JP2002214012A - 超音波式ガス濃度流量測定方法及び装置 - Google Patents

超音波式ガス濃度流量測定方法及び装置

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JP2002214012A JP2001012861A JP2001012861A JP2002214012A JP 2002214012 A JP2002214012 A JP 2002214012A JP 2001012861 A JP2001012861 A JP 2001012861A JP 2001012861 A JP2001012861 A JP 2001012861A JP 2002214012 A JP2002214012 A JP 2002214012A
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02809Concentration of a compound, e.g. measured by a surface mass change

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  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な方法にて装置の校正ができ、サンプル
ガスの温度に関わらず正確な濃度、流量を測定できる方
法、及び装置を見出す。 【解決手段】 サンプルガスの流れる配管中に対向させ
て配置した2つの超音波振動子と温度センサを具備した
超音波式ガス濃度流量測定装置を用いて該サンプルガス
の濃度及び流量を測定する方法において、既知濃度、既
知流量の1種類の校正用ガスを該配管中に流すステッ
プ、2つの超音波振動子の各々から送信された超音波を
他方の超音波振動子が受信するまでの伝播時間を測定す
るステップ、該伝播時間の測定結果から超音波振動子間
を結ぶ該配管の基準長さ及び基準内径を同時に校正する
ステップを備えた超音波式ガス濃度流量測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波により、サ
ンプルガスの濃度及び流量を測定する装置に関するもの
である。さらに詳細には、例えば医療目的で使用される
酸素濃縮器から送り出されたサンプルガス中の酸素濃
度、流量の測定に適する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】サンプルガス中を伝播する超音波の伝播
速度は、サンプルガスの濃度、温度の関数として表され
ることが広く知られている。サンプルガスの平均分子量
をM、温度をT[K]とすれば、サンプルガス中の超音
波伝播速度C[m/sec]は、式(1)で表される。
【0003】
【数1】
【0004】ここで、k、Rは定数(k:定積モル比熱
と定圧モル比熱の比、R:気体定数)である。すなわ
ち、サンプルガス中の超音波伝播速度C[m/sec]とサン
プルガスの温度T[K]が測定できれば、サンプルガス
の平均分子量Mを決定できる。
【0005】例えば該サンプルガスが酸素と窒素の2分
子からなるガスであれば、k=1.4となることが知ら
れている。該サンプルガスの平均分子量Mは、酸素の分
子量をMO2、窒素の分子量をMN2として、例えば酸素10
0×P[%],(0≦P≦1)と窒素100×(1−P)[%]の
場合においては、M=MO2P+MN2(1−P)と記述す
ることができ、測定された平均分子量Mから酸素濃度P
を決定できる。また、サンプルガス中の超音波伝播速度
がC[m/sec]、サンプルガスの流速がV[m/sec]であった
とき、サンプルガスの流れに対して順方向に超音波を送
信したときに測定される超音波伝播速度V1[m/sec]は、
1=C+V、逆方向に超音波を送信したときに測定さ
れる超音波伝播速度V2[m/sec]は、V2 =C−Vとなる
ので、サンプルガスの流速V[m/sec]は式(2)で求め
ることができる。
【0006】
【数2】
【0007】これにサンプルガスの流れている配管の内
面積[m2]を乗じることで、サンプルガスの流量[m3/sec]
を求めることができる。さらに体積換算、時間換算を行
えば、流量を[L/min]で求めることも容易である。
【0008】該原理を利用し、サンプルガス中を伝播す
る超音波の伝播速度もしくは伝播時間からサンプルガス
の濃度、流量を測定する方法及び装置に関しては、種々
の提案が行われている。たとえば、特開平6-213877号公
報には、サンプルガスが通る配管中に超音波振動子2つ
を対向させて配置し、該超音波振動子間を伝播する超音
波の伝播時間を計測することによってサンプルガスの濃
度及び流量を測定する装置が記載されている。また、特
開平7-209265号公報や特開平8-233718号公報には、超音
波振動子1つを使用した音波反射方式でセンシングエリ
ア内を伝播する超音波の伝播速度もしくは伝播時間を測
定することにより、サンプルガスの濃度を測定する装置
が記載されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このような超音波の伝
播速度等を用いてサンプルガスの濃度、流量を測定する
方法及び装置においては、超音波振動子間を結ぶ配管の
長さ及び内径が正確に決定されていなければならない。
しかしながら、該配管の長さ及び内径は、サンプルガス
の流れる配管を作成する際の工作精度や取り付け精度、
超音波振動子の取り付け精度、超音波振動子そのものの
加工精度、サンプルガスの温度変化に伴う配管の温度変
化による配管の長さと内径の実質的な変化等により、超
音波振動子間を結ぶ配管の正確な長さ、すなわち超音波
の伝播距離、及び内径を把握することは困難であり、測
定値の精度を悪化させる原因となっている。他にも、装
置の持つ電子回路には温度特性があり、これが測定値の
精度を悪化させる原因となる可能性があることも指摘さ
れている。
【0010】前述の特開平6-213877号公報や特開平8-23
3718号公報等には、各種要因に起因する濃度測定結果の
温度特性を改善するため、温度補正係数を導入する方法
が記載されている。中には、温度と超音波伝播速度と濃
度の関係を、テーブルとしてあらかじめメモリ中に保存
しておくという方法もある。しかしながら、これらの温
度補正係数やテーブルそのものを求めるためには、何点
もの温度においてサンプルガスを装置に投入し、経験的
に装置の温度特性を求める方法が取られるため、装置の
校正に多大な労力が必要であった。
【0011】また、測定結果の温度特性を無くす方法と
して、装置自体を温度コントロール下におき、常に一定
温度に保って測定する方法も考案されている。しかしな
がら、該方法においては温度コントロールを実施するた
めの装置が別途必要、温度の正確なコントロール自体が
困難、といった問題点があった。
【0012】本発明は、簡便な方法にて装置の校正がで
き、サンプルガスの温度に関わらず正確な濃度、流量を
測定できる方法、及び装置を見出すことを目的としてい
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる目
的を達成するために鋭意研究した結果、装置の測定結果
に現れる温度特性は、温度変化に伴う配管の長さ、内径
の変化が主原因であると見出したものである。とりわ
け、該配管長の変化は、サンプルガス濃度の測定結果に
深刻な影響を与える。すなわち、2つの対向させた超音
波振動子から送受信される超音波から測定されるものは
超音波の伝播時間であり、該伝播時間から濃度を測定す
る際には、超音波の伝播した距離(超音波振動子間を結
ぶ配管の長さ)を用いて、伝播速度を求める必要があ
る。このとき、超音波振動子間の配管の長さをすべての
温度において一定であるとして計算を実施すると、実際
には配管の長さには温度変化があるため、測定される伝
播速度は実際とは異なる値になってしまい、濃度測定結
果は温度特性を持つことになる。
【0014】また、流量測定時には、配管中を流れるサ
ンプルガスの流速(V[m/sec])から流量(例えばQ[m3/s
ec])を求める際、超音波振動子間の配管の長さと同
様、配管の内径にも温度変化があるため、流量測定結果
も温度特性を持つことになる。
【0015】該配管の長さ、及び内径の温度変化は、配
管材質の線膨張係数[1/K]に従って変化するものであ
り、配管材質の線膨張係数と、特定温度における該配管
の基準長さ、及び内径が特定できれば、サンプルガス測
定時の温度における真の超音波振動子間を結ぶ配管の長
さ、及び内径を求めることができ、サンプルガスの温度
に関わらず正確な濃度、流量を測定できる。
【0016】本発明は、簡便な方法にて特定温度におけ
る超音波振動子間の配管の基準長さと内径を正確に求
め、サンプルガス測定時の温度における超音波振動子間
の配管の長さと内径を、基準長さ、基準内径と、配管材
質の膨張係数を用いて求め、サンプルガスの温度に関わ
らず正確な濃度、流量を測定できる方法、及び装置を提
供するものである。さらに本発明は、配管材質の正確な
線膨張係数が不明な場合においても、配管材質の線膨張
係数を正確に求めることを可能とする方法、及び装置を
提供するものである。
【0017】すなわち本発明は、サンプルガスの流れる
配管中に対向させて配置した2つの超音波振動子と温度
センサを具備した超音波式ガス濃度流量測定装置を用い
て該サンプルガスの濃度及び流量を測定する方法におい
て、既知濃度、既知流量の1種類の校正用ガスを該配管
中に流すステップ、2つの超音波振動子の各々から送信
された超音波を他方の超音波振動子が受信するまでの伝
播時間を測定するステップ、該伝播時間の測定結果から
超音波振動子間を結ぶ該配管の基準長さ及び基準内径を
同時に校正するステップを備えた超音波式ガス濃度流量
測定方法を提供するものである。
【0018】また本発明は、特にサンプルガスの測定温
度に応じた超音波振動子間を結ぶ該配管の長さを該配管
材質の線膨張係数を用いて決定し、その結果と2つの超
音波振動子の各々から送信された超音波を他方の超音波
振動子が受信するまでの伝播時間から超音波の伝播速度
を測定することにより、サンプルガスの濃度を測定する
方法、サンプルガスの温度に応じた超音波振動子間を結
ぶ該配管の長さと内径を該配管材質の線膨張係数を用い
て決定し、その結果と2つの超音波振動子の各々から送
信された超音波を他方の超音波振動子が受信するまでの
伝播時間から超音波の伝播速度を測定することにより、
サンプルガスの流量を測定する方法を提供するものであ
る。
【0019】また本発明は、配管材質の正確な線膨張係
数が不明な場合には、異なる2種類の温度の該校正用ガ
スを該装置に投入し、2つの超音波振動子の各々から送
信された超音波を他方の超音波振動子が受信するまでの
伝播時間から各温度における超音波振動子間を結ぶ該配
管の長さを求め、温度と該配管の長さの関係から該配管
材質の線膨張係数を測定する方法を提供するものであ
る。
【0020】また本発明は、サンプルガスの流れる配
管、該配管中に対向させて配置し超音波を送受信する2
つの超音波振動子、及び温度センサを備えた超音波式ガ
ス濃度流量測定装置において、該超音波振動子の各々か
ら送信された超音波を他方の超音波振動子が受信するま
での伝播時間を演算し、その結果から超音波振動子間を
結ぶ配管の基準長さ及び基準内径を同時に演算する演算
手段、演算した基準長さ及び基準内径の結果を記憶する
記憶手段を備えたことを特徴とする超音波式ガス濃度流
量測定装置を提供するものである。
【0021】また本発明は、かかるサンプルガスの測定
温度に応じた超音波振動子間を結ぶ該配管の長さを該配
管材質の線膨張係数を用いて演算し、その結果と2つの
超音波振動子の各々から送信された超音波を他方の超音
波振動子が受信するまでの伝播時間の演算結果から超音
波の伝播速度を演算し、該伝播速度から該サンプルガス
の濃度を演算する演算手段を備えたことを特徴とする請
求項5に記載の超音波式ガス濃度流量測定装置、或はサ
ンプルガスの測定温度に応じた超音波振動子間を結ぶ該
配管の長さと内径を該配管材質の線膨張係数を用いて演
算し、その結果と2つの超音波振動子の各々から送信さ
れた超音波を他方の超音波振動子が受信するまでの伝播
時間の演算結果から超音波の伝播速度を演算し、該サン
プルガスの流量を演算する演算手段を備えたことを特徴
とする超音波式ガス濃度流量測定装置を提供するもので
ある。
【0022】更に本発明は、異なる2種類の温度の該校
正用ガスを該装置に投入し、2つの超音波振動子の各々
から送信された超音波を他方の超音波振動子が受信する
までの伝播時間の演算結果から各温度における超音波振
動子間を結ぶ該配管の長さを演算し、温度と該配管の長
さの関係から該配管材質の線膨張係数を演算する演算手
段と、該線膨張係数を記憶することのできる記憶手段を
備えたことを特徴とする超音波式ガス濃度流量測定装置
を提供するものである。
【0023】
【発明の実施の形態】以下に実施例を示す。本実施例に
おいては、酸素と窒素の2分子からなるサンプルガス
の、酸素濃度と流量を測定する装置に関して示す。本発
明によって測定できるサンプルガスは、本実施例に示す
酸素と窒素からなるサンプルガスだけに限定されるもの
ではなく、他の分子によって構成されるガスに対しても
容易に適用できる。
【0024】図1に本発明の超音波式ガス濃度流量測定
装置の装置構成の概略図を示す。2つの超音波振動子2
を結ぶ部分の配管1は円筒形状をしており、超音波振動
子2は、サンプルガスの流れる配管1の中に対向させて
配置する。温度センサ3は、超音波伝播経路上のガスの
流れを乱すことのないように、サンプルガスの出入り口
付近に2つ配置する。2つの温度センサ3を配管1の出
入り口に配置することで、配管1を流れるサンプルガス
の平均温度を測定できるようにしている。サンプルガス
の温度変化が大きくない場合には、温度センサ3は1つ
でも良い。
【0025】2つの超音波振動子2は、それぞれ超音波
の送受信が可能であり、送受信の切り替えは送受信切り
替え器4によって実施される。
【0026】超音波振動子間の配管1の基準長さL0
基準内径D0を校正する際には、校正用ガスとして酸素
濃度100×P[%]、窒素100×(1−P)[%]のガスをガス
ボンベ等で準備し、流量設定器等を用いて、流量Q0[m3
/sec]で配管1に投入する。このとき、2つの温度セン
サ3の出力を平均した温度T0[K]を測定しておき、該温
度を基準温度として、不揮発性メモリ9に保存してお
く。このときの温度T0[K]は、装置の使用温度範囲とし
て設定している温度を逸脱しなければ、何[K]であって
も構わない。
【0027】該校正用ガス投入中において、マイクロコ
ンピュータ7より超音波の送信パルスをドライバ5に送
り、送受信切り替え器4によって校正用ガスの流れと順
方向に超音波を送信するように選択された超音波振動子
2にパルス電圧が印加され、超音波が送信される。もう
一方の超音波振動子2によって受信された超音波は、送
受信切り替え器4、レシーバ6を介してマイクロコンピ
ュータ7に入力され、超音波伝播時間t1[sec]が測定さ
れる。該伝播時間t1[sec]が測定された後、送受信切り
替え器4によって超音波振動子2の送受信を切り替え、
今度は校正用ガスの流れと逆方向に超音波の送信を行
い、先と同様に超音波伝播時間t2[sec]を測定する。こ
のとき、2つの超音波伝播時間の関係は、t1<t2とな
る。ここで、該配管中の流量がゼロであるときの超音波
伝播時間t0[sec]として、t0=(t1+t2)/2を計
算しておく。
【0028】酸素濃度100×P[%]、窒素100×(1−
P)[%]、温度T0[K]のガス中の超音波伝播速度C0[m/s
ec]は、前述の式(1)を用いて、以下の式(3)のよ
うになる。
【0029】
【数3】
【0030】該校正用ガスを投入した際に測定された超
音波伝播時間はt0[sec]であったため、基準温度T0[K]
における超音波振動子間を結ぶ配管1の基準長さをL
0[m]とすると、以下の関係が成立する。
【0031】
【数4】
【0032】すなわち、基準温度T0[K]における基準長
さL0[m]は、以下の式(5)で求めることができる。
【0033】
【数5】
【0034】上記の計算は、マイクロコンピュータ7に
おいて実施され、ここで求めた基準長さL0[m]は、不揮
発性メモリ9に保存される。
【0035】さらに、該基準長さL0を利用し、校正用
ガスの流れに対して順方向に超音波を送信したときに測
定される超音波伝播速度V01[m/sec]、逆方向に超音波
を送信したときに測定される超音波伝播速度V02[m/se
c]は、それぞれV01=L0/t 1、V02=L0/t2とな
る。すなわち、配管1中を流れる校正用ガスの流速V
0[m/sec]は、前述の式(2)を用いて、以下の式(6)
で求めることができる。
【0036】
【数6】
【0037】流速[m/sec]を流量[m3/sec]に換算する際
には、流速Vに配管1の内面積[m2]を乗じればよく、す
なわち、基準温度T0[K]における超音波振動子間を結ぶ
配管1の基準内径をD0[m]とすると以下の関係が成立す
る。
【0038】
【数7】
【0039】すなわち、基準温度T0[K]における基準内
径D0[m]は、以下の式(8)で求めることができる。
【0040】
【数8】
【0041】上記の計算は、マイクロコンピュータ7に
おいて実施され、ここで求めた基準内径D0[m]は、不揮
発性メモリ9に保存される。
【0042】以上の方法により、既知濃度、既知流量の
校正用ガス1種類を装置に投入することで、温度T0[K]
における超音波振動子間を結ぶ配管1の基準長さL0[m]
と基準内径D0[m]を同時に校正できる。該方法は、装置
に校正用ガスを投入中に、装置に装備されたボタンを1
回押すだけで実現でき、計算自体も簡便なものなので、
瞬時に校正を終えることが可能である。また、装置の経
年劣化等により、超音波振動子2の位置関係が変わって
しまい、超音波の伝播距離が変化してしまった場合等に
おいても、簡単に装置を校正し直し、不揮発性メモリ9
に保存された基準温度、基準長さ、基準内径を更新する
ことが可能である。
【0043】続いて、未知濃度、未知流量のサンプルガ
スの酸素濃度、流量を測定する方法について述べる。該
配管1の材質の線膨張係数α[1/K]が既知の場合におい
ては、サンプルガス測定時の温度TS[K]における配管1
の長さLS[m]は、不揮発性メモリ9に保存しておいた基
準長さL0[m]、基準温度T0[K]を読み出して用いること
で、次式(9)から求めることができる。
【0044】
【数9】
【0045】ここでTS[K]は、前述のように、2つの温
度センサ3の出力を平均して求めておく。
【0046】該サンプルガス投入中において、マイクロ
コンピュータ7より超音波の送信パルスをドライバ5に
送り、送受信切り替え器4によってサンプルガスの流れ
と順方向に超音波を送信するように選択された超音波振
動子2にパルス電圧が印加され、超音波が送信される。
もう一方の超音波振動子2によって受信された超音波
は、送受信切り替え器4、レシーバ6を介してマイクロ
コンピュータ7に入力され、超音波伝播時間tS1[sec]
が測定される。該伝播時間tS1[sec]が測定された後、
送受信切り替え器4によって超音波振動子2の送受信を
切り替え、今度はサンプルガスの流れと逆方向に超音波
の送信を行い、先と同様に超音波伝播時間t S2[sec]を
測定する。そして、該配管中の流量が0であるときの超
音波伝播時間t S0[sec]として、tS0=(tS1+tS2
/2を求める。この結果より、サンプルガス中の超音波
伝播速度CS[m/sec]は、CS =LS/ tS0から求めるこ
とができる。
【0047】求めたい酸素濃度PSを未知数として式
(3)を変形すると、次式(10)が得られる。
【0048】
【数10】
【0049】上式(10)より、サンプルガスの酸素濃度
は100×PS[%]として測定できる。もしくは、サンプル
ガスの酸素濃度は、サンプルガス中の超音波伝播速度
と、酸素100%、窒素100%のガス中の超音波伝播速度の比
として求めることも可能である。すなわち、式(1)を
用いれば温度TS[K]における酸素100%中の超音波伝播速
度CO2[m/sec]、窒素100%中の超音波伝播速度CN2[m/se
c]は容易に求めることができ、サンプルガス中の超音波
伝播速度CS[m/sec]を使い、以下の式(11)によって
も、PSを計算できる。
【0050】
【数11】
【0051】上記の計算は、マイクロコンピュータ7に
おいて実施され、濃度測定結果は表示器8に表示され
る。
【0052】流量測定時には、先に求めたLSと、測定
されたサンプルガスの流れに対して順方向、逆方向での
超音波伝播時間tS1、tS2を用いて、サンプルガスの流
れに対して順方向に超音波を送信したときに測定される
超音波伝播速度VS1[m/sec]、逆方向に超音波を送信し
たときに測定される超音波伝播速度VS2[m/sec]は、そ
れぞれVS1=LS/tS1、VS2=LS/tS2で求めること
ができ、式(6)より、サンプルガスの流速VS[m/sec]
は次式(12)より求めることができる。
【0053】
【数12】
【0054】流速VS[m/sec]を流量QS[m3/sec]に換算
する際には、配管1の内面積を求める必要がある。配管
1の内面積SS[m2]は、不揮発性メモリ9に保存してお
いた基準内径D0[m]、基準温度T0[K]を読み出し、配管
1の材質の線膨張係数α[1/K]から次式(13)で求める
ことができる。
【0055】
【数13】
【0056】ここでの温度TS[K]は、濃度測定時のTS
と同じものである。すなわち、サンプルガスの流量Q
S[m3/sec]は次式(14)によって測定できる。
【0057】
【数14】
【0058】上記の計算は、マイクロコンピュータ7に
おいて実施され、流量測定結果は表示器8に表示され
る。
【0059】以上によって、配管1の材質の線膨張係数
α[1/K]が既知の場合には、サンプルガスの酸素濃度、
流量が測定できる。
【0060】配管1の正確な線膨張係数α[1/K]が未知
の場合には、本装置を用いて線膨張係数αを正確に求め
ることも可能である。すなわち、異なる2つの温度にお
ける配管1の長さを求めることができれば線膨張係数α
を特定することが可能であり、異なる2つの温度におい
て、本装置の配管1の基準長さを校正する方法を用いる
ことによって、2つの温度における配管1の長さを正確
に求めることが容易に可能である。
【0061】より詳細には、装置をある温度T1[K]の環
境下において校正用ガスを装置に投入し、上述した基準
長さの校正方法によって超音波振動子間を結ぶ配管1の
長さL1[m]を測定する。さらに、温度T2[K](T2
1)においても同様に配管1の長さL2[m]を測定す
る。精度良く線膨張係数αを特定するためには、T1
2の温度差は大きいほうが良い。例えば、装置の使用
温度範囲として設定している温度の最小値、最大値近傍
において測定することが望ましい。
【0062】T1、L1、T2、L2が決定できれば、配管
1の材質の線膨張係数α[1/K]は、T1<T2として、次
式(15)にて求めることができる。
【0063】
【数15】
【0064】上記の計算は、マイクロコンピュータ7に
おいて実施され、ここで求めた線膨張係数α[1/K]は、
不揮発性メモリ9に保存される。
【0065】上記の方法により、異なる温度2点におい
て校正用ガス1種類を装置に投入することで、配管1の
材質の線膨張係数αを正確に求めることができる。該方
法は、簡単な測定と計算だけで実現できるものなので、
配管1の材質の経年劣化等により、配管1の材質の線膨
張係数が変化してしまった場合においても、簡単に正確
な線膨張係数を測定しなおし、不揮発性メモリ9に保存
される線膨張係数を更新することが可能である。
【0066】以上のように、本発明によれば特別な校正
用の装置等を用いることなしに、測定装置そのものと校
正用ガス1種類だけを準備すれば装置の校正が可能であ
る。また、装置が経年劣化した場合においても、装置を
簡便に校正しなおすことが可能となる。さらには、サン
プルガスの温度に関わらず正確な濃度、及び流量を測定
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超音波式ガス濃度流量測定装置の実施
態様例。
【符号の説明】
1 配管 2 超音波振動子 3 温度センサ 4 送受信切り替え器 5 ドライバ 6 レシーバ 7 マイクロコンピュータ 8 表示器 9 不揮発性メモリ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サンプルガスの流れる配管中に対向させ
    て配置した2つの超音波振動子と温度センサを具備した
    超音波式ガス濃度流量測定装置を用いて該サンプルガス
    の濃度及び流量を測定する方法において、既知濃度、既
    知流量の1種類の校正用ガスを該配管中に流すステッ
    プ、2つの超音波振動子の各々から送信された超音波を
    他方の超音波振動子が受信するまでの伝播時間を測定す
    るステップ、該伝播時間の測定結果から超音波振動子間
    を結ぶ該配管の基準長さ及び基準内径を同時に校正する
    ステップを備えた超音波式ガス濃度流量測定方法。
  2. 【請求項2】 サンプルガスの測定温度に応じた超音波
    振動子間を結ぶ該配管の長さを該配管材質の線膨張係数
    を用いて決定し、その結果と2つの超音波振動子の各々
    から送信された超音波を他方の超音波振動子が受信する
    までの伝播時間から超音波の伝播速度を測定することに
    より、サンプルガスの濃度を測定する請求項1に記載の
    方法。
  3. 【請求項3】 サンプルガスの温度に応じた超音波振動
    子間を結ぶ該配管の長さと内径を該配管材質の線膨張係
    数を用いて決定し、その結果と2つの超音波振動子の各
    々から送信された超音波を他方の超音波振動子が受信す
    るまでの伝播時間から超音波の伝播速度を測定すること
    により、サンプルガスの流量を測定する請求項1に記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 該配管材質の正確な線膨張係数が不明な
    場合には、異なる2種類の温度の該校正用ガスを該装置
    に投入し、2つの超音波振動子の各々から送信された超
    音波を他方の超音波振動子が受信するまでの伝播時間か
    ら各温度における超音波振動子間を結ぶ該配管の長さを
    求め、温度と該配管の長さの関係から該配管材質の線膨
    張係数を測定する方法。
  5. 【請求項5】 サンプルガスの流れる配管、該配管中に
    対向させて配置し超音波を送受信する2つの超音波振動
    子、及び温度センサを備えた超音波式ガス濃度流量測定
    装置において、該超音波振動子の各々から送信された超
    音波を他方の超音波振動子が受信するまでの伝播時間を
    演算し、その結果から超音波振動子間を結ぶ配管の基準
    長さ及び基準内径を同時に演算する演算手段、演算した
    基準長さ及び基準内径の結果を記憶する記憶手段を備え
    たことを特徴とする超音波式ガス濃度流量測定装置。
  6. 【請求項6】 サンプルガスの測定温度に応じた超音波
    振動子間を結ぶ該配管の長さを該配管材質の線膨張係数
    を用いて演算し、その結果と2つの超音波振動子の各々
    から送信された超音波を他方の超音波振動子が受信する
    までの伝播時間の演算結果から超音波の伝播速度を演算
    し、該伝播速度から該サンプルガスの濃度を演算する演
    算手段を備えたことを特徴とする請求項5に記載の超音
    波式ガス濃度流量測定装置。
  7. 【請求項7】 サンプルガスの測定温度に応じた超音波
    振動子間を結ぶ該配管の長さと内径を該配管材質の線膨
    張係数を用いて演算し、その結果と2つの超音波振動子
    の各々から送信された超音波を他方の超音波振動子が受
    信するまでの伝播時間の演算結果から超音波の伝播速度
    を演算し、該サンプルガスの流量を演算する演算手段を
    備えたことを特徴とする請求項5に記載の超音波式ガス
    濃度流量測定装置。
  8. 【請求項8】 異なる2種類の温度の該校正用ガスを該
    装置に投入し、2つの超音波振動子の各々から送信され
    た超音波を他方の超音波振動子が受信するまでの伝播時
    間の演算結果から各温度における超音波振動子間を結ぶ
    該配管の長さを演算し、温度と該配管の長さの関係から
    該配管材質の線膨張係数を演算する演算手段と、該線膨
    張係数を記憶することのできる記憶手段を備えたことを
    特徴とする請求項5に記載の超音波式ガス濃度流量測定
    装置。
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TW091100959A TW520993B (en) 2001-01-22 2002-01-22 An apparatus for and a method of ultrasonically measuring concentration and flow rate of a gas
ES02715872T ES2431956T3 (es) 2001-01-22 2002-01-22 Equipo y método para medir ultrasónicamente la concentración y el caudal de un gas
US10/239,227 US6912907B2 (en) 2001-01-22 2002-01-22 Ultrasonic apparatus and method for measuring the concentration and flow rate of gas
CNB028001559A CN1285906C (zh) 2001-01-22 2002-01-22 利用超声波测定气体浓度和流量的装置及方法
KR1020027012306A KR100943874B1 (ko) 2001-01-22 2002-01-22 초음파에 의해 기체의 농도 및 유량을 측정하는 장치 및방법
AU2002225467A AU2002225467B2 (en) 2001-01-22 2002-01-22 Equipment and method for measuring concentration and flow rate of gas ultrasonically
PT2715872T PT1286159E (pt) 2001-01-22 2002-01-22 Equipamento e método para medir a concentração e caudal de gás por ultra-sons
HK04102798A HK1059962A1 (en) 2001-01-22 2004-04-21 Equipment and method for measuring concentration and flow rate of gas ultrasonically

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Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6960246B2 (en) 2001-10-30 2005-11-01 Teijin Limited Oxygen concentrating apparatus
JP2007115450A (ja) * 2005-10-18 2007-05-10 Yamaha Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびその燃料濃度検出方法。
JP2009505053A (ja) * 2005-08-13 2009-02-05 フロウネティクス リミテッド 低コストのプラスチック製超音波式水量計のための構築方法
US7682428B2 (en) 2003-08-26 2010-03-23 Teijin Pharma Limited Oxygen concentration apparatus
US7740013B2 (en) 2003-08-14 2010-06-22 Teijin Pharma Limited Oxygen concentrating apparatus and execution support method of home oxygen therapy using the same
KR101060541B1 (ko) * 2003-04-21 2011-08-30 데이진 화-마 가부시키가이샤 가스의 농도 및 유량을 측정하기 위한 초음파 장치 및 방법
KR101064324B1 (ko) 2009-10-30 2011-09-14 (주)씨엠엔텍 초음파 유량계
KR101073504B1 (ko) 2005-07-26 2011-10-17 삼성전자주식회사 에어컨시스템 및 에어컨시스템의 배관길이 측정방법
JP2012225756A (ja) * 2011-04-19 2012-11-15 Panasonic Corp 湿度計測装置
JP2014509733A (ja) * 2011-03-18 2014-04-21 ソネター, エルエルシー 流体流測定方法および装置
JP2015512320A (ja) * 2012-04-05 2015-04-27 フィッシャー アンド ペイケル ヘルスケア リミテッド 呼吸補助装置
CN104568083A (zh) * 2015-01-22 2015-04-29 成都秦川科技发展有限公司 机械计数器及使用其测量燃气表机电转换耐久性的方法
JP2018100916A (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 上田日本無線株式会社 気体濃度測定装置およびその校正方法
WO2018212067A1 (ja) 2017-05-18 2018-11-22 帝人ファーマ株式会社 増悪予兆装置、酸素濃縮装置および増悪予兆システム
KR101928385B1 (ko) 2017-02-20 2018-12-12 (주)씨엠엔텍 온도 변화에 대한 초음파 유량계의 보정방법
CN112730606A (zh) * 2020-12-31 2021-04-30 青岛精安医疗科技有限责任公司 基于压力检测的超声波氧浓度测量方法、系统和制氧系统
JP2022091902A (ja) * 2014-05-27 2022-06-21 フィッシャー アンド ペイケル ヘルスケア リミテッド 医療機器のためのガスの混合および測定
KR20220163129A (ko) * 2021-06-02 2022-12-09 한국전자기술연구원 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법 및 시스템
US11666720B2 (en) 2015-12-02 2023-06-06 Fisher & Paykel Healthcare Limited Flow path sensing for flow therapy apparatus

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5734418A (en) * 1980-08-11 1982-02-24 Tdk Corp Ultrasonic wave measuring device
JPH02232523A (ja) * 1989-03-07 1990-09-14 Toshiba Corp 流量測定装置
JPH04353751A (ja) * 1991-05-31 1992-12-08 Mitsubishi Petrochem Co Ltd 膨張率測定装置
JPH06213877A (ja) * 1992-11-12 1994-08-05 Devilbiss Health Care Inc ガス濃度および/または流量センサ
JPH06235721A (ja) * 1993-02-10 1994-08-23 Fuji Kogyo Kk 超音波計測方法及び装置
JPH07209265A (ja) * 1994-01-14 1995-08-11 Honda Motor Co Ltd 音波反射式ガス濃度測定装置
US5644070A (en) * 1996-04-22 1997-07-01 Dynamic Manufacturing Inc. Ozone concentration sensor
JP2000206133A (ja) * 1998-11-10 2000-07-28 Babcock Hitachi Kk 音響式流速計測装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5734418A (en) * 1980-08-11 1982-02-24 Tdk Corp Ultrasonic wave measuring device
JPH02232523A (ja) * 1989-03-07 1990-09-14 Toshiba Corp 流量測定装置
JPH04353751A (ja) * 1991-05-31 1992-12-08 Mitsubishi Petrochem Co Ltd 膨張率測定装置
JPH06213877A (ja) * 1992-11-12 1994-08-05 Devilbiss Health Care Inc ガス濃度および/または流量センサ
JPH06235721A (ja) * 1993-02-10 1994-08-23 Fuji Kogyo Kk 超音波計測方法及び装置
JPH07209265A (ja) * 1994-01-14 1995-08-11 Honda Motor Co Ltd 音波反射式ガス濃度測定装置
US5644070A (en) * 1996-04-22 1997-07-01 Dynamic Manufacturing Inc. Ozone concentration sensor
JP2000206133A (ja) * 1998-11-10 2000-07-28 Babcock Hitachi Kk 音響式流速計測装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Ultrasonic Time-of-Flight Method for On-Line Quantitation of Semiconductor Gases", 1999 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM VOL.1, vol. 1991, no. 1, JPN6008020738, 1991, US, pages 295 - 300, ISSN: 0001034513 *
"超音波を用いたプロセスセンサの動向", 計装 1984年3月号, vol. 第27巻 第3号, JPN6008020736, 1 March 1984 (1984-03-01), JP, pages 20 - 25, ISSN: 0001034512 *

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6960246B2 (en) 2001-10-30 2005-11-01 Teijin Limited Oxygen concentrating apparatus
KR101118945B1 (ko) * 2003-04-21 2012-02-27 데이진 화-마 가부시키가이샤 가스의 농도 및 유량을 측정하기 위한 초음파 장치 및 방법
KR101060541B1 (ko) * 2003-04-21 2011-08-30 데이진 화-마 가부시키가이샤 가스의 농도 및 유량을 측정하기 위한 초음파 장치 및 방법
EP3508240A1 (en) 2003-08-14 2019-07-10 Teijin Pharma Limited Oxygen concentrating apparatus
US7740013B2 (en) 2003-08-14 2010-06-22 Teijin Pharma Limited Oxygen concentrating apparatus and execution support method of home oxygen therapy using the same
US8151792B2 (en) 2003-08-14 2012-04-10 Teijin Pharma Limited Oxygen concentrating apparatus and execution support method of home oxygen therapy using the same
EP3002025A1 (en) 2003-08-26 2016-04-06 Teijin Pharma Limited Oxygen concentration apparatus
US7682428B2 (en) 2003-08-26 2010-03-23 Teijin Pharma Limited Oxygen concentration apparatus
KR101073504B1 (ko) 2005-07-26 2011-10-17 삼성전자주식회사 에어컨시스템 및 에어컨시스템의 배관길이 측정방법
JP2009505053A (ja) * 2005-08-13 2009-02-05 フロウネティクス リミテッド 低コストのプラスチック製超音波式水量計のための構築方法
JP2007115450A (ja) * 2005-10-18 2007-05-10 Yamaha Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびその燃料濃度検出方法。
KR101064324B1 (ko) 2009-10-30 2011-09-14 (주)씨엠엔텍 초음파 유량계
US9874466B2 (en) 2011-03-18 2018-01-23 Reliance Worldwide Corporation Methods and apparatus for ultrasonic fluid flow measurement and fluid flow data analysis
JP2014509733A (ja) * 2011-03-18 2014-04-21 ソネター, エルエルシー 流体流測定方法および装置
JP2012225756A (ja) * 2011-04-19 2012-11-15 Panasonic Corp 湿度計測装置
US10357629B2 (en) 2012-04-05 2019-07-23 Fisher & Paykel Healthcare Limited Respiratory assistance apparatus
US11918748B2 (en) 2012-04-05 2024-03-05 Fisher & Paykel Healthcare Limited Respiratory assistance apparatus
US10980967B2 (en) 2012-04-05 2021-04-20 Fisher & Paykel Healthcare Limited Respiratory assistance apparatus
JP2015512320A (ja) * 2012-04-05 2015-04-27 フィッシャー アンド ペイケル ヘルスケア リミテッド 呼吸補助装置
JP2022091902A (ja) * 2014-05-27 2022-06-21 フィッシャー アンド ペイケル ヘルスケア リミテッド 医療機器のためのガスの混合および測定
US11433210B2 (en) 2014-05-27 2022-09-06 Fisher & Paykel Healthcare Limited Gases mixing and measuring for a medical device
CN104568083A (zh) * 2015-01-22 2015-04-29 成都秦川科技发展有限公司 机械计数器及使用其测量燃气表机电转换耐久性的方法
US11666720B2 (en) 2015-12-02 2023-06-06 Fisher & Paykel Healthcare Limited Flow path sensing for flow therapy apparatus
JP2018100916A (ja) * 2016-12-21 2018-06-28 上田日本無線株式会社 気体濃度測定装置およびその校正方法
US11525812B2 (en) 2016-12-21 2022-12-13 Ueda Japan Radio Co., Ltd. Gas concentration measuring device and method of calibrating same
KR101928385B1 (ko) 2017-02-20 2018-12-12 (주)씨엠엔텍 온도 변화에 대한 초음파 유량계의 보정방법
WO2018212067A1 (ja) 2017-05-18 2018-11-22 帝人ファーマ株式会社 増悪予兆装置、酸素濃縮装置および増悪予兆システム
CN112730606B (zh) * 2020-12-31 2022-09-27 青岛精安医疗科技有限责任公司 基于压力检测的超声波氧浓度测量方法、系统和制氧系统
CN112730606A (zh) * 2020-12-31 2021-04-30 青岛精安医疗科技有限责任公司 基于压力检测的超声波氧浓度测量方法、系统和制氧系统
KR20220163129A (ko) * 2021-06-02 2022-12-09 한국전자기술연구원 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법 및 시스템
KR102634777B1 (ko) * 2021-06-02 2024-02-07 한국전자기술연구원 초음파 가스미터의 유량 측정을 위한 신호 처리 방법 및 시스템

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