DE102022121414A1

DE102022121414A1 - Ultraschall-Flusssensor

Info

Publication number: DE102022121414A1
Application number: DE102022121414.1A
Authority: DE
Inventors: Yasunori KAWAGUCHI; Masaki Wada; Masaki Ishihara; Daishiro Ishikawa; Ryuma MIYAKE
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2023-03-02
Also published as: US20230066279A1; US12085431B2

Abstract

Es wird ein Ultraschall-Flusssensor mit einer verbesserten Anwendbarkeit vorgesehen. Eine Ultraschallwelle wird durch ein Ultraschallelement gesendet und empfangen. Ein erster Flussratenwert eines Fluids in einem Rohr wird basierend auf einer Laufzeitdifferenz eines Ultraschallsignals, einem Messwert in Entsprechung zu einer Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid in dem Rohr und einem Parameter für das Identifizieren eines Innendurchmessers des Rohrs berechnet. Ein zweiter Flussratenwert des Fluids in dem Rohr wird basierend auf einer Frequenzverschiebung des in dem Fluid reflektierten Ultraschallsignals und dem Parameter berechnet. Der erste Flussratenwert wird unter Verwendung einer Laufzeit des Ultraschallsignals als des Messwerts in Entsprechung zu einer Korrespondenzbeziehung zwischen der Distanz eines Pfads, durch den die Ultraschallwelle durch das Fluid in dem Rohr läuft, der Zeit, für die das Ultraschallsignal in dem Pfad läuft, und der Ultraschallgeschwindigkeit berechnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Erfindungsfeld
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschall-Flusssensor, der eine Flussrate eines in einem Rohr fließenden Fluids misst.
2. Stand der Technik
Es sind Ultraschall-Flusssensoren bekannt, die für das Messen einer Flussrate eines in einem Rohr fließenden Fluids basierend auf verschiedenen Methoden konfiguriert sind. Zum Beispiel gibt JP 2013-185973 A ein Ultraschall-Messgerät an, das eine Messung mittels einer Durchlassmethode und eine Messung mittels einer Reflexionsmethode durchführt. In der Durchlassmethode wird ein erstes Flussratensignal, das eine Flussrate eines Fluids angibt, erhalten, indem eine Berechnung auf Empfangssignalen von durch das Fluid durchgelassenen Ultraschallwellen durchgeführt wird. In der Reflexionsmethode wird ein zweites Flussratensignal, das eine Flussrate eines Fluids angibt, erhalten, indem eine Korrelationsberechnung auf Empfangssignalen von Ultraschallwellen, die durch Luftblasen oder ähnliches in dem Fluid reflektiert werden, durchgeführt wird.
Eine Korrekturkoeffizienten-Speichereinheit speichert einen ersten Korrekturkoeffizienten, der für das Korrigieren des ersten Flussratensignals verwendet wird, und einen zweiten Korrekturkoeffizienten, der für das Korrigieren des zweiten Flussratensignals verwendet wird.
Ein Volumen der in dem Fluid enthaltenen Luftblasen wird bestimmt, und das erste Flussratensignal, das unter Verwendung des ersten Korrekturkoeffizienten korrigiert wurde, oder das zweite Flussratensignal, das unter Verwendung des zweiten Korrekturkoeffizienten korrigiert wurde, wird basierend auf dem bestimmten Volumen der Luftblasen ausgegeben.
Die Flussrate des Fluids wird unter Verwendung eines durch einen Benutzer eingegebenen Parameters wie etwa der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid oder dem Innendurchmesser des Rohrs berechnet. Auch wenn der Parameter gleich ist, variiert der Grad des Beitrags des Parameters zu der berechneten Flussrate in Abhängigkeit von Flussraten-Messmethoden. Wenn der Parameter korrekt ist, stimmen die basierend auf einer Vielzahl von Messmethoden berechneten Flussraten miteinander überein.
Es ist jedoch nicht einfach, einen korrekten Parameter einzugeben. Wenn der durch den Benutzer eingegebene Parameter nicht korrekt ist, unterscheidet sich die berechnete Flussrate für jede Messmethode stark. Also auch, wenn sich die tatsächlich durch ein Rohr fließende Flussrate nicht ändert, kann die berechnete Flussrate diskontinuierlich fluktuieren. Dadurch wird die Anwendbarkeit des Ultraschall-Flusssensors beeinträchtigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Ultraschall-Flusssensor mit einer verbesserten Anwendbarkeit vorzusehen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Ultraschall-Flusssensor: eine Vielzahl von Ultraschallelementen, die ein Senden und/oder Empfangen eines Ultraschallsignals durchführen; eine erste Messeinheit, die eine Laufzeit des Ultraschallsignals und eine Laufzeitdifferenz des Ultraschallsignals misst, wenn das durch ein Fluid in einem Rohr durchgelassene Ultraschallsignal zwischen einem Paar von Ultraschallelementen innerhalb der Vielzahl von Ultraschallelementen gesendet und empfangen wird; eine Laufzeit-Identifikationseinheit, die eine Fluidlaufzeit, die eine Laufzeit des Ultraschallsignals in einem Laufpfad in dem Fluid in dem Rohr ist, basierend auf der durch die erste Messeinheit gemessenen Laufzeit des Ultraschallsignals identifiziert; eine erste Berechnungseinheit, die einen ersten Flussratenwert des Fluids in dem Rohr basierend auf der durch die erste Messeinheit gemessenen Laufzeitdifferenz des Ultraschallsignals, einem Messwert in Entsprechung zu einer Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid in dem Rohr und einem Parameter für das Identifizieren eines Innendurchmessers des Rohrs berechnet; eine zweite Messeinheit, die eine Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals misst, wenn ein Ultraschallelement oder ein Paar von Ultraschallelementen innerhalb der Vielzahl von Ultraschallelementen das Ultraschallsignal zu dem Fluid in dem Rohr sendet und das in dem Fluid reflektierte Ultraschallsignal empfängt; und eine zweite Berechnungseinheit, die einen zweiten Flussratenwert des Fluids in dem Rohr basierend auf der durch die zweite Messeinheit gemessenen Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals und dem Parameter berechnet; wobei die erste Berechnungseinheit den ersten Flussratenwert unter Verwendung der Fluidlaufzeit als des Messwerts in Entsprechung zu einer Korrespondenzbeziehung zwischen der Distanz des Pfads, der Fluidlaufzeit und der Ultraschallgeschwindigkeit berechnet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Ultraschall-Flusssensor: eine Vielzahl von Ultraschallelementen, die ein Senden und Empfangen eines Ultraschallsignals durchführen; eine erste Messeinheit, die eine Laufzeit des Ultraschallsignals und eine Laufzeitdifferenz des Ultraschallsignals misst, wenn das durch ein Fluid in einem Rohr durchgelassene Ultraschallsignal zwischen einem Paar von Ultraschallelementen innerhalb der Vielzahl von Ultraschallelementen gesendet und empfangen wird; eine Laufzeit-Identifikationseinheit, die eine Fluidlaufzeit, die eine Laufzeit des Ultraschallsignals in einem Laufpfad in dem Fluid in dem Rohr ist, basierend auf der durch die erste Messeinheit gemessenen Laufzeit des Ultraschallsignals identifiziert; eine erste Berechnungseinheit, die einen ersten Flussratenwert des Fluids in dem Rohr basierend auf der durch die erste Messeinheit gemessenen Laufzeitdifferenz des Ultraschallsignals, einem Messwert in Entsprechung zu einer Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid in dem Rohr und einem Parameter für das Identifizieren eines Innendurchmessers des Rohrs berechnet; eine zweite Messeinheit, die eine Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals misst, wenn ein Ultraschallelement oder ein Paar von Ultraschallelementen innerhalb der Vielzahl von Ultraschallelementen das Ultraschallsignal zu dem Fluid in dem Rohr sendet und das in dem Fluid reflektierte Ultraschallsignal empfängt; und eine zweite Berechnungseinheit, die einen zweiten Flussratenwert des Fluids in dem Rohr basierend auf der durch die zweite Messeinheit gemessenen Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals und dem Parameter berechnet; wobei die erste Berechnungseinheit den ersten Flussratenwert unter Verwendung der Fluidlaufzeit als des Messwerts für das Reduzieren einer Differenz des Einflusses des Parameters in Bezug auf den ersten Flussratenwert und den zweiten Flussratenwert berechnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Ultraschall-Flusssensor, der eine Flussrate eines in einem Rohr fließenden Fluids misst: ein erstes Ultraschallelement, das eine Ultraschallwelle sendet und empfängt; ein zweites Ultraschallelement, das eine Ultraschallwelle sendet und empfängt; eine erste Berechnungseinheit, die einen ersten Flussratenwert, der eine Flussrate des Fluids angibt, basierend auf einer Laufzeitdifferenz der Ultraschallwelle zwischen dem ersten Ultraschallelement und dem zweiten Ultraschallelement berechnet; und eine zweite Berechnungseinheit, die einen zweiten Flussratenwert, der eine Flussrate des Fluids angibt, basierend auf einer Frequenzverschiebung der durch das erste Ultraschallelement empfangenen Ultraschallwelle, nachdem das erste Ultraschallelement die Ultraschallwelle gesendet hat, berechnet, wobei der erste Flussratenwert und/oder der zweite Flussratenwert unter Verwendung einer Berechnungsformel berechnet werden, in der ein durch einen Benutzer einzugebender Wert basierend auf einem Messwert identifiziert wird, um eine Beziehung zwischen dem ersten Flussratenwert und einem Wert, der in einer Berechnungsformel für den ersten Flussratenwert enthalten ist und durch den Benutzer einzugeben ist, identisch mit einer Beziehung zwischen dem zweiten Flussratenwert und einem Wert, der in einer Berechnungsformel für den zweiten Flussratenwert enthalten ist und durch den Benutzer einzugeben ist, vorzusehen.
Gemäß der Erfindung kann die Anwendbarkeit des Ultraschall-Flusssensors verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht eines Ultraschall-Flusssensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines in 1 gezeigten Sensorkopfs zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer in 2 gezeigten Steuereinheit zeigt.
4 ist eine Ansicht, die den Betrieb des Sensorkopfs in einem Laufzeitdifferenzsystem zeigt.
5 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Identifizieren eines Werts in Bezug auf eine Schallgeschwindigkeit zeigt.
6 ist eine schematische Ansicht, die den Betrieb des Sensorkopfs in einem Puls-Doppler-System zeigt.
7 ist eine Ansicht, die einen spezifischeren Betrieb des Sensorkopfs in dem Puls-Doppler-System zeigt.
8 ist eine Ansicht, die ein für jede Zeit erfasstes Doppler-Signal zeigt.
9 ist eine Ansicht, die Doppler-Signale zeigt, die erfasst werden, wenn die Dichte von Mikroblasen hoch ist.
10 ist eine Ansicht, die durch das Laufzeitdifferenzsystem und das Puls-Doppler-System berechnete Flussraten eines Fluids zeigt.
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Algorithmus für eine in einem hybriden Modus durch die Steuereinheit von 3 ausgeführte Flussratenberechnung zeigt.
12 ist ein Flussdiagramm, das das Beispiel des Algorithmus für die in einem hybriden Modus durch die Steuereinheit von 3 ausgeführte Flussratenberechnung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(1) Schematische Konfiguration eines Ultraschall-Flusssensors
Im Folgenden wird ein Ultraschall-Flusssensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Seitenansicht, die eine Konfiguration eines Ultraschall-Flusssensors gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein Ultraschall-Flusssensor 100 umfasst einen Sensorkopf 10, einen Klemmteil 20 und eine Anzeige 30. Der Sensorkopf 10 wird an einem Rohr P angebracht und berechnet einen Flussratenwert eines durch das Rohr P fließenden Fluids. Der Klemmteil 20 wird an dem Rohr P befestigt, und der Sensorkopf 10 wird an dem Rohr P angebracht, indem er an dem Klemmteil 20 befestigt wird. Die Anzeige 30 ist an dem Sensorkopf 10 angebracht und führt eine Anzeigeausgabe und eine Ausgabe zu einer externen Einrichtung in Entsprechung zu dem durch den Sensorkopf 10 berechneten Flussratenwert durch. In der Ausführungsform ist ein maximaler Innendurchmesser (Durchmesser) des Rohrs P zum Beispiel ein Innendurchmesser in Entsprechung zu einem in dem JIS-Standard definierten Rohrnenndurchmesser „50A“. Zum Beispiel ist ein Innendurchmesser eines Stahlrohrs mit dem Nenndurchmesser „50A“ gleich 52,9 mm. In der folgenden Beschreibung wird ein Beispiel beschrieben, in dem der Sensorkopf 10 an einer oberen Fläche des sich horizontal erstreckenden Rohrs P angebracht wird.
Der Sensorkopf 10 umfasst einen Steckverbinder 12, eine Anzeigeleuchte 18 und Sensorfixierungsschrauben 101. Der Steckverbinder 12 und die Anzeigeleuchte 18 sind an einer oberen Fläche des Sensorkopfs 10 vorgesehen. Die Sensorfixierungsschrauben 101 werden jeweils in Löcher eingesteckt, die an beiden Enden des Sensorkopfs 10 in einer Richtung entlang des Rohrs P vorgesehen sind.
Der Klemmteil 20 umfasst ein oberes Klemmglied 21, ein unteres Klemmglied 22 und eine Klemmfixierungsschraube 23. Das obere Klemmglied 21 wird von der oberen Seite des Rohrs P angebracht, das untere Klemmglied 22 wird von der unteren Seite des Rohrs P angebracht, und das obere Klemmglied 21 und das untere Klemmglied 22 werden miteinander durch eine Vielzahl der Klemmfixierungsschrauben 23 derart gekoppelt, dass sie das Rohr P einschließen. Dadurch wird der Klemmteil 20 an der Außenumfangsfläche des Rohrs P angebracht. Wie durch die mit gepunkteten Strichlinien gezeichneten Pfeile in 1 angegeben, werden die zwei Sensorfixierungsschrauben 101 in die Löcher an einer oberen Fläche des oberen Klemmglieds 21 geschraubt. Dadurch wird der Sensorkopf 10 durch den Klemmteil 20 derart gehalten, dass seine untere Fläche in Kontakt mit dem Rohr P ist.
Die Anzeige 30 umfasst einen Gehäuseteil 31, einen Steckverbinder 32, eine Steuereinheit 33, ein Speicherelement 34, eine Bedieneinheit 35, eine Anzeigeeinheit 36, eine Anzeigeleuchte 37, einen ersten Verbindungsanschluss 38, einen zweiten Verbindungsanschluss 39 und eine Stromversorgungsschaltung 40.
Der Gehäuseteil 31 weist eine im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform auf. Der Gehäuseteil 31 wird an der oberen Fläche des Sensorkopfs 10 wie durch den mit einer Strichlinie gezeichneten Pfeil in 1 angegeben angebracht. In dem Gehäuseteil 31 sind die Steuereinheit 33, das Speicherelement 34 und die Stromversorgungsschaltung 40 aufgenommen.
Der Steckverbinder 32 ist an einer unteren Fläche des Gehäuseteils 31 vorgesehen. Wenn der Steckverbinder 12 und der Steckverbinder 32 miteinander verbunden sind, können die Anzeige 30 und der Sensorkopf 10 miteinander kommunizieren. Der Steckverbinder 12 und der Steckverbinder 32 werden direkt miteinander verbunden, indem der Gehäuseteil 31 an der oberen Fläche des Sensorkopfs 10 angebracht wird. Außerdem können der Steckverbinder 12 und der Steckverbinder 32 über ein Kabel (nicht gezeigt) miteinander werden. Dabei kann der Gehäuseteil 31 von dem Sensorkopf 10 gelöst sein. Auf diese Weise können der Steckverbinder 12 und der Steckverbinder 32 miteinander durch eine vorbestimmte Methode unabhängig davon verbunden werden, ob der Gehäuseteil 31 an dem Sensorkopf 10 angebracht ist oder ein Gehäuseteil 11 von dem Sensorkopf 10 gelöst ist. Der Steckverbinder 32 der Anzeige 30 und der Steckverbinder 12 des Sensorkopfs 10 sind also in einem Zustand verbunden, in dem die Anzeige 30 an dem Sensorkopf 10 angebracht und von diesem gelöst werden kann.
Die Steuereinheit 33 umfasst zum Beispiel eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) als einen Prozessor, einen Arbeitsspeicher, andere Speichereinrichtungen usw. und steuert jede Einheit der Anzeige 30 gemäß einem in dem Arbeitsspeicher gespeicherten Programm. Zu der Steuereinheit 33 wird der durch den Sensorkopf 10 berechnete Flussratenwert von dem Sensorkopf 10 über den Steckverbinder 32 eingegeben und wird ein durch einen die Bedieneinheit 35 bedienenden Benutzer designierter Parameter eingegeben. Die Steuereinheit 33 steuert das Speicherelement 34, um den Flussratenwert zu steuern. Weiterhin vergleicht die Steuereinheit 33 den Flussratenwert mit einem vorbestimmten Schwellwert. Die Steuereinheit 33 steuert den Betrieb der Anzeigeeinheit 36 und die Anzeigeleuchte 37 basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs. Außerdem erzeugt die Steuereinheit 33 ein Schaltsignal basierend auf dem Vergleichsergebnis und gibt das Schaltsignal an eine externe Einrichtung über den zweiten Verbindungsanschluss aus.
Das Speicherelement 34 ist ein Ringpuffer. Das Speicherelement 34 speichert sequentiell Protokolldaten, in denen der durch den Sensorkopf 10 berechnete Flussratenwert mit der Zeit assoziiert ist, wenn der Flussratenwert mit vorbestimmten Zeitintervallen eingegeben wird. Die Protokolldaten können eine maximale Flussrate, eine minimale Flussrate, eine integrierte Flussrate, einen Pegel des Schaltsignals oder ähnliches umfassen. Wenn die Protokolldaten in dem gesamten Speicherbereich des Speicherelements 34 gespeichert werden, werden die ältesten Protokolldaten durch die neuesten Protokolldaten überschrieben. Die in dem Speicherelement 34 gespeicherten Protokolldaten werden also für eine bestimmte Periode aufrechterhalten, bis sie durch die neusten Protokolldaten überschrieben werden.
Die Bedieneinheit 35 ist an einer oberen Fläche des Gehäuseteils 31 vorgesehen. Der Benutzer betätigt die Bedieneinheit 35, um den Schwellwert für den Vergleich mit dem Flussratenwert oder Parameter einzugeben. Der Benutzer kann gewünschte Parameter aus an der Anzeigeeinheit 36 angezeigten Optionen auswählen oder kann direkt Werte der gewünschten Parameter angeben. Die von der Bedieneinheit 35 eingegebenen Parameter umfassen Parameter in Bezug auf eine anfängliche Einstellung für das Berechnen der Flussrate, häufig verwendete Parameter und selten verwendete Parameter. Die Parameter in Bezug auf die anfängliche Einstellung umfassen das Material des Rohrs und einen Außendurchmesser des Rohrs P in einem Standard. Der Außendurchmesser des Rohrs P in dem Standard ist ein Parameter, der durch den Benutzer basierend auf dem Standard designiert werden kann, und es wird ein in dem vorbestimmten Standard definierter Nenndurchmesser eingegeben. Dabei können Nenndurchmesser von Standards oder Außendurchmesser in Entsprechung zu den Nenndurchmessern der Standards in einer Liste angezeigt werden und wählt der Benutzer einen derselben aus der Liste aus. Die häufig verwendeten Parameter umfassen eine Antwortzeit, eine Anzeigeauflösung, eine Hysterese, eine Nulldurchgangsflussrate, eine Richtung, in der ein Fluid fließt, einen Zyklus der weiter unten beschriebenen Dichteerfassung von Mikroblasen usw. Die häufig verwendeten Parameter sind Parameter in Bezug auf die Steuereinheit 33, die das Schaltsignal basierend auf dem Flussratenwert erzeugt und das Schaltsignal ausgibt. Der Benutzer kann also einfach die entsprechenden Parameter eingeben, indem er auf ein tatsächlich ausgegebenes Ergebnis Bezug nimmt, um eine gewünschte Ausgabe von dem Ultraschall-Flusssensor 100 zu erhalten, wobei angenommen wird, dass die Parameter häufig gebraucht werden. Und die selten verwendeten Parameter umfassen einen Flussraten-Berechnungsmodus, den Außendurchmesser des Rohrs P, die Dicke des Rohrs P, die Schallgeschwindigkeit in dem Rohr P, eine kinematische Viskosität des Fluids usw. Diese Parameter sind Parameter in Bezug auf den Sensorkopf 10, der den Flussratenwert berechnet. Diese Parameter sind also Parameter, die insbesondere durch einen Benutzer, der den durch den Sensorkopf 10 berechneten Flussratenwert einstellen möchte, innerhalb der Benutzer, die eine gewünschte Ausgabe von dem Ultraschall-Flusssensor 100 erhalten möchten, eingegeben werden, sodass angenommen wird, dass diese Parameter relativ selten verwendet werden. Es ist zu beachten, dass ein Parameter in Bezug auf eine Dimension des Rohrs P, der als der selten verwendete Parameter eingegeben wird, ein Parameter ist, dessen Wert geändert wird, wenn der Benutzer einen Wert in Entsprechung zu dem Nenndurchmesser des Standards weiter fein einstellt. Die von der Bedieneinheit 35 eingegebenen Parameter werden zu dem Sensorkopf 10 gegeben.
Die Anzeigeeinheit 36 ist an der oberen Fläche des Gehäuseteils 31 vorgesehen. Die Anzeigeeinheit 36 zeigt den Flussratenwert des durch den Sensorkopf 10 berechneten Fluids, das Vergleichsergebnis zwischen dem Flussratenwert und dem Schwellwert und Elemente der durch die Bedienung der Bedieneinheit 35 eingegebenen Parameter an. Weil die Anzeige 30 wie oben beschrieben an dem Sensorkopf 10 angebracht und von diesem gelöst werden kann, kann der Benutzer die Anzeige 30 an einer geeigneten Position positionieren. Dementsprechend kann der Benutzer einen Zustand der Flussrate des Rohrs P auch an einer von einem Teil des Rohrs P, an dem der Sensorkopf 10 angebracht ist, entfernten Position visuell erkennen.
Die Anzeigeleuchte 37 umfasst eine Vielzahl von Leuchtdioden, die Licht in verschiedenen Farben emittieren, und ist an der oberen Fläche des Gehäuseteils 31 vorgesehen. Die Anzeigeleuchte 37 leuchtet oder blinkt auf eine Weise, dass der Pegel des durch die Steuereinheit 33 erzeugten Schaltsignals identifiziert werden kann. Die Anzeigeleuchte 37 leuchtet oder blinkt also in einer Weise, mit der eine Anzeige, die angibt, dass die Flussrate des durch das Rohr P fließenden Fluids gleich oder größer als eine bestimmte Größe ist, und eine Anzeige, die angibt, dass die Flussrate des durch das Rohr P fließenden Fluids kleiner als die bestimmte Größe ist, identifiziert werden können. Weil die Anzeigeleuchte 37 an der Anzeige 30 ähnlich wie die Anzeigeeinheit 36 vorgesehen ist, kann der Benutzer den Zustand der Flussrate des Rohrs P an einer geeigneten Position visuell erkennen. Es ist zu beachten, dass in der folgenden Beschreibung das durch das Rohr P fließende Fluid einen Querschnitt des Rohrs P füllt und das durch das Rohr P fließende Fluid als das Fluid in dem Rohr P bezeichnet wird.
Der Verbindungsanschluss 38 ist ein USB (Universal Serial Bus)-Anschluss, der an einer Seitenfläche des Gehäuseteils 31 vorgesehen ist. Wenn der Verbindungsanschluss 38 mit einer externer Informationsverarbeitungseinrichtung über ein Kabel (nicht gezeigt) verbunden ist, werden die in dem Speicherelement 34 gespeicherten Protokolldaten zu der Informationsverarbeitungseinrichtung ausgegeben.
Der Verbindungsanschluss 39 ist ein M12-Anschluss, der an einer Endfläche des Gehäuseteils 31 vorgesehen ist. Der Verbindungsanschluss 39 ist mit einer externen Einrichtung wie etwa einem PC oder einer speicherprogrammierbaren Steuerung über ein Kabel (nicht gezeigt) verbunden. Das durch die Steuereinheit 33 erzeugte und über den Verbindungsanschluss 39 zu der externen Einrichtung ausgegebene Schaltsignal ist ein Signal, das einen von zwei Zuständen, nämlich einen Zustand, in dem der durch den Sensorkopf 10 berechnete Flussratenwert gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellwert ist, oder einen Zustand, in dem der Flussratenwert kleiner als der vorbestimmte Schwellwert ist, angibt. Das Schaltsignal ist also ein Signal, das durch das Binarisieren der Flussrate des Fluids in dem Rohr P durch den Vergleich mit dem Schwellwert erhalten wird. Das Schaltsignal ist ein Signal, das durch die externe Einrichtung verwendet wird, das eine andere Einrichtung steuern kann, um zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand der anderen Einrichtung gemäß der Flussrate des Fluids in dem Rohr P zu schalten. Wenn also die andere Einrichtung gemäß der Flussrate des Fluids in dem Rohr P gesteuert wird, kann gesagt werden, dass der Ultraschall-Flusssensor 100 als ein Flussschalter funktioniert, der einen Betriebszustand der anderen Einrichtung durch das Vergleichen der Flussrate des Fluids in dem Rohr P mit dem Schwellwert schaltet.
Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform das Schaltsignal durch das Vergleichen des durch den Sensorkopf 10 berechneten Flussratenwerts mit dem vorbestimmten Schwellwert erzeugt wird, wobei es jedoch ausreicht, wenn in dem Schaltsignal wiedergegeben wird, ob die Flussrate des Fluids in dem Rohr P gleich oder größer als eine bestimmte Größe oder kleiner als die bestimmte Größe ist. Wie weiter unten beschrieben, berechnet der Sensorkopf 10 der Ausführungsform den Flussratenwert basierend auf dem Flussgeschwindigkeitswert des Fluids und einer Querschnittfläche des Rohrs P, wobei das Schaltsignal erzeugt werden kann, indem der Flussgeschwindigkeitswert mit einem Schwellwert in Bezug auf eine Flussgeschwindigkeit verglichen wird.
Die Stromversorgungsschaltung 40 wandelt eine durch eine externe kommerzielle Stromversorgung zugeführte Spannung zu einer für den Ultraschall-Flusssensor 100 geeigneten Spannung und führt die gewandelte Spannung zu der Steuereinheit 33, dem Speicherelement 34, der Anzeigeeinheit 36 und der Anzeigeleuchte 37 zu. Außerdem führt die Stromversorgungsschaltung 40 die gewandelte Spannung zu jeder Einheit des Sensorkopfs 10 über den Steckverbinder 32 zu.
2 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Konfiguration des Sensorkopfs 10 von 1 zeigt. Der Sensorkopf 10 umfasst den Gehäuseteil 11, einen Steckverbinder 12, eine Steuereinheit 13, zwei Keilmaterialien 14, zwei Ultraschallelemente 15, einen akustischen Koppler 16, eine Ultraschallwellen-Abschirmungsplatte 17 und eine Anzeigeleuchte 18.
Der Gehäuseteil 11 weist eine im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform mit einer Öffnung in einem unteren Teil auf. Der Steckverbinder 12 ist an einer oberen Fläche des Gehäuseteils 11 vorgesehen. Das Keilmaterial 14 ist in der Öffnung in dem unteren Teil des Gehäuseteils 11 aufgenommen, und der akustische Koppler 16 liegt frei. In dem Gehäuseteil 11 sind die Steuereinheit 13 und das Ultraschallelement 15 aufgenommen.
Der Steckverbinder 12 ist an der oberen Fläche des Gehäuseteils 11 aufgenommen. Wie weiter oben beschrieben, befindet sich der Steckverbinder 12 an einer Position, wo er mit dem Steckverbinder 32 verbunden werden kann, wenn der Gehäuseteil 31 an dem Gehäuseteil 11 angebracht wird.
Die Steuereinheit 13 enthält zum Beispiel eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) als einen Prozessor, einen Arbeitsspeicher, andere Speichereinrichtungen usw. und steuert jede Einheit des Sensorkopfs 10 gemäß einem in dem Arbeitsspeicher gespeicherten Programm. Die Steuereinheit 13 erhält zu der Steuereinheit 33 eingegebene Parameter über den Steckverbinder 12. Außerdem steuert die Steuereinheit 13 die zwei Ultraschallelemente 15 für das Senden eines Ultraschallsignals von dem Ultraschallelement 15 und das Empfangen des Ultraschallsignals und misst Messwerte in Bezug auf das Senden und Empfangen des Ultraschallsignals. Weiterhin berechnet die Steuereinheit 13 die Flussrate des durch das Rohr P fließenden Fluids basierend auf den Messwerten mittels der Steuerung des Ultraschallelements 15 und der von der Steuereinheit 33 erhaltenen Parameter. Details eines Verfahrens zum Berechnen der Flussrate werden weiter unten beschrieben.
Das Keilmaterial 14 ist zwischen dem Ultraschallelement 15 und dem Rohr P angeordnet, wenn der Sensorkopf 10 an dem Klemmteil 20 angebracht ist. Das Keilmaterial 14 ist ein nicht-metallisches Material mit einer hohen Steifigkeit und einer hohen akustischen Durchlässigkeit. Außerdem ist das Keilmaterial 14 vorzugsweise ein Material mit einer hohen Umweltbeständigkeit. In dieser Ausführungsform besteht das Keilmaterial 14 aus einem Polyphenylensulfid (PPS)-Kunstharz und einem Polyetheretherketon (PPEK)-Kunstharz, wobei es aber auch aus einem ULTEM (eingetragene Marke)-Kunstharz bestehen kann. Das Keilmaterial 14 weist eine schräg nach oben gewandte Elementkopplungsfläche 14a und eine nach unten gewandte Rohrkopplungsfläche 14b auf.
Wenn in der folgenden Beschreibung die zwei Keilmaterialien 14 unterschieden werden, wird ein Keilmaterial 14 als ein Keilmaterial 14A bezeichnet und wird das andere Keilmaterial 14 als ein Keilmaterial 14B bezeichnet. Die Keilmaterialien 14A und 14B sind an der Öffnung in dem unteren Teil des Gehäuseteils 11 in einem Zustand angebracht, in dem sie in der Längsrichtung des Gehäuseteils 11 derart angeordnet sind, dass die Elementkopplungsflächen 14a schräg nach oben und außen gewandt sind. Dadurch wird ein Raum, in den eine Flüssigkeit wie etwa Wasser oder Öl nicht eintreten kann, in dem Gehäuseteil 11 gebildet.
Das Ultraschallelement 15 kann das Ultraschallsignal senden und das Ultraschallsignal empfangen. Die Steuereinheit 13 veranlasst, dass das Ultraschallelement 15 wahlweise in einem Sendemodus für das Senden des Ultraschallsignals und in einem Empfangsmodus für das Empfangen des Ultraschallsignals betrieben werden kann. Das Ultraschallelement 15 ist ein zusammengesetztes Element. Deshalb ist eine Nachhallzeit einer gesendeten Ultraschallwelle kurz und ist ein Rauschen, wenn das gleiche Ultraschallelement 15 in dem Empfangsmodus betrieben wird, nachdem es in dem Sendemodus betrieben wurde, reduziert. Insbesondere in einem weiter unten beschriebenen Puls-Doppler-System sind das Ultraschallelement 15, das eine Ultraschallwelle sendet, und das Ultraschallelement 15, das ein reflektiertes Ultraschallsignal empfängt, vorzugsweise das gleiche Ultraschallelement 15, damit das durch einen Reflektor in dem Fluid reflektierte Ultraschallsignal an einer Position empfangen wird, an welcher die Intensität des Ultraschallsignals hoch ist. Dabei wird die Empfangsgenauigkeit durch einen Nachhall beeinträchtigt, der auftritt, wenn das Ultraschallsignal gesendet wird, sodass also das durch das Doppler-System betriebene Ultraschallelement 15 vorzugsweise ein zusammengesetztes Element mit einer kurzen Nachhallzeit ist. Deshalb wird die Messgenauigkeit in dem Puls-Doppler-System verbessert, weil das Ultraschallelement 15 das zusammengesetzte Element ist. Es ist zu beachten, dass ein Ultraschallsignal in zwei Richtungen läuft, nämlich in einer Richtung entlang der Flussrichtung des Fluids in dem Rohr P und in einer der Flussrichtung entgegengesetzten Richtung in einem weiter unten beschriebenen Laufzeitdifferenzsystem. Wenn das Ultraschallelement 15, das das Ultraschallsignal zu der Zeit des Laufens des Ultraschallsignals in einer Richtung sendet, und das Ultraschallelement 15, das das Ultraschallsignal zu der Zeit des Laufens des Ultraschallsignals in der anderen Richtung empfängt, das gleiche Ultraschallelement 15 sind, ist die Anzahl der erforderlichen Ultraschallelemente 15 reduziert. Dabei wird die Messgenauigkeit auch in einem Laufzeitdifferenzsystem verbessert, wenn die Anzahl der Ultraschallelemente 15 reduziert ist, weil das Ultraschallelement 15 das zusammengesetzte Element ist.
Wenn in der folgenden Beschreibung zwei Ultraschallelemente 15 unterschieden werden, wird ein Ultraschallelement 15 als ein Ultraschallelement 15A bezeichnet und wird das andere Ultraschallelement 15 als ein Ultraschallelement 15B bezeichnet. Das Ultraschallelement 15A ist mit der Elementkopplungsfläche 14a des Keilmaterials 14A verbunden, und das Ultraschallelement 15B ist mit der Elementkopplungsfläche 14a des Keilmaterials 14B verbunden. Daraus resultiert, dass die Ultraschallelemente 15A und 15B in dem Gehäuseteil 11 in einem Zustand aufgenommen sind, in dem sie einen vorbestimmten Winkel in Bezug auf das Rohr P bilden.
Der akustische Koppler 16 weist eine solide Form auf und ist aus einem weichen, elastischen Material ausgebildet, das aus Polymerkautschuk, einer gelartigen Substanz oder ähnlichem besteht. Der akustische Koppler 16 ist in dem unteren Teil des Gehäuseteils 11 derart vorgesehen, dass er in Kontakt mit der Rohrkopplungsfläche 14b des Keilmaterials 14 ist. Eine untere Fläche des akustischen Kopplers 16 steht etwas von der unteren Fläche des Gehäuseteils 11 nach unten vor. Der Sensorkopf 10 wird an einem Klemmteil 20 durch die zwei Sensorfixierungsschrauben 101 fixiert, sodass der Sensorkopf 10 an dem Rohr P in einem Zustand angebracht ist, in dem der akustische Koppler 16 gegen das Rohr P gedrückt ist. Eine untere Fläche des akustischen Kopplers 16 wird in einen Kontakt mit dem Rohr P gebracht, um die akustische Impedanz zwischen dem Keilmaterial 14 und dem Rohr P abzustimmen. Deshalb weist der akustische Koppler 16 vorzugsweise einen akustischen Impedanzwert zwischen einem akustischen Impedanzwert des Keilmaterials 14 und einem akustischen Impedanzwert des Rohrs P auf.
Die Ultraschallwellen-Abschirmungsplatte 17 besteht zum Beispiel aus einem Moosgummi und weist die Form einer flachen Platte auf. Die Ultraschallwellen-Abschirmungsplatte 17 ist zwischen den Keilmaterialien 14A und 14B angeordnet, sodass es sich in den akustischen Koppler 16 in einem Zustand erstreckt, in dem sich eine Plattenfläche entlang der vertikalen Richtung erhebt.
Dadurch wird verhindert, dass eine nicht durch das Rohr P gehende Ultraschallkomponente direkt zwischen den Keilmaterialien 14A und 14B durchgelassen wird.
Die Anzeigeleuchte 18 enthält zum Beispiel eine Vielzahl von Leuchtdioden und leuchtet oder blinkt auf eine Weise, dass der Pegel des Schaltsignals ähnlich wie bei der Anzeigeleuchte 37 der Anzeige 30 identifiziert werden kann. Wenn also die Anzeige 30 an dem Sensorkopf 10 angebracht ist, kann der Benutzer einen Zustand des Rohrs P durch das Betrachten der Anzeigeleuchte 37 der Anzeige 30 erfassen. Außerdem kann die Anzeige 30 von dem Sensorkopf 10 gelöst werden, um die Anzeige 30 von dem Sensorkopf zu trennen, indem der Steckverbinder 12 und der Steckverbinder 32 unter Verwendung des oben beschriebenen Kabels verbunden werden. Auf diese Weise kann der Benutzer den Zustand des Rohrs P erfassen, indem er die Anzeigeleuchte 18 des Sensorkopfs 10 betrachtet, und kann den Zustand des Rohrs P anhand der an einer geeigneten Position angeordneten Anzeige 30 auch dann erfassen, wenn die Anzeige 30 von dem Sensorkopf 10 getrennt ist.
(2) Betrieb des Sensorkopfs
Im Folgenden werden funktionelle Konfigurationen des Sensorkopfs 10 und der Anzeige 30 mit Bezug auf 3 beschrieben.
Die Steuereinheit 13 umfasst zum Beispiel eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) als einen Prozessor und eine Speichereinheit 131 und steuert jede Einheit des Sensorkopfs 10 gemäß einem in der Speichereinheit 131 gespeicherten Programm.
Die Steuereinheit 13 führt eine Verarbeitung gemäß dem Flussraten-Berechnungsmodus, der durch den die Bedieneinheit 35 von 1 betätigenden Benutzer ausgewählt wird, durch und gibt eine Flussrate an das Display 30 aus. Insbesondere werden ein Laufzeitdifferenzmodus, der Puls-Doppler-Modus und ein hybrider Modus als der Flussraten-Berechnungsmodus des Sensorkopfs 10 ausgewählt. In dem Laufzeitdifferenzmodus wird ein durch das Laufzeitdifferenzsystem berechneter Flussratenwert zu der Anzeige 30 ausgegeben. In dem Puls-Doppler-Modus wird ein durch das Puls-Doppler-System berechneter Flussratenwert zu der Anzeige 30 ausgegeben. In dem hybriden Modus wird ein durch das Kombinieren des durch das Laufzeitdifferenzsystem berechneten Flussratenwerts und des durch das Puls-Doppler-System berechneten Flussratenwerts erhaltener Flussratenwert zu der Anzeige 30 ausgegeben.
Die Steuereinheit 13 umfasst die Speichereinheit 131, eine erste Messeinheit 132, eine Laufzeit-Identifikationseinheit 133, eine erste Berechnungseinheit 134, eine zweite Messeinheit 135, eine zweite Berechnungseinheit 136, eine Zyklusüberspringung-Bestimmungseinheit 137, eine Mikroblasen-Erfassungseinheit 138 und eine Flussratenwert-Kombinationseinheit 139.
Die Speichereinheit 131 speichert Parameter und ähnliches, die für verschiedene Typen von Steuerung der Steuereinheit 13 verwendet werden. Zum Beispiel werden Parameter wie etwa eine Geschwindigkeit C', ein Einfallswinkel θ', ein Einfallswinkel θ und ein Blasius-Koeffizient, die weiter unten beschrieben werden, zuvor gespeichert. Weiterhin werden eine Keillaufzeit τ₁ und eine Kopplerlaufzeit τ₂ als bekannte Parameter zuvor in der Speichereinheit 131 gespeichert.
Die erste Messeinheit 132 ist eine Messeinheit, die für das Berechnen der Flussrate des Fluids in dem Rohr P durch das Laufzeitdifferenzsystem konfiguriert ist. Die erste Messeinheit 132 steuert das Ultraschallelement 15A und das Ultraschallelement 15B für das Messen einer Laufzeit ta, bis ein von dem Ultraschallelement 15A zu dem Rohr P gesendetes Ultraschallsignal durch eine Innenwand des Rohrs P reflektiert wird und zu dem Ultraschallelement 15B läuft, einer Laufzeit tb, bis ein von dem Ultraschallelement 15B zu dem Rohr P gesendetes Ultraschallsignal durch die Innenwand des Rohrs P reflektiert wird und zu dem Ultraschallelement 15A läuft, und einer Laufzeitdifferenz Δt, die eine Differenz zwischen der Laufzeit ta und der Laufzeit tb ist.
Die Laufzeit ta, die Laufzeit tb und die Laufzeitdifferenz Δt sind Messwerte, die durch die erste Messeinheit 132 gemessen werden.
Ein Betrieb des Sensorkopfes 10, wenn die erste Messeinheit 132 den Messwert misst, wird im Folgenden mit Bezug auf 4 beschrieben. Zuerst steuert die erste Messeinheit 132 das Ultraschallelement 15A für das Senden eines Ultraschallsignals von dem Ultraschallelement 15A zu dem Rohr P. Das durch das Ultraschallelement 15A gesendete Ultraschallsignal läuft durch das Keilmaterial 14A in der Richtung des Pfeils A1, geht durch den akustischen Koppler 16, tritt in das Fluid in dem Rohr P ein und läuft durch das Fluid in dem Rohr P in der Richtung des Pfeils A2. Das in dem Fluid laufende Ultraschallsignal wird durch die Innenwand des Rohrs P reflektiert, läuft in dem Fluid in der Richtung des Pfeils A3, geht durch den akustischen Koppler 16, tritt in das Keilmaterial 14B ein, läuft durch das Keilmaterial 14B in der Richtung des Pfeils A4 und wird durch das Ultraschallelement 15B empfangen. Auf diese Weise misst die erste Messeinheit 132 die Laufzeit ta, bis das durch das Ultraschalelement 15A gesendete Ultraschallsignal durch das Ultraschallelement 15B empfangen wird.
Dann steuert die erste Messeinheit 132 das Ultraschallelement 15B für das Senden einer Ultraschallwelle. Das durch das Ultraschallelement 15B gesendete Ultraschallsignal läuft durch einen Pfad, der durch das Keilmaterial 14, den akustischen Koppler 16, das Rohr P und das Fluid in dem Rohr P wie durch die Pfeile B1, B2, B3 und B4 angegeben verläuft und dem Pfad, durch den das von dem Ultraschallelement 15A gesendete Ultraschallsignal läuft, ähnlich ist, und wird durch das Ultraschallelement 15A empfangen. Auf diese Weise misst die erste Messeinheit 132 die Laufzeit tb, bis das durch das Ultraschallelement 15B gesendete Ultraschallsignal durch das Ultraschallelement 15A empfangen wird.
Weiterhin misst die erste Messeinheit 132 die Laufzeit ta und die Laufzeit tb und misst dann die Laufzeitdifferenz Δt.
Dabei erfordert die Messung für das Berechnen der Flussrate durch das Laufzeitdifferenzsystem ein Ultraschallelement, das das entlang der Flussrichtung des Fluids laufende Ultraschallsignal sendet und empfängt, und ein Ultraschallelement, das das entgegen der Flussrichtung des Fluids laufende Ultraschallsignal sendet und empfängt. In dieser Ausführungsform wird die Messung für das Laufzeitdifferenzsystem durch die zwei Ultraschallelemente 15 durchgeführt. Deshalb ist die Anzahl der für die Berechnung der Flussrate durch das Laufzeitdifferenzsystem erforderlichen Ultraschallelemente minimal und wird ein bestimmter Effekt für eine Miniaturisierung des Sensorkopfs 10 realisiert. Die Anzahl von Ultraschallelementen für das Laufzeitdifferenzsystem ist nicht auf zwei beschränkt, und es können auch drei oder mehr Ultraschallelemente verwendet werden.
Außerdem sind alle Ultraschallelemente 15 auf der oberen Seite vorgesehen, die in dieser Ausführungsform eine Seite des Rohrs P ist, und ist der Laufpfad des Ultraschallsignals ein durch die Innenwand unter dem Rohr P reflektierter Pfad. Weil die Vielzahl von Ultraschallelementen 15 auf einer Seite in Bezug auf das Rohr P vorgesehen sind, kann der Benutzer die Ultraschallelemente einfach an dem Rohr P positionieren, indem er von einer Seite zugreift. Insbesondere weil in dieser Ausführungsform die zwei Ultraschallelemente 15 in dem Gehäuseteil 11 aufgenommen sind, kann der Benutzer die Vielzahl von Ultraschallelementen einfacher an dem Rohr P positionieren. Der Laufpfad des Ultraschallsignals in der Messung für das Laufzeitdifferenzsystem ist nicht auf die Konfiguration, in der das Ultraschallsignal durch die Innenwand auf der Seite gegenüber der Seite, auf welcher das Ultraschallelement positioniert ist, reflektiert wird, beschränkt, wobei auch eine Konfiguration verwendet werden kann, in der ein Ultraschallsignal von einem Ultraschallelement auf einer Seite des Rohrs P zu einem Ultraschalelement auf der anderen Seite des Rohrs P läuft. Zum Beispiel kann eine Konfiguration verwendet werden, in welcher das Ultraschallelement 15B in der Ausführungsform auf der unteren Seite des Rohrs P positioniert ist und ein Ultraschallsignal von dem an der oberen Seite positionierten Ultraschallelement 15A zu dem Ultraschallelement 15B läuft. In diesem Fall ist die Reflexion an der Innenwand des Rohrs P nicht in einem Pfad, durch den das Ultraschallsignal läuft, enthalten, sodass das Ultraschallelement, das das Ultraschallsignal empfängt, das Ultraschallsignal mit einer relativ hohen Intensität empfangen kann.
Wie in 3 gezeigt, enthält die Steuereinheit 13 die Laufzeit-Identifikationseinheit 133. Die Laufzeit-Identifikationseinheit 133 identifiziert eine Fluidlaufzeit τ₄, für die ein Ultraschallsignal, wenn die Laufzeit ta durch die erste Messeinheit 132 gemessen wird, durch das Fluid in dem Rohr P läuft. Es ist zu beachten, dass die durch die Laufzeit-Identifikationseinheit 133 identifizierte Fluidlaufzeit τ₄ eine Zeit ist, für die das Ultraschallsignal durch den Pfad, der durch den Pfeil A2 und den Pfeil A3 in 4 angegeben wird, läuft.
Die Identifikation der Fluidlaufzeit τ₄ durch die Laufzeit-Identifikationseinheit 133 wird im Folgenden mit Bezug auf 5 beschrieben. Der Pfad, durch den das Ultraschallsignal von dem Ultraschallelement 15A zu dem Ultraschallelement 15B läuft, verläuft durch das Keilmaterial 14, den akustischen Koppler 16, das Rohr P und das Fluid in dem Rohr P. Und die durch die erste Messeinheit 132 gemessene Laufzeit ta ist die Zeit, für die das Ultraschallsignal durch den Pfad, der durch das Keilmaterial 14, den akustischen Koppler 16, das Rohr P und das Fluid in dem Rohr P verläuft, läuft. Deshalb umfasst die Laufzeit ta (τ₀ in 5) die Keillaufzeit τ₁ für das Laufen durch das Keilmaterial 14, die Kopplerlaufzeit τ₂ für das Laufen durch den akustischen Koppler 16, die Rohrlaufzeit τ₃ für das Laufen durch das Rohr P und die Fluidlaufzeit τ₄ für das Laufen durch das Fluid in dem Rohr P. Die Keillaufzeit τ₁ und die Kopplerlaufzeit τ₂ sind bekannte, zuvor gemessene Werte, die beim Versand des Ultraschall-Flusssensors 100 in der Speichereinheit 131 gespeichert werden. Außerdem gibt der Benutzer eine Rohrschallgeschwindigkeit als einen Parameter ein, indem er auf eine Tabelle Bezug nimmt, in der Materialien des Rohrs mit Rohrschallgeschwindigkeiten assoziiert sind, und wird die Rohrlaufzeit τ₃ basierend auf dem Parameter identifiziert. Auf diese Weise identifiziert die Laufzeit-Identifikationseinheit 133 die Fluidlaufzeit τ₄ durch das Subtrahieren der Keillaufzeit τ₁, der Kopplerlaufzeit τ₂ und der Rohrlaufzeit τ₃ von einer Laufzeit τ0.
Wie in 3 gezeigt, enthält die Steuereinheit 13 die erste Berechnungseinheit 134. Die erste Berechnungseinheit 134 berechnet die Flussrate des Fluids in dem Rohr P durch das Laufzeitdifferenzsystem. Insbesondere wird ein Flussratenwert V1 durch die folgende Formel (1) berechnet, die die Laufzeitdifferenz Δt, die ein durch die erste Messeinheit 132 gemessener Messwert ist, und die Fluidlaufzeit T enthält. Es ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform die Fluidlaufzeit T die durch die Laufzeit-Identifikationseinheit 133 identifizierte Fluidlaufzeit τ₄ ist.
Formel (1) $V 1 = \frac{C'}{2 sin θ'} \cdot \frac{Δ t}{1} \cdot \frac{1}{T} \cdot \frac{d^{2} π}{4} \cdot λ$
In der Formel (1) ist C' die Geschwindigkeit der Ultraschallwelle in dem Keilmaterial 14 und ist ‚θ ein Einfallswinkel der Ultraschallwelle an dem Keilmaterial 14. Der Innendurchmesser des Rohrs P wird durch d wiedergegeben, und λ ist ein Rohrreibungskoeffizient (Blasius-Koeffizient). Die Geschwindigkeit C‘, der Einfallswinkel θ', der Einfallswinkel θ und der Blasius-Koeffizient sind bekannt und werden zuvor in der Speichereinheit 131 der Steuereinheit 13 gespeichert. Der Innendurchmesser d ist ein Parameter, der durch den die Bedieneinheit 35 betätigenden Benutzer eingegeben wird. Deshalb berechnet die erste Berechnungseinheit 134 den Flussratenwert V1 basierend auf der Laufzeitdifferenz Δt, die der durch die erste Messeinheit 132 gemessene Messwert ist, der Fluidlaufzeit τ₄, die durch die Laufzeit-Identifikationseinheit 133 identifiziert wird, dem Parameter für das Identifizieren des Innendurchmessers d des Rohrs und den zuvor in der Speichereinheit 131 gespeicherten Werten. Es ist zu beachten, dass d²π/4 in der Formel (1) oder in den weiter unten genannten Formeln (2) bis (4) eine Querschnittfläche des Rohrs P ist und ein durch das Dividieren des Flussratenwerts durch die Querschnittfläche erhaltener Wert die Flussgeschwindigkeit des durch das Rohr P fließenden Fluids ist.
Die zweite Messeinheit 135 ist eine Messeinheit, die konfiguriert ist zum Berechnen der Flussrate des Fluids in dem Rohr P durch das Puls-Doppler-System. Die zweite Messeinheit 135 steuert das Ultraschallelement 15B für das Senden eines gepulsten Ultraschallsignals von dem Ultraschallelement 15B zu dem Rohr P, empfängt ein durch den in dem Fluid enthaltenen Reflektor reflektiertes Ultraschallsignal und misst eine Frequenzverschiebung Δf zwischen dem gesendeten Ultraschallsignal und dem reflektierten Ultraschallsignal. Die Frequenzverschiebung Δf ist also ein durch die zweite Messeinheit 135 gemessener Messwert.
Im Folgenden wird ein Betrieb des Sensorkopfs 10, wenn die zweite Messeinheit 135 den Messwert misst, mit Bezug auf 6 beschrieben. Zuerst steuert die zweite Messeinheit 135 das Ultraschallelement 15B für das Senden eines gepulsten Ultraschallsignals mit mehreren Pulsen von dem Ultraschallelement 15B zu dem Rohr P. Dabei steuert die zweite Messeinheit 135 das Ultraschallelement 15B derart, dass das Ultraschallsignal mit einer in der Speichereinheit 131 gespeicherten Frequenz f gesendet wird. Das durch das Ultraschallelement 15B gesendete Ultraschallsignal läuft durch das Keilmaterial 14B in der Richtung des Pfeils C1, geht durch den akustischen Koppler 16, tritt in das Fluid in dem Rohr P ein und läuft durch das Fluid in dem Rohr P in der Richtung des Pfeils C2.
Dabei enthält das durch das Rohr P fließende Fluid Mikroblasen als den Reflektor, der das von dem Ultraschallelement 15B unter der Steuerung der zweiten Messeinheit 135 gesendete Ultraschallsignal reflektiert. Eine Mikroblase ist zum Beispiel eine kleine Blase mit einem Durchmesser zwischen 10 µm und 50 µm. Beispiele für ein Fluid, das wahrscheinlich Mikroblasen enthält, sind eine Kühlflüssigkeit wie etwa ein wasserlösliches Schneidöl für das Kühlen eines Verarbeitungspunkts einer Werkzeugmaschine. Weil die Kühlflüssigkeit einen oberflächenaktiven Stoff enthält und zirkuliert und wiederverwendet wird, nachdem es in Kontakt mit Luft war, werden eine große Anzahl von Mikroblasen in der durch das Rohr P fließenden Kühlflüssigkeit erzeugt.
Das Ultraschallsignal, das durch das Fluid in dem Rohr P in der Richtung des Pfeils C2 gelaufen ist und durch die Mikroblasen als dem Reflektor reflektiert wurde, läuft durch das Fluid in dem Rohr P in der Richtung des Pfeils C3. Das Ultraschallsignal wird in mehreren Richtungen durch die Mikroblasen in dem Fluid reflektiert, und ein Ultraschallsignal mit der höchsten Intensität innerhalb der reflektierten Ultraschallsignale läuft in der Richtung des Pfeils C3. Das in der Richtung des Pfeils C3 laufende Ultraschallsignal geht durch den akustischen Koppler 16, läuft durch das Keilmaterial 14B in der Richtung des Pfeils C4 und wird durch das Ultraschallelement 15B empfangen. Auf diese Weise misst die zweite Messeinheit 135 die Frequenzverschiebung Δf, die eine Differenz zwischen einer Frequenz des durch das Ultraschallelement 15B gesendeten Ultraschallsignals und einer Frequenz des durch das Ultraschallelement 15B empfangenen Ultraschallsignals ist. Die Frequenzverschiebung Δf ist proportional zu einer Bewegungsgeschwindigkeit der in dem Fluid in dem Rohr P enthaltenen Mikroblasen, d.h. zu der Flussgeschwindigkeit des Fluids in dem Rohr P.
Dabei erfordert die Messung für das Berechnen der Flussrate durch das Puls-Doppler-System das Ultraschallelement, das das Ultraschallsignal zu dem Fluid sendet, und das Ultraschallelement, das das durch den in dem Fluid enthaltenen Reflektor reflektierte Ultraschallsignal empfängt. Wie weiter oben beschrieben, ist die Empfangsgenauigkeit des Ultraschallsignals höher, wenn das Ultraschallelement, das das Ultraschallsignal sendet, und das Ultraschallelement, das das Ultraschallsignal empfängt, in dem Puls-Doppler-System gleich sind, sodass also das Ultraschallelement 15B das Ultraschallsignal sendet und empfängt. Insbesondere weil in dieser Ausführungsform das in dem Puls-Doppler-System verwendete Ultraschallelement das zusammengesetzte Element ist, wird die Messgenauigkeit verbessert. Es ist zu beachten, dass die Anzahl von Ultraschallelementen für das Puls-Doppler-System nicht auf eins beschränkt ist und auch zwei oder mehr Ultraschallelemente verwendet werden können. Wenn in dem Puls-Doppler-System das Ultraschallelement, das das Ultraschallsignal empfängt, separat zu dem Ultraschallelement, das das Ultraschallsignal sendet, vorgesehen ist, muss der Nachhall nicht berücksichtigt werden, wodurch die Empfangsgenauigkeit verbessert wird.
Außerdem wird das Ultraschallelement 15B sowohl durch die Messung für das Laufzeitdifferenzsystem, d.h. die Messung durch die erste Messeinheit 132, als auch durch die Messung für das Puls-Doppler-System, d.h. die Messung durch die zweite Messeinheit 135, gesteuert. Die Messung für das Laufzeitdifferenzsystem und die Messung für das Puls-Doppler-System werden also durch die zwei Ultraschallelemente 15 durchgeführt, wobei aber auch andere Ultraschallelemente für eine Messung durch jedes der Systeme vorgesehen sein können. Zum Beispiel kann eine Konfiguration derart beschaffen sein, dass die erste Messeinheit 132 ein Paar von Ultraschallelementen für das Messen eines Messwerts steuert und die zweite Messeinheit 135 einen Messwert unter Verwendung eines Paars von Ultraschallelementen oder eines einzelnen Ultraschallelements, die verschieden von dem durch die erste Messeinheit 132 gesteuerten Paar von Ultraschallelementen sind, misst.
Weiterhin steuert die zweite Messeinheit 135 das Ultraschallelement 15B für das Messen der Frequenzverschiebung Δf als des Messwerts, wobei aber auch das Ultraschallelement 15A verwendet werden kann. In der Ausführungsform ist der Gehäuseteil 11 klein, sodass die Distanz zwischen der Steuereinheit 13 und dem Ultraschallelement 15 klein ist. Insbesondere ist die Stromversorgungsschaltung 40 in Nachbarschaft zu einem Teil der Steuereinheit 13, mit dem der Steckverbinder 12 verbunden ist, vorgesehen, sodass die Frequenz des durch das Ultraschallelement empfangenen Ultraschallsignals einfach durch die Stromversorgungseinheit 40 beeinflusst wird. Die zweite Messeinheit 135 steuert also in dieser Ausführungsform das Ultraschallelement 15B mit einer relativ großen Distanz von dem Steckverbinder 12, um die Frequenzverschiebung Δf in der Ausführungsform zu messen.
Wie in 3 gezeigt, enthält die Steuereinheit 13 die zweite Berechnungseinheit 136. Die zweite Berechnungseinheit 136 berechnet die Flussrate des Fluids in dem Rohr P durch das Puls-Doppler-System. Insbesondere wird der Flussratenwert V2 durch die folgende Formel (2) berechnet, die die Frequenzverschiebung Δf, die ein durch die zweite Messeinheit 135 gemessener Messwert ist, als einen Parameter enthält. Die Frequenz f ist die Frequenz des durch das Ultraschallelement 15B gesendeten Ultraschallsignals und ist wie oben beschrieben in der Speichereinheit 131 gespeichert.
Formel (2) $V 2 = \frac{C'}{2 sin θ'} \cdot \frac{Δ ƒ}{ƒ} \cdot \frac{d^{2} π}{4} \cdot λ$
In der Formel (2) ist die Frequenz f die Frequenz des von dem Ultraschallelement 15B unter der Steuerung der zweiten Messeinheit 135 gesendeten Signals, die wie weiter oben beschrieben in der Speichereinheit 131 gespeichert ist. Außerdem sind die Geschwindigkeit C', der Einfallswinkel θ', der Einfallswinkel θ und der Blasius-Koeffizient bekannt und werden zuvor in der Speichereinheit 131 der Steuereinheit 13 gespeichert und ist der Innendurchmesser d der wie oben beschrieben durch den Benutzer eingegebene Parameter. Deshalb berechnet die zweite Berechnungseinheit 136 den Flussratenwert V2 basierend auf der Frequenzverschiebung Δf, die der durch die zweite Messeinheit 135 gemessene Messwert ist, dem Parameter für das Identifizieren des Innendurchmessers d des Rohrs und den zuvor in der Speichereinheit 131 gespeicherten Werten.
Es ist zu beachten, dass die Formel (2) vereinfacht ist, sodass der Flussratenwert V2 durch eine bestimmte gemessene Frequenzverschiebung Δf für einen Kontrast zwischen dem Flussratenwert V2 der zweiten Berechnungseinheit 136 und dem Flussratenwert V1 der ersten Berechnungseinheit 134 berechnet wird. Um in dieser Ausführungsform die Genauigkeit des Flussratenwerts V2 zu verbessern, misst die zweite Berechnungseinheit 135 die Frequenzverschiebungen Δf an einer Vielzahl von Punkten des Fluids in dem Rohr P und berechnet die zweite Berechnungseinheit 136 den Flussratenwert V2 basierend auf der Vielzahl von gemessenen Frequenzverschiebungen Δf.
Details zu der Messung der Frequenzverschiebung Δf durch die zweite Messeinheit 135 werden im Folgenden mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 zeigt einen spezifischeren Betrieb des Sensorkopfs 10 in dem Puls-Doppler-System. Wie in 7 gezeigt, fließt das Fluid nicht mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit in einem Flusspfad des Rohrs P, sondern fließt mit einer vorbestimmten Geschwindigkeitsverteilung. Die Flussgeschwindigkeit des in Nachbarschaft zu der Mitte des Flusspfads des Rohrs P fließenden Fluids ist höher als die Flussgeschwindigkeit des in Nachbarschaft zu der Innenwand des Rohrs P fließenden Fluids. Die durch die zweite Messeinheit 135 gemessene Frequenzverschiebung Δf ist ein Messwert in Entsprechung zu einem Punkt in einer Richtung des Innendurchmessers d des Fluids in dem Rohr P. Wenn also der Flussratenwert V2 basierend auf nur einer einzelnen Frequenzverschiebung Δf berechnet wird, unterscheidet sich der berechnete Flussratenwert V2 in Abhängigkeit davon, ob die Frequenzverschiebung Δf eine Frequenzverschiebung Δf eines in Nachbarschaft zu der Mitte des Rohrs P reflektierten Frequenzsignals oder eine Frequenzverschiebung Δf eines in Nachbarschaft zu der Innenwand des Rohrs P reflektierten Frequenzsignals ist.
Dabei sind in dem Puls-Doppler-System die Zeit, bis die durch das Ultraschallelement 15B gesendete Ultraschallwelle die Mikroblase erreicht, und die Zeit, bis die durch die Mikroblase reflektierte Ultraschallwelle das Ultraschellelement 15B erreicht, verschieden für jede Position, an welcher die Mikroblase in der Radialrichtung des Rohrs P fließt. Deshalb misst die zweite Messeinheit 135 die Frequenzverschiebung Δf für jede Zeit von der Sendung des Ultraschallsignals von dem Ultraschallelement 15B bis zum Empfang des durch die Mikroblase reflektierten Ultraschallsignals durch das Ultraschallelement 15B. Es ist zu beachten, dass die Position, an welcher die Mikroblase in der Radialrichtung des Rohrs P fließt, im Folgenden als eine Tiefe, bei der die Mikroblase fließt, bezeichnet wird.
8 ist eine Ansicht, die ein Doppler-Signal als ein für jede Zeit erfasstes Ultraschallsignal zeigt. Die horizontale Achse in 8 gibt die Frequenz an. Die vertikale Achse in 8 gibt die Intensität des Doppler-Signals an. In dem Beispiel von 8 werden eine Vielzahl von Dopplersignalen s1 bis s4 durch eine durchgezogene Linie, eine Strichlinie, eine einfach gepunktete Strichlinie und eine zweifach gepunktete Strichlinie wiedergegeben. Die Doppler-Signale s1 bis s4 sind Doppler-Signale, die für durch Mikroblasen, die an Tiefen d1 bis d4 in 7 fließen, reflektierte Ultraschallwellen zu jeweils einer Vielzahl von verschiedenen Zeiten t1 bis t4 erfasst werden. Die zweite Messeinheit 135 setzt Schwerpunktpositionen der Doppler-Signale s1 bis s4 als Doppler-Frequenzen in Entsprechung zu jeweils den Tiefen d1 bis d4 und misst die Frequenzverschiebungen Δf jeweils in Entsprechung zu den Tiefen d1 bis d4. Die zweite Berechnungseinheit 136 berechnet die Flussgeschwindigkeit der Mikroblase bei jeder der Tiefen d1 bis d4 basierend auf der Vielzahl von gemessenen Frequenzverschiebungen Δf. Dementsprechend kann die zweite Berechnungseinheit 136 die Geschwindigkeitsverteilung des Fluids in dem Rohr P identifizieren. Weiterhin mittelt die zweite Berechnungseinheit 136 die identifizierte Geschwindigkeitsverteilung des Fluids und multipliziert die gemittelte Flussgeschwindigkeit als die Flussgeschwindigkeit des Fluids in dem Rohr P mit einer Querschnittfläche, um den Flussratenwert V2 zu berechnen.
Wie weiter oben beschrieben, kann die Position des Fluids räumlich aufgelöst werden und kann die Geschwindigkeitsverteilung des Fluids in dem Puls-Doppler-System identifiziert werden. In dieser Ausführungsform wird die Flussgeschwindigkeit des Fluids für jede der Tiefen d1 bis d4 berechnet, wobei die Anzahl der Tiefenpunkte aber auch in Entsprechung zu dem Durchmesser des Rohrs P, der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Steuereinheit 13 oder ähnlichem bestimmt werden kann.
Wie weiter oben beschrieben, kann die Flussrate in dem Puls-Doppler-System auch dann, wenn die Dichte der in dem Fluid enthaltenen Mikroblasen relativ hoch ist, mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden. Wenn jedoch die Dichte der Mikroblasen höher als ein weiter unten beschriebener Wert v2 in 10 ist, vermindert sich die Genauigkeit der Berechnung. Der Grund hierfür wird im Folgenden beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, enthält die Steuereinheit 13 die Zyklusüberspringung-Bestimmungseinheit 137. Die Zyklusüberspringung-Bestimmungseinheit 137 bestimmt, ob eine Zyklusüberspringung in einer durch die zweite Messeinheit 135 gemessenen Doppler-Frequenz auftritt. Die Zyklusüberspringung ist ein Phänomen, in dem eine Verschiebungsgröße nicht für eine ursprüngliche Phase, sondern für eine Phase nach einem Zyklus von der ursprünglichen Phase als eine Frequenzverschiebung berechnet wird, wenn eine Verschiebungsgröße für eine Frequenz einer gesendeten Ultraschallwelle größer als für einen Zyklus einer Phase in der Berechnung der Doppler-Frequenz ist. Wie in der Ausführungsform tritt die Zyklusüberspringung häufig auf, wenn ein Intervall zwischen Phasen einer Ultraschallwelle kurz ist, d.h. wenn die Frequenz der Ultraschallwellen hoch ist. Wenn die Zyklusüberspringung auftritt, wird eine Doppler-Frequenz, die niedriger als ein ursprünglicher Wert ist, berechnet, sodass also eine Flussrate, die kleiner als ein ursprünglicher Wert ist, berechnet wird. Deshalb bestimmt die Zyklusüberspringung-Bestimmungseinheit 137, dass die Zyklusüberspringung aufgetreten ist, wenn die in Entsprechung zu jeder der Tiefen d1 bis d4 berechnete Flussgeschwindigkeit um einen vorbestimmten Wert oder mehr von einem vorausgehenden Wert abweicht. Der basierend auf der Frequenzverschiebung Δf in Entsprechung zu der Doppler-Frequenz, für die die Zyklusüberspringung-Bestimmungseinheit 137 bestimmt, dass eine Zyklusüberspringung aufgetreten ist, berechnete Flussratenwert V2 wird als ein Flussratenwert mit einer niedrigen Stabilität behandelt. Zum Beispiel gibt in dem Puls-Doppler-Modus, in dem der Flussratenwert V2 zu der Anzeige 30 ausgegeben wird, die zweite Berechnungseinheit 136 zu der Anzeige 30 einen basierend auf einem vorausgehenden Messwert berechneten Flussratenwert als den Flussratenwert V2 anstatt des Flussratenwerts V2 mit einer geringen Stabilität, für den bestimmt wird, dass die Zyklusüberspringung aufgetreten ist, aus. Außerdem vermindert in dem hybriden Modus die Flussratenwert-Kombinationseinheit 139 ein Kombinationsverhältnis des Flussratenwerts V2 mit einer niedrigen Stabilität, für die bestimmt wird, dass die Zyklusüberspringung aufgetreten ist.
Es ist zu beachten, dass die zweite Berechnungseinheit 136 konfiguriert sein kann für das Korrigieren des Flussratenwerts V2, wenn bestimmt wird, dass die Zyklusüberspringung aufgetreten ist. Zum Beispiel kann die zweite Berechnungseinheit 136 einen Flussratenwert zu einem Wert der Zeit, zu der keine Zyklusüberspringung auftritt, korrigieren. Die Korrektur kann durchgeführt werden, indem ein in Entsprechung zu einer Frequenz einer Ultraschallwelle definierter Korrekturwert addiert wird oder indem ein in Entsprechung zu der Frequenz einer Ultraschallwelle definierter Korrekturfaktor multipliziert wird.
Die Mikroblasen-Erfassungseinheit 138 erfasst die Dichte der in dem Fluid enthaltenen Mikroblasen basierend auf einem vorbestimmten Index. Ein Zyklus der Erfassung kann durch den eine Eingabebetätigung an der Bedieneinheit 35 von 2 durchführenden Benutzer gesetzt werden. Der Index für das Erfassen der Dichte der Mikroblasen enthält zum Beispiel die Dichte des Doppler-Signals oder die Breite des Doppler-Signals, die für jede Tiefe in dem Rohr P erfasst werden.
Außerdem wird eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen der in der Mikroblasen-Erfassungseinheit 138 erfassten Dichte der Mikroblasen und einer Korrekturgröße angibt, zuvor in der Speichereinheit 131 gespeichert.
Die horizontale Achse in 9 gibt eine Frequenz an. Die vertikale Achse in 9 gibt eine Intensität eines erfassten Doppler-Signals an.
In dem Beispiel von 9 wird das zu der Zeit t4 erfasste Doppler-Signal betrachtet, in diesem Fall wird ursprünglich das Doppler-Signal s4 für die Ultraschallwelle, die durch die bei der Tiefe d4 in 7 fließende Mikroblase reflektiert wird, empfangen (siehe 8).
Wenn jedoch die Dichte der Mikroblasen hoch ist, erhöht sich eine Dämpfungsgröße der Ultraschallwellen, sodass sich die Intensität des Doppler-Signals für die Ultraschallwelle von der bei der Tiefe d4 fließenden Mikroblase vermindert. Außerdem vergrößert sich eine Reflexionsgröße der Ultraschallwelle von Mikroblasen, die an flacheren Positionen als der Tiefe d4 fließen. Wenn dabei die Ultraschallwelle diffus durch die an flacheren Positionen als der Tiefe d4 fließenden Mikroblasen reflektiert wird, kommt die diffus reflektierte Ultraschallwelle an dem Ultraschallelement 15 mit einer Verzögerung im Vergleich zu einer direkten Reflexion an. Ein Signal der Ultraschallwelle, das auf diese Weise diffus reflektiert wird und das Ultraschallelement 15 erreicht, wird als ein falsches Signal bezeichnet.
Wenn die diffus reflektierte Ultraschallwelle zur gleichen Zeit t4 wie die durch die Mikroblase, die durch die Tiefe d4 fließt, reflektierte Ultraschallwelle ankommt, wird ein Doppler-Signal erfasst, in dem das ursprünglich zu erfassende Doppler-Signal s4 und das falsche Signal überlappen. In dem Beispiel von 9 überlappen das Doppler-Signal s4 und falsche Signale sa bis sd, sodass ein Doppler-Signal s4`, das größer und dicker als das Doppler-Signal s4 ist, erfasst wird. Die falschen Signale sa bis sd werden jeweils durch eine dünne Strichlinie, eine dünne, einfach gepunktete Strichlinie, eine dicke gepunktete Strichlinie und eine dicke, einfach gepunktete Strichlinie wiedergegeben, um die Deutlichkeit zu vergrößern. Außerdem werden die Doppler-Signale s4 und s4' jeweils durch eine dünne durchgezogene Linie und eine dicke durchgezogene Linie wiedergegeben.
In diesem Fall wird eine Doppler-Frequenz in Entsprechung zu der Tiefe d4 basierend auf dem Doppler-Signal s4' anstelle des Doppler-Signals s4 gemessen. Wenn die auf diese Weise gemessene Doppler-Frequenz verwendet wird, ist eine berechnete gemittelte Flussgeschwindigkeit des Fluids niedriger als ein ursprünglicher Wert. Deshalb ist auch eine berechnete Flussrate des Fluids kleiner als ein ursprünglicher Wert. Daraus resultiert, dass sich die Genauigkeit bei der Berechnung der Flussrate vermindert.
Um eine derartige Verminderung der Genauigkeit zu verhindern, speichert die Speichereinheit 131 die Tabelle, die die Beziehung zwischen der Korrekturgröße eines basierend auf einem falschen Signal berechneten Flussratenwerts und der durch die Mikroblasen-Erfassungseinheit 138 erfassten Dichte der Mikroblasen angibt. Die zweite Berechnungseinheit 136 korrigiert den Flussratenwert basierend auf der Dichte der Mikroblasen und der in der Speichereinheit 131 gespeicherten Tabelle.
Wie in 3 gezeigt, enthält die Steuereinheit 13 die Flussratenwert-Kombinationseinheit 139 Die Flussratenwert-Kombinationseinheit 139 kombiniert den Flussratenwert V1 und den Flussratenwert V2 mit einem vorbestimmten Verhältnis in dem hybriden Modus. In dem hybriden Modus der Ausführungsform betragen eine Periode, während welcher die erste Messeinheit 132 betrieben wird, um den Flussratenwert V1 zu berechnen, und eine Periode, während welcher die zweite Messeinheit 135 betrieben wird, um den Flussratenwert V2 zu berechnen, beide jeweils 150 ms, wobei die Messung durch die erste Messeinheit 132 und die Messung durch die zweite Messeinheit 135 alternierend ausgeführt werden. Die Flussratenwert-Kombinationseinheit 139 kombiniert den Flussratenwert V1 und den Flussratenwert V2 und gibt ein kombiniertes Ergebnis zu der Anzeige 30 als einen Flussratenwert V4 aus. Es ist zu beachten, dass die Betriebsperiode der ersten Messeinheit 132 und die Betriebsperiode der zweiten Messeinheit 135 in dieser Ausführungsform 150 ms betragen, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die Betriebsperiode der ersten Messeinheit 132 oder die Betriebsperiode der zweiten Messeinheit 135 kann auch kürzer als 150 ms oder länger als 150 ms sein. Außerdem können die Betriebsperiode der ersten Messeinheit 132 und die Betriebsperiode der zweiten Messeinheit 135 auch jeweils verschiedene Längen aufweisen.
10 ist eine Ansicht, die durch das Laufzeitdifferenzsystem und das Puls-Doppler-System berechnete Flussraten eines Fluids zeigt. Die horizontale Achse in 10 gibt die Dichte von in dem Fluid enthaltenen Mikroblasen an. Die vertikale Achse in 10 gibt einen relativen Wert eines berechneten Flussratenwerts in Bezug auf eine tatsächliche Flussrate des Fluids an. Außerdem wird die durch das Laufzeitdifferenzsystem gemessene Flussrate durch eine dicke, durchgezogene Linie wiedergegeben und wird die durch das Puls-Doppler-System gemessene Flussrate durch eine dünne, durchgezogene Linie wiedergegeben.
Wie in 10 gezeigt, wird eine Flussrate von 100% in der Laufzeitdifferenz berechnet, wenn die Dichte der Mikroblasen relativ niedrig ist. Es ist jedoch schwierig, die Flussrate zu berechnen, wenn die Dichte der Mikroblasen relativ hoch ist. Dagegen wird in dem Puls-Doppler-System eine Flussrate nahe 100% berechnet, wenn die Dichte der Mikroblasen relativ hoch ist. Insbesondere wenn die Dichte der Mikroblasen zwischen einem Wert v1 und einem Wert v2, der höher als der Wert v1 ist, liegt, wird die Flussrate mit einer relativ hohen Genauigkeit berechnet.
Deshalb kombiniert in dem hybriden Modus die Flussratenwert-Kombinationseinheit 139 den durch das Laufzeitdifferenzsystem berechneten Flussratenwert V1 und den durch das Puls-Doppler-System berechneten Flussratenwert V2 mit dem vorbestimmten Verhältnis basierend auf der Stabilität der Flussratenberechnung und gibt den kombinierten Flussratenwert V4 zu der Anzeige 30 als den berechneten Flussratenwert aus. Deshalb wird das Schaltsignal basierend auf dem kombinierten Flussratenwert 4 in dem hybriden Modus erzeugt und leuchtet oder blinkt die Anzeigeleuchte 37 basierend auf dem kombinierten Flussratenwert V4. Es ist zu beachten, dass die Stabilität der Flussratenberechnung zum Beispiel die Intensität des erfassten Doppler-Signals ist.
Außerdem wird der durch die zweite Berechnungseinheit 136 berechnete Flussratenwert V2 basierend auf dem Messwert, für den bestimmt wird, dass die Zyklusüberspringung aufgetreten ist, als der Flussratenwert mit einer niedrigen Stabilität der Flussratenberechnung behandelt.
(3) Im Folgenden wird die Berechnung der Flussrate durch die Laufzeitdifferenzsystem-Formeln (1) und (2) beschrieben.
In einem herkömmlichen Laufzeitdifferenzsystem wurde ein Flussratenwert V3 durch die folgende Formel (3) berechnet.
Formel (3) $V 3 = \frac{C'}{2 sin θ'} \cdot \frac{Δ t}{1} \cdot \frac{C cos θ}{2 d} \cdot \frac{d^{2} π}{4} \cdot λ$
Die Formel (3) weist einen durch einen Rahmen umgebenen Term auf, der verschieden von der Formel (1) ist. In der Formel (3) gibt C eine Fluidschallgeschwindigkeit wieder, die eine Geschwindigkeit einer Ultraschallwelle in einem Fluid ist, und ist θ ein Einfallswinkel der Ultraschallwelle zu dem Fluid. Die Geschwindigkeit C entspricht der Geschwindigkeit der Ultraschallwelle in dem Fluid. Der Einfallswinkel θ ist bekannt und wurde in der Speichereinheit 131 ähnlich wie andere bekannte Werte gespeichert. Die Geschwindigkeit C ist ein Wert, der in Abhängigkeit von dem Material des Fluids oder der Temperatur des Fluids variiert und ist also ein Parameter, der durch den Benutzer eingegeben werden muss. Deshalb wird auf die Geschwindigkeit C und den Innendurchmesser d, die durch den Benutzer eingegebene Parameter sind, bei der Berechnung des Flussratenwerts V3 durch die Formel (3) Bezug genommen. Wenn also der Parameter der Geschwindigkeit C verschieden von einem tatsächlichen Wert ist oder wenn der Parameter des Innendurchmessers d verschieden von einem tatsächlichen Wert ist, weicht auch der Flussratenwert V3 von einer tatsächlichen Flussrate ab.
Weil der Flussratenwert V3 proportional zu der Geschwindigkeit C und dem Innendurchmesser d in der Formel (3) ist, ist eine Differenz zwischen dem Flussratenwert V3 und der tatsächlichen Flussrate proportional zu einer Differenz zwischen der eingegebenen Geschwindigkeit C und dem tatsächlichen Wert und einer Differenz zwischen dem eingegebenen Innendurchmesser d und dem tatsächlichen Wert.
Im Vergleich zu der Formel (3) für das Berechnen des Flussratenwerts V3 wird der Flussratenwert V2 durch die weiter oben für das Puls-Doppler-System beschriebene Formel (2) berechnet. Die Formel (2) enthält den Innendurchmesser d als einen Parameter, der durch den Benutzer eingegeben wird. Deshalb wird auf den Innendurchmesser d, der der durch den Benutzer eingegebene Parameter ist, in der Berechnung des Flussratenwerts V2 durch die Formel (2) Bezug genommen. Wenn also der Parameter des Innendurchmessers d verschieden von einem tatsächlichen Wert ist, weicht auch der Flussratenwert V2 von einer tatsächlichen Flussrate ab. Weil der Flussratenwert V2 proportional zu dem Quadrat des Innendurchmessers d in der Formel (2) ist, ist eine Differenz zwischen dem Flussratenwert V2 und der tatsächlichen Flussrate proportional zu dem Quadrat einer Differenz zwischen dem Parameter des Innendurchmessers d und dem tatsächlichen Wert.
Die Beziehung zwischen dem Flussratenwert V3 und dem Parameter der Formel (3) ist verschieden von der Beziehung zwischen dem Flussratenwert V2 und dem Parameter der Formel (2). Wenn zum Beispiel der Parameter des Innendurchmessers d eine Differenz von einem tatsächlichen Wert aufweist, weicht der Flussratenwert V3 von der tatsächlichen Flussrate proportional zu der Differenz ab, währen der Flussratenwert V2 von der tatsächlichen Flussrate proportional zu dem Quadrat der Differenz abweicht. Also auch wenn sich der Parameter des Innendurchmessers d nicht ändert und die tatsächliche Flussrate zwischen der Zeit, zu der der Flussratenwert V3 berechnet wird, und der Zeit, zu der der Flussratenwert V2 berechnet wird, gleich ist, tritt wahrscheinlich eine Differenz zwischen dem Flussratenwert V2 und dem Flussratenwert V3 auf. Und auch wenn der Parameter der Geschwindigkeit C eine Differenz von einem tatsächlichen Wert aufweist, weicht der Flussratenwert V3 von einer tatsächlichen Flussrate proportional zu der Differenz der Geschwindigkeit C ab, während der Flussratenwert V2 aufgrund der Differenz der Geschwindigkeit C nicht von einer tatsächlichen Flussrate abweicht. Die Differenz tritt also wahrscheinlich auch dann zwischen dem Flussratenwert V3 und dem Flussratenwert V2 auf, wenn der Parameter nicht geändert wird und die tatsächliche Flussrate zwischen der Zeit, zu der der Flussratenwert V2 berechnet wird, und der Zeit, zu der der Flussratenwert V3 berechnet wird, gleich ist. In einer Konfiguration, die die Berechnung des Flussratenwerts durch das Laufzeitdifferenzsystem unter Verwendung der herkömmlichen Formel (3) und die Berechnung des Flussratenwerts durch das Puls-Doppler-System unter Verwendung der Formel (2) ermöglicht, ist das Problem gegeben, dass der Flussratenwert schnell aufgrund der Differenz zwischen dem Flussratenwert V3 und dem Flussratenwert V2 fluktuiert, wenn das Berechnungssystem für den Flussratenwert gewechselt wird.
Insbesondere in einer Konfiguration, in der die Berechnung des Flussratenwerts durch das Laufzeitdifferenzsystem und die Berechnung des Flussratenwerts durch das Puls-Doppler-System alternierend ausgeführt werden können und ein durch das Kombinieren der entsprechenden Flussratenwerte erhaltener Flussratenwert wie in der Ausführungsform ausgegeben werden kann, besteht die Möglichkeit, dass sich der ausgegebene Flussratenwert in Abhängigkeit von dem Kombinationsverhältnis der Flussratenwerte ändert, obwohl keine Änderung der tatsächlichen Flussrate vorliegt. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass sich das Schaltsignal, das das Ergebnis des Vergleichs mit dem Schwellwert ist, aufgrund einer Änderung des ausgegebenen Flussratenwerts ändert, obwohl keine Änderung der tatsächlichen Flussrate vorliegt.
Insbesondere ist es schwierig, einen Messwert als die Geschwindigkeit C in der Formel (1) zu verwenden. Die Geschwindigkeit C ist eine Schallgeschwindigkeit, wenn eine Flussgeschwindigkeit des Fluids null ist, und ist ein Wert, der variiert, wenn die Temperatur des Fluids variiert. Um deshalb die Geschwindigkeit C tatsächlich zu messen und die Genauigkeit des Parameters der Geschwindigkeit C zu verbessern, muss der Benutzer die Schallgeschwindigkeit in einem Zustand messen, in dem das durch das Rohr P fließende Fluid bei der gleichen Temperatur wie zu der Zeit, zu der das Fluid durch das Rohr P fließt, gestoppt wird, was sehr schwierig ist.
Deshalb wird in der Berechnung des Flussratenwerts durch das Laufzeitdifferenzsystem der Ausführungsform der Flussratenwert unter Verwendung der Fluidlaufzeit T, die basierend auf der durch die erste Messeinheit 132 gemessenen Laufzeit ta identifiziert wird, als des Messwerts in Bezug auf die Geschwindigkeit C berechnet. Weil die Formel (1) eine Formel ist, in der die Geschwindigkeit C in der Formel (3) basierend auf der Fluidlaufzeit T identifiziert wird, ist der Flussratenwert V1 ein unter Verwendung der Fluidlaufzeit T als des Messwerts in Bezug auf die Geschwindigkeit C berechneter Flussratenwert. Gemäß der Formel (1) wird nicht auf den Parameter der Geschwindigkeit C Bezug genommen, weil der Flussratenwert V1 basierend auf der durch die erste Messeinheit 132 gemessenen Laufzeitdifferenz Δt und der durch die Laufzeit-Identifizierungseinheit 133 basierend auf der Laufzeit ta identifizierten Fluidlaufzeit T berechnet wird.
Im Folgenden werden Details zu der Identifikation der Geschwindigkeit C in der Formel (3) basierend auf der Fluidlaufzeit T beschrieben. Erstens ist die durch den Benutzer in der Formel (3) eingegebene Geschwindigkeit C die Schallgeschwindigkeit, wenn die Fluidflussgeschwindigkeit null ist. In dem Laufzeitdifferenzsystem wird die Schallgeschwindigkeit in einem Fluid durch die Flussgeschwindigkeit beeinflusst und wird eine zwischen einer Laufzeit, wenn eine Ultraschallwelle entlang einer Flussrichtung des Fluids läuft, und einer Laufzeit, wenn eine Ultraschallwelle entgegen der Flussrichtung des Fluids läuft, erzeugte Differenz gemessen, um die Flussgeschwindigkeit und die Flussrate des Fluids zu berechnen.
Dabei ist die Differenz zwischen der Geschwindigkeit C und der durch die Flussgeschwindigkeit beeinflussten Schallgeschwindigkeit in dem Fluid geringfügig, sodass ein Wert nahe der unter Verwendung der Geschwindigkeit C berechneten Flussrate auch dann berechnet wird, wenn die Flussrate unter Verwendung der durch die Flussgeschwindigkeit beeinflussten Schallgeschwindigkeit in dem Fluid anstatt der Geschwindigkeit C berechnet wird.
In der Ausführungsform wird eine Geschwindigkeit Ca in dem Fluid des von dem Ultraschallelement 15A zu dem Ultraschallelement 15B gesendeten Ultraschallsignals in der Messung durch die erste Messeinheit 132 als ein Wert nahe der Geschwindigkeit C behandelt. Dabei wird die Geschwindigkeit Ca basierend auf einer Korrespondenzbeziehung zwischen der Länge des Pfads, der Laufzeit der Ultraschallwelle in dem Pfad und der Laufgeschwindigkeit der Ultraschallwelle in dem Pfad berechnet. Der Pfad in Entsprechung zu der Geschwindigkeit Ca ist ein Pfad des Fluids in dem Rohr P innerhalb des Pfads, durch den das Ultraschallsignal von dem ersten Ultraschallelement 15A zu dem zweiten Ultraschallelement 15B läuft, und wird deshalb durch 2d/cosθ wiedergegeben. Außerdem ist die Laufzeit in Entsprechung zu der Geschwindigkeit Ca die Fluidlaufzeit τ₄, die als die Fluidlaufzeit T durch die Laufzeit-Identifikationseinheit 133 basierend auf der durch die erste Messeinheit 132 gemessenen Laufzeit ta identifiziert wird.
In der Ausführungsform ist also die Laufzeit-Identifikationseinheit 133, die die Fluidlaufzeit τ₄ basierend auf der durch die erste Messeinheit 132 gemessenen Laufzeit ta identifiziert, zusätzlich zu der ersten Messeinheit 132, die die Laufzeitdifferenz Δt misst, vorgesehen. Weil die Geschwindigkeit Ca basierend auf der Korrespondenzbeziehung zwischen der Länge des Pfads, der Laufzeit des Pfads und der Laufgeschwindigkeit des Pfads berechnet wird, ist die Geschwindigkeit Ca ein Wert, der durch das Dividieren von 2d/cosθ, das die Länge des entsprechenden Pfads ist, durch die Fluidlaufzeit T erhalten wird. In der Ausführungsform ist die Geschwindigkeit Ca ein für die Geschwindigkeit C eingesetzter Wert. Deshalb wird die Geschwindigkeit C in der Formel (3) durch die Geschwindigkeit Ca, d.h. den durch das Dividieren von 2d/cosθ durch T erhaltenen Wert, ersetzt und wird die Formel (3) zu der Formel (1) gewandelt. Weil dabei die Fluidlaufzeit T ein basierend auf der durch die erste Messeinheit 132 gemessenen Laufzeit ta identifizierter Wert ist, ist die Fluidlaufzeit T der Messwert. Das Berechnen der Flussrate durch die Formel (1) sieht also das Berechnen der Flussrate unter Verwendung der Fluidlaufzeit T als des Messwerts in Bezug auf die Geschwindigkeit C vor. Außerdem kann gesagt werden, dass die Formel (1) eine Formel ist, in der die Geschwindigkeit C in der Formel (3) unter Verwendung der Fluidlaufzeit T als des Messwerts identifiziert wird.
Wie in der Formel (1) gezeigt, wird der durch die Formel (1) berechnete Flussratenwert unter Verwendung der Messwerte mit Ausnahme des Innendurchmessers d berechnet und ist proportional zu dem Quadrat des Innendurchmessers d. Der durch die Formel (2) berechnete Flussratenwert V2 wird auch unter Verwendung der Messwerte mit Ausnahme des Innendurchmessers d berechnet und ist proportional zu dem Quadrat des Innendurchmessers d. Der Flussratenwert V1 und der Flussratenwert V2 fluktuieren also ähnlich in Abhängigkeit von einem Fehler im Parameter des Innendurchmessers d. Falls also der Parameter des Innendurchmessers d, wenn der Flussratenwert V1 berechnet wird, gleich dem Parameter des Innendurchmessers d, wenn der Flussratenwert V2 berechnet wird, ist und die tatsächliche Flussrate gleich ist, ist, tritt die Differenz weniger wahrscheinlich zwischen dem Flussratenwert V1 und dem Flussratenwert V2 auf. In der Konfiguration, die die Berechnung des Flussratenwerts durch das Laufzeitdifferenzsystem und die Berechnung des Flussratenwerts durch das Puls-Doppler-System ermöglicht, kann die Fluktuation des Flussratenwerts, wenn das System gewechselt wird, reduziert werden.
Es ist zu beachten, dass die Fluidlaufzeit T, die der Messwert in Bezug auf die Geschwindigkeit C ist, vorzugsweise ein Wert ist, der durch das Dividieren von 2d/cosθ, das die Pfadlänge der Ultraschallwelle in dem Fluid ist, durch eine Geschwindigkeit nahe der Geschwindigkeit C erhalten wird, das heißt, ein Wert nahe einer Zeit, für die das mit der Geschwindigkeit C laufende Ultraschallsignal durch die Pfadlänge der Ultraschallwelle in dem Fluid läuft. Wenn ein derartiger Wert als der Messwert in Bezug auf die Geschwindigkeit C verwendet wird, wird die Formel (3) zu einer Berechnungsformel gewandelt, in der ein zu berechnender Flussratenwert proportional zu dem Quadrat des Innendurchmessers d ähnlich wie in der Formel (1) ist und die Beziehung des Flussratenwerts in Bezug auf den Innendurchmesser d gleich wie in der Formel (2) des Puls-Doppler-Systems ist. Deshalb kann die Fluktuation des Flussratenwerts aufgrund des Fehlers in dem Parameter zur Zeit des Wechselns zwischen der Berechnung durch das Laufzeitdifferenzsystem und der Berechnung durch das Puls-Doppler-System reduziert werden.
Die Fluidlaufzeit T kann die durch das Subtrahieren der Keillaufzeit τ₁, der Kopplungslaufzeit τ₂ und der Rohrlaufzeit τ₃ von der Laufzeit tb berechnete Fluidlaufzeit τ₄ anstatt der durch das Subtrahieren der Keillaufzeit τ₁, der Kopplungslaufzeit τ₂ und der Rohrlaufzeit τ₃ von der Laufzeit ta erhaltenen Fluidlaufzeit τ₄ sein. Außerdem kann ein Wert verwendet werden, der durch das Subtrahieren der Keillaufzeit τ₁, der Kopplungslaufzeit τ₂ und der Rohrlaufzeit τ₃ von einem durchschnittlichen Wert der Laufzeit ta und der Laufzeit tb erhalten wird.
(3) Flussraten-Berechnungsverarbeitung
11 und 12 sind Flussdiagramme, die ein Beispiel eines Algorithmus einer in dem hybriden Modus durch die Steuereinheit 13 von 3 durchgeführten Flussraten-Berechnungsverarbeitung zeigen. Im Folgenden wird die Flussraten-Berechnungsverarbeitung in dem hybriden Modus unter Verwendung der Steuereinheit 13 von 3 und der Flussdiagramme von 11 und 12 beschrieben.
In dem Flussdiagramm von 11 wird der Flussratenwert V1 durch das Laufzeitdifferenzsystem berechnet.
Zuerst steuert die erste Messeinheit 132 das Ultraschallelement 15A für das Senden eines Ultraschallsignals und steuert das Ultraschallelement 15B für das Empfangen des von dem Ultraschallelement 15A gesendeten Ultraschallsignals (Schritt S1). Dann misst die erste Messeinheit 132 die Laufzeit ta des Ultraschallsignals von dem Ultraschallelement 15A zu dem Ultraschallelement 15B in Schritt S1 (Schritt S2).
Danach steuert die erste Messeinheit 132 das Ultraschallelement 15B für das Senden eines Ultraschallsignals und steuert das Ultraschallelement 15A für das Empfangen des Ultraschallsignals (Schritt S3). Dann misst die erste Messeinheit 132 die Laufzeit tb des Ultraschallsignals von dem Ultraschallelement 15B zu dem Ultraschallelement 15A in Schritt S3 (Schritt S4). Es können entweder die Schritte S1 und S2 oder die Schritte S3 und S4 zuerst ausgeführt werden.
Anschließend misst die erste Messeinheit 132 die Laufzeitdifferenz Δt basierend auf den in den Schritten S2 und S4 gemessenen Laufzeiten (Schritt S5). Die Laufzeit-Identifizierungseinheit 133 identifiziert die Fluidlaufzeit τ₄ basierend auf der in Schritt S2 gemessenen Laufzeit ta (Schritt S6). Weiterhin berechnet die erste Berechnungseinheit 134 den Flussratenwert V1 des durch das Rohr P fließenden Fluids basierend auf der in Schritt S5 berechneten Laufzeitdifferenz Δt, der in Schritt S6 als die Fluidlaufzeit T identifizierten Fluidlaufzeit τ₄ und der Formel (1) (Schritt S7). Die Schritte S1 bis S7 entsprechen der Verarbeitung in dem Laufzeit-Differenzsystem.
Nach dem Schritt S7 steuert die zweite Messeinheit 135 das Ultraschallelement 15B für das sequentielle Senden und Empfangen eines gepulsten Ultraschallsignals zu und von dem Ultraschallelement 15B (Schritt S8). Dann misst die zweite Messeinheit 135 die Frequenzverschiebung Δf, die eine Differenz zwischen einer Frequenz des in Schritt S8 gesendeten Ultraschallsignals und einer Doppler-Frequenz des empfangenen Ultraschallsignals ist (Schritt S9). Außerdem berechnet die zweite Berechnungseinheit 136 eine Flussgeschwindigkeit des durch das Rohr P fließenden Fluids basierend auf der in Schritt S9 gemessenen Frequenzverschiebung Δf und der Formel (2) (Schritt S10).
Die Zyklusüberspringen-Bestimmungseinheit 137 bestimmt, ob eine Zyklusüberspringung in der Frequenzverschiebung in Entsprechung zu jeweils den Tiefen d1 bis d4 aufgetreten ist (Schritt S11). Wenn bestimmt wird, dass die Zyklusüberspringung nicht aufgetreten ist, wird der Prozess des Schritts S13 durchgeführt. Wenn bestimmt wird, dass die Zyklusüberspringung aufgetreten ist, wird der als ein Flussratenwert durch das Puls-Doppler-System ausgegebene Flussratenwert V2, d.h. der in dem weiter unten beschriebenen Schritt S15 korrigierte Flussratenwert V2 als ein Flussratenwert mit einer geringen Stabilität behandelt (Schritt S12). Die zweite Berechnungseinheit 136 mittelt eine Flussgeschwindigkeit in dem Rohr P basierend auf einer Flussgeschwindigkeitsverteilung, die basierend auf Flussgeschwindigkeiten bei Tiefen d1 bis d4 identifiziert wird, und berechnet eine Flussrate basierend auf der gemittelten Flussgeschwindigkeit. Das heißt, dass der Flussratenwert in Entsprechung zu der Formel (2) in den Schritten S10 und S13 berechnet wird.
Die Mikroblasen-Erfassungseinheit 138 erfasst die Dichte der in dem Fluid enthaltenen Mikroblasen in gesetzten Zyklen (Schritt S14). Der Schritt S14 kann parallel zu den Schritten S8 bis S10 ausgeführt werden oder kann vor dem Schritt S11 ausgeführt werden. Die zweite Berechnungseinheit 136 korrigiert den in Schritt S13 berechneten Flussratenwert V2 basierend auf der Dichte der in Schritt S14 erfassten Mikroblasen und einer vorbestimmten Tabelle (Schritt S15). Die Schritte S8 bis S15 entsprechen der Verarbeitung in dem Puls-Doppler-System. In dem hybriden Modus können entweder die Schritte S1 bis S7 oder die Schritte S8 bis S15 zuerst ausgeführt werden.
Es ist zu beachten, dass die in Schritt S11 ausgeführte Bestimmung, ob die Zyklusüberspringung aufgetreten ist, und die in Schritt S14 ausgeführte Erfassung der Dichte der in dem Fluid enthaltenen Mikroblasen jeweils Prozesse sind, die konfiguriert sind, um die Genauigkeit der durch das Puls-Doppler-System berechneten Flussrate in der Ausführungsform weiter zu verbessern. Deshalb sind die Prozesse der Schritte S11 und S14 nicht auf die in 12 gezeigte Verarbeitungsreihenfolge beschränkt, solange die Ergebnisse in der durch das Puls-Doppler-System berechneten Flussrate berücksichtigt werden können.
Nach dem Schritt S15 bestimmt die Flussratenwert-Kombinationseinheit 139 ein Kombinationsverhältnis zwischen dem in Schritt S7 berechneten Flussratenwert V1 und dem in Schritt S15 berechneten Flussratenwert V2 basierend auf der Stabilität der Flussratenberechnung wie etwa einer in Schritt S8 erfassten Intensität eines Doppler-Signals (Schritt S16). Anschließend kombiniert die Flussratenwert-Kombinationseinheit 139 den in Schritt S7 berechneten Flussratenwert V1 und den in Schritt S15 korrigierten Flussratenwert V2 mit dem in Schritt S16 bestimmten Kombinationsverhältnis, um den Flussratenwert V4 des durch das Rohr P fließenden Fluids zu berechnen (Schritt S17). Danach gibt die Flussratenwert-Kombinationseinheit 139 den in Schritt S17 berechneten Flussratenwert V4 zu der Steuereinheit 33 der Anzeige 30 aus (Schritt S18) und kehrt zu dem Schritt S1 zurück. Die Steuereinheit 33 der Anzeige 30 vergleicht die durch den in 11 und 12 gezeigten Algorithmus ausgegebene Flussrate mit dem zuvor bestimmten Schwellwert und erzeugt das Schaltsignal.
In dem Laufzeitdifferenzmodus werden die Schritte S1 bis S7 ausgeführt und wird der in Schritt S7 berechnete Flussratenwert V1 zu der Anzeige 30 in Schritt S18 ausgegeben. Die Steuereinheit 33 der Anzeige 30 vergleicht den in Schritt S7 berechneten Flussratenwert V1 mit dem vorbestimmten Schwellwert. Der Flussratenwert V1 wird in der Ausführungsform durch die Formel (1) in dem Laufzeitdifferenzsystem in einem beliebigen Modus berechnet, wobei die Konfiguration jedoch auch derart beschaffen sein kann, dass der Flussratenwert V3 durch die Formel (3) in dem Laufzeitdifferenzsystem in dem Laufzeitdifferenzmodus berechnet wird. In diesem Fall werden die Schritte S1 bis S5 ausgeführt und wird der Schritt S6 nicht ausgeführt.
Dagegen werden in dem Puls-Doppler-Modus die Schritte S8 bis S15 ausgeführt, ohne die Schritte S1 bis S7, S16 und S17 auszuführen, und wird dann der Schritt S18 zum Ausgeben des in Schritt S15 berechneten Flussratenwerts zu der Anzeige 30 ausgeführt. Die Steuereinheit 33 der Anzeige 30 vergleicht den in Schritt S15 korrigierten Flussratenwert mit dem zuvor bestimmten Schwellwert.
(4) Effekte
In dem Ultraschall-Flusssensor 100 der Ausführungsform sendet und empfängt das Ultraschallelement 15A das Ultraschallsignal. Außerdem sendet und empfängt das Ultraschallelement 15B das Ultraschallsignal. In dem Laufzeitdifferenzsystem wird die Flussrate des durch das Rohr P fließenden Fluids durch die erste Berechnungseinheit 134 basierend auf der Laufzeitdifferenz des Ultraschallsignals zwischen dem Ultraschallelement 15A und dem Ultraschallelement 15B berechnet. In dem Puls-Doppler-System wird die Flussrate des durch das Rohr P fließenden Fluids durch die zweite Berechnungseinheit 136 basierend auf der Frequenzverschiebung des durch das Ultraschallelement 15B empfangenen Ultraschallsignals, wenn das Ultraschallelement 15B das gepulste Ultraschallsignal empfängt, berechnet.
Die Flussrate in dem Laufzeitdifferenzsystem wird unter Verwendung der Formel (1) berechnet, in der ein Wert in Entsprechung zu einer Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid basierend auf dem Messwert identifiziert wird, sodass die Beziehung zwischen einer Flussrate und einem Wert, der in einer Berechnungsformel enthalten ist und durch den Benutzer einzugeben ist, identisch mit der Beziehung zwischen einer Flussrate und einem Wert, der in einer Berechnungsformel enthalten ist und durch den Benutzer einzugeben ist, ist.
In der bekannten Berechnungsformel (3), die für die Berechnung der Flussrate durch das Laufzeitdifferenzsystem verwendet wird, und der bekannten Berechnungsformel (2), die für die Berechnung der Flussrate durch das Puls-Doppler-System verwendet wird, sind die eingegebenen Werte, auf die Bezug zu nehmen ist, verschieden, sodass der Grad der Abhängigkeit des durch den Benutzer einzugebenden Werts auf die berechnete Flussrate in den beiden Systemen verschieden ist. Es wird jedoch ein Parameter in Entsprechung zu der Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid basierend auf dem durch den Sensorkopf 10 gemessenen Wert gemäß dieser Konfiguration identifiziert, sodass der Grad der Abhängigkeit des durch den Benutzer einzugebenden Werts auf die berechnete Flussrate in beiden Systemen gleich ist. Wenn also die Flussrate des durch das Rohr P fließenden Fluids gleich ist und der durch den Benutzer gesetzte Parameter gleich ist, tritt kaum eine Differenz zwischen der durch das Laufzeitdifferenzsystem und der durch das Puls-Doppler-System berechneten Flussrate auf. Wenn also der Parameter gleich ist und sich die durch das Rohr P fließende Flussrate nicht ändert, wird die Wahrscheinlichkeit einer diskontinuierlichen Fluktuation der berechneten Flussrate reduziert. Dadurch kann die Anwendbarkeit des Ultraschall-Flusssensors 100 verbessert werden.
Weiterhin bestimmt in dem hybriden Modus die Flussratenwert-Kombinationseinheit 139 das Kombinationsverhältnis zwischen der Flussrate in dem Laufzeitdifferenzsystem und der Flussrate in dem Puls-Doppler-System basierend auf der Stabilität der Flussratenberechnung.
Außerdem kombiniert die Flussratenwert-Berechnungseinheit 139 den Flussratenwert V1 des Laufzeitdifferenzsystems und den Flussratenwert V2 des Puls-Doppler-Systems mit dem bestimmten Kombinationsverhältnis, um die Flussrate des Fluids zu berechnen. In diesem Fall kann die Flussrate des Fluids unabhängig von der Dichte der in dem Fluid enthaltenen Mikroblasen genau gemessen werden. Außerdem kann die Flussrate durch die erste Berechnungseinheit 134 und/oder die zweite Berechnungseinheit 135 basierend auf dem Parameter wie etwa dem gesetzten Außendurchmesser des Rohrs P oder der kinematischen Viskosität des Fluids korrigiert werden. In diesem Fall kann die Flussrate des Fluids genauer gemessen werden.
Weiterhin erzeugt die Steuereinheit 33 der Anzeige 30 das Schaltsignal, das einen Zustand, in dem die Flussrate gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellwert ist, oder einen Zustand, in dem die Flussrate kleiner als der vorbestimmte Schwellwert ist, angibt. In diesem Fall wird der Ultraschall-Flusssensor 100 als ein Flussschalter betrieben. Dabei muss eine tatsächliche Flussrate mit einer hohen Reproduzierbarkeit berechnet werden, anstatt die tatsächliche Flussrate absolut genau in einem praktischen Flussschalter zu berechnen. Deshalb kann der Ultraschall-Flusssensor 100 als der praktische Flussschalter in dem hybriden Modus betrieben werden.
(5) Andere Ausführungsformen
(a) Weil in der oben beschriebenen Ausführungsform der Flussratenwert durch das Multiplizieren der Flussgeschwindigkeit mit der Querschnittfläche des Rohrs P berechnet wird, wird bei der Berechnung des Flussratenwerts auf den Innendurchmesser d des Rohrs P Bezug genommen. Insbesondere ist die Dimension des Rohrs P, an dem der Sensorkopf 10 angebracht ist, nicht auf eine spezifische Dimension in der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt, sodass also der Innendurchmesser d des Rohrs P durch den Benutzer eingegeben werden muss. Außerdem passt die oben beschriebene Ausführungsform die Konfiguration, in der die Anbringung von außerhalb des Rohrs P durchgeführt wird, an, sodass der Innendurchmesser P des Rohrs P durch den Benutzer eingegeben werden muss, im Unterschied zu einem Flusssensor, der einen Abschnitt, der einen Teil des Rohrs P bildet, umfasst. Deshalb wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die Formel (1), auf die ein Wert in Bezug auf eine Schallgeschwindigkeit angewendet wird, verwendet, um den Einfluss der Abweichung des Parameters auf die Geschwindigkeit C zu beseitigen und einen Flussratenwert mit einer ähnlichen Abweichung in Bezug auf die Abweichung des Parameters des Innendurchmessers d vorzusehen. Weiterhin ist in einem Ultraschall-Flusssensor, der aufgrund seiner Spezifikation nur an einem spezifischen Durchmesser angebracht werden kann, oder in einem Ultraschall-Flusssensor, dessen Konfiguration einen Teil eines Rohrs, durch das ein Fluid fließt, umfasst, der Innendurchmesser d ein zuvor definierter Wert, sodass keine Eingabe des Benutzers erforderlich ist. Auch bei diesen Konfigurationen kann die Formel (1), in der die Geschwindigkeit C basierend auf dem Messwert identifiziert wird, verwendet werden, sodass die Flussrate des Laufzeitdifferenzsystems und die Flussrate des Puls-Doppler-Systems nicht aufgrund der Abweichung der eingegebenen Geschwindigkeit C abweichen.
(b) In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Flussratenwert V1 des Fluids in dem Laufzeitdifferenzsystem durch die Formel (1) anstatt der Formel (3) sowohl in dem hybriden Modus als auch in dem Laufzeitdifferenzmodus berechnet, wobei die Ausführungsform jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die Konfiguration kann aber auch derart beschaffen sein, dass die Formel (1) nur in dem hybriden Modus angewendet wird und der durch die Formel (3) berechnete Flussratenwert V3 in dem Laufzeitdifferenzmodus ausgegeben wird. Außerdem kann die Konfiguration auch derart beschaffen sein, dass der Flussratenwert V des Fluids in dem Puls-Doppler-System durch die folgende Formel (4) anstatt der Formel (2) berechnet wird. Dabei ist T die oben beschriebene Fluidlaufzeit und wird basierend auf einer tatsächlichen Messung identifiziert.
Formel (4) $V = \frac{C'}{2 sin θ'} \cdot \frac{Δ ƒ}{ƒ} \cdot \frac{C cos θ}{2 d} \cdot T \cdot \frac{d^{2} π}{4} \cdot λ$
In diesem Fall wird die Flussrate in dem Puls-Doppler-System unter Verwendung der Formel (4) berechnet, wobei ein in der Formel (2) enthaltener Wert basierend auf dem Messwert identifiziert wird, sodass eine Beziehung zwischen einer Flussrate und einem Wert, der in der Formel (3) enthalten ist und durch den Benutzer einzugeben ist, identisch ist mit einer Beziehung zwischen einer Flussrate und dem Wert, der in der Formel (2) enthalten ist und durch den Benutzer einzugeben ist. Insbesondere ist der durch das Puls-Doppler-System der Formel (4) berechnete Flussratenwert proportional zu der Geschwindigkeit C und proportional zu dem Innendurchmesser d des Rohrs P, sodass er dem durch das Laufzeitdifferenzsystem der Formel (3) berechneten Flussratenwert V ähnlich ist. Der Grad der Abhängigkeit des durch den Benutzer eingegebenen Werts auf den berechneten Flussratenwert V ist also in dem Laufzeitdifferenzsystem und dem Puls-Doppler-System gleich. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Abweichung zwischen dem durch das Puls-Doppler-System berechneten Flussratenwert V und dem durch das Laufzeitdifferenzsystem berechneten Flussratenwert V aufgrund der Abweichung des durch den Benutzer eingegebenen Werts von dem tatsächlichen Wert erhöht, reduziert.
(c) Die Flussratenberechnung durch das Laufzeitdifferenzsystem und die Flussratenberechnung durch das Puls-Doppler-System werden mit vorbestimmten Zeitintervallen in dem hybriden Modus ausgeführt, um den kombinierten Wert der berechneten Flussraten in der oben beschriebenen Ausführungsform auszugeben, wobei die Konfiguration aber auch derart beschaffen sein kann, dass ein auszuführendes Flussratenberechnungssystem je nach der Stabilität gewechselt wird. Zum Beispiel kann die Konfiguration derart beschaffen sein, dass der Flussratenwert des Laufzeitdifferenzsystems ausgegeben wird, wenn die Anzahl der Mikroblasen klein ist, und der durch das Kombinieren des Flussratenwerts des Laufzeitdifferenzsystems und des Flussratenwerts des Puls-Doppler-Systems erhaltene Flussratenwert ausgegeben wird, wenn die Anzahl der Mikroblasen groß ist.
(d) Die Flussrate des Fluids in dem Puls-Doppler-System wird in der oben beschriebenen Ausführungsform basierend auf dem durchschnittlichen Wert der Geschwindigkeitsverteilung des durch das Rohr P fließenden Fluids berechnet, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die Flussrate des Fluids in dem Puls-Doppler-System kann basierend auf einem anderen repräsentativen Wert als dem durchschnittlichen Wert wie etwa auf einem durch die Geschwindigkeitsverteilung des durch das Rohr P fließenden Fluids bestimmten Medianwert berechnet werden.
(e) In der oben beschriebenen Ausführungsform werden das Ultraschallelement 15A und das Ultraschallelement 15B über dem Rohr P entlang der Erstreckungsrichtung des Rohrs P angeordnet, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Das Ultraschallelement 15A und das Ultraschallelement 15B können derart angeordnet werden, dass sie einander mit dazwischen dem Rohr P zugewandt sind. Das heißt, dass ein Ultraschallelement über dem Rohr P angeordnet werden kann und das andere Ultraschallelement unter dem Rohr P angeordnet werden kann.
(6) Korrespondenzbeziehung zwischen den Bestandselementen der Ansprüche und den Einheiten der Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Beispiel für die Entsprechung zwischen den Bestandselementen der Ansprüche und den Einheiten der Ausführungsform beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf das folgende Beispiel beschränkt ist. Es können auch verschiedene andere Elemente mit den in den Ansprüchen genannten Konfigurationen oder Funktionen als die Bestandselemente der Ansprüche verwendet werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Rohr P ein Beispiel für ein Rohr, ist der Ultraschall-Flusssensor 100 ein Beispiel für einen Ultraschall-Flusssensor und sind die Ultraschallelemente 15B und 15A Beispiele für jeweils erste und zweite Ultraschallelemente. Die erste Messeinheit 132 ist ein Beispiel für eine erste Messeinheit, die Laufzeit-Identifikationseinheit 133 ist ein Beispiel für eine Laufzeit-Identifikationseinheit, die erste Berechnungseinheit 134 ist ein Beispiel für eine erste Berechnungseinheit, die zweite Messeinheit 135 ist ein Beispiel für eine zweite Messeinheit und die zweite Berechnungseinheit 136 ist ein Beispiel für eine zweite Berechnungseinheit. Das Keilmaterial 14 oder der akustische Koppler 16 ist ein Beispiel für ein Pfadglied. Die Speichereinheit 131 ist ein Beispiel für eine Speichereinheit, die Flussratenwert-Kombinationseinheit 139 ist ein Beispiel für eine Flussratenwert-Kombinationseinheit, die Steuereinheit 33 ist ein Beispiel für eine Steuereinheit, die Bedieneinheit 35 ist ein Beispiel für eine Bedieneinheit und die Anzeigeleuchten 18 und 37 sind Beispiele für eine Anzeigeleuchte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013185973 A [0002]

Claims

Ein Ultraschall-Flusssensor, umfassend: eine Vielzahl von Ultraschallelementen, die ein Senden und/oder Empfangen eines Ultraschallsignals durchführen, eine erste Messeinheit, die eine Laufzeit des Ultraschallsignals und eine Laufzeitdifferenz des Ultraschallsignals misst, wenn das durch ein Fluid in einem Rohr durchgelassene Ultraschallsignal zwischen einem Paar von Ultraschallelementen aus der Vielzahl von Ultraschallelementen gesendet und empfangen wird, eine Laufzeit-Identifikationseinheit, die eine Fluidlaufzeit, die eine Laufzeit des Ultraschallsignals in einem Laufpfad in dem Fluid in dem Rohr ist, basierend auf der durch die erste Messeinheit gemessenen Laufzeit des Ultraschallsignals identifiziert, eine erste Berechnungseinheit, die einen ersten Flussratenwert des Fluids in dem Rohr basierend auf der durch die erste Messeinheit gemessenen Laufzeitdifferenz des Ultraschallsignals, einem Messwert in Entsprechung zu einer Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid in dem Rohr und einem Parameter für das Identifizieren eines Innendurchmessers des Rohrs berechnet, eine zweite Messeinheit, die eine Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals misst, wenn ein Ultraschallelement oder ein Paar von Ultraschallelementen innerhalb der Vielzahl von Ultraschallelementen das Ultraschallsignal zu dem Fluid in dem Rohr sendet und das in dem Fluid reflektierte Ultraschallsignal empfängt, und eine zweite Berechnungseinheit, die einen zweiten Flussratenwert des Fluids in dem Rohr basierend auf der durch die zweite Messeinheit gemessenen Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals und dem Parameter berechnet, wobei die erste Berechnungseinheit den ersten Flussratenwert unter Verwendung der Fluidlaufzeit als des Messwerts in Entsprechung zu einer Korrespondenzbeziehung zwischen der Distanz des Pfads, der Fluidlaufzeit und der Ultraschallgeschwindigkeit berechnet.
Ultraschall-Flusssensor nach Anspruch 1, der weiterhin umfasst: ein Pfadglied, das zwischen der Vielzahl von Ultraschallelementen und dem Rohr angeordnet ist und einen Teil eines Ultraschallwellen-Sendepfads bildet, und eine Speichereinheit, in der zuvor Informationen in Bezug auf eine Geschwindigkeit des Ultraschallsignals in dem Pfadglied gespeichert werden, wobei die Laufzeit-Identifikationseinheit die Fluidlaufzeit basierend auf der durch die erste Messeinheit gemessenen Laufzeit und den in der Speichereinheit gespeicherten Informationen in Bezug auf die Geschwindigkeit des Ultraschallsignals in dem Pfadglied identifiziert.
Ultraschall-Flusssensor nach Anspruch 2, wobei die Laufzeit-Identifikationseinheit die Fluidlaufzeit basierend auf Informationen in Bezug auf eine Geschwindigkeit einer Ultraschallwelle in dem Rohr identifiziert.
Ultraschall-Flusssensor nach Anspruch 3, wobei die Laufzeit-Identifikationseinheit die Fluidlaufzeit basierend auf den Informationen in Bezug auf die Geschwindigkeit der Ultraschallwelle in dem Rohr, die basierend auf dem Material des Rohrs und/oder der Dicke des Rohrs identifiziert werden, identifiziert.
Ultraschall-Flusssensor nach Anspruch 1, wobei: die erste Messeinheit, als die Laufzeit des Ultraschallsignals, eine Laufzeit des entlang einer Flussrichtung des Fluids in dem Rohr laufenden Ultraschallsignals und eine Laufzeit des entgegen der Flussrichtung des Fluids in dem Rohr laufenden Ultraschallsignals misst, und die Laufzeit-Identifikationseinheit die Fluidlaufzeit basierend auf einer durchschnittlichen Zeit der Laufzeit des entlang der Flussrichtung des Fluids in dem Rohr laufenden Ultraschallsignals und der Laufzeit des entgegen der Flussrichtung des Fluids in dem Rohr laufenden Ultraschallsignals identifiziert.
Ultraschall-Flusssensor nach Anspruch 1, der weiterhin umfasst: eine Bedieneinheit, die eine Bedienung eines Benutzers empfängt, wobei ein Modus für das Ausgeben des ersten Flussratenwerts als eines Flussratenwerts und ein Modus für das Ausgeben des zweiten Flussratenwerts als eines Flussratenwerts anhand der durch die Bedieneinheit empfangenen Bedienung des Benutzers ausgewählt werden.
Ultraschall-Flusssensor nach Anspruch 1, der weiterhin umfasst: eine Flussratenwert-Kombinationseinheit, die den ersten Flussratenwert und den zweiten Flussratenwert kombiniert und den kombinierten Flussratenwert ausgibt.
Ultraschall-Flusssensor nach Anspruch 7, wobei die Flussratenwert-Kombinationseinheit den ersten Flussratenwert und den zweiten Flussratenwert basierend auf der Stabilität der Flussratenberechnung kombiniert.
Ultraschall-Flusssensor nach Anspruch 6, der weiterhin umfasst: eine Steuereinheit, die ein Schaltsignal erzeugt, das einen Zustand, in dem der ausgegebene Flussratenwert gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, und einen Zustand, in dem der ausgegebene Flussratenwert kleiner als der vorbestimmte Schwellwert ist, angibt.
Ultraschall-Flusssensor nach Anspruch 9, der weiterhin umfasst: eine Bedieneinheit, die ein Setzen des vorbestimmten Schwellwerts empfängt.
Ultraschall-Flusssensor nach Anspruch 9, der weiterhin umfasst: eine Anzeigeleuchte, die ein Vergleichsergebnis zwischen dem ausgegebenen Flussratenwert und dem vorbestimmten Schwellwert anzeigt.
Ultraschall-Flusssensor nach Anspruch 9, wobei die erste Berechnungseinheit oder die zweite Berechnungseinheit den ausgegebenen Flussratenwert basierend auf einem gesetzten vorbestimmten Parameter korrigiert.
Ultraschall-Flusssensor, der umfasst: eine Vielzahl von Ultraschallelementen, die ein Senden und Empfangen eines Ultraschallsignals durchführen, eine erste Messeinheit, die eine Laufzeit des Ultraschallsignals und eine Laufzeitdifferenz des Ultraschallsignals misst, wenn das durch ein Fluid in einem Rohr durchgelassene Ultraschallsignal zwischen einem Paar von Ultraschallelementen innerhalb der Vielzahl von Ultraschallelementen gesendet und empfangen wird, eine Laufzeit-Identifikationseinheit, die eine Fluidlaufzeit, die eine Laufzeit des Ultraschallsignals in einem Laufpfad in dem Fluid in dem Rohr ist, basierend auf der durch die erste Messeinheit gemessenen Laufzeit des Ultraschallsignals identifiziert, eine erste Berechnungseinheit, die einen ersten Flussratenwert des Fluids in dem Rohr basierend auf der durch die erste Messeinheit gemessenen Laufzeitdifferenz des Ultraschallsignals, einem Messwert in Entsprechung zu einer Ultraschallgeschwindigkeit in dem Fluid in dem Rohr und einem Parameter für das Identifizieren eines Innendurchmessers des Rohrs berechnet, eine zweite Messeinheit, die eine Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals misst, wenn ein Ultraschallelement oder ein Paar von Ultraschallelementen innerhalb der Vielzahl von Ultraschallelementen das Ultraschallsignal zu dem Fluid in dem Rohr sendet und das in dem Fluid reflektierte Ultraschallsignal empfängt, und eine zweite Berechnungseinheit, die einen zweiten Flussratenwert des Fluids in dem Rohr basierend auf der durch die zweite Messeinheit gemessenen Frequenzverschiebung des Ultraschallsignals und dem Parameter berechnet, wobei die erste Berechnungseinheit den ersten Flussratenwert unter Verwendung der Fluidlaufzeit als des Messwerts für das Reduzieren einer Differenz des Einflusses des Parameters in Bezug auf den ersten Flussratenwert und den zweiten Flussratenwert berechnet.
Ultraschall-Flusssensor, der eine Flussrate eines in einem Rohr fließenden Fluids misst, wobei der Ultraschall-Flusssensor umfasst: ein erstes Ultraschallelement, das eine Ultraschallwelle sendet und empfängt, ein zweites Ultraschallelement, das eine Ultraschallwelle sendet und empfängt, eine erste Berechnungseinheit, die einen ersten Flussratenwert, der eine Flussrate des Fluids angibt, basierend auf einer Laufzeitdifferenz der Ultraschallwelle zwischen dem ersten Ultraschallelement und dem zweiten Ultraschallelement berechnet, und eine zweite Berechnungseinheit, die einen zweiten Flussratenwert, der eine Flussrate des Fluids angibt, basierend auf einer Frequenzverschiebung der durch das erste Ultraschallelement empfangenen Ultraschallwelle, nachdem das erste Ultraschallelement die Ultraschallwelle gesendet hat, berechnet, wobei der erste Flussratenwert und/oder der zweite Flussratenwert unter Verwendung einer Berechnungsformel berechnet werden, in der ein durch einen Benutzer einzugebender Wert basierend auf einem Messwert identifiziert wird, um eine Beziehung zwischen dem ersten Flussratenwert und einem Wert, der in einer Berechnungsformel für den ersten Flussratenwert enthalten ist und durch den Benutzer einzugeben ist, identisch mit einer Beziehung zwischen dem zweiten Flussratenwert und einem Wert, der in einer Berechnungsformel für den zweiten Flussratenwert enthalten ist und durch den Benutzer einzugeben ist, vorzusehen.