JP2000234946A - Pulse-doppler-type ultrasonic current meter and ultrasonic flowmeter - Google Patents

Pulse-doppler-type ultrasonic current meter and ultrasonic flowmeter

Info

Publication number
JP2000234946A
JP2000234946A JP11036819A JP3681999A JP2000234946A JP 2000234946 A JP2000234946 A JP 2000234946A JP 11036819 A JP11036819 A JP 11036819A JP 3681999 A JP3681999 A JP 3681999A JP 2000234946 A JP2000234946 A JP 2000234946A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
sensor
flow path
flow
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11036819A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoyoshi Okamura
共由 岡村
Yutaka Sato
佐藤  裕
Kageyoshi Katakura
景義 片倉
Masayuki Yamada
雅之 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP11036819A priority Critical patent/JP2000234946A/en
Publication of JP2000234946A publication Critical patent/JP2000234946A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately carry out measurement even if the velocity vector of fluid in a channel is inclined in regard to a channel axis by arranging a plurality of ultrasonic sensors while measurement lines being used as an ultrasonic radiation center line cross in the channel. SOLUTION: A pulse-Doppler-type ultrasonic current meter is equipped with ultrasonic sensors 1 and 2 with a frequency of 100 kHz-1 MHz, for example, on the outer wall of a channel. An ultrasonic wave is radiated into the channel from the sensor 1 at an angle θ1 to a wall surface, and a measurement line 6 is formed. The sensor 2 is installed, for example, in a symmetrical position, and a measurement line 7 is formed at an angle θ2 to the wall surface. The measurement lines 6 and 7 cross each other near a channel center line 4. Then, a reflection wave from a scattering particle 5 with a velocity vector C being inclined by an angle α for the center line 4 near a channel center returns to each of the sensors 1 and 2, velocity constituent C1 and C2 in the direction of each measurement line are measured, velocity Cm in an axial direction or the like is calculated by a specific method. The measurement line of the sensor 2 may be vertical to the wall surface.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はポンプなどの水力機
械や水力機器における流路内を流れる液体の流量測定や
流路内液体の流速分布や流量を測定するためのパルスド
ップラ式の超音波流速計及び超音波流量計に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulse Doppler type ultrasonic flow velocity for measuring the flow rate of a liquid flowing in a flow path of a hydraulic machine or a hydraulic equipment such as a pump, and measuring the flow velocity distribution and flow rate of the liquid in the flow path. The present invention relates to a meter and an ultrasonic flowmeter.

【0002】[0002]

【従来の技術】流路の外壁に測定センサを取り付け流路
内部の流速分布を測定したり、測定された流速分布を積
分して流量を求める超音波式流速計や流量計の従来技術
としては、パルスドップラ式超音波流量計を用いる特開
平10−38651号公報や特開平10−239127
号公報に記載のものがある。パルスドップラ式超音波流
量計は、流路内の流速分布を測定して流量を算出するた
め、通常よく用いられている伝搬時間差式超音波流量計
に比べ、測定部上流の直管長さが短くても高い測定精度
が得られるという特徴を有している。
2. Description of the Related Art As a conventional technique of an ultrasonic type flow meter or flow meter, a measuring sensor is attached to an outer wall of a flow path to measure a flow velocity distribution inside the flow path, or to integrate the measured flow velocity distribution to obtain a flow rate. And Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-38651 and 10-239127 using a pulse Doppler ultrasonic flowmeter.
There is one described in Japanese Patent Publication No. The pulse Doppler ultrasonic flow meter measures the flow velocity distribution in the flow path and calculates the flow rate.Therefore, the straight pipe length upstream of the measuring section is shorter than that of the propagation time differential ultrasonic flow meter that is commonly used. It has the characteristic that high measurement accuracy can be obtained.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】パルスドップラ式超音
波流量計は上述の通り優れた特徴を有しているが、1個
の超音波センサのみにより測定する場合には、測定され
るべき流速ベクトルが流路軸に対して傾斜していると、
測定値と真の値との間に大きな誤差が生じる欠点があ
る。これは、2次元的な流れに対し超音波センサ1個に
より1次元的な測定しかできないために生じるものであ
る。このように、従来のセンサ1個による測定では、測
定線上の軸方向の1次元的な速度ベクトルしか測定でき
ないため測定精度が低下する欠点があった。
The pulse Doppler type ultrasonic flow meter has excellent characteristics as described above. However, when measuring with only one ultrasonic sensor, the flow velocity vector to be measured is required. Is inclined with respect to the channel axis,
There is a disadvantage that a large error occurs between the measured value and the true value. This is because a two-dimensional flow can be measured only one-dimensionally by one ultrasonic sensor. As described above, in the measurement using one conventional sensor, only one-dimensional velocity vector in the axial direction on the measurement line can be measured.

【0004】本発明の目的は、ポンプなどの水力機械や
水力機器における流路内を流れる液体の流速ベクトルが
流路軸に対して傾斜している場合であっても、当該液体
の流速分布や流量を高精度に測定することのできるパル
スドップラ式の超音波流速計または超音波流量計を得る
ことにある。
An object of the present invention is to provide a hydraulic machine such as a pump and a hydraulic machine, which have a flow velocity vector of a liquid flowing in a flow channel inclined with respect to a flow channel axis even if the flow velocity vector of the liquid is inclined with respect to the flow channel axis. An object of the present invention is to provide a pulse Doppler ultrasonic flowmeter or an ultrasonic flowmeter capable of measuring a flow rate with high accuracy.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の特徴は、水力機械や水力機器の流量
を測定するパルスドップラ式超音波流速計において、前
記水力機械や水力機器の流路を構成する流路外壁に設け
られ100kHz〜1MHzの超音波周波数を発射する第
1及び第2の超音波センサを備え、前記第1超音波セン
サと第2超音波センサの超音波放射中心線(測定線)が
測定対象の流路内で互いに交差するように前記第1超音
波センサと第2超音波センサを配置し、前記両超音波セ
ンサからの受信信号に基づき測定対象域の速度ベクトル
を算出する手段(演算装置)を備えたものである。
In order to achieve the above object, a first feature of the present invention is a pulse Doppler ultrasonic current meter for measuring the flow rate of a hydraulic machine or a hydraulic equipment. And first and second ultrasonic sensors provided on the outer wall of the flow path constituting the flow path and emitting ultrasonic frequencies of 100 kHz to 1 MHz, and the ultrasonic radiation of the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor. The first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are arranged so that center lines (measurement lines) intersect each other in the flow path of the measurement target, and the measurement target area is determined based on signals received from the two ultrasonic sensors. It is provided with a means (arithmetic device) for calculating a velocity vector.

【0006】本発明の第2の特徴は、立形斜流ポンプの
吐出エルボ出口直後の流量を測定するパルスドップラ式
超音波流速計において、前記吐出エルボ出口直後の吐出
管部流路外壁に設けられた第1及び第2の超音波センサ
を備え、前記第1超音波センサと第2超音波センサの超
音波放射中心線(測定線)が測定対象の流路内で互いに
交差するように構成し、前記両超音波センサからの受信
信号に基づき測定対象域の速度ベクトルを算出するよう
に構成したことにある。
A second feature of the present invention is a pulse Doppler ultrasonic flowmeter for measuring a flow rate immediately after a discharge elbow outlet of a vertical mixed flow pump, provided on an outer wall of a discharge pipe section flow path immediately after the discharge elbow outlet. A first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor, wherein the ultrasonic radiation center lines (measurement lines) of the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor intersect with each other in a flow path to be measured. In addition, the present invention is configured to calculate a velocity vector of a measurement target area based on reception signals from the two ultrasonic sensors.

【0007】本発明の第3の特徴は、水力機械や水力機
器の流路を構成する流路外壁に設けられた第1、第2及
び第3の超音波センサを備え、前記第1及び第2の超音
波センサはそれらの超音波放射中心線(測定線)がほぼ
同一の平面上を通過する位置に配置され、前記第3の超
音波センサは前記第1または第2超音波センサの測定線
で形成される平面に直交するように測定線を発する位置
に設置され、前記3個の超音波センサの受信信号に基づ
き3次元の速度ベクトルを算出する構成としたことにあ
る。
A third feature of the present invention is that it comprises first, second and third ultrasonic sensors provided on an outer wall of a flow path constituting a flow path of a hydraulic machine or a hydraulic equipment, wherein the first and second ultrasonic sensors are provided. The second ultrasonic sensor is disposed at a position where their ultrasonic radiation center lines (measurement lines) pass on substantially the same plane, and the third ultrasonic sensor is used for measurement by the first or second ultrasonic sensor. The present invention is configured so that a three-dimensional velocity vector is calculated based on reception signals of the three ultrasonic sensors, which is installed at a position emitting a measurement line so as to be orthogonal to a plane formed by the lines.

【0008】本発明の第4の特徴は、水力機械や水力機
器の流路を構成する流路外壁に設けられた第1及び第2
の超音波センサを備え、前記第1超音波センサと第2超
音波センサの超音波放射中心線(測定線)が測定対象の
流路内で互いに交差するように構成すると共に、第2超
音波センサの測定線の方向を流路軸方向(あるいは流路
壁)に垂直にし、前記両超音波センサからの受信信号に
基づき測定対象域の速度ベクトルを算出するように構成
したことにある。
A fourth feature of the present invention is that the first and second channels provided on the outer wall of the flow path constituting the flow path of the hydraulic machine or the hydraulic equipment are provided.
And the ultrasonic radiation center lines (measurement lines) of the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are configured to intersect each other in the flow path to be measured. The configuration is such that the direction of the measurement line of the sensor is perpendicular to the flow channel axis direction (or the flow channel wall), and the velocity vector of the measurement target area is calculated based on the reception signals from the two ultrasonic sensors.

【0009】本発明の第5の特徴は、水力機械や水力機
器の流路を構成する流路外壁に設けられた第1及び第2
の超音波センサを備え、前記第1超音波センサと第2超
音波センサの超音波放射中心線(測定線)が測定対象の
流路内で互いに交差するように構成すると共に、第2超
音波センサに適用する超音波周波数を第1超音波センサ
に適用する超音波周波数より高い値に設定し、前記両超
音波センサからの受信信号に基づき測定対象域の速度ベ
クトルを算出するように構成したことにある。
A fifth feature of the present invention is that the first and second channels provided on the outer wall of the flow path constituting the flow path of the hydraulic machine or the hydraulic equipment are provided.
And the ultrasonic radiation center lines (measurement lines) of the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are configured to intersect each other in the flow path to be measured. The ultrasonic frequency applied to the sensor is set to a value higher than the ultrasonic frequency applied to the first ultrasonic sensor, and the velocity vector of the measurement target area is calculated based on the reception signals from the two ultrasonic sensors. It is in.

【0010】なお、第1超音波センサは流路外壁面に固
定して設置され、第2超音波センンサは流路軸方向ある
いは流路周方向に移動可能に設置しても良い。また、複
数設けられた各超音波センサは作動時刻が互いにずらさ
れ、超音波センサは1個づつ作動される構成としても良
い。さらに、センサ切替器を介して複数の超音波センサ
が接続される信号処理器を備えるようにすることも有効
である。
The first ultrasonic sensor may be fixedly installed on the outer wall surface of the flow channel, and the second ultrasonic sensor may be installed movably in the axial direction of the flow channel or in the circumferential direction of the flow channel. The operation times of the plurality of ultrasonic sensors may be shifted from each other, and the ultrasonic sensors may be operated one by one. It is also effective to provide a signal processor to which a plurality of ultrasonic sensors are connected via a sensor switch.

【0011】測定対象の流路の幅や直径に応じて超音波
センサから発射される超音波の周波数を変えることがで
きるようにすることもできる。特に、適用する超音波の
周波数を100kHz〜1MHzとすることにより測定
可能距離を0.3m〜2mとし、水力機械流路での流速
の測定が可能となる。
The frequency of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic sensor can be changed according to the width and diameter of the flow path to be measured. In particular, by setting the frequency of the applied ultrasonic wave to 100 kHz to 1 MHz, the measurable distance is set to 0.3 m to 2 m, and the flow velocity in the hydraulic machine flow path can be measured.

【0012】また、超音波センサからの超音波ビーム幅
を流体機械の測定対象流路直径の1/10〜1/30とな
るように設定すると、測定距離に対して十分精度の高い
距離分解能を得ることができる。
When the width of the ultrasonic beam from the ultrasonic sensor is set to be 1/10 to 1/30 of the diameter of the flow path to be measured of the fluid machine, a sufficiently high distance resolution with respect to the measurement distance can be obtained. Obtainable.

【0013】本発明の第6の特徴は、上記各特徴を有す
るパルスドップラ式超音波流速計により得られた速度ベ
クトルから流路軸方向の速度成分を算出し、その流路軸
方向速度を流路断面にわたり積分することにより流量を
算出するようにしたことにある。
A sixth feature of the present invention is that a velocity component in a flow channel axial direction is calculated from a velocity vector obtained by a pulse Doppler type ultrasonic anemometer having the above characteristics, and the velocity in the flow channel axial direction is calculated. The flow rate is calculated by integrating over the road section.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】パルスドップラ式超音波流量計に
おいて、超音波センサが1個ののみの場合の問題点を以
下説明する。図2は超音波センサが1個のパルスドップ
ラ式超音波流量計の一例を示すもので、超音波センサ1
は流路の外壁3に取り付けられ、このセンサから超音波
が流路内の測定線6の方向に放射される。4は流路中心
軸である。入射された超音波は流路内を流れる固体や気
泡の散乱粒子5により散乱され、センサ1の受信信号と
して取り込まれる。その際、取り込まれた超音波信号に
は、粒子の速度ベクトルCの測定線方向の速度成分C1
によるドップラ効果により、超音波周波数が次の数式に
示す値だけ変化している。その周波数変化Δfを測定
し、数1により粒子5の軸方向の移動速度(=流速C)
が求められる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A problem in the case where only one ultrasonic sensor is used in a pulse Doppler ultrasonic flow meter will be described below. FIG. 2 shows an example of a pulse Doppler type ultrasonic flow meter having one ultrasonic sensor.
Is attached to the outer wall 3 of the flow path, and ultrasonic waves are emitted from this sensor in the direction of the measurement line 6 in the flow path. Reference numeral 4 denotes a channel center axis. The incident ultrasonic waves are scattered by the scattered particles 5 of solids and bubbles flowing in the flow channel, and are taken in as a reception signal of the sensor 1. At this time, the captured ultrasonic signal includes a velocity component C 1 in the measurement line direction of the velocity vector C of the particle.
Due to the Doppler effect, the ultrasonic frequency changes by the value shown in the following equation. The frequency change Δf is measured, and the moving speed of the particle 5 in the axial direction (= flow speed C) is calculated according to Equation 1.
Is required.

【0015】[0015]

【数1】 (Equation 1)

【0016】この式で、aは流路の水の音速、f0は超音
波の周波数、Δfはドップラシフト周波数、θ1は超音
波の入射方向と流路壁とのなす角度、である。しかし、
数1が成り立つのは、速度ベクトルが流路の軸方向を向
いている場合である。もし図3に示すように、測定され
るべき流速ベクトルCが流路軸4に対して角度αだけ傾
斜している場合(このような流れは曲管の出口等で流れ
に旋回成分が存在する場合に相当する)、次のような問
題が存在する。すなわち、速度ベクトルCの超音波の測
定線方向6の速度成分C1は図2の場合と同様にセンサ
1で検出され、数1によって流路の軸方向の流速は図3
においてC'mと求められてしまう。しかし、速度ベクト
ルCの実際の軸方向流速はCmであり、C'mに比べ小さ
な値となる。これらの速度の比は次式により得られる。
In this equation, a is the sound velocity of water in the flow channel, f 0 is the frequency of the ultrasonic wave, Δf is the Doppler shift frequency, and θ 1 is the angle between the incident direction of the ultrasonic wave and the flow path wall. But,
Equation 1 holds when the velocity vector is oriented in the axial direction of the flow path. If the flow velocity vector C to be measured is inclined by an angle α with respect to the flow path axis 4 as shown in FIG. 3 (such a flow has a swirl component in the flow at the outlet of a curved pipe or the like). The following problems exist. In other words, the velocity component C 1 of the ultrasonic measurement line direction 6 of the velocity vector C is detected in the case as well as the sensor 1 in FIG. 2, the axial flow rate in the flow path by the number 1 3
In this case, C'm is required. However, the actual axial velocity of the velocity vector C is Cm, which is smaller than C'm. The ratio of these speeds is given by:

【0017】[0017]

【数2】 (Equation 2)

【0018】ここで、θ1は超音波測定線と流路壁との
なす角度、αは速度ベクトルの流路軸とのなす角度、で
ある。この関係を図4に示す。図4によれば旋回角αが
±5度で、θ1=72度の場合、測定値と真の値との差
異は約25%にも達することがわかる。これは、2次元
的な流れに対し超音波センサ1個により1次元的な測定
しかできないために生じるものである。このようにセン
サ1個による測定では、測定線上の軸方向の1次元的な
速度ベクトルしか測定できないため測定精度が低下する
場合がある。
Here, θ 1 is the angle between the ultrasonic measurement line and the channel wall, and α is the angle between the velocity vector and the channel axis. This relationship is shown in FIG. According to FIG. 4, when the turning angle α is ± 5 degrees and θ 1 = 72 degrees, the difference between the measured value and the true value reaches about 25%. This is because a two-dimensional flow can be measured only one-dimensionally by one ultrasonic sensor. As described above, in the measurement using one sensor, only one-dimensional velocity vector in the axial direction on the measurement line can be measured, so that the measurement accuracy may be reduced.

【0019】上記問題を解決するため、本発明では次の
よううにしている。すなわち、従来からの第1の超音波
センサに加えて、第2の超音波センサを前記第1の超音
波センサ近辺に配置し、それぞれのセンサの測定線が流
路中心付近で交差するように構成する。2次元的な速度
ベクトルを2個の方向が異なるセンサで検知し、両セン
サからの測定値を合成して測定流速ベクトルを得るよう
に流速計を構成する。
To solve the above problem, the present invention is as follows. That is, in addition to the conventional first ultrasonic sensor, a second ultrasonic sensor is arranged in the vicinity of the first ultrasonic sensor, and the measurement lines of the respective sensors intersect near the center of the flow path. Constitute. The current meter is configured to detect a two-dimensional velocity vector by two sensors having different directions, and combine the measured values from both sensors to obtain a measured flow velocity vector.

【0020】また、本発明では、パルスドップラ式超音
波流速計を水力機械の流速、流量測定に適用するため、 (1)水力機械用の金属管は管壁が厚肉金属であるが、
超音波の送受信を容易にするために、超音波センサの超
音波出力を大きくする。
Further, in the present invention, the pulse Doppler type ultrasonic current meter is applied to the measurement of the flow velocity and flow rate of a hydraulic machine. (1) The metal pipe for the hydraulic machine has a thick metal wall.
In order to facilitate transmission and reception of ultrasonic waves, the ultrasonic output of the ultrasonic sensor is increased.

【0021】また、測定対象の流路幅や直径より格段に
小さな超音波ビーム幅を使用し、流路内の測定分解能を
上げて、流路内の流速分布を把握できるようにする。
Further, by using an ultrasonic beam width much smaller than the width and diameter of the flow path to be measured, the measurement resolution in the flow path is increased, and the flow velocity distribution in the flow path can be grasped.

【0022】(2)適用する超音波の周波数としては、
水力機械の流路での測定に好適なように、100kHz
〜1MHzの周波数とし、大きな測定幅で、大きな流速
の測定を可能とする。
(2) As the frequency of the ultrasonic wave to be applied,
100kHz, suitable for measurement in the flow path of hydraulic machinery
It is possible to measure a large flow velocity with a large measurement width at a frequency of 11 MHz.

【0023】以下、本発明の具体的実施例を図面により
説明する。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0024】図1は図13に示す立形斜流ポンプの吐出
しベンド部直後の円管部に本発明を実施した具体的実施
例と、本実施例における測定原理を説明する図である。
水が流れる流路の外壁3に第1の超音波センサ1が設置
されている。センサ1内には圧電素子(図示せず)が壁
面に対して斜めに取り付けられ、センサ1からは壁面に
対し角度θ1をなして超音波が流路内に放射され、測定
線6が形成される。一方、流路中心軸4に対して対称位
置に第2の超音波センサ2が同様に流路外壁3に設置さ
れている。このセンサ2からは測定線7が流路内壁と角
度θ2をなして形成されている。両測定線6,7は流路
中心線4付近で交差している。センサ1、センサ2はそ
れぞれパルスドップラ式超音波流量計の信号処理器(演
算装置)(図11参照)に接続され、流路の流速分布が
測定されるように構成されている。
FIG. 1 is a view for explaining a specific embodiment in which the present invention is applied to a circular pipe portion immediately after a discharge bend portion of the vertical mixed flow pump shown in FIG. 13 and a measurement principle in this embodiment.
The first ultrasonic sensor 1 is installed on an outer wall 3 of a flow path through which water flows. A piezoelectric element (not shown) is mounted in the sensor 1 at an angle to the wall surface, and an ultrasonic wave is emitted from the sensor 1 at an angle θ 1 with respect to the wall surface to form a measurement line 6. Is done. On the other hand, the second ultrasonic sensor 2 is similarly installed on the outer wall 3 of the flow channel at a position symmetrical with respect to the center axis 4 of the flow channel. From this sensor 2, a measurement line 7 is formed at an angle θ 2 with the inner wall of the flow path. Both measurement lines 6 and 7 intersect near the center line 4 of the flow path. Each of the sensors 1 and 2 is connected to a signal processor (arithmetic device) (see FIG. 11) of the pulse Doppler ultrasonic flow meter, and is configured to measure the flow velocity distribution in the flow path.

【0025】流路中心付近に存在する散乱粒子5は、中
心軸4に対し角度αだけ傾斜した速度ベクトルCを持っ
ているとする。超音波センサ1,2から発せられた超音
波は前記粒子5により反射散乱され、その反射された超
音波はそれぞれのセンサ1,2に入力信号として戻り、
それぞれの測定線方向の速度成分C1とC2が測定され
る。これらの速度が得られると次式により流速の傾斜角
α及び流量の算出に必要な軸方向の速度Cmを得ること
ができる。
It is assumed that the scattering particles 5 existing near the center of the flow path have a velocity vector C inclined by an angle α with respect to the central axis 4. The ultrasonic waves emitted from the ultrasonic sensors 1 and 2 are reflected and scattered by the particles 5, and the reflected ultrasonic waves return to the respective sensors 1 and 2 as input signals.
The velocity components C 1 and C 2 in the respective measurement line directions are measured. When these velocities are obtained, the inclination angle α of the flow velocity and the axial velocity Cm required for calculating the flow rate can be obtained by the following equation.

【0026】[0026]

【数3】 (Equation 3)

【0027】[0027]

【数4】 (Equation 4)

【0028】[0028]

【数5】 (Equation 5)

【0029】ここで、C:測定されるべき流速、α:流
速ベクトルCと流路軸とのなす角、θ1:センサ1の超
音波測定線と流路壁とのなす角度、θ2:センサ2の超
音波測定線と流路壁とのなす角度、である。
Here, C: the flow velocity to be measured, α: the angle between the flow velocity vector C and the flow path axis, θ 1 : the angle between the ultrasonic measurement line of the sensor 1 and the flow path wall, θ 2 : The angle between the ultrasonic measurement line of the sensor 2 and the flow path wall.

【0030】数3、数4から傾斜角αを次式で求めるこ
とができる。
From Expressions 3 and 4, the inclination angle α can be obtained by the following expression.

【0031】[0031]

【数6】 (Equation 6)

【0032】流路の中心線上以外の半径位置において
は、図5に示すように、中心からある半径位置の線8上
の測定点9及び10に対して、それぞれの測定線上の流
速C1とC2を同様に求める。測定点9の流速C2を測定
線7に平行な測定点10の仮想の測定線7’と見なして
上記数3から数6に基づき、測定点10における軸方向
の流速Cmを求めることができる。また、半径位置の線
11上の測定点12及び13についても同様に仮想の測
定線7''を想定し、同様に測定点12における軸方向の
流速を求めることができる。このように流速計算処理を
行えば、例え流路内の流れが流路軸心と傾斜している場
合、すなわち流れに半径方向の成分が存在している場合
であっても、測定線6上の軸方向速度を精度よく求める
ことができ、流量測定精度を向上することができる。
At radial positions other than on the center line of the flow path, as shown in FIG. 5, the flow rates C 1 and C 1 on the respective measurement lines are compared with the measurement points 9 and 10 on the line 8 at a certain radial position from the center. Request C 2 as well. Based the flow rate C 2 measuring points 9 to 6 from the number 3 measuring line 7 is regarded as' virtual parallel measurement points 10 on the measurement line 7, it is possible to determine the axial velocity Cm at the measurement point 10 . Similarly, for the measurement points 12 and 13 on the line 11 at the radial position, an imaginary measurement line 7 ″ is assumed, and the flow velocity in the axial direction at the measurement point 12 can be similarly obtained. If the flow velocity calculation process is performed in this manner, even if the flow in the flow channel is inclined with respect to the flow channel axis, that is, even if the flow has a component in the radial direction, the measurement line 6 Can be accurately obtained, and the flow rate measurement accuracy can be improved.

【0033】図6に超音波センサを3個使用した例を示
す。この例では、第3の超音波センサ2aが、第1及び
第2のセンサ1,2の測定線で形成される測定面に対し
垂直となる方向に測定線14が形成されるように設置さ
れている。このように構成すれば、第3のセンサ2aに
より流速ベクトルの測定線14方向の速度成分を測定す
ることが可能となる。したがって、図1の例で得られた
2次元の速度ベクトルCに直交する速度成分C3を求め
ることができ、2次元の速度ベクトルCとそれに直交す
る速度ベクトルC3を合成して3次元の速度ベクトルを
求めることが可能となる。その結果、3次元の複雑な内
部流れを持つ流路に対しても、流量の測定精度を向上す
ることが可能となる。
FIG. 6 shows an example in which three ultrasonic sensors are used. In this example, the third ultrasonic sensor 2a is installed so that the measurement line 14 is formed in a direction perpendicular to the measurement plane formed by the measurement lines of the first and second sensors 1 and 2. ing. With this configuration, it is possible to measure the velocity component of the flow velocity vector in the measurement line 14 direction by the third sensor 2a. Therefore, a speed component C 3 orthogonal to the two-dimensional speed vector C obtained in the example of FIG. 1 can be obtained, and the two-dimensional speed vector C and the speed vector C 3 orthogonal thereto are combined to obtain a three-dimensional speed vector C 3 . It is possible to obtain a velocity vector. As a result, it is possible to improve the flow rate measurement accuracy even for a flow path having a three-dimensional complicated internal flow.

【0034】図7にさらに他の例を示す。この例は、第
2のセンサ2の測定線を流路壁3や流路中心線4に垂直
になるように構成したものである。すなわち、第2のセ
ンサ2の測定線と流路壁とのなす角度θ2が90度とさ
れた場合のもので、軸方向流速の求め方は図1の例と同
じである。この例では、センサ2内の圧電素子面はセン
サ端面と平行とされれば良いから、センサの構造を簡単
化することができる。
FIG. 7 shows still another example. In this example, the measurement line of the second sensor 2 is configured to be perpendicular to the flow path wall 3 and the flow path center line 4. That is, the case where the angle θ 2 between the measurement line of the second sensor 2 and the flow path wall is set to 90 degrees, and the method of obtaining the axial flow velocity is the same as the example of FIG. In this example, the surface of the piezoelectric element in the sensor 2 may be parallel to the end face of the sensor, so that the structure of the sensor can be simplified.

【0035】一方、パルスドップラ式超音波流速計ある
いは流量計においては、測定流速が上記数1で表される
ので、測定流体である液体の音速の絶対値を精度よく把
握することが必要である。液体の音速は液の温度や液に
含まれる気体の含有量により大きく変化する。従って、
流速測定時に同時に音速も測定すれば流量測定精度の向
上を図ることができる。図7の例におけるセンサ2は流
路内の液体の音速測定に好適な構成となっている。すな
わちセンサ2から流路内に垂直に超音波を発射し、反対
側内壁で反射した超音波を受信し、発射から受信までの
経過時間Tを測定すれば、液体の音速aLを次の数7に
より容易に測定することができる。すなわち、
On the other hand, in a pulse Doppler type ultrasonic flowmeter or flowmeter, since the measured flow velocity is expressed by the above equation 1, it is necessary to accurately grasp the absolute value of the sound velocity of the liquid as the measurement fluid. . The sound speed of a liquid greatly changes depending on the temperature of the liquid and the content of gas contained in the liquid. Therefore,
If the sound velocity is also measured at the same time as the flow velocity measurement, the flow rate measurement accuracy can be improved. The sensor 2 in the example of FIG. 7 has a configuration suitable for measuring the sound velocity of the liquid in the flow path. That fired vertically ultrasonic waves from the sensor 2 flow passage, it receives the ultrasonic wave reflected by the opposite inner wall, by measuring the elapsed time T to receive from the launching, several acoustic velocity a L liquid follows 7, it can be easily measured. That is,

【0036】[0036]

【数7】 (Equation 7)

【0037】ここで、D:流路の直径、h:流路の肉
厚、aS:流路材の音速、TS:流路の肉厚を音が往復す
るに要する時間、TL:流路内を音が往復するのに要する
時間、である。このように、この例では、2次元の流速
測定を可能にするとともに、液体の音速の測定も容易に
行うことができる効果がある。
Here, D: diameter of the flow path, h: thickness of the flow path, a s : sound velocity of the flow path material, T s : time required for sound to reciprocate through the thickness of the flow path, TL : The time required for sound to reciprocate in the flow path. As described above, in this example, the two-dimensional flow velocity can be measured, and the sound velocity of the liquid can be easily measured.

【0038】図8にさらに他の例を示す。図6の例にお
いて、各センサ1,2,3から発射される超音波のバー
スト波(幾つかのパルス状の波)の発射時刻をΔT時間
間隔毎にずらせるように構成したものである。各センサ
に付加される超音波の周波数は、全て同じか、各センサ
毎に異なるように設定されている。このように構成すれ
ば、一つのセンサが作動しているときは他のセンサから
は超音波が発せられないので、センサ間で混信する可能
性は殆どなく、高いS/N比の信号を得ることができ、
流量測定精度を高めることができる。
FIG. 8 shows still another example. In the example of FIG. 6, the emission times of the burst waves (several pulse-like waves) of the ultrasonic waves emitted from the sensors 1, 2, 3 are configured to be shifted at every ΔT time interval. The frequency of the ultrasonic waves added to each sensor is set to be the same or different for each sensor. With this configuration, when one sensor is operating, no ultrasonic wave is emitted from another sensor, so that there is almost no possibility of interference between the sensors, and a signal with a high S / N ratio is obtained. It is possible,
The flow measurement accuracy can be improved.

【0039】図9は図1に示すセンサ2を流路外壁に沿
って軸方向に移動し、センサ2の測定線を測定線7'',
7,7'と平行移動させ、センサ1の測定線6との交点
を5'',5,5'と形成し、その点における流速を求め
るようにしたものである。このようにすれば、測定線6
上の流速分布をより精度よく求めることができる。
FIG. 9 shows that the sensor 2 shown in FIG. 1 is moved in the axial direction along the outer wall of the flow path, and the measurement line of the sensor 2 is changed to the measurement line 7 ″,
7, 7 ', and the intersection with the measurement line 6 of the sensor 1 is formed as 5 ", 5, 5', and the flow velocity at that point is obtained. In this way, measurement line 6
The above flow velocity distribution can be obtained more accurately.

【0040】図10は図1に示すセンサ2を流路外壁3
に沿って周方向に移動し、センサ2の測定線を測定線1
4'',14(7),14'と周方向に移動させて、セン
サ1の測定線6との交点5を形成し、測定線6の面に対
し傾斜している流れの速度成分を検出する。このように
すれば、流速の測定精度及び流量の測定精度を高めるこ
とが可能となる。
FIG. 10 shows the sensor 2 shown in FIG.
Move in the circumferential direction along the line, and change the measurement line of the sensor 2 to the measurement line 1
4 ″, 14 (7), 14 ′ are moved in the circumferential direction to form an intersection 5 with the measurement line 6 of the sensor 1 and the velocity component of the flow inclined with respect to the plane of the measurement line 6 is detected. I do. In this way, it is possible to improve the measurement accuracy of the flow velocity and the measurement accuracy of the flow rate.

【0041】図11は各センサ1,2,3への入出力信
号をセンサ切替器20を介して、共通のパルスドップラ
式超音波流量計の信号処理器21に接続するようにした
ものである。図8の例で説明したように各センサは同時
に作動する必要はなく、ΔTの時間間隔をおいて作動す
ればよい。従って、この例ではセンサ切替器20によ
り、ΔTの時間間隔毎に各センサ1,2,3と信号処理
器21と信号の授受を行うように構成している。この例
によれば、高価な信号処理器1台で全体システムを構成
することができ、コスト低減を図ることができる。
FIG. 11 shows a configuration in which input / output signals to the sensors 1, 2, 3 are connected to a signal processor 21 of a common pulse Doppler type ultrasonic flow meter via a sensor switch 20. . As described in the example of FIG. 8, the sensors do not need to operate at the same time, but may operate at intervals of ΔT. Therefore, in this example, the sensor switch 20 is configured to transmit and receive signals to and from the sensors 1, 2, 3, and the signal processor 21 at every time interval of ΔT. According to this example, the entire system can be configured with one expensive signal processor, and the cost can be reduced.

【0042】第2の超音波センサ2に適用する超音波の
周波数を第1の超音波センサ1のそれよりも高い値に設
定することことも可能である。パルスドップラ式超音波
流速計においては、測定原理から、測定可能な流速Vma
xと測定距離(深さ)Xmaxに関して次の数8の条件があ
る。
The frequency of the ultrasonic wave applied to the second ultrasonic sensor 2 can be set to a higher value than that of the first ultrasonic sensor 1. In the pulse Doppler type ultrasonic anemometer, the measurable flow velocity Vma
There are the following conditions of x regarding x and the measurement distance (depth) Xmax.

【0043】[0043]

【数8】 (Equation 8)

【0044】ここに、a:液体の音速、f0:超音波の
周波数、θ:流路壁と測定線のなす角度、である。数8
の関係は図12のように図示できる。パラメータとして
は適用する超音波の周波数をとってある。これら数8と
図12から、同じ距離を測定する場合、周波数が高い方
が測定可能な流速の値は低くなることが分かる。一方、
超音波においては一般的に周波数を高めると波長が短く
なり、測定の分解能が向上する、また周波数が高い方が
超音波センサの単位面積当たりの出力が増大する、とい
うことが知られている。上記図7の例において、速度C
の半径方向成分Crは測定線方向の流速C1に比べ非常に
小さいことが分かる。従って、流路に垂直の測定線を設
ける第2の超音波センサ2に適用する超音波の周波数を
第1の超音波センサ1に適用する周波数より低く設定す
ることにより、第2のセンサ2の測定分解能向上と小形
化を図ることができる。
Here, a: sound velocity of the liquid, f 0 : frequency of the ultrasonic wave, θ: angle between the flow path wall and the measuring line. Number 8
Can be illustrated as shown in FIG. The parameter is the frequency of the applied ultrasonic wave. From these Equations 8 and FIG. 12, it can be seen that when the same distance is measured, the higher the frequency, the lower the measurable flow velocity value. on the other hand,
It is generally known that, when the frequency of an ultrasonic wave is increased, the wavelength is shortened and the resolution of measurement is improved, and that the higher the frequency is, the more the output per unit area of the ultrasonic sensor is increased. In the example of FIG.
Radial component Cr are very small compared to the flow rate C 1 of the measurement line direction. Therefore, by setting the frequency of the ultrasonic wave applied to the second ultrasonic sensor 2 having a vertical measurement line in the flow path lower than the frequency applied to the first ultrasonic sensor 1, Measurement resolution can be improved and the size can be reduced.

【0045】図13は立形斜流ポンプ15の吐出し量を
測定するため、吐出エルボ出口直後の吐出管16にパル
スドップラ式超音波流量計のセンサ1及び2を設置して
流量を測定するようにしたものである。吐出エルボ出口
の流れの速度ベクトル18の方向は流路中心線19に対
して若干傾斜している。このように半径方向成分を有す
る流れはセンサ2により検出され、精度の高い流量測定
が可能となる。また、吐出管16の下流には仕切弁17
が設けられ、その下流部は地中に埋設されている。この
ように直管部の長さは非常に短いため通常の伝搬時間差
式の超音波流量計を吐出管16に設置しても高い測定精
度は得られない。しかし、本発明のように2個のセンサ
を適用したパルスドップラ式超音波流量計を適用するこ
とにより、短い直管部を有する立形斜流ポンプの吐出流
量を高い精度で測定することが可能になる。
FIG. 13 shows that the sensors 1 and 2 of the pulse Doppler type ultrasonic flow meter are installed in the discharge pipe 16 immediately after the discharge elbow outlet to measure the discharge amount of the vertical mixed flow pump 15 and the flow rate is measured. It is like that. The direction of the flow velocity vector 18 at the outlet of the discharge elbow is slightly inclined with respect to the flow path center line 19. Thus, the flow having the radial component is detected by the sensor 2, and the flow rate measurement with high accuracy can be performed. A gate valve 17 is provided downstream of the discharge pipe 16.
And its downstream part is buried underground. As described above, since the length of the straight pipe portion is very short, even if a normal propagation time difference type ultrasonic flowmeter is installed in the discharge pipe 16, high measurement accuracy cannot be obtained. However, by applying a pulse Doppler type ultrasonic flow meter using two sensors as in the present invention, it is possible to measure the discharge flow rate of a vertical mixed flow pump having a short straight pipe portion with high accuracy. become.

【0046】図14に示す例では、適用する超音波の周
波数を100kHz〜1MHzに設定し、超音波センサ
からの超音波のビーム幅Bを測定対象の流体機械の流路
直径dの約1/10〜1/30となるように設定したも
のである。このように構成することにより、次の効果が
得られる。
In the example shown in FIG. 14, the frequency of the ultrasonic wave to be applied is set to 100 kHz to 1 MHz, and the beam width B of the ultrasonic wave from the ultrasonic sensor is set to about 1 / the channel diameter d of the fluid machine to be measured. It is set so as to be 10/1/30. With this configuration, the following effects can be obtained.

【0047】例えば血流計のような分野で使用されてい
る2MHz〜数MHz程度の超音波を適用すれば、水力
機械の流路内の最大流速は約5m/s程度、超音波の入
射角θは通常約70度程度であるから、数8において測
定可能な距離は0.08mとなる。水力機械の流路径が
通常0.3m〜2m位であることを考慮すると、水力機
械の流路における測定は困難となる。図12に示す例か
ら、本発明では適用する超音波の周波数を100kHz
〜1MHzとすることにより測定可能距離を0.3m〜
2mとすることができ、水力機械流路での流速の測定を
可能とした。
For example, if an ultrasonic wave of about 2 MHz to several MHz used in a field such as a blood flow meter is applied, the maximum flow velocity in the flow path of the hydraulic machine is about 5 m / s, and the incident angle of the ultrasonic wave is usually about 70 degrees, the distance that can be measured in Equation 8 is 0.08 m. Considering that the flow path diameter of the hydraulic machine is usually about 0.3 m to 2 m, measurement in the flow path of the hydraulic machine becomes difficult. From the example shown in FIG. 12, the frequency of the ultrasonic wave applied in the present invention is 100 kHz.
Up to 1MHz, the measurable distance is 0.3m ~
2 m, which enabled measurement of the flow velocity in the hydraulic machine flow path.

【0048】また、超音波のビーム幅Bは流路直径dの
1/10〜1/30となるように超音波センサの大きさ
を設定したことにより、測定距離dに対して十分精度の
高い距離分解能を得ることができる。
The size of the ultrasonic sensor is set so that the ultrasonic beam width B is 1/10 to 1/30 of the flow path diameter d. Range resolution can be obtained.

【0049】さらに、ビーム幅Bは超音波センサ内の超
音波発振用圧電素子の大きさに匹敵し、超音波出力は圧
電素子の面積に比例するから、ポンプ吐出管を構成する
金属壁を貫通するに十分な超音波出力を得ることができ
る。従って、流路内の水中に含まれる散乱粒子により散
乱されたドップラ信号を有する超音波の受信波も十分な
強さを持って超音波センサへ達することが可能となる。
受信器としても超音波センサは十分な大きさを有するこ
ととなり、受信波はその後の信号処理に必要なレベルの
信号として得ることが可能となる。
Further, since the beam width B is equal to the size of the piezoelectric element for ultrasonic oscillation in the ultrasonic sensor, and the ultrasonic output is proportional to the area of the piezoelectric element, it passes through the metal wall constituting the pump discharge pipe. Enough ultrasonic output can be obtained. Therefore, it is possible for the received ultrasonic wave having the Doppler signal scattered by the scattered particles contained in the water in the flow path to reach the ultrasonic sensor with sufficient strength.
The ultrasonic sensor also has a sufficient size as a receiver, and a received wave can be obtained as a signal of a level necessary for subsequent signal processing.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、流路の流れ方向のみな
らず、流路の流れ方向に垂直な断面の速度成分を有する
流れも測定可能となり、この結果流速あるいは流量の測
定精度を向上できる。この流量計を立形斜流ポンプの吐
出管流速や流量測定に適用すれば、直管部の長さが短い
測定個所においても高精度の測定が可能となる。
According to the present invention, not only the flow direction of the flow path but also a flow having a velocity component having a cross section perpendicular to the flow direction of the flow path can be measured. As a result, the measurement accuracy of the flow velocity or flow rate can be improved. it can. If this flow meter is applied to the measurement of the flow velocity and flow rate of the discharge pipe of a vertical mixed flow pump, high-precision measurement can be performed even at a measurement location where the length of the straight pipe portion is short.

【0051】また、超音波の周波数を100kHz〜1
MHzとしたり、超音波のビーム幅を流路直径の1/1
0〜1/30程度とすることにより、超音波が通りにく
い水力機械の金属製流路壁に対しても精度の高い流速や
流量測定が可能となる。
Further, the frequency of the ultrasonic wave is set to 100 kHz to 1 kHz.
MHz or the ultrasonic beam width is 1/1 of the channel diameter.
By setting the value to about 0 to 1/30, it is possible to measure the flow velocity and the flow rate with high accuracy even on the metal flow path wall of the hydraulic machine through which the ultrasonic wave is difficult to pass.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例を説明する縦断面図。FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating an embodiment of the present invention.

【図2】超音波センサが1個のパルスドップラ式超音波
流速計(流量計)の例を説明する縦断面図。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view illustrating an example of a pulse Doppler type ultrasonic current meter (flow meter) having one ultrasonic sensor.

【図3】図2の例において、測定されるべき流速ベクト
ルが流路軸に対し傾斜している場合の問題点を説明する
縦断面図。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view for explaining a problem in a case where a flow velocity vector to be measured is inclined with respect to a flow channel axis in the example of FIG. 2;

【図4】図3の例における流路軸に対する流体の速度ベ
クトルの傾斜角(旋回角α)と測定流速との関係(子午
面流速比)を説明する線図。
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship (meridional flow velocity ratio) between the inclination angle (swirl angle α) of the velocity vector of the fluid with respect to the flow path axis and the measured flow velocity in the example of FIG. 3;

【図5】図1に示す実施例における測定原理を説明する
縦断面図。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view for explaining the measurement principle in the embodiment shown in FIG. 1;

【図6】超音波センサを3個使用した場合の例を示す横
断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example in which three ultrasonic sensors are used.

【図7】第2超音波センサの測定線を流路壁または流路
中心線に対し垂直になるようにした場合の例を示す縦断
面図。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an example in which a measurement line of a second ultrasonic sensor is set to be perpendicular to a flow path wall or a flow path center line.

【図8】複数の超音波センサから発射される超音波の発
射時刻をずらすようにした例を説明する図。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which the emission times of the ultrasonic waves emitted from a plurality of ultrasonic sensors are shifted.

【図9】一方の超音波センサを流路外壁に沿って軸方向
に移動させる例を説明する縦断面図。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view illustrating an example in which one ultrasonic sensor is moved in the axial direction along the outer wall of the flow channel.

【図10】一方の超音波センサを流路外壁に沿って周方
向に移動させる例を説明する縦断面図。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view illustrating an example in which one ultrasonic sensor is moved in the circumferential direction along the outer wall of the flow channel.

【図11】複数の超音波センサへの入出力信号を切替器
を介して1つの信号処理器に接続するようにした例を説
明するブロック図。
FIG. 11 is a block diagram illustrating an example in which input / output signals to a plurality of ultrasonic sensors are connected to one signal processor via a switch.

【図12】数8の関係式(流速と測定距離と超音波周波
数との関係)を説明するための線図。
FIG. 12 is a diagram for explaining a relational expression of Equation 8 (relationship between flow velocity, measurement distance, and ultrasonic frequency).

【図13】本発明を立形斜流ポンプの流量測定に適用し
た例を示す正面図。
FIG. 13 is a front view showing an example in which the present invention is applied to flow measurement of a vertical mixed flow pump.

【図14】流体機械の測定すべき流路の直径と超音波ビ
ームの幅との好適な例を説明する縦断面図。
FIG. 14 is a longitudinal sectional view illustrating a preferred example of a diameter of a flow path to be measured and a width of an ultrasonic beam of a fluid machine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1超音波センサ、2…第2超音波センサ、2a…
第3超音波センサ、3…流路壁、4…流路中心軸、5…
2ケの超音波センサの測定線の交点、6…センサ1の測
定線、7…センンサ2の測定線、8…流路軸4に平行な
流線、9…流線8と測定線7の交点、10…測定線6と
流線8の交点、11…流路軸4に平行な流線、12…流
線11と測定線6の交点、13…測定線7と流線11の
交点、14…センサ2aの測定線、15…立形斜流ポン
プ、16…吐出管、17…仕切弁、18…吐出流の速度
ベクトル、19…地中壁面、20…センサ切替器、21
…信号処理器(速度ベクトルを算出する手段;演算装
置)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st ultrasonic sensor, 2 ... 2nd ultrasonic sensor, 2a ...
Third ultrasonic sensor, 3 ... flow path wall, 4 ... flow path central axis, 5 ...
Intersection of measurement lines of two ultrasonic sensors, 6: measurement line of sensor 1, 7: measurement line of sensor 2, 8: streamline parallel to flow path axis 4, 9: streamline 8 and measurement line 7 Intersection point, 10: Intersection point of measurement line 6 and stream line 8, 11 ... Stream line parallel to channel axis 4, 12 ... Intersection point of stream line 11 and measurement line 6, 13 ... Intersection point of measurement line 7 and stream line 11, 14: measurement line of sensor 2a, 15: vertical mixed flow pump, 16: discharge pipe, 17: gate valve, 18: velocity vector of discharge flow, 19: underground wall surface, 20: sensor switcher, 21
... Signal processor (means for calculating velocity vector; arithmetic unit).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片倉 景義 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者 山田 雅之 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 Fターム(参考) 2F035 AA06 DA07 DA12  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Keiyoshi Katakura 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Information and Communication Division, Hitachi, Ltd. (72) Masayuki Yamada 603, Kandamachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki Co., Ltd. 2F035 AA06 DA07 DA12

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水力機械や水力機器の流量を測定するパル
スドップラ式超音波流速計において、 前記水力機械や水力機器の流路を構成する流路外壁に設
けられ100kHz〜1MHzの超音波周波数を発射する
第1及び第2の超音波センサを備え、 前記第1超音波センサと第2超音波センサの超音波放射
中心線(測定線)が測定対象の流路内で互いに交差する
ように前記第1超音波センサと第2超音波センサを配置
し、 前記両超音波センサからの受信信号に基づき測定対象域
の速度ベクトルを算出する手段を備えたことを特徴とす
るパルスドップラ式超音波流速計。
1. A pulse Doppler type ultrasonic current meter for measuring a flow rate of a hydraulic machine or hydraulic equipment, wherein an ultrasonic frequency of 100 kHz to 1 MHz is provided on an outer wall of a flow path constituting a flow path of the hydraulic machine or hydraulic equipment. A first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor for emission, wherein the ultrasonic radiation center lines (measurement lines) of the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor intersect each other in a flow path of a measurement target. A pulse Doppler ultrasonic flow velocity, comprising: a first ultrasonic sensor and a second ultrasonic sensor, and means for calculating a velocity vector of a measurement target area based on signals received from the two ultrasonic sensors. Total.
【請求項2】請求項1において、水力機械や水力機器の
流路中心を通り、流路中心軸とのなす角が異なる2本の
測定線と流路壁との交点の一方に第1超音波センサを設
置し、他方の交点に第2超音波センサを設置し、両セン
サからの受信信号に基づき測定対象域の速度ベクトルを
算出する構成としたことを特徴とするパルスドップラ式
超音波流速計。
2. The method according to claim 1, wherein the first super-position is provided at one of the intersections of two measurement lines passing through the center of the flow path of the hydraulic machine or the hydraulic equipment and having different angles with the center axis of the flow path and the flow path wall. A pulse Doppler ultrasonic flow velocity, wherein an ultrasonic sensor is installed, a second ultrasonic sensor is installed at the other intersection, and a velocity vector of a measurement target area is calculated based on signals received from both sensors. Total.
【請求項3】立形斜流ポンプの吐出エルボ出口直後の流
量を測定するパルスドップラ式超音波流速計において、 前記吐出エルボ出口直後の吐出管部流路外壁に設けられ
た第1及び第2の超音波センサを備え、 前記第1超音波センサと第2超音波センサの超音波放射
中心線(測定線)が測定対象の流路内で互いに交差する
ように構成し、 前記両超音波センサからの受信信号に基づき測定対象域
の速度ベクトルを算出するように構成したことを特徴と
するパルスドップラ式超音波流速計。
3. A pulse Doppler ultrasonic velocimeter for measuring a flow rate immediately after a discharge elbow outlet of a vertical mixed flow pump, wherein a first and a second pipes are provided on an outer wall of a discharge pipe section flow path immediately after the discharge elbow outlet. Wherein the ultrasonic radiation center lines (measurement lines) of the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor intersect each other in the flow path of the measurement target, and the ultrasonic sensors A pulse Doppler ultrasonic velocity meter characterized in that a velocity vector of a measurement target area is calculated based on a reception signal from the apparatus.
【請求項4】水力機械や水力機器の流量を測定するパル
スドップラ式超音波流速計において、 前記水力機械や水力機器の流路を構成する流路外壁に設
けられた第1、第2及び第3の超音波センサを備え、 前記第1及び第2の超音波センサはそれらの超音波放射
中心線(測定線)がほぼ同一の平面上を通過する位置に
配置され、 前記第3の超音波センサは前記第1または第2超音波セ
ンサの測定線で形成される平面に直交するように測定線
を発する位置に設置され、 前記3個の超音波センサの受信信号に基づき3次元の速
度ベクトルを算出する構成としたことを特徴とするパル
ドップラ式超音波流速計。
4. A pulse Doppler ultrasonic current meter for measuring a flow rate of a hydraulic machine or a hydraulic device, wherein the first, second, and second ultrasonic flowmeters are provided on an outer wall of a flow path of the hydraulic machine or the hydraulic device. 3 ultrasonic sensors, wherein the first and second ultrasonic sensors are disposed at positions where their ultrasonic radiation center lines (measurement lines) pass on substantially the same plane, and the third ultrasonic sensor The sensor is installed at a position emitting a measurement line so as to be orthogonal to a plane formed by the measurement line of the first or second ultrasonic sensor, and a three-dimensional velocity vector based on reception signals of the three ultrasonic sensors. A Pard Doppler ultrasonic current meter characterized in that it is configured to calculate
【請求項5】水力機械や水力機器の流量を測定するパル
スドップラ式超音波流速計において、 前記水力機械や水力機器の流路を構成する流路外壁に設
けられた第1及び第2の超音波センサを備え、 前記第1超音波センサと第2超音波センサの超音波放射
中心線(測定線)が測定対象の流路内で互いに交差する
ように構成すると共に、第2超音波センサの測定線の方
向を流路軸方向(あるいは流路壁)に垂直にし、 前記両超音波センサからの受信信号に基づき測定対象域
の速度ベクトルを算出するように構成したことを特徴と
するパルスドップラ式超音波流速計。
5. A pulse Doppler ultrasonic current meter for measuring a flow rate of a hydraulic machine or hydraulic equipment, wherein the first and second supersonic waves are provided on an outer wall of a flow path constituting a flow path of the hydraulic machine or hydraulic equipment. An ultrasonic wave sensor, wherein the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are configured such that ultrasonic radiation center lines (measurement lines) intersect each other in a flow path of a measurement target; A pulse Doppler, wherein a direction of a measurement line is perpendicular to a flow channel axial direction (or a flow channel wall), and a velocity vector of a measurement target area is calculated based on reception signals from the two ultrasonic sensors. Type ultrasonic current meter.
【請求項6】水力機械や水力機器の流量を測定するパル
スドップラ式超音波流速計において、 前記水力機械や水力機器の流路を構成する流路外壁に設
けられた第1及び第2の超音波センサを備え、 前記第1超音波センサと第2超音波センサの超音波放射
中心線(測定線)が測定対象の流路内で互いに交差する
ように構成すると共に、第2超音波センサに適用する超
音波周波数を第1超音波センサに適用する超音波周波数
より高い値に設定し、 前記両超音波センサからの受信信号に基づき測定対象域
の速度ベクトルを算出するように構成したことを特徴と
するパルスドップラ式超音波流速計。
6. A pulse Doppler ultrasonic current meter for measuring a flow rate of a hydraulic machine or hydraulic equipment, wherein the first and second supersonic waves are provided on an outer wall of a flow path constituting a flow path of the hydraulic machine or hydraulic equipment. An ultrasonic wave sensor, wherein the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are configured so that ultrasonic radiation center lines (measurement lines) intersect each other in a flow path to be measured; The ultrasonic frequency to be applied is set to a value higher than the ultrasonic frequency to be applied to the first ultrasonic sensor, and the velocity vector of the measurement target area is calculated based on the reception signals from the two ultrasonic sensors. Characteristic pulse Doppler ultrasonic current meter.
【請求項7】請求項1〜6の何れかにおいて、第1超音
波センサは流路外壁面に固定して設置され、第2超音波
センンサは流路軸方向あるいは流路周方向に移動可能に
設置されているパルスドップラ式超音波流速計。
7. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the first ultrasonic sensor is fixed to the outer wall surface of the flow channel, and the second ultrasonic sensor is movable in the axial direction of the flow channel or in the circumferential direction of the flow channel. The pulse Doppler ultrasonic current meter installed in.
【請求項8】請求項1〜7の何れかにおいて、複数設け
られた各超音波センサは作動時刻が互いにずらされ、超
音波センサは1個づつ作動される構成としたことを特徴
とするパルスドップラ式超音波流速計。
8. A pulse according to claim 1, wherein the operation times of the plurality of ultrasonic sensors are shifted from each other, and the ultrasonic sensors are operated one by one. Doppler type ultrasonic current meter.
【請求項9】請求項1〜8の何れかにおいて、センサ切
替器を介して複数の超音波センサが接続される信号処理
器を備えていることを特徴とするパルスドップラ式超音
波流速計。
9. A pulse Doppler ultrasonic current meter according to claim 1, further comprising a signal processor to which a plurality of ultrasonic sensors are connected via a sensor switch.
【請求項10】請求項1〜9の何れかにおいて、測定対
象の流路の幅や直径に応じて前記超音波センサから発射
される超音波の周波数を変えることができる構成とされ
ていることを特徴とするパルスドップラ式超音波流速
計。
10. A structure according to claim 1, wherein a frequency of an ultrasonic wave emitted from said ultrasonic sensor can be changed in accordance with a width and a diameter of a flow path to be measured. A pulse Doppler ultrasonic current meter characterized by the following.
【請求項11】請求項3〜6の何れかにおいて、超音波
センサから発射する超音波周波数を100kHz〜1M
Hzとしたことを特徴とするパルスドップラ式超音波流
速計。
11. An ultrasonic sensor according to claim 3, wherein the ultrasonic frequency emitted from the ultrasonic sensor is 100 kHz to 1 MHz.
A pulse Doppler type ultrasonic current meter characterized by being set to Hz.
【請求項12】請求項1〜11の何れかにおいて、超音
波センサからの超音波ビーム幅を流体機械の測定対象流
路直径の1/10〜1/30となるように設定したことを
特徴とするパルスドップラ式超音波流速計。
12. The method according to claim 1, wherein the width of the ultrasonic beam from the ultrasonic sensor is set to be 1/10 to 1/30 of the diameter of the flow path to be measured of the fluid machine. Pulse Doppler ultrasonic flow meter.
【請求項13】請求項1〜12の何れかに記載のパルス
ドップラ式超音波流速計により得られた速度ベクトルか
ら流路軸方向の速度成分を算出し、その流路軸方向速度
を流路断面にわたり積分することにより流量を算出する
ように構成したことを特徴とするパルスドップラ式超音
波流量計。
13. A flow axis direction velocity component is calculated from a velocity vector obtained by the pulse Doppler ultrasonic velocity meter according to any one of claims 1 to 12, and the velocity in the flow path axial direction is calculated. A pulse Doppler ultrasonic flowmeter, wherein the flow rate is calculated by integrating over a cross section.
JP11036819A 1999-02-16 1999-02-16 Pulse-doppler-type ultrasonic current meter and ultrasonic flowmeter Withdrawn JP2000234946A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11036819A JP2000234946A (en) 1999-02-16 1999-02-16 Pulse-doppler-type ultrasonic current meter and ultrasonic flowmeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11036819A JP2000234946A (en) 1999-02-16 1999-02-16 Pulse-doppler-type ultrasonic current meter and ultrasonic flowmeter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000234946A true JP2000234946A (en) 2000-08-29

Family

ID=12480377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11036819A Withdrawn JP2000234946A (en) 1999-02-16 1999-02-16 Pulse-doppler-type ultrasonic current meter and ultrasonic flowmeter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000234946A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006201102A (en) * 2005-01-24 2006-08-03 Tokyo Electric Power Co Inc:The Ultrasonic flow measuring method
JP2011122831A (en) * 2009-12-08 2011-06-23 Tokyo Electric Power Co Inc:The Ultrasonic flow rate measurement method and ultrasonic flow rate measurement device
CN111920395A (en) * 2020-07-22 2020-11-13 上海掌门科技有限公司 Pulse acquisition device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006201102A (en) * 2005-01-24 2006-08-03 Tokyo Electric Power Co Inc:The Ultrasonic flow measuring method
JP4720192B2 (en) * 2005-01-24 2011-07-13 東京電力株式会社 Ultrasonic flow measurement method
JP2011122831A (en) * 2009-12-08 2011-06-23 Tokyo Electric Power Co Inc:The Ultrasonic flow rate measurement method and ultrasonic flow rate measurement device
CN111920395A (en) * 2020-07-22 2020-11-13 上海掌门科技有限公司 Pulse acquisition device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9031797B2 (en) Multiphase flow measurement
US6931945B2 (en) Doppler ultrasonic flowmeter
US5533408A (en) Clamp-on ultrasonic volumetric flowmeter
JP5222858B2 (en) Ultrasonic flow meter system
JP2003526101A (en) Method and apparatus for simultaneously measuring the flow rate and concentration of a multiphase liquid / gas mixture
JP2000097742A (en) Doppler-type ultrasonic flowmeter
JP2010515054A5 (en)
JP2004271496A (en) Ultrasonic flow measuring method
US10330509B2 (en) Method and arrangement for an ultrasound clamp-on flow measurement and circuit arrangement for control of an ultrasound clamp-on flow measurement
CN108871476A (en) Ultrasonic flowmeter
JPH06249690A (en) Ultrasonic flowmeter
JP2006078362A (en) Coaxial-type doppler ultrasonic current meter
JP2000234946A (en) Pulse-doppler-type ultrasonic current meter and ultrasonic flowmeter
JP2011530072A (en) Method and apparatus for determining fluid flow rate
US11619528B2 (en) Ultrasonic flow measuring device having a wall thickness being less in the area of the phased array ultrasonic transducer contact area
RU2715086C1 (en) Ultrasonic flowmeter
JPH10239125A (en) Ultrasonic flowmeter
JP2956805B2 (en) Ultrasonic flow meter
CN206945090U (en) Contain the latus rectum ultrasonic meter structure for dividing chamber dividing plate
JP2956804B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP3857373B2 (en) Ultrasonic flow meter
JP2758680B2 (en) Ultrasonic flow meter
US4335617A (en) Flowmeter
JPS58811Y2 (en) ultrasonic flow meter
CN106908105A (en) A kind of spiral ultrasonic flow sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050823

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20051003