JP2000088621A - 超音波計測装置 - Google Patents

超音波計測装置

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JP2000088621A
JP2000088621A JP10257957A JP25795798A JP2000088621A JP 2000088621 A JP2000088621 A JP 2000088621A JP 10257957 A JP10257957 A JP 10257957A JP 25795798 A JP25795798 A JP 25795798A JP 2000088621 A JP2000088621 A JP 2000088621A
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JP
Japan
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ultrasonic
transmission
time
propagation time
ultrasonic wave
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Application number
JP10257957A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Araki
等 荒木
Mitsuhiro Koike
光裕 小池
Shuzo Wadaka
修三 和高
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝音材の温度の温度変化、被測定流体の温度
Ｔ１と管路壁２ａ、２ｂの温度Ｔ２の差に拘わりなく精
度良く被測定流体の流速、温度等を測定する。 【解決手段】 被測定流体１が流れる管路と、管路の両
側外壁２ａ，２ｂにそれぞれ所定の角度で設けられた超
音波伝達用の伝音材３ａ，３ｂおよび伝音材３ａ，３ｂ
の管側端部に伝音材３ａ，３ｂを伝達してきた超音波を
反射するように設けた反射材１１ａ，１１ｂと、伝音材
３ａ，３ｂの先端に設けた超音波送受信子４ａ，４ｂ、
一方の超音波送受信子４ａで送信された超音波の送信時
間と他方の超音波送受信子４ｂで受信された超音波の受
信時間より超音波が前記管路を透過して伝搬する全透過
伝搬時間、伝音材３ａ，３ｂにより伝達された超音波が
反射材１１ａ，１１ｂにより超音波送受信子に反射伝搬
される反射伝搬時間を測定する伝搬時間測定回路７とを
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波伝搬時間
を用いて、管路内の被測定流体の流速、温度等を測定す
る超音波計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は、例えば計測自動制御学会論文集
第２３巻第５号（昭和６２年５月発行）に記載された従
来の超音波計測装置を示す基本構成図であり、図におい
て、１は被測定流体、２ａ，２ｂは被測定流体１が流れ
る管路の管壁、３ａ〜３ｄは管壁２ａ，２ｂに一端を接
触させて超音波を伝達する伝音材、４ａ〜４ｄは伝音材
３ａ〜３ｂの他端に取り付けられた超音波送受信子であ
る。
【０００３】５は超音波送受信子４ａ，４ｃにリードで
接続された超音波送信を行うための発振回路であり、６
ａ，６ｂは超音波送受信子４ｂ，４ｄにリードで接続さ
れた増幅回路、７ａは超音波送受信子４ｂと４ｄ間にお
ける超音波受信時間の差より超音波の上下流方向伝搬時
間差を測定する伝搬時間測定回路、７ｂは超音波送受信
子４ｃによる超音波発信より超音波送受信子４ｄによる
超音波受信に至るまでの時間より全透過伝搬時間を測定
する伝搬時間測定回路である。８は伝搬時間測定回路７
ａ，７ｂからの出力を基に流速を演算する演算回路であ
る。
【０００４】次に従来装置の動作について説明する。こ
の超音波計測装置は、超音波の下流方向伝搬速度が上流
方向伝搬速度に比べて大きく、かつその差が流速に比例
することを利用して被測定流体１の流速ｖを測定するも
のである。
【０００５】発振回路５の発信により超音波送受信子４
ａから送信された超音波は伝音材３ａ、管壁２ａを通り
被測定流体１に入射し、再び管壁２ｂ、伝音材３ｂを通
り、超音波送受信子４ｂに受信され、この受信による信
号は増幅回路６a、伝搬時間測定回路７ａに入力され
る。
【０００６】同時に超音波送受信子４ｃにより発信され
た超音波は、伝音材３ｃ、管壁２ａを通り被測定流体１
に入射し、再び管壁２ｂ、伝音材３ｄを通り、超音波送
受信子４ｄにより受信され、この受信による信号は同様
に増幅回路６ｂを通り、伝搬時間測定回路７ａ，７ｂに
入力される。
【０００７】超音波送受信子４ａにより送信され超音波
送受信子４ｂにより受信された超音波の伝搬時間は上流
方向の全伝搬時間であり、超音波送受信子４ｃにより発
信され、超音波送受信子４ｄにより受信された超音波の
伝搬時間は、下流方向の全伝搬時間である。この上流方
向の全伝搬時間と下流方向の全伝搬時間との差Δｔが伝
搬時間測定回路７ａにより測定される。
【０００８】なお、伝搬時間測定回路７ｂには発振回路
５の発信の際に信号が入力されているので、伝搬時間測
定回路７ｂは、この信号と前記超音波の受信の際の信号
の時間差により全伝搬時間ｔを測定する。また、演算回
路８は、伝搬時間測定回路７ａ，７ｂからの上下流方向
伝搬時間差△ｔと全伝搬時間ｔの信号を受けて流速ｖを
出力する。流速ｖは管路内径ｄ、超音波入射角θを用い
て次の（１）式により得られる。
【０００９】
【数１】
【００１０】ここでｔｏは被測定流体以外での伝搬時間
である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波計測装置
は以上のように構成されているので、測定に全伝搬時間
を用いている。しかし、この測定した全伝搬時間には伝
音材中の伝搬時間が含まれているため、伝音材の温度が
変わると伝音材の伝搬時間が変化して測定に誤差が生じ
る課題があった。
【００１２】又、従来の超音波計測装置は以上のように
構成され、測定パラメータに管路内径ｄが含まれている
が、この管路内径ｄは一定または被測定流体の温度Ｔ１
によって決まる値を用いているため、被測定流体の温度
Ｔ１と管路壁２ａ，２ｂの温度Ｔ２が異なる場合には誤
差が生じる課題があった。
【００１３】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、伝音材の温度の温度変化、被
測定流体の温度Ｔ１と管路壁２ａ，２ｂの温度Ｔ２の差
に拘わりなく精度良く被測定流体の流速、温度等を測定
できる超音波計測装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る超
音波計測装置は、被測定流体が流れる管路と、この管路
の両側外壁にそれぞれ所定の角度で設けられ、且つ、長
手方向の所定箇所に反射溝を有する超音波伝達用の伝音
材およびこの伝音材の管側端部に伝音材を伝達してきた
超音波を反射するように設けた反射材と、前記各伝音材
の先端に設けた超音波送受信子、一方の超音波送受信子
で送信された超音波の送信時間と他方の超音波送受信子
で受信された超音波の受信時間より超音波が前記管路を
透過して伝搬する全透過伝搬時間、伝音材により伝達さ
れた超音波が反射溝及び反射材により超音波送受信子に
反射伝搬される反射伝搬時間を測定する伝搬時間測定回
路と、この伝搬時間測定回路による各測定時間に基づき
被測定流体の流速および温度を演算する演算回路とを備
えたものである。
【００１５】請求項２の発明に係る超音波計測装置は、
伝音材は反射溝を無くして反射材と同長にし、伝搬時間
測定回路は、一方の超音波送受信子で送信された超音波
の送信時間と他方の超音波送受信子で受信された超音波
の受信時間より超音波が前記管路を透過して伝搬する全
透過伝搬時間、伝音材により伝達された超音波が反射材
により超音波送受信子に反射伝搬される反射伝搬時間を
測定するものである。
【００１６】請求項３の発明に係る超音波計測装置は、
各反射材は先端に超音波受信子を備え、伝搬時間測定回
路は、一方の超音波送受信子で送信された超音波の送信
時間と他方の超音波送受信子で受信された超音波の受信
時間より超音波が前記管路を透過して伝搬する全透過伝
搬時間、伝音材により伝達された超音波が反射材に伝搬
される透過伝搬時間を測定し、演算回路は前記伝搬時間
測定回路による各測定時間に基づき被測定流体の流速お
よび温度を演算するものである。
【００１７】請求項４の発明に係る超音波計測装置は、
被測定流体が流れる管路と、この管路の両側外壁にそれ
ぞれに対向する位置に設けられ、且つ、管路側端部に反
射溝を形成した一対の伝音材と、これら各伝音材の先端
に設けた超音波送受信子、一方の超音波送受信子で送信
された超音波の送信時間と他方の超音波送受信子で受信
された超音波の受信時間より超音波が前記管路を透過し
て伝搬する全透過伝搬時間、伝音材により伝達された超
音波が反射溝により超音波送受信子に反射伝搬される反
射伝搬時間を測定する伝搬時間測定回路と、この伝搬時
間測定回路による各測定時間に基づき被測定流体の温度
を演算する演算回路とを備えたものである。
【００１８】請求項５の発明に係る超音波計測装置は、
被測定流体が流れる管路と、この管路の両側外壁にそれ
ぞれに対向する位置に設けられた一対の超音波送受信
子、一方の超音波送受信子で送信された超音波の送信時
間と他方の超音波送受信子で受信された超音波の受信時
間より超音波が前記管路を透過して伝搬する全透過伝搬
時間、超音波送受信子により伝達された超音波が管路外
壁により超音波送受信子に反射伝搬される反射伝搬時間
を測定する伝搬時間測定回路と、この伝搬時間測定回路
による各測定時間に基づき被測定流体の温度を演算する
演算回路とを備えたものである。
【００１９】請求項６の発明に係る超音波計測装置は、
演算回路が伝音材と管壁の透過伝搬時間から、管路内径
および被測定流体の温度を求めるものである。
【００２０】請求項７の発明に係る音波計測装置は、演
算回路が被測定流体の温度と管路壁の温度の差が設定値
を超えた時、管路壁の温度から管内径の補正を行い、被
測定流体の温度を求めるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は本実施の
形態に係る超音波計測装置の基本構成図である。図にお
いて、１は被測定流体、２ａ，２ｂは被測定流体が流れ
る管路の管壁、３ａ，３ｂは超音波を伝達する伝音材、
４ａ，４ｂは超音波送受信子である。伝音材３ａ，３ｂ
において、１０ａ，１０ｂは反射溝、１１ａ，１１ｂは
反射材である。
【００２２】また、図において、５は超音波送受信子４
ａ，４ｂにおいて、超音波送信を行うための発振回路で
あり、９は超音波の送信時と受信時との回路接続の切り
換えを行う切換回路である。６は超音波送受信子４ａ，
４ｂからの信号を増幅する増幅回路であり、７は発振回
路５による送信時から増幅回路６による受信時までの超
音波伝搬時間を測定する伝搬時間測定回路、８は被測定
流体１の流速Ｖおよび温度Ｔを演算する演算回路であ
る。
【００２３】次に本実施の形態の動作について説明す
る。発振回路５によって、切換回路９を通り超音波送受
信子４ａから送信された超音波は伝音材３ａ、管壁２
ａ、被測定流体１、管壁２ｂ、伝音材３ｂを通って超音
波送受信子４ｂによって受信され、同じく切換回路９を
通して増幅器６に入力されて増幅された後、伝搬時間測
定回路７によって上流方向全透過伝搬時間ｔＵとして測
定される。
【００２４】同様に超音波送受信子４ａから送信された
超音波は伝音材３ａを通って反射溝１０ａで反射され、
超音波送受信子４ａで受信された後、増幅器６によって
増幅され伝搬時間測定回路７によって、反射溝１０ａま
での片道反射伝搬時間ｔ10aとして測定される。
【００２５】同様に超音波送受信子４ａから送信された
超音波は伝音材３ａを通って反射材１１ａで反射され、
超音波送受信子４ａで受信された後、切換回路９を通し
て増幅器６に入力されて増幅され、伝搬時間測定回路７
によって反射材１１ａまでの片道反射伝搬時間ｔ11aと
して測定される。
【００２６】次に発振回路５により切換回路９を通り、
超音波送受信子４ｂから送信された超音波は伝音材３
ｂ、管壁２ｂ、被測定流体１、管壁２ａ、伝音材３ａを
通って超音波送受信子４ａによって受信され、切換回路
９を通して増幅器６に入力されて増幅された後、伝搬時
間測定回路７によって下流方向全透過伝搬時間ｔＤとし
て測定される。
【００２７】同様に超音波送受信子４ｂから送信された
超音波は伝音材３ｂを通って反射溝１０ｂで反射され、
超音波送受信子４ｂで受信された後、切換回路９を通し
て増幅器６に入力されて増幅され、伝搬時間測定回路７
によって反射溝１０ｂでの片道反射伝搬時間ｔ10bとし
て測定される。
【００２８】同様に超音波送受信子４ｂから送信された
超音波は伝音材３ｂを通って反射材１１ｂで反射され、
超音波送受信子４ｂで受信された後、切換回路９を通し
て増幅器６に入力されて増幅され、伝播時間測定回路７
によって反射材１１ｂまでの片道反射伝搬時間ｔ11bと
して測定される。
【００２９】以上の全透過伝搬時間ｔＵ、ｔＤ、片道反
射伝搬時間ｔ10a，ｔ11a，ｔ10b，ｔ11bを用いて演算回
路８により、流速ｖ及び温度Ｔが下記（２）、（３）式
により演算出力される。
【００３０】
【数２】
【００３１】
【数３】
【００３２】ここで、ｅ，ｆは被測定流体中音速Ｃ１を
表わす定数で、Ｃ１＝ｅ−ｆＴである。
【００３３】実施の形態２．上記実施の形態１では、反
射溝１０ａ，１０ｂからの反射伝搬時間と反射材１１
ａ，１１ｂからの反射伝搬時間の各々の平均で伝音材３
ａ，３ｂ及び管壁中の伝搬時間を求める場合について述
べたが、図２に基本構成を示す超音波計測装置のよう
に、伝音材３ａ，３ｂと反射材１１ａ，１１ｂとを同長
にすることによって反射溝１０ａ，１０ｂをなくし、反
射材１１ａ，１１ｂからの反射時間のみから伝音材及び
管壁中の伝搬時間を求めることができ、測定手順を簡略
化することが可能となる。
【００３４】次に本実施の形態の動作について説明す
る。超音波送受信子４ａから超音波送受信子４ｂまでの
上流方向全透過伝搬時間ｔＵ、及び超音波送受信子４ｂ
から超音波送受信子４ａまでの下流方向全透過伝搬時間
ｔＤの測定は実施の形態１と同じである。
【００３５】又、超音波送受信子４ａから反射材１１ａ
までの片道反射伝搬時間ｔ11a及び超音波送受信子４ｂ
から反射材１１ｂまでの片道反射伝搬時間ｔ11bの測定
は実施の形態１と同じである。
【００３６】以上の全透過伝搬時間ｔＵ，ｔＤ、片道反
射伝搬時間ｔ11a，ｔ11bを用いて演算回路８により流速
ｖ及び温度Ｔが下記（４）、（５）（式により演算出力
される。
【００３７】
【数４】
【００３８】
【数５】
【００３９】実施の形態３．上記実施の形態２では、反
射材１１ａ，１１ｂからの反射時間から伝音材及び管壁
中の伝搬時間を求める場合について述べたが、図３に基
本構成を示す超音波計測装置のように、反射材１１ａ，
１１ｂに超音波送受信子４ｃ，４ｄを設け、超音波送受
信子４ａから超音波送受信子４ｃ、及び超音波送受信子
４ｂから超音波送受信子４ｄまでの透過伝搬時間から伝
音材及び管壁中の伝搬時間を求めても精度に優れた測定
が可能となる。
【００４０】次に本実施の形態の動作について説明す
る。超音波送受信子４ａから超音波送受信子４ｂまでの
上流方向全透過伝搬時間ｔＵ及び超音波送受信子４ｂか
ら超音波送受信子４ａまでの下流方向全透過伝搬時間ｔ
Ｄの測定は実施の形態１，２と同じである。一方、超音
波送受信子４ａから送信された超音波は伝音材３ａ、反
射材１１ａを通って超音波送受信子４ｃで受信された
後、増幅器６によって増幅され、伝搬時間測定回路７に
よって伝音材３ａ、反射材１１ａまでの透過伝搬時間ｔ
aとして測定される。
【００４１】同様に、超音波送受信子４ｂから送信され
た超音波は伝音材３ｂ、反射材１１ｂを通って超音波送
受信子４ｄで受信された後、増幅器６によって増幅さ
れ、伝搬時間測定回路７によって、伝音材３ｂ、反射材
１１ｂまでの透過伝搬時間ｔｂとして測定される。
【００４２】以上の全透過伝搬時間ｔＵ，ｔＤ、透過伝
搬時間ｔａ，ｔｂを用いて演算回路８により流速ｖ及び
温度Ｔが下記（６），（７）式により演算出力される。
【００４３】
【数６】
【００４４】
【数７】
【００４５】実施の形態４．図４に示す超音波計測装置
おいては、発振回路５の発信により超音波送受信子４ａ
から送信された超音波は伝音材３ａ、管壁２ａを通り、
超音波送受信子４ｂに受信され、この受信による信号は
増幅回路６、伝搬時間測定回路７に入力される。
【００４６】なお、伝搬時間測定回路７には、発信回路
５の発信の際に信号が入力されており、伝搬時間測定回
路７では、この信号と前記超音波受信の際の信号の時間
差により全透過伝搬時間ｔ１を測定する。
【００４７】同様に超音波送受信子４ａから送信された
超音波は伝音材３ａを通って管壁２ａ内面で反射され、
超音波送受信子４ａで受信された後、切換回路９によっ
て増幅回路６、伝搬時間測定回路７に入力され、片道反
射伝搬時間ｔ2aとして測定される。
【００４８】同様に超音波送受信子４ａから送信された
超音波は伝音材３ａを通って反射溝１０ａで反射され、
超音波送受信子４ａで受信された後、切換回路９によっ
て増幅回路６、伝搬時間測定回路７に入力され、片道反
射伝搬時間ｔ10aとして測定される。
【００４９】次に発振回路５によって切換回路９を通
り、超音波送受信子４ｂから送信された超音波は伝音材
３ｂを通り、管壁２ｂ内面で反射され、超音波送受信子
４ｂで受信された後、増幅回路６、伝搬時間測定回路７
に入力され、片道反射伝搬時間ｔ2bとして測定される。
【００５０】同様に超音波送受信子４ｂから送信された
超音波は伝音材３ｂを通り反射溝１０ｂで反射され、超
音波送受信子４ｂで受信された後、増幅回路６、伝搬時
間測定回路７に入力され、片道反射伝搬時間ｔ10bとし
て測定される。
【００５１】演算回路９は、伝搬時間測定回路７からの
全透過伝搬時間ｔ１と片道反射伝搬時間ｔ2a，ｔ2bの信
号を受けて被測定流体温度Ｔ１出力する。更に、温度Ｔ
１は管路内径ｄ、被測定流体１の音速定数ｅ１，ｆ１に
よって(８)式により得られる。
【００５２】 Ｔ１＝{ｅ１−ｄ／（ｔ１−ｔ2a−ｔ2b）}／ｆ１・・・・・・・・・・(８) ここで、被測定流体中音速ｃ１と定数ｅ１，ｆ１、温度
Ｔ１の関係は次の式で与えられる。
【００５３】 ｃ１＝ｅ１−ｆ１Ｔ１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(９)
【００５４】一方伝搬時間測定回路７からの片道反射伝
搬時間ｔ2a，ｔ2b，ｔ10a，ｔ10bの信号を受けて、演算
回路８は管路壁の温度Ｔ２を下記（１０）式のように出
力する。
【００５５】 Ｔ２＝（ｔ２ｅ２−ｇ２）／（ｔ２ｆ２＋ｈ２）・・・・・・・・・・・・・（ 10） ここで管路壁音速ｃ２＝ｅ２−ｆ２Ｔ２・・・・・・・・・・・・・・・・（11 ） 管路壁厚さ W＝ｇ２＋ｈ２Ｔ２・・・・・・・・・・・・・・・・・・（12） 管路壁平均伝搬時間 ｔ２＝{（ｔ2a−ｔ10a）＋（ｔ2b−ｔ10b）}／２・・・（ 13） 以上により管路内径ｄは次のように得られる。
【００５６】 ｄ＝ｇ＋ｈＴ２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（14） ここで、ｇ，ｈ、は管路壁の熱膨張を表わす定数であ
る。以上より、（10）式のＴ２を（14）式に代入し、
（14）式のｄを（８）式に代入することによって被測定
流体１の温度Ｔ１を求めることが出来る。
【００５７】実施の形態５．上記実施の形態４では、管
路壁２ａ内面と反射溝１０ａからの反射時間の差、及
び、管路壁２ｂ内面と反射溝１０ｂからの反射時間の差
との平均から管路壁温度Ｔ２を求める場合について述べ
たが、図５に示す超音波計測装置のように、伝音材３
ａ，３ｂをなくすか出来るだけ薄くして、管路壁内面か
らの反射時間のみから管路壁温度Ｔ２を求めることが出
来、測定手順を簡略化することが可能となる。
【００５８】次に本実施の形態の動作について説明す
る。超音波送受信子４ａから超音波送受信子４ｂまでの
全透過伝搬時間ｔ１の測定は実施の形態４と同じであ
る。又、超音波送受信子４ａから管壁２ａ内面までの片
道反射伝搬時間ｔ2aの測定、及び超音波送受信子４ｂか
ら管壁２ｂ内面までの片道反射伝搬時間ｔ2bの測定は実
施の形態４と同じである。ここで、片道反射伝搬時間の
平均は下記の（13´）式となる。
【００５９】 ｔ２＝（ｔ2a＋ｔ2b）／２・・・・・・・・・・・・・・・・・（13´）
【００６０】以上より、（13´）式のｔ２を（10）式に
代入し、（10）式のＴ２を（14）式に代入し、（14）式
のｄを（8）式に代入することによって、被測定流体１
の温度Ｔ１を求めることが出来る。
【００６１】実施の形態６．上記実施の形態１〜３にお
いて、流速ｖ、流体温度Ｔは、式（２）〜（７）に示す
ように管路内径ｄが含まれている。そこで、伝音材及び
管壁中の伝搬時間から管壁の温度を求め、熱膨張率の特
性から管路内径を求めることにより、熱膨張による管路
内径の変化に対する補正が可能となる。測定の方法は実
施の形態４、５の場合と同じである。
【００６２】すなわち、実施の形態３の例をとりあげて
説明すると、超音波送受信子から管路内壁面までの距離
Ｌと管壁の音速Ｃ2は各々温度の1次関数として表わされ
るので、伝搬時間の平均値（ｔａ＋ｔb）／４＝Ｌ／Ｃ2
から管壁温度Ｔ2が求められる。ここで、Ｌ＝ｇ´2＋ｈ
´2Ｔ2，ｃ2＝ｅ2−ｆ2Ｔ2 又、管路内径ｄも温度Ｔ2の一次関数ｄ＝ｇ＋ｈＴ2で表
わされるため、温度Ｔ2から管路内径ｄが求められる。
【００６３】実施の形態７．上記実施の形態４〜６にお
いては、管路壁温度から管路径を求めていたが、通常は
被測定流体中の伝搬時間から管路径及び被測定流体温度
を求めておき、被測定流体と管路壁の温度差が設定値よ
り大きくなった時に補正を行う。これにより、管路壁の
外部雰囲気の変化による部分的な微少変動による影響を
除いて、大きな温度差が生じた時のみ補正が可能とな
る。測定の方法は実施の形態４．５の場合と同じであ
る。
【００６４】すなわち、被測定流体温度Ｔ１は管路壁温
度Ｔ２との温度差ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２を用いて次のように
求められる。 Ｔ１＝（ｔｅ１−ｇ＋ｈΔＴ）／（ｔｆ１＋ｈ）	
（15） ここでｔは被測定流体中伝搬時間で、全伝搬時間ｔ１、
伝音材中伝搬時間ｔ2a，ｔ2bを用いてｔ＝ｔ１−ｔ2a−
ｔ2bで与えられる。
【００６５】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、被測定流体が
流れる管路と、この管路の両側外壁にそれぞれ所定の角
度で設けられ、且つ、長手方向の所定箇所に反射溝を有
する超音波伝達用の伝音材およびこの伝音材の管側端部
に伝音材を伝達してきた超音波を反射するように設けた
反射材と、前記各伝音材の先端に設けた超音波送受信
子、一方の超音波送受信子で送信された超音波の送信時
間と他方の超音波送受信子で受信された超音波の受信時
間より超音波が前記管路を透過して伝搬する全透過伝搬
時間、伝音材により伝達された超音波が反射溝及び反射
材により超音波送受信子に反射伝搬される反射伝搬時間
を測定する伝搬時間測定回路と、この伝搬時間測定回路
による各測定時間に基づき被測定流体の流速および温度
を演算する演算回路とを備えたので、被測定流体中のみ
の伝搬時間を求めることができ、測定誤差を軽減できる
という効果がある。
【００６６】請求項２の発明によれば、伝音材は反射溝
を無くして反射材と同長にし、伝搬時間測定回路は、一
方の超音波送受信子で送信された超音波の送信時間と他
方の超音波送受信子で受信された超音波の受信時間より
超音波が前記管路を透過して伝搬する全透過伝搬時間、
伝音材により伝達された超音波が反射材により超音波送
受信子に反射伝搬される反射伝搬時間を測定すること
で、反射材からの反射時間のみから伝音材及び管壁中の
伝搬時間を求めることができるため、測定手順を簡略化
できるという効果がある。
【００６７】請求項３の発明によれば、各反射材は先端
に超音波受信子を備え、伝搬時間測定回路は、一方の超
音波送受信子で送信された超音波の送信時間と他方の超
音波送受信子で受信された超音波の受信時間より超音波
が前記管路を透過して伝搬する全透過伝搬時間、伝音材
により伝達された超音波が反射材に伝搬される透過伝搬
時間を測定し、演算回路は前記伝搬時間測定回路による
各測定時間に基づき被測定流体の流速および温度を演算
することで、測定精度を向上させることができるという
効果がある。
【００６８】請求項４の発明によれば、被測定流体が流
れる管路と、この管路の両側外壁にそれぞれに対向する
位置に設けられ、且つ、管路側端部に反射溝を形成した
一対の伝音材と、これら各伝音材の先端に設けた超音波
送受信子、一方の超音波送受信子で送信された超音波の
送信時間と他方の超音波送受信子で受信された超音波の
受信時間より超音波が前記管路を透過して伝搬する全透
過伝搬時間、伝音材により伝達された超音波が反射溝に
より超音波送受信子に反射伝搬される反射伝搬時間を測
定する伝搬時間測定回路と、この伝搬時間測定回路によ
る各測定時間に基づき被測定流体の温度を演算する演算
回路とを備えたので、簡易な構成でしかも精度を保って
測定できるという効果がある。
【００６９】請求項５の発明によれば、被測定流体が流
れる管路と、この管路の両側外壁にそれぞれに対向する
位置に設けられた一対の超音波送受信子、一方の超音波
送受信子で送信された超音波の送信時間と他方の超音波
送受信子で受信された超音波の受信時間より超音波が前
記管路を透過して伝搬する全透過伝搬時間、超音波送受
信子により伝達された超音波が管路外壁により超音波送
受信子に反射伝搬される反射伝搬時間を測定する伝搬時
間測定回路と、この伝搬時間測定回路による各測定時間
に基づき被測定流体の温度を演算する演算回路とを備え
たので、装置および測定手順を簡略化できるという効果
がある。
【００７０】請求項６の発明によれば、演算回路は伝音
材と管壁の透過伝搬時間から管路内径を求めることで、
管路の熱膨張による管路内径の変化に対する補正が可能
になるという効果がある。
【００７１】請求項７の発明によれば、演算回路は被測
定流体の温度と管路壁の温度の差が設定値を超えた時、
管路壁の温度から管内径の補正を行い、高精度に被測定
流体の温度を求めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による超音波計測装
置を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態２による超音波計測装
置を示す構成図である。
【図３】 この発明の実施の形態３による超音波計測装
置を示す構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態４による超音波計測装
置を示す構成図である。
【図５】 この発明の実施の形態５による超音波計測装
置を示す構成図である。
【図６】 従来の超音波計測装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 被測定流体、２ａ，２ｂ 管路の管壁，３ａ，３ｂ
伝音材、４ａ〜４ｃ超音波送受信子、７ 伝搬時間測
定回路、８ 演算回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和高 修三 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2F035 DA14 DA19 2F056 VS03 VS04 VS06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被測定流体が流れる管路と、 この管路の両側外壁にそれぞれ所定の角度で設けられ、
    且つ、長手方向の所定箇所に反射溝を有する超音波伝達
    用の伝音材およびこの伝音材の管路側端部に前記伝音材
    を伝達してきた超音波を反射するように設けた反射材
    と、 前記各伝音材の先端に設けた超音波送受信子、一方の超
    音波送受信子で送信された超音波の送信時間と他方の超
    音波送受信子で受信された超音波の受信時間より超音波
    が前記管路を透過して伝搬する全透過伝搬時間、前記伝
    音材により伝達された超音波が前記反射溝及び反射材に
    より超音波送受信子に反射伝搬される反射伝搬時間を測
    定する伝搬時間測定回路と、 この伝搬時間測定回路による各測定時間に基づき被測定
    流体の流速および温度を演算する演算回路とを備えたこ
    とを特徴とする超音波計測装置。
  2. 【請求項２】 前記伝音材は反射溝を無くして反射材と
    同長にし、伝搬時間測定回路は、一方の超音波送受信子
    で送信された超音波の送信時間と他方の超音波送受信子
    で受信された超音波の受信時間より超音波が前記管路を
    透過して伝搬する全透過伝搬時間、前記伝音材により伝
    達された超音波が前記反射材により超音波送受信子に反
    射伝搬される反射伝搬時間を測定することを特徴とする
    請求項１に記載の超音波計測装置。
  3. 【請求項３】 前記各反射材は先端に超音波受信子を備
    え、伝搬時間測定回路は、一方の超音波送受信子で送信
    された超音波の送信時間と他方の超音波送受信子で受信
    された超音波の受信時間より前記管路を透過して伝搬す
    る全透過伝搬時間、伝音材により伝達された超音波が反
    射材に伝搬される透過伝搬時間を測定し、演算回路は前
    記伝搬時間測定回路による各測定時間に基づき被測定流
    体の流速および温度を演算することを特徴とする請求項
    ２に記載の超音波計測装置。
  4. 【請求項４】 被測定流体が流れる管路と、 この管路の両側外壁にそれぞれに対向する位置に設けら
    れ、且つ、管路側端部に反射溝を形成した一対の伝音材
    と、 これら各伝音材の先端に設けた超音波送受信子、一方の
    超音波送受信子で送信された超音波の送信時間と他方の
    超音波送受信子で受信された超音波の受信時間より前記
    管路を透過して伝搬する全透過伝搬時間、前記伝音材に
    より伝達された超音波が反射溝により超音波送受信子に
    反射伝搬される反射伝搬時間を測定する伝搬時間測定回
    路と、 この伝搬時間測定回路による各測定時間に基づき被測定
    流体の温度を演算する演算回路とを備えたことを特徴と
    する超音波計測装置。
  5. 【請求項５】 被測定流体が流れる管路と、 この管路の両側外壁にそれぞれに対向する位置に設けら
    れた一対の超音波送受信子と、 一方の超音波送受信子で送信された超音波の送信時間と
    他方の超音波送受信子で受信された超音波の受信時間よ
    り前記管路を透過して伝搬する全透過伝搬時間、超音波
    送受信子により伝達された超音波が管路外壁により超音
    波送受信子に反射伝搬される反射伝搬時間を測定する伝
    搬時間測定回路と、 この伝搬時間測定回路による各測定時間に基づき被測定
    流体の温度を演算する演算回路とを備えたことを特徴と
    する超音波計測装置。
  6. 【請求項６】 演算回路は、伝音材と管壁の透過伝搬時
    間から、管路内径および被測定流体の温度を求めること
    を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の超音
    波計測装置。
  7. 【請求項７】 演算回路、被測定流体の温度と管路壁の
    温度の差が設定値を超えた時、管路壁の温度から管内径
    の補正を行い、被測定流体の温度を求めることを特徴と
    する請求項６に記載の超音波計測装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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