JP2000205971A - 音響式ガス温度計測装置及びその方法 - Google Patents
音響式ガス温度計測装置及びその方法Info
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- JP2000205971A JP2000205971A JP11001583A JP158399A JP2000205971A JP 2000205971 A JP2000205971 A JP 2000205971A JP 11001583 A JP11001583 A JP 11001583A JP 158399 A JP158399 A JP 158399A JP 2000205971 A JP2000205971 A JP 2000205971A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 音響式ガス温度計測装置でガス流路内の温度
分布を得るとき、設置する受信器の数を低減する。 【解決手段】 発信器７からこの発信器７と対向する受
信器９への距離の異なる２以上の音波の伝播経路５３,
５５, ５７を伝播距離設定手段２３, ２５, ２７に設定
し、受信波検出手段１３, １５, １７で、この設定伝播
経路５３, ５５,５７を伝播してきた音波の受信波３１
を検出して、この受信波を検出した時間に基づいて各受
信波の伝播時間３９を計測し、この伝播時間３９に基づ
いて計測対象ガスの温度４７, ４９, ５１をガス温度演
算手段１９で求める。
分布を得るとき、設置する受信器の数を低減する。 【解決手段】 発信器７からこの発信器７と対向する受
信器９への距離の異なる２以上の音波の伝播経路５３,
５５, ５７を伝播距離設定手段２３, ２５, ２７に設定
し、受信波検出手段１３, １５, １７で、この設定伝播
経路５３, ５５,５７を伝播してきた音波の受信波３１
を検出して、この受信波を検出した時間に基づいて各受
信波の伝播時間３９を計測し、この伝播時間３９に基づ
いて計測対象ガスの温度４７, ４９, ５１をガス温度演
算手段１９で求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス体の温度計測
装置に係わり、特に、高温ガス中の音の伝播時間により
温度を求める音響式ガス温度計測装置に関する。
装置に係わり、特に、高温ガス中の音の伝播時間により
温度を求める音響式ガス温度計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】流路内を流れる高温ガスの温度を連続的
に計測する方法として、「ガス中の音の伝播を利用する
方法」に注目して、実用化が進められている。この方法
によりボイラ火炉などの高温ガス流の温度を精度よく計
測する音響式ガス温度計測装置が、特開平９−１６６５
０３号公報などに提案されている。一般に、音響式ガス
温度計測装置は、被計測ガスを挟んで計測音波の発信器
と受信器を設置し、これらを直接結ぶ伝播経路での計測
音波の伝播時間からガス温度を計算する。
に計測する方法として、「ガス中の音の伝播を利用する
方法」に注目して、実用化が進められている。この方法
によりボイラ火炉などの高温ガス流の温度を精度よく計
測する音響式ガス温度計測装置が、特開平９−１６６５
０３号公報などに提案されている。一般に、音響式ガス
温度計測装置は、被計測ガスを挟んで計測音波の発信器
と受信器を設置し、これらを直接結ぶ伝播経路での計測
音波の伝播時間からガス温度を計算する。
【０００３】このような音響式ガス温度計測装置は、 （１）非接触 （２）輻射熱の影響を受けにくい （３）遅れが存在しない（計測系に熱容量が介在しな
い） （４）伝播経路上の平均温度を計測 （５）数秒間隔での連続計測が可能 などの特徴をもち、発電用大型ボイラなどのガス温度計
測への適用に好適である。
い） （４）伝播経路上の平均温度を計測 （５）数秒間隔での連続計測が可能 などの特徴をもち、発電用大型ボイラなどのガス温度計
測への適用に好適である。
【０００４】ところで、このような音響式ガス温度計測
装置では高温ガスの流路内の温度分布を得ることができ
る。すなわち、被計測ガスを囲む２以上の側壁に複数組
の発信器と受信器を設け、発信器からの計測音波を対応
する受信器で受け、計測音波の伝播時間から、組となる
発信器と受信器を結ぶ複数の伝播経路上のガス温度を計
測して、温度分布を得る。また、このような方法では、
複数の発信器と受信器の組が必要になるが、特開平２−
８０９２２号公報などでは、１個の発信器からの音波を
複数の受信器で受信する方法が提案されている。
装置では高温ガスの流路内の温度分布を得ることができ
る。すなわち、被計測ガスを囲む２以上の側壁に複数組
の発信器と受信器を設け、発信器からの計測音波を対応
する受信器で受け、計測音波の伝播時間から、組となる
発信器と受信器を結ぶ複数の伝播経路上のガス温度を計
測して、温度分布を得る。また、このような方法では、
複数の発信器と受信器の組が必要になるが、特開平２−
８０９２２号公報などでは、１個の発信器からの音波を
複数の受信器で受信する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の音響式
ガス温度計測装置では、ガス流路内の温度分布を得る場
合、１個の発信器に対して複数の受信器を設置する必要
がある。一般に、音響式ガス温度計測装置を設置する高
温ガス流路の側壁は、耐火材や冷却水路などで構成され
る。したがって、側壁に発信器や受信器を取り付けるた
めの開口を設けるとき、冷却水路の曲げ加工が必要とな
る上、熱負荷の偏りなども考慮せねばならず、発信器や
受信器の数が多くなれば、設置コストの増大、設置作業
が煩雑化するなどの問題がある。このため、受信器の数
の低減が求められている。
ガス温度計測装置では、ガス流路内の温度分布を得る場
合、１個の発信器に対して複数の受信器を設置する必要
がある。一般に、音響式ガス温度計測装置を設置する高
温ガス流路の側壁は、耐火材や冷却水路などで構成され
る。したがって、側壁に発信器や受信器を取り付けるた
めの開口を設けるとき、冷却水路の曲げ加工が必要とな
る上、熱負荷の偏りなども考慮せねばならず、発信器や
受信器の数が多くなれば、設置コストの増大、設置作業
が煩雑化するなどの問題がある。このため、受信器の数
の低減が求められている。
【０００６】本発明の課題は、受信器の数を低減するこ
とができる音響式ガス温度計測装置及びその方法を提供
することである。
とができる音響式ガス温度計測装置及びその方法を提供
することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の音響式ガス温度
計測装置は、以下の手段により上記課題を解決する。
計測装置は、以下の手段により上記課題を解決する。
【０００８】発信器から該発信器と対向する受信器への
距離の異なる２以上の音波の伝播経路を設定し、該設定
伝播経路を伝播してきた前記音波の受信波を検出し、該
受信波を検出した時間に基づいて各受信波の伝播時間を
計測し、該伝播時間に基づいて計測対象ガスの温度を演
算により求める。
距離の異なる２以上の音波の伝播経路を設定し、該設定
伝播経路を伝播してきた前記音波の受信波を検出し、該
受信波を検出した時間に基づいて各受信波の伝播時間を
計測し、該伝播時間に基づいて計測対象ガスの温度を演
算により求める。
【０００９】発信器から発した音波は、直接受信器に到
達する伝播経路、側壁で反射して受信器に到達する様々
な伝播経路を経て受信器で受信される。そして、最も距
離の短い直接受信器に到達する伝播経路をへた音波が、
時間的に最も早く受信器に到達し、以降、側壁での反射
回数が少なく、かつ、距離の短い伝播経路を経た音波か
ら順次受信器に到達する。したがって、この方法のよう
に、設定伝播経路の距離の短いものから順次、受信波の
検出時間の早いもの、すなわち、伝播時間の短いものに
対応させて行くことで、各伝播経路を経た受信波の伝播
距離と伝播時間が得られ、その伝播経路上の平均ガス温
度を算出することができる。したがって、１対の発信器
と受信器によって、温度計測用の音波の複数の伝播経路
上のガス温度、つまり、ガス流路内の温度分布を得られ
るため、受信器の数を低減できる。
達する伝播経路、側壁で反射して受信器に到達する様々
な伝播経路を経て受信器で受信される。そして、最も距
離の短い直接受信器に到達する伝播経路をへた音波が、
時間的に最も早く受信器に到達し、以降、側壁での反射
回数が少なく、かつ、距離の短い伝播経路を経た音波か
ら順次受信器に到達する。したがって、この方法のよう
に、設定伝播経路の距離の短いものから順次、受信波の
検出時間の早いもの、すなわち、伝播時間の短いものに
対応させて行くことで、各伝播経路を経た受信波の伝播
距離と伝播時間が得られ、その伝播経路上の平均ガス温
度を算出することができる。したがって、１対の発信器
と受信器によって、温度計測用の音波の複数の伝播経路
上のガス温度、つまり、ガス流路内の温度分布を得られ
るため、受信器の数を低減できる。
【００１０】また、設定伝播経路は、少なくとも前記発
信器から前記受信器に直接伝播する経路を含めるように
すれば、ガス流路内の中心部の温度と周辺部の温度を得
ることができるので好ましい。
信器から前記受信器に直接伝播する経路を含めるように
すれば、ガス流路内の中心部の温度と周辺部の温度を得
ることができるので好ましい。
【００１１】また、温度計測対象のガスを囲む側壁に対
向させて設けた１対の発信器と受信器と、発信器から発
信する音波の受信器への距離の異なる２以上の伝播経路
を設定する伝播経路設定手段と、この設定伝播経路を伝
播してきた音波の受信波を検出し、この検出時間に基づ
いて各受信波の伝播時間を計測する受信波検出手段と、
この伝播時間に基づいて計測対象ガスの温度を演算によ
り求めるガス温度演算手段とを音響式ガス温度計測装置
に備える。
向させて設けた１対の発信器と受信器と、発信器から発
信する音波の受信器への距離の異なる２以上の伝播経路
を設定する伝播経路設定手段と、この設定伝播経路を伝
播してきた音波の受信波を検出し、この検出時間に基づ
いて各受信波の伝播時間を計測する受信波検出手段と、
この伝播時間に基づいて計測対象ガスの温度を演算によ
り求めるガス温度演算手段とを音響式ガス温度計測装置
に備える。
【００１２】このように装置を構成すれば、受信波検出
手段で検出した異なる経路で伝播してきた各受信波の伝
播時間と伝播経路設定手段に設定された伝播経路の距離
とを対応づけて、ガス温度演算手段でその経路の平均ガ
ス温度を算出することができる。すなわち、１対の発信
器と受信器によって、温度計測音波の複数の伝播経路上
の平均ガス温度、つまり、ガス流路内の温度分布を得ら
れるため、受信器の数を低減できる。
手段で検出した異なる経路で伝播してきた各受信波の伝
播時間と伝播経路設定手段に設定された伝播経路の距離
とを対応づけて、ガス温度演算手段でその経路の平均ガ
ス温度を算出することができる。すなわち、１対の発信
器と受信器によって、温度計測音波の複数の伝播経路上
の平均ガス温度、つまり、ガス流路内の温度分布を得ら
れるため、受信器の数を低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明を適用してなる音響式ガス
温度計測装置の一実施形態を図１及び図２を参照して説
明する。図１は、本発明を適用してなる音響式ガス温度
計測装置の一実施形態の構成図である。図２は、受信信
号波形を示す図である。本実施形態の音響式ガス温度計
測装置は、図１のように、高温の被計測ガス１の断面が
長方形の流路３を構成する側壁５に設けられた開口に取
り付けられた発信器７、発信器７に対向させて設けられ
た受信器９、そして、温度計測制御装置１１などから構
成される。なお、本実施形態では、流路３は、側壁５か
らなる長方形の断面形状を有し、発信器７と受信器９
は、この長方形の一辺の中心部に位置するように設置さ
れている。温度計測制御装置１１は、受信波検出手段と
して受信器９に対して順次接続されているＡ／Ｄ変換器
１３、デジタルフィルタ１５、計測音波検出器１７、ガ
ス温度演算手段として計測音波検出器１７に接続される
ガス温度演算器１９、音波の発信と受信などを制御する
ため、発信器７、Ａ／Ｄ変換器１３、計測音波検出器１
７などに接続されているコントローラ２１、そして、伝
播距離設定手段としてガス温度演算器１９に接続される
伝播距離設定器２３, ２５, ２７などからなる。
温度計測装置の一実施形態を図１及び図２を参照して説
明する。図１は、本発明を適用してなる音響式ガス温度
計測装置の一実施形態の構成図である。図２は、受信信
号波形を示す図である。本実施形態の音響式ガス温度計
測装置は、図１のように、高温の被計測ガス１の断面が
長方形の流路３を構成する側壁５に設けられた開口に取
り付けられた発信器７、発信器７に対向させて設けられ
た受信器９、そして、温度計測制御装置１１などから構
成される。なお、本実施形態では、流路３は、側壁５か
らなる長方形の断面形状を有し、発信器７と受信器９
は、この長方形の一辺の中心部に位置するように設置さ
れている。温度計測制御装置１１は、受信波検出手段と
して受信器９に対して順次接続されているＡ／Ｄ変換器
１３、デジタルフィルタ１５、計測音波検出器１７、ガ
ス温度演算手段として計測音波検出器１７に接続される
ガス温度演算器１９、音波の発信と受信などを制御する
ため、発信器７、Ａ／Ｄ変換器１３、計測音波検出器１
７などに接続されているコントローラ２１、そして、伝
播距離設定手段としてガス温度演算器１９に接続される
伝播距離設定器２３, ２５, ２７などからなる。
【００１４】このように構成される音響式ガス温度計測
装置の温度計測時の作動と、本発明の特徴部について以
下に説明する。コントローラ２１が、所定の音波を発信
器７より発信するため、発信音波信号２９を送出する。
発信音波信号２９は、発信器７から計測音波として送出
される。計測音波は、発信器７から直接、または、側壁
５の内表面に反射して、受信器２５に到達する。
装置の温度計測時の作動と、本発明の特徴部について以
下に説明する。コントローラ２１が、所定の音波を発信
器７より発信するため、発信音波信号２９を送出する。
発信音波信号２９は、発信器７から計測音波として送出
される。計測音波は、発信器７から直接、または、側壁
５の内表面に反射して、受信器２５に到達する。
【００１５】一方、温度計測制御装置１１では、Ａ／Ｄ
変換器１３が、コントローラ２１からの発信音波信号２
９を受け、直ちに、もしくは、一定時間後に、受信器７
の受信音波信号３１を、予め定めるサンプル周期でデジ
タルデータ列３３に変換する。その後、計測音波及び周
辺雑音の性質（周波数、変調信号の特性、自己相関性な
ど）を考慮したデジタルフィルタ１５を通した受信波波
形３５が計測音波検出器１７に入力される。このとき、
受信音波信号３１に含まれる雑音成分が計測音波成分よ
りも十分に小さい場合は、デジタルフィルタ１５は省略
可能であるが、伝播経路上の減衰が大きく、また周囲の
騒音も大きい環境下においては信号対雑音比（ＳＮ比）
の改善のため、種々のデジタルフィルタが使用される。
なお、Ａ／Ｄ変換器１３の前にアナログフィルタを前置
する場合や、デジタルフィルタを使用せず、アナログフ
ィルタのみで処理する場合もある。
変換器１３が、コントローラ２１からの発信音波信号２
９を受け、直ちに、もしくは、一定時間後に、受信器７
の受信音波信号３１を、予め定めるサンプル周期でデジ
タルデータ列３３に変換する。その後、計測音波及び周
辺雑音の性質（周波数、変調信号の特性、自己相関性な
ど）を考慮したデジタルフィルタ１５を通した受信波波
形３５が計測音波検出器１７に入力される。このとき、
受信音波信号３１に含まれる雑音成分が計測音波成分よ
りも十分に小さい場合は、デジタルフィルタ１５は省略
可能であるが、伝播経路上の減衰が大きく、また周囲の
騒音も大きい環境下においては信号対雑音比（ＳＮ比）
の改善のため、種々のデジタルフィルタが使用される。
なお、Ａ／Ｄ変換器１３の前にアナログフィルタを前置
する場合や、デジタルフィルタを使用せず、アナログフ
ィルタのみで処理する場合もある。
【００１６】計測音波検出器１７では、次のいずれかの
手段を用い、入力波形より計測音波の到来時刻が検出さ
れる。 ａ）入力波形があらかじめ定めた閾値を超えるピークの
出現時刻を計測音波到来時刻とする。 ｂ）入力波形のうち、あらかじめ定めた閾値を超える振
幅を有するピークの出現時刻を音波到来時刻とする。な
お、いずれの場合も計算処理量の低減のため、検出範囲
をあらかじめ定めた時刻範囲（音波が到達する可能性が
ある最も早い時刻と最も遅い時刻の間）に限定する場合
がある。検出した計測音波到来時刻から、コントローラ
からの計測音波発信時刻３７を差し引いて、発信器７か
ら受信器９への計測音波の伝播時間３９（τ）を算出す
る。
手段を用い、入力波形より計測音波の到来時刻が検出さ
れる。 ａ）入力波形があらかじめ定めた閾値を超えるピークの
出現時刻を計測音波到来時刻とする。 ｂ）入力波形のうち、あらかじめ定めた閾値を超える振
幅を有するピークの出現時刻を音波到来時刻とする。な
お、いずれの場合も計算処理量の低減のため、検出範囲
をあらかじめ定めた時刻範囲（音波が到達する可能性が
ある最も早い時刻と最も遅い時刻の間）に限定する場合
がある。検出した計測音波到来時刻から、コントローラ
からの計測音波発信時刻３７を差し引いて、発信器７か
ら受信器９への計測音波の伝播時間３９（τ）を算出す
る。
【００１７】ここで、音波がガス中を伝播する速度、す
なわち音速ｃ（ｍ／ｓ）は、ガスの温度Ｔ（Ｋ）により
変化し、次式で表される。
なわち音速ｃ（ｍ／ｓ）は、ガスの温度Ｔ（Ｋ）により
変化し、次式で表される。
【００１８】
【数１】
【００１９】ここで、αはガスの組成で決まる定数であ
る。音の伝播時間をτ（ｓ）、伝播距離をＬ（ｍ）とす
ると、（１）式を変形して、
る。音の伝播時間をτ（ｓ）、伝播距離をＬ（ｍ）とす
ると、（１）式を変形して、
【００２０】
【数２】
【００２１】が得られる。ガス温度演算器１９は、
（２）式に、計測音波検出器１７からの伝播時間３９と
伝播距離設定器２３, ２５, ２７からの伝播経路長４
１, ４３, ４５を代入することでガス温度４７, ４９,
５１を算出する。
（２）式に、計測音波検出器１７からの伝播時間３９と
伝播距離設定器２３, ２５, ２７からの伝播経路長４
１, ４３, ４５を代入することでガス温度４７, ４９,
５１を算出する。
【００２２】ところで、本発明者は、音響式ガス温度計
測法を様々な設備に適用する中で、多くの場合、従来の
技術で温度を算出するために用いている発信器から受信
器に直接伝播した計測音波の受信波、すなわち、最も早
く現われる主ピークの後に、幾つもの従ピークが現われ
ることに気づいた。また、発信器から受信器に直接伝播
する伝播経路５３、すなわち、最短の伝播経路５３に平
行する壁が存在する場合に、特に、従ピークが大きくな
ることがわかった。このため、本発明者は、図１のよう
な長方形の断面形状を有する流路３において、従ピーク
は、最短の伝播経路５３に平行な側壁５の内表面により
反射された計測音波に対応するものであること、また、
最短の伝播経路５３に平行な側壁５の一方の内表面の中
央部で１回反射して受信器に到達する伝播経路５５と最
短経路５３に平行な側壁５の他方の内表面の中央部で１
回反射して受信器に到達する伝播経路５７とは、距離が
等しいため、同位相で受信器に到達することを推定し
た。この推定を検証するため、複数のガス温度における
伝播経路５５, ５７を伝播する計測音波の伝播時間を
（２）式から算出し、この値と、音響式ガス温度計測装
置での受信信号の波形の従ピークの出現時間とを比較し
たところ、両者がよく一致し推定が正しいことがわかっ
た。このことから、温度計測を行ないたいｎ個（ｎ＞
０）の伝播経路を設定し、この設定した伝播経路の距離
の短いものから順にＬ1, Ｌ2, Ｌ3, …, Ｌnとすると、
これに対して、ピークの出現の早いもの、すなわち、伝
播時間の短いものから順にτ1,τ2,τ3, …,τnを対応
付けることができ、これらの対応する距離Ｌnと伝播時
間τnを（２）式に代入することで、その伝播経路上の
平均ガス温度を求めることができる。
測法を様々な設備に適用する中で、多くの場合、従来の
技術で温度を算出するために用いている発信器から受信
器に直接伝播した計測音波の受信波、すなわち、最も早
く現われる主ピークの後に、幾つもの従ピークが現われ
ることに気づいた。また、発信器から受信器に直接伝播
する伝播経路５３、すなわち、最短の伝播経路５３に平
行する壁が存在する場合に、特に、従ピークが大きくな
ることがわかった。このため、本発明者は、図１のよう
な長方形の断面形状を有する流路３において、従ピーク
は、最短の伝播経路５３に平行な側壁５の内表面により
反射された計測音波に対応するものであること、また、
最短の伝播経路５３に平行な側壁５の一方の内表面の中
央部で１回反射して受信器に到達する伝播経路５５と最
短経路５３に平行な側壁５の他方の内表面の中央部で１
回反射して受信器に到達する伝播経路５７とは、距離が
等しいため、同位相で受信器に到達することを推定し
た。この推定を検証するため、複数のガス温度における
伝播経路５５, ５７を伝播する計測音波の伝播時間を
（２）式から算出し、この値と、音響式ガス温度計測装
置での受信信号の波形の従ピークの出現時間とを比較し
たところ、両者がよく一致し推定が正しいことがわかっ
た。このことから、温度計測を行ないたいｎ個（ｎ＞
０）の伝播経路を設定し、この設定した伝播経路の距離
の短いものから順にＬ1, Ｌ2, Ｌ3, …, Ｌnとすると、
これに対して、ピークの出現の早いもの、すなわち、伝
播時間の短いものから順にτ1,τ2,τ3, …,τnを対応
付けることができ、これらの対応する距離Ｌnと伝播時
間τnを（２）式に代入することで、その伝播経路上の
平均ガス温度を求めることができる。
【００２３】本実施形態では、ガス流路中心部を通る伝
播経路上の平均ガス温度を流路全体のガス温度として扱
いうるか否かを判定するために、ガス流路中心部を通る
伝播経路上の平均ガス温度に対する周辺部の温度差の有
無（程度）を調べるために温度計測を行なう場合を示し
ている。したがって、伝播経路として、ガス流路中心部
を通る伝播経路、すなわち、発信器７から受信器９に直
接伝播する伝播経路５３、ガス流路の周辺部を通る伝播
経路、すなわち、伝播経路５３に平行な側壁５の内表面
の中央部で１回反射して受信器に到達する等距離の２つ
の伝播経路５５, ５７を設定している。本実施形態で
は、伝播経路５５, ５７の距離は、発信器７から側壁５
の内表面の反射点までの距離とこの反射点から受信器９
までの距離が等しいため、幾何学的に算出できる。この
ようにして求められた、伝播経路５３, ５５, ５７の距
離４１, ４３を各々伝播経路設定器２３, ２５に設定し
ている。
播経路上の平均ガス温度を流路全体のガス温度として扱
いうるか否かを判定するために、ガス流路中心部を通る
伝播経路上の平均ガス温度に対する周辺部の温度差の有
無（程度）を調べるために温度計測を行なう場合を示し
ている。したがって、伝播経路として、ガス流路中心部
を通る伝播経路、すなわち、発信器７から受信器９に直
接伝播する伝播経路５３、ガス流路の周辺部を通る伝播
経路、すなわち、伝播経路５３に平行な側壁５の内表面
の中央部で１回反射して受信器に到達する等距離の２つ
の伝播経路５５, ５７を設定している。本実施形態で
は、伝播経路５５, ５７の距離は、発信器７から側壁５
の内表面の反射点までの距離とこの反射点から受信器９
までの距離が等しいため、幾何学的に算出できる。この
ようにして求められた、伝播経路５３, ５５, ５７の距
離４１, ４３を各々伝播経路設定器２３, ２５に設定し
ている。
【００２４】本実施形態では、伝播経路５５と伝播経路
５７が等距離であるため、伝播経路５５と伝播経路５７
を経て受信器９に到達した計測音波は、同位相で受信さ
れる。このため、受信波の振幅は大きくなり、良好な信
号対雑音被（ＳＮ比）が得られる。図２に示されるよう
に、最短の伝播経路５３を経た計測音波による主ピーク
６１と、伝播経路５５と伝播経路５７を経た計測音波に
よる従ピーク６３は、同等の大きさを有している。本実
施形態では、設定した伝播経路を経た計測音波を示す２
つのピークが十分なＳＮ比となる大きなピークである。
このため、適当なピーク検出閾値６５を設定し、計測音
波検出器１７は、この閾値６５を超えるピークを計測音
波の到来時刻として出現時刻順にｎ個採用し、各々のピ
ークの伝播時間を求める。したがって、図２では、計測
音波検出器１７は、最初のピーク６１の検出時刻、すな
わち、直接の伝播経路５３を経た計測音波の到来時刻ｔ
1から計測音波発信時刻ｔ0を差し引いて伝播時間τ1を
求め、ガス温度演算器１９に送る。ガス温度演算器１９
では、最も早く伝播した計測音波の伝播時間τ1に対し
て、伝播距離設定器２３, ２５から送られてきた距離４
１, ４３の中から図１における直接の伝播経路５３の距
離４１（Ｌ1）を選択し、（２）式より伝播経路５３の
平均ガス温度を算出する。続けて、ピーク６１の次に現
われるピーク６３の検出時刻、すなわち、反射による伝
播経路５５, ５７を経た計測音波の到来時刻ｔ2から計
測音波発信時刻ｔ0を減じて伝播時間τ2を求め、ガス温
度演算器１９に送る。ガス温度演算器１９では、２番目
に伝播した計測音波の伝播時間τ2に対して、伝播距離
設定器２３, ２５から送られてきた距離４１, ４３の中
から図１における反射による伝播経路５５, ５７の距離
４３（Ｌ2）を選択し、（２）式より伝播経路５５, ５
７の平均ガス温度を算出する。この場合、伝播経路５５
と伝播経路５７は、等距離であるため、伝播経路５５,
５７を合わせた平均ガス温度、すなわち、流路３の周辺
部の平均ガス温度が算出される。
５７が等距離であるため、伝播経路５５と伝播経路５７
を経て受信器９に到達した計測音波は、同位相で受信さ
れる。このため、受信波の振幅は大きくなり、良好な信
号対雑音被（ＳＮ比）が得られる。図２に示されるよう
に、最短の伝播経路５３を経た計測音波による主ピーク
６１と、伝播経路５５と伝播経路５７を経た計測音波に
よる従ピーク６３は、同等の大きさを有している。本実
施形態では、設定した伝播経路を経た計測音波を示す２
つのピークが十分なＳＮ比となる大きなピークである。
このため、適当なピーク検出閾値６５を設定し、計測音
波検出器１７は、この閾値６５を超えるピークを計測音
波の到来時刻として出現時刻順にｎ個採用し、各々のピ
ークの伝播時間を求める。したがって、図２では、計測
音波検出器１７は、最初のピーク６１の検出時刻、すな
わち、直接の伝播経路５３を経た計測音波の到来時刻ｔ
1から計測音波発信時刻ｔ0を差し引いて伝播時間τ1を
求め、ガス温度演算器１９に送る。ガス温度演算器１９
では、最も早く伝播した計測音波の伝播時間τ1に対し
て、伝播距離設定器２３, ２５から送られてきた距離４
１, ４３の中から図１における直接の伝播経路５３の距
離４１（Ｌ1）を選択し、（２）式より伝播経路５３の
平均ガス温度を算出する。続けて、ピーク６１の次に現
われるピーク６３の検出時刻、すなわち、反射による伝
播経路５５, ５７を経た計測音波の到来時刻ｔ2から計
測音波発信時刻ｔ0を減じて伝播時間τ2を求め、ガス温
度演算器１９に送る。ガス温度演算器１９では、２番目
に伝播した計測音波の伝播時間τ2に対して、伝播距離
設定器２３, ２５から送られてきた距離４１, ４３の中
から図１における反射による伝播経路５５, ５７の距離
４３（Ｌ2）を選択し、（２）式より伝播経路５５, ５
７の平均ガス温度を算出する。この場合、伝播経路５５
と伝播経路５７は、等距離であるため、伝播経路５５,
５７を合わせた平均ガス温度、すなわち、流路３の周辺
部の平均ガス温度が算出される。
【００２５】このように、設定した複数の伝播経路の距
離の短いものから順に計測音波の検出時間の早いもの、
すなわち、伝播時間の短いものを対応させて行くこと
で、各伝播経路上の平均ガス温度を得ることができる。
すなわち、１対の発信器と受信器によってガス流路内の
温度分布を得られるため、受信器の数を低減できる。さ
らに、従来の１つの発信器に対して複数の受信器を設置
する必要がある音響式ガス温度計測装置では、側壁５に
他の機器類が取り付けられているような場合は、そこに
受信器が設置できないため、他の機器類が取り付けられ
ている場所と発信器を結ぶ伝播径路上のガス温度を得る
ことができない。しかし、本発明の音響式ガス温度計測
装置及びその方法を適用すれば、側壁５に他の機器類が
取り付けられているような場合でも、温度分布を得るこ
とができる。
離の短いものから順に計測音波の検出時間の早いもの、
すなわち、伝播時間の短いものを対応させて行くこと
で、各伝播経路上の平均ガス温度を得ることができる。
すなわち、１対の発信器と受信器によってガス流路内の
温度分布を得られるため、受信器の数を低減できる。さ
らに、従来の１つの発信器に対して複数の受信器を設置
する必要がある音響式ガス温度計測装置では、側壁５に
他の機器類が取り付けられているような場合は、そこに
受信器が設置できないため、他の機器類が取り付けられ
ている場所と発信器を結ぶ伝播径路上のガス温度を得る
ことができない。しかし、本発明の音響式ガス温度計測
装置及びその方法を適用すれば、側壁５に他の機器類が
取り付けられているような場合でも、温度分布を得るこ
とができる。
【００２６】また、本実施形態では、受信器７と受信器
９を流路３の断面において、側壁５からなる長方形の一
辺の中心部に位置するように設置したが、図３のよう
に、受信器７と受信器９を流路３の断面において、側壁
５からなる長方形の一辺の中心部よりも最短の伝播経路
５３に平行な側壁５の何れか一方に寄せて設置してもよ
い。この場合、図１の温度計測制御装置１１の計測音波
検出器１７は、受信信号波形５９の最初のピークの伝播
時間τ1に対して、伝播距離設定器２３, ２５,２７から
送られてきた距離４１, ４３, ４５の中から図３におけ
る最も短い伝播経路５３の距離４１（Ｌ1）を選択し、
（２）式より伝播経路５３の平均ガス温度を算出する。
続けて、次に現われるピークの伝播時間τ2に対して、
伝播距離設定器２３, ２５, ２７から送られてきた距離
４１, ４３, ４５の中から図３における２番目に短い伝
播経路６７の距離４３（Ｌ2）を選択し、（２）式より
伝播経路６７の平均ガス温度を算出する。さらに続け
て、３番目に現われるピークの伝播時間τ3に対して、
伝播距離設定器２３, ２５, ２７から送られてきた距離
４１, ４３, ４５の中から図３における３番目に短い伝
播経路６９の距離４３（Ｌ3）を選択し、（２）式より
伝播経路６９の平均ガス温度を算出する。このような発
信器と受信器の設置形態では、２つの従ピークの十分な
ＳＮ比が得られるように、計測音波の強度を適宜調整す
る必要がある。
９を流路３の断面において、側壁５からなる長方形の一
辺の中心部に位置するように設置したが、図３のよう
に、受信器７と受信器９を流路３の断面において、側壁
５からなる長方形の一辺の中心部よりも最短の伝播経路
５３に平行な側壁５の何れか一方に寄せて設置してもよ
い。この場合、図１の温度計測制御装置１１の計測音波
検出器１７は、受信信号波形５９の最初のピークの伝播
時間τ1に対して、伝播距離設定器２３, ２５,２７から
送られてきた距離４１, ４３, ４５の中から図３におけ
る最も短い伝播経路５３の距離４１（Ｌ1）を選択し、
（２）式より伝播経路５３の平均ガス温度を算出する。
続けて、次に現われるピークの伝播時間τ2に対して、
伝播距離設定器２３, ２５, ２７から送られてきた距離
４１, ４３, ４５の中から図３における２番目に短い伝
播経路６７の距離４３（Ｌ2）を選択し、（２）式より
伝播経路６７の平均ガス温度を算出する。さらに続け
て、３番目に現われるピークの伝播時間τ3に対して、
伝播距離設定器２３, ２５, ２７から送られてきた距離
４１, ４３, ４５の中から図３における３番目に短い伝
播経路６９の距離４３（Ｌ3）を選択し、（２）式より
伝播経路６９の平均ガス温度を算出する。このような発
信器と受信器の設置形態では、２つの従ピークの十分な
ＳＮ比が得られるように、計測音波の強度を適宜調整す
る必要がある。
【００２７】また、本実施形態では伝播経路の距離を幾
何学的に算出して設定したが、幾何学的に算出すること
が困難な場合には、常温（既知の温度）で計測音波の伝
播時間を求め、（２）式から設定伝播経路の距離を算出
することができる。
何学的に算出して設定したが、幾何学的に算出すること
が困難な場合には、常温（既知の温度）で計測音波の伝
播時間を求め、（２）式から設定伝播経路の距離を算出
することができる。
【００２８】また、本実施形態では、設定した３つの伝
播経路に対して伝播距離設定器を３器備えているが、伝
播距離設定器の数は、必要な伝播経路の数に応じて増減
できる。さらに、本実施形態では、伝播距離設定器を３
器の別個の機器として示したが、必要な数の伝播経路が
設定できる１つの機器にすることもできる。
播経路に対して伝播距離設定器を３器備えているが、伝
播距離設定器の数は、必要な伝播経路の数に応じて増減
できる。さらに、本実施形態では、伝播距離設定器を３
器の別個の機器として示したが、必要な数の伝播経路が
設定できる１つの機器にすることもできる。
【００２９】また、本実施形態では、断面形状が長方形
の流路へ適用した場合を示したが、その他の断面形状を
有する流路のガス温度計測にも適用することができる。
の流路へ適用した場合を示したが、その他の断面形状を
有する流路のガス温度計測にも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、音響式ガス温度計測装
置でガス流路内の温度分布を得るとき、受信器の数を低
減することができる。
置でガス流路内の温度分布を得るとき、受信器の数を低
減することができる。
【図１】本発明を適用してなる音響式ガス温度計測装置
の構成図である。
の構成図である。
【図２】受信信号波形と計測音波の受信器への到達時刻
を示した図である。
を示した図である。
【図３】本発明を適用してなる音響式ガス温度計測装置
の発信器と受信器の別の設置例を示した図である。
の発信器と受信器の別の設置例を示した図である。
１ 被計測ガス ３ 流路 ５ 側壁 ７ 発信器 ９ 受信器 １１ 温度計測制御装置 １３ Ａ／Ｄ変換器 １５ デジタルフィルタ １７ 計測音波検出器 １９ ガス温度演算器 ２１ コントローラ ２３, ２５, ２７ 伝播距離設定器 ２９ 発信音波信号 ３１ 受信音波信号 ３３ デジタルデータ列 ３５ 受信波波形 ３７ 計測音波発信時刻 ３９ 伝播時間 ４１ 伝播距離（Ｌ1） ４３ 伝播距離（Ｌ2） ４５ 伝播距離（Ｌ3） ４７, ４９, ５１ 温度 ５３ 伝播経路（Ｌ1） ５５, ５７, ６７ 伝播経路（Ｌ2） ５９ 受信信号波形 ６１, ６３ ピーク ６５ 閾値 ６９ 伝播経路（Ｌ3） ｔ0 計測音波発信時刻 ｔ1, ｔ2 計測音波到来時刻 τ1, τ2 伝播時間
Claims (3)
- 【請求項１】 発信器から該発信器と対向する受信器へ
の距離の異なる２以上の音波の伝播経路を設定し、該設
定伝播経路を伝播してきた前記音波の受信波を検出し、
該受信波を検出した時間に基づいて各受信波の伝播時間
を計測し、該伝播時間に基づいて計測対象ガスの温度を
演算により求める温度計測の方法。 - 【請求項２】 前記設定伝播経路は、少なくとも前記発
信器から前記受信器に直接伝播する経路を含めることを
特徴とする請求項１に記載の温度計測の方法。 - 【請求項３】 温度計測対象のガスを囲む側壁に対向さ
せて設けた１対の発信器と受信器と、前記発信器から発
信する音波の前記受信器への距離の異なる２以上の伝播
経路を設定する伝播経路設定手段と、該設定伝播経路を
伝播してきた前記音波の受信波を検出し、該受信波の検
出時間に基づいて各受信波の伝播時間を計測する受信波
検出手段と、該伝播時間に基づいて計測対象ガスの温度
を演算により求めるガス温度演算手段とを備えてなる音
響式ガス温度計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11001583A JP2000205971A (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | 音響式ガス温度計測装置及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11001583A JP2000205971A (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | 音響式ガス温度計測装置及びその方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000205971A true JP2000205971A (ja) | 2000-07-28 |
Family
ID=11505551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11001583A Pending JP2000205971A (ja) | 1999-01-07 | 1999-01-07 | 音響式ガス温度計測装置及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000205971A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003090770A (ja) * | 2001-09-20 | 2003-03-28 | Babcock Hitachi Kk | 音波式ガス温度計測装置と方法 |
| CN113167660A (zh) * | 2018-11-30 | 2021-07-23 | 精灵光粉科技有限公司 | 温度测量装置、测量装置、声波接收装置以及程序 |
-
1999
- 1999-01-07 JP JP11001583A patent/JP2000205971A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003090770A (ja) * | 2001-09-20 | 2003-03-28 | Babcock Hitachi Kk | 音波式ガス温度計測装置と方法 |
| CN113167660A (zh) * | 2018-11-30 | 2021-07-23 | 精灵光粉科技有限公司 | 温度测量装置、测量装置、声波接收装置以及程序 |
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