be fixed to the outer wall of the fluid piping of the fluid to be measured,
A sound-absorbing material for an ultrasonic flowmeter, characterized in that it is formed of a material obtained by blending a synthetic resin with a high-density metal powder so that its acoustic impedance is close to the acoustic impedance of a pipe.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005351827A (en) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Wedge used for doppler ultrasound flowmeter, and wedge unit |
JP2010181321A (en) * | 2009-02-06 | 2010-08-19 | Tokyo Keiso Co Ltd | Ultrasonic flowmeter |
CN107357469A (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-17 | 联发科技股份有限公司 | Electronic installation and detection method |
-
2003
- 2003-12-26 JP JP2003435906A patent/JP2005195371A/en active Pending
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